JP6424484B2 - 平面漏洩伝送路 - Google Patents
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Description
本発明の平面漏洩伝送路は、誘電体基板と、前記誘電体基板の一方の面に設けられた励振層である第1励振グラウンド層と、前記誘電体基板の他方の面に設けられた励振層である第2励振グラウンド層と、前記一方の面に設けられ、前記第1励振グラウンド層に接続された第1伝送路と、前記他方の面に設けられ、前記第2励振グラウンド層に接続された第2伝送路とを備え、平面視において前記第1伝送路及び第2伝送路の各々が所定のギャップ領域で重なっており、前記第1伝送路及び前記第2伝送路のいずれか一方の伝送路から他方の伝送路に対して信号波が伝搬される場合、前記ギャップ領域において信号波の伝搬モードが変更され、前記一方の伝送路から他方の伝送路に対して伝搬される電磁界の一部が漏洩し、前記一方の伝送路に接続された前記励振層が励振されて電磁波を放射することを特徴とする。
本発明の平面漏洩伝送路は、前記一方の面において前記第2励振グラウンド層と対向して設けられ、当該第2励振グラウンド層と前記誘電体基板に設けられたビアにより接続された第1グラウンド層と、前記他方の面において前記第1励振グラウンド層と対向して設けられ、当該第1励振グラウンド層と前記誘電体基板に設けられたビアにより接続された第2グラウンド層とをさらに備え、前記第2励振グラウンド層が、一辺が前記誘電体基板の第1端部と平面視で重なるように形成され、前記第1励振グラウンド層が、一辺が前記誘電体基板の前記第1端部と対向する当該誘電体基板の第2端部と平面視で重なるように形成されていることを特徴とする。
本発明の平面漏洩伝送路は、前記第1伝送路が、一端が前記第1グラウンド層の近傍に配置され、他端が前記第1励振グラウンド層の前記一辺と対向する前記第1励振グラウンド層の第1領域に接続され、前記第2伝送路が、一端が前記第2励振グラウンド層の前記一辺と対向する前記第1励振グラウンド層の第2領域に接続され、他端が前記第2グラウンド層の近傍に配置されていることを特徴とする。
本発明の平面漏洩伝送路は、前記第1励振グラウンド層において、前記第1伝送路の他端が接続された前記第1領域から前記第2端部までの前記第1励振グラウンド層の外周の距離が前記第1伝送路の他端から見た、前記第1励振グラウンド層の入力インピーダンスが波長λ 1 の伝搬信号に対して無限大となる長さであり、前記第2励振グラウンド層において、前記第2伝送路の一端が接続された前記第2領域から前記第1端部までの前記第2励振グラウンド層の外周の距離が前記第2伝送路の一端から見た、前記第2励振グラウンド層の入力インピーダンスが波長λ 1 の伝搬信号に対して無限大となる長さであることを特徴とする。
また、本発明によれば、同軸ケーブルにより平面漏洩伝送を必要な箇所に配置できるため、配置場所に制約がなく、かつ漏洩させたい場所のみで電磁波を放射する平面漏洩伝送路を提供することが可能となる。
また、本発明によれば、伝送路の全長が長くなることを抑制し、かつ漏洩させたい場所のみで信号波を放射させることで、金属物を避けるなどの配置する場所の制約を無くし、配置する伝送路の全長が長くなることを抑制することができる。
図1は、本実施形態による平面漏洩伝送路の構成例を示す斜視図である。図1に示すように、本実施形態の平面漏洩伝送路1は、表面グラウンド層11、裏面励振グラウンド層12、表面励振グラウンド層13、裏面グラウンド層14、表面伝送路15、裏面伝送路16及び誘電体基板17を有している。表面グラウンド層11、裏面励振グラウンド層12、表面励振グラウンド層13、裏面グラウンド層14、表面伝送路15、裏面伝送路16の各々は、金属などの導体で形成されている。以下の図1の説明において、誘電体基板17の基板面として、例えば、図の上部方向に向いた一方の基板面を表面17sとし、下部方向に向いた他方の基板面を裏面17rとして説明する。
また、表面17sに形成された表面グラウンド層11と裏面17rに形成された裏面励振グラウンド層12とは、誘電体基板17を貫通するビアホールを介して導電体により電気的に接続されている。同様に、表面17sに形成された表面励振グラウンド層13と裏面17rに形成された裏面グラウンド層14とは、誘電体基板17を貫通するビアホールを介して導電体により電気的に接続されている。
