KR20210005285A - 도파관 슬롯 안테나 - Google Patents

Abstract

급전부의 구조와 배치에 기초하여 양호한 특성을 유지하면서 소형화에 적절한 도파관 슬롯 안테나를 제공한다. 도파관 슬롯 안테나는, 유전체 기판 (10) 과, 유전체 기판의 하면에 형성된 제 1 도체층 (11) 과, 유전체 기판의 상면에 형성되고, 하나 또는 복수의 슬롯 (14) 이 형성되는 제 2 도체층 (12) 과, 제 1 및 제 2 도체층 사이를 전기적으로 접속하고, 제 1 방향 (X) 으로 연장되는 1 쌍의 측벽부 (W1, W2) 에 의해 구성된 도파관에, 유전체 기판의 하면 및 상면 사이를 관통하여 형성되는 급전부 (15) 를 형성하여 구성된다. 하나 또는 복수의 슬롯은 제 1 방향을 따라 슬롯 길이 (L) 를 갖는 제 1 슬롯 (14a) 을 포함하고, 제 2 방향 (Z) 에서 본 평면시로 급전부가 제 1 슬롯과 겹치는 위치에 배치되고, 또한 급전부가 제 1 방향을 따라 슬롯 길이의 범위를 일탈하지 않는 구조를 갖는다.

Description

도파관 슬롯 안테나

본 발명은, 유전체 기판을 사용하여 구성한 도파관에 하나 또는 복수의 슬롯을 형성한 도파관 슬롯 안테나에 관한 것이다.

종래로부터, 마이크로파 밴드나 밀리파 밴드의 고주파 신호를 사용한 무선 통신에 있어서, 도파관에 복수의 슬롯을 형성하고, 급전부로부터 급전된 고주파 신호를 도파관에 전파시켜 복수의 슬롯으로부터 전자파로서 방사하는 도파관 슬롯 안테나가 알려져 있다. 최근에는, 도파관 슬롯 안테나의 소형 경량화나 가공의 용이성을 감안하여, 유전체 기판을 둘러싸도록 상하의 도체층이나 측면의 비아 도체군을 형성한 도파관을 구성하고, 도체층의 일부에 복수의 슬롯을 형성한 구조를 갖는 도파관 슬롯 안테나가 제안되어 있다 (예를 들어, 특허문헌 1 참조). 또, 이와 같은 구조의 도파관 슬롯 안테나에 관하여, 도파관의 신호 전송 방향과 직교하는 단락면이 되는 단락 벽부를 형성한 구조가 제안되어 있다 (예를 들어, 특허문헌 2 참조). 특허문헌 2 에 개시되는 단락 벽부를 형성한 도파관 슬롯 안테나를 구성하는 경우, 적층 기판의 높이 방향에서 보아 급전부와 슬롯이 겹치지 않도록 배치하고, 또한, 슬롯으로부터 원방측의 단락 벽부의 위치로부터 급전부의 위치까지의 거리가 관 내 파장의 1/4 배가 되도록 배치하는 것이 일반적이다.

일본 공개특허공보 2005-051331호 일본 공개특허공보 2005-051330호

도파관 슬롯 안테나를 소형화하려면, 신호 전송 방향을 따른 길이를 최대한 짧게 할 필요가 있다. 그러나, 상기 종래의 구조에 있어서, 도파관 내의 정재파의 주기성으로부터 급전부를 단락 벽부에 접근시키는 것은 곤란하고, 급전부와 슬롯을 접근시키는 것은 서로의 간섭에 의해 특성상의 문제가 발생한다. 따라서, 상기 도파관 슬롯 안테나의 구조에 의하면, 단락 벽부와 급전부와 슬롯을 떨어뜨려 배치해야 하여, 도파관 슬롯 안테나의 신호 전송 방향을 따른 길이가 길어지는 것은 피할 수 없다. 이에 더하여, 급전부의 상단부와 유전체 기판에 형성된 도체층 사이에 발생하는 용량이 특성에 영향을 미칠 우려도 있다. 이와 같이, 종래의 도파관 슬롯 안테나의 구조에 의하면, 양호한 특성을 유지하면서, 도파관 슬롯 안테나의 소형화를 도모하는 데에는 한계가 있다는 과제가 있었다.

