JP2020088613A - Waveguide slot antenna - Google Patents

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Abstract

To provide a waveguide slot antenna capable of achieving both of a miniaturization and a radiation characteristic on the basis of an arrangement of a slot.SOLUTION: A waveguide slot antenna comprises: a waveguide structured by a dielectric substrate (10) and a metal member (11, 12, and 13) surrounding them; and one or a plurality of slots (14) arranged along a first direction (X) of the waveguide, and defined by an inner edge of the metal member. The metal member contains a first short circuit wall part (W3) which becomes one short circuit surface orthogonal to a first direction of the waveguide, and one or the plurality of slots includes a first slot (14a) defined by the inner edge contacted to the short circuit wall part. The first slot has a prescribed slot length (L) smaller than approximately 0.5 times of a guide wave length of the waveguide along the first direction.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、誘電体基板を用いて構成した導波管に一又は複数のスロットを設けた導波管スロットアンテナに関するものである。 The present invention relates to a waveguide slot antenna in which one or a plurality of slots are provided in a waveguide configured by using a dielectric substrate.

従来から、マイクロ波帯やミリ波帯の高周波信号を用いた無線通信において、導波管に複数のスロットを形成し、給電部から給電された高周波信号を導波管に伝搬させて複数のスロットから電磁波として放射する導波管スロットアンテナが知られている。近年では、小型軽量化や加工の容易性に鑑み、誘電体基板とそれを取り囲む金属部材により構成した導波管スロットアンテナも利用されている。一般に、導波管内には一定の管内波長に応じて周期的に繰り返す定在波が発生するので、導波管の信号伝送方向の少なくとも一端に短絡面を配置し、この短絡面の近傍側のスロットの中心位置が短絡面から管内波長の1/4倍又は1/2倍の距離となるように配置する構造が提案されている(例えば、特許文献1参照)。このような構造を有する導波管スロットアンテナにより、導波管内の電磁界分布の周期性に適合するスロット配置が可能となる。 Conventionally, in wireless communication using high frequency signals in the microwave band and millimeter wave band, multiple slots are formed in the waveguide, and the high frequency signal fed from the power supply unit is propagated to the waveguide to create multiple slots. There is known a waveguide slot antenna that emits electromagnetic waves from the above. In recent years, in view of reduction in size and weight and easiness of processing, a waveguide slot antenna composed of a dielectric substrate and a metal member surrounding the dielectric substrate is also used. In general, a standing wave that periodically repeats is generated in the waveguide according to a fixed wavelength in the waveguide.Therefore, a short-circuit surface is arranged at least at one end in the signal transmission direction of the waveguide, and A structure has been proposed in which the center position of the slot is arranged at a distance of ¼ times or ½ times the guide wavelength from the short-circuited surface (see, for example, Patent Document 1). The waveguide slot antenna having such a structure enables the slot arrangement adapted to the periodicity of the electromagnetic field distribution in the waveguide.

特開2008−167246号公報JP, 2008-167246, A

一般に、矩形断面を有する導波管の電磁界分布は、信号伝送方向の成分を持たない電界と、信号伝送方向の成分を持つ磁界とにより形成される。この場合、導波管内では電界に比べて分布が複雑となる磁界の影響が強くなるため磁界分布に着目すると、短絡面の位置を基点として管内波長の1/2の周期性を有する磁界分布が形成される(例えば、図2参照)。上記従来の構造のうち、短絡面から管内波長の1/2倍の距離に配置されるスロットは、隣接する磁界分布の境界上に配置されるため、スロットに磁界が集中することになり、導波管スロットアンテナの放射効率を向上させることができる。しかし、このようなスロット配置は、短絡面の近傍側のスロットが2つの磁界分布に跨るため、導波管の信号伝送方向の長さが必要となり、導波管スロットアンテナの小型化が難しいという課題がある。一方、上記従来の構造のうち、短絡面から管内波長の1/4倍の距離に配置されるスロットは、1つの磁界分布に重ねて配置することができるため、導波管スロットアンテナの小型化が可能である。しかし、このようなスロット配置は、平面視でスロットの形状内における磁界分布の対称性により、打ち消し合う磁界成分が増加するので、導波管スロットアンテナの放射効率が低下するという課題がある。 Generally, the electromagnetic field distribution of a waveguide having a rectangular cross section is formed by an electric field having no component in the signal transmission direction and a magnetic field having a component in the signal transmission direction. In this case, the influence of the magnetic field, which has a more complicated distribution than the electric field, becomes stronger in the waveguide. Formed (see, eg, FIG. 2). In the above-mentioned conventional structure, the slot arranged at a distance of 1/2 times the guide wavelength from the short-circuited surface is arranged on the boundary of the adjacent magnetic field distribution, so that the magnetic field is concentrated in the slot. The radiation efficiency of the wave tube slot antenna can be improved. However, in such a slot arrangement, the slot in the vicinity of the short-circuit surface spans the two magnetic field distributions, so that the length of the waveguide in the signal transmission direction is required, and it is difficult to miniaturize the waveguide slot antenna. There are challenges. On the other hand, in the above-described conventional structure, the slot arranged at a distance of ¼ times the guide wavelength from the short-circuited surface can be arranged so as to overlap with one magnetic field distribution. Is possible. However, such a slot arrangement has a problem in that the radiating efficiency of the waveguide slot antenna decreases because the canceling magnetic field components increase due to the symmetry of the magnetic field distribution in the shape of the slot in plan view.

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、スロットの配置に基づいて、導波管スロットアンテナの小型化と良好な放射特性とを両立し得る構造を実現するものである。 The present invention has been made in order to solve the above problems, and realizes a structure capable of achieving both miniaturization of a waveguide slot antenna and excellent radiation characteristics based on the arrangement of slots.

上記課題を解決するために、本発明の導波管スロットアンテナは、誘電体基板(10)と当該誘電体基板を取り囲む金属部材(11、12、13)とにより構成された導波管と、当該導波管の信号伝送方向である第1の方向(X)に沿って配置され、前記金属部材の内縁により画定される一又は複数のスロット(14)とを備える導波管スロットアンテナであって、前記金属部材は、前記導波管のうち前記第1の方向に直交する少なくとも一方の短絡面となる第1の短絡壁部(W3)を含み、前記一又は複数のスロットは、前記短絡壁部に接する前記内縁により画定される第1スロット(14a)を含み、前記第1スロットは、前記第1の方向に沿って前記導波管の管内波長(λg)の1/2倍より小さい所定のスロット長(L)を有することを特徴としている。 In order to solve the above problems, a waveguide slot antenna of the present invention includes a waveguide including a dielectric substrate (10) and metal members (11, 12, 13) surrounding the dielectric substrate, A waveguide slot antenna, which is arranged along a first direction (X) which is a signal transmission direction of the waveguide and includes one or a plurality of slots (14) defined by an inner edge of the metal member. The metal member includes a first short-circuit wall portion (W3) which is at least one short-circuit surface of the waveguide orthogonal to the first direction, and the one or more slots are the short-circuited portions. A first slot (14a) defined by the inner edge in contact with a wall, the first slot being less than 1/2 times the guide wavelength (λg) of the waveguide along the first direction. It is characterized by having a predetermined slot length (L).

本発明の導波管スロットアンテナによれば、誘電体基板と金属部材とにより構成された導波管に配置される一又は複数のスロットのうち、第1スロットを画定する金属部材の内縁を第1の短絡壁部に接して配置するとともに、そのスロット長を第1の方向に沿って管内波長λgの1/2倍より小さくしたので、第1の短絡壁部の位置を基点とする導波管内の磁界分布の周期性に対してスロット配置を最適化することができる。具体的には、平面視で第1スロットの位置及びスロット長の条件に応じて、第1スロットが磁界分布内の対称性に基づく磁界成分の打ち消し合いを抑制し得る配置を実現することができる。これにより、放射特性を劣化させることなく、主に導波管スロットアンテナの第1の方向のサイズを縮小することができる。 According to the waveguide slot antenna of the present invention, among the one or a plurality of slots arranged in the waveguide formed of the dielectric substrate and the metal member, the inner edge of the metal member that defines the first slot is Since the slot length is made smaller than 1/2 times the guide wavelength λg along the first direction while being arranged in contact with the first short-circuit wall portion, the waveguide with the position of the first short-circuit wall portion as a base point is provided. The slot placement can be optimized for the periodicity of the magnetic field distribution in the tube. Specifically, it is possible to realize an arrangement in which the first slots can suppress the cancellation of the magnetic field components based on the symmetry in the magnetic field distribution according to the conditions of the position and the slot length of the first slots in plan view. .. This makes it possible to reduce the size of the waveguide slot antenna mainly in the first direction without degrading the radiation characteristics.