また、表面伝送路15の端部15cは、平面漏洩伝送路1のポートP1となり、例えば同軸ケーブルの信号線(内部導体)がコネクタ等により接続される。このとき、表面グラウンド層11は、辺11b近傍の端部に同軸コネクタのグラウンド層線(外部導体)がコネクタ等により接続される。
また、裏面伝送路16の端部16cは、平面漏洩伝送路1のポートP2となり、例えば同軸ケーブルの信号線がコネクタ等により接続される。このとき、裏面グラウンド層14は、辺14b近傍の端部に同軸コネクタのグラウンド層線がコネクタ等により接続される。
この図3において、裏面励振グラウンド層12は、五角形のパターンにおける頂点12bから底辺12cまでの外周の距離、すなわち辺12r及び辺12qの各々の長さの合計が、裏面伝送路16の端部16bから見た入力インピーダンスが波長λLの伝搬信号に対して理論的に無限大となる長さとなるように形成されている。ここで、波長λLの伝搬信号に対して入力インピーダンスが理論的に無限大となる長さとは、裏面励振グラウンド層12が裏面伝送路16に設けたオープンスタブとして動作し、裏面伝送路16から見た波長λLの伝搬信号に対して裏面励振グラウンド層12の入力インピーダンスZinが無限大になる状態となる辺12r及び辺12qの各々の長さの合計の長さである。すなわち、波長λLの伝搬信号に対して入力インピーダンスが理論的に無限大となる長さとは、以下の(1)式において、入力インピーダンスZinが無限大となるオープンスタブの長さL(辺12r及び辺12qの各々の長さの合計の長さ)に対応する。
Zin=−jZ0cot(β・L) …(1)
上記(1)式において、jは複素数の虚数単位を示し、Z0はオープンスタブの特性インピーダンスを示している。β(=2π/λ)は位相定数であり、このλは伝送路上の波長を示している。したがって、Lが波長λの1/2の整数倍であれば、オープンスタブの入力インピーダンスが無限大となる。
このため、本実施形態においては、一例として、以下の様に設定している。裏面励振グラウンド層12は、五角形のパターンにおける頂点12bから底辺12cまでの外周の距離、すなわち辺12r及び辺12qの各々の長さの合計がλL/2となるように形成されている。これにより、裏面励振グラウンド層12の入力インピーダンスZinは無限大となる。
また、裏面励振グラウンド層12及び表面励振グラウンド層13の各々は、頂点から底辺までと、伝送路と重なってマイクロストリップ線路とする領域と、表面グラウンド層11及び裏面グラウンド層14とのビアホールによる接続が行える領域とにパターンが形成されていれば、その他の領域はくり抜いたパターンでも良い。
本実施形態においては、例えば、低周波(λL)として2.45GHz、高周波(λH)として5.44GHzの2周波数に対応するアンテナとして構成されている。
低周波側のアンテナ動作を説明する。
低周波側の周波数の電磁波の放射は、ポートP1から給電された場合、表面励振グラウンド層13がアンテナ放射素子として機能する。ポートP1から信号波(電磁波)P1が給電されると、信号波P1は、表面伝送路15の端部15c(ポートP1)から表面伝送路15の領域15s1までの範囲において、すなわちマイクロストリップ線路において、準TEM(Transverse Electromagnetic)モードにより伝搬する。この信号波P1は、低周波側の波長λLである。
このとき、表面伝送路15における領域15s2において発生した高次モードにより、表面励振グラウンド層13に信号波P1による電磁界成分の放射が発生し、漏洩電流が流れることにより、表面励振グラウンド層13が励振する。この励振により電磁界放射が発生し、表面励振グラウンド層13は、波長λLの電磁波を放射する。
また、ポートP2から給電された場合も、上述した動作と同様に、裏面励振グラウンド層12がアンテナ放射素子として機能する。
高周波側の周波数の電磁波の放射は、ポートP1から給電された場合、表面伝送路15及び裏面伝送路16の各々がアンテナ放射素子として機能する。ポートP1から信号波(電磁波)P2が給電されると、信号波P2は、信号波P1と同様に、表面伝送路15の端部15c(ポートP1)から表面伝送路15の領域15s1までの範囲において、すなわちマイクロストリップ線路において、準TEMモードにより伝搬する。この信号波P2は、高周波側の波長λHである。
また、ギャップ領域である領域15s2及び領域16s2の幅は、放射される電磁波の指向性を制御することができる。幅が狭いほど指向性は高く、幅が広いほど指向性は低くなる。
これにより、本実施形態においては、低い周波数のみの電磁波に加えて、高い高周波を加えた2周波に対応する平面漏洩伝送路1を実現することができる。
