JPH0376305A - 導波管アンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、複雑な給電部の構造も容易に作製可能で、軽
量かつ高効率な導波管アンテナ心間するものである。

〔従来の技術〕

従来、高周波領域に於ける情報通信や放送用のアンテナ
としては、特に高性能な特性が要求されル分野に於いて
は導波管が用いられている。その理由は、高周波信号の
線路として導波管を用いれば、導体損が極めて少なく、
かつ誘電損や軸射損などもないため、極めて低損失かつ
高効率なアンテナを実現することができるためである。

第１Ｏ図および第１１図は従来の導波管アンテナの例で
、電波を受信するためのスロット（８）が形成されたア
ンテナ部導波管（１６）の中を伝播した信号は、結合用
スロット（２０）により給電部導波管（１９）へと伝達
され、コンバーターまで導びかれる。

しかし、金属製導波管の管壁にこのような多数のスロッ
トを精度よく形成することは極めて困難な作業であり、
加工にも多大な時間を要し、工業的な製造という観点か
らは製造方法の大幅な改善が必要である。さらに、通常
の導波管の肉厚はｌ。

０■以上あり、このような肉厚は受信特性の設計には無
視できない厚さとなるため、スロットの形状決定にあた
っては導波管の肉厚を考慮して設計しなくてはならない
という煩られしさもある。

また、従来の導波管アンテナのアンテナ部導波管（１６
）は複数本の導波管で槽底され、それらを■本の給電部
導波管（１９）で結合しているために、アンテナ部導波
管（１６）のおのおのの導波管は結合用スロット（２０
）により直列に励振される。

一方、アンテナの効率を最大限に高めるには、アンテナ
部導波管（１６）のおのおのの導波管は同相かつ等振幅
に励振されることが必要であるが、従来の方式では結合
用スロット（２０）のピッチを導波管の管内波長に等し
くすることによって同相に励振することは可能であるも
のの、等振幅に励振することは極めて難しい、すなわち
、たかだかＩＯないし２０程度の結合用スロット個数で
は、可能な限り等振幅になるように結合用スロット（２
０）の形状を設計しても、給電用導波管（１９）の終端
部に残存してしまうエネルギーをなくすことはできず、
逆に残存するエネルギーを可能な限り零に近づけようと
結合用スロット（２０）を設計すると、等振幅条件から
大きくずれる。

いずれにしてもこのような方式では信号を１００％有効
にコンバーターまで伝達することは不可能であり、線路
損失が小さいにもかかわらず、結果として、アンテナと
しての効率はあまり高められなかった。

またさらに、従来の導波管アンテナは給電部の曲げを含
む加工の自由度に乏しく、また、かりに直線的導波管だ
けで給電部を構成したとしても、重量もかさみ構造も複
雑かつ工業的製造も極めて困難と言う欠点もあった。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、従来の導波管アンテナのかかる欠点に鑑みて
種々検討の結果得られたものであり、その目的とすると
ころは、複雑な導波管の形状も容易に製造でき、軽量か
つ高効率な導波管アンテナを提供するにある。

〔課題を解決するための手段〕

すなわち、本発明は、電波を受信するスロットが形成さ
れたアンテナ部導波管、信号の進行方向を１８０６変換
する結合部導波管、信号の偏波面を９０°回転させる変
換部導波管、ならびに信号をコンバーターまで伝達する
給電部導波管より構成され、該アンテナ部導波管は、使
用する周波数に於ける管内波長の溝が加工され、表面が
導電化されたプラスチック成形体と、化学的エツチング
によってスロットが形成された１ｉ！箔もしくは銅張積
層板とを、銅箔面とプラスチック成形体の導電面とを対
向させ導電性接着剤を用いて接着されたものであり、結
合部導波管は、溝が形成され表面が導電化された１対の
プラスチック成形体を、その接合面がＨ面のほぼ中央で
あるように貼合わされたものであり、変換部導波管は、
厚さが使用する周波数に於ける管変換部導波管は厚さが
使用する周波数帯域に於ける管内波長の穴が形成されか
つ表面が導電化された複数のプラスチック成形体を、該
六〇長辺方向の角度を順次かえて貼合せたものであり、
また、給電部導波管は、溝が形成され表面が導電化され
た１対のプラスチック成形体を、その接合面がＨ面のほ
ぼ中央であるように貼合せられかつＥ面で分岐されたも
ので、少なくとも前記アンテナ部導波管と給電部導波管
とが積層されたものであることを特徴とする導波管アン
テナである。

