JP3824998B2

JP3824998B2 - 誘電体導波管アンテナ

Info

Publication number: JP3824998B2
Application number: JP2003003986A
Authority: JP
Inventors: 和久佐野; 一洋伊藤
Original assignee: Toko Inc
Current assignee: Toko Inc
Priority date: 2003-01-10
Filing date: 2003-01-10
Publication date: 2006-09-20
Anticipated expiration: 2023-01-10
Also published as: JP2004221714A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波帯およびミリ波帯で用いる誘電体材料により小型化された導波管である誘電体導波管アンテナに係るもので、特にその電波放射部分の構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】
特開２０００−１７４５４１号公報
【０００３】
マイクロ波帯やミリ波帯において、空洞導波管を給電線路として用いたアンテナが広く使用されている。中でも、導波管ホーンアンテナは最も広く用いられているものである。また、導波管壁にスロットを設けて導波管内の電磁波を漏洩させるスロットアンテナも数多く使用されている。
【０００４】
誘電体材料の表面に導電膜を形成して作製される誘電体導波管は、誘電体材料による電磁波の短縮効果があり、また肉厚な金属壁を必要としないため、空洞導波管に比べて大幅な小型化が可能となる。誘電体導波管を給電回路として用いれば、既存の空洞導波管によるアンテナの給電構造の小型化、軽量化が可能となり、マイクロ波帯およびミリ波帯の通信機器の小型化と低廉化が可能となる。
【０００５】
しかし、誘電体導波管に用いる誘電体材料と空気とは誘電率に大きな違いがあるため、導波管材料に誘電体を用いると導波管の開口（スロット）部と空気との間に大きなインピーダンスの不整合が生じることになり、電磁波が放射されにくくなってしまう。このことが、誘電体を利用する誘電体導波管アンテナの実用化の大きな妨げとなっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、給電線路およびアンテナ素子として誘電体導波管を用いて、小型化されたスロットアンテナである誘電体導波管アンテナを提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、誘電体導波管のスロットにプリント基板のビアホールおよび金属板の貫通孔を組み合わせることによって上記の課題を解決するものである。すなわち、誘電体の１表面に誘電体が露出するスロットを具えた誘電体導波管アンテナにおいて、その誘電体が、そのスロットに対向する位置にスロットと略同じ形状のビアホールが形成されたプリント基板に搭載され、そのプリント基板に、そのビアホールに対向する位置に上記スロットの長さよりも長い貫通孔を具えた金属板が接合されたことに特徴を有するものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明による誘電体導波管アンテナの構成要素は以下のものとなる。
1.スロットを具えた誘電体導波管：スロットがプリント基板のビアホールと対向するようにプリント基板に搭載される。
2.ビアホールを具えたプリント基板：ビアホールがスロットに対向するとともに金属板の貫通孔に対向するように金属板と接合される。
3.貫通孔を具えた少なくとも１枚の金属板：上記の結果、スロットに対向する位置に貫通孔を具えることになる。
【０００９】
【実施例】
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。図１は、本発明の実施例を示す分解斜視図である。プリント基板14の上面に誘電体導波管11をはんだ付けなどで固定し、プリント基板14の下面に金属板17を密着させる。誘電体導波管11の底面には、一部の導体膜を除去して形成したスロット12が設けられており、プリント基板14のビアホール15の形状はスロット12とほぼ等しくして、スロット12とビアホール15の位置がほぼ一致するように調整される。金属板17には貫通孔18が設けられており、この位置もプリント基板14のビアホール15と一致させる。このような構造によって、誘電体導波管11から放射される電磁界はプリント基板14のビアホール15と金属板17の貫通孔18を通じて自由空間に放射される。
