JP3739189B2 - 電磁素子アンテナ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波帯で使用されるドップラーセンサその他小電力を扱うアンテナにおいて、マイクロストリップ線路を持つ誘電体基板（ＭＩＣ基板）に形成された発振回路または受信回路からなる電磁素子と導波管で励振されるスロットアンテナで構成される導波管励振型電磁素子アンテナに関し、特に小型で組立容易な電磁素子アンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から用いられている電磁素子アンテナを図２〜図４に示す。図２は電磁ホーンアンテナの例を示す図である。本図において、９は電磁素子としてのＭＩＣ発振器、１０はプローブ、１１は導波管、１２は電磁ホーンを示す。ＭＩＣ発振器９は金属蒸着とエッチングを施して表裏にそれぞれマイクロストリップラインとアースパターンを形成したセラミック等の誘電体基板とその表面に実装したＦＥＴ、ＳＢＤ等の能動素子や誘電体共振器からなる。ＭＩＣ発振器９で発生したマイクロ波は金属製の中心導体とこれを取り巻く誘電体からなるプローブ１０により導波管１１に結合され、電磁ホーン１２から放射される。
【０００３】
図３はマイクロストリップアンテナの例を示す図である。これは図２のＭＩＣ発振器９の誘電体基板上にマイクロストリップラインと共にパターニングしてパッチアンテナ１３を形成し、これをマイクロストリップライン１４で発振回路や受信回路と結合して形成している。
【０００４】
図４はスロットアンテナの例を示す図である。本図において図２と同一の符号は同一または相当するものを示し、８はスロットを示す。図２の電磁ホーンアンテナと同様、ＭＩＣ発振器９からのマイクロ波はプローブ１０により導波管１１に結合され、導波管１１内を伝播し、スロット８から放射される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の図２の構成では、電磁ホーンの形状により放射されるマイクロ波の指向性をある程度制御できるので、マイクロ波を比較的遠方に送信する場合には有効であるが、外形が大きくなる。また、プローブ１０と導波管１１の嵌合部に防水・防滴構造を採用しなければならない場合、プローブ周囲に溝を巡らせ、そこに小さなＯリングをはめ込み、導波管１１に設けたプローブ挿入用の穴に挿入したり、プローブの中心導体をＭＩＣ発振器に設けたマイクロストリップ線路の給電端に繋がるスルーホールに嵌合し、中心導体と給電端を半田付け接合するといった細かく複雑な作業が必要であり、組立が困難である。
【０００６】
図３の構成では、ＭＩＣ発振器上に一体にアンテナを形成出来るため、外形を小さくできるが、アンテナを形成するためのスペースを確保しなければならないため、高価な誘電体基板の面積を大きくしなければならず、コストが増大するとともに、衝撃に弱く、脆い誘電体基板の取り扱いにさらに慎重ならざるを得ず、管理面のコストをも増大させる。
【０００７】
図４の構成では、図２の電磁ホーンアンテナの電磁ホーンが必要でない分、小型化でき、スロットの形状及び位置により特性を変えることができるので、汎用性に富むが、図２の電磁ホーンと同様、ＭＩＣ発振器９が外付けになり、プローブ１０と導波管１１の間の防水・防滴や中心導体とＭＩＣ発振器９のマイクロストリップ線路との半田付け等、細かく複雑な作業が組立を困難にしている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明の電磁素子アンテナは、マイクロストリップ線路を形成した誘電体基板上に発振回路または受信回路が形成されてなる電磁素子と、一端が前記電磁素子の外縁近傍に形成されたマイクロストリップ線路の給電端に接続され、他端を開放端とした金属片からなる給電素子と、前記電磁素子が固着された基台と、前記電磁素子を被蓋し前記基台と共に矩形導波管を構成する所定の高さと幅及び奥行きの空胴を持つ筐体と、該筐体の前記給電素子の上部に形成されたマイクロ波放射のためのスロットとを具備し、前記給電素子は前記誘電体基板上の前記マイクロストリップ線路の給電端との接続部近傍から曲げ起こされ、該曲げ部と前記開放端の間で前記電磁素子に重畳しない方向へ前記誘電体基板に略平行に曲げられ、前記給電素子の前記誘電体基板に略平行に曲げられた部分の長さは前記マイクロ波の管内波長の略（２ｎ＋１）／４倍（但し、ｎは０以上の整数）であることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、発明の実施の形態を図面に沿って説明する。なお、複数の図面にわたって同一または相当するものについては同一の符号を付し、説明の重複を避けた。