以下、図面をもとに本発明の詳細な説明する。

第１図〜第４図は、本発明によく導波管アンテナのアン
テナ部導波管の構造を示す図である。第１図はプラスチ
ック成形体（１）に溝（３）が形成され、その表面に導
電層（２）が形成された例で、溝（３）の寸法、形状は
使用する周波数帯に於ける管内波長、例えばＸバンドで
はＷＲＪ−１２ないしＷＲＪ−１５相当とし、溝深さ７
．９■、溝幅１５．８ｍ程度の形状に選べばよい。

また第２図は、中央に仕切り板（４）を残した２連仕切
りの導波管（５）をｌＩ戒する場合のプラスチック加工
溝の例である。この場合は、導波管（５）の根元番よ１
本の出力導波管（６）となるために、図に示されている
ように徐々に導波管の幅をかえたマツチング部（７）を
形成することが好ましい。

第３図および第４図はスロット面の説明図であり、電波
を受信するスロット（８）は銅箔（９）もしくは銅張積
層板（１０）の銅箔（９′）を化学エツチングすること
により形成される。このようにｗ４箔を化学的エツチン
グすることにより、複雑な形状のスロットも極めて圀単
にかつ精度よく加工することが可能である。

ここで銅箔（９）の片面もしくはｗ４箔（９′）の基板
に対向していない面はその中心線平均粗さＲａが１μｍ
以下、さらに好ましくは０．５μｍ以下であることが望
ましい、導波路を流れる電流は殆んど銅箔の表面にしか
存在しないため、Ｒａがこの値より大きいと高周波電流
に対する抵抗が大きくなり、線路損失が大きくなるので
好ましくない、また、銅張積層板はフレキシブル印刷回
路用基板であってもかまわない、これらの電気特性は、
使用する周波数域で比誘電率Ｅｒが４．０以下さらに好
ましくは３．０以下、誘電損失ｔａｎδが２００ＸＩＯ
−’以下さらに好ましくは１００ＸＩＯ−’以下が望ま
しい、Ｅｒがこの値以上であると外界の空気に対するイ
ンピーダンスマツチングがとりにくく、ｔａｎδがこの
値以上であると損失が大きくなるので好ましくない。

更に、一般に銅張積層板も含めてｌＦ＆の厚さは１７．
５μｍないし７０ｔＩｍ程度と金属導波管の肉厚に比較
すると、その厚さは無視できる程小さいため、厚さの効
果を殆んど考慮する必要なくスロット形状を設計できる
利点もある。

第１図および第２図で示された溝付きのプラスチック成
形体（１）と、第３図および第４図で示されたスロット
を形成した銅箔（９）や銅張積層板（１０）は、Ｒａが
規定された面をプラスチック成形体（１）の溝に対向す
るように貼合わせられる。この場合、貼り合せはネジ止
めでもよいが、導電性接着剤を用いて行なうのが最も望
ましく、銅箔面とプラスチック成形体の導電面の電気的
接触を確実にとることができる。なお、導電性接着剤は
硬化後の体積抵抗率が５Ｘ１０−’以下であることが好
ましい、抵抗率がこの値以上であると、銅箔とプラスチ
ックの成形体の導電面との接合部で電流に対する抵抗が
増し、線路損失が大きくなるので好ましくない。

