JP5566169B2

JP5566169B2 - アンテナ装置

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Publication number: JP5566169B2
Application number: JP2010088800A
Authority: JP
Inventors: 剛奥長; 隆彰藤田; 良英上里
Original assignee: Denso Ten Ltd; Nippon Pillar Packing Co Ltd
Current assignee: Denso Ten Ltd; Nippon Pillar Packing Co Ltd
Priority date: 2010-04-07
Filing date: 2010-04-07
Publication date: 2014-08-06
Anticipated expiration: 2030-04-07
Also published as: JP2011223203A

Description

本発明は、導波管・平面線路変換器及び高周波回路に係り、更に詳しくは、マイクロ波やミリ波を伝送するための導波管及び平面線路間において電力変換を行う導波管・平面線路変換器、並びに、導波管・平面線路変換器を備えた高周波回路、例えば、車載用のアンテナ装置に関する。

導波管をマイクロストリップ線路、コプレーナ線路などの平面線路に接続し、それぞれの伝送電力を相互に変換する導波管・平面線路変換器が知られている。一般的な導波管・平面線路変換器では、整合素子から導波管の短絡面までの距離を管内波長λｇの１／４にするために、短絡導波管ブロックが用いられるが、装置が大型化し、あるいは、短絡面の位置決めを高精度で行う必要があった。このような問題点を解決するために改良された導波管・平面線路変換器が知られている（例えば、特許文献１）。

図１２及び図１３は、特許文献１に示された導波管・平面線路変換器１０５の構成を示した図である。図１２は斜視図、図１３は、図１２の誘電体基板１の平面図であり、図中の（ａ）に誘電体基板１の上面、（ｂ）に誘電体基板１の下面が示されている。

この導波管・平面線路変換器１０５は、導波管２の開口部が、誘電体基板１の下面に密着固定されている。この誘電体基板１の上面には、短絡板４が形成されるとともに、その切り込み１２内に伝送パターン５が形成されている。また、上記誘電体基板１の下面には、開口部内に整合素子７が形成され、開口部外に接地板６が形成されている。伝送パターン５は、開口部内では、誘電体基板１を挟んで整合素子７と対向し、電磁的に結合されている。このような構成により、短絡導波管ブロックを用いない導波管・平面線路変換器を実現することができる。

このような従来の導波管・平面線路変換器１０５では、開口部を囲むように多数のスルーホール１３を形成し、開口部から誘電体基板１内への電磁波の漏出を防止することにより、実用的な変換効率を確保している。スルーホール１３の形成は、誘電体基板１にドリルで貫通孔を形成した後、導電性金属をめっきし、貫通孔を導電性金属で充填した後、誘電体基板の表面に付着した余分な導電性金属を除去することによって行われている。

特開２００１−１１１３１２

従来の導波管・平面線路変換器１０５は、スルーホールを用いて電磁波の漏出を防止している。このため、スルーホール加工が不可欠であり、製造工程が複雑となり、生産コストの低減が難しいという問題があった。また、スルーホールが破断し、あるいは、スルーホールにクラックが入った場合に、導波管・平面線路変換器の特性が大きく変化し、車載用途等における耐久性、信頼性を確保することが難しいという問題があった。

さらに、スルーホールの形成工程において誘電体基板が損傷を受け、導波管・平面線路変換器の性能を安定化させ、あるいは、向上させることが難しいという問題があった。誘電体基板は、スルーホールを形成することによって、例えば、そりが生じたり、表面の平滑度が低下する。このため、スルーホール加工を行わない場合に比べて、誘電体基板に対するパターン加工の精度が低下し、導波管・平面線路変換器として十分な性能が得られず、あるいは、性能にばらつきが生じるという問題があった。特に、同じ誘電体基板上に、アンテナパターンなどの回路パターンが形成された高周波回路の場合、当該回路パターンの加工精度が低下し、所望の高周波特性を得ることができないという問題があった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、容易に製造することができ、安価に提供することができる導波管・平面線路変換器を提供することを目的とする。また、導波管・平面線路変換器の耐久性や信頼性を向上させることを目的とする。

さらに、導波管・平面線路変換器を含む高周波回路の特性を安定化させ、あるいは、向上させることを目的とする。特に、導波管・平面線路変換器を構成する誘電体基板上にアンテナパターンが形成されたアンテナ装置の性能を安定化させ、あるいは、向上させることを目的とする。

