JP3822817B2 - 誘電体漏れ波アンテナ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘電体漏れ波アンテナを容易に且つ低コストに製造するための技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
準ミリ波帯の通信等に使用可能な平面型のアンテナとして、誘電体漏れ波アンテナがある。
【0003】
図27は、この誘電体漏れ波アンテナの基本構造を示すものであり、誘電体基板1の一面(図では下面)側に地板導体2を設けて、電磁波を誘電体基板1の厚さ方向と直交する方向へ伝送する誘電体イメージ線路を形成し、誘電体基板1の反対面側に所定間隔で複数の漏出用金属ストリップ3を設ける。
【0004】
このように誘電体イメージ線路の表面に漏出用金属ストリップ3を所定の間隔で設け、その漏出用金属ストリップ3と交差する方向に電磁波を伝搬させると、誘電体基板内の電磁波が漏出用金属ストリップ3により、誘電体基板1の表面から漏出される。
【0005】
この誘電体基板1の表面から漏出される電磁波の放射特性は、漏出用金属ストリップ3の幅、間隔、誘電体基板1内を伝搬する電磁波の波面(等位相面)と漏出用金属ストリップ3との角度によって種々設定が可能である。
【0006】
例えば、誘電体基板1内を伝搬する電磁波の波面を漏出用金属ストリップ3と平行にすれば、この誘電体基板1の表面全体から漏出される電磁波のビーム方向を、誘電体基板1の表面に直交し且つ漏出用金属ストリップ3の長さ方向と直交する面内に設定することができる。またこの面内におけるビーム方向は、主に漏出用金属ストリップ3の幅によって決定され、例えば漏出用金属ストリップ3の間隔を放射しようとする電磁波の誘電体イメージ線路内の線路内波長λgにほぼ等しく設定すれば、ビーム方向を誘電体基板1の表面にほぼ直交する方向に設定することができ、誘電体基板1の向きとビーム方向とをほぼ一致させることができる。
【0007】
このような原理で電磁波を輻射する誘電体漏れ波アンテナでは、誘電体基板1内に漏出用金属ストリップ3とほぼ平行な波面を有する電磁波を伝搬させるための励振部4が必要となる。
【0008】
この励振部4としては、電磁ホーンから出力される球面波の電磁波を誘電体レンズ、パラボラ型の反射鏡等を用いて波面が一直線状に揃った電磁波に変換して誘電体基板1の端面に向いた面4aから出射する構造のものが従来から用いられていた。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように励振部を電磁ホーン、誘電体レンズあるいはパラボラ型の反射鏡等を用いて構成した従来の誘電体漏れ波アンテナでは、構造が必然的に立体的になり、アンテナ全体として大型化してしまう。
【0010】
また、電磁ホーンや反射鏡は誘電体基板1と別部材で構成しなければならず、コストがかかり、量産ができないという問題があった。
【0011】
本発明は、この問題を解決して、製造が容易で量産に適した誘電体漏れ波アンテナを提供することを目的としている。
【0012】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の請求項1の誘電体漏れ波アンテナは、
誘電体基板(1)と、該誘電体基板の一面側に設けられ、前記誘電体基板内でその厚さ方向と直交する方向に電磁波を伝搬させる誘電体イメージ線路を形成する地板導体(2)と、前記誘電体基板の反対面側に所定間隔で平行に設けられた複数の漏出用金属ストリップ(3)と、前記誘電体基板内に前記複数の漏出用金属ストリップと交差する方向に電磁波を伝搬させて、前記誘電体基板の前記反対面から漏出させる励振部(24)とを有する誘電体漏れ波アンテナにおいて、
前記励振部が、
前記漏出用金属ストリップが設けられた同一面で、且つ、前記漏出用金属ストリップから離間した位置に設けられ、前記誘電体基板を挟んで前記地板導体との間でマイクロストリップ線路を形成する線路用金属ストリップ(40)と、
前記線路用金属ストリップの側縁に所定間隔に設けられ、前記マイクロストリップ線路に給電された電磁波を、前記誘電体基板内で前記漏出用金属ストリップと交差する方向に分岐出力する強さに応じて定めた長さの複数のスタブ(41、51)とを有している。
【0013】
また、本発明の請求項2の誘電体漏れ波アンテナは、請求項1記載の誘電体漏れ波アンテナにおいて、
