JP2019083474A - マイクロ波アンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】誘電体レンズを用いることなく、広角の指向性が得られるマイクロ波アンテナを得る。【解決手段】高周波信号を伝送線路から空間へ放出するための変換部と、ホーン部１３を備え、このホーン部１３として、平板に形成された貫通孔１４と環状凸体１５を設け、この貫通孔１４に変換部を配置する。そして、環状凸体１５の例えば長手方向ｆａ、又は短手方向に沿って溝状の切り欠き１６を設けることにより、この切り欠き１６から外側に向かって電波が広がる指向性とする。【選択図】図１

Description

本発明は、特に高周波帯で使用されるマイクロ波アンテナの構造に関する。

近年、省エネルギーのために、例えば天井に設置する照明装置にマイクロ波センサを内蔵させ、階段エリア等の所定のエリアへの人の出入りを検知し、人が移動する間だけ照明装置を点灯させることが行われる。

このような階段エリアの人の出入りを検知する際には、天井の高さの制限により、階下の踊り場から上の階の踊り場の間を十分に検知できない場合があり、従来から、アンテナの検知範囲を広角とするため種々の工夫がなされている。
即ち、アンテナの指向性を変えるために誘電体レンズを使用する方法があり、凹レンズを使用することで、広角度の指向性を得ることができる。

図７に、従来技術である下記特許文献１の構成が示されており、符号の１は本体、２は伝送線路−導波管変換部、３はホーン部、４は誘電体（レドーム）であり、この誘電体４の内側中央部に凹部４ａを設けている。
この例では、凹部４ａを持つ誘電体４を凹レンズとして用いると共に、誘電体４の端部を本体１の側面に沿うように延出させ、その表面を曲面に形成することにより、誘電体４の端方向へ広がりを持ち、広角化された指向性を得るようにしている。

特許第５７８９４９２号公報

しかしながら、上記特許文献１に示すアンテナでは、内部に凹部４ａを持つ誘電体４を用いるため、外形が大きくなってしまい、小型化には不向きである。
また、周波数が高くなる程、ホーン部３と誘電体４の比較的高い組立て・加工精度が要求され、精度のばらつきが特性に大きく影響することになる。
更に、誘電体レンズを使用する前提では、アンテナ装置の設計・デザインの自由度も低くなる。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、誘電体レンズを用いることなく、広角の指向性が得られるマイクロ波アンテナを提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１の発明に係るマイクロ波アンテナは、高周波信号を伝送線路から空間へ放出するための変換部と、ホーン部とを備え、上記ホーン部の側壁に所定方向の放射角度を広げるための切り欠きを設けたことを特徴とする。
請求項２の発明の上記ホーン部は、上記変換部を配置するように平板に形成された貫通孔と、この貫通孔の外側周囲の上記平板に形成された環状凸体とからなり、上記環状凸体に上記切り欠きを設けたことを特徴とする。

上記の構成によれば、上記貫通孔に回路基板の給電部が配置されることによりアンテナが構成され、貫通孔と環状凸体とでホーン部が形成される。そして、環状凸体に例えば溝状の切り欠きを設けることにより、切り欠き方向の放射角度を広くした指向性を得ることができる。この場合の角度幅は、切り欠きの幅に比例したものとなるため、切り欠きの幅を調整することで、放射角度を所望の角度にすることができる。

本発明によれば、誘電体レンズを用いない分、外形を小さくすることができ、小型化が可能となる。
また、容易な組立て・加工により、精度のバラツキもなく、広角の指向性が得られ、例えば一定範囲を照らす照明装置に使用されるマイクロ波センサとして好適である。
更に、アンテナ装置の設計・デザインの自由度も高くなるという利点もある。

本発明の第１実施例に係るマイクロ波アンテナの構成を示し、図（ａ）は正面図、図（ｂ）は側面図である。 第１実施例のマイクロ波アンテナに設けられた１つのアンテナ部の断面を示し、図（ａ）は短手方向の断面図、図（ｂ）は長手方向の断面図である。 第１実施例の構成で得られる放射角度のシミュレーション結果を示すグラフ図である。 第１実施例の構成における電波の状態をシミュレーションした結果を示し、図（ａ）は切り欠きのない場合の図、図（ｂ）は切り欠きのある場合の図である。 第２実施例のマイクロ波アンテナの構成を示す上面図である。 第２実施例の構成で得られる放射角度のシミュレーション結果を示すグラフ図である。 従来のマイクロ波アンテナの構成を示す断面図である。