본 발명은 상기의 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 급전부의 구조와 배치에 기초하여, 양호한 특성을 유지하면서 소형화에 적절한 도파관 슬롯 안테나를 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 도파관 슬롯 안테나는, 유전체 기판 (10) 과, 상기 유전체 기판의 하면에 형성된 제 1 도체층 (11) 과, 상기 유전체 기판의 상면에 형성되고, 하나 또는 복수의 슬롯 (14) 이 형성되는 제 2 도체층 (12) 과, 상기 제 1 도체층과 상기 제 2 도체층 사이를 전기적으로 접속하고, 신호 전송 방향이 되는 제 1 방향 (X) 으로 연장되는 1 쌍의 측벽부 (W1, W2) 에 의해 구성된 도파관을 구비하여 구성되고, 적어도 상기 유전체 기판의 하면 및 상면 사이를 관통하여 형성되고, 상기 도파관에 입력 신호를 급전하는 급전부 (15) 를 구비하고, 상기 하나 또는 복수의 슬롯은, 상기 제 1 방향을 따라 소정의 슬롯 길이 (L) 를 갖는 제 1 슬롯 (14a) 을 포함하고, 상기 제 2 도체층에 수직인 제 2 방향 (Z) 에서 본 평면시로, 상기 급전부가 상기 제 1 슬롯과 겹치는 위치에 배치되고, 또한, 상기 급전부가 상기 제 1 방향을 따라 상기 슬롯 길이의 범위를 일탈하지 않는 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명의 도파관 슬롯 안테나에 의하면, 도파관을 구성하는 유전체 기판의 하면과 상면을 관통하는 급전부를 형성하고, 이 급전부를, 제 2 방향에서 본 평면시로, 제 1 슬롯과 겹치는 위치에 형성하고, 또한 제 1 슬롯의 슬롯 길이를 일탈하지 않도록 배치하였으므로, 급전부와 슬롯을 제 1 방향에서 떨어뜨려 배치한 종래의 구조에 비하여, 주로 도파관 슬롯 안테나의 제 1 방향의 치수를 현격히 축소할 수 있다. 이 경우, 제 1 슬롯과 급전부의 상단부는 일체적인 형상을 갖는 1 개의 안테나로서 작용하므로, 서로의 간섭에 의한 안테나 특성에 대한 영향을 억제할 수 있다. 또, 급전부가 제 2 도체층과 소정의 간격으로 대향하지 않는 구조가 되어, 급전부와 제 2 도체층 사이의 용량 성분을 저감시킬 수 있으므로, 고주파 특성이 향상된다.

본 발명의 급전부는, 제 1 도체층과 동일 평면 내에 배치되어 제 1 도체층과 접촉하지 않는 급전 단자 (15a) 와, 제 2 도체층과 동일 평면 내에 배치되어 제 2 도체층과 접촉하지 않는 상단부 (15b) 와, 하단이 급전 단자에 접속되고, 상단이 상단부에 접속되는 급전용 비아 도체 (15c) 를 포함하여 구성할 수 있다. 이와 같은 구조에 의해, 급전부의 상단부가 제 2 도체층과 동일 평면 내에 배치되므로, 특히 상단부와 제 2 도체층 사이의 용량 성분을 현격히 저감시킴과 함께, 급전용 비아 도체의 직경에 따라 임피던스 정합을 적절히 조정 가능해진다.

본 발명은, 또한, 제 1 도체층과 제 2 도체층 사이를 전기적으로 접속하고, 도파관 중 제 1 방향과 직교하는 적어도 일방의 단락면이 되는 단락 벽부 (W3) 를 형성하고, 단락 벽부와 급전부 사이의 제 1 방향을 따른 거리가 도파관의 관 내 파장의 1/4 배에 상당하도록 구성해도 된다. 이로써, 도파관 내의 정재파에 관하여, 전계의 제로점을 단락 벽부의 위치에 일치시키고, 전계의 피크를 급전부의 위치에 일치시킬 수 있다. 이 경우, 1 쌍의 측벽부 및 단락 벽부의 각각은, 제 1 도체층과 제 2 도체층 사이를 각각 접속하는 복수의 비아 도체로 구성할 수 있다. 이로써, 유전체 기판을 제작할 때에 적층 기술을 적용하는 경우, 도파관의 측벽부 및 단락 벽부를 원하는 형상으로 용이하게 형성할 수 있다.

본 발명에 있어서, 제 2 방향에서 본 평면시로, 하나 또는 복수의 슬롯은, 제 1 및 제 2 방향과 직교하는 제 3 방향에 있어서의 1 쌍의 측벽부 사이의 중심 위치로부터 편이 (偏移) 된 위치에 배열해도 된다. 이로써, 주로 도파관 내의 자계 분포에 대응하여, 각각의 슬롯을 최적의 위치에 배치할 수 있다. 이 경우, 하나 또는 복수의 슬롯은 제 1 슬롯만을 포함하고 있어도 된다. 혹은, 하나 또는 복수의 슬롯은 제 1 슬롯 이외의 슬롯을 포함하고, 하나 또는 복수의 슬롯 중 인접하는 슬롯끼리가, 제 3 방향의 중심 위치를 사이에 두고 제 3 방향과 대칭적인 위치에 배열해도 된다.

본 발명에 의하면, 유전체 기판의 하면과 상면을 관통하는 급전부를 평면시로 제 1 슬롯과 겹치도록 배치하였으므로, 도파관 슬롯 안테나의 소형화를 실현할 수 있다. 또, 제 1 방향으로 급전부가 제 1 슬롯의 슬롯 길이의 범위를 일탈하지 않는 것을 전제로, 급전부와 제 1 슬롯이 서로 간섭하지 않고 일체적인 안테나로서 작용하고, 급전부와 제 2 도체층 사이의 용량 성분도 저감시킬 수 있으므로, 도파관 슬롯 안테나의 양호한 특성을 확보할 수 있다.

