KR20160021751A - 도파관 슬롯 안테나 및 이것을 사용한 경보 시스템 - Google Patents

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KR20160021751A
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토모카즈 소노자키
히로유키 노다
나츠히코 모리
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엔티엔 가부시키가이샤
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Abstract

도파로(2)의 연장 방향 각 부에 있어서의 횡단면이 사각형상을 이루는 도파관(10)에 방사 슬롯(3)을 소정 간격으로 복수 형성해서 이루어지는 도파관 슬롯 안테나(A)에 있어서 도파관(10)은 횡단면이 유단형상을 이루고, 상대측과 결합됨으로써 도파로(2)를 구성하는 제 1 및 제 2 도파관 형성 부재(11, 12)로 이루어지고, 제 1의 도파관 형성 부재(11)가 평판형상으로 형성됨과 아울러 복수의 방사 슬롯(3)을 갖는다.

Description

도파관 슬롯 안테나 및 이것을 사용한 경보 시스템{WAVEGUIDE SLOT ANTENNA AND WARNING SYSTEM USING SAME}
본 발명은 도파관 슬롯 안테나 및 이것을 사용한 경보 시스템에 관한 것이다.
전파를 송신 또는 수신하기 위한 안테나로서 소위 도파관 슬롯 안테나를 사용하는 경우가 있다. 도파관 슬롯 안테나로서는, 예를 들면 하기 특허문헌 1에 개시되어 있는 것이 공지이다. 특허문헌 1의 도파관 슬롯 안테나는 횡단면(관축방향과 직교하는 단면)에 있어서 이음매가 없는 단면 사각형의 금속관(도파관)에 슬롯형상의 안테나 소자(방사 슬롯)를 소정 간격으로 복수 형성해서 구성되어 있다.
도파관 슬롯 안테나는 고주파 대역의 전파(예를 들면, 밀리파대의 전파)나, 저주파 대역의 전파(예를 들면, 센티미터파대의 전파)를 송신 또는 수신하기 위한 안테나로서 사용 가능하다. 밀리파대의 전파는, 예를 들면 차재용 레이더 시스템에서 이용되고, 센티미터파대의 전파는, 예를 들면 방송 위성(BS)이나 통신 위성(CS) 등에 의한 위성 방송 시스템, 무선 LAN이나 Bluetooth(등록상표) 등의 데이터 전송 시스템, 전자 요금 수수 시스템(ETC(등록상표)) 등에서 이용되고 있다. 또한, 밀리파대의 전파란 파장 1~10㎜, 주파수 30~300㎓의 전파이며, 센티미터파대의 전파란 파장 10~100㎜, 주파수 3~30㎓의 전파이다.
일본 특허공개 2000-341030호 공보
그런데, 최근 이상을 검출하고, 이상 검출시에 경보를 발생시키도록 구성된 각종 경보 장치(경보 시스템)에 있어서, 센티미터파대의 전파를 이용하는 것이 검토되고 있고, 이 경보 시스템에 탑재하는 안테나부로서 도파관 슬롯 안테나를 사용하는 것이 검토되고 있다. 경보 시스템으로서는, 예를 들면 생체 반응을 검출함으로써 대상 인물의 안부나 이상 행동을 검지하는 생체 반응 검출 시스템, 선로 등의 앞이 잘 보이지 않는 장소로의 침입자를 검출하는 침입자 검출 시스템, 각종 건조물 내로의 침입자를 검지하는 시큐리티 시스템, 탱크 내부에 저류된 액체의 잔량이 소정값을 밑돈 것을 검출하는 액량 관리 시스템 등을 들 수 있다.
상술한 바와 같이 도파관 슬롯 안테나는 여러 가지 용도로의 적용이 검토되어 있다. 그러나, 특허문헌 1에 기재된 바와 같이 횡단면에서 이음매가 없는 단면 사각형의 금속관을 사용해서 도파관 슬롯 안테나를 형성하도록 했을 경우, 방사 슬롯 등 안테나 성능을 좌우하는 부위의 가공에 수고를 필요로 한다. 따라서, 특허문헌 1에 개시된 도파관 슬롯 안테나는 양산성이 낮아 비용면에서 어려움이 있다.
이러한 실정을 감안하여 본 발명은 소망의 안테나 성능을 구비하는 도파관 슬롯 안테나를 저비용으로 제조 가능하게 함으로써 여러 가지의 용도, 특히 각종 경보 시스템으로의 적용을 가능하게 하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서 창안된 본 발명은 도파로의 연장 방향 각 부에 있어서의 횡단면이 사각형상을 이루는 도파관에 방사 슬롯을 소정 간격으로 복수 형성해서 이루어지는 도파관 슬롯 안테나에 있어서 도파관은 상기 횡단면이 유단형상을 이루고, 상대측과 결합됨으로써 도파로를 구성하는 제 1 및 제 2 도파관 형성 부재로 이루어지고, 제 1 도파관 형성 부재가 평판형상으로 형성됨과 아울러 상기 복수의 방사 슬롯을 갖는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 도파관(도파관 슬롯 안테나)을 구성하는 제 1 도파관 형성 부재를 방사 슬롯을 갖는 평판형상의 부재로 하면 제 1 및 제 2 도파관 형성 부재 중 적어도 제 1 도파관 형성 부재를 상기 도파관 형성 부재를 형성함과 동시에 방사 슬롯을 형성할 수 있는 가공법, 예를 들면 수지 또는 저융점 금속의 사출 성형이나 금속판의 프레스 가공 등에 의해 형성할 수 있다. 그 때문에, 고품질의 방사 슬롯을 용이하며 또한 저비용으로 형성할 수 있고, 이것을 통해서 도파관, 나아가서는 도파관 슬롯 안테나의 저비용화를 도모할 수 있다.