【００１２】
図１は本発明の実施の形態を示す図で、内部構造の理解のため断面で示してある。本図において、１は基台、２は基台１上に接着やねじ止め等で固着されたＭＩＣ基板、３はＭＩＣ基板２上に実装された誘電体共振器、４、５は同じくＭＩＣ基板２上に実装された発振素子としてのＦＥＴ及び受信素子としてのＳＢＤ、６はマイクロストリップ線路の給電端に接続した給電素子、７はＭＩＣ発振器９を被蓋する筐体、８は筐体７に空けられたマイクロ波放射のためのスロットを示す。
【００１３】
基台１は図示省略してあるが筐体の一部であり、本実施の形態の電磁素子アンテナのほかＭＩＣ発振器に電力を供給する電源回路やマイクロ波の反射波のレベルを検出し、アラーム等に連動する制御回路、ＦＥＴ４のバイアス制御のためのバイアス回路等が筐体７の外に形成されている。
【００１４】
ＭＩＣ基板２は従来のものと同様セラミック等の誘電体からなる基板で、基台１との接触面にアースパターンが、素子の実装面にマイクロストリップ線路がそれぞれ形成されている。このＭＩＣ基板２とそこへ実装された誘電体共振器３、ＦＥＴ４、ＳＢＤ５及び給電素子６でＭＩＣ発振器９を構成する。
【００１５】
給電素子６はニッケルや金等の金属片からなり、一端がＭＩＣ発振器９のマイクロストリップ線路の給電端（図示せず）に半田付けや熱圧着により固着され、他端が開放されている。また、給電素子６を変形することによりインピーダンス変成ができる。特に、図に示すとおり電磁素子の給電端との接続部近傍から曲げ起こし、そこから開放端の間で電磁素子に重畳しない方向へＭＩＣ基板２に略平行に曲げることで、簡単にインピーダンス整合ができる。なお、発明者らによる実験によれば、給電素子６のＭＩＣ基板２に略平行に曲げられた部分の長さを前記マイクロ波の管内波長の略（２ｎ＋１）／４倍（但し、ｎは０以上の整数）とすると放射電力が最大になった。
【００１６】
筐体７の空胴は所定の高さと幅及び奥行きの寸法を持ち、これらは市販の矩形導波管と同様の比で構成され、扱う周波数帯によって適宜選択する。筐体７はＭＩＣ発振器９を被蓋し、基台１と共にＭＩＣ発振器９を内包する。筐体７の一部には外部にマイクロ波を放射するためのスロット８が形成されており、その形成位置は実験等により適宜選択され、給電素子６の変形によるインピーダンス整合やマイクロ波の放射特性が良好になる位置に配置する。また、必要に応じ、スロット８をプラスチック製の薄板で目張りし、防水・防滴を図ることが可能である。
【００１７】
このような構成であるから、従来組立に必要とされたプローブと導波管の間の防水・防滴やプローブの中心導体と電磁素子のマイクロストリップ線路との半田付け等、細かく複雑な作業が無くなるため、組立が容易となる。また、電磁素子上にアンテナを形成しないので、高価な誘電体基板の使用を必要最小限にできる。
【００１８】
以上、本発明の実施の形態について述べたが、本発明はこれに限らず種々の変更が可能である。例えば、上記実施の形態では、スロットを筐体上面に形成したが、インピーダンス整合や良好な放射特性が得られればその他の面でもよい。同様に給電素子の形状も図示したものに限らず、実験等により良好な特性を示す形状にすることが肝要である。なお、上記実施の形態では、スロットの位置及び給電素子の形状はスペクトラムアナライザーによる解析にて放射電力が最大となるよう設定した。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、電磁素子を筐体の空胴と基台で囲まれて形成された矩形導波管内に配置するため、導波管励振型電磁素子アンテナを小型化できる。また、プローブを必要としないため、半田付けや電磁素子と導波管の間の防水・防滴が要らず、組立が容易となる。
【００２０】
また、本発明の給電素子は誘電体基板上のマイクロストリップラインの給電端に接続し開放端を有する金属片で構成されるため、高価な誘電体基板の面積を増やすことなく、必要最小限に止めることができる。
【００２１】