前記線路用金属ストリップの幅を、前記電磁波を給電する給電端側から終端側に向かって段階的に狭めるように形成し、その幅が変化する位置に前記スタブを備えたことを特徴としている。
【0014】
また、本発明の請求項3の誘電体漏れ波アンテナは、請求項1または請求項2記載の誘電体漏れ波アンテナにおいて、
前記マイクロストリップ線路は、そのほぼ中央から給電された電磁波を両端に伝搬するように構成されていることを特徴としている。
【0015】
また、本発明の請求項4の誘電体漏れ波アンテナは、請求項1または請求項2記載の誘電体漏れ波アンテナにおいて、
前記線路用金属ストリップの側縁には、前記マイクロストリップ線路内の電磁波の線路内波長の1/4から前記スタブの幅を減じた値にほぼ等しい幅と所定の深さと有する反射抑圧用の切欠(42)が前記各スタブに隣接する位置に設けられていることを特徴としている。
【0016】
また、本発明の請求項5の誘電体漏れ波アンテナは、請求項1〜4のいずれかの誘電体漏れ波アンテナにおいて、
前記スタブによって前記漏出用金属ストリップ側と反対側に分岐される電磁波を前記漏出用金属ストリップ側に反射させるための反射壁を備えたことを特徴としている。
【0017】
また、本発明の請求項6の誘電体漏れ波アンテナは、請求項1〜4のいずれかの誘電体漏れ波アンテナにおいて、
前記励振部が前記誘電体基板のほぼ中央部に設けられ、該励振部の両側にそれぞれ複数の前記漏出用金属ストリップが設けられていることを特徴としている。
【0018】
また、本発明の請求項7の誘電体漏れ波アンテナは、請求項6記載の誘電体漏れ波アンテナにおいて、
前記スタブが、前記線路用金属ストリップの両方の側縁に設けられていることを特徴としている。
【0019】
また、本発明の請求項8の誘電体漏れ波アンテナは、請求項7記載の誘電体漏れ波アンテナにおいて、
前記スタブは、前記線路用金属ストリップの両側に左右対称に設けられ、前記線路用金属ストリップから左右の最初の前記漏出用金属ストリップまでのそれぞれの距離が、前記マイクロストリップ線路内を伝搬する電磁波の線路内波長のほほ゛1/2に等しい距離だけずれていることを特徴としている。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図1は、本発明を適用した誘電体漏れ波アンテナ20の構成を模式的に且つ透視的に表している。
【0024】
この誘電体漏れ波アンテナ20は、例えば、無線による加入者系データ通信サービス方式の一つであるFWA(Fixed Wireless Access)に使用する準ミリ波帯(およそ20〜40GHz)用のものであり、前記同様に、矩形の誘電体基板1とその一面側(下面側)に隙間なく重なり合うように設けられた地板導体2とで、電磁波を誘電体基板内でその厚さ方向と直交する方向に伝搬する誘電体イメージ線路が形成され、誘電体基板1の反対面側(上面側)には、複数の漏出用金属ストリップ3が所定間隔、例えば、誘電体イメージ線路内を伝搬する電磁波の線路内波長λgとほぼ等しい間隔で平行に設けられている。
【0025】
なお、誘電体基板1は、テフロン、アルミナ、セラミック等が使用され、また、地板導体2や漏出用金属ストリップ3は、誘電体基板1に対する金属膜の印刷やエッチングによって形成されている。
【0026】
各漏出用金属ストリップ3は、誘電体イメージ線路内の反射成分を抑圧するために、互いに平行で線路内波長λgのほぼ1/4だけ離れた2本の金属ストリップ3a、3bによって構成されている。
【0027】
即ち、漏出用金属ストリップ3を線路内波長λgとほぼ等しい間隔の金属ストリップ3aだけで構成すると、各金属ストリップ3aによって発生する反射波が互いに同相となり効率が低下するが、上記のように各金属ストリップ3aに対して線路内波長λgのほぼ1/4だけ離れた位置に、各金属ストリップ3aと同一寸法の金属ストリップ3bをそれぞれ設けると、両者の反射波が互いに逆相となって反射成分を相殺することができる。
【0028】
なお、この金属ストリップ3a、3bはともに電磁波を漏出する作用を有しているので、上記のように漏出用金属ストリップ3を2つの金属ストリップ3a、3bで構成した場合、誘電体基板1の表面から漏出される電磁波の放射特性は、2つの金属ストリップ3a、3bによって漏出される電磁波の放射特性を合成したものとなる。
【0029】
