JP6703467B2 - 電力変換器及びアンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明は、電力変換器及びアンテナ装置に関する。

特許文献１には、導波管と給電端子との間で伝送電力を相互に変換可能な電力変換器が開示されている。特許文献１の電力変換器では、導波管上に誘電体基板が配置されている。誘電体基板の下面には、貫通孔を有するグランド基板と、貫通孔内に位置する整合素子とが配置されている。一方、誘電体基板の上面には、整合素子に対向する位置に所定幅の切欠きを有するシールド板が配置されるとともに、切欠き内に位置する一端から延びる給電端子が配置されている。

導波管には、電磁波が伝搬する貫通孔が設けられており、この貫通孔とグランド基板の貫通孔とが対向している。よって、導波管の貫通孔上には、整合素子、誘電体基板、給電端子が挿入されたシールド板が順に配置されている。導波管の貫通孔内を伝搬した電磁波が整合素子に供給されると、整合素子は、誘電体基板を挟んで対向している給電端子と電磁的に結合する。これにより、導波管と給電端子との間で電力変換が行われる。

特開２０１１−２３９２５８号公報

しかしながら、特許文献１の電力変換器では、整合素子と給電端子とは誘電体基板を介して対向しているため、電力変換において誘電体の存在による電力損失が生じていた。すなわち、特許文献１の電力変換器では、整合素子と給電端子との間の誘電体の内部を電磁波が通過するが、このとき、電磁波の電界強度は、誘電体によって損失を受け、結果として電力損失が生じる。そのため、電力損失の抑制が可能な電力変換器が要望されていた。

そこで、本発明は、電力損失を抑制可能な電力変換器及びアンテナ装置を提供することを目的とする。

本発明の一観点に係る電力変換器は、電磁波が伝送される伝送部と、整合素子と、シールド板と、少なくとも１つの第１支持部と、伝送パターンと、を備える。整合素子は、前記伝送部において伝送される電磁波を送受信する。シールド板は、前記整合素子に対向して配置される。第１支持部は、前記シールド板を、前記整合素子との間に隙間を有するように支持する。伝送パターンは、前記シールド板の近傍に配置され、前記整合素子との間で電磁波を送受信する

上記電力変換器において、整合素子とシールド板とは隙間を有するように支持されているため、整合素子とシールド板との間には、比誘電率が約１．０である空気が介在する。空気は、整合素子とシールド板との間に誘電体材料を介在させる場合よりも比誘電率が小さい。これにより、整合素子とシールド板近傍の伝送パターンとの間での電磁波の送受信における電力損失を抑制できる。よって、電力損失を抑制し、効率の良い電力変換器を得ることができる。

また、整合素子とシールド板との間に誘電体材料を配置する必要がないため、電力変換器の小型化、軽量化及び低コスト化を実現できる。

上記電力変換器においては、第１支持基板と、少なくとも１つの第２支持部と、をさらに備えることができる。第１支持基板は、平面視において、前記整合素子を収容される貫通孔を有する。第２支持部は、前記整合素子と前記第１支持基板の貫通孔の内縁とを接続する。

上記電力変換器では、平面視において、整合素子は、第２支持部によって第１支持基板の貫通孔内に配置され、シールド板に対向して配置される。よって、整合素子とシールド板との間に、例えば誘電体基板等を配置することなく空気を介在させて、シールド板に対応して整合素子を配置できる。そのため、整合素子とシールド板近傍の伝送パターンとの間での電磁波の送受信における電力損失を抑制できる。

上記電力変換器においては、前記伝送部は、前記電磁波の伝送路である貫通孔を有する導波管であることができる。そして、前記導波管の貫通孔の端部の開口と、前記第１支持基板の貫通孔とが対向するように、前記第１支持基板が前記導波管の端部に載置されていることができる。

導波管の貫通孔の開口と第１支持基板の貫通孔とが対向しており、第１支持基板の貫通孔内には整合素子が位置する。整合素子は導波管の開口に対応して位置するため、導波管の貫通孔を伝搬する電磁波を受信し、あるいは、整合素子から導波管の貫通孔に電磁波を送信できる。

上記電力変換器においては、前記少なくとも１つの第１支持部は、前記整合素子の周囲を取り囲むように配置されている。

第１支持部は、整合素子の周囲を取り囲んでいる。よって、整合素子からの電磁波の不要放射を防ぎ、電力損失を抑制できる。

上記電力変換器においては、前記少なくとも１つの第１支持部は、前記シールド板に対して前記整合素子と反対側に位置する第２支持基板を含むことができる。前記第２支持基板は、前記整合素子との間に隙間を形成するように前記シールド板を支持する。

第２支持基板がシールド板を支持し、シールド板と整合素子との間に隙間を形成する。例えば、第２支持基板とシールド板とを接触させてシールド板を支持すると、シールド板を安定に支持できる。

上記電力変換器においては、平面視において、前記整合素子の中央近傍を通り、前記整合素子における電磁波の共振方向と直交する直交方向に延びる直線に対応するように、前記少なくとも１つの第１支持部が設けられていることができる。

整合素子における電磁波の共振方向の中央近傍は、定在波の節の位置に対応しており、電磁波の電界強度が中央近傍以外の他の領域に比べて小さい。シールド板は、整合素子に対向して配置されているため、整合素子の電磁波の影響を受ける。よって、シールド板において、整合素子の共振方向の中央近傍に対向する部分は、電界強度が他の領域に比べて小さい。上記構成では、第１支持部は、平面視において、整合素子の中央近傍を通り、整合素子における電磁波の共振方向と直交する直線に対応するように位置しつつ、シールド板に接続される。よって、第１支持部をシールド板に設けることにより生じる、シールド板における電磁波への影響を抑制し、電力損失を抑制できる。また、シールド板は整合素子とも対向しているため、ひいては整合素子における電磁波への影響を抑制し、電力損失を抑制できる。