도파관의 구체적인 형태의 일례로서 횡단면 치수가 상대적으로 긴 치수이며, 서로 평행인 한 쌍의 넓은 벽과, 횡단면 치수가 상대적으로 짧은 치수이며, 서로 평행인 한 쌍의 좁은 벽을 갖고, 제 1 도파관 형성 부재가 한 쌍의 좁은 벽 중 어느 한쪽을 갖는 것을 들 수 있다. 물론, 제 1 도파관 형성 부재가 한 쌍의 좁은 벽 중 어느 한쪽을 갖는 것으로 해도 좋다.
제 1 및 제 2 도파관 형성 부재는 모두 수지로 형성됨과 아울러 적어도 도파로의 구성면에 형성된 도전성 피막을 갖는 것으로 할 수 있다. 이 경우, 제 1 도파관 형성 부재를 형성(사출 성형)할 때에는 이것과 동시에 방사 슬롯을 몰드 성형할 수 있다. 그 때문에, 소정 형상을 구비한 양쪽 도파관 형성 부재를 고밀도이며 또한 효율 좋게 양산할 수 있다. 또한, 양쪽 도파관 형성 부재는 적어도 도파로의 구성면에 도전성 피막을 가지므로 도파관 내에 공급된 전파(고주파 전류)를 도파로를 따라 원활하게 전파시킬 수 있다.
도전성 피막의 막 두께는 이것이 과도하게 얇으면 내구성이 모자라게 되고, 반대로 과도하게 두꺼우면 피막 형성에 많은 시간을 필요로 해서 고비용화를 초래한다. 따라서, 도전성 피막의 막 두께는 0.2㎛ 이상 1.5㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 도전성 피막은 단층 구조로 해도 좋지만, 복층 구조로 하는 것이 바람직하고, 구체적으로는 2종 이상의 금속 도금 피막을 적층시킴으로써 도전성 피막을 구성하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 금속 중에서도 특히 도전성이 높은 구리나 은으로 제 1 금속 도금 피막을 형성하고, 제 1 금속 도금 피막 상에 내구성이 풍부한 니켈로 제 2 금속 도금 피막을 형성한다. 이것에 의해 도전성 및 내구성의 쌍방이 우수한 도전성 피막을 얻을 수 있으므로 안테나의 신뢰성이 향상된다.
제 2 도파관 형성 부재에는 방사 슬롯의 형성 위치에 있어서 도파로의 단면적을 축소시키는 내벽을 설치할 수 있다. 이와 같이 하면 도파관 내(도파로)에 공급되어 각 방사 슬롯을 통해 안테나 외부에 방사되는 전파의 방사 효율을 높일 수 있다.
도파관 슬롯 안테나에는 급전구가 형성된다. 그리고, 관축방향으로 서로 이웃하는 2개의 내벽 중 상대적으로 급전구에 가까운 측의 내벽의 높이 치수를 h1, 상대적으로 급전구로부터 먼 측의 내벽의 높이 치수를 h2로 했을 때 h1≤h2의 관계식을 만족시키도록 할 수 있다. 이와 같이 하면 각 방사 슬롯을 통해 안테나 외부에 방사되는 전파량(전파의 강도)이 방사 슬롯 상호 간에서 불균일하기 어려워져 각 방사 슬롯으로부터 대략 같은 양의 전파를 방사하는 것이 가능해진다. 따라서, 도파관 슬롯 안테나의 길이 방향 각 부에서 전파의 방사 성능에 편차가 생기는 것을 가급적으로 회피할 수 있다.
도파관 슬롯 안테나(도파관)를 구성하는 제 1 도파관 형성 부재는 내저면에 1개의 방사 슬롯이 개구한 복수의 함몰부를 더 갖는 것으로 할 수 있다. 이와 같이 하면 그레이팅 로브라고도 칭해지는 불필요 방사를 억제할 수 있으므로 안테나 성능을 한층 더 향상시킬 수 있다.
본 발명에 의한 도파관 슬롯 안테나는, 예를 들면 센티미터파대의 전파를 송수신하기 위한 안테나부가 정점 설치되는 경보 시스템에 있어서, 송신용 안테나부 및 수신용 안테나부 중 어느 한쪽 또는 쌍방으로서 바람직하게 사용할 수 있다. 그리고, 본 발명에 의한 도파관 슬롯 안테나는 저비용으로 제조 가능한 점에서 센티미터파대의 전파를 이용하는 각종 경보 시스템의 저비용화, 고이득화, 고효율화, 나아가서는 보급에 공헌할 수 있다.
(발명의 효과)
이상에 나타내는 바와 같이 본 발명에 의하면 소망의 안테나 성능을 구비하는 도파관 슬롯 안테나를 저비용으로 제조할 수 있다.
도 1a는 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 도파관 슬롯 안테나를 구비한 안테나 유닛의 개략 평면도이다.
도 1b는 안테나 유닛의 배면도이다.
도 2a는 도 1a 중에 나타내는 X-X선 개략 단면도이다.
도 2b는 도 1a 중에 나타내는 Y-Y선 개략 단면도이다.
도 3a는 본 발명의 제 2 실시형태에 의한 도파관 슬롯 안테나의 개략 평면도이다.
도 3b는 도 3a 중에 나타내는 X-X선 개략 단면도이다.
도 3c는 도 3a 중에 나타내는 Y-Y선 개략 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제 3 실시형태에 의한 도파관 슬롯 안테나의 개략 횡단면도이다.