本発明の一又は複数のスロットは、第1スロットを含む複数のスロットとし、その複数のスロットのうち隣接するスロット同士の間隔が第1の方向に沿って管内波長と同一又は管内波長の1/2倍に設定してもよい。これにより、導波管内で周期性を有する磁界分布に対し、隣接する2個のスロットを、隣接する2個の磁界分布に対応付けて配置するか、あるいは、1つ置きの2個の磁界分布に対応付けて配置するかを選択的に定めることができる。 One or a plurality of slots of the present invention are a plurality of slots including a first slot, and an interval between adjacent slots of the plurality of slots is the same as the guide wavelength along the first direction or 1/the guide wavelength. It may be set to double. As a result, with respect to the magnetic field distribution having periodicity in the waveguide, two adjacent slots are arranged so as to correspond to the two adjacent magnetic field distributions, or every other two magnetic field distributions are arranged. It is possible to selectively determine whether or not to arrange in correspondence with.

本発明の金属部材は、誘電体基板の下面に形成された第1導体層と、誘電体基板の上面に形成され一又は複数のスロットが設けられる第2導体層と、第1導体層と第2導体層との間を電気的に接続し第1の方向に延在する導波管の両側の側面となる1対の側壁部とを含めて構成することができる。そして、更に本発明の金属部材には、導波管のうち第1の方向に直交する他方の短絡面となる第2の短絡壁部を含めて構成し、第1の短絡壁部と第2の短絡壁部との間の距離が第1の方向に沿って管内波長の1/2のN(Nは1以上の整数)倍に相当する配置としてもよい。このように配置すれば、管内波長の1/2の周期性を有する磁界分布に対し、1対の短絡壁部を設けた導波管の第1の方向のサイズを適合させることができる。なお、上記の場合、1対の側壁部と第1及び第2の短絡壁部は、第1導体層と第2導体層との間をそれぞれ接続する複数のビア導体から構成することができる。 The metal member of the present invention includes a first conductor layer formed on a lower surface of a dielectric substrate, a second conductor layer formed on an upper surface of the dielectric substrate and provided with one or a plurality of slots, a first conductor layer and a first conductor layer. It can be configured by including a pair of side wall portions that are side surfaces on both sides of the waveguide that electrically connect between the two conductor layers and extend in the first direction. Further, the metal member of the present invention is further configured to include a second short-circuit wall portion that is the other short-circuit surface orthogonal to the first direction of the waveguide, and includes the first short-circuit wall portion and the second short-circuit wall portion. The distance to the short-circuit wall portion may correspond to N times (N is an integer of 1 or more) times 1/2 of the guide wavelength along the first direction. With this arrangement, the size of the waveguide in which the pair of short-circuit wall portions is provided in the first direction can be adapted to the magnetic field distribution having the periodicity of 1/2 of the guide wavelength. In the above case, the pair of side wall portions and the first and second short-circuit wall portions can be composed of a plurality of via conductors respectively connecting the first conductor layer and the second conductor layer.

本発明において、第1及び第2の短絡壁部を設ける場合、一又は複数のスロットは第1スロットのみの1個のスロットとし、第1の短絡壁部と第2の短絡壁部との間の距離を第1の方向に沿って管内波長の1/2倍に設定してもよい。これにより、1個のスロットのみを設けることを前提に、導波管スロットアンテナのX方向のサイズを最小化することができる。 In the present invention, when the first and second short-circuit wall portions are provided, one or a plurality of slots is one slot having only the first slot, and the first short-circuit wall portion and the second short-circuit wall portion are provided. The distance may be set to 1/2 times the in-tube wavelength along the first direction. As a result, the size of the waveguide slot antenna in the X direction can be minimized on the assumption that only one slot is provided.

本発明の一又は複数のスロットは、第2導体層に垂直な第2の方向から見た平面視で、第1及び第2の方向に直交する第3の方向における1対の側壁部の間の中心位置から偏移した位置に配列することができる。すなわち、導波管内の磁界分布の周期性から、第1の方向に沿って右回りの磁界分布と左回りの磁界分布が交互に並ぶので、隣接するスロット同士の第1の方向に沿った間隔が管内波長と等しいときは各スロットを第3の方向に対して同じ位置に配置し、隣接するスロット同士の第1の方向に沿った間隔が管内波長の1/2倍であるときは各スロットを第3の方向における一対の側壁部の間の中心位置を挟んで第3の方向に対して対称位置に配置することで、各スロットにおける磁界方向を揃えることが可能となる。 One or a plurality of slots of the present invention are provided between a pair of side wall portions in a third direction orthogonal to the first and second directions in a plan view seen from a second direction perpendicular to the second conductor layer. Can be arranged at a position deviated from the center position of. That is, since the clockwise magnetic field distribution and the counterclockwise magnetic field distribution are alternately arranged along the first direction due to the periodicity of the magnetic field distribution in the waveguide, the spacing between adjacent slots along the first direction is Is equal to the guide wavelength, each slot is arranged at the same position in the third direction, and when the interval between the adjacent slots along the first direction is 1/2 the guide wavelength, each slot is Are arranged in symmetrical positions with respect to the third direction with the center position between the pair of side walls in the third direction being sandwiched therebetween, the magnetic field directions in the respective slots can be aligned.

本発明は、少なくとも誘電体基板の上面及び下面の間を貫通して形成されて導波管に入力信号を給電する給電部を更に備えて構成してもよく、この場合、第2導体層に垂直な第2の方向から見た平面視で、給電部が第1スロットと重なる位置に配置され、かつ、給電部が第1の方向に沿って前記スロット長の範囲を逸脱しないように配置される。このように第1スロットと一体的に配置される給電部を設けることで、第1の方向に沿って給電部のための余分なサイズ拡張は不要となり、導波管スロットアンテナの小型化に適している。また、給電部と第1スロットが一体的なアンテナとして作用し、給電部と第2導体層との間の容量も低減するので、良好な特性を保つことができる。 The present invention may be configured to further include a power feeding portion that penetrates at least between the upper surface and the lower surface of the dielectric substrate and feeds an input signal to the waveguide. In this case, in the second conductor layer, When viewed in a plan view from a vertical second direction, the power feeding unit is arranged at a position overlapping the first slot, and the power feeding unit is arranged along the first direction so as not to deviate from the slot length range. It By providing the power feeding unit integrally arranged with the first slot in this way, it is not necessary to extend the size of the power feeding unit along the first direction, and is suitable for downsizing of the waveguide slot antenna. ing. Further, since the power feeding portion and the first slot act as an integrated antenna and the capacitance between the power feeding portion and the second conductor layer is reduced, good characteristics can be maintained.

本発明によれば、第1スロットを第1の短絡壁部に接して配置し、第1スロットの形状が直下の1つの磁界分布の範囲内に重なるように適切なスロット長に設定することで、磁界分布の周期性に適合させつつ主に第1の方向に沿った長さを短縮できるとともに、第1スロットの形状の直下で磁界分布に含まれる磁界成分が打ち消し合うことを抑制することができる。従って、従来構造では困難であった導波管スロットアンテナの小型化と良好な放射特性とを両立することが可能となる。 According to the present invention, by arranging the first slot in contact with the first short-circuit wall portion, and setting the appropriate slot length so that the shape of the first slot overlaps within the range of one magnetic field distribution immediately below. It is possible to reduce the length mainly along the first direction while adapting to the periodicity of the magnetic field distribution, and to suppress the cancellation of the magnetic field components included in the magnetic field distribution directly below the shape of the first slot. it can. Therefore, it is possible to achieve both miniaturization of the waveguide slot antenna and good radiation characteristics, which were difficult with the conventional structure.