第５図は、本発明の導波管アンテナの結合部導波管の一
例を示す図である。（ａ）、（ｂ）に示したように、プ
ラスチック成形体（１）に溝（３）を形成し、さらに表
面に導電層（２）を形成したちの２枚を、（Ｃ）のよう
に溝（３）が互いに向きあうようにして貼合せることに
より結合部導波管が得られる。溝（３）の寸法、形状は
、例えばＸバンドでは深さ７．９　ａｍ、幅７．９　ｔ
ｔｘａに選択すればよい、入力口（１１）はアンテナ部
導波管と接続され、出力口（１２）は変換部導波管に接
続される。

第５図に示した例で２枚のプラスチック成形体（１）を
貼り合わせた接合面はＨ面のほぼ中央となるので、信号
がＴ已１・モードの場合、この接合面には電流が流れな
い、したがってこのような導波管は原理的にも低損失線
路であることが充分に期待できる。このようなことから
、貼り合せは完全な電気的導通をはかる必要はなく、例
えばネジ止めや嵌合なと、いわゆる機械的圧着で充分で
ある。

アンテナ部導波管からの信号は反射部（１３）および（
１４）で９０”ずつ進行方向を変えることにより、１８
０°進行方向が逆転して変換部導波管に入力される。

第６図および第７図は本発明の導波管アンテナの変換部
導波管の一例を示す図である。第６図の例では、円板状
のプラスチック成形体（１）に穴（１５）が形成され、
表面には導電層（２）が形成されている。穴（１５）の
形状は、例えばＸバンドでは長辺×短辺−１５，８閣Ｘ
　７．９　ｍにすればよい。

また、その厚さは使用する周波数での管内波長の１／４
にすることが好ましい、厚さがこの値からはずれると反
射がおきたり不要モードが発生したりするので好ましく
ない。

第７図は、第６図に示した表面を導電化したプラスチッ
ク成形体（１）を複数板重ねた例を示しており、この図
で管内を進行する信号は次第にその偏波面がずれ、変換
部導波管の入口と出口では信号の偏波面はちょうど９０
″ずれることになる。

プラスチック成形体の重ね合せはビス止め、嵌合などの
機械的圧着でもよいし、導電性接着剤を介在させて加圧
加熱して接着してもよい。

第８図は本発明の導波管アンテナの給電部導波管の一例
を示す図で、（ａ）図のように溝（３）を形成した２枚
のプラスチック成形体（１）を、溝（３）が互いに向き
あうようにして重ね合せて（ｂ）図に示すような給電部
導波管を得る。溝（３）の寸法、形状は、例えばＸバン
ドでは深さ７、９　ｍに設計すればよく、溝幅について
は（ａ）図に示されているように分岐しやすいようにテ
ーパーをつける方が好ましい、この場合、溝幅は３゜９
５ｍｍから７．９　ｗｍまでかわることになる。また、
導波路の形状は例えばＸバンドでは長辺は１５．８閣で
あるが、短辺は３．９５ｍから７．９閣まで変化する。

なお、２枚の貼合せの接合面はＨ面のほぼ中央になるの
で、結合部導波管の場合と同じ理由により低損失化をは
かることができるとともに、貼り合せの方法も完全な電
気的導通をはかる必要がなく、ネジ止めや嵌合など機械
的圧着で充分であるので組立ても容易である。また、貼
合せ位置は、Ｈ面の厳密な中央である必要はなく、中央
部から±０．５ないし１．０閣程度ずれても実用的には
支障ない。

本発明では分岐は８面で行なうのであるが、このような
方式にすることによって分岐前後でカットオフ周波数や
インピーダンスの変化がないため、マツチングが極めて
とりやすいという設計上の利点がある。

またこの他にも、信号の波形も分岐の前後でかわらない
ので管内に不要のモードなどが一切生じず、低損失給電
線路を実現できるという特性上の利点もあり、従来の導
波管と遜色ない低損失性を維持しながら、複雑な給電線
路を容易に構成することができる。

以上のような方式をとることにより、従来の、導波管の
壁に結合用スロットをあけた直列励振型の給電方式と異
なり、アンテナ部導波管は並列に給電されるので、同相
かつ等振幅励振が可能である。

