JP3739189B2 - 電磁素子アンテナ - Google Patents
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Description
【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。
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