本発明を適用した一実施例に係る導波管スロットアンテナの構造を示す図であり、図1(A)は導波管スロットアンテナを上方から見た上面図であり、図1(B)は図1(A)の導波管スロットアンテナのA−A断面における断面図である。It is a figure which shows the structure of the waveguide slot antenna which concerns on one Example to which this invention is applied, FIG.1(A) is a top view which looked at the waveguide slot antenna from the upper part, FIG.1(B) is It is sectional drawing in the AA cross section of the waveguide slot antenna of FIG. 1(A). 図1(A)の上面図に対応して、誘電体基板10からなる導波管及びスロット14a、14bに、導波管に発生する磁界分布20を重ねた状態を模式的に示す図である。1A is a diagram schematically showing a state in which a magnetic field distribution 20 generated in the waveguide is superimposed on the waveguide and the slots 14a and 14b made of the dielectric substrate 10, corresponding to the top view of FIG. .. 本発明の効果を説明するための第1の比較例の構造を示す図であり、図3(A)は図1(A)に対応する上面図であり、図3(B)は図1(B)に対応する断面図である。It is a figure which shows the structure of the 1st comparative example for demonstrating the effect of this invention, FIG. 3(A) is a top view corresponding to FIG. 1(A), FIG. 3(B) is FIG. It is sectional drawing corresponding to B). 本発明の効果を説明するための第2の比較例の構造を示す図であり、図4(A)は図1(A)に対応する上面図であり、図4(B)は図1(B)に対応する断面図である。FIG. 5 is a diagram showing a structure of a second comparative example for explaining the effect of the present invention, FIG. 4(A) is a top view corresponding to FIG. 1(A), and FIG. 4(B) is FIG. It is sectional drawing corresponding to B). 第1の比較例の図3(A)の上面図に対応して、図2と同様の磁界分布20を重ねた状態を模式的に示す図である。FIG. 3 is a diagram schematically showing a state in which a magnetic field distribution 20 similar to that in FIG. 2 is superimposed, corresponding to the top view of FIG. 3A of the first comparative example. 第2の比較例の図4(A)の上面図に対応して、図2と同様の磁界分布20を重ねた状態を模式的に示す図である。FIG. 6 is a diagram schematically showing a state in which a magnetic field distribution 20 similar to that in FIG. 2 is superimposed, corresponding to the top view of FIG. 4A of the second comparative example. 本発明を適用した導波管スロットアンテナに関し、スロット14の個数を変更した第1の変形例を示す図であり、図7(A)は図1(A)に対応する上面図であり、図7(B)は図1(B)に対応する断面図である。FIG. 7 is a diagram showing a first modification of the waveguide slot antenna to which the present invention is applied, in which the number of slots 14 is changed, and FIG. 7(A) is a top view corresponding to FIG. 1(A). 7B is a cross-sectional view corresponding to FIG. 本発明を適用した導波管スロットアンテナに関し、給電部15を設けた第2の変形例を示す図であり、図8(A)は図1(A)に対応する上面図であり、図8(B)は図1(B)に対応する断面図である。8 is a diagram showing a second modification of the waveguide slot antenna to which the present invention is applied, in which a feeding portion 15 is provided, and FIG. 8(A) is a top view corresponding to FIG. 1(A). FIG. 1B is a sectional view corresponding to FIG. 本実施形態の導波管スロットアンテナの作製方法の概要を説明する図である。It is a figure explaining the outline of the manufacturing method of the waveguide slot antenna of this embodiment.

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。ただし、以下に述べる実施形態は本発明の技術思想を適用した形態の一例であって、本発明が本実施形態の内容により限定されることはない。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the embodiment described below is an example of a form to which the technical idea of the present invention is applied, and the present invention is not limited by the contents of the present embodiment.

まず、図1を用いて、本発明を適用した一実施例に係る導波管スロットアンテナの構造について説明する。図1(A)は本実施形態の導波管スロットアンテナを上方から見た上面図であり、図1(B)は図1(A)の導波管スロットアンテナのA−A断面における断面図である。なお、図1においては、説明の便宜のため、互いに直交するX方向(本発明の第1の方向)、Y方向(本発明の第3の方向)、Z方向(本発明の第2の方向)をそれぞれ矢印にて示している。 First, the structure of a waveguide slot antenna according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1A is a top view of the waveguide slot antenna according to the present embodiment as seen from above, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line AA of the waveguide slot antenna of FIG. 1A. Is. In FIG. 1, for convenience of description, an X direction (first direction of the present invention), a Y direction (third direction of the present invention), a Z direction (second direction of the present invention) which are orthogonal to each other. ) Are indicated by arrows.

本実施形態の導波管スロットアンテナは、セラミック等の誘電体材料からなる誘電体基板10と、誘電体基板10の下面に形成された導電材料からなる導体層11(本発明の第1導体層)と、誘電体基板10の上面に形成された導電材料からなる導体層12(本発明の第2導体層)と、上下の導体層11、12の間を接続する複数のビア導体13と、上面の導体層12に形成された複数のスロット14(14a、14b)とを備えている。なお、図1(A)では、複数のビア導体13を導体層12側から透視した状態を示している。 The waveguide slot antenna of the present embodiment includes a dielectric substrate 10 made of a dielectric material such as ceramic, and a conductor layer 11 made of a conductive material formed on the lower surface of the dielectric substrate 10 (the first conductor layer of the present invention). ), a conductor layer 12 (second conductor layer of the present invention) made of a conductive material formed on the upper surface of the dielectric substrate 10, and a plurality of via conductors 13 connecting the upper and lower conductor layers 11 and 12. A plurality of slots 14 (14a, 14b) formed in the conductor layer 12 on the upper surface are provided. Note that FIG. 1A shows a state in which the plurality of via conductors 13 are seen through from the conductor layer 12 side.

誘電体基板10は、X方向を長尺方向とする直方体の外形形状を有し、一般には複数の誘電体層を積層して形成される。誘電体基板10の周囲のうち、上下(Z方向の両側)は前述の1対の導体層11、12で覆われ、4つの側面(X方向及びY方向のそれぞれの両側)に沿って前述の複数のビア導体13が配列されている。このような構造により、誘電体基板10は、1対の導体層11、12及び複数のビア導体13からなる金属部材により取り囲まれた導波管として機能する。この導波管は、X方向を信号伝送方向として、図1(A)(B)に示すように、Z方向に高さa及びY方向に幅bの矩形断面(YZ断面)を有している。一般には、b≒2aの関係に設定されるが、このような設定により導波管の上下面をH面とするTE10を主モードとして伝搬させることができる。 The dielectric substrate 10 has a rectangular parallelepiped outer shape whose longitudinal direction is the X direction, and is generally formed by laminating a plurality of dielectric layers. Of the periphery of the dielectric substrate 10, the upper and lower sides (both sides in the Z direction) are covered with the pair of conductor layers 11 and 12 described above, and are covered along the four side surfaces (each side in the X direction and the Y direction). A plurality of via conductors 13 are arranged. With such a structure, the dielectric substrate 10 functions as a waveguide surrounded by the metal member including the pair of conductor layers 11 and 12 and the plurality of via conductors 13. The waveguide has a rectangular cross section (YZ cross section) having a height a in the Z direction and a width b in the Y direction, as shown in FIGS. 1A and 1B, with the X direction as the signal transmission direction. There is. Generally, the relationship of b≈2a is set, but with such a setting, it is possible to propagate TE10 having the upper and lower surfaces of the waveguide as the H surface as the main mode.