本発明に於けるプラスチック成形体の導電化の方法は、
真空蒸着、スパッタリングなどの乾式の導電化方法でも
かまわないし、無電解メツキや電解メツキなどの湿式の
導電化方法、あるいはこれらの併用でもよい、また、金
属の種類は抵抗値の小さいものが好ましく、金、銀、銅
、アルくニウムなどが適している。これらの導電層の厚
さは、使用する周波数での表皮厚さ以上に形成すること
が必要である。導電層の厚さがこれ以下だと導電層のな
いプラスチック成形体内部にまで入りこむことになり、
大幅な線路損失を招くので是非避けるべきである０例え
ば、導電層として銅被膜を形成し、使用周波数がＸバン
ドであれば、表皮厚さは０．６μｍないし０．８μｍで
あるから、銅被膜の厚さはこれ以上の厚さで形成すべき
である。導電層の厚さは厚い分には特性に何ら支障をき
たさず、特に限定しない、上述の条件の場合、ＩＯμｍ
ないし１２μｍの厚さで導電層を形成しても何ら問題は
なかった。

また、導電層はプラスチック成形体（１）の溝（３）側
の表面だけでなく、プラスチック成形体全体に形成して
もさしつかえない。さらに、水分、湿度などにともなう
表面状態の経時変化を抑止するため、導電層の表面に薄
く保ｉ１層をつけてもかまわない。保護層は耐水、耐湿
性塗布剤をスプレーないしデイツプによりコートしても
よいし、Ｎｉ、Ｏｒなどの金属被膜を乾式あるいは湿式
法で薄く形成してもかまわないが、低損失性を維持する
ため、導電層に比較して薄く形成することが必要であり
、通常は数１００〜数１０００人、導電層が１０μｍと
厚い場合でも１μｍ程度の厚さに抑えておくことが望ま
しい。

本発明に用いるプラスチック成形体の材質としては、底
形、加工の容易なもので、表面の導電化が容易なものか
ら選ばれ特に限定はしないが、導電化の方法として例え
ばメツキ法をとった場合、ＡＢＳ樹脂、ポリカーボネー
ト、ＰＰＳｖＭ脂あるいはこれらのアロイなどが好適で
ある。このように、表面を導電化したプラスチックを用
いることによって、従来の導波管ではできない複雑な給
電部の形状も容易に作製でき、全体の重量も従来の導波
管に比較して大幅に軽量化することが可能となる。

第９図は本発明の一実施例となる導波管アンテナを組立
てた状態の全体を示す図で、給電部導波管（１９）と変
換部導波管（１８）とが、アンテナ部導波管（１Ｇ）に
積層されて全体として２層構造となっている。このよう
な構造をとることによって、アンテナとしての面積はほ
ぼアンテナ部導波管（１６）の面積だけで決定され、変
換部導波管（１８）や給電部導波管（１９）の面積はア
ンテナの面積に影響を及ぼさず好ましい。

以下、本発明の実施例および比較例を述べる。

（実施例１） 厚さ２０ｍのＡＢＳ樹脂板（耐熱１２０℃）を溝幅１５
．８ｍ、溝深さ７．９　ｍで溝の長さ５０ｃｍに切削加
工した。得られた加工物を洗浄し、表面を化学エツチン
グしたのち、表面上に無電解メツキ法で１２μｍ厚さの
銅被膜を形成した。

次いで、厚さ０．５ｍ（ｗ４箔ｙ！、３５μｍ）のガラ
ス−エポキシ銅張積層基板を準備し、エポキシ系導電接
着剤をＡＢＳ樹脂加工物の溝のふちに薄く塗り、ｗ４Ｗ
４を溝側に向けて貼り合わせた。これを１００℃で１０
分加熱し、両者を接合した。なお、この条件での導電接
着剤の硬化状態の抵抗値は４゜５ｘｔＯ−’（Ω−ｃｍ
）であった。