도 5는 본 발명에 의한 도파관 슬롯 안테나를 적용 가능한 경보 시스템의 시스템 구성예를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 6은 도 5에 나타내는 경보 시스템에 있어서 경보 송신에 이르기까지의 흐름을 나타내는 플로우 도면이다.
이하 본 발명의 실시형태를 도면을 참조하면서 설명한다.
도 1a 및 도 1b에 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 도파관 슬롯 안테나(A)를 구비한 안테나 유닛(1)의 평면도 및 배면도를 각각 나타낸다. 도 1a, 도 1b에 나타내는 안테나 유닛(1)은, 예를 들면 센티미터파대(예를 들면, 24㎓대)의 전파를 송수신하기 위한 것으로서 병렬로 접속된 복수개(도시예에서는 5개)의 도파관 슬롯 안테나(A)와, 각 도파관 슬롯 안테나(A)에 고주파 전력을 공급하는 급전 도파관(9)(도 1b 중에 2점 쇄선으로 나타낸다)을 구비한다. 도파관 슬롯 안테나(A)를 병렬로 접속하기 위한 수단에 특별히 한정은 없고, 예를 들면 접착, 양면 테이프 고정, 요철 감합 등의 고정 수단을 단독으로 또는 2종 이상 조합시킬 수 있다. 5개의 도파관 슬롯 안테나(A) 중, 예를 들면 중앙부에 배치된 안테나(A)는 전파의 송신(발신)용 안테나로서 기능시킬 수 있고, 그 폭 방향 양측에 2개씩 배치된 안테나(A)는 전파의 수신용 안테나로서 기능시킬 수 있다.
이어서, 각 도파관 슬롯 안테나(A)의 상세 구조에 대해서 도 2a 및 도 2b도 참조하면서 설명한다.
도파관 슬롯 안테나(A)는 내부에 도파로(2)를 갖는 도파관(10)에 그 관축방향(도파로(2)의 연장 방향)을 따라 방사 슬롯(3)을 소정 간격으로 복수 형성해서 구성된다. 도 1a에 나타내는 방사 슬롯(3)은 그 폭 방향 중앙부를 통해서 연장되는 직선이 관축방향(도파로(2)의 연장 방향)에 대해서 45° 기운 것이지만, 관축방향에 대한 방사 슬롯(3)의 경사각은 용도 등에 따라 적당히 설정할 수 있다.
도파관 슬롯 안테나(A)를 구성하는 도파관(10)은 도 2a에 나타내는 바와 같이 횡단면 치수가 상대적으로 긴 치수이며, 서로 평행인 한 쌍의 넓은 벽(10a, 10b)과, 횡단면 치수가 상대적으로 짧은 치수이며, 서로 평행인 한 쌍의 좁은 벽(10c, 10d)을 갖고, 도파로(2)의 연장 방향 각 부에 있어서의 횡단면이 사각형상(장방형상)을 이루는 사각형 도파관이 된다. 본 실시형태의 도파관(10)은 도 2b에 나타내는 바와 같이 관축방향의 일단 및 타단 개구를 폐색하는 한 쌍의 종단벽(10e, 10f)을 더 구비한다. 방사 슬롯(3)은 한쪽의 넓은 벽(10a)에 형성되어 있다.
한쪽의 넓은 벽(10a)에는 그 외면에 개구된 함몰부(4)가 관축방향을 따라 복수 형성되고, 각 함몰부(4)의 내저면에는 1개의 방사 슬롯(3)이 개구되어 있다. 본 실시형태의 함몰부(4)는 평면에서 볼 때에 진원형상으로 형성된 것이지만, 함몰부(4)는 평면에서 볼 때에 직사각형상, 타원형상 등으로 형성된 것이어도 좋다. 이와 같은 함몰부(4)를 형성함으로써 그레이팅 로브라고도 칭해지는 불필요 방사가 억제된다. 다른 쪽의 넓은 벽(10b)의 관축방향의 일단부에는 급전구(급전 슬롯)(5)가 형성되어 있고, 이 급전구(5)를 통해 도파관(10) 내(도파로(2))에 고주파 전력(전파)이 공급된다.
도파관(10)은 횡단면, 보다 상세하게는 도파로(2)의 연장 방향 각 부에 있어서의 횡단면이 유단형상을 이룬 제 1 및 제 2 도파관 형성 부재(11, 12)를 결합함으로써 형성된다. 구체적으로는 도 2a에 나타내는 바와 같이 방사 슬롯(3)이 형성된 한쪽의 넓은 벽(10a)을 구성하고, 전체적으로 평판형상을 이루는 제 1 도파관 형성 부재(11)와, 다른 쪽의 넓은 벽(10b), 양쪽 좁은 벽(10c, 10d) 및 양쪽 종단벽(10e, 10f)을 일체로 갖는 제 2 도파관 형성 부재(12)를 결합함으로써 도파관(10)이 형성된다. 요컨대 평판형상을 이루는 제 1 도파관 형성 부재(11)와, 도파로(2)의 연장 방향 각 부에 있어서의 횡단면이 凹자상을 이루는 제 2 도파관 형성 부재(11, 12)를 결합함으로써 도파관(10)이 형성된다.