複数のビア導体13は、それぞれ誘電体基板10を貫く複数の貫通孔に導電材料を充填した複数の柱状導体であり、隣接するビア導体13の間隔が導波管の遮断波長の半分以下になるように設定されている。複数のビア導体13の各々は、下端が導体層11と接続され、上端が導体層12と接続され、その柱状導体の側面が外部に露出することなく誘電体基板10で覆われている。図1(A)に示すように、複数のビア導体13は、Z方向から見た平面視で、X方向に2列で延在する1対の側壁部W1、W2と、Y方向に2列で延在する1対の短絡壁部W3、W4とに区分される。誘電体基板10からなる導波管のうち、1対の側壁部W1、W2は両側のXZ平面の側面を構成し、1対の短絡壁部W3、W4は、信号伝送方向であるX方向に垂直なYZ平面の短絡面を構成する。X方向に対向する短絡壁部W3、W4の間隔は、例えば、管内波長λgの2倍(2λg)に設定される。 The plurality of via conductors 13 are a plurality of columnar conductors in each of which a plurality of through holes penetrating the dielectric substrate 10 are filled with a conductive material, and the distance between adjacent via conductors 13 is half or less of the cutoff wavelength of the waveguide. Is set. Each of the plurality of via conductors 13 has a lower end connected to the conductor layer 11 and an upper end connected to the conductor layer 12, and the side surface of the columnar conductor is covered with the dielectric substrate 10 without being exposed to the outside. As shown in FIG. 1A, the plurality of via conductors 13 has a pair of side wall portions W1 and W2 extending in two rows in the X direction and two rows in the Y direction when viewed in a plan view from the Z direction. Is divided into a pair of short-circuit walls W3 and W4. In the waveguide formed of the dielectric substrate 10, the pair of side wall portions W1 and W2 form side surfaces on both sides of the XZ plane, and the pair of short-circuit wall portions W3 and W4 are arranged in the X direction which is the signal transmission direction. Construct a short circuit plane in the vertical YZ plane. The distance between the short-circuit walls W3 and W4 facing each other in the X direction is set to, for example, twice the guide wavelength λg (2λg).

なお、1対の側壁部W1、W2と1対の短絡壁部W3、W4は、図1に示す複数のビア導体13を用いて構成する場合には限られず、Z方向から見た平面視で、誘電体基板10の四辺を取り囲むベタ状の導体壁を用いて構成してもよい。また、一方の短絡壁部W3のみを設け、他方の短絡壁部W4を省略する構造であっても、本発明の適用が可能である。例えば、導波管スロットアンテナの開放端に、他の導波管や機器を接続する形態であってもよい。 The pair of side wall portions W1 and W2 and the pair of short-circuit wall portions W3 and W4 are not limited to the case of using the plurality of via conductors 13 shown in FIG. Alternatively, a solid conductor wall surrounding the four sides of the dielectric substrate 10 may be used. In addition, the present invention can be applied to a structure in which only one short-circuit wall W3 is provided and the other short-circuit wall W4 is omitted. For example, another waveguide or device may be connected to the open end of the waveguide slot antenna.

複数のスロット14は、導体層12においてX方向に沿って配列されている。本実施形態では、図1(A)の右側から順に2個のスロット14a、14bが設けられている。Z方向から見た平面視で、2個のスロット14a、14bの各々は、X方向の所定のスロット長LとY方向の所定の幅とを有する矩形の形状を有している。図1(B)からわかるように、導体層12のうち、2個のスロット14a、14bの形状部分が開口されており、下側の誘電体基板10が部分的に露出している。換言すれば、2個のスロット14a、14bの各形状は、金属部材(導体層12及び短絡壁部W3)の内縁により画定されている。2個のスロット14a、14bは、導波管の管内波長λgに対し、X方向に沿って互いの中心位置の間隔がλgとなるように配置されている。また、2個のスロット14a、14bは、導波管のY方向の中心位置から偏移した位置に配置されている。 The plurality of slots 14 are arranged in the conductor layer 12 along the X direction. In this embodiment, two slots 14a and 14b are provided in order from the right side of FIG. Each of the two slots 14a and 14b has a rectangular shape having a predetermined slot length L in the X direction and a predetermined width in the Y direction when seen in a plan view from the Z direction. As can be seen from FIG. 1(B), in the conductor layer 12, the two slots 14a and 14b are opened, and the lower dielectric substrate 10 is partially exposed. In other words, the respective shapes of the two slots 14a and 14b are defined by the inner edges of the metal member (the conductor layer 12 and the short-circuit wall W3). The two slots 14a and 14b are arranged so that the distance between the center positions of the waveguides is λg along the X direction with respect to the guide wavelength λg of the waveguide. Further, the two slots 14a and 14b are arranged at positions deviated from the center position of the waveguide in the Y direction.

ここで、右側のスロット14a(本発明の第1スロット)に着目すると、Z方向から見た平面視で、スロット14aの矩形の一方の短辺が短絡壁部W3に接している。換言すれば、スロット14aの形状は、部分的に短絡壁部W3の前述の内縁により画定される。そして、スロット14aの前述のスロット長Lは、管内波長λgに対し、X方向に沿ってL<λg/2を満たす必要がある。なお、スロット14a、14bの他の寸法パラメータについては、導波管内の電磁界分布に応じて適切に設定される。本実施形態において、一又は複数のスロット14の配置による効果について詳しくは後述する。 Here, focusing on the slot 14a on the right side (the first slot of the present invention), one short side of the rectangle of the slot 14a is in contact with the short-circuit wall W3 in a plan view seen from the Z direction. In other words, the shape of the slot 14a is partly defined by the aforementioned inner edge of the short-circuit wall W3. The slot length L of the slot 14a needs to satisfy L<λg/2 along the X direction for the guide wavelength λg. The other dimension parameters of the slots 14a and 14b are appropriately set according to the electromagnetic field distribution in the waveguide. In this embodiment, the effect of the arrangement of the one or more slots 14 will be described in detail later.

次に、本実施形態におけるスロット14a、14bの配置と、導波管における磁界分布との関係について説明する。図2は、図1(A)の上面図に対応して、1対の側壁部W1、W2及び1対の短絡壁部W3、W4に取り囲まれた導波管及びスロット14a、14bに、導波管に発生する磁界分布20を重ねた状態を模式的に示す図である。前述したように、管内波長λgに対し、短絡壁部W3、W4の間のX方向の距離が2λgであって、導波管内の電磁界分布の周期性がλg/2の整数倍になることから、導波管のX方向に沿って4つの磁界分布20(20a、20b、20c、20d)が並ぶことになる。電界の方向がZ方向を向くので、各々の磁界分布20は、電界に直交するX方向又はY方向の成分からなる。磁界分布20は電界分布に比べて複雑であり、それぞれのスロット14の配置に応じた放射特性に強い影響を与える。短絡壁部W3、W4の位置を含めてλg/2毎に現れる電界のゼロ点の位置が磁界分布20の境界となり、電界のピークの位置が各々の磁界分布20の中心となる。そして、各磁界分布20内の矢印にて示すように、電界方向の周期性に対応して右回りの磁界分布20a、20cと左回りの磁界分布20b、20dが交互に並ぶことがわかる。 Next, the relationship between the arrangement of the slots 14a and 14b in the present embodiment and the magnetic field distribution in the waveguide will be described. 2 corresponds to the top view of FIG. 1(A) and is guided to a waveguide and slots 14a and 14b surrounded by a pair of side wall portions W1 and W2 and a pair of short-circuit wall portions W3 and W4. It is a figure which shows typically the state where the magnetic field distribution 20 generate|occur|produced in a wave tube was piled up. As described above, the distance between the short-circuit walls W3 and W4 in the X direction is 2λg with respect to the guide wavelength λg, and the periodicity of the electromagnetic field distribution in the waveguide is an integral multiple of λg/2. Therefore, four magnetic field distributions 20 (20a, 20b, 20c, 20d) are arranged along the X direction of the waveguide. Since the direction of the electric field is the Z direction, each magnetic field distribution 20 is composed of components in the X direction or the Y direction orthogonal to the electric field. The magnetic field distribution 20 is more complicated than the electric field distribution, and has a strong influence on the radiation characteristics depending on the arrangement of the slots 14. The position of the zero point of the electric field that appears every λg/2, including the positions of the short-circuit walls W3 and W4, becomes the boundary of the magnetic field distribution 20, and the position of the peak of the electric field becomes the center of each magnetic field distribution 20. Then, as indicated by arrows in each magnetic field distribution 20, it can be seen that clockwise magnetic field distributions 20a and 20c and counterclockwise magnetic field distributions 20b and 20d are alternately arranged corresponding to the periodicity of the electric field direction.