도 1 은, 본 발명을 적용한 일 실시예에 관련된 도파관 슬롯 안테나의 구조 예에 대해 나타내는 도면으로, 도 1(A) 는 도파관 슬롯 안테나를 상방에서 본 상면도이고, 도 1(B) 는 도 1(A) 의 도파관 슬롯 안테나의 A-A 단면에 있어서의 단면도이고, 도 1(C) 는 도 1(A) 의 도파관 슬롯 안테나를 하방에서 본 하면도이다.
도 2 는, 본 발명의 효과를 설명하기 위한 비교예를 나타내는 도면으로, 도 2(A) 는 도 1(A) 에 대응하는 상면도이고, 도 2(B) 는 도 1(B) 에 대응하는 단면도이고, 도 2(C) 는 도 1(C) 에 대응하는 하면도이다.
도 3 은, 안테나 특성의 면에서 바람직하지 않은 급전부 (15) 의 제 1 배치예를 나타내는 도면이다.
도 4 는, 안테나 특성의 면에서 바람직하지 않은 급전부 (15) 의 제 2 배치예를 나타내는 도면이다.
도 5 는, 급전부 (15) 의 위치를 변경한 제 1 변형예를 나타내는 도면이다.
도 6 은, 슬롯 (14) 의 개수를 변경한 제 2 변형예를 나타내는 도면이다.
도 7 은, 본 실시형태의 도파관 슬롯 안테나의 제작 방법의 개요를 설명하는 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시형태에 대하여, 도면을 참조하면서 설명한다. 단, 이하에 서술하는 실시형태는 본 발명의 기술 사상을 적용한 형태의 일례로서, 본 발명이 본 실시형태의 내용에 의해 한정되지 않는다.

먼저, 도 1 을 사용하여, 본 발명을 적용한 일 실시예에 관련된 도파관 슬롯 안테나의 구조에 대해 설명한다. 도 1(A) 는 본 실시형태의 도파관 슬롯 안테나를 상방에서 본 상면도이고, 도 1(B) 는 도 1(A) 의 도파관 슬롯 안테나의 A-A 단면에 있어서의 단면도이고, 도 1(C) 는 도 1(A) 의 도파관 슬롯 안테나를 하방에서 본 하면도이다. 또한, 도 1 에 있어서는, 설명의 편의를 위하여, 서로 직교하는 X 방향 (본 발명의 제 1 방향), Y 방향 (본 발명의 제 3 방향), Z 방향 (본 발명의 제 2 방향) 을 각각 화살표로 나타내고 있다.

본 실시형태의 도파관 슬롯 안테나는, 세라믹 등의 유전체 재료로 이루어지는 유전체 기판 (10) 과, 유전체 기판 (10) 의 하면에 형성된 도전 재료로 이루어지는 도체층 (11) (본 발명의 제 1 도체층) 과, 유전체 기판 (10) 의 상면에 형성된 도전 재료로 이루어지는 도체층 (12) (본 발명의 제 2 도체층) 과, 상하의 도체층 (11, 12) 사이를 접속하는 복수의 비아 도체 (13) 와, 상면의 도체층 (12) 에 형성된 복수의 슬롯 (14) (14a, 14b) 과, 유전체 기판 (10) 의 상면과 하면 사이를 관통하여 형성된 급전부 (15) 를 구비하고 있다. 또한, 도 1(A) 에서는, 복수의 비아 도체 (13) 를 도체층 (12) 측으로부터 투시한 상태를 나타내고 있다.

유전체 기판 (10) 은, X 방향을 장척 (長尺) 방향으로 하는 직방체의 외형 형상을 갖고, 일반적으로는 복수의 유전체층을 적층하여 형성된다. 유전체 기판 (10) 의 주위 중, 상하 (Z 방향의 양측) 는 전술한 1 쌍의 도체층 (11, 12) 으로 덮이고, 4 개의 측면 (X 방향 및 Y 방향의 각각의 양측) 을 따라 전술한 복수의 비아 도체 (13) 가 배열되어 있다. 이와 같은 구조에 의해, 유전체 기판 (10) 은, 1 쌍의 도체층 (11, 12) 및 복수의 비아 도체 (13) 로 이루어지는 금속 부재에 의해 둘러싸인 도파관으로서 기능한다. 이 도파관은, X 방향을 신호 전송 방향으로 하여, 예를 들어, 상하면을 H 면으로 하는 TE10 모드가 주모드로서 전파한다.