図8において、方位角のアンテナパターンを極座標で示しており、円の直径方向の軸が放射強度(dB)を示している。図8においてはYZ平面におけるアンテナパターンを示している。
実線が本実施形態における平面漏洩伝送路1から放射される2.45GHzの電磁波の放射パターンを示している(HP: horizontall polarization、すなわち水平偏波の場合)。放射パターンに指向性があり、90°及び270°の各々の方位に指向性を有していることが判る。破線が本実施形態における平面漏洩伝送路1から放射される2.45GHzの電磁波の放射パターンを示している(VP:vertical polarization、すなわち垂直偏波の場合)。垂直偏波(破線)の場合、放射パターンに指向性はなく、全方位に同様の強度の電磁波が放射されていることが判る。
図9において、方位角のアンテナパターンを極座標で示しており、円の直径方向の軸が放射強度(dB)を示している。図9においてはYZ平面におけるアンテナパターンを示している。
実線が本実施形態における平面漏洩伝送路1から放射される5.44GHzの電磁波の放射パターンを示している(HP:垂直偏波)。放射パターンに指向性があり、45°、135°、225°及び315°の各々の方位に指向性を有していることが判る。破線が本実施形態における平面漏洩伝送路1から放射される2.45GHzの電磁波の放射パターンを示している(VP:水平偏波)。垂直偏波(破線)の場合、放射パターンに指向性はなく、全方位に同様の強度の電磁波が放射されていることが判る。
また、本実施形態によれば、同軸ケーブルにより平面漏洩伝送を必要な箇所に接地できるため、配置場所に制約がなく、かつ漏洩させたい場所のみで電磁波を放射する平面漏洩伝送路を提供することが可能となる。
本実施形態によれば、放射される低周波側の電磁波の調整を、裏面励振グラウンド層12及び表面励振グラウンド層13の辺の長さの調整で行い、一方、高周波側の電磁波の放射を、表面伝送路15と裏面伝送路16との長さの調整で行うため、周波数の設定が容易である。
また、反射器を取り付ける場合、従来の漏洩同軸ケーブルの場合、不必要な場所からも電磁波が放射されるため、いずれに反射器を設けるかが不明である。しかしながら、本実施形態によれば、必要な位置に平面漏洩伝送路1が同軸ケーブルに介挿して配置するため、反射器を配置する位置を明確に把握することができる。
Claims (9)
- 誘電体基板と、
前記誘電体基板の一方の面である表面に設けられた表面グラウンド層と、
前記誘電体基板の他方の面である裏面に前記表面グラウンド層と対向して設けられ、前記表面グラウンド層と前記誘電体基板に生成されたビアで接続され、一辺が前記誘電体基板の第1端部と平面視で重なるように形成された裏面励振グラウンド層と、
前記誘電体基板の表面に設けられ、一辺が前記誘電体基板の前記第1端部と対向する第2端部と平面視で重なるように形成された表面励振グラウンド層と、
前記誘電体基板の裏面に設けられ、前記表面励振グラウンド層に対し、前記誘電体基板に生成されたビアで接続された裏面グラウンド層と、
前記誘電体基板の表面に設けられ、一端が前記表面グラウンド層の近傍に配置され、他端が前記表面励振グラウンド層の前記一辺と対向する前記表面励振グラウンド層の第1領域に接続された表面伝送路と、
前記誘電体基板の裏面に設けられ、一端が前記裏面励振グラウンド層の前記一辺と対向する前記表面励振グラウンド層の第2領域に接続され、他端が裏面グラウンド層の近傍に配置された裏面伝送路と
を備え、平面視において、前記表面伝送路及び前記裏面伝送路の各々が所定のギャップ領域で重なっており、前記表面励振グラウンド層において、前記表面伝送路の他端が接続された前記第1領域から前記第2端部までの前記表面励振グラウンド層の外周の距離が前記表面伝送路の他端から見た、前記表面励振グラウンド層の入力インピーダンスが波長λ1の伝搬信号に対して無限大となる長さであり、前記裏面励振グラウンド層において、前記裏面伝送路の一端が接続された前記第2領域から前記第1端部までの前記裏面励振グラウンド層の外周の距離が前記裏面伝送路の一端から見た、前記裏面励振グラウンド層の入力インピーダンスが波長λ1の伝搬信号に対して無限大となる長さである
ことを特徴とする平面漏洩伝送路。 - 前記表面伝送路が平面視で前記裏面励振グラウンド層と重なる領域がマイクロストリップ線路となり、
前記裏面伝送路が平面視で前記表面励振グラウンド層と重なる領域がマイクロストリップ線路となり、
前記表面伝送路及び前記裏面伝送路の各々が重なる前記ギャップ領域がブロードサイド結合線路となる