図2において、右側の短絡壁部W3に接するスロット14aは、磁界分布20aの範囲内に配置されている。スロット14aの矩形の形状内には、磁界分布20aのうちX方向に沿う磁界成分m1とY方向に沿う磁界成分m2とが存在し、これらの磁界成分m1、m2の間の各方向に沿う他の磁界成分も存在する。一方、スロット14aからX方向に距離λgだけ離れた位置のスロット14bは、磁界分布20bを挟んだ位置の磁界分布20cの範囲内に配置されている。スロット14bの矩形の形状内で、磁界分布20cのうちスロット14aの場合と方向性が等しい磁界成分m1、m2(不図示)及び他の磁界成分が存在する。以下、本実施形態のスロット14a、14bの配置に基づく効果に関し、従来の構造と比較しながら説明する。 In FIG. 2, the slot 14a in contact with the right short-circuit wall W3 is arranged within the range of the magnetic field distribution 20a. Within the rectangular shape of the slot 14a, there are a magnetic field component m1 along the X direction and a magnetic field component m2 along the Y direction in the magnetic field distribution 20a, and others along each direction between these magnetic field components m1 and m2. There is also a magnetic field component of. On the other hand, the slot 14b at a position separated from the slot 14a by the distance λg in the X direction is arranged within the range of the magnetic field distribution 20c sandwiching the magnetic field distribution 20b. Within the rectangular shape of the slot 14b, there are magnetic field components m1 and m2 (not shown) and other magnetic field components of the magnetic field distribution 20c that have the same directionality as the case of the slot 14a. The effects based on the arrangement of the slots 14a and 14b of the present embodiment will be described below in comparison with the conventional structure.

図3は、本発明の効果を説明するための第1の比較例の構造を示しており、図3(A)が図1(A)に対応する上面図であり、図3(B)が図1(B)に対応する断面図である。第1の比較例においては、右側のスロット14aが短絡壁部W3には接しておらず、X方向に沿って短絡壁部W3からスロット14aの中心位置までの距離がλg/2に設定されている。一方、図4は、本発明の効果を説明するための第2の比較例の構造を示しており、図4(A)が図1(A)に対応する上面図であり、図4(B)が図1(B)に対応する断面図である。第2の比較例においては、右側のスロット14aが短絡壁部W3には接しておらず、X方向に沿って短絡壁部W3からスロット14aの中心位置までの距離がλg/4に設定されている。第1及び第2の比較例のいずれにおいても、本実施形態と同様、X方向に沿って2個のスロット14a、14bの互いの中心位置の間隔がλgに設定されている。なお、図3及び図4において、2個のスロット14a、14bの配置以外の構造については、図1と同様であるため説明を省略する。 3A and 3B show a structure of a first comparative example for explaining the effect of the present invention, FIG. 3A is a top view corresponding to FIG. 1A, and FIG. It is sectional drawing corresponding to FIG. 1(B). In the first comparative example, the slot 14a on the right side is not in contact with the short-circuit wall portion W3, and the distance from the short-circuit wall portion W3 to the center position of the slot 14a is set to λg/2 along the X direction. There is. On the other hand, FIG. 4 shows a structure of a second comparative example for explaining the effect of the present invention, FIG. 4(A) is a top view corresponding to FIG. 1(A), and FIG. ) Is a cross-sectional view corresponding to FIG. In the second comparative example, the right slot 14a is not in contact with the short-circuit wall W3, and the distance from the short-circuit wall W3 to the center position of the slot 14a is set to λg/4 along the X direction. There is. In both the first and second comparative examples, the distance between the center positions of the two slots 14a and 14b along the X direction is set to λg, as in the present embodiment. 3 and 4, the structure other than the arrangement of the two slots 14a and 14b is the same as that in FIG. 1, and the description thereof will be omitted.

図5は、第1の比較例の図3(A)の上面図に対応して、図2と同様の磁界分布を重ねた状態を模式的に示す図である。右側のスロット14aは、中心位置が2つの磁界分布20a、20bの境界に配置され、左側のスロット14bは、中心位置が2つの磁界分布20c、20dの境界に配置される。一方、2個のスロット14a、14bの各々の形状内には、主にY方向に沿って同じ向きの磁界m3が存在する。そのため、スロット14a、14bの形状内で磁界成分m3の方向が揃うため、放射効率は高くなる。 FIG. 5 is a diagram schematically showing a state in which magnetic field distributions similar to those in FIG. 2 are overlapped, corresponding to the top view of FIG. 3A of the first comparative example. The right slot 14a is located at the boundary between the two magnetic field distributions 20a and 20b at the center position, and the left slot 14b is located at the boundary between the two magnetic field distributions 20c and 20d at the center position. On the other hand, in each of the shapes of the two slots 14a and 14b, a magnetic field m3 having the same direction mainly exists along the Y direction. Therefore, the directions of the magnetic field components m3 are aligned within the shapes of the slots 14a and 14b, so that the radiation efficiency is increased.

しかし、第1の比較例においては、1個のスロット14が常に隣接する2つの磁界分布20に跨るため、2個のスロット14a、14bに対応する4つの磁界分布20の範囲としてX方向に沿って長さ2λgが必要となる。これに対し、本実施形態によれば、スロット14a、14bの各々が1つの磁界分布20の範囲内にあるため、図2に示すように、2個のスロット14a、14bに対応して少なくとも3つの磁界分布20(20a、20b、20c)があればよく、X方向に沿って導波管スロットアンテナを長さ1.5λgまで縮小することができる。仮に、後述するように導波管スロットアンテナに1個のスロット14aのみを設ける構造を想定すると、第1の比較例は2個の磁界分布20に対応してX方向の長さλgが必要であるのに対し、本実施形態は1個の磁界分布20に対応してX方向の長さλg/2まで縮小可能であり、第1の比較例に比べてX方向の長さを半減することができる。 However, in the first comparative example, one slot 14 always extends over two adjacent magnetic field distributions 20, so that the range of the four magnetic field distributions 20 corresponding to the two slots 14a and 14b is along the X direction. Therefore, a length of 2λg is required. On the other hand, according to the present embodiment, since each of the slots 14a and 14b is within the range of one magnetic field distribution 20, as shown in FIG. 2, at least 3 slots 14a and 14b are provided. Only one magnetic field distribution 20 (20a, 20b, 20c) is required, and the waveguide slot antenna can be reduced to a length of 1.5λg along the X direction. Assuming a structure in which only one slot 14a is provided in the waveguide slot antenna as described later, the first comparative example requires a length λg in the X direction corresponding to two magnetic field distributions 20. On the other hand, the present embodiment can reduce the length in the X direction to λg/2 corresponding to one magnetic field distribution 20, and halve the length in the X direction as compared with the first comparative example. You can

図6は、第2の比較例の図4(A)の上面図に対応して、図2と同様の磁界分布20を重ねた状態を模式的に示す図である。右側のスロット14aは磁界分布20aの範囲内に配置され、左側のスロット14bは磁界分布20cの範囲内に配置される。一方、2個のスロット14a、14bの各々の矩形の形状内には、X方向に沿う磁界成分m1と、Y方向に沿って互いに逆方向の磁界成分m2、m3と、これらの磁界成分m1、m2、m3の間の各方向の他の磁界成分も存在する。第2の比較例の構造によれば、1個のスロット14が1つの磁界分布20の範囲内にあるため、例えば、導波管スロットアンテナに2個あるいは1個のスロット14を設ける場合のX方向の長さについては、本実施形態と同程度に縮小でき、小型化には適している。 FIG. 6 is a diagram schematically showing a state in which a magnetic field distribution 20 similar to that in FIG. 2 is overlapped, corresponding to the top view of FIG. 4A of the second comparative example. The slot 14a on the right side is arranged within the range of the magnetic field distribution 20a, and the slot 14b on the left side is arranged within the range of the magnetic field distribution 20c. On the other hand, in the rectangular shape of each of the two slots 14a and 14b, the magnetic field component m1 along the X direction, the magnetic field components m2 and m3 in the opposite directions along the Y direction, and the magnetic field components m1 and There are also other magnetic field components in each direction between m2 and m3. According to the structure of the second comparative example, since one slot 14 is within the range of one magnetic field distribution 20, for example, when two or one slot 14 is provided in the waveguide slot antenna, X The length in the direction can be reduced to the same extent as this embodiment, and is suitable for downsizing.