복수의 비아 도체 (13) 는, 각각 유전체 기판 (10) 을 관통하는 복수의 관통공에 도전 재료를 충전한 복수의 기둥상 도체이고, 인접하는 비아 도체 (13) 의 간격이 도파관의 차단 파장의 절반 이하가 되도록 설정되어 있다. 복수의 비아 도체 (13) 의 각각은, 하단이 도체층 (11) 과 접속되고, 상단이 도체층 (12) 과 접속되고, 그 기둥상 도체의 측면이 외부에 노출되지 않고 유전체 기판 (10) 으로 덮여 있다. 도 1(A) 에 나타내는 바와 같이, 복수의 비아 도체 (13) 는, Z 방향에서 본 평면시로, X 방향으로 2 열로 연장되는 1 쌍의 측벽부 (W1, W2) 와, Y 방향으로 2 열로 연장되는 1 쌍의 단락 벽부 (W3, W4) 로 구분된다. 즉, 유전체 기판 (10) 으로 이루어지는 도파관 중, 1 쌍의 측벽부 (W1, W2) 는 양측의 XZ 평면의 측면을 구성하고, 1 쌍의 단락 벽부 (W3, W4) 는, 신호 전송 방향인 X 방향으로 수직인 YZ 평면의 단락면을 구성한다.

또한, 1 쌍의 측벽부 (W1, W2) 와 1 쌍의 단락 벽부 (W3, W4) 는, 도 1 에 나타내는 복수의 비아 도체 (13) 를 사용하여 구성하는 경우에는 한정되지 않고, Z 방향에서 본 평면시로, 유전체 기판 (10) 의 사방을 둘러싸는 베타상의 도체벽을 사용하여 구성해도 된다. 또, 본 실시형태의 도파관 슬롯 안테나를 다른 도파관이나 기기에 접속하는 경우를 상정하고, 1 쌍의 단락 벽부 (W3, W4) 중, 어느 일방 또는 양방이 생략되어 있는 구조라도 본 발명의 적용이 가능하다.

복수의 슬롯 (14) 은, 도체층 (12) 에 있어서 X 방향을 따라 소정의 간격으로 배열되어 있다. 본 실시형태에서는, 도 1(A) 의 우측에서 순서대로 2 개의 슬롯 (14a, 14b) 을 형성하는 경우를 나타낸다. Z 방향에서 본 평면시로, 각각의 슬롯 (14a, 14b) 은, X 방향의 소정의 슬롯 길이 (L) 와 Y 방향의 소정의 폭을 갖는 사각형의 형상을 갖는다. 또한, 일방의 슬롯 (14a) 과 겹치는 위치에 급전부 (15) 가 형성되어 있지만, 이 구조에 대해서는 후술한다. 도 1(B) 로부터 알 수 있는 바와 같이, 2 개의 슬롯 (14) 의 위치에서는, 도체층 (12) 이 개구되어 있어 하측의 유전체 기판 (10) 이 부분적으로 노출되어 있다. 또, 도 1(A) 에 나타내는 바와 같이, 슬롯 (14a, 14b) 은, 1 쌍의 측벽부 (W1, W2) 사이의 Y 방향의 중심 위치로부터 서로 대칭적인 위치에 편이된 위치에 배치되어 있다. 본 실시형태에 있어서, 2 개의 슬롯 (14) 의 슬롯 길이 (L), 간격, Y 방향의 편이량에 대해서는, 도파관 내의 전계 및 자계의 분포에 따라 안테나의 특성을 향상시키도록 적절히 설정된다.

급전부 (15) 는, 도 1(B) 에 나타내는 바와 같이, 하면의 도체층 (11) 과 동일 평면 내에 배치되는 급전 단자 (15a) 와, 상면의 도체층 (12) 과 동일 평면 내에 배치되는 상단부 (15b) 와, 이들 급전 단자 (15a) 와 상단부 (15b) 를 전기적으로 접속하는 급전용 비아 도체 (15c) 에 의해 구성된다. 급전 단자 (15a) 및 상단부 (15b) 는, 도체층 (11, 12) 과 동일한 도전 재료로 형성되지만, 도체층 (11, 12) 과는 접촉하고 있지 않다. 따라서, Z 방향에서 본 평면시로, 급전 단자 (15a) 및 상단부 (15b) 의 주위에는, 각각 링상의 오픈 패턴이 형성되어 있다. 이와 같이, 급전부 (15) 는 유전체 기판 (10) 의 하면 및 상면 사이를 관통하는 구조를 갖고, 외부로부터의 입력 신호가 급전 단자 (15a) 를 통하여 비아 도체 (15c) 및 상단부 (15b) 에 순차 공급되어 전술한 도파관 내를 전송된다. 급전용 비아 도체 (15c) 는 원기둥상으로 형성되지만, 그 직경은 급전부 (15) 의 임피던스 정합을 최적화하도록 적절히 설정된다.