ことを特徴とする請求項1に記載の平面漏洩伝送路。 - 前記表面伝送路から前記裏面伝送路に対して信号波が伝搬される場合、前記マイクロストリップ線路から前記ブロードサイド結合線路となるギャップ領域において、信号波の伝搬モードが変更され、前記表面伝送路から前記裏面伝送路に対して伝搬される電磁界の一部が漏洩し、前記表面励振グラウンド層が励振され、波長がλ1の電磁波を放射し、
前記裏面伝送路から前記表面伝送路に対して信号波が伝搬される場合、前記マイクロストリップ線路から前記ブロードサイド結合線路となるギャップ領域において、信号波の伝搬モードが変更され、前記裏面伝送路から前記表面伝送路に対して伝搬される電磁界の一部が漏洩し、前記裏面励振グラウンド層が励振され、波長がλ1の電磁波を放射する
ことを特徴とする請求項2に記載の平面漏洩伝送路。 - 2つの異なった周波数の電磁波を放射させる際、平面視における前記表面伝送路の一端から前記裏面伝送路の他端までの距離が、前記表面伝送路の前記他端及び前記裏面伝送路の一端の各々から見た、前記表面伝送路及び前記裏面伝送路の平面視で重なる領域の特性インピーダンスが、前記裏面励振グラウンド層が放射する電磁波の波長λ1に比較して短い波長λ2の伝搬信号に対して無限大となる長さで構成されており、前記表面伝送路及び前記裏面伝送路から波長λ2の信号波を放射する
ことを特徴とする請求項3に記載の平面漏洩伝送路。 - 平面視において、前記裏面励振グラウンド層の対向する第1の辺と、前記第1の辺に対向する前記表面励振グラウンド層の第2の辺との成す角度により、放射される波長λ2の信号波の電磁波の強度を調整する
ことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の平面漏洩伝送路。 - 誘電体基板と、
前記誘電体基板の一方の面に設けられた励振層である第1励振グラウンド層と、
前記誘電体基板の他方の面に設けられた励振層である第2励振グラウンド層と、
前記一方の面に設けられ、前記第1励振グラウンド層に接続された第1伝送路と、
前記他方の面に設けられ、前記第2励振グラウンド層に接続された第2伝送路と
を備え、平面視において前記第1伝送路及び第2伝送路の各々が所定のギャップ領域で重なっており、前記第1伝送路及び前記第2伝送路のいずれか一方の伝送路から他方の伝送路に対して信号波が伝搬される場合、前記ギャップ領域において信号波の伝搬モードが変更され、前記一方の伝送路から他方の伝送路に対して伝搬される電磁界の一部が漏洩し、前記一方の伝送路に接続された前記励振層が励振されて電磁波を放射する
ことを特徴とする平面漏洩伝送路。 - 前記一方の面において前記第2励振グラウンド層と対向して設けられ、当該第2励振グラウンド層と前記誘電体基板に設けられたビアにより接続された第1グラウンド層と、
前記他方の面において前記第1励振グラウンド層と対向して設けられ、当該第1励振グラウンド層と前記誘電体基板に設けられたビアにより接続された第2グラウンド層と
をさらに備え、
前記第2励振グラウンド層が、一辺が前記誘電体基板の第1端部と平面視で重なるように形成され、前記第1励振グラウンド層が、一辺が前記誘電体基板の前記第1端部と対向する当該誘電体基板の第2端部と平面視で重なるように形成されている
ことを特徴とする請求項6に記載の平面漏洩伝送路。 - 前記第1伝送路が、一端が前記第1グラウンド層の近傍に配置され、他端が前記第1励振グラウンド層の前記一辺と対向する前記第1励振グラウンド層の第1領域に接続され、前記第2伝送路が、一端が前記第2励振グラウンド層の前記一辺と対向する前記第1励振グラウンド層の第2領域に接続され、他端が前記第2グラウンド層の近傍に配置されている
ことを特徴とする請求項7に記載の平面漏洩伝送路。 - 前記第1励振グラウンド層において、前記第1伝送路の他端が接続された前記第1領域から前記第2端部までの前記第1励振グラウンド層の外周の距離が前記第1伝送路の他端から見た、前記第1励振グラウンド層の入力インピーダンスが波長λ 1 の伝搬信号に対して無限大となる長さであり、前記第2励振グラウンド層において、前記第2伝送路の一端が接続された前記第2領域から前記第1端部までの前記第2励振グラウンド層の外周の距離が前記第2伝送路の一端から見た、前記第2励振グラウンド層の入力インピーダンスが波長λ 1 の伝搬信号に対して無限大となる長さである
ことを特徴とする請求項8に記載の平面漏洩伝送路。
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