JP4548287B2 - アンテナ装置 - Google Patents

Description

この発明は、一面が開放された導電性のキャビティ内部に設けられた励振放射素子と、上記導電性のキャビティ外部に設けられた非励振放射素子からなるアンテナ装置に関する。

従来のアンテナ装置では、一面が開放された導電性のキャビティ内部に導電性平板の励振放射素子を設置し、励振放射素子とそれに対向する導電性のキャビティの一面とで、いわゆるマイクロストリップアンテナを形成していた。さらに、周波数帯域幅を広帯域にするために、導電性のキャビティの開放面上方に、導電性平板の非励振放射素子を有する誘電体基板を設置していた（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−１３６０２２号公報（第９頁、第１０図）

従来のアンテナ装置における非励振放射素子は電気的に接地されていないので、例えば当該アンテナ装置を宇宙空間等で使用した場合には非励振放射素子に電荷が蓄積され、この蓄積された電荷が導電性のキャビティ等に向かって放電されると、当該アンテナ装置あるいは当該アンテナ装置に接続される電子機器が損傷するという問題点があった。

この発明は、かかる問題点を解決するためになされたもので、導電性のキャビティ内部に導電性平板の励振放射素子を配置するとともに、キャビティ外部の非励振放射素子を電気的に接地したアンテナ装置を得ることを目的としている。

この発明によるアンテナ装置は、一面が開放された導電性のキャビティと、上記導電性のキャビティ内部に設けられた導電性平板からなる励振放射素子と、上記励振放射素子に接続され、電波を給電する給電回路と、上記導電性のキャビティの開放面上方に設けられ、表面に導電性平板からなる非励振放射素子を有する誘電体基板と、上記誘電体基板の裏面に設けられ、接地されたストリップ導体と、上記ストリップ導体と上記非励振放射素子の中央部とを電気的に導通させる導電性部材と、を備えたものである。

また、上記導電性のキャビティにおける上記励振放射素子との対向面に設けられたスロットと、上記励振放射素子の偏波に対し直交する偏波を、上記スロットを介して上記励振放射素子に給電するための第２の給電回路とをさらに備え、上記第２の給電回路を上記導電性のキャビティ外部に設置しても良い。

この発明によれば、励振放射素子を内部に配置した導電性のキャビティの開放面上方に非励振放射素子を設けるとともに、非励振放射素子を電気的に接地することができるという効果がある。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１におけるアンテナ装置の構成図を示すものであり、図２（ａ）は図１のＰ−Ｐ断面図、図２（ｂ）は図１のＱ−Ｑ断面図である。
図において、アンテナ装置は、励振放射素子１と、非励振放射素子６と、励振放射素子１を収納した導電性シャシ４ａと、導電性シャシ４ｂとを備えて構成される。

励振放射素子１は、ここでは例えば四角形の平板導体（導電性平板）で構成される。給電回路２はストリップ導体の線路で構成され、励振放射素子１の端部に接続される。給電回路２は励振放射素子１に電波を給電する。誘電体基板３は、上表面に励振放射素子１と給電回路２と接地導体４０が形成される。誘電体基板３の裏面には接地導体４１が形成される。接地導体４０は矩形状に刳り貫かれた穴部４２と、穴部４２と連通する溝部４３を有する。励振放射素子１は接地導体４０と非接触に、穴部４２内に配置される。給電回路２のストリップ導体は溝部４３内に配置される。接地導体４１は励振放射素子１との対向面に穴部４２と同形状の穴部４５を有する。接地導体４１は給電回路２との対向面に溝部４３と同形状の溝部４６を有する。なお、給電回路２のストリップ導体は内導体として作用し、溝部４３、４６、及びスルーホール５０は外導体として作用する。

接地導体４０と接地導体４１は、導電性キャビティ５の導体壁（導電性シールド）を構成するスルーホール５０にて接続される。これによって、励振放射素子１及び給電回路２の側面周囲は、接地導体４０、４１及びスルーホール５０に囲まれて、側面が電気的に遮蔽される。なお、スルーホール５０は、誘電体基板３内を通過する所望信号（給電回路２から給電される電波）の伝播波長λの、λ／４以下の間隔で配置されると良い。