また、インピーダンスの整合はこの給電素子をマイクロストリップラインの給電端との接続部近傍から曲げ起こし、該曲げ部と開放端の間で前記電磁素子に重畳しない方向へ前記誘電体基板に略平行に曲げることで簡単に行える。また、給電素子の誘電体基板に略平行な開放部分は、マイクロ波管内波長の略（２ｎ＋１）／４倍（但し、ｎは０以上の整数）とすると、放射電力を最大にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す断面図である。
【図２】従来例を示す図である。
【図３】従来例を示す図である。
【図４】従来例を示す図である。
【符号の説明】
１：基台
２：ＭＩＣ基板
３：誘電体共振器
４：ＦＥＴ
５：ＳＢＤ
６：給電素子
７：筐体
８：スロット
９：ＭＩＣ発振器
１０：プローブ
１１：導波管
１２：電磁ホーン
１３：パッチアンテナ
１４：マイクロストリップライン
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波帯で使用されるドップラーセンサその他小電力を扱うアンテナにおいて、マイクロストリップ線路を持つ誘電体基板（ＭＩＣ基板）に形成された発振回路または受信回路からなる電磁素子と導波管で励振されるスロットアンテナで構成される導波管励振型電磁素子アンテナに関し、特に小型で組立容易な電磁素子アンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から用いられている電磁素子アンテナを図２〜図４に示す。図２は電磁ホーンアンテナの例を示す図である。本図において、９は電磁素子としてのＭＩＣ発振器、１０はプローブ、１１は導波管、１２は電磁ホーンを示す。ＭＩＣ発振器９は金属蒸着とエッチングを施して表裏にそれぞれマイクロストリップラインとアースパターンを形成したセラミック等の誘電体基板とその表面に実装したＦＥＴ、ＳＢＤ等の能動素子や誘電体共振器からなる。ＭＩＣ発振器９で発生したマイクロ波は金属製の中心導体とこれを取り巻く誘電体からなるプローブ１０により導波管１１に結合され、電磁ホーン１２から放射される。
【０００３】
図３はマイクロストリップアンテナの例を示す図である。これは図２のＭＩＣ発振器９の誘電体基板上にマイクロストリップラインと共にパターニングしてパッチアンテナ１３を形成し、これをマイクロストリップライン１４で発振回路や受信回路と結合して形成している。
【０００４】
図４はスロットアンテナの例を示す図である。本図において図２と同一の符号は同一または相当するものを示し、８はスロットを示す。図２の電磁ホーンアンテナと同様、ＭＩＣ発振器９からのマイクロ波はプローブ１０により導波管１１に結合され、導波管１１内を伝播し、スロット８から放射される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の図２の構成では、電磁ホーンの形状により放射されるマイクロ波の指向性をある程度制御できるので、マイクロ波を比較的遠方に送信する場合には有効であるが、外形が大きくなる。また、プローブ１０と導波管１１の嵌合部に防水・防滴構造を採用しなければならない場合、プローブ周囲に溝を巡らせ、そこに小さなＯリングをはめ込み、導波管１１に設けたプローブ挿入用の穴に挿入したり、プローブの中心導体をＭＩＣ発振器に設けたマイクロストリップ線路の給電端に繋がるスルーホールに嵌合し、中心導体と給電端を半田付け接合するといった細かく複雑な作業が必要であり、組立が困難である。
【０００６】
図３の構成では、ＭＩＣ発振器上に一体にアンテナを形成出来るため、外形を小さくできるが、アンテナを形成するためのスペースを確保しなければならないため、高価な誘電体基板の面積を大きくしなければならず、コストが増大するとともに、衝撃に弱く、脆い誘電体基板の取り扱いにさらに慎重ならざるを得ず、管理面のコストをも増大させる。
【０００７】