【００１０】
図２は、図１に示した誘電体導波管アンテナを組み立てた状態を示す（Ａ）平面図と（Ｂ）正面断面図である。誘電体導波管にスロットを設けただけでは、誘電体と空気の誘電率の差による特性インピーダンスの大きな違いから、誘電体導波管中の電磁波は空気中に放射されない。しかし、金属板17に設けられている貫通孔18は図２（Ａ）に示すようにスロット 12 よりも長さを大きくしたので、特性インピーダンスの低くなった空洞導波管と考えることができる。この貫通孔18の部分が誘電体導波管11のスロット12と自由空間とのインピーダンス整合回路として動作し、誘電体導波管11から電磁波が自由空間に放射されることになる。
【００１１】
金属板17を通信機器の筐体の外壁にすれば、その通信機器の筐体に貫通孔を設けて金属板の筐体にプリント基板と誘電体導波管を接地することで、通信機器の筐体がそのままアンテナとして動作することになる。その結果、何も他の部品を付加することもなくアンテナが構成でき、通信機器と一体化されるので通信機器の小型化と低廉化が可能となる。
【００１２】
誘電体導波管に用いられる誘電体と金属とは、通常、熱膨張率が大きく異なる。そのため、誘電体導波管を金属板に直接接合すると温度変化によって接合部にストレスがかかる。それを防ぐために、プリント基板は金属と誘電体の熱膨張率の差を吸収する緩衝材として作用させている。さらに、貫通孔とスロットの大きさの違いによって生じる隙間からの電磁波の漏れを防ぐ蓋の役割もしている。スロットの形状とビアホールの形状は厳密に一致させる必要はなく、電磁波が漏洩する隙間を生じさせないようにすればよい。
【００１３】
図３は、誘電体導波管31から自由空間に放射される磁界を模式的に描いたものである。誘電体導波管11のスロットにはビアホール35と貫通孔38による空間が接続されている。誘電体導波管のスロットを設ける位置は、誘電体導波管の短絡端面から管内波長の１／２弱とすると、スロット位置での磁界強度が強くなり、アンテナの効率が高くなる。
【００１４】
アンテナの利得や指向性を高めたい場合には、貫通孔の開放面にさらに広い開口面の貫通孔を持った金属板を配置することで実現できる。図４は、本発明の他の実施例を示す正面断面図で、金属板47A、47Bを２枚重ねて貫通孔の開口を階段状に大きくすることで、開口部をホーンと同様に動作させることができる。図5と図6はアレー構成の例を示すものである。導波管に複数のスロットを設置するスロットアレーアンテナは、アンテナの指向性と利得を強める効果のあることが知られている。誘電体導波管51に設けたスロット列に対向したビアホール列と貫通孔列を設けることで、簡単にアレー構成のアンテナを構成でき、指向性と利得を強くすることができる。
【００１５】
【発明の効果】
本発明によれば、誘電体を用いて波長短縮が行われるとともに肉厚の導波管壁が不要となるので、誘電体スロットアンテナの小型が可能になり、また誘電体スロットアレーアンテナの小型化が可能となる。通信機器の筐体の外壁をインピーダンス整合器として利用して、機器内のプリント基板にアンテナ素子を搭載できるので、アンテナと通信機器の統合も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す分解斜視図
【図２】その（Ａ）平面図、（Ｂ）正面断面図
【図３】本発明による誘電体導波管アンテナの動作の説系図
【図４】本発明の他の実施例の正面断面図
【図５】本発明の他の実施例の分解斜視図
【図６】その（Ａ）平面図、（Ｂ）正面断面図
【符号の説明】
11、31、51：誘電体導波管
12：スロット
14：プリント基板
15、35：ビアホール
17、47：金属板
18、38：貫通孔

Claims

誘電体の１表面に誘電体が露出するスロットを具えた誘電体導波管アンテナにおいて、
その誘電体が、そのスロットに対向する位置にスロットと略同じ形状のビアホールが形成されたプリント基板に搭載され、
そのプリント基板に、そのビアホールに対向する位置に上記スロットの長さよりも長い貫通孔を具えた金属板が接合されたことを特徴とする誘電体導波管アンテナ。
誘電体の１表面に誘電体が露出する複数のスロットを具えた誘電体導波管アンテナにおいて、
その誘電体が、その複数のスロットに対向する位置にスロットと略同じ形状のビアホールがそれぞれ形成されたプリント基板に搭載され、
そのプリント基板に、それぞれのビアホールに対向する位置に上記スロットの長さよりも長い貫通孔をそれぞれ具えた金属板が接合されたことを特徴とする誘電体導波管アンテナ。
上記金属板が2枚以上の金属板を重ねたもので、プリント基板反対側の金属板ほど貫通孔が大きく形成された請求項１または請求項２記載の誘電体導波管アンテナ。