また、この例および以下に示す全ての誘電体漏れ波アンテナでは、漏出用金属ストリップ3を2本の金属ストリップ3a、3bで構成しているが、これは本発明を限定するものでなく、金属ストリップによる反射成分が無視できる程度に小さい場合には、1本の金属ストリップで漏出用金属ストリップ3を構成してもよい。また、漏出用金属ストリップ3の間隔を、線路内波長λgより短く設定したり、長く設定することで反射波を抑圧することも可能であり、この場合にも1本の金属ストリップで構成することができる。
【0030】
一方、誘電体基板1の一端側には励振部24が設けられている。
励振部24は、誘電体基板1の表面側に漏出用金属ストリップ3と平行に延びた帯状の線路用金属ストリップ40と、線路用金属ストリップ40の一方の側縁(この図では漏出用金属ストリップ3が設けられている側の側縁)に所定間隔で設けられた複数(図では簡単に3つで示している)のスタブ411、412、413とによって構成されている。
【0031】
ここで、線路用金属ストリップ40は、地板導体2との間で誘電体基板1を挟んでマイクロストリップ線路を形成し、その一端側の給電点5から給電された電磁波を他端側に伝搬する。なお、この給電点5に対する電磁波の給電は、例えば同軸ケーブルによって行なわれる。
【0032】
また、各スタブ411、412、413は、図2の(a)に示すように、線路用金属ストリップ40の側縁から、幅がそれぞれW1、W2、W3、長さがそれぞれL1、L2、L3の帯状に突設されている。各スタブの間隔Qは、放射しようとする電磁波のマイクロストリップ線路内の波長λg′の整数倍に近い値に設定されていて、給電点5に給電されてマイクロストリップ線路の一端側から他端側に伝搬する電磁波を、誘電体基板1内で漏出用金属ストリップ3が設けられている方向へ分岐して励振波として出力する。
【0033】
このような励振部24から漏出用金属ストリップ3が設けられている方向へ伝搬される電磁波(以下、励振波という)の振幅特性や位相特性は、各スタブの幅、長さおよび間隔Qによって任意に設定することができる。
【0034】
即ち、各スタブ411、412、413部分からそれぞれ分岐出力される励振波の振幅は、各スタブ411、412、413の幅W1〜W3と長さL1〜L3に依存しており、これらの幅と長さによって励振波全体として任意の振幅分布特性を与えることができる。
【0035】
例えば、各スタブ411、412、413部分からそれぞれ分岐出力される励振波の振幅を等しくする場合には、前段の分岐による損失を考慮して、後段のスタブほど分岐率が大きくなるように設定する。これは、長さL1〜L3を一定として、幅をW1<W2<W3のように徐々に大きくするか、幅W1〜W3を一定として、長さをL1<L2<L3のように徐々に大きくするか、あるいは、幅と長さを、W1<W2<W3、L1<L2<L3のように徐々に大きくすることで実現できる。
【0036】
また、各スタブ411、412、413部分からそれぞれ分岐出力される励振波の位相はスタブの間隔Qに依存しており、この間隔Qによって励振波全体としての位相分布特性を任意に設定することができる。
【0037】
例えば、間隔Qを線路内波長λg′の整数倍に設定すれば、各スタブ411、412、413部分からそれぞれ分岐出力される励振波の位相が等しくなり、励振波全体の位相面が図2の(b)のPh1−Ph1′のように線路用金属ストリップ40と平行となる。
【0038】
このように線路用金属ストリップ40と平行な位相面Ph1−Ph1′の励振波を、線路用金属ストリップ40と平行な漏出用金属ストリップ3側に伝搬させると、ビームの中心方向が誘電体基板1の表面に直交し且つ線路用金属ストリップ40に直交する面上に位置する電磁波を誘電体基板1の表面から放射することができる。
【0039】
また、間隔Qを線路内波長λg′の整数倍より短く設定すると、各スタブ411、412、413部分からそれぞれ分岐出力される励振波の位相が少しずつ進んで、励振波全体の位相面が図2の(b)のPh3−Ph3′のように線路用金属ストリップ40に対して僅かに傾き、逆に、間隔Qを線路内波長λg′の整数倍より長く設定すると、各スタブ411、412、413部分からそれぞれ分岐出力される励振波の位相が少しずつ遅れて、励振波全体の位相面が図2の(b)のPh4−Ph4′のように線路用金属ストリップ40に対してPh3−Ph3′と逆方向に傾く。
【0040】
このように線路用金属ストリップ40に対して傾いた位相面Ph3−Ph3′、Ph4−Ph4′の励振波を、線路用金属ストリップ40と平行な漏出用金属ストリップ3側に伝搬させると、誘電体基板1の表面からビームの中心方向が給電端側あるいは終端側に傾いた電磁波を放射することができる。