図４の構成では、図２の電磁ホーンアンテナの電磁ホーンが必要でない分、小型化でき、スロットの形状及び位置により特性を変えることができるので、汎用性に富むが、図２の電磁ホーンと同様、ＭＩＣ発振器９が外付けになり、プローブ１０と導波管１１の間の防水・防滴や中心導体とＭＩＣ発振器９のマイクロストリップ線路との半田付け等、細かく複雑な作業が組立を困難にしている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明の電磁素子アンテナは、マイクロストリップ線路を形成した誘電体基板上に発振回路または受信回路が形成されてなる電磁素子と、一端が前記電磁素子の外縁近傍に形成されたマイクロストリップ線路の給電端に接続され、他端を開放端とした金属片からなる給電素子と、前記電磁素子が固着された基台と、前記電磁素子を被蓋し前記基台と共に矩形導波管を構成する所定の高さと幅及び奥行きの空胴を持つ筐体と、該筐体の前記給電素子の上部に形成されたマイクロ波放射のためのスロットとを具備し、前記給電素子は前記誘電体基板上の前記マイクロストリップ線路の給電端との接続部近傍から曲げ起こされ、該曲げ部と前記開放端の間で前記電磁素子に重畳しない方向へ前記誘電体基板に略平行に曲げられ、前記給電素子の前記誘電体基板に略平行に曲げられた部分の長さは前記マイクロ波の管内波長の略（２ｎ＋１）／４倍（但し、ｎは０以上の整数）であることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、発明の実施の形態を図面に沿って説明する。なお、複数の図面にわたって同一または相当するものについては同一の符号を付し、説明の重複を避けた。
【００１２】
図１は本発明の実施の形態を示す図で、内部構造の理解のため断面で示してある。本図において、１は基台、２は基台１上に接着やねじ止め等で固着されたＭＩＣ基板、３はＭＩＣ基板２上に実装された誘電体共振器、４、５は同じくＭＩＣ基板２上に実装された発振素子としてのＦＥＴ及び受信素子としてのＳＢＤ、６はマイクロストリップ線路の給電端に接続した給電素子、７はＭＩＣ発振器９を被蓋する筐体、８は筐体７に空けられたマイクロ波放射のためのスロットを示す。
【００１３】
基台１は図示省略してあるが筐体の一部であり、本実施の形態の電磁素子アンテナのほかＭＩＣ発振器に電力を供給する電源回路やマイクロ波の反射波のレベルを検出し、アラーム等に連動する制御回路、ＦＥＴ４のバイアス制御のためのバイアス回路等が筐体７の外に形成されている。
【００１４】
ＭＩＣ基板２は従来のものと同様セラミック等の誘電体からなる基板で、基台１との接触面にアースパターンが、素子の実装面にマイクロストリップ線路がそれぞれ形成されている。このＭＩＣ基板２とそこへ実装された誘電体共振器３、ＦＥＴ４、ＳＢＤ５及び給電素子６でＭＩＣ発振器９を構成する。
【００１５】
給電素子６はニッケルや金等の金属片からなり、一端がＭＩＣ発振器９のマイクロストリップ線路の給電端（図示せず）に半田付けや熱圧着により固着され、他端が開放されている。また、給電素子６を変形することによりインピーダンス変成ができる。特に、図に示すとおり電磁素子の給電端との接続部近傍から曲げ起こし、そこから開放端の間で電磁素子に重畳しない方向へＭＩＣ基板２に略平行に曲げることで、簡単にインピーダンス整合ができる。なお、発明者らによる実験によれば、給電素子６のＭＩＣ基板２に略平行に曲げられた部分の長さを前記マイクロ波の管内波長の略（２ｎ＋１）／４倍（但し、ｎは０以上の整数）とすると放射電力が最大になった。
【００１６】
筐体７の空胴は所定の高さと幅及び奥行きの寸法を持ち、これらは市販の矩形導波管と同様の比で構成され、扱う周波数帯によって適宜選択する。筐体７はＭＩＣ発振器９を被蓋し、基台１と共にＭＩＣ発振器９を内包する。筐体７の一部には外部にマイクロ波を放射するためのスロット８が形成されており、その形成位置は実験等により適宜選択され、給電素子６の変形によるインピーダンス整合やマイクロ波の放射特性が良好になる位置に配置する。また、必要に応じ、スロット８をプラスチック製の薄板で目張りし、防水・防滴を図ることが可能である。
【００１７】
このような構成であるから、従来組立に必要とされたプローブと導波管の間の防水・防滴やプローブの中心導体と電磁素子のマイクロストリップ線路との半田付け等、細かく複雑な作業が無くなるため、組立が容易となる。また、電磁素子上にアンテナを形成しないので、高価な誘電体基板の使用を必要最小限にできる。
【００１８】
以上、本発明の実施の形態について述べたが、本発明はこれに限らず種々の変更が可能である。例えば、上記実施の形態では、スロットを筐体上面に形成したが、インピーダンス整合や良好な放射特性が得られればその他の面でもよい。同様に給電素子の形状も図示したものに限らず、実験等により良好な特性を示す形状にすることが肝要である。なお、上記実施の形態では、スロットの位置及び給電素子の形状はスペクトラムアナライザーによる解析にて放射電力が最大となるよう設定した。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、電磁素子を筐体の空胴と基台で囲まれて形成された矩形導波管内に配置するため、導波管励振型電磁素子アンテナを小型化できる。また、プローブを必要としないため、半田付けや電磁素子と導波管の間の防水・防滴が要らず、組立が容易となる。