しかし、第2の比較例においては、スロット14a、14bの各々の形状内に、Y方向に沿って逆方向の磁界成分m2、m3が存在し、これらの磁界成分m2、m3が打ち消し合うことになるので、必然的に各スロット14からの放射レベルが減少する。これに対し、本実施形態によれば、1個のスロット14の形状内に存在する磁界成分m1、m2が打ち消し合うことはないため、第2の比較例に比べて放射レベルが大きくなる。ただし、前述したように、本実施形態におけるスロット長L<λg/2の条件を満たしたとしても、スロット長Lがλg/2に接近すると、打ち消し合う磁界成分が増加するので、スロット長Lをλgの30〜45%程度に設定することが望ましい。 However, in the second comparative example, there are magnetic field components m2 and m3 in the opposite directions along the Y direction in the respective shapes of the slots 14a and 14b, and these magnetic field components m2 and m3 cancel each other out. Therefore, the radiation level from each slot 14 is inevitably reduced. On the other hand, according to the present embodiment, the magnetic field components m1 and m2 existing in the shape of one slot 14 do not cancel each other out, so that the radiation level becomes higher than that in the second comparative example. However, as described above, even if the condition of the slot length L<λg/2 in the present embodiment is satisfied, when the slot length L approaches λg/2, the canceling magnetic field components increase, so the slot length L is It is desirable to set it to about 30 to 45% of λg.

以上のように、第1の比較例では導波管スロットアンテナの小型化が難しく、第2の比較例ではスロット14の放射効率の低下が避けられないので、いずれの場合も導波管スロットアンテナの小型化と放射効率の向上を両立することは困難である。これに対し、本実施形態の構造では、スロット14aの一端を短絡壁部W3に接する配置を採用したことにより、導波管スロットアンテナの小型化と放射効率の向上とを両立することが可能となる。 As described above, in the first comparative example, it is difficult to miniaturize the waveguide slot antenna, and in the second comparative example, the reduction of the radiation efficiency of the slot 14 cannot be avoided. It is difficult to achieve both miniaturization and improvement of radiation efficiency. On the other hand, in the structure of the present embodiment, by adopting the arrangement in which one end of the slot 14a is in contact with the short-circuit wall W3, it is possible to achieve both miniaturization of the waveguide slot antenna and improvement of radiation efficiency. Become.

本発明を適用した導波管スロットアンテナは、図1の構造には限定されず、本発明の効果を奏することを前提に、多様な変形例がある。図7は、スロット14の個数を変更した第1の変形例を示しており、図7(A)が図1(A)に対応する上面図であり、図7(B)が図1(B)に対応する断面図である。第1の変形例は、既に述べたように、導体層12に1個のスロット14aのみが配置されている。図7(A)におけるスロット14aの配置は図1(A)と共通であるが、図2に示すように1個のスロット14aが1つの磁界分布20aのみに重なるため、導波管スロットアンテナのサイズは、1つの磁界分布20aのX方向の長さλg/2に設定すればよいので、最も小型化に適した構造となる。 The waveguide slot antenna to which the present invention is applied is not limited to the structure shown in FIG. 1, and various modifications are possible on the assumption that the effects of the present invention are exhibited. FIG. 7 shows a first modification in which the number of slots 14 is changed, FIG. 7(A) is a top view corresponding to FIG. 1(A), and FIG. 7(B) is shown in FIG. 3 is a sectional view corresponding to FIG. In the first modification, as described above, only one slot 14a is arranged in the conductor layer 12. The arrangement of the slots 14a in FIG. 7A is the same as that in FIG. 1A, but one slot 14a overlaps only one magnetic field distribution 20a as shown in FIG. Since the size may be set to the length λg/2 of one magnetic field distribution 20a in the X direction, the structure is most suitable for downsizing.

なお、本発明の作用効果を得られる限り、導波管スロットアンテナのスロット14の個数は、1個又は2個には制約されない。例えば、3個以上の多数のスロット14を配列する場合であっても、本発明を適用することができる。この場合、管内波長λgに対し、図1と同様の配列に従い、隣接するスロット14同士のX方向に沿った間隔をλgに設定してもよいが、隣接するスロット14同士のX方向に沿った間隔をより短縮してλg/2に設定してもよい。複数のスロット14を間隔λg/2で配列する場合、磁界分布20の右回りと左回りが交互に並ぶので、隣接するスロット14同士が前述のY方向の中心位置を挟んで対称的な位置に配列することにより、全てのスロット14の形状内における磁界成分の方向性を揃えることができる。 The number of slots 14 of the waveguide slot antenna is not limited to one or two as long as the effects of the present invention can be obtained. For example, the present invention can be applied even when a large number of slots 14 of three or more are arranged. In this case, for the guide wavelength λg, the interval along the X direction between the adjacent slots 14 may be set to λg according to the arrangement similar to that of FIG. The interval may be shortened and set to λg/2. When the plurality of slots 14 are arranged at intervals of λg/2, the clockwise and counterclockwise rotations of the magnetic field distribution 20 are alternately arranged, so that the adjacent slots 14 are located symmetrically with respect to the center position in the Y direction. By arranging them, the directions of the magnetic field components in all the shapes of the slots 14 can be made uniform.

また図8は、図1に示す導波管スロットアンテナにおいて、入力信号を給電する給電部15を設けた第2の変形例を示しており、図8(A)が図1(A)に対応する上面図であり、図8(B)が図1(B)に対応する断面図(図8(A)のB−B断面)である。一般には、Z方向から見た平面視で、2個のスロットから離れた位置に配置した給電部が設けられるが、第2の変形例の給電部15は一方のスロット14aと重なる位置に配置されている。この場合、給電部15及びスロット14aが重なる領域は、スロット14aの矩形の基本形状のうち、長辺の一部が半円状に突出する形状を有する。また、給電部15の中心位置と右側の短絡壁部W3との間のX方向に沿った距離は、導波管の管内波長の1/4倍に設定される。また、給電部15は、誘電体基板10の上面と下面の間を貫通して形成される。 FIG. 8 shows a second modification in which the waveguide slot antenna shown in FIG. 1 is provided with a power feeding unit 15 for feeding an input signal, and FIG. 8A corresponds to FIG. 8B is a cross-sectional view (cross-section taken along line BB in FIG. 8A) corresponding to FIG. 1B. Generally, the power feeding unit arranged at a position away from the two slots is provided in a plan view seen from the Z direction, but the power feeding unit 15 of the second modification is arranged at a position overlapping with one slot 14a. ing. In this case, the region where the power feeding unit 15 and the slot 14a overlap has a shape in which a part of the long side of the rectangular basic shape of the slot 14a projects in a semicircular shape. Further, the distance along the X direction between the center position of the power feeding unit 15 and the right short-circuit wall W3 is set to 1/4 times the guide wavelength of the waveguide. Further, the power feeding portion 15 is formed so as to penetrate between the upper surface and the lower surface of the dielectric substrate 10.