本発明によるアンテナ装置は、２以上の導波管が形成された金属ブロックと、上記導波管に対応する２以上の導波管・平面線路変換器が形成された誘電体基板とを備えたアンテナ装置において、上記誘電体基板は、第１面により上記２以上の導波管の開口部を閉鎖し、第２面に２以上のアンテナパターンが形成される。上記導波管・平面線路変換器は、上記誘電体基板の第１面の上記開口部内に形成された整合素子と、上記誘電体基板の第１面に上記開口部を取り囲むように形成された接地板と、上記誘電体基板の第２面に形成され、上記導波管を終端させるシールド板と、上記誘電体基板の第２面に形成され、一端が上記シールド板の切り込み内において上記整合素子と対向し、他端が上記アンテナパターンに接続された伝送パターンとを有し、上記２以上の導波管は、上記開口部の短辺を互いに対向させて配置され、上記シールド板は、上記接地板の外縁よりも内側、かつ、上記開口部からの距離が１／４波長の奇数倍となる外縁を有し、上記開口部ごとに互いに独立して形成される。

導波管の開口部と接地板の外縁との間にシールド板の外縁を形成し、シールド板の外縁を境界として誘電体基板の実効誘電率を変化させることにより、シールド板の外縁を開放された自由端とし、導波管の開口部から誘電体基板内に広がる電磁波をシールド板の外縁において全反射させることができる。このため、導波管の開口部からシールド板の外縁までの距離を１／４波長の奇数倍にすれば、開口部よりも外側の誘電体基板内には、シールド板の外縁を腹とし、開口部の外縁を節とする定在波が現れる。つまり、開口部の外縁が電気的にショートしている状態と等価になる。従って、誘電体基板にスルーホールを形成することなく、電力損失を抑制し、変換効率を向上させることができる。

なお、第１の本発明における１／４波長は、導波管の管内波長をシールド板及び接地板に挟まれた誘電体基板中における波長に換算した値の１／４を意味する。また、第１の本発明におけるシールド板は、その外縁の少なくとも一部が、接地板の外縁よりも内側に形成され、かつ、導波管の開口部までの距離が１／４波長の奇数倍となっていればよく、シールド板の外縁全体が上記条件を満たしているものに限定されない。

また、このような構成により、導波管・平面線路変換器及びアンテナパターンが同一の誘電体基板上に形成されたアンテナ装置において、アンテナパターンの精度を向上させ、アンテナ特性を安定化させ、あるいは、向上させることができる。

本発明による導波管・平面線路変換器は、導波管の開口部と接地板の外縁との間にシールド板の外縁を形成するとともに、導波管の開口部からシールド板の外縁までの距離を１／４波長の奇数倍にすることにより、導波管の開口部から誘電体基板内への電磁波の漏出を抑制することができる。

このため、電磁波の漏出を防止するためのスルーホールが不要となり、製造工程を簡略化することができ、導波管・平面線路変換器を安価に提供することができる。また、スルーホールを有しないため、耐久性、信頼性を向上させることができる。さらに、スルーホール加工の工程において誘電体基板が損傷を受けることがないため、導波管・平面線路変換器の性能を安定化させ、あるいは、向上させることができる。

また、導波管・平面線路変換器を構成する誘電体基板上に形成された回路パターンの高周波特性を安定化させ、あるいは、向上させることができる。特に、回路パターンとしてアンテナパターンが形成されている場合に、そのアンテナ性能を安定化させ、あるいは、向上させることができる。

本発明の実施の形態１による導波管・マイクロストリップ線路変換器１００を示した斜視図である。図１の導波管・マイクロストリップ線路変換器１００の平面図である。図２のＡ−Ａ切断線による断面図である。図２のＢ−Ｂ切断線による断面図である。本発明による変換効率向上の原理を説明するための説明図である。図１の導波管・マイクロストリップ線路変換器１００の透過量及び反射量の周波数特性を示した図である。本発明の実施の形態２による導波管・マイクロストリップ線路変換器１０１の平面図である。本発明の実施の形態２による導波管・マイクロストリップ線路変換器１０２の平面図である。本発明の実施の形態３による導波管・マイクロストリップ線路変換器１０３の平面図である。本発明の実施の形態３による導波管・マイクロストリップ線路変換器１０４の平面図である。本発明の実施の形態４によるアンテナ装置２００の展開斜視図である。従来の導波管・マイクロストリップ線路変換器１０５の構成を示した斜視図である。図１２の導波管・マイクロストリップ線路変換器１０５の平面図である。