【0041】
なお、ここでは線路用金属ストリップ40を漏出用金属ストリップ3に対して平行に設けた例について説明したが、線路用金属ストリップ40が、漏出用金属ストリップ3に対して傾きをもつようにしてもよい。
【0042】
このように、実施形態の誘電体漏れ波アンテナ20の励振部24は、誘電体基板1の表面の漏出用金属ストリップ3から離間した位置に設けられ、誘電体基板1を挟んで地板導体2との間でマイクロストリップ線路を形成する線路用金属ストリップ40と、線路用金属ストリップ40の側縁に所定間隔に設けられ、マイクロストリップ線路に給電された電磁波を誘電体基板1内で漏出用金属ストリップ3と交差する方向に分岐出力する複数のスタブ41とを有している。
【0043】
このため、励振部24を誘電体基板1に一体化することができ、アンテナ全体を小型化することができる。また、線路用金属ストリップ40およびスタブ41を漏出用金属ストリップ3と同一面で印刷やエッチングにより形成することができるので、少ない工程で、安価に且つ容易に製造でき、量産が可能となる。
【0044】
なお、前記したように、スタブ41の間隔Qを線路内波長λg′の整数倍に等しく設定した場合、前記した漏出用金属ストリップ3の場合と同様に、マイクロストリップ線路内で各スタブ41による反射波が同相で発生して、効率が低下する恐れがある。
【0045】
この反射波の影響が無視できない場合には、例えば、図3に示すように、線路用金属ストリップ40の側縁に、線路内波長λg′/4から各スタブ41の幅Wnを減じた値にほぼ等しい幅CWnと所定の深さDnと有する反射抑圧用の切欠42nを、各スタブ41nに隣接する位置にそれぞれ設けて、スタブ41nのエッジP1による反射成分を切欠42nのエッジP2による反射成分によって相殺することができる。
【0046】
また、前記したように線路用金属ストリップ40に設けた各スタブ41から分岐させる電磁波の強さは、スタブ41の幅や長さを変えても限界があり、所望の振幅分布特性を得ようとすると、終端部で無駄な電力が残ってしまい、その分効率が低下したり、残った電力が反射して振幅分布特性や位相特性を乱す恐れがある。また、通常の設計ではこの電力は全電力の数パーセントから10数パーセント程度であるが、この電力も有効に使いたい場合がある。
【0047】
このような場合には、図4、図5に示すように、線路用金属ストリップ40の幅を、少なくともその末端側でV1+V2+V3からV2+V3、V3と段階的に狭めるように形成し、その幅が変化する位置にスタブ41をそれぞれ設ける。
このように線路用金属ストリップ40の幅を狭めて行くことにより、分岐効率が高くなり、末端部に無駄な電力が残らず、給電された電力のほとんどを励振波として利用することができ、能率が高くなる。
【0048】
なお、図4に示した例は、線路用金属ストリップ40とスタブ41との間を斜め(図では直線の例を示しているが曲線でもよい)の線路41aを介して接続して、分岐による反射成分を少なくしている。
【0049】
また、図5に示した例は、スタブ41の幅Weを線路内波長λg′の1/4程度まで広げることで、線路用金属ストリップ40に対してスタブを直交するように接続したことによる反射を減らしている。
【0050】
また、前記した誘電体漏れ波アンテナ20では、線路用金属ストリップ40の側縁のうち、漏出用金属ストリップ3が設けられている側とスタブ41を設けていたが、このスタブ41は、その長さによって、線路用金属ストリップ40の側縁の一方側に電磁波を強く分岐したり、他方側に強く分岐したり、あるいは両側に同程度に分岐させることができる。
【0051】
したがって、スタブ41の長さを選ぶことで、図6に示すように、複数のスタブ41を、線路用金属ストリップ40の側縁のうち、漏出用金属ストリップ3が設けられている側と反対側に設けることも可能である。
【0052】
また、漏出用金属ストリップ3が設けられている側と反対側へ分岐される励振波の成分が無視できない程度に大きい場合には、その励振波を漏出用金属ストリップ3が設けられている側へ反射させる必要がある。
【0053】
この場合、例えばセラミックやアルミナのように比誘電率が大きい誘電体基板1を用いれば、線路用金属ストリップ40が設けられている側の誘電体基板1の端面1aを反射壁として利用することができる。その際には、誘電体基板1の端面1aから反射して漏出用金属ストリップ3が設けられている側へ向かう反射波と、線路用金属ストリップ40から漏出用金属ストリップ3が設けられている側へ直接向かう励振波との位相が一致するように、反射壁の位置から線路用金属ストリップ40、漏出用金属ストリップ3の距離を設定すればよい。