溝の両端にフランジを設け、導波路の線路損失を１２Ｇ
Ｈｚで測定したところ、０．２　ｄ　Ｂ以下であった。

（実施例２） 実施例１と同様にして加した溝に、第２図のようにして
仕切り板（４）を設け２連導波管を作成した。ついで、
７０μｍ厚さの電解銅箔に第３図に示したようなりロス
スロット（８）をエツチングで加工した。スロット（８
）の形状は輻３ｍ。

長さは８．４５ｍ５から１０．１　ｍまで連続的に変化
させたクロススロットでピッチ１２−で計３３個形成し
た。この銅箔を、その平滑面がプラスチック側に対向す
るように実施例１と同じ方法で貼り合わせた。なお、ス
ロットのエツチング加工の全工程に要した時間は６０分
で、加工精度は±５０μｍであった。

（実施例３） 実施例１と同じＡＢＳ樹脂のブロックに、第５図に示す
ような溝を加工した。溝形状は幅、深さとも７．９閣と
した。実施例１と同様にして表面を導電化したあと、第
５図（ｃ）に示すように２枚をネジ止めにより貼合せて
結合部導波管を得た。

１１．７〜１２．０ＧＨｚに於ける特性を測定したとこ
ろ、反射−２５ｄＢ以下、透過は−０，０５ｄＢ以上で
あった。

（実施例４） 実施例１と同じＡＢＳ樹脂のブロックに、第６図に示す
ような形状の穴（１５）を加工した。穴形状は長辺×短
辺−１５，８ｍ　Ｘ　７．９　ａｓであり、厚さは１０
．５８ｍとした。実施例１と同様にして表面を導電化し
たものを５枚、穴の長辺を順に２２．．５゜ずつ傾けて
ネジ止めし、９０°偏波面をかえる変換器導波管を得た
。

１１．７〜１２．０ＧＨｚに於ける特性を評価したとこ
ろ、反射−２５ｄＢ以下、透過は−０，２ｄ　Ｂ以上で
あった。

（実施例５） 長さ４３６ｍｍ、幅３２４−ののＡＢＳ４Ｍ脂平板に、
深さ７．９鴎の溝を次のような順序で加工した。

■　ＡＢＳ樹脂平板の短辺のうち１辺の中央から幅７．
９鵬、長さ１０．６　ｍで切削する。

■　平板の長さ方向に対し±２０°の角度で溝を分岐す
るように切削する０分岐した溝の長さは２０１ｍで、幅
は３．９５ｍから７．９　ｍまでのテーパをつける。

■　平板の長さ方向に幅７．９鵬、長さ１０．６ｍで切
削する。

■　平板の長さ方向に対し±１７°の角度で溝を分岐す
るように切削する０分岐した溝の長さは１１６ｍで、幅
は３．９５　ｍから７．９ｍまでのテーパをつける。

■　平板の長さ方向に幅７．９ｍ、長さ１０．６ｍで切
削する。

■　平板の長さ方向に対し±ｌＯ°の角度で溝を分岐す
るように切削する０分岐した長さは９５−で、幅は１９
５ｍから７．９ｍまでのテーパをつける。

■　平板の長さ方向に幅７．９ＩｌｌＩｌ、長さ１０．
６　ｍで切削する。

このようにして、計８個の溝が次第に結合し、最後は１
個の溝となる形状を得た。

次に、溝のふちから１０閣の位置にピッチ５０閣でφ３
．２ｍｍの穴を溝に沿ってあけた。ついで実施例１と同
様にして、１０μｍ厚さの銅被膜を無電解メツキで形成
した。このような加工物を２枚、溝が互いに向き合うよ
うにしてφａ２ＩｌｌＩの穴を利用して３ｍのネジで固
定して導波路を得た。

この給電部導波管の１１．７〜１２．０ＧＨｚに於ける
特性を測定したところ、反射−２０ｄＢ以下、挿入損０
．５　ｄ　Ｂ以下と小さく、８導波路の分配比は±０．
５　ｄ　Ｂ以内であった。