実施の形態１．
図１〜図４は、本発明の実施の形態１による導波管・平面線路変換器の一構成例を示した図であり、導波管・マイクロストリップ線路変換器１００が示されている。図１には展開斜視図、図２には平面図、図３には図２のＡ−Ａ切断線による断面図、図４には図２のＢ−Ｂ切断線による断面図が示されている。

この導波管・マイクロストリップ線路変換器１００は、上面にシールド板３及び伝送パターン５が形成され、下面に接地板６及び整合素子７が形成された誘電体基板１からなる。この誘電体基板１は、その下面を導波管２の開口部２１と対向させることにより、整合素子７を介して、導波管２及び伝送パターン５の伝送電力を相互に変換することができる。しかも、接地板６及びシールド板３の形状を工夫することにより、スルーホールを用いることなく、高い変換効率を実現することができる。

導波管２は、導電性材料からなるブロック体、例えば、アルミダイキャスト法により成形された直方体ブロックであり、管壁２２に囲まれた中空部２３を有し、この中空部２３内を電波が伝搬する。この導波管２は、管壁２２が２つの狭壁及び２つの広壁からなる方形導波管であり、伝搬方向に直交する中空部２３の断面は、広壁に相当する長辺と、狭壁に相当する短辺とからなる長方形である。さらに、導波管２の一端には、中空部２３の断面と同一形状からなる開口部２１が形成されている。

誘電体基板１は、その下面が導波管２の開口部２１を閉鎖するように配置されている。この誘電体基板１は開口部２１よりも広く、開口部２１に対応する閉鎖領域１１の周辺に導波管２の端面が密着固定されている。また、誘電体基板１上には、シールド板３、伝送パターン５、接地板６及び整合素子７が、導電性金属のパターンとして形成されている。これらのパターンは、熱圧着法により貼り付けられた銅箔などの導電性金属箔を誘電体基板１の全面に形成した後、フォトエッチング法でパターニングすることによって形成される。

シールド板３は、閉鎖領域１１を覆うように形成され、導波管２を終端させる短絡面を構成している。図中のシールド板３は長方形からなり、その長辺から内側に向けてストリップ状の切り込み１２が形成されている。この切り込み１２は、閉鎖領域１１の短辺と平行に延び、閉鎖領域１１に達している。

伝送パターン５は、その一端がシールド板３の切り込み１２内に形成され、閉鎖領域１１の長辺及びシールド板３の長辺を横切り、他端がシールド板３の外側へ引き出されている。この伝送パターン５は、切り込み１２内では、シールド板３から一定の距離を隔てて配置され、シールド板３とともにコプレーナ線路を形成している。また、閉鎖領域１１よりも外側では、誘電体基板１を介して接地板６と対向するように配置され、接地板６とともにマイクロストリップ線路を形成している。

接地板６は、閉鎖領域１１を取り囲むように形成され、この接地板６に導波管２の端面を密着させることによって、接地板６及び導波管２を導通させている。図中では、誘電体基板１が導波管２の端面と同一の形状からなり、接地板６が、閉鎖領域１１と一致する内縁を有し、閉鎖領域１１を除く誘電体基板１の下面全体に形成されている。

整合素子７は、接地板６と導通しないように閉鎖領域１１内に形成された素子であり、その一部が誘電体基板１を挟んで伝送パターン５の先端と重複するように配置され、伝送パターン５と電磁的に結合されている。一般に、導波管２内では、短手方向の電界しか存在せず、この電界分布は長手中央において最大となることが知られている。このため、整合素子７は、開口部２１の長辺の垂直二等分線を通り、開口部２１の短手方向の長さが導波管２の管内波長λｇの１／２となる形状であることが望ましい。なお、伝送パターン５の閉鎖領域１１への挿入量と、導波管２の短手中央からの距離とを調整することにより、インピーダンス整合を図ることができる。