図8(B)に示すように、給電部15は、下面の導体層11と同一平面内に配置される給電端子15aと、上面の導体層12と同一平面内に配置される上端部15bと、これらの給電端子15aと上端部15bとを電気的に接続する給電用ビア導体15cとにより構成される。給電端子15a及び上端部15bは、導体層11、12と同じ導電材料から形成されるが、導体層11、12とは接触していない。よって、Z方向から見た平面視で、給電端子15aの周囲にはリング状の抜きパターン(不図示)が形成され、同様に上端部15bの周囲にもリング状の抜きパターンが形成されている。給電用ビア導体15cは円柱状に形成され、主に給電用ビア導体15cの径に応じて給電部15のインピーダンス整合を最適化することができる。 As shown in FIG. 8(B), the power feeding portion 15 includes a power feeding terminal 15a arranged in the same plane as the conductor layer 11 on the lower surface and an upper end portion 15b arranged in the same plane as the conductor layer 12 on the upper surface. , A power supply via conductor 15c for electrically connecting the power supply terminal 15a and the upper end portion 15b. The power supply terminal 15a and the upper end portion 15b are formed of the same conductive material as the conductor layers 11 and 12, but are not in contact with the conductor layers 11 and 12. Therefore, in a plan view viewed from the Z direction, a ring-shaped punching pattern (not shown) is formed around the power supply terminal 15a, and similarly, a ring-shaped punching pattern is also formed around the upper end portion 15b. .. The power feeding via conductor 15c is formed in a cylindrical shape, and the impedance matching of the power feeding portion 15 can be optimized mainly according to the diameter of the power feeding via conductor 15c.

第2の変形例によれば、給電部15をスロット14aと重なる位置に配置したので、給電部15の配置による導波管のX方向の余分なサイズが不要となり、給電部15を設ける場合であっても導波管スロットアンテナの小型化が可能となる。また、アンテナ特性の観点から、スロット14aと給電部15の上端部15bは一体的な形状を有する1つのアンテナとして作用し、スロット14aと給電部15との間の互いの干渉を抑制することができる。また、給電部15は、上端部15bが導体層12と同一平面内にあるため、主に上端部15bと導体層12との間の容量が小さくなるため、給電部15の容量成分の増加による高周波特性の劣化を防止することができる。さらに、第2の変形例によれば給電部15がX方向に沿ったスロット14aのスロット長Lの範囲を逸脱しないため、給電部15を配置することによってスロット長Lに依存する導波管スロットアンテナの共振周波数が影響を受けることを避けることができる。このように、第2の変形例は、給電部15を設けた導波管スロットアンテナの良好な特性を維持しつつ、小型化の効果も得ることができる。 According to the second modified example, since the power feeding unit 15 is arranged at the position overlapping the slot 14a, an extra size in the X direction of the waveguide due to the arrangement of the power feeding unit 15 is unnecessary, and thus the power feeding unit 15 is provided. Even if there is, the waveguide slot antenna can be downsized. Further, from the viewpoint of antenna characteristics, the slot 14a and the upper end portion 15b of the power feeding portion 15 act as one antenna having an integral shape, and suppress mutual interference between the slot 14a and the power feeding portion 15. it can. Further, since the upper end portion 15b of the power feeding portion 15 is in the same plane as the conductor layer 12, the capacitance between the upper end portion 15b and the conductor layer 12 is mainly reduced, and thus the capacitance component of the power feeding portion 15 is increased. It is possible to prevent deterioration of high frequency characteristics. Furthermore, according to the second modified example, the feeding portion 15 does not deviate from the range of the slot length L of the slot 14a along the X direction. Therefore, by arranging the feeding portion 15, the waveguide slot depending on the slot length L is arranged. It is possible to avoid that the resonance frequency of the antenna is affected. As described above, the second modification can obtain the effect of downsizing while maintaining the good characteristics of the waveguide slot antenna provided with the power feeding portion 15.

なお、第2の変形例におけるスロット14aのスロット長Lの範囲は、矩形のスロット14aを画定するX方向に沿って延びる一対の長辺によって挟まれた領域のことを意味する。また、スロット14aの形状が、X方向に長辺を有する矩形の角部に曲線状又は直線状の面取り部を有する略矩形状である場合、スロット14aのスロット長Lの範囲は、X方向に沿って延びる一対の長辺によって挟まれた領域のことを意味するが、この一対の長辺に面取り部は含まれない。 In addition, the range of the slot length L of the slot 14a in the second modification means a region sandwiched by a pair of long sides extending along the X direction that defines the rectangular slot 14a. Further, when the shape of the slot 14a is a substantially rectangular shape having a curved or linear chamfered portion at the corner of a rectangle having a long side in the X direction, the range of the slot length L of the slot 14a is in the X direction. It means a region sandwiched by a pair of long sides extending along, but the chamfered portion is not included in the pair of long sides.

次に、本実施形態の導波管スロットアンテナの作製方法の概要について、図9を参照しつつ説明する。ここでは、図1(B)に対応する断面構造を有する導波管スロットアンテナを作製する場合を例に取って説明する。まず、誘電体基板10を構成する複数の誘電体層として、例えば、ドクターブレード法により形成した低温焼成用の複数のセラミックグリーンシート30を用意する。そして、図9(A)に示すように、それぞれのセラミックグリーンシート30の所定位置に打ち抜き加工を施して、複数のビアホール31を開口する。なお、各セラミックグリーンシート30における各ビアホール31の位置及び個数は、導波管の1対の側面及び1対の短絡面となる複数のビア導体13の配置に対応して設定される。 Next, an outline of a method for manufacturing the waveguide slot antenna of this embodiment will be described with reference to FIG. Here, a case of manufacturing a waveguide slot antenna having a cross-sectional structure corresponding to FIG. 1B will be described as an example. First, as a plurality of dielectric layers forming the dielectric substrate 10, for example, a plurality of ceramic green sheets 30 for low-temperature firing formed by a doctor blade method are prepared. Then, as shown in FIG. 9A, a punching process is performed at a predetermined position of each ceramic green sheet 30 to open a plurality of via holes 31. The position and the number of each via hole 31 in each ceramic green sheet 30 are set in correspondence with the arrangement of the plurality of via conductors 13 that form a pair of side surfaces and a pair of short-circuit surfaces of the waveguide.

次に、図9(B)に示すように、それぞれのセラミックグリーンシート30に開口された複数のビアホール31のそれぞれに、Cuを含む導電性ペーストをスクリーン印刷により充填することにより、複数のビア導体13を形成する。続いて、図9(C)に示すように、最下層のセラミックグリーンシート30の下面に、Cuを含む導電性ペーストをスクリーン印刷により塗布することにより、導体層11を形成する。同様に、最上層のセラミックグリーンシート30の上面に、Cuを含む導電性ペーストをスクリーン印刷により塗布することにより、2個のスロット14a、14bを有する導体層12をそれぞれ形成する。 Next, as shown in FIG. 9B, a plurality of via holes 31 formed in the respective ceramic green sheets 30 are filled with a conductive paste containing Cu by screen printing to obtain a plurality of via conductors. 13 is formed. Subsequently, as shown in FIG. 9C, the conductive layer 11 is formed by applying a conductive paste containing Cu to the lower surface of the lowermost ceramic green sheet 30 by screen printing. Similarly, a conductive paste containing Cu is applied to the upper surface of the uppermost ceramic green sheet 30 by screen printing to form the conductor layers 12 having the two slots 14a and 14b, respectively.

そして、複数のセラミックグリーンシート30を順に積層した上で、加熱加圧することにより積層体を形成する。その後、得られた積層体を脱脂、焼成することにより、図1を用いて既に説明したように、誘電体基板10に構成された導波管スロットアンテナが完成する。 Then, a plurality of ceramic green sheets 30 are laminated in order and then heated and pressed to form a laminated body. After that, the obtained laminated body is degreased and fired to complete the waveguide slot antenna formed on the dielectric substrate 10, as already described with reference to FIG.