【0054】
また、テフロンのように比誘電率が小さい誘電体基板1を用いる場合には、端面から電磁波が放射されて、効率が大きく低下する恐れがある。
【0055】
このような場合には、図7に示すように、反射壁として誘電体基板1の端面に金属の反射板60を設け、その漏出用金属ストリップ3が設けられている側と反対側へ分岐される励振波を漏出用金属ストリップ3が設けられている側へ反射させる。なお、この反射板60を印刷によって形成する場合には、図7に示しているように誘電体基板1の表面側に補助板60aを延長形成して、反射板60の剥離等を防止する。
【0056】
また、上記のように端面に反射板60を設ける代わりに、図8に示すように、スルーホール加工等により誘電体基板1を貫通する金属柱61を励振波の波長に比べて十分短い間隔で線路用金属ストリップ40の長さ方向に沿って並べて反射壁を形成し、漏出用金属ストリップ3が設けられている側と反対側へ分岐される励振波を漏出用金属ストリップ3が設けられている側へ反射させることもできる。なお、図8では、各金属柱61の一端側を地板導体2に電気的に接続し、他端側も誘電体基板1の表面にパターン形成された短絡板61aによって電気的に接続しているが、この短絡板61aは必ずしも必要ではなく、省略することも可能である。
【0057】
このように反射板60や金属柱61を用いた場合も、前記同様に、誘電体基板1の端面から反射して漏出用金属ストリップ3が設けられている側へ向かう反射波と、線路用金属ストリップ40から漏出用金属ストリップ3が設けられている側へ直接向かう励振波との位相が一致するように、各部の位置を設定する。
【0058】
また、線路用金属ストリップ40が形成するマイクロストリップ線路のような開放型の線路では、誘電体基板1の表面から直接放射される電磁波成分があり、この成分によってアンテナ全体の放射特性が乱れる場合がある。
【0059】
この直接放射成分による影響が無視できない場合には、図9、図10に示すように、シールド板62、63によって、線路用金属ストリップ40およびスタブ41の部分をシールドすればよい。
【0060】
なお、図9のシールド板62は、その一端側を前記した図8の短絡板61a(図7の補助板60aでもよい)および金属柱61を介して地板導体2に接続させ、他端側を線路用金属ストリップ40に対向する位置まで延ばして直接輻射成分の漏れを防いでいる。また、図10のシールド板63は、一端側を地板導体1に直接接触させ、他端側を線路用金属ストリップ40に対向する位置まで延ばして直接輻射成分の漏れを防いでおり、アンテナ全体のベース材を兼用することが可能である。
【0061】
また、マイクロストリップ線路からの直接輻射成分を有効に利用することも可能である。例えば、図11に示すように、金属で帯状の輻射板64を、誘電体基板1の一面側で線路用金属ストリップ40とスタブ41が設けられている部分に対向するように配置し、その幅Wpを調整することで、この部分から直接輻射される電磁波の位相と振幅を漏出用金属ストリップ3によって漏出される電磁波に合わせて輻射することができる。
【0062】
このように、直接輻射成分を利用することで、アンテナ全体としての有効開口面積を大きくすることができ、能率がさらに高くなる。
【0063】
また、前記した誘電体漏れ波アンテナ20およびその変形例では、マイクロストリップ線路の一端側から電磁波5を給電(エッジ給電)していたが、図12に示す誘電体漏れ波アンテナ30のように、マイクロストリップ線路の中央部の給電点5から電磁波を給電(センタ給電)してもよい。
【0064】
この場合、図13の(a)のように、励振波の位相面を給電点5から一方側のスタブ411〜413の間隔Qと他方側のスタブ411′〜413′の間隔Q′によって任意に設定することができる。
【0065】
例えば、スタブ間隔Q、Q′をともに、線路内波長λg′の整数倍に等しく設定すれば、図13の(b)のように、線路用金属ストリップ40と平行な位相面Ph1−Ph1′が得られ、スタブ間隔Qを線路内波長λg′の整数倍より短く設定し、スタブ間隔Q′を線路内波長λg′の整数倍より長く設定すれば、線路用金属ストリップ40に対して傾いた位相面Ph3−Ph3′が得られ、逆に、スタブ間隔Qを線路内波長λg′の整数倍より長く設定し、スタブ間隔Q′を線路内波長λg′の整数倍より短く設定すれば、線路用金属ストリップ40に対して位相面Ph3−Ph3′と逆方向に傾いた位相面Ph4−Ph4′が得られる。