【００２０】
また、本発明の給電素子は誘電体基板上のマイクロストリップラインの給電端に接続し開放端を有する金属片で構成されるため、高価な誘電体基板の面積を増やすことなく、必要最小限に止めることができる。
【００２１】
また、インピーダンスの整合はこの給電素子をマイクロストリップラインの給電端との接続部近傍から曲げ起こし、該曲げ部と開放端の間で前記電磁素子に重畳しない方向へ前記誘電体基板に略平行に曲げることで簡単に行える。また、給電素子の誘電体基板に略平行な開放部分は、マイクロ波管内波長の略（２ｎ＋１）／４倍（但し、ｎは０以上の整数）とすると、放射電力を最大にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す断面図である。
【図２】従来例を示す図である。
【図３】従来例を示す図である。
【図４】従来例を示す図である。
【符号の説明】
１：基台
２：ＭＩＣ基板
３：誘電体共振器
４：ＦＥＴ
５：ＳＢＤ
６：給電素子
７：筐体
８：スロット
９：ＭＩＣ発振器
１０：プローブ
１１：導波管
１２：電磁ホーン
１３：パッチアンテナ
１４：マイクロストリップライン
Claims (1)
- マイクロストリップ線路を形成した誘電体基板上に発振回路または受信回路が形成されてなる電磁素子と、一端が前記電磁素子の外縁近傍に形成されたマイクロストリップ線路の給電端に接続され、他端を開放端とした金属片からなる給電素子と、前記電磁素子が固着された基台と、前記電磁素子を被蓋し前記基台と共に矩形導波管を構成する所定の高さと幅及び奥行きの空胴を持つ筐体と、該筐体の前記給電素子の上部に形成されたマイクロ波放射のためのスロットとを具備し、前記給電素子は前記誘電体基板上の前記マイクロストリップ線路の給電端との接続部近傍から曲げ起こされ、該曲げ部と前記開放端の間で前記電磁素子に重畳しない方向へ前記誘電体基板に略平行に曲げられ、前記給電素子の前記誘電体基板に略平行に曲げられた部分の長さは前記マイクロ波の管内波長の略（２ｎ＋１）／４倍（但し、ｎは０以上の整数）であることを特徴とする電磁素子アンテナ。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP24783997A JP3739189B2 (ja) | 1997-08-28 | 1997-08-28 | 電磁素子アンテナ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24783997A JP3739189B2 (ja) | 1997-08-28 | 1997-08-28 | 電磁素子アンテナ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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| JPH1174723A JPH1174723A (ja) | 1999-03-16 |
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Family
ID=17169451
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24783997A Expired - Fee Related JP3739189B2 (ja) | 1997-08-28 | 1997-08-28 | 電磁素子アンテナ |
Country Status (1)
| Country | Link |
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1997
- 1997-08-28 JP JP24783997A patent/JP3739189B2/ja not_active Expired - Fee Related
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