전술한 바와 같이, Z 방향에서 본 평면시로, 급전부 (15) 가 부분적으로 우측의 슬롯 (14a) 과 겹치는 위치에 배치되어 있다. 즉, 급전부 (15) 및 슬롯 (14a) 이 겹치는 영역은, 슬롯 (14a) 의 사각형의 기본 형상 중, 장변의 일부가 반원상으로 돌출되는 형상을 갖는다. 또, 급전부 (15) 의 중심 위치와 우측의 단락 벽부 (W3) 사이의 X 방향을 따른 거리는, 도파관의 관 내 파장의 1/4 배로 설정된다. 이것은, 도파관 내의 X 방향에 발생하는 정재파 중, 전계의 피크를 급전부 (15) 의 위치에 일치시키고, 전계의 제로점을 단락 벽부 (W3) 의 위치에 일치시키기 때문이다. 이상과 같은 급전부 (15) 의 구조 및 배치에 의해, 본 실시형태의 도파관 슬롯 안테나를 소형화하는 효과가 얻어짐과 함께, 급전부 (15) 와 도체층 (12) 사이에 발생하는 용량 성분을 저감시키는 효과가 얻어진다. 이하, 이들의 효과에 대해 구체적으로 설명한다.

도 2 는, 본 발명의 효과를 설명하기 위한 비교예로서, 종래의 구조 및 배치를 갖는 급전부 (20) 를 형성한 도파관의 슬롯 안테나의 구조를 나타내고 있다. 도 2(A) 는 도 1(A) 에 대응하는 상면도이고, 도 2(B) 는 도 1(B) 에 대응하는 단면도 (도 2(A) 의 B-B 단면) 이고, 도 2(C) 는 도 1(C) 에 대응하는 하면도이다. 도 2 의 구조에 있어서는, 본 실시형태의 급전부 (15) (도 1) 와는 구조 및 배치가 상이한 급전부 (20) 가 형성되어 있다. 또, 도 2 중의 유전체 기판 (10a) 은, 급전부 (20) 의 배치에 따라, 본 실시형태의 유전체 기판 (10) 보다 X 방향의 사이즈가 길어져 있다. 그 이외의 구조에 대해서는, 도 1 과 공통이기 때문에, 설명을 생략한다.

도 2 에 있어서는, Z 방향에서 본 평면시로, 급전부 (20) 는 2 개의 슬롯 (14) 과 겹치지 않는 위치에 배치되어 있다. 이것은, 주로 2 개의 슬롯 (14) (14a, 14b) 과 급전부 (20) 사이의 전자파의 간섭을 억제하기 위한 배치이다. 한편, 유전체 기판 (10a) 내에 있어서의 급전부 (20) 의 중심 위치와 좌측의 단락 벽부 (W4) 사이의 X 방향을 따른 거리는, 도파관의 관 내 파장의 1/4 배로 설정된다. 이것은, 도파관 내의 X 방향에 발생하는 정재파 중, 전계의 피크를 급전부 (20) 의 위치에 일치시키고, 전계의 제로점을 단락 벽부 (W4) 의 위치에 일치시키기 때문이다. 이와 같은 급전부 (20) 의 배치에 의해, 도 2 의 유전체 기판 (10a) 의 X 방향의 길이는, 도 1 의 유전체 기판 (10) 에 비해 2 배 이상 필요해진다.

또, 도 2 의 급전부 (20) 는, 하면의 도체층 (11) 과 동일 평면 내에 배치되는 급전 단자 (20a) 와, 유전체 기판 (10a) 의 내층에 형성된 상단부 (20b) 와, 이들의 급전 단자 (20a) 와 상단부 (20b) 를 전기적으로 접속하는 급전용 비아 도체 (20c) 에 의해 구성된다. 도 2 의 급전부 (20) 의 구조가 도 1 의 급전부 (15) 와 현저하게 상이한 것은, 급전부 (20) 가 유전체 기판 (10a) 의 상면과 하면 사이를 관통하고 있지 않고, Z 방향에서 상단부 (20b) 가 도 1 의 상단부 (15b) 보다 낮은 위치에 배치되는 점이다. 그리고, 상단부 (20b) 의 높이의 차이로부터, 도 2 의 급전용 비아 도체 (20c) 의 Z 방향의 높이는, 도 1 의 급전용 비아 도체 (15c) 에 비해 짧아져 있다. 단, 급전 단자 (20a) 의 X 방향의 길이는, 도 1 의 급전 단자 (15a) 에 비해 길어져 있다.

본 실시형태의 급전부 (15) 의 구조 및 배치는, 유전체 기판 (10) 의 사이즈를 작게 하는 데에 유효하지만, 전제로서, 급전부 (15) 와 일방의 슬롯 (14a) 이 겹치는 배치에 의한 안테나 특성에 대한 영향을 고려할 필요가 있다. 도 3 은, 안테나 특성의 면에서 바람직하지 않은 급전부 (15) 의 제 1 배치예를 나타내고 있다. 제 1 배치예에서는, 급전부 (15) 의 X 방향의 위치를 도 1 과 동일하게 유지한 채, 급전부 (15) 의 Y 방향의 위치는 슬롯 (14a) 과는 겹치지 않도록 떨어뜨려 배치되어 있다. 제 1 배치예에서는, 급전부 (15) 가 슬롯 (14a) 의 근방의 별체의 안테나로서 기능하고, X 방향이 동위치에 있는 유사적인 2 개의 안테나가 서로 간섭함으로써 슬롯 (14a) 의 안테나 특성을 열화시킬 우려가 있다. 이에 반하여, 본 실시형태의 급전부 (15) 의 배치에 의하면, 슬롯 (14a) 의 사각형의 기본 형상에 급전부 (15a) 의 형상이 겹치는 일체적인 안테나로서 작용하여, 전술한 서로의 간섭은 억제할 수 있다.