본 실시형태의 제 1 도파관 형성 부재(11)는 수지의 사출 성형품이 되고, 사출 성형과 동시에 방사 슬롯(3) 및 함몰부(4)가 몰드 성형된다. 또한, 제 2 도파관 형성 부재(12)도 수지의 사출 성형품이 되고, 사출 성형과 동시에 급전구(5)가 몰드 성형된다. 도파관 형성 부재(11, 12)의 성형용 수지로서는, 예를 들면 액정 폴리머(LCP), 폴리페닐렌술파이드(PPS) 및 폴리아세탈(POM)의 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 열가소성 수지를 베이스 수지로 한 것이 사용되고, 베이스 수지에는 필요에 따라서 적당한 충전재가 첨가된다. 본 실시형태에서는 LCP를 주성분으로 하고, 이것에 충전재로서의 유리 섬유(GF)를 적당량 첨가한 수지 재료를 사용해서 제 1 및 제 2 도파관 형성 부재(11, 12)를 사출 성형한다. LCP는 PPS 등에 비해 형상 안정성이 우수하며, 또한 성형에 수반되는 버의 발생량을 억제할 수 있는 점에서 바람직하다. 또한, 유리 섬유는 탄소 섬유(CF)에 비해 저가격이면서 성형품에 높은 형상 안정성이나 기계적 강도를 부여할 수 있는 점에서 바람직하다.
도 2a 중의 확대도에 나타내는 바와 같이 제 2 도파관 형성 부재(12) 중 적어도 도파로(2)의 구성면에는 도전성 피막(6)이 형성되어 있다. 마찬가지로 제 1 도파관 형성 부재(11) 중 적어도 도파로(2)의 구성면에도 도전성 피막(6)이 형성되어 있다. 이것에 의해 수지제의 양쪽 도파관 형성 부재(11, 12)를 결합해서 형성되는 도파관(10)(도파관 슬롯 안테나(A))의 도파로(2)를 따라 전파(고주파 전류)를 원활하게 전파시킬 수 있다. 또한, 도전성 피막(6)은 도파관 형성 부재(11, 12)의 표면 전역에 형성해도 상관없다. 이와 같이 하면 도전성 피막(6)의 형성 전에 있어서의 마스킹의 형성 작업과, 도전성 피막(6)의 형성 후에 있어서의 마스킹의 제거 작업이 불필요해지므로 피막 형성 비용, 나아가서는 도파관 슬롯 안테나(A)의 제조 비용을 억제할 수 있다.
도전성 피막(6)은 단층의 금속 도금 피막으로 구성해도 상관없지만, 여기에서는 도파관 형성 부재(11, 12)에 석출 형성한 제 1 피막(6a)과, 이 제 1 피막(6a) 상에 석출 형성한 제 2 피막(6b)으로 도전성 피막(6)을 구성하고 있다. 제 1 피막(6a)은 구리, 은, 금 등, 특히 도전성(전파의 전반성)이 우수한 금속의 도금 피막으로 할 수 있고, 또한 제 2 피막(6b)은 니켈 등 내구성(내부식성)이 우수한 금속의 도금 피막으로 할 수 있다. 도전성 피막(6)을 이와 같은 적층 구조로 함으로써 도전성 피막(6)에 높은 도전성과 높은 내구성을 동시에 부여할 수 있는 것에 추가해서 고가격인 금속인 구리나 은 등의 사용량을 억제해서 비용 증가를 억제할 수 있다.
도전성 피막[6(6a, 6b)]의 형성 방법으로서는, 예를 들면 전해 도금법이나 무전해 도금법을 채용할 수 있지만, 무전해 도금법 쪽이 바람직하다. 무전해 도금법 쪽이 전해 도금법보다 균일 두께의 도전성 피막[6(6a, 6b)]을 얻기 쉽고, 소망의 안테나 성능을 확보함에 있어서 유리해지기 때문이다. 도전성 피막(6)의 막 두께는 이것이 과도하게 얇으면 내구성이 부족해지고, 반대로 과도하게 두꺼우면 피막 형성에 많은 시간을 필요로 해서 고비용화를 초래한다. 이러한 관점으로부터 도전성 피막(6)의 막 두께는 0.2㎛ 이상 1.5㎛ 이하로 한다. 또한, 제 1 피막(6a)의 막 두께는 0.1~1.0㎛ 정도로 할 수 있고, 제 2 피막(6b)의 막 두께는 0.1~0.5㎛ 정도로 할 수 있다.
또한, 특히 비용면에서 문제가 없으면 도전성 피막(6)은 3종 이상의 금속 도금 피막을 적층시킨 것으로 할 수도 있다.
이상으로부터 본 실시형태에 의한 도파관 슬롯 안테나(A)는, 예를 들면 제 1 및 제 2 도파관 형성 부재(11, 12)를 수지에 의해 사출 성형하고나서 양쪽 도파관 형성 부재(11, 12) 중 적어도 도파로(2)의 구성면에 도전성 피막(6)을 형성하고, 그 후에 양쪽 도파관 형성 부재(11, 12)를 결합함으로써 완성된다. 이것에 의해 한쪽의 넓은 벽(10a)에 방사 슬롯(3) 및 함몰부(4)가 형성됨과 아울러 다른 쪽의 넓은 벽(10b)에 급전구(5)가 형성된 도파관 슬롯 안테나(A)가 얻어진다. 제 1 도파관 형성 부재(11)와 제 2 도파관 형성 부재(12)의 결합 방법은 임의이며, 예를 들면 양쪽 도파관 형성 부재(11, 12) 중 어느 한쪽에 형성한 볼록부를 다른 쪽에 형성한 오목부에 감합하는 요철 감합(압입), 접착, 용착(양쪽 도파관 형성 부재(11, 12) 중 어느 한쪽 또는 쌍방을 용융시켜 양자를 결합시키는 방법) 등을 채용할 수 있다. 예시한 결합 방법은 어느 1종을 채용해도 좋고, 2종 이상을 조합시켜도 좋다.
양쪽 도파관 형성 부재(11, 12)를 접착으로 결합할 경우 접착제로서는, 예를 들면 열경화형 접착제, 자외선 경화형 접착제, 혐기성 접착제 등을 사용할 수 있지만, 접착제를 경화시킬 때에 가열 처리가 필요해지는 열경화형 접착제로는 가열 처리에 따라 수지제의 도파관 형성 부재(11, 12)가 변형될 가능성 등이 있다. 그 때문에, 본 실시형태와 같이 양쪽 도파관 형성 부재(11, 12)를 수지제로 했을 경우 양쪽 부재(11, 12)의 결합용 접착제로서는 자외선 경화형 접착제나 혐기성 접착제가 바람직하다. 또한, 접착제는 일반적으로 절연체이므로 도파로(2)의 구성면에 접착제가 부착되면 전파의 전반성에 악영향을 미칠 가능성이 있다. 그 때문에, 양쪽 도파관 형성 부재(11, 12)를 접착에 의해 결합 일체화하도록 했을 경우, 도파로(2)의 구성면에 접착제가 부착되지 않도록 주의하는 것이 긴요하다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에서는 도파관(10)(도파관 슬롯 안테나(A))을 구성하는 제 1 도파관 형성 부재(11)를 방사 슬롯(3)을 갖는 평판형상으로 형성했다. 또한, 양쪽 도파관 형성 부재(11, 12)의 쌍방을 수지의 사출 성형에 의해 형성했다. 이와 같이 하면 제 1 도파관 형성 부재(11)를 성형함과 동시에 방사 슬롯(3) 및 함몰부(4)를 몰드 성형할 수 있고, 또한 제 2 도파관 형성 부재(12)를 성형함과 동시에 방사 슬롯(5)을 몰드 성형할 수 있다. 그 때문에, 도파관(10)의 제조 비용을 저감하여 도파관 슬롯 안테나(A)의 저비용화를 도모할 수 있다.
또한, 도파관 슬롯 안테나의 안테나 성능은, 예를 들면 방사 슬롯(3)을 비롯하는 안테나 구성 요소의 형성 실시형태를 변경함으로써 적당히 변경할 수 있다. 그 때문에, 도파관 형성 부재(11, 12)를 수지의 사출 성형에 의해 형성하면 요구 특성에 대응한 도파관 슬롯 안테나(A)를 용이하고, 또한 저비용으로 양산할 수 있다.
상술한 바와 같이 도파관 슬롯 안테나(A)를 구성하는 단면 사각형의 도파관(10)은 한쪽이 평판형상을 이루는 2개의 도파관 형성 부재(11, 12)를 결합함으로써 형성된다. 그 때문에, 도파관(10) 중 그 내주 모서리부(D)에는 양쪽 도파관 형성 부재(11, 12)의 결합부(C)(의 일단)가 나타내어진다. 이와 같은 도파관(10)으로 이루어지는 도파관 슬롯 안테나(A)는, 특히 저주파 대역의 전파(예를 들면, 센티미터파대의 전파)를 송신 또는 수신하기 위한 안테나로서 바람직하게 사용할 수 있다. 이것은 상기 구조를 갖는 도파관 슬롯 안테나(A)를 고주파 대역의 전파(예를 들면, 밀리파대의 전파)를 송신 또는 수신하기 위한 안테나로서 사용했을 경우에는 도파로(2) 내를 흐르는 전파가 상기 결합부(C)를 통해 외부로 누출될 가능성이 있는 것에 대하여 저주파 대역의 전파를 송신 또는 수신하기 위한 안테나로서 사용했을 경우에는 상기와 같은 우려 사항을 고려하지 않아도 충분한 것으로부터 유래된다.
따라서 이상에서 설명한 도파관 슬롯 안테나(A)(안테나 유닛(1))는, 예를 들면 센티미터파대의 전파를 송수신하기 위한 안테나부를 구비하고, 이 안테나부가 정점 설치되는 경보 시스템의 안테나부로서 바람직하게 사용할 수 있다. 이 종류의 경보 시스템으로서는, 예를 들면 생체 반응을 검출함으로써 대상 인물의 안부나 이상 행동을 검지하는 생체 반응 검출 시스템, 선로 등의 전망이 나쁜 장소로의 침입자(침입물)를 검출하는 침입자(물) 검출 시스템, 각종 건조물 내로의 침입자를 검지하는 시큐리티 시스템, 탱크 내부에 저류된 액체의 잔량이 소정값을 밑돈 것을 검출하는 액량 관리 시스템 등을 들 수 있다. 그리고, 본 발명에 의한 도파관 슬롯 안테나(A)는 저비용으로 제조 가능한 점에서 이상에서 예시한 각종 경보 시스템의 저비용화, 고이득화, 고효율화, 나아가서는 보급에 공헌할 수 있다.
이상, 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 도파관 슬롯 안테나(A)에 대해서 설명을 행했지만, 이 도파관 슬롯 안테나(A)에는 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 적당한 변경을 실시하는 것이 가능하다. 이하, 본 발명의 다른 실시형태에 대해서 도면을 참조하면서 설명하지만, 이상에서 설명한 제 1 실시형태에 준하는 구성에는 공통의 참조 번호를 붙이고, 중복 설명을 가능한 한 생략한다.