（実施例６） 実施例２で得られたスロット付き２連導波管８組分を同
一のＡＢＳ樹脂板上に加工しアンテナ部導波管を得た。

この導波管と、実施例３で得られた結合部導波管ならび
に実施例４で得られた変換部導波管を各８組、および実
施例５で得られた給電部導波管を組合わせ、第９図に示
した導波管アンテナを得た。このアンテナの絶対利得は
３２ｄＢｉであった。

（比較例１） ＷＲＪ−１４０丹鋼引抜き導波管を長さ５３〇−に切断
して、１１．７〜１２．０ＧＨ２に於ける特性を測定し
た。この結果、線路損失は０．１８　ｄ　Ｂであった。

（比較例２） 比較例１と同じ導波管の管壁に、実施例２と同じスロッ
トを放電加工によって設けた。この加工に要した時・間
は２１０分であり、加工精度は±１１Ｏμｍであった。

（比較例３） 比較例２で得られたスロット付導波管を１６本横に並べ
、第１１図に示すような構造の導波管アンテナを得た。

このアンテナの絶対利得は３３．５ｄＢｉであった。

〔発明の効果〕

以上の説明で明らかなように、本発明にもとづく導波管
アンテナはｍ雑な形状も容易に作製でき、軽量かつ高効
率なアンテナとして好適である。また、本発明による導
波管アンテナは漏れ波アンテナであることからビームチ
ルトも付与されており、例えば衛星放送受信用アンテナ
として応用すれば、小型で壁に密着できるアンテナとし
ても有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図は本発明による導波管アンテナのアンテ
ナ部導波管の構造の例を示す図で、第１図および第２図
は導波路となる溝を形成したプラスチック戒形体、第３
図および第４図はスロットを形成した蓋面を示し、それ
ぞれ（ｂ）は上面図で、（ａ）は（ｂ）のＡ−Ａ’断面
図である。第５図は本発明の導波管アンテナの結合部導
波管の一例を示す図で、（ｂ）は−半の上面図、（ａ）
はその側面図、（ｃ）は全体の斜視図である。第６図お
よび第７図は本発明の導波管アンテナの変換部導波管の
例を示す図で、それぞれ（ａ）は上面図、（ｂ）は側面
の断面図である。第８図は本発明の導波管アンテナの給
電部導波管の一例を示す図で、（ａ）は−半の上面図、
（ｂ）は全体の斜視図である。第９図は本発明による導
波管アンテナを示す図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側
面図である。また、第１０図および第１１図は従来の導
波管アンテナを示す図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）電波を受信するスロットが形成されたアンテナ部
   導波管、信号の進行方向を１８０゜変換する結合部導波
   管、信号の偏波面を９０゜回転させる変換部導波管、な
   らびに信号をコンバーターまで伝達する給電部導波管よ
   り構成され、該アンテナ部導波管は、使用する周波数に
   適合した導波管相当の溝が加工され表面が導電化された
   プラスチック成形体と、化学的エッチングによってスロ
   ットが形成された銅箔もしくは銅張積層板とを、銅箔面
   とプラスチック成形体の導電面とを対向させ導電性接着
   剤を用いて接着されたものであり、結合部導波管は、溝
   が形成され表面が導電化された１対のプラスチック成形
   体を、その接合面がＨ面のほぼ中央であるように貼合わ
   されたものであり、変換部導波管は厚さが使用する周波
   数に於ける管内波長の１／４で、該周波数帯域に適合し
   た導波管相当の穴が形成されかつ表面が導電化された複
   数のプラスチック成形体を、該穴の長辺方向の角度を順
   次かえて貼合せたものであり、また、給電部導波管は、
   溝が形成され表面が導電化された１対のプラスチック成
   形体を、その接合面がＨ面のほぼ中央であるように貼合
   せられ、かつ、Ｅ面で分岐されたもので、少なくとも前
   記アンテナ部導波管と給電部導波管とが積層されたもの
   であることを特徴とする導波管アンテナ。