以上、本実施形態に基づき本発明の内容を具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で多様な変更を施すことができる。例えば、本実施形態の図1の構造例は1例であって、本発明の作用効果を得られる限り、他の構造や材料を用いた多様な導波管スロットアンテナに対して広く本発明を適用することができる。さらに、その他の点についても上記実施形態により本発明の内容が限定されるものではなく、本発明の作用効果を得られる限り、上記実施形態に開示した内容には限定されることなく適宜に変更可能である。 Although the content of the present invention has been specifically described based on the present embodiment, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist thereof. For example, the structure example of FIG. 1 of the present embodiment is an example, and the present invention is widely applied to various waveguide slot antennas using other structures and materials as long as the effects of the present invention can be obtained. Can be applied. Further, in other respects, the content of the present invention is not limited by the above-described embodiment, and the content disclosed in the above-mentioned embodiment is appropriately changed without being limited as long as the effect of the present invention can be obtained. It is possible.

本実施形態では、一又は複数のスロット14に、X方向に沿って一方の短絡壁部W3に接する1個のスロット14aが含まれる構造を説明したが、一又は複数のスロット14に、X方向に沿って一方の短絡壁部W3に接する1個のスロット14と他方の短絡壁部W4に接する1個のスロット14が含まれる構造としてもよい。この場合には、それぞれのスロット14に重なる各磁界分布の対称性を確保する必要がある。 In the present embodiment, the structure in which one or a plurality of slots 14 includes one slot 14a that is in contact with one short-circuit wall portion W3 along the X direction has been described. A structure may be provided that includes one slot 14 that contacts one short-circuit wall W3 and one slot 14 that contacts the other short-circuit wall W4. In this case, it is necessary to ensure the symmetry of each magnetic field distribution that overlaps each slot 14.

10…誘電体基板
11、12…導体層
13…ビア導体
14…スロット
15…給電部
20…磁界分布
30…セラミックグリーンシート
31…ビアホール
W1、W2…側壁部
W3、W4…短絡壁部
10... Dielectric substrate 11, 12... Conductor layer 13... Via conductor 14... Slot 15... Feeding part 20... Magnetic field distribution 30... Ceramic green sheet 31... Via holes W1, W2... Side wall part W3, W4... Short-circuit wall part

Claims (8)

誘電体基板と当該誘電体基板を取り囲む金属部材とにより構成された導波管と、当該導波管の信号伝送方向である第1の方向に沿って配置され、前記金属部材の内縁により画定される一又は複数のスロットと、を備える導波管スロットアンテナであって、
前記金属部材は、前記導波管のうち前記第1の方向に直交する少なくとも一方の短絡面となる第1の短絡壁部を含み、
前記一又は複数のスロットは、前記短絡壁部に接する前記内縁により画定される第1スロットを含み、
前記第1スロットは、前記第1の方向に沿って前記導波管の管内波長の1/2倍より小さい所定のスロット長を有する、
ことを特徴とする導波管スロットアンテナ。
A waveguide including a dielectric substrate and a metal member surrounding the dielectric substrate, the waveguide is arranged along a first direction that is a signal transmission direction of the waveguide, and is defined by an inner edge of the metal member. A waveguide slot antenna comprising one or a plurality of slots,
The metal member includes a first short-circuit wall portion serving as at least one short-circuit surface orthogonal to the first direction of the waveguide,
The one or more slots include a first slot defined by the inner edge in contact with the shorting wall,
The first slot has a predetermined slot length that is smaller than ½ times the guide wavelength of the waveguide along the first direction.
A waveguide slot antenna characterized by the above.
前記一又は複数のスロットは前記第1スロットを含む複数のスロットであり、当該複数のスロットのうち隣接するスロット同士の間隔が前記第1の方向に沿って前記管内波長と同一又は前記管内波長の1/2倍であることを特徴とする請求項1に記載の導波管スロットアンテナ。 The one or more slots are a plurality of slots including the first slot, and an interval between adjacent slots of the plurality of slots is the same as the guide wavelength along the first direction or of the guide wavelength. The waveguide slot antenna according to claim 1, wherein the number is 1/2. 前記金属部材は、
前記誘電体基板の下面に形成された第1導体層と、
前記誘電体基板の上面に形成され、前記一又は複数のスロットが設けられる第2導体層と、
前記第1導体層と前記第2導体層との間を電気的に接続し、前記第1の方向に延在する前記導波管の両側の側面となる1対の側壁部と、
を含んで構成されることを特徴とする請求項1又は2に記載の導波管スロットアンテナ。
The metal member is
A first conductor layer formed on the lower surface of the dielectric substrate;
A second conductor layer formed on the upper surface of the dielectric substrate and provided with the one or more slots;
A pair of side wall portions that electrically connect between the first conductor layer and the second conductor layer and that are side surfaces on both sides of the waveguide extending in the first direction;
The waveguide slot antenna according to claim 1 or 2, wherein the waveguide slot antenna is configured to include.
更に前記金属部材は、前記導波管のうち前記第1の方向に直交する他方の短絡面となる第2の短絡壁部を含み、前記第1の短絡壁部と前記第2の短絡壁部との間の距離が前記第1の方向に沿って前記管内波長の1/2のN(Nは1以上の整数)倍に相当することを特徴とする請求項3に記載の導波管スロットアンテナ。 Further, the metal member includes a second short-circuit wall portion which is the other short-circuit surface of the waveguide orthogonal to the first direction, and the first short-circuit wall portion and the second short-circuit wall portion. 4. The waveguide slot according to claim 3, wherein a distance between and is equal to N (N is an integer greater than or equal to 1) times 1/2 of the guide wavelength along the first direction. antenna. 前記1対の側壁部と前記第1及び第2の短絡壁部は、前記第1導体層と前記第2導体層との間をそれぞれ接続する複数のビア導体からなることを特徴とする請求項4に記載の導波管スロットアンテナ。 The pair of side wall portions and the first and second short-circuit wall portions are composed of a plurality of via conductors respectively connecting the first conductor layer and the second conductor layer. 4. The waveguide slot antenna according to item 4. 前記一又は複数のスロットは前記第1スロットのみを含み、前記第1の短絡壁部と前記第2の短絡壁部との間の距離が前記第1の方向に沿って前記管内波長の1/2倍に相当することを特徴とする請求項4又は5に記載の導波管スロットアンテナ。 The one or more slots include only the first slot, and a distance between the first short-circuit wall portion and the second short-circuit wall portion is 1/one of the guide wavelength along the first direction. The waveguide slot antenna according to claim 4 or 5, wherein the waveguide slot antenna corresponds to twice the number. 前記一又は複数のスロットは、前記第2導体層に垂直な第2の方向から見た平面視で、前記第1及び第2の方向に直交する第3の方向における前記1対の側壁部の間の中心位置から偏移した位置に配列されることを特徴とする請求項3から6のいずれか1項に記載の導波管スロットアンテナ。 The one or the plurality of slots are in a pair of side wall portions in a third direction orthogonal to the first and second directions when seen in a plan view seen from a second direction perpendicular to the second conductor layer. The waveguide slot antenna according to any one of claims 3 to 6, wherein the waveguide slot antenna is arranged at a position deviated from a center position therebetween. 少なくとも前記誘電体基板の上面及び下面の間を貫通して形成され、前記導波管に入力信号を給電する給電部を更に備え、
前記第2導体層に垂直な第2の方向から見た平面視で、前記給電部が前記第1スロットと重なる位置に配置され、かつ、前記給電部が前記第1の方向に沿って前記スロット長の範囲を逸脱しないことを特徴とする請求項3から7のいずれか1項に記載の導波管スロットアンテナ。
At least a power feeding portion that is formed to penetrate between the upper surface and the lower surface of the dielectric substrate and feeds an input signal to the waveguide,
In a plan view seen from a second direction perpendicular to the second conductor layer, the power feeding section is arranged at a position overlapping the first slot, and the power feeding section is arranged along the first direction in the slot. 8. The waveguide slot antenna according to claim 3, wherein the waveguide slot antenna does not deviate from the range of length.
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