또 도 4 는, 안테나 특성의 면에서 바람직하지 않은 급전부 (15) 의 제 2 배치예를 나타내고 있다. 제 2 배치예에서는, 급전부 (15) 의 위치가 X 방향을 따른 슬롯 (14a) 의 슬롯 길이 (L) 의 범위를 일탈하고 있다. 따라서, 슬롯 (14a) 의 사각형의 기본 형상에 급전부 (15a) 의 형상이 겹치는 일체적인 슬롯은, 슬롯 길이 (L) 보다 확장된 슬롯 길이를 갖는 것이 된다. 일반적으로, 도파관 슬롯 안테나의 공진 주파수는, 슬롯 (14) 의 슬롯 길이에 의존하므로, 제 2 배치예에 있어서의 급전부 (15) 의 배치가 도 1 의 구조를 갖는 도파관 슬롯 안테나의 공진 주파수에 영향을 미치는 것은 피할 수 없다. 이에 반하여, 본 실시형태의 급전부 (15) 의 배치에 의하면, X 방향을 따른 슬롯 (14a) 의 슬롯 길이 (L) 의 범위를 일탈하지 않기 때문에, 전술한 바와 같은 공진 주파수에게 미치는 영향을 피할 수 있다. 여기서, 슬롯 (14a) 의 슬롯 길이 (L) 의 범위는, 사각형의 슬롯 (14a) 을 획정하는 X 방향을 따라 연장되는 1 쌍의 장변에 의해 끼인 영역을 의미한다.

한편, 본 실시형태의 급전부 (15) 의 용량 성분에 주목하면, 상단부 (15b) 가 도체층 (12) 과 동일 평면 내에 배치되므로, 상단부 (15b) 와 도체층 (12) 사이의 용량은 작아진다. 이에 반하여, 종래 구조의 도 2 의 급전부 (20) 는, 내층의 상단부 (20b) 가 Z 방향을 따라 상하의 도체층 (11, 12) 과 비교적 가까운 거리에서 Z 방향과 대향하고 있다. 게다가, 상단부 (20b) 와 도체층 (11, 12) 사이에는, 유전율이 높은 유전체 기판 (10a) 이 개재되어 있다. 각각의 급전부 (15, 20) 에 관해서는, 급전 단자 (15a, 20a) 나 급전용 비아 도체 (15c, 20c) 의 용량 성분도 존재하지만, 특히 상단부 (20b) 의 Z 방향의 위치의 상이의 영향이 크기 때문에, 도 2 의 급전부 (20) 는 본 실시형태의 급전부 (15) 에 비해 용량 성분이 현격히 커진다. 그 결과, 본 실시형태의 급전부 (15) 는, 도 2 의 급전부 (20) 에 비해 용량 성분을 저감시킴으로써, 고주파 특성의 향상이 가능해진다.

이상과 같이, 본 발명을 적용한 도파관 슬롯 안테나는, 종래 구조와는 상이한 급전부 (15) 의 구조 및 배치를 채용함으로써 소형화의 효과를 실현하면서, 양호한 특성을 유지할 수 있다. 도 1 과 도 2 를 대비하면 명확한 바와 같이, 본 실시형태의 도파관 슬롯 안테나의 X 방향의 사이즈는, 주로 슬롯 (14) 의 개수와 배치에 의존하고, 급전부 (15) 를 형성하는 것에 의한 X 방향의 사이즈의 확대는 없다. 한편, 종래 구조의 도 2 의 도파관 슬롯 안테나의 X 방향의 사이즈는, 슬롯 (14) 의 개수와 배치에 더하여, 급전부 (20) 를 형성함으로써 X 방향을 따라 여분의 사이즈가 필요해진다. 예를 들어, 도 1 과 도 2 를 대비하면, 본 발명의 적용에 의해, 도파관 슬롯 안테나의 X 방향의 사이즈가 종래 구조에 비해 대체로 절반 이하가 되는 것을 알 수 있다.