【0066】
このようなセンタ給電の場合、前記したエッジ給電に対してマイクロストリップ線路の長さが同一であれば、その線路内で生じる損失(導体損失や誘電体損失)がほぼ半減するため能率が高くなる。
【0067】
また、線路用金属ストリップ40と平行な位相面Ph1−Ph1′を得るように設計した場合に、製造誤差等があった場合でも、それらの誤差が給電点に対して対称に発生している場合には、図13の(b)の位相面Ph2−Ph2′のように対称に傾くことになり、ビームの中心方向は大きくずれずに済む。
【0068】
また、前記した誘電体漏れ波アンテナ20、30では、漏出用金属ストリップ3が、線路用金属ストリップ40の一方の側縁側にだけ配置されていたが、図14に示す誘電体漏れ波アンテナ80のように、誘電体基板1の中央部に線路用金属ストリップ40とスタブ411〜413、511〜513を含む励振部24を設け、その両側に複数の漏出用金属ストリップ3、3′をそれぞれ平行に配置することも可能である。
【0069】
この場合、励振部24のスタブ411〜413、511〜513は、図15に示しているように、線路用金属ストリップ40の両側にほぼ等しい強さの励振波を分岐できるように、左右対称に設けられている。
【0070】
ただし、このようにスタブ411〜413、511〜513を左右対称に設けた場合、左右の分岐波には、線路内波長λg′の1/2にほぼ等しい位相差が生じる。
【0071】
したがって、図14に示しているように、線路用金属ストリップ40から左右の最初の漏出用金属ストリップ3、3′までの距離d、d′を、この位相差に相当する分だけ異なるように設定しておけば、左右の漏出用金属ストリップ3、3′から同相の電磁波を漏出させることができる。
【0072】
また、このように両側励振を効率的に行なう場合、図16、図17に示しているように、線路用金属ストリップ40の少なくとも末端側の幅を前記同様に段階的に狭めるとともに対称な2線路に分け、幅が変化する位置にスタブ41n−2〜41n、51n−2〜51nをそれぞれ対称に設ける。なお、図16は、線路用金属ストリップ40と各スタブ41n−2〜41n、51n−2〜51nを斜め(曲線でもよい)の線路41a介して接続して反射を抑圧した例であり、図17は、各スタブ41n−2〜41n、51n−2〜51nの幅を線路内波長λg′の1/4にほぼ等しくして、各スタブ41n−2〜41n、51n−2〜51nを線路用金属ストリップ40に直交するように設けたことによって生じる反射を抑圧した例である。
【0073】
また、上記のように、左右対称に設けたスタブによる両側励振は、図18に示すセンタ給電型の誘電体漏れ波アンテナ90にも適用することができる。
【0074】
また、上記誘電体漏れ波アンテナ80、90では、スタブ41、51を左右対称に設けたことによる分岐波の左右の位相差を、漏出用金属ストリップ3、3′の位置で補正していたが、図19、図20に示す誘電体漏れ波アンテナ80′、90′のように、左右のスタブ41、51の位置をずらして左右の分岐波の位相を合わせて、左右の漏出用金属ストリップ3、3′の位置を線路用金属ストリップ40に対して対称な位置に設定することもできる。なお、図19はエッジ給電の場合を示し、図20はセンタ給電の場合を示している。この場合、左右のスタブ41、51は、図21、図22、図23に示すように、右側のスタブ41のほぼ中間に左側のスタブ51が位置するようにほぼλg′/2だけずらして設定して、左右の分岐波の位相を合わせる。
【0075】
また、このように左右の分岐波の位相があっている場合には、図24、図25に示す誘電体漏れ波アンテナ80″、90″のように、前記した輻射板64を、線路用金属ストリップ40およびスタブ41、51と対向する位置に配置し、その幅Wpを調整することで、マイクロストリップ線路からの直接輻射成分を、左右の漏出用金属ストリップ3、3′から漏出される電磁波の位相に合わせて輻射することができ、アンテナ全体としての有効開口面を大きくすることができる。なお、図24はエッジ給電の場合を示し、図25はセンタ給電の場合を示している。
【0076】