なお、「中央近傍」とは、整合素子のうち電界強度の小さい領域であればよく、整合素子の中心部のみならず、中心部及びその近傍を含む意味である。また、「直交」には、概ね直交を含み、例えば、共振方向と直線とが約８０°〜約１００°の角度で交差する場合も含む。また、第１支持部は、少なくともシールド板との接続部分が当該直線に対応するように位置すればよく、必ずしも第１支持部全体が直線に対応して位置する必要はない。

上記電力変換器においては、前記第２支持部は、平面視において、前記整合素子の中央近傍を通り、前記整合素子における電磁波の共振方向と直交する直交方向に延びる直線上に設けられていることができる。

整合素子を反射壁とする電磁波は共振状態にあり、定在波が生じている。このとき、整合素子の共振方向の中央部では、定在波の節が位置する。そして、整合素子の中央近傍を通り、共振方向と直交する直線は、定在波の節の位置に対応して延びている。よって、中央近傍を通る直線上では、電磁波の電界強度が中央近傍以外の他の領域に比べて小さい。そこで、この直線上において第２支持部と整合素子とを接続することで、第２支持部を整合素子に設けることにより生じる、整合素子における電磁波への影響を抑制し、電力損失を抑制できる。

本発明の一観点に係るアンテナ装置は、電磁波の送受信を行うアンテナ素子と、前記アンテナ素子との間で電磁波の電力変換を行う上記の電力変換器と、を備える。

上記アンテナ装置においては、前記電力変換器に接続される高周波回路をさらに備えることができる。

本発明によれば、電力損失を抑制可能な電力変換器及びアンテナ装置を提供することができる。

第１実施形態に係る電力変換器の斜視図。 図１の分解斜視図。 導波管の平面図。 整合素子を含むグランド基板の平面図。 シールドユニット及び伝送パターンの平面図。 図２の直線αにおける断面図。 図２の直線γにおける断面図。 整合素子ユニットを平面視した場合における電界強度分布を示す解析図。 シールド板及び伝送パターンを平面視した場合における電界強度分布を示す解析図。 第１実施形態に係る電力変換器を含むアンテナ装置の一部分解斜視図。 第１実施形態に係る電力変換器を含む別のアンテナ装置の一部分解斜視図。 左第１支持部及び右第１支持部のシールド板に対する配置関係を示す平面図。 左第１支持部及び右第１支持部のシールド板に対する配置関係を示す平面図。 変形例に係るシールド板の斜視図。 平板状の電力変換器を示す分解斜視図。 整合素子を支持する第２支持部の別の一例を示す分解斜視図。 平板状の電力変換器を示す別の一例を示す分解斜視図。 第２実施形態に係る電力変換器の斜視図。 図１８の分解斜視図。 導波管の平面図。 整合素子を含むグランド基板の平面図。 シールドユニット及び伝送パターンの平面図。 図１９の直線αにおける断面図。 図１９の直線γにおける断面図。 シールド板を上部から平面視した場合における電界強度を示す解析図。 第２実施形態の変形例に係る電力変換器の分解斜視図。 平板状の電力変換器を示す分解斜視図。 整合素子を支持する第２支持部の別の一例を示す分解斜視図。 平板状の電力変換器を示す別の一例を示す分解斜視図。 第３実施形態に係る電力変換器の斜視図。 図３０の分解斜視図。 導波管の平面図。 整合素子を含むグランド基板の平面図。 シールドユニット及び伝送パターンの平面図。 図３１の直線αにおける断面図。 図３１の直線γにおける断面図。 平板状の電力変換器を示す分解斜視図。 整合素子を支持する第２支持部の別の一例を示す分解斜視図。 平板状の電力変換器を示す別の一例を示す分解斜視図。 左第２支持部及び右第２支持部の整合素子に対する配置関係を示す平面図。 左第２支持部及び右第２支持部の整合素子に対する配置関係を示す平面図。

以下、図面を参照しつつ、本発明の第１実施形態に係る平面アンテナ及びこれを含むアンテナ装置について説明する。
＜１．第１実施形態＞
以下では、まず第１実施形態の電力変換器について説明し、その後、この電力変換器を有するアンテナ装置について説明する。この電力変換器は、電磁波を送受信するアンテナと、ミリ波及びマイクロ波などの高周波を送受信する高周波回路との間で電力の変換を行う機器である。

（１）電力変換器の構成
図１は、第１実施形態に係る電力変換器の斜視図である。図２は、図１の分解斜視図である。図３は、導波管の平面図である。図４は、整合素子を含むグランド基板の平面図である。図５は、シールドユニット及び伝送パターンの平面図である。図６は、図２の直線αにおける断面図である。図７は、図２の直線γにおける断面図である。

以下では、図１等に示す方向、つまり上、下、前、後、右、左にしたがって説明を行う。但し、この向きによって、本発明が限定されるものではないが、本実施形態の「前後方向」が本発明の共振方向に相当し、「左右方向」が本発明の共振方向と直交する方向に相当する。

また、以下の説明において、ある部分の管内波長という場合には、ある部分に隣接するあらゆる構成によって影響を受けた、ある部分の電磁波の波長を意味するものとする。例えば、後述するように、整合素子における電磁波の管内波長とは、整合素子が設けられているグランド基板、整合素子と対向するシールド板、整合素子周囲の空気等、整合素子の周囲のあらゆる構成によって影響を受けた、整合素子における電磁波の波長を意味するものとする。