본 발명을 적용한 도파관 슬롯 안테나는, 도 1 의 구성에는 한정되지 않고, 본 발명의 효과를 발휘하는 것을 전제로, 다양한 변형예가 있다. 도 5 는, 급전부 (15) 의 위치를 변경한 제 1 변형예이고, 도 1(A) 에 대응하는 상면도를 나타내고 있다. 즉, Z 방향에서 본 평면시로, 도 1(A) 의 경우에는 급전부 (15) 의 일부가 슬롯 (14a) 과 겹치는 배치인 데에 반하여, 제 1 변형예의 경우에는 급전부 (15) 의 전체가 슬롯 (14a) 과 겹치는 배치로 되어 있다. 바꾸어 말하면, Z 방향에서 본 평면시로, 급전부 (15) 의 원형의 영역이, 슬롯 (14a) 의 사각형의 영역에 내포되어 있다. 또한, 도 5 의 급전부 (15) 의 Z 방향의 구조와 X 방향의 위치에 대해서는, 도 1 과 공통이다. 제 1 변형예에서는 급전부 (15) 를 형성하더라도 슬롯 (14a) 자체의 기본 형상은 유지된다. 또, 도파관 슬롯 안테나의 소형화나 양호한 특성 등의 효과에 대해서는, 제 1 변형예를 채용해도 전술한 것과 동일하다.

또, 도 6 은, 슬롯 (14) 의 개수를 변경한 제 2 변형예이고, 도 1(A) 에 대응하는 상면도를 나타내고 있다. 도 6 으로부터 명확한 바와 같이, 도체층 (12) 에는 1 개의 슬롯 (14a) 만이 배치되어 있다. 도 6 에 있어서의 슬롯 (14a) 과 겹치는 급전부 (15) 의 배치에 대해서는, 도 1(A) 와 공통이다. 제 2 변형예를 채용하는 경우에는, 복수의 슬롯 (14) 을 형성하는 경우에 비해 도파관 슬롯 안테나의 방사 레벨은 작아지지만, 도파관 슬롯 안테나의 X 방향의 사이즈를 가장 축소할 수 있기 때문에, 소형화에 가장 적합한 구성이다.

또한, 도파관 슬롯 안테나로서 기능하는 한, 슬롯 (14) 의 개수는, 1 개 또는 2 개로는 제약되지 않는다. 예를 들어, 3 개 이상의 다수의 슬롯 (14) 을 배열하는 경우라도, 본 발명을 적용함으로써, 종래의 구조로 동수의 슬롯 (14) 이 형성되는 경우에 비하여, 도파관 슬롯 안테나의 소형화에 효과를 얻을 수 있다. 또, 본 실시형태에서는, 각각의 슬롯 (14) 이 동일한 슬롯 길이 (L) 를 갖는 경우를 설명했지만, 복수의 슬롯 (14) 이 서로 상이한 슬롯 길이를 갖고 있어도 된다.

다음으로, 본 실시형태의 도파관 슬롯 안테나의 제작 방법의 개요에 대하여, 도 7 을 참조하면서 설명한다. 먼저, 유전체 기판 (10) 을 구성하는 복수의 유전체층으로서, 예를 들어, 닥터 블레이드법에 의해 형성한 저온 소성용의 복수의 세라믹 그린 시트 (30) 를 준비한다. 그리고, 도 7(A) 에 나타내는 바와 같이, 각각의 세라믹 그린 시트 (30) 의 소정 위치에 타발 가공을 실시하여, 복수의 비아홀 (31) 을 개구한다. 또한, 각 세라믹 그린 시트 (30) 에 있어서의 각 비아홀 (31) 의 위치 및 개수는, 도파관의 1 쌍의 측면 및 1 쌍의 단락면이 되는 복수의 비아 도체 (13) 의 배치와, 급전용 비아 도체 (15c) 의 배치에 대응하여 설정된다.

다음으로, 도 7(B) 에 나타내는 바와 같이, 각각의 세라믹 그린 시트 (30) 에 개구된 복수의 비아홀 (31) 의 각각에, Cu 를 포함하는 도전성 페이스트를 스크린 인쇄에 의해 충전함으로써, 복수의 비아 도체 (13) 및 1 개의 급전용 비아 도체 (15c) 를 형성한다. 계속해서, 도 7(C) 에 나타내는 바와 같이, 최하층의 세라믹 그린 시트 (30) 의 하면에, Cu 를 포함하는 도전성 페이스트를 스크린 인쇄에 의해 도포함으로써, 도체층 (11) 과, 급전부 (15) 의 급전 단자 (15a) 를 각각 형성한다. 동일하게, 최상층의 세라믹 그린 시트 (30) 의 상면에, Cu 를 포함하는 도전성 페이스트를 스크린 인쇄에 의해 도포함으로써, 슬롯 (14a, 14b) 을 갖는 도체층 (12) 과, 링상의 오픈 패턴으로 둘러싸인 급전부 (15) 의 상단부 (15b) 를 각각 형성한다.

그리고, 복수의 세라믹 그린 시트 (30) 를 순서대로 적층한 다음, 가열 가압함으로써 적층체를 형성한다. 그 후, 얻어진 적층체를 탈지, 소성함으로써, 도 1 을 사용하여 이미 설명한 바와 같이, 유전체 기판 (10) 에 구성된 도파관 슬롯 안테나가 완성된다.

이상, 본 실시형태에 기초하여 본 발명의 내용을 구체적으로 설명했지만, 본 발명은 상기 서술한 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경을 실시할 수 있다. 예를 들어, 본 실시형태의 도 1 의 구조예는 일례로서, 본 발명의 작용 효과를 얻을 수 있는 한, 다른 구조나 재료를 사용한 다양한 도파관 슬롯 안테나에 대해 넓게 본 발명을 적용할 수 있다. 또한 그 밖의 점에 대해서도 상기 실시형태에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 작용 효과를 얻을 수 있는 한, 상기 실시형태에 개시한 내용에는 한정되지 않고 적절히 변경 가능하다.

본 실시형태에 있어서는, 슬롯 (14a) 의 기본 형상을 X 방향에 장변을 갖는 사각형으로서 설명했지만, 슬롯 (14a) 의 형상은, X 방향에 장변을 갖는 사각형의 모서리부에 곡선상 또는 직선상의 모따기부를 갖는 대략 사각형상이어도 된다. 이 경우, 슬롯 (14a) 의 슬롯 길이 (L) 의 범위는, 본 실시형태와 마찬가지로, X 방향을 따라 연장되는 1 쌍의 장변에 의해 끼인 영역을 의미하지만, 이 1 쌍의 장변에 모따기부는 포함되지 않는다.

10 : 유전체 기판
11, 12 : 도체층
13 : 비아 도체
14 : 슬롯
15 : 급전부
30 : 세라믹 그린 시트
31 : 비아홀
W1, W2 : 측벽부
W3, W4 : 단락 벽부

Claims (7)

1. 유전체 기판과, 상기 유전체 기판의 하면에 형성된 제 1 도체층과, 상기 유전체 기판의 상면에 형성되고, 하나 또는 복수의 슬롯이 형성되는 제 2 도체층과, 상기 제 1 도체층과 상기 제 2 도체층 사이를 전기적으로 접속하고, 신호 전송 방향이 되는 제 1 방향으로 연장되는 1 쌍의 측벽부에 의해 구성된 도파관을 구비하는 도파관 슬롯 안테나로서,
   적어도 상기 유전체 기판의 하면 및 상면 사이를 관통하여 형성되고, 상기 도파관에 입력 신호를 급전하는 급전부를 구비하고,
   상기 하나 또는 복수의 슬롯은, 상기 제 1 방향을 따라 소정의 슬롯 길이를 갖는 제 1 슬롯을 포함하고,
   상기 제 2 도체층에 수직인 제 2 방향에서 본 평면시로, 상기 급전부가 상기 제 1 슬롯과 겹치는 위치에 배치되고, 또한, 상기 급전부가 상기 제 1 방향을 따라 상기 슬롯 길이의 범위를 일탈하지 않는 것을 특징으로 하는 도파관 슬롯 안테나.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 급전부는,
   상기 제 1 도체층과 동일 평면 내에 배치되어, 상기 제 1 도체층과 접촉하지 않는 급전 단자와,
   상기 제 2 도체층과 동일 평면 내에 배치되어, 상기 제 2 도체층과 접촉하지 않는 상단부와,
   하단이 상기 급전 단자에 접속되고, 상단이 상기 상단부에 접속되는 급전용 비아 도체를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 도파관 슬롯 안테나.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 도체층과 상기 제 2 도체층 사이를 전기적으로 접속하고, 상기 도파관 중 상기 제 1 방향과 직교하는 적어도 일방의 단락면이 되는 단락 벽부를 추가로 구비하고,
   상기 단락 벽부와 상기 급전부 사이의 상기 제 1 방향을 따른 거리는, 상기 도파관의 관 내 파장의 1/4 배에 상당하는 것을 특징으로 하는 도파관 슬롯 안테나.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 1 쌍의 측벽부 및 상기 단락 벽부의 각각은, 상기 제 1 도체층과 상기 제 2 도체층 사이를 각각 접속하는 복수의 비아 도체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 도파관 슬롯 안테나.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 2 방향에서 본 평면시로, 상기 하나 또는 복수의 슬롯은, 상기 제 1 및 제 2 방향과 직교하는 제 3 방향에 있어서의 상기 1 쌍의 측벽부 사이의 중심 위치로부터 편이된 위치에 배열되는 것을 특징으로 하는 도파관 슬롯 안테나.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 하나 또는 복수의 슬롯은, 상기 제 1 슬롯만을 포함하는 것을 특징으로 하는 도파관 슬롯 안테나.
7. 제 5 항에 있어서,
   상기 하나 또는 복수의 슬롯은, 상기 제 1 슬롯 이외의 슬롯을 포함하고, 상기 하나 또는 복수의 슬롯 중 인접하는 슬롯끼리는, 상기 중심 위치를 사이에 두고 상기 제 3 방향과 대칭적인 위치에 배열되는 것을 특징으로 하는 도파관 슬롯 안테나.

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