また、前記した各誘電体漏れ波アンテナでは、漏出用金属ストリップ3、3′と線路用金属ストリップ40が、矩形の誘電体基板1の1辺にほぼ平行となるように形成されていたが、これは本発明を限定するものでなく、誘電体基板1の外形に対する漏出用金属ストリップ3、3′および線路用金属ストリップ40の向きは任意に設定することができる。
【0077】
例えば、図26に示す誘電体漏れ波アンテナ100のように、正方形の誘電体基板1の対角線に一致するように線路用金属ストリップ40を設け、その両側の側縁にスタブ41、51を設け、さらにその両側に漏出用金属ストリップ3、3′を平行に設けてもよい。この場合、励振部24から両側の漏出用金属ストリップ3、3′に平行な位相面の電磁波を伝搬させれば、漏出用金属ストリップ3、3′からその長さ方向に直交する偏波の電磁波を漏出させることができる。この電磁波の偏波方向は、矩形の誘電体基板1の一辺を基準にして45度傾いた45度偏波となり、車載用レーダ等に適している。この誘電体漏れ波アンテナ100のように線路用金属ストリップ40が誘電体基板1の一辺に対して傾いたものの場合でも、前記同様に輻射板64を設けて能率を高くすることが可能であり、エッジ給電にすることもできる。
【0078】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の誘電体漏れ波アンテナでは、誘電体基板の一面側に漏出用金属ストリップとほぼ平行な線路用金属ストリップを設けて、マイクロストリップ線路を形成し、その線路用金属ストリップの側縁にスタブを所定間隔で設けて、マイクロストリップ線路に給電された電磁波を漏出用金属ストリップと交差する方向に分岐して励振している。
【0079】
このため、励振部を誘電体基板に一体化することができ、アンテナ全体を小型化することができる。また、線路用金属ストリップおよびスタブを漏出用金属ストリップと同一面でパターン形成することができるので、少ない工程で、安価に且つ容易に製造でき、量産が可能となる。
【0080】
また、スタブを、線路用金属ストリップの側縁から所定の幅で線路用金属ストリップと直交する方向に所定距離延びた帯状に形成し、マイクロストリップ線路内の電磁波の線路内波長の整数倍にほぼ等しい間隔で設けたものでは、そのスタブの幅と長さ、および間隔によって、任意の特性を得ることができる。
【0081】
また、線路用金属ストリッブの側縁に、マイクロストリップ線路内の電磁波の線路内波長の1/4からスタブの幅を減じた値にほぼ等しい幅と所定の深さと有する反射抑圧用の切欠を各スタブに隣接する位置に設けたものでは、スタブによる反射成分を抑圧することができ、励振部の効率を高くすることができる。
【0082】
また、線路用金属ストリップの末端側でその幅を段階的に狭めるように形成し、その幅が変化する位置にスタブを設けたものでは、末端部の電力を無駄なく漏出用金属ストリップ側へ供給することができ、能率が高くなる。
【0083】
また、スタブによって漏出用金属ストリップが設けられている側と反対側に分岐される電磁波を漏出用金属ストリップが設けられている側に反射させる反射壁を備えたものでは、漏出用金属ストリップが設けられている側と反対側に分岐される電磁波も有効に利用でき、能率が高くなる。
【0084】
また、地板導体と電気的に接続され、誘電体基板の一面側で線路用金属ストリップとスタブが設けられている部分に対向して、その部分から直接輻射される電磁波をシールドするシールド板を備えたものでは、励振部から直接外部へ輻射される電磁波による特性の乱れを防ぐことができる。
【0085】
また、誘電体基板の一面側で線路用金属ストリップとスタブが設けられている部分に対向するように配置され、その部分から直接輻射される電磁波の位相と振幅を漏出用金属ストリップによって漏出される電磁波に合わせて輻射する輻射板を備えたものでは、アンテナ全体の有効開口面積を大きくすることができ、能率がさらに高くなる。
【0086】
また、マイクロストリップ線路のほぼ中央から電磁波を給電するように構成したものでは、マイクロストリップ線路の損失を減らすことができ、能率をさらに高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態を模式的に示す透視的斜視図
【図2】実施形態の要部と波面との関係を説明するための図
【図3】実施形態の要部の変形例を示す図
【図4】実施形態の要部の変形例を示す図
【図5】実施形態の要部の変形例を示す図
【図6】スタブを反対側に設けた例を示す図
【図7】反射壁を設けた例を示す図
【図8】反射壁を設けた例を示す図
【図9】シールド板を設けた例を示す図