導電性シャシ４ａは表裏貫通した矩形状の穴部５ａを有し、表面や穴部内壁が金めっきされた金属導体で構成される。導電性シャシ４ｂは矩形状のとまり穴を形成する窪み部５ｂを有し、表面や窪み部内壁及び底面が金めっきされた金属導体で構成される。誘電体基板３は、導電性シャシ４ａと導電性シャシ４ｂの間に挟まれるように接合される。導電性シャシ４ｂの窪み部５ｂは窪んだ凹面が誘電体基板３の下面と対向するように配置される。導電性シャシ４ａの下面には、溝部４３と対向する位置に溝部４３と連通した溝が形成されており、溝部４３とともに給電回路２のストリップ導体の外導体として作用する。導電性シャシ４ｂの上面には、溝部４６と対向する位置に溝部４６と連通した溝が形成されており、溝部４６とともに給電回路２のストリップ導体の外導体として作用する。
なお、導電性シャシ４ａ、４ｂは、所望の電気特性に応じて金属部材にめっきを施さないものでもいいし、射出成形した金属部材や樹脂部材にめっきを施したものでも良い。要するに、穴部５ａと窪み部５ｂとで、導電体に囲まれた空洞を構成できれば良い。

誘電体基板３を間に介在させて、導電性シャシ４ａと導電性シャシ４ｂを重ねあわせることにより、一面（導電性シャシ４ａの穴部５ａ）の開放された導電性キャビティ５が形成される。したがって、励振放射素子１は実質的に導電性キャビティ５内部に設置された構成となっており、かつ励振放射素子１と対向する導電性シャシ４ｂの窪み部５ｂとで、いわゆるマイクロストリップアンテナを形成している。
なお、導電性キャビティ５は、導電性シャシ４ａの穴部５ａと、導電性シャシ４ｂの窪み部５ｂと、導電性シャシ４ａ、４ｂ間の誘電体基板３におけるスルーホール５０で囲まれた領域内とで、誘電体及び空間の周囲が導電体のシールド壁面で囲まれた領域を形成できれば良い。

また、導電性シャシ４ａ上方には、当該アンテナ装置の周波数帯域幅を広帯域化するための非励振放射素子６が設けられている。非励振放射素子６は導電性シャシ４ａ上面に接合された誘電体基板７上に形成される。非励振放射素子６は、ここでは例えば四角形の平板導体とする。したがって、給電回路２から給電された電波は励振放射素子１から導電性キャビティ５内部に放射され、その偏波方向は給電回路２が励振放射素子１と接続される向きと平行な方向（図１の矢印Ｅの方向）となる。励振放射素子１から放射された電波は、導電性キャビティ５の開放された一面を介して非励振放射素子６に電磁結合し、さらに空間へと放射されアンテナ装置として作用する。

また、図３は実施の形態１における誘電体基板７の表面拡大図、図４は図３のＢ−Ｂ’の断面図、図５は誘電体基板７の裏面拡大図である。これらの図において、導電性のストリップ導体（ストリップ線路）８は、誘電体基板７の裏面に設けられている。導電体９は非励振放射素子６とストリップ導体８を電気的に接続する機能を有し、ここでは例えば誘電体基板７中に形成されたスルーホールメッキを用いる。

以上のように構成されたアンテナ装置では、誘電体基板７と導電性シャシ４ａを接合することによって、導電性シャシ４ａのＡ部とストリップ導体８のＣ部とが、電気的に接続される。また、非励振放射素子６はストリップ導体８及び導電体９を介して導電性シャシ４ａの導電面と電気的に接地されている。したがって、非励振放射素子６に電荷が蓄積されることはなく、非励振放射素子６から導電性シャシ４ａ等への放電が発生しないという効果がある。

また、特許文献１に記載された従来のアンテナ装置と大きく異なる点は、本実施の形態のアンテナ装置では誘電体基板７裏面上にストリップ導体８を追加し、誘電体基板７中にスルーホールメッキ９を追加したことである。したがって、機械的な構成品目として、従来のアンテナ装置と同等の構成を用いた上で、さらに非励振放射素子６を電気的に接地することができるという効果がある。

また、特許文献１に記載された従来のアンテナ装置は、非励振放射素子と励振放射素子との間が中空構造となっているので、非励振放射素子と励振放射素子との間を単に線状導体で接続した場合は、振動などに対する機械的強度が十分に得られない。これに対し、本実施の形態のアンテナ装置では、上述したように誘電体基板７中にスルーホールメッキ９を追加しているので、十分な機械的強度が得られる。

さらに、ストリップ導体８及びスルーホールメッキ９の加工は通常の基板加工を行うだけで容易に実現することができる。したがって、本実施の形態のアンテナ装置は特別な製造工程を必要とせずに、従来のアンテナ装置と同等の工程で製造可能であるという効果がある。

また、導電性シャシ４ａと導電性シャシ４ｂを重ねあわせることにより、一面の開放された部分的に中空の導電性キャビティ５が構成されるので、導電性キャビティ５内部の励振放射素子１から放射される電波の損失が少なく、かつ非励振放射素子６によって広帯域化を図ることができるので、優れた電気特性を有したアンテナ装置を得ることができる。