従来の導波管・マイクロストリップ線路変換器では、閉鎖領域１１外の誘電体基板１内へ電磁波が漏出するのを防止するために、閉鎖領域１１の周囲にスルーホールを形成している。これに対し、本実施の形態による導波管・マイクロストリップ線路変換器１００は、シールド板３の形状を工夫することによって、スルーホールを形成することなく、電磁波の漏出を防止している。このようなチョーク構造について以下に説明する。

図５は、本発明による変換効率向上の原理を説明するための説明図であり、図３の一部が拡大して示されている。図中の１１，３１，３２は、いずれも誘電体基板１の一部の領域であり、１１は、開口部２１に対応する閉鎖領域、３１は、閉鎖領域１１よりも外側のシールド板３が形成された環状領域、３２は、上記環状領域３１よりも更に外側のシールド板３が形成されていない領域である。つまり、開口部２１の外縁が領域１１，３１の境界となり、シールド板３の外縁が領域３１，３２の境界となっている。

一般に、誘電体基板１の実効誘電率εeffは、誘電体基板１の材料及び形状が同一であっても、誘電体基板１の表面状態によって変化する。このため、誘電体基板１の上面の一部にシールド板３を形成した場合、このシールド板３の外縁を境界として、実効誘電率εeffが変化する。このような実効誘電率εeffが均一でない誘電体基板１内を電磁波が伝搬する場合、実効誘電率εeffの変化点において電磁波の反射が発生する。ここでは、シールド板３の外縁が開放された自由端となり、閉鎖領域１１から環状領域３１に伝搬した電磁波は、シールド板３の外縁で全反射される。

このため、開口部２１の外縁からシールド板３の外縁までの距離を１／４波長の奇数倍にすれば、閉鎖領域１１よりも外側の誘電体基板１内には、シールド板３の外縁を腹とし、開口部２１の外縁を節とする定在波が現れ、開口部２１の外縁における誘電体基板１の電位は常にゼロとなる。つまり、シールド板３の外縁を境界とする内側から外側への入力インピーダンスＺ_０が無限大になり、開口部２１の外縁を境界とする内側から外側への入力インピーダンスＺ_１がゼロとなり、開口部２１の外縁において誘電体基板１は電気的にショートしている状態と等価になる。

この様にして、開口部２１からシールド板３の外縁までの距離を１／４波長の奇数倍にすることにより、誘電体基板１を伝搬して広がる電磁波に対し、シールド板３の外縁における入力インピーダンスを増大させるとともに、開口部２１の外縁におけるインピーダンスを低減させ、誘電体基板１を介する電磁波の漏出を抑制することができる。従って、誘電体基板１にスルーホールを形成することなく、電力損失を抑制し、変換効率を向上させることができる。

なお、シールド板３が形成された閉鎖領域１１よりも外側の環状領域３１には、上述した通り、定在波が存在し、わずかな誘電体損失が発生している。しかしながら、シールド板３の外縁において電磁波を全反射させることにより、十分な損失抑制の効果が得られる。

また、図１の導波管・マイクロストリップ線路変換器１００では、開口部２１の各辺から、それに対向するシールド板３の辺までの距離が、それぞれλ／４となっている。従って、スルーホールを用いなくても、導波管・マイクロストリップ線路変換器１００の電力損失を抑制し、変換効率を向上させることができる。

図６は、図１の導波管・マイクロストリップ線路変換器１００の透過量及び反射量の周波数特性を示した図である。透過量及び反射量は、散乱パラメータＳ_２１，Ｓ_１１として求められる値であり、横軸に周波数をとって、従来装置の特性とともに示されている。図中の実線Ｔ１及びＲ１は、図１の導波管・マイクロストリップ線路変換器１００の透過量及び反射量を示す特性曲線である。一方、破線Ｔ２及びＲ２は、図１２に示した従来の導波管・マイクロストリップ線路変換器１０５の透過量及び反射量を示す特性曲線である。

一般に、導波管・平面線路変換器の周波数特性は、整合素子７の共振周波数において透過量が最大となり、反射量が最小となることが知られている。図６では、共振周波数が約７６．５ＧＨｚであり、この共振周波数における透過量Ｔ１は、従来装置の透過量Ｔ２と比べて僅かに小さいという程度であり、ほぼ同等であることがわかる。また、上記共振周波数における反射量Ｒ１は、従来装置の透過量Ｒ２よりも小さいことがわかる。つまり、図１の導波管・マイクロストリップ線路変換器１００は、スルーホールを用いることなく、従来装置とほぼ同等の透過特性と、従来装置よりも優れた反射特性とを実現している。