도 3a~도 3c의 각각에 본 발명의 제 2 실시형태에 의한 도파관 슬롯 안테나(A)의 부분 평면도, 횡단면도 및 종단면도를 개념적으로 나타낸다. 이 실시형태의 도파관 슬롯 안테나(A)에는 도 3a에 나타내는 바와 같이 복수의 방사 슬롯(3)을 관축방향을 따라 소정 간격으로 배치해서 이루어지는 방사 슬롯열을 도파관(10)의 폭 방향으로 2열 형성함과 아울러 한쪽의 방사 슬롯열을 구성하는 방사 슬롯(3)과 다른 쪽의 방사 슬롯열을 구성하는 방사 슬롯(3)의 관축방향에 있어서의 설치 위치를 서로 다르게 하고 있다. 간단하게 말하면 이 실시형태의 도파관 슬롯 안테나(A)에서는 방사 슬롯(3) 및 함몰부(4)가 지그재그형상으로 복수 배치되어 있다.
또한, 이 실시형태의 도파관 슬롯 안테나(A)(도파관(10))는 좁은 벽(10c, 10d)과 평행하게 배치되고, 도파로(2)를 2조의 도파로(2A, 2B)로 분기시키는 분기벽(10g)과, 방사 슬롯(3)의 형성 위치에 있어서 도파로[2(2A, 2B)]의 단면적을 축소시키는 복수의 내벽(13)을 더 갖는다. 내벽(13)은 넓은 벽(10b)의 내면에 세워서 설치되어 있고, 관축방향으로 서로 이웃하는 2개의 내벽(13, 13) 중 상대적으로 급전구(5)에 가까운 측의 내벽(13)의 높이 치수를 h1, 상대적으로 급전구(5)로부터 먼 측의 내벽(13)의 높이 치수를 h2로 했을 때 h1≤h2의 관계식을 만족시키도록 형성되어 있다(도 3c 중의 확대도 참조). 한쪽의 방사 슬롯열은 도파로(2A)를 따라 형성되고, 다른 쪽의 방사 슬롯열은 도파로(2B)를 따라 형성된다.
이 실시형태의 도파관 슬롯 안테나(A)를 구성하는 도파관(10)도 도파로(2)의 연장 방향 각 부에 있어서의 횡단면이 유단형상을 이루고, 적어도 도파로(2)의 구성면에 도전성 피막(6)이 형성된 수지제의 제 1 및 제 2 도파관 형성 부재(11, 12)를 결합함으로써 형성된다. 구체적으로는 방사 슬롯(3) 및 함몰부(4)가 형성된 한쪽의 넓은 벽(10a)을 갖고, 전체적으로 평판형상으로 형성된 제 1 도파관 형성 부재(11)와, 급전구(5) 및 복수의 내벽(13)이 형성된 다른 쪽의 넓은 벽(10b), 양쪽 좁은 벽(10c, 10d), 양쪽 종단벽(10e, 10f) 및 분기벽(10g)을 일체로 구비하는 제 2 도파관 형성 부재(12)를 결합함으로써 도파관(10)이 형성된다.
이와 같이 본 발명의 제 2 실시형태에 의한 도파관 슬롯 안테나(A)는 방사 슬롯(3)의 형성 위치에 있어서 도파로(2)의 단면적을 축소시키는 내벽(13)을 갖는다. 이것에 의해 도파로(2) 내를 전반하는 전파의 방사 효율을 높일 수 있다. 특히, 본 실시형태와 같이 관축방향으로 서로 이웃하는 2개의 내벽(13, 13) 중 상대적으로 급전구(5)에 가까운 측의 내벽(13)의 높이 치수를 h1, 상대적으로 급전구(5)로부터 먼 측의 내벽(13)의 높이 치수를 h2로 했을 때 h1≤h2의 관계식을 만족시키도록 하면 각 방사 슬롯(3)을 통해 상기 안테나(A)의 외부에 방사되는 전파량이 방사 슬롯(3) 상호 간에서 불균일하기 어려워져 각 방사 슬롯(3)으로부터 대략 같은 양의 전파를 방사하는 것이 가능해진다. 따라서, 도파관 슬롯 안테나(A)의 관축방향 각 부에서 안테나 성능에 편차가 생기는 것을 가급적으로 회피할 수 있고, 도파관 슬롯 안테나(A)의 신뢰성이 향상된다.
본 실시형태의 도파관 슬롯 안테나(A)는 상기 내벽(13)을 추가적으로 설치해서 구성되는 관계상 구조가 복잡화되고, 제조 비용이 증대된다고도 생각되지만, 내벽(13)을 갖는 제 2 도파관 형성 부재(12)는 수지제가 되므로 내벽(13)은 제 2 도파관 형성 부재(12)를 사출 성형함과 동시에 몰드 성형할 수 있다. 이와 같이 하면 도파관 슬롯 안테나(A)의 구성 요소를 용이하며 또한 고정밀도로 얻을 수 있고, 또한 제조 비용을 억제할 수 있다.
도시는 생략하지만, 방사 슬롯열은 3열 이상 형성하는 것도 가능하다. 이 경우, 분기벽(10g)을 2개 이상 배치하고, 도파로(2)를 3조 이상의 도파로로 분기할 수 있다.
도 4는 본 발명의 제 3 실시형태에 의한 도파관 슬롯 안테나(A)의 개략 횡단면도이다. 이 실시형태의 도파관 슬롯 안테나(A)가 제 1 실시형태에 의한 도파관 슬롯 안테나(A)와 다른 주된 점은 방사 슬롯(3) 및 함몰부(4)를 한쪽의 좁은 벽(10c)에 형성함과 아울러 급전구(5)를 다른 쪽의 좁은 벽(10d)에 형성한 점(도 4에서는 급전구(5)의 도시를 생략하고 있다)에 있다. 이와 같은 변경에 따라 제 1 도파관 형성 부재(11)는 한쪽의 좁은 벽(10c)을 갖는 평판형상으로 형성된다. 또한, 도시는 생략하지만, 이 실시형태에 있어서도 제 2 실시형태에서 채용한 내벽(13)이나 분기벽(10g)을 설치하는 것이 가능하다.