実施の形態２．
図６はこの発明の実施の形態２におけるアンテナ装置の非励振放射素子拡大図であり、図７は図６のＤ−Ｄ’の断面図、図８は誘電体基板７の裏面拡大図である。本実施の形態において、ストリップ導体８は、非励振放射素子６の中心を通り、かつ給電回路２が励振放射素子１と接続される方向、すなわち電波の偏波方向と直交する方向に設けられている。なお、その他の構成は、図１に示した実施の形態１と同じである。

したがって、ストリップ導体８は非励振放射素子の短絡面に位置している。すなわち、ストリップ導体８の位置での電界は、ストリップ導体８の有無に関わらず常に零電界となっている。ゆえに、本実施の形態におけるストリップ導体８は当該アンテナ装置の電気特性に全く影響を与えないという効果がある。

実施の形態３．
図９はこの発明の実施の形態３におけるアンテナ装置の構成図を示し、図１０は図９のＶ−Ｖ断面図を示すものである。図において、導体スリット１０は導電性シャシ４ｂの窪み部５ｂの底面に設けられる。第２の給電回路１１は誘電体基板１２の上面に形成され、側面周囲を接地導体６０に囲まれる。導電性シャシ４ｂにおける窪み部５ｂと対向する下面には、下面側が窪んだ他の窪み部５ｃが設けられている。導電性シャシ４ｃは矩形状のとまり穴を形成する窪み部５ｄを有し、表面や窪み部内壁及び底面が金めっきされた金属導体で構成される。窪み部５ｃ、５ｄは、第２の導電性のキャビティを構成する。その他の構成は、図６に示した実施の形態２と同じである。

図に示すように、導体スリット１０は、励振放射素子１と給電回路２が接続される向きに平行な方向を長手方向とするように設けられる。また、第２の給電回路１１は導体スリット１０と直交する方向に設けられる。導体スリット１０は結合スロットを構成する。

以上のように構成されたアンテナ装置においては、第２の給電回路１１から給電された電波は、導体スリット１０を介して励振放射素子１に電磁結合し、導電性キャビティ５内部に放射される。その偏波方向は導体スリット１０のスリットに直交する方向となる。すなわち、給電回路１により給電される電波と直交する方向の偏波となる。したがって、励振放射素子１と給電回路２、導体スリット１０と第２の給電回路１１によって、直交２偏波の電波を放射できるという効果がある。この際、第２の給電回路１１に適宜スタブを設けてインピーダンス整合を取ることによって、導体スリット１０から放射される偏波がストリップ導体８の存在によって受ける反射損失を、より低減することができる。

実施の形態１におけるアンテナ装置の構成図 （ａ）図１のＰ−Ｐの断面図、（ｂ）図１のＱ−Ｑの断面図 実施の形態１における誘電体基板７の表面拡大図 図３のＢ−Ｂ’の断面図 誘電体基板７の裏面拡大図 実施の形態２におけるアンテナ装置の非励振放射素子拡大図 図６のＤ−Ｄ’の断面図 実施の形態２における誘電体基板７の裏面拡大図 実施の形態３におけるアンテナ装置の構成図 図９のＶ−Ｖの断面図

符号の説明

１ 励振放射素子、２ 給電回路、３ 誘電体基板、４a 導電性シャシ、４ｂ 導電性シャシ、４ｃ 導電性シャシ、５ 導電性キャビティ、６ 非励振放射素子、７ 誘電体基板、８ ストリップ導体、９ 導電体（スルーホール）、１０ 導体スリット、１１ 第２の給電回路、１２ 誘電体基板。

Claims (4)

1. 一面が開放された導電性のキャビティを形成する導電壁と、
   上記導電性のキャビティ内部に設けられた導電性平板からなる励振放射素子と、
   上記励振放射素子に接続され、電波を給電する給電回路と、
   上記導電性のキャビティの開放面上方に設けられ、表面に導電性平板からなる非励振放射素子を有する誘電体基板と、
   上記誘電体基板の裏面に設けられ、上記導電壁に接続されて接地されたストリップ導体と、
   上記ストリップ導体と上記非励振放射素子の中央部とを電気的に導通させる導電体と、
   を備えたアンテナ装置。
2. 上記励振放射素子は上記導電性のキャビティを形成する導電壁に対し非導通に配置されたことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
3. 上記ストリップ導体を、励振放射素子の短絡面に平行となるように設置したことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
4. 上記導電性のキャビティにおける上記励振放射素子との対向面に設けられたスロットと、
   上記励振放射素子の偏波に対し直交する偏波を、上記スロットを介して上記励振放射素子に給電するための第２の給電回路とをさらに備え、
   上記第２の給電回路は、上記導電性のキャビティ外部に設置したことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のアンテナ装置。

Images