本実施の形態による導波管・マイクロストリップ線路変換器１００では、開口部２１と接地板６の外縁との間にシールド板３の外縁を形成し、開口部２１からシールド板３の外縁までの距離を１／４波長にすることにより、開口部２１よりも外側の誘電体基板１内へ電磁波が漏出するのを抑制している。このため、開口部２１の周辺にスルーホールを形成することなく、電力損失を抑制し、変換効率を向上させることができる。

特に、本実施の形態による導波管・マイクロストリップ線路変換器１００では、開口部２１及びシールド板３がいずれも長方形からなり、対応する辺の距離をそれぞれ１／４波長にしている。このため、開口部２１から誘電体基板１中に電磁波が漏出するのを効果的に抑制することができる。

なお、本実施の形態では、開口部２１からシールド板３の外縁までの距離が１／４波長である場合の例について説明している。装置の小型化という観点からは、上記距離が１／４波長であることが望ましいが、１／４波長の奇数倍であっても、同様の作用効果を得られることはいうまでもない。

実施の形態２．
実施の形態１では、１つの伝送パターン５が誘電体基板１上に形成された導波管・マイクロストリップ線路変換器１００の例について説明した。これに対し、本実施の形態では、２以上の伝送パターン５ａ〜５ｄが誘電体基板１上に形成された導波管・マイクロストリップ線路変換器について説明する。

図７及び図８は、本発明の実施の形態２による導波管・平面線路変換器の一構成例を示した図であり、導波管・マイクロストリップ線路変換器１０１，１０２を構成する誘電体基板１の平面図が示されている。図示した導波管・マイクロストリップ線路変換器１０１，1０２は、いずれも誘電体基板１の上面に形成された薄膜パターンを除き、実施の形態１の導波管・マイクロストリップ線路変換器１００と同様である。

図７の導波管・マイクロストリップ線路変換器１０１は、誘電体基板１上に２つの伝送パターン５ａ，５ｂが形成されている。シールド板３の２つの長辺には、２つの切り込み１２ａ，１２ｂがそれぞれ形成され、２つの伝送パターン５ａ，５ｂが１２ａ，１２ｂ内に形成されている。これらの伝送パターン５ａ，５ｂは、それぞれの先端を同一の整合素子７と重複させ、閉鎖領域１１の短辺と平行、かつ、互いに反対方向に向けて延び、閉鎖領域１１の長辺を横切って、シールド板３の外へ引き出されている。つまり、対称となるように、２つの伝送パターン５ａ，５ｂが配置されている。

図８の導波管・マイクロストリップ線路変換器１０２は、誘電体基板１上に４つの伝送パターン５ａ〜５ｄが形成されている。シールド板３には４つの切り込み１２ａ〜１２ｄが形成され、４つの伝送パターン５ａ〜５ｄは、これらの切り込み１２ａ〜１２ｄ内にそれぞれ配置されている。また、伝送パターン５ａ〜５ｄは、それぞれの先端を同一の整合素子７と重複させ、閉鎖領域１１の短辺と平行に延び、閉鎖領域１１の長辺を横切って、シールド板３の外へ引き出されている。ここでは、２つの伝送パターン５ａ，５ｂが、閉鎖領域１１の一方の長辺をともに横切り、残る２つの伝送パターン５ｃ，５ｄが、閉鎖領域１１の他方の長辺を横切るように形成されている。伝送パターン５ａ〜５ｄは、シールド板３よりも外側で緩やかに湾曲し、隣接する伝送パターン同士の距離を広げている。

本実施の形態によれば、２以上の伝送パターン５ａ〜５ｄが誘電体基板１上に形成された導波管・マイクロストリップ線路変換器１０１，１０２においても、実施の形態１と同様にして、開口部２１の周辺にスルーホールを形成することなく、電力損失を抑制し、変換効率を向上させることができる。

実施の形態３．
上記実施の形態では、開口部２１及びシールド板３がともに長方形からなり、両者の対応する各辺の距離を１／４波長にした導波管・マイクロストリップ線路変換器１００〜１０３の例について説明した。これに対し、本実施の形態では、シールド板３の外縁の一部についてのみ開口部２１までの距離を１／４波長にした場合について説明する。