이상에서는 요철 감합(압입), 접착 또는 용착 등의 수단으로 양쪽 도파관 형성 부재(11, 12)를 결합 일체화함으로써 도파관(10)(도파관 슬롯 안테나(A))을 형성했지만, 나사나 볼트 등의 체결구를 사용해서 양쪽 도파관 형성 부재(11, 12)를 결합 일체화함으로써 도파관(10)(도파관 슬롯 안테나(A))을 형성하는 것도 가능하다.
또한, 이상에서 설명한 실시형태에서는 제 1 및 제 2 도파관 형성 부재(11, 12)의 쌍방을 수지의 사출 성형품으로 했지만 양쪽 도파관 형성 부재(11, 12) 중 어느 한쪽 또는 쌍방은 금속의 프레스 성형품 또는 저융점 금속(예를 들면, 마그네슘이나 알루미늄)의 사출 성형품 등으로 할 수도 있다. 이 경우 금속의 성형품이 된 부재에 대해서는 도전성 피막(6)이 불필요해진다(도전성 피막(6)의 형성 공정을 생략할 수 있다).
여기에서, 송신용 안테나부 및 수신용 안테나부 중 어느 한쪽 또는 쌍방에 본발명에 의한 도파관 슬롯 안테나(A)를 적용 가능한 경보 시스템의 시스템 구성예를 도 5에 모식적으로 나타낸다. 간단하게 설명하면 동 도면에 나타내는 경보 시스템(S)은 수신용 안테나에서 수신한 반사파 등의 중으로부터 검지 대상 인물(M)에 관한 각종 정보(여기에서는 위치, 심박수 및 호흡수에 관한 데이터)를 취득하고, 취득한 각종 정보 중에 이상이 있다고 판정되었을 경우에 그 이상 정보(경보)를 정보 단말을 향해서 송신하도록 구성된 것이다. 이와 같은 경보 시스템은, 예를 들면 입원 환자, 신생아, 독거 노인의 양태를 감시하는 양태 감시 시스템으로서 이용 가능하다. 이와 같은 감시 시스템을 도입하면 입원 환자 등에게 상시 수발을 들 수 없는 경우에도 입원 환자 등의 양태를 상시 파악하는 것이 가능해진다. 그 때문에, 의사나 간호사의 작업 부담을 경감할 수 있고, 또한 가족의 신체적·정신적 부담을 경감할 수 있다.
도 5에 나타내는 경보 시스템(S)은 송신파 생성부(21)에서 생성된 송신파(W1)를 검지 대상 인물(M)을 향해서 발신(송신)하는 송신용 안테나(22)를 갖는 전파 송신 장치(20)와, 반사파(W2)를 수신하는 수신용 안테나(31)를 갖는 수신 장치(30)와, 혼합기(40)와, 혼합기(40)에 의해 생성된 혼합파 중으로부터 소정의 주파수 성분을 추출해서 검지 대상 인물(M)에 관한 상기 각종 정보(데이터)를 취득함과 아울러 취득한 데이터가 소정 범위 내에 있는지의 여부(각종 정보 중에 이상 항목이 있는지의 여부)를 판정하는 판정 장치(50)와, 판정 장치(50)에 의해 이상 항목이 있다고 판정되었을 경우에 그 이상 정보(경보)를 정보 단말(예를 들면, 개인의 휴대폰 단말이나 감시 센터에 설치된 PC 등)을 향해서 송신하는 경보 송신 장치(60)를 구비한다. 경보 송신 장치(60)로부터 정보 단말을 향해서 경보를 송신하기 위한 회선은 무선 또는 유선 중 어느 것이어도 상관없다.
도 5에 나타내는 경보 시스템(S)은 주파수 변조된 연속파를 사용해서 측거 등을 행하는 주파수 변조 연속파(FMCW) 방식의 레이더를 응용한 것이며, 상세하게는 도 6에 나타내는 스텝을 밟아서 정보 단말을 향해서 이상 정보(경보)를 송신한다. 또한, FMCW 방식의 레이더는 송신파로서 연속파를 사용하는 점에서 송신 출력을 낮게 해도 소망의 신호를 얻기 쉽다는 이점이 있다. 또한, 송신 출력을 낮게 할 수 있으면 적어도 전파 송신 장치(20)를 소형·경량화할 수 있으므로 경보 시스템(S)을 전체적으로 소형·경량화할 수 있다는 이점이 있다.
도 6을 참조하면서 경보 시스템(S)이 경보를 송신하는 것에 이르기까지의 흐름을 설명한다. 우선, 전파 송신 장치(20)에 포함되는 송신파 생성부(21)에 있어서 도시하지 않은 전파 발생 장치로서의 전압 제어 발진기(VCO)로부터 발생한 전파가 도시하지 않은 변조·증폭 수단에 의해 변조(FM 변조) 및 증폭 등 되어서 송신 파(W1)가 생성되고, 이 송신파(W1)가 송신용 안테나(22)로부터 검지 대상 인물(M)을 향해서 발신된다. 검지 대상 인물(M)에 있어서 반사한 반사파(W2)는 수신 장치(30)의 수신용 안테나(31)에 의해 수신된다. 수신용 안테나(31)에 의해 수신된 반사파(W2)는 수신 장치(30) 내에 형성된 도시하지 않은 증폭·복조 수단에 의해 증폭·복조된 후에 혼합기(40)로 보내진다. 혼합기(40)는 전압 제어 발진기로부터 발생한 전파의 일부와, 수신용 안테나(31)에 의해 수신된 반사파(W2)(엄밀히는 반사파(W2)를 증폭 등 함으로써 얻어진 수신파)를 혼합해서 혼합파를 생성한다.