図１（ａ）,（ｂ）、図２（ａ）,（ｂ）に、第１実施例のマイクロ波アンテナの構成が示されており、図２のように、回路基板１１に、高周波信号を伝送線路から空間へ放出するための変換部１２が形成される。一方、ホーン部（開口）１３として、平板に形成された貫通孔１４とこの貫通孔１４を囲むように平板上に形成された環状（楕円状）凸体１５とが設けられる。実施例では、図１のように、変換部１２、ホーン部１３からなるアンテナが２個配置され、これらは例えば送信用アンテナと受信用アンテナとして用いられる。

そして、上記環状凸体１５に、その中央部縦方向（長手方向ｆａ）に沿って、即ちホーン部１３のＨ面に沿って２箇所に溝状の切り欠き１６を形成する。
このような第１実施例のマイクロ波アンテナによれば、放射される電波が環状凸体１５の２つの切り欠き１６から外側に向かって広がりを持つことになる。

図３，図４には、上記切り欠き１６の有無によるシミュレーションの結果が示されており、図３のように、切り欠き１６がない場合の電波の放射レベルは曲線１０１であるのに対し、切り欠き１６を設けた場合の放射レベルは曲線１０２となり、切り欠き方向（長手方向ｆａ）において放射角度が広がる結果となる。
また、図４（ａ）は切り欠き１６がない場合の電界分布、図４（ｂ）は切り欠き１６がある場合の電界分布であり、この電界分布においても、切り欠き１６がない場合に比べて、切り欠き１６がある場合は長手方向ｆａへ広がっていることが分かる。

第１実施例において、切り欠き１６の幅（円環方向の幅）は、指向性の角度幅に比例するため、この切り欠き１６の幅を調整することにより所望の指向性の放射角度にすることが可能である。

図５に、第２実施例のマイクロ波アンテナの構成が示されており、この第２実施例の主な構成は第１実施例と同様で、切り欠きを異なる位置に設けたものである。図２で説明したように、回路基板１１に、高周波信号を伝送線路から空間へ放出するための変換部１２が形成される。一方、ホーン部２３として、平板に形成された貫通孔２４とこの貫通孔２４を囲むように平板に形成された環状（楕円状）凸体２５とが設けられる。

そして、上記環状凸体２５の中央部横方向（短手方向ｆｂ）に沿って、即ちホーン部２３のＥ面に沿って溝状の切り欠き２６が形成される。
このような第２実施例のマイクロ波アンテナによれば、放射される電波が２つの切り欠き２６から横方向の外側に向かって広がりを持つことになる。

図６には、上記切り欠き２６の有無によるシミュレーションの結果が示されており、図６のように、切り欠き２６がない場合の電波の放射レベルは曲線２０１であるのに対し、切り欠き２６を設けた場合の放射レベルは曲線２０２となり、切り欠き方向（短手方向ｆｂ）において放射角度が広がっている。

この第２実施例においても、切り欠き２６の幅は指向性の角度幅に比例し、この切り欠き２６の幅を調整することにより所望の指向性の放射角度に設定することができる。

上記実施例では、２つのアンテナを設けた例を説明したが、１つのアンテナで構成してもよく、またホーン部１３，２３を構成する貫通孔１４，２４と環状凸体１５，２５の形状も楕円形ではなく、その他の形状により形成してもよい。
また、実施例では、環状凸体１５，２５の内側の壁を曲面状になだらかに形成したが、上面位置から平板の位置まで垂直にしてもよく、貫通孔１４，２４の位置まで斜面（テーパー面）となるようにしてもよい。

１…本体、 ２…伝送線路−導波管変換部、
３，１３，２３…ホーン部、 ４…誘電体、
１１…回路基板、 １２…変換部、
１４，２４…貫通孔、 １５，２５…環状凸体、
１６，２６…切り欠き。

Claims (2)

1. 高周波信号を伝送線路から空間へ放出するための変換部と、ホーン部とを備え、
   上記ホーン部の側壁に所定方向の放射角度を広げるための切り欠きを設けたことを特徴とするマイクロ波アンテナ。
2. 上記ホーン部は、上記変換部を配置するように平板に形成された貫通孔と、この貫通孔の外側周囲の上記平板に形成された環状凸体とからなり、上記環状凸体に上記切り欠きを設けたことを特徴とする請求項１記載のマイクロ波アンテナ。
   
   
   

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