図１に示すように、この電力変換器１００は、電磁波が電送される導波管（伝送部）１１と、導波管１１を通過する電磁波を送受信する整合素子１９を含む整合素子ユニット１７と、整合素子１９との間に隙間をおいて配置され、電磁波の不要放射を抑制するためのシールドユニット２４と、このシールドユニット２４の近傍に設けられ、電磁波を伝送する伝送パターン２９とを含む。以下に、導波管１１、整合素子ユニット１７、シールドユニット２４及び伝送パターン２９の各部の構成について説明する。

（１−１）導波管１１
導波管１１は、導電性材料から形成された筐体である。図２、図３、図６、図７等に示すように、導波管１１の中央部には、上下方向に貫通する直方体状の貫通孔１５が形成されている。この貫通孔１５は、上端の上部開口１３と、下端の下部開口１６とを有しており、上部開口１３から下部開口１６に至るまで概ね一定の大きさである。下部開口１６は、電磁波の送受信端子となる結合素子と対向し、上部開口１３は、整合素子ユニット１７の整合素子１９と対向する。よって、結合素子から供給された電磁波は、下部開口１６を介して導波管１１の貫通孔１５内に入り、貫通孔１５の内壁面を反射壁として伝播し、上部開口１３を介して整合素子ユニット１７の整合素子１９に供給される。逆に、整合素子１９からの電磁波は、上部開口１３を介して導波管１１の貫通孔１５内を伝播し、下部開口１６を介して結合素子に供給される。

図３に示すように、貫通孔１５の上部開口１３は、前後方向に延びる一対の短辺と、左右方向に延びる一対の長辺とを有する長方形状である。そして、一対の長辺の長さＬ１は、１／２λａより大きい。ここで、λａは、貫通孔１５を伝播する電磁波の管内波長である。この貫通孔１５内における電磁波の遮断波長は２×Ｌ１である。つまり、遮断波長と長辺の長さＬ１とがこの関係を満たす場合、電磁波は減衰する。よって、貫通孔１５内の管内波長λａは２×Ｌ１より小さくする必要がある。上記の構成によれば、上部開口１３の長辺の長さＬ１は１／２λａより大きいため、電磁波の減衰を抑制できる。長さＬ１は、例えば２．８ｍｍ〜３．６ｍｍとすることができる。

また、上部開口１３の短辺の長さＬ２は、長辺の長さＬ１より小さいか、あるいは長さＬ１×１／２である。長さＬ２は、例えば１．４ｍｍ〜１．８ｍｍとすることができる。このように長さＬ２を定義することで、短辺が延びる前後方向を電磁波の共振方向とすることができる。一方、長さＬ２を上記のように定義しない場合には、共振方向が、上部開口１３の短辺が延びる前後方向から変化してしまい、導波管１１の貫通孔１５において電磁波を共振状態に維持できず電力損失が大きくなる。

（１−２）整合素子ユニット１７
整合素子ユニット１７は、板状のグランド基板１８と、導波管１１との間で電磁波を送受信する整合素子１９と、整合素子１９をグランド基板１８に対して支持する第２支持部２１とを含む。グランド基板１８の中央部には、上下方向に貫通する長方形状の貫通孔２３が形成されている。整合素子１９は、貫通孔２３よりも小さく、第２支持部２１によって貫通孔２３内に支持されて配置されている。以下に、整合素子ユニット１７の各部について説明する。

（ａ）グランド基板１８
グランド基板（第１支持基板）１８は、接地された板状の基板であり、導波管１１の上面に接触して配置される。グランド基板１８に形成された貫通孔２３は、上述した導波管１１の上部開口１３に対応して位置合わせされている。また、貫通孔２３内には、整合素子１９が配置されているため、上部開口１３を介して導波管１１と整合素子１９との間で電磁波が送受信される。また、整合素子１９の周囲はグランド基板１８により取り囲まれているため、整合素子１９からの電磁波の不要放射の広がりがグランド基板１８により抑制されている。

グランド基板１８は、例えば図７に示すように概ね均一の厚みＷ１を有している。厚みＷ１は、特に限定されないが、小さいほどグランド基板１８を薄板状に形成できる。よって、電力変換器１００を薄型化することができる。厚みＷ１は、例えば０．１００ｍｍ〜０．３００ｍｍとすることができる。また、グランド基板１８の貫通孔２３と、導波管１１の上部開口１３とは、同様の形状及び寸法を有する。つまり、貫通孔２３は、長さＬ２を有して前後方向に延びる一対の左辺２３Ｌ及び右辺２３Ｒと、長さＬ１を有して左右方向に延びる一対の前辺２３Ｆ及び後辺２３Ｂとを有する長方形状である。

（ｂ）整合素子１９
また、整合素子１９は、導波管１１の貫通孔１５に電磁波を送信し、又は貫通孔１５から電磁波を受信する素子である。整合素子１９は矩形状であり、左右方向に対向する一対の左第１辺１９Ｌ及び右第１辺１９Ｒと、前後方向に対向する一対の前第２辺１９Ｆ及び後第２辺１９Ｂとを有する。このとき、左第１辺１９Ｌと左辺２３Ｌとが、後述の第２支持部２１の左第２支持部２１Ｌによって接続されている。また、右第１辺１９Ｒと右辺２３Ｒとが、後述の第２支持部２１の右第２支持部２１Ｒによって接続されている。そして、整合素子１９は、その各辺１９Ｌ、１９Ｒ、１９Ｆ、１９Ｂが、それぞれ貫通孔２３の各辺２３Ｌ、２３Ｒ、２３Ｆ、２３Ｂから離隔するように配置されている。よって、整合素子１９は、グランド基板１８の貫通孔２３内に第２支持部２１のみを介して支持される。