図９は、本発明の実施の形態３による導波管・平面線路変換器の一構成例を示した図であり、導波管・マイクロストリップ線路変換器１０３を構成する誘電体基板１の平面図が示されている。この導波管・マイクロストリップ線路変換器１０３は、誘電体基板１の上面に形成された薄膜パターンを除き、実施の形態１の導波管・マイクロストリップ線路変換器１００と同様である。

導波管・マイクロストリップ線路変換器１０３では、開口部２１の２つの長辺から、対向するシールド板３の外縁までの距離がそれぞれλ／４であるのに対し、開口部２１の２つの短辺から、対向するシールド板３の外縁までの距離はλ／４の奇数倍に一致していない。つまり、シールド板３は、その外縁の一部だけが、開口部２１からの距離がλ／４の奇数倍となるように形成されている。このような構成であっても、上記外縁の一部を横切る方向へ広がる電磁波を抑制することができる。

例えば、図１に示した導波管・マイクロストリップ線路変換器１００の場合でも、開口部２１のコーナー付近からシールド板３の外縁に至る対角方向の距離については、λ／４よりも長くなっている。しかしながら、図６に示した通り、漏出防止の効果は十分に得られていることから、シールド板３は、その外縁の少なくとも一部が、開口部２１からλ／４の奇数倍の距離を隔てて形成されていればよい。

上述した通り、導波管２内では、短手方向の電界しか存在せず、この電界分布は長手中央において最大となることから、誘電体基板１内へ漏出する電磁波は、その大部分が開口部２１の長辺、特にその中央付近を横切って広がっている。このため、開口部２１の長辺からシールド板３の外縁までの距離がλ／４の奇数倍となっていることが望ましい。特に、開口部２１の長辺の中央付近からシールド板３の外縁までの距離がλ／４の奇数倍となっていることが望ましい。

本実施の形態によれば、シールド板３の外縁の一部から開口部２１までの距離をλ／４の奇数倍にすることにより、上記外縁の一部を横切って、誘電体基板１内へ電磁波が広がるのを抑制している。このため、変換効率とともに、製造法やレイアウトなどに関するその他の事情も考慮して、シールド板３の形状を決定することができる。

なお、上記実施の形態では、シールド板３が長方形からなる導波管・マイクロストリップ線路変換器１００〜１０３の例について説明したが、本発明は、このような場合のみに限定されない。例えば、図１０に示した導波管・マイクロストリップ線路変換器１０４のように長方形以外の形状とすることもできる。この導波管・マイクロストリップ線路変換器１０４は、シールド板３が、長方形のコーナー付近を中心角が９０°の円弧で置き換えた角丸長方形の形状を有している。この様な形状のシールド板３を用いることにより、開口部２１各辺からシールド板３の外縁までの距離をλ／４にするとともに、開口部２１のコーナー付近からシールド板３の外縁に至る対角方向の距離もλ／４にすることができる。従って、より効果的に電磁波の漏出を抑制することができる。

実施の形態４．
図１１は、本発明の実施の形態４による高周波回路の一構成例を示した展開斜視図であり、アンテナ装置２００が示されている。このアンテナ装置２００は、２以上のアンテナパターン３０５と、これらのアンテナパターン３０５に対応する２以上の導波管・マイクロストリップ線路変換器１００とが同一の誘電体基板３０１に形成されたアレイアンテナであり、例えば、マイクロ波又はミリ波を送受信するための車載用アンテナとして利用される。

アンテナ装置２００は、誘電体基板３０１の端辺に沿って形成された変換器領域Ａ１と、残りの領域に形成された回路領域Ａ２とに区分されている。変換器領域Ａ１には、３つの導波管・マイクロストリップ線路変換器１００が形成され、回路領域Ａ２には、３つのアンテナパターン３０５が形成されている。各アンテナパターン３０５は、誘電体基板１を挟んで接地板３０６と対向するとともに、その一端が、対応する導波管・マイクロストリップ線路変換器１００の伝送パターン５と接続されている。つまり、伝送パターン５が、アンテナパターン３０５の給電線となる。