【図10】シールド板を設けた例を示す図
【図11】輻射板を設けた例を示す図
【図12】センタ給電の例を示す図
【図13】センタ給電の場合の要部と波面の関係を説明するための図
【図14】両側励振の例を示す図
【図15】両側励振の場合の要部を示す図
【図16】両側励振の場合の要部を示す図
【図17】両側励振の場合の要部を示す図
【図18】センタ給電、両側励振の例を示す図
【図19】エッジ給電、両側励振、対称配置の例を示す図
【図20】センタ給電、両側励振、対称配置の例を示す図
【図21】両側励振、対称配置の場合の要部を示す図
【図22】両側励振、対称配置の場合の要部を示す図
【図23】両側励振、対称配置の場合の要部を示す図
【図24】エッジ給電、両側励振、輻射板付きの例を示す図
【図25】センタ給電、両側励振、輻射板付きの例を示す図
【図26】誘電体基板の一辺に対して漏出用金属ストリップおよび線路用金属ストリップを45度傾けた例を示す図
【図27】誘電体漏れ波アンテナの概略構成を示す図
【符号の説明】
1……誘電体基板、2……地板導体、3、3′……漏出用金属ストリップ、3a、3b……金属ストリップ、20、30、80、80′、80″、90、90′、90″、100……誘電体漏れ波アンテナ、24……励振部、40……線路用金属ストリップ、41、41′、51、51′……スタブ、42……切欠、60……反射板、60a……補助板、61……金属柱、61a……短絡板、62、63……シールド板、64……輻射板
Claims (8)
- 誘電体基板(1)と、該誘電体基板の一面側に設けられ、前記誘電体基板内でその厚さ方向と直交する方向に電磁波を伝搬させる誘電体イメージ線路を形成する地板導体(2)と、前記誘電体基板の反対面側に所定間隔で平行に設けられた複数の漏出用金属ストリップ(3)と、前記誘電体基板内に前記複数の漏出用金属ストリップと交差する方向に電磁波を伝搬させて、前記誘電体基板の前記反対面から漏出させる励振部(24)とを有する誘電体漏れ波アンテナにおいて、
前記励振部が、
前記漏出用金属ストリップが設けられた同一面で、且つ、前記漏出用金属ストリップから離間した位置に設けられ、前記誘電体基板を挟んで前記地板導体との間でマイクロストリップ線路を形成する線路用金属ストリップ(40)と、
前記線路用金属ストリップの側縁に所定間隔に設けられ、前記マイクロストリップ線路に給電された電磁波を、前記誘電体基板内で前記漏出用金属ストリップと交差する方向に分岐出力する強さに応じて定めた長さの複数のスタブ(41、51)とを有していることを特徴とする誘電体漏れ波アンテナ。 - 前記線路用金属ストリップの幅を、前記電磁波を給電する給電端側から終端側に向かって段階的に狭めるように形成し、その幅が変化する位置に前記スタブを備えたことを特徴とする請求項1記載の誘電体漏れ波アンテナ。
- 前記マイクロストリップ線路は、そのほぼ中央から給電された電磁波を両端に伝搬するように構成されていることを特徴とする請求項1または請求項2記載の誘電体漏れ波アンテナ。
- 前記線路用金属ストリップの側縁には、前記マイクロストリップ線路内の電磁波の線路内波長の1/4から前記スタブの幅を減じた値にほぼ等しい幅と所定の深さと有する反射抑圧用の切欠(42)が前記各スタブに隣接する位置に設けられていることを特徴とする請求項1または請求項2記載の誘電体漏れ波アンテナ。
- 前記スタブによって前記漏出用金属ストリップ側と反対側に分岐される電磁波を前記漏出用金属ストリップ側に反射させるための反射壁を備えたことを特徴とする請求項1または請求項2または請求項3または請求項4記載の誘電体漏れ波アンテナ。
- 前記励振部が前記誘電体基板のほぼ中央部に設けられ、該励振部の両側にそれぞれ複数の前記漏出用金属ストリップが設けられていることを特徴とする請求項1または請求項2または請求項3または請求項4記載の誘電体漏れ波アンテナ。
- 前記スタブが、前記線路用金属ストリップの両方の側縁に設けられていることを特徴とする請求項6記載の誘電体漏れ波アンテナ。
- 前記スタブは、前記線路用金属ストリップの両側に左右対称に設けられ、前記線路用金属ストリップから左右の最初の前記漏出用金属ストリップまでのそれぞれの距離が、前記マイクロストリップ線路内を伝搬する電磁波の線路内波長のほほ゛1/2に等しい距離だけずれていることを特徴とする請求項7記載の誘電体漏れ波アンテナ。
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