整合素子１９及び貫通孔２３は、図２及び図４等に示すように、整合素子１９及び貫通孔２３の前後方向及び左右方向の中心である中心点βを同じ中心として配置されている。ここで、直線αは、中心点βを通り前後方向に延びる。また、直線γは、中心点βを通り左右方向に延びる。そして、整合素子１９及び貫通孔２３それぞれは、直線αに対して左右対称であり、かつ、直線γに対して前後対称である。

整合素子１９において、前第２辺１９Ｆと後第２辺１９Ｂとの間隔の長さＬ３は、整合素子１９における電磁波の管内波長をλｇとすると、１／２λｇである。言い換えれば、左第１辺１９Ｌ及び右第１辺１９Ｒのそれぞれの前後方向の長さＬ３は１／２λｇである。長さＬ３は、例えば１．２ｍｍ〜１．４ｍｍとすることができる。このように長さＬ３が１／２λｇである場合、整合素子１９における電磁波は前後方向を共振方向とする共振状態となり定在波が生じる。つまり、整合素子１９において、電磁波は、前後方向において反射を繰り返す定在波となる。このとき、整合素子１９の共振方向の中央部、つまり前第２辺１９Ｆと後第２辺１９Ｂとの中間部分では、定在波の節が位置する。一方、一対の前第２辺１９Ｆ及び後第２辺１９Ｂそれぞれでは、定在波の腹が位置する。このように整合素子１９において電磁波がある共振周波数で共振して定在波が形成されることで、電力損失を最小化できる。

また、整合素子１９において、左第１辺１９Ｌと右第１辺１９Ｒとの間隔の長さＬ４は、前第２辺１９Ｆ及び後第２辺１９Ｂのそれぞれの左右方向の長さである。長さＬ４は、前述の貫通孔２３の左右方向の長さＬ１より短ければ特に限定されない。例えば、整合素子１９は正方形状であり、長さＬ４は長さＬ３と同程度であり、長さＬ１より短くすることができる。長さＬ４は、例えば１．２ｍｍ〜２．８ｍｍとすることができる。なお、整合素子１９の厚み（図６、図７）は、特に限定されないが、グランド基板１８の厚みＷ１と概ね同一である。これにより、電力変換器１００を薄型化することができる。

（ｃ）第２支持部２１
図１、図２、図４等に示すように、第２支持部２１は、左第２支持部２１Ｌ及び右第２支持部２１Ｒを含み、整合素子１９をグランド基板１８に支持しており、左右方向に延びる棒状部材である。左第２支持部２１Ｌと右第２支持部２１Ｒとは直線αを中心として左右対称であるので、以下では右第２支持部２１Ｒについてのみ説明する。

右第２支持部２１Ｒは、貫通孔２３の右辺２３Ｒの前後方向の中心と、整合素子１９の右第１辺１９Ｒの前後方向の中心とを接続する。よって、右第２支持部２１Ｒは、整合素子１９の中心点βを通って左右方向に延びる直線γに沿って配置されている。

上記のように、右第２支持部２１Ｒが直線γ上に配置されて整合素子１９に接続されている理由について以下に説明する。図８は、整合素子ユニット１７を平面視した場合における電界強度分布を示す解析図である。図８の解析では、整合素子ユニット１７に対して、例えば、電力１Ｗ、周波数７６ＧＨｚの条件を適用している。整合素子１９の電界強度分布を参照すると、整合素子１９の前第２辺１９Ｆ及び後第２辺１９Ｂを含む領域Ｉ及びＩＩにおいて、電界強度が最も大きい。前第２辺１９Ｆの左右方向の中央部では、伝送パターン２９と重畳している部分において、電界強度が大きい領域が前第２辺１９Ｆから後に向かって突出している。一方、直線γを含む領域ＩＩＩは、電界強度が最も小さい。つまり、直線γを含む領域ＩＩＩは、整合素子１９の領域Ｉ及びＩＩに比べて、電界強度が小さい。これは、整合素子１９における電磁波の定在波の腹が、前第２辺１９Ｆ及び後第２辺１９Ｂに位置し、定在波の節が直線γを含む整合素子１９の中央近傍に位置するからである。このように、定在波の節が位置する領域では電位がゼロとなりショートした状態となる。そして、この直線γ上において右第２支持部２１Ｒと整合素子１９とを接続することで、右第２支持部２１Ｒを整合素子１９に設けることにより生じる、整合素子１９における電磁波への影響を抑制し、電力損失を抑制できる。

右第２支持部２１Ｒの左右方向の長さＬ５（図４）は、整合素子１９とグランド基板１８とを接続できればよく、整合素子１９の左右方向の長さＬ４及び貫通孔２３の左右方向の長さＬ１等を考慮して決定される。長さＬ５は、例えば０．１ｍｍ〜１．２ｍｍとすることができる。また、右第２支持部２１Ｒの前後方向の長さＬ７は、整合素子１９の左第１辺１９Ｌ及び右第１辺１９Ｒの長さＬ３よりも小さければ特に限定されない。ただし、長さＬ７が小さい方が、右第２支持部２１Ｒが整合素子１９の電磁波に与える影響を小さくすることができ好ましい。長さＬ７は、例えば０．１ｍｍ〜０．４ｍｍとすることができる。さらに、右第２支持部２１Ｒの上下方向の厚みは、グランド基板１８及び整合素子１９の厚みＷ１（図７）と概ね同一である。なお、整合素子１９の前第２辺１９Ｆ及び貫通孔２３の前辺２３Ｆ間と、後第２辺１９Ｂ及び後辺２３Ｂ間とは、同じ長さＬ６（図４）を有して離隔している。長さＬ６は、例えば０．１ｍｍ〜０．５ｍｍとすることができる。