複合導波管３０２は、３つの独立した中空部を有する金属ブロックであり、一体的に形成された３つの導波管２に相当し、その上面及び下面には、各導波管２の開口部２１Ｕ及び２１Ｄがそれぞれ形成されている。上面の開口部２１Ｕは、アンテナ装置２００の下面によって閉鎖され、対応する導波管・マイクロストリップ線路変換器１００にそれぞれ接続される。一方、下面の開口部２１Ｄは、回路基板２０１に接続されている。回路基板２０１には、導波管２がそれぞれ接続される高周波回路、例えば、ミリ波やマイクロ波の送受信回路が形成されている。

各導波管・マイクロストリップ線路変換器１００は、図１〜４に示した導波管・マイクロストリップ線路変換器１００と同一の構成を有している。すなわち、誘電体基板１の下面には、閉鎖領域１１内に整合素子７が形成されるとともに、閉鎖領域１１を取り囲むように接地板３０６が形成されている。また、誘電体基板１の上面には、シールド板３が形成されるとともに、その切り込み１２内に伝送パターン５の一端が形成されている。そして、開口部２１Ｕの各辺からシールド板３の外縁までの距離がλ／４の奇数倍となっている。

従来の導波管・マイクロストリップ線路変換器１０５は、電力損失を抑制するためのスルーホールが不可欠であり、スルーホールを形成するための穴あけ工程やめっき工程において、誘電体基板１にそりを生じさせたり、その表面の平滑性を低下させていた。このため、従来の導波管・マイクロストリップ線路変換器１０５を採用した高周波回路では、誘電体基板１上にパターンを精度よく形成することが難しいという問題があった。特に、導波管・マイクロストリップ変換器１００の誘電体基板１上にアンテナパターンを形成したアンテナ装置の場合、アンテナパターンの精度を向上させることができず、アンテナ性能を向上させることが難しいという問題があった。

これに対し、本実施の形態によるアンテナ装置２００では、スルーホールを用いることなく、電力損失を抑制することができる導波管・マイクロストリップ線路変換器１００を採用することにより、アンテナパターン３０５の精度を向上させることができる。その結果、アンテナ性能を安定化させ、あるいは、向上させることができる。

なお、図１１の誘電体基板３０１の上面には、開口部２１Ｕごとに独立したシールド板３が形成されているが、隣接する２以上の開口部２１Ｕを１つのシールド板３で覆うように構成することもできる。図１１では、隣接する開口部２１Ｕが、互いの短辺を対向させて配置されているため、隣接するシールド板３を連結しても、開口部２１Ｕの長辺からシールド板３の外縁までの距離がλ／４の奇数倍となるようにすれば、変換効率を著しく損なうことはない。

１誘電体基板
２導波管
３シールド板
５，５ａ〜５ｄ伝送パターン
６，３０６接地板
７整合素子
１１閉鎖領域
２１，２１Ｕ，２１Ｄ開口部
２２管壁
２３中空部
３５アンテナパターン
１００〜１０５導波管・ストリップ線路変換器
２００アンテナ装置
２０１回路基板
３０１誘電体基板
３０２複合導波管
３０５アンテナパターン
３０６接地板
Ａ１変換器領域
Ａ２回路領域
Ｔ１，Ｔ２透過量
Ｒ１，Ｒ２反射量
λｇ導波管内の波長
λ 誘電体基板内の波長

Claims

２以上の導波管が形成された金属ブロックと、上記導波管に対応する２以上の導波管・平面線路変換器が形成された誘電体基板とを備えたアンテナ装置において、
上記誘電体基板は、第１面により上記２以上の導波管の開口部を閉鎖し、第２面に２以上のアンテナパターンが形成され、
上記導波管・平面線路変換器は、
上記誘電体基板の第１面の上記開口部内に形成された整合素子と、
上記誘電体基板の第１面に上記開口部を取り囲むように形成された接地板と、
上記誘電体基板の第２面に形成され、上記導波管を終端させるシールド板と、
上記誘電体基板の第２面に形成され、一端が上記シールド板の切り込み内において上記整合素子と対向し、他端が上記アンテナパターンに接続された伝送パターンとを有し、
上記２以上の導波管は、上記開口部の短辺を互いに対向させて配置され、
上記シールド板は、上記接地板の外縁よりも内側、かつ、上記開口部からの距離が１／４波長の奇数倍となる外縁を有し、上記開口部ごとに互いに独立して形成されることを特徴とするアンテナ装置。