혼합파는 판정 장치(50)에 도입되어 최초에 필터링 처리가 실시된다. 이것에 의해 혼합파 중으로부터 소정의 주파수 성분이 추출된다. 추출된 주파수 성분은 도시하지 않은 아날로그·디지털 변환 회로에 의해 디지털 신호(파형 데이터)로 변환된 후에 신호 처리부(도시 생략)에 도입된다. 신호 처리부에 도입된 파형 데이터는 FFT 해석됨으로써 복수의 주파수 데이터로 분해된다. 각각의 주파수 데이터에 필터링 처리가 실시되면 검지 대상 인물(M)의 위치 심박수 및 호흡수에 관한 데이터가 얻어진다. 검지 대상 인물(M)의 위치, 심박수 및 호흡수에 관한 데이터는 각각 판정 장치(50) 내에 형성된 도시하지 않은 판정부에 있어서 미리 기억되어 있는 역치와 비교됨으로써 소정 범위 내(역치의 범위 내)에 있는지의 여부가 판정된다. 그리고, 검지 대상 인물(M)의 위치, 심박수 및 호흡수 중 적어도 1개에 이상이 있다고 판정되면 경보 송신 장치(60)가 개인의 휴대 단말이나 감시 센터에 설치된 PC 등을 향해서 이상 정보(경보)를 송신한다. 상기 판정 처리에 의해 "이상 없음"으로 판정된 항목의 데이터는, 예를 들면 판정 장치(50)에 형성한 기억부에 보존·축적된다.
또한, 이상에서 설명한 경보 시스템(S)의 시스템 구성은 어디까지나 일례이며, 용도 등에 따라 적당히 변경 가능하다.
1 : 안테나 유닛 2 : 도파로
3 : 방사 슬롯 4 : 함몰부
5 : 급전구 6 : 도전성 피막
6a : 제 1 피막 6b : 제 2 피막
10 : 도파관 10a : 넓은 벽
10b : 넓은 벽 10c : 좁은 벽
10d : 좁은 벽 10g : 분기벽
11 : 제 1 도파관 형성 부재 12 : 제 2 도파관 형성 부재
13 : 내벽 A : 도파관 슬롯 안테나
C : 결합부 S : 경보 시스템

Claims (9)

  1. 도파로의 연장 방향 각 부에 있어서의 횡단면이 사각형상을 이루는 도파관에 방사 슬롯을 소정 간격으로 복수 형성해서 이루어지는 도파관 슬롯 안테나에서 있어서,
    도파관은 상기 횡단면이 유단형상을 이루고, 상대측과 결합됨으로써 도파로를 구성하는 제 1 및 제 2 도파관 형성 부재로 이루어지고, 제 1 도파관 형성 부재가 평판형상으로 형성됨과 아울러 상기 복수의 방사 슬롯을 갖는 것을 특징으로 하는 도파관 슬롯 안테나.
  2. 제 1 항에 있어서,
    도파관은 횡단면 치수가 상대적으로 긴 치수이며, 서로 평행한 한 쌍의 넓은 벽과, 횡단면 치수가 상대적으로 짧은 치수이며, 서로 평행한 한 쌍의 좁은 벽을 갖고,
    제 1 도파관 형성 부재가 상기 한 쌍의 넓은 벽 중 어느 한쪽을 갖는 것을 특징으로 하는 도파관 슬롯 안테나.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    제 1 및 제 2 도파관 형성 부재는 모두 수지에 의해 형성됨과 아울러 적어도 도파로의 구성면에 형성된 도전성 피막을 갖는 것을 특징으로 하는 도파관 슬롯 안테나.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 도전성 피막의 막 두께를 0.2㎛ 이상 1.5㎛ 이하로 한 것을 특징으로 하는 도파관 슬롯 안테나.
  5. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 도전성 피막은 2종 이상의 금속 도금 피막을 적층시킨 것을 특징으로 하는 도파관 슬롯 안테나.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 2 도파관 형성 부재가 방사 슬롯의 형성 위치에 있어서 도파로의 단면적을 축소시키는 내벽을 갖는 것을 특징으로 하는 도파관 슬롯 안테나.
  7. 제 6 항에 있어서,
    급전구를 더 갖고,
    관축방향으로 서로 이웃하는 2개의 내벽 중 상대적으로 급전구에 가까운 측의 내벽의 높이 치수를 h1, 상대적으로 급전구로부터 먼 측의 내벽의 높이 치수를 h2로 했을 때 h1≤h2의 관계식을 만족시키는 것을 특징으로 하는 도파관 슬롯 안테나.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 도파관 형성 부재는 내저면에 1개의 방사 슬롯이 개구한 함몰부를 복수 더 갖는 것을 특징으로 하는 도파관 슬롯 안테나.
  9. 전파를 송수신하기 위한 안테나부를 구비하고, 그 안테나부가 정점 설치되는 경보 시스템으로서,
    송신용 안테나부 및 수신용 안테나부 중 어느 한쪽 또는 쌍방에 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 도파관 슬롯 안테나를 적용한 것을 특징으로 하는 경보 시스템.
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