なお、左第２支持部２１Ｌと、右第２支持部２１Ｒとは直線αを中心として左右対称であり、同じ長さＬ５を有する。この場合、これら支持部２１Ｌ、２１Ｒが非対称に配置されている場合に比べて、整合素子１９における電磁波の共振状態の不均一を抑制できる。つまり、互いに対向する左第２支持部２１Ｌと右第２支持部２１Ｒとが対称に配置されていると、これらが整合素子１９における電磁波に与える影響が対称となる。これにより、整合素子１９における電磁波の共振状態を、直線αに対して対称に維持できる。そのため、共振状態の不均一による電力損失を抑制できる。

（ｄ）整合素子ユニット１７の材料及び加工方法
上記の、グランド基板１８、整合素子１９及び第２支持部２１は例えば導体から形成されており、例えば金、銀、銅、銅合金、アルミニウム等の金属から適切な材料が選択される。グランド基板１８、整合素子１９及び第２支持部２１は、例えば打ち抜き加工等により一体に形成される。その他、グランド基板１８、整合素子１９及び第２支持部２１は、メッキ処理及びフォトレジストリソグラフィ等により基体上に薄膜状に一体に導体を形成した後、形成された導体を基体から剥離することで得られてもよい。

また、グランド基板１８、整合素子１９及び第２支持部２１それぞれは、異なる材料であってもよい。例えば、第２支持部２１は導体ではなく、絶縁材料で形成されていてもよい。第２支持部２１を絶縁材料で形成する場合には、整合素子１９と第２支持部２１との導電率の違いによって、整合素子１９における電磁波が第２支持部２１によって影響を受けるのを抑制できる。

（１−３）シールドユニット２４
シールドユニット２４は、シールド板２５と、シールド板２５をグランド基板１８上に支持する第１支持部２７とを含む。以下に各部について説明する。
（ａ）シールド板２５
図１、図２、図４、図５等に示すように、シールド板２５は、長方形状の板状基板であり、第１支持部２７に支持されることにより、整合素子１９との間に隙間を有して、その上方を覆うように配置されている。シールド板２５の前側の端部には後側に凹む矩形状の切欠き２５ａが形成されている。切欠き２５ａ内には、伝送パターン２９の後方端部２９ａが非接触状態で挿入されている。このようなシールド板２５は、整合素子１９及び伝送パターン２９等から漏出した電磁波が、例えば空気中等に広がるのを抑制する。よって、整合素子１９と伝送パターン２９との間での電磁波の送受信効率を高め、電力損失を抑制できる。

シールド板２５は、図５に示すように、左右方向に対向する左シールド辺２５Ｌ及び右シールド辺２５Ｒと、前後方向に対向する前シールド辺２５Ｆ及び後シールド辺２５Ｂとを有する。シールド板２５の左右方向に延びる前シールド辺２５Ｆ及び後シールド辺２５Ｂの長さＬ１１と、シールド板２５の前後方向に延びる左シールド辺２５Ｌ及び右シールド辺２５Ｒの長さＬ１２とは、整合素子１９及び貫通孔２３を覆う大きさであれば特に限定されない。例えば、長さＬ１１は３．５ｍｍ〜４．５ｍｍとすることができ、長さＬ１２は２．４ｍｍ〜３．１ｍｍとすることができる。また、図６、図７に示すように、シールド板２５の上下方向の厚みはＷ２である。厚みＷ２は、例えば０．０１２ｍｍ〜０．３００ｍｍとすることができる。

（ｂ）第１支持部２７
第１支持部２７は、図１及び図２等に示すように、Ｌ字型に形成されており、グランド基板１８に対してシールド板２５を支持することで、シールド板２５と整合素子１９との間に隙間を形成している。第１支持部２７は、直線αを中心として左右対称な左第１支持部２７Ｌと右第１支持部２７Ｒとを有する。よって、以下では、右第１支持部２７Ｒについてのみ説明する。

右第１支持部２７Ｒは、右第１水平部２７ＨＲ及び右第１垂直部２７ＶＲを有するＬ字型に形成されている。右第１水平部２７ＨＲは、図４及び図５に示すように、左右方向に延びる直方体状の棒状部材であり、シールド板２５の右シールド辺２５Ｒの中心に接続され、直線γに沿って延びている。そして、右第１水平部２７ＨＲの右端部に、右第１垂直部２７ＶＲが接続されている。右第１垂直部２７ＶＲは、上下方向に延びており、その下端がグランド基板１８に接続されている。例えば、右第１垂直部２７ＶＲの下端は、グランド基板１８に設けた開口に挿入されて固定することができる。但し、第１支持部２７の固定方法はこれには限定されない。

ここで、右第１支持部２７Ｒ（右第１水平部２７ＨＲ及び右第１垂直部２７ＶＲ）が直線γに沿って配置されている理由について以下に説明する。図９は、シールド板及び伝送パターンを平面視した場合における電界強度分布を示す解析図である。解析時の適用条件は図８と同様である。図９を参照すると、シールド板２５の４つの角部を含む領域ＩＶ、Ｖ、ＶＩ、ＶＩＩと、伝送パターン２９を含む領域ＶＩＩＩにおいて、電界強度が最も大きい。一方、直線γを含む領域ＩＸ、Ｘは、電界強度が最も小さい。つまり、領域ＩＸ、Ｘは、領域ＩＶ、Ｖ、ＶＩ、ＶＩＩ及びＶＩＩＩに比べて、電界強度が小さい。ここで、整合素子１９の共振方向の中央近傍、つまり直線γを含む領域は、定在波の節の位置に対応しており、電磁波の電界強度が中央近傍以外の他の領域に比べて小さい。シールド板２５は、この整合素子１９に対向して配置されているため、整合素子１９の電磁波の影響を受ける。よって、整合素子の１９共振方向の中央近傍に対向する、シールド板２５の中央近傍の領域ＩＸ、Ｘの電界強度は、中央近傍以外の他の領域ＩＶ、Ｖ、ＶＩ、ＶＩＩの電界強度に比べて小さい。

右第１支持部２７Ｒは、直線γを含み、前述のように電界強度が他の領域よりも小さい領域ＩＸ、Ｘに対応してシールド板２５に接続されている。よって、右第１支持部２７Ｒをシールド板２５に設けることにより生じる、シールド板２５における電磁波への影響を抑制し、電力損失を抑制できる。また、シールド板２５は整合素子１９とも対向しているため、ひいては整合素子１９における電磁波への影響を抑制し、電力損失を抑制できる。

右第１水平部２７ＨＲの前後方向の長さＬ１４（図５）は、特に限定されない。しかし、長さＬ１４が小さいほど、右第１水平部２７ＨＲがシールド板２５における電磁波に与える影響が小さく好ましい。例えば、長さＬ１４は、右シールド辺２５Ｒの前後方向の長さＬ１２よりも十分に小さいのが好ましい。また、長さＬ１４は、右第２支持部２１Ｒの前後方向の長さＬ７と同程度であってもよく、例えば０．１００ｍｍ〜０．４００ｍｍとすることができる。

右第１水平部２７ＨＲの上下方向の厚みは、シールド板２５の上下方向の厚みはＷ２と概ね同一とすることができるが（図７）、厚みＷ２とは異なっていてもよい。

右第１水平部２７ＨＲの左右方向の長さＬ１０（図５、図７）は、特に限定されないが、シールド板２５をグランド基板１８に対して支持できる長さが好ましい。例えば、Ｌ１０とシールド板２５の左右方向の長さＬ１１との合計長さが、グランド基板１８の貫通孔２３の左右方向の長さＬ１よりも長い。また、長さＬ１０は、例えば、右第１水平部２７ＨＲがシールド板２５における電磁波に与える影響を小さくできる程度が好ましい。長さＬ１０は、例えば０．５ｍｍ〜１．５ｍｍとすることができる。

右第１垂直部２７ＶＲの上下方向の長さＬ９（図６、図７）は、シールド板２５とグランド基板１８との間に隙間を形成し、ひいてはシールド板２５と整合素子１９との間に隙間を形成できる長さである。また、長さＬ９は、シールド板２５と整合素子１９との間に電磁波を閉じ込めることができる長さであるのが好ましい。具体的には、長さＬ９は、例えば０．０８０ｍｍ〜０．２５０ｍｍとすることができる。一方、右第１垂直部２７ＶＲの左右方向の長さＬ１３（図７）は、例えば、シールド板２５及び右第１水平部２７ＨＲを支持できる強度等に基づいて決定される。具体的には、長さＬ１３は、例えば０．０２０ｍｍ〜０．２００ｍｍとすることができる。また、右第１垂直部２７ＶＲの前後方向の長さは特に限定されないが、右第１水平部２７ＨＲの前後方向の長さＬ１４と同程度である（図５）。

なお、前述の第２支持部２１と同様に、左第１支持部２７Ｌと右第１支持部２７Ｒは直線αを中心として左右対称である。この場合、これら支持部２７Ｌ、２７Ｒが非対称に配置されている場合に比べて、シールド板２５における電磁波の不均一を抑制できる。ひいては、シールド板２５に対向する整合素子１９における電磁波の共振状態の不均一を抑制でき、電力損失を抑制できる。

（ｃ）シールドユニット２４の材料及び加工方法
シールドユニット２４の材料及び加工方法は、前述の整合素子ユニット１７の材料及び加工方法と同様であり、例えば、金、銀、銅、銅合金、アルミニウム等の金属から適切な材料が選択され、打ち抜き加工等により形成される。なお、シールド板２５及び第１支持部２７は一体に形成してもよいし、別個に形成して組み合わせてもよい。

（１−４）伝送パターン２９
図５に示すように、伝送パターン２９は、シールド板２５の切欠き２５ａ内に挿入されている後方端部２９ａから前方に向かって前後方向に延びる帯状に形成されている。そして、図４に示すように、後方端部２９ａが整合素子１９の端部と重畳している。つまり、整合素子１９の前後方向の中央部よりも前側において、伝送パターン２９の後方端部２９ａと、整合素子１９とが重畳している。伝送パターン２９は、後述の平面アンテナ２００に接続されて支持されており、シールド板２５と概ね面一に配置されている。

伝送パターン２９では、その延びる前後方向に電磁波が伝送される。整合素子１９における電磁波の共振方向は前後方向であり、整合素子１９と伝送パターン２９との間で電磁波が前後方向に沿ってスムーズに伝送され、電力損失を抑制できる。さらには、導波管１１内の電磁波の共振方向も前後方向であるので、導波管１１、整合素子１９及び伝送パターン２９間において、電力損失を抑制して電磁波を送受信できる。

（２）アンテナ装置の構成
次に、上記の電力変換器１００を含むアンテナ装置１０００について説明する。図１０は、第１実施形態に係る電力変換器１００を含むアンテナ装置の一部分解斜視図である。図１１は、第１実施形態に係る電力変換器１００を含む別のアンテナ装置の一部分解斜視図である。

図１０、図１１に示すアンテナ装置１０００は、上記第１実施形態に係る電力変換器１００と、電磁波を受送信する平面アンテナ２００と、ミリ波及びマイクロ波などの高周波を送受信する高周波回路３００と、を含む。アンテナ装置１０００は、さらに、電力変換器１００との間で電磁波を送受信する結合素子１６０と、結合素子１６０と高周波回路３００との間に接続される導体パターン１６５とを含む。

高周波回路３００は、例えばＭＭＩＣ（monolithic microwave integrated circuit：モノシリックマイクロ波集積回路）であり、上記のように、ミリ波及びマイクロ波などの高周波を送受信する。この高周波回路３００は、導体パターン１６５の一方の第１端部１６５ａに接続されており、他方の第２端部１６５ｂに接続された結合素子１６０に電磁波を送信し、又は結合素子１６０から電磁波を受信する。結合素子１６０は、導波管１１の貫通孔１５の下部開口１６に対向して配置されており、導波管１１との間で電磁波を送受信する。また、平面アンテナ２００は、高周波回路３００から送信され、電力変換器１００において電力変換された電磁波を放射する。一方、平面アンテナ２００は、電磁波を受信すると、受信した電磁波を電力変換器１００を介して、高周波回路３００に送信する。

なお、以下では、電力変換器１００に接続される平面アンテナ２００の例として、構成１、２を挙げて説明する。構成１，２は平面アンテナの例であり、いずれも用いることができるが、これ以外の平面アンテナであってもよい。

（２ー１）構成１
まず、平面アンテナ２００の構成１について、図１０を用いて説明する。図１０に示す構成１の平面アンテナ２００は、電磁波を送受信する４個の第１〜第４アンテナ導体２１３（２１３ａ〜２１３ｄ）と、接地されたグランド導体２１６と、各アンテナ導体２１３をグランド導体２１６に対して支持する第１〜第４支持部２１５（２１５ａ〜２１５ｄ）とを含む。また、４個の第１〜第４アンテナ導体２１３ａ〜２１３ｄは、一直線上に並び、互いに第２〜第４接続導体２１１ｂ〜２１１ｄによって接続されている。そして、最後尾に配置された第１アンテナ導体２１３ａが、第１接続導体２１１ａを介して伝送パターン２９と接続されており、この伝送パターン２９は、電力変換器１００に接続されている。

各アンテナ導体２１３及びグランド導体２１６は平板状の導体で形成されており、第１〜第４支持部２１５によって上下方向に互いに隙間を有して対向している。よって、電磁波は、アンテナ導体２１３とグランド導体２１６との間の空間内を反射しながら伝搬する。空気の比誘電率は約１．０であり誘電体材料よりも小さいため、電磁波が上記隙間を伝搬する際の電力損失が抑えられる。また、ここでは、伝送パターン２９は、第１接続導体２１１ａに接続され、第１〜第４支持部２１５（２１５ａ〜２１５ｄ）によってグランド導体２１６に対して支持されている。ただし、伝送パターン２９そのものに、グランド導体２１６に対して支持する支持部が設けられてもよい。

（２ー２）構成２
次に、平面アンテナ２００の構成２について、図１１を用いて説明する。図１１に示す構成２の平面アンテナ２００は、構成１の平面アンテナ２００の第１〜第４支持部２１５を備えておらず、代わりに、アンテナ導体２１３とグランド導体２１６との間に誘電体２１４が介在している。つまり、平面アンテナ２００は、電磁波を送受信する４個の第１〜第４アンテナ導体２１３（２１３ａ〜２１３ｄ）と、接地されたグランド導体２１６と、これらの導体の間に挟まれた誘電体２１４とを含む。その他の構成は、構成１の平面アンテナ２００と同様であるので説明を省略する。

（３）特徴
（３−１）
上記第１実施形態では、整合素子１９とシールド板２５とは隙間を有するように支持されているため、整合素子１９とシールド板２５との間には、比誘電率が約１．０である空気が介在する。空気は、整合素子１９とシールド板２５との間に誘電体材料を介在させる場合よりも比誘電率が小さい。これにより、整合素子１９とシールド板２５近傍の伝送パターン２９との間での電磁波の送受信における電力損失を抑制できる。よって、電力損失を抑制し、効率の良い電力変換器１００を得ることができる。また、整合素子１９とシールド板２５との間に誘電体材料を配置する必要がないため、電力変換器１００の小型化、軽量化及び低コスト化を実現できる。

（３−２）
上記第１実施形態では、第１支持部２７は、平面視において、整合素子１９の中心点βを通る直線γに対応するように位置しつつ、シールド板２５に接続される。前述の通り、直線γは整合素子１９の中央近傍に対応しており、定在波の節が位置する。そのため、シールド板２５において、整合素子１９の電磁波の共振方向の中央近傍に対向する部分は、電界強度が他の領域に比べて小さい。よって、第１支持部２７を直線γに対応してシールド板２５に設けることで、シールド板２５における電磁波への影響を抑制し、電力損失を抑制できる。また、シールド板２５は整合素子１９とも対向しているため、ひいては整合素子１９における電磁波への影響を抑制し、電力損失を抑制できる。

（３−３）
上記第１実施形態では、整合素子１９の中心点βを通り、左右方向に延びる直線γに対応して第１支持部２７が位置する。ここで、整合素子１９における電磁波は共振状態にあり、整合素子１９の共振方向の中央部では、定在波の節が位置する。そして、直線γは、定在波の節の位置に対応して延びている。よって、整合素子１９の中央近傍を通る直線γ上では、電磁波の電界強度が中央近傍以外の他の領域に比べて小さい。しかし、整合素子１９の左第１辺１９Ｌと右第１辺１９Ｒでは、整合素子１９の中央部に比べて、電磁波の電界強度が大きくなる傾向にある。これは、左第１辺１９Ｌ、右第１辺１９Ｒでは、整合素子１９が空気と接することで、整合素子１９の実効誘電率が変化し、この変化によって電磁波が集中し易くなることによると考えられる。

そこで、上記実施形態では、まず、第１支持部２７の第１水平部２７Ｈ（２７ＨＬ、２７ＨＲ）が、シールド板２５のシールド辺の中央近傍を始点として、シールド板２５から離れる終端に向かって平面に沿って延びる。つまり、第１支持部２７において、第１水平部２７Ｈがまず、電磁波の電界強度が大きいシールド板２５のシールド辺から離れるように、シールド板２５の平面に沿って延びる。これにより、第１水平部２７Ｈにおいて、電界強度の大きな電磁波が集中するのを抑制できる。そして、第１支持部２７の第１垂直部２７Ｖ（２７ＶＬ、２７ＶＲ）は、第１水平部２７Ｈの終端からグランド基板１８に向かって延びる。これにより、第１支持部２７を設けることにより生じる、シールド板２５における電磁波への影響を抑制し、ひいては整合素子１９における電磁波への影響を抑制し、電力損失を抑制できる。

（４）変形例
以下に、第１実施形態の電力変換器１００の変形例について説明する。なお、以下の第２、第３実施係形態と同様の変形例については、共通の変形例として後述する。

（４−１）
上記第１実施形態では、第１支持部２７は直線γに対応しているが、必ずしも直線γに対応している必要はない。例えば、第１支持部２７は、電磁波が形成する定在波の節の位置、つまり整合素子１９の中央近傍に対応して位置すればよい。なお、「中央近傍」とは、整合素子１９のうち電界強度の小さい領域であればよく、整合素子１９の中心点βのみならず、中心点β及びその近傍を含む意味である。例えば、整合素子１９の対向する前第２辺１９Ｆ及び後第２辺１９Ｂからλｇ／４の近傍、つまり前第２辺１９Ｆ及び後第２辺１９Ｂ間の中央部分ということができる。この位置に第１支持部２７を設けることで、電力損失を抑制できる。なお、一組の前第２辺１９Ｆ及び後第２辺１９Ｂからλｇ／４の近傍とは、例えば、一組の前第２辺１９Ｆ及び後第２辺１９Ｂからλｇ／４を中心として、±λｇ／８の範囲ということができる。

さらには、第１支持部２７は、整合素子１９における電磁波の定在波の節を通って左右方向に延びる直線に対応して位置すれば、必ずしも整合素子１９の中央近傍に対応して位置する必要はない。

（４−２）
上記第１実施形態では、左第１支持部２７Ｌと右第１支持部２７Ｒとは、直線αを中心として概ね左右対称である。しかし、少なくとも、左第１支持部２７Ｌとシールド板２５との接続部分と、右第１支持部２７Ｒとシールド板２５との接続部分とが左右対称であればよい。そのような例として図１２を用いて説明する。図１２は、左第１支持部及び右第１支持部のシールド板に対する配置関係を示す平面図である。

図１２では、左第１水平部２７ＨＬとシールド板２５との接続部分と、右第１支持部２７Ｒとシールド板２５との接続部分とは、直線αに対して概ね左右対称である。しかし、左第１支持部２７Ｌと右第１支持部２７Ｒとは反転対称に配置されている。この場合でも、各支持部２７Ｌ及び２７Ｒとシールド板２５との接続部分が左右対称であるため、シールド板２５における電磁波が不均一となるのが抑制される。ひいては、シールド板２５に対向する整合素子１９における電磁波の共振状態の不均一による電力損失を抑制できる。

また、例えば、左第１支持部２７Ｌと右第１支持部２７Ｒとは、例えば、図１３のように直線αを中心として非対称に配置されていてもよい。図１３は、左第１支持部及び右第１支持部のシールド板に対する配置関係を示す平面図である。図１３では、各支持部２７Ｌ及び２７Ｒとシールド板２５との接続部分が左右対称であるが、各支持部２７Ｌ及び２７Ｒは直線αに対して非対称に配置されている。この場合も、各支持部２７Ｌ及び２７Ｒとシールド板２５との接続部分が左右対称であるため、シールド板２５における電磁波が不均一となるのが抑制され、電力損失を抑制できる。さらには、左第１支持部２７Ｌと右第１支持部２７Ｒとの長さは必ずしも同一である必要はない。ただし、これらの長さが左右で同一である場合には、シールド板２５における電磁波の状態が概ね均一となり好ましい。

（４−３）
上記第１実施形態では、第１支持部２７はＬ字型に形成されている。しかし、第１支持部２７は直方体状に形成されてもよい。図１４は、変形例に係るシールド板の斜視図である。図１４に示す通り、直線γに対応する位置において、右第１支持部２７Ｒがシールド板２５の右シールド辺２５Ｒからグランド基板１８に延び、左第１支持部２７Ｌが左シールド辺２５Ｌからグランド基板１８に延びる。その他、第１支持部２７は、直線γに対応する位置であり、かつシールド板２５の下部からグランド基板１８に向かって延びてもよい。

（４−４）
上記第１実施形態では、高周波回路３００が導体パターン１６５を介して導波管１１と接続されているが、導波管１１を用いない構成にも本発明を適用できる。図１５は、平板状の電力変換器を示す分解斜視図である。図１５に示す電力変換器１０５は、下から順に第１基板ユニット１０１（伝送部）と、第２基板ユニット１０７と、シールドユニット２４とが順に互いに接触するように積層されて構成されている。伝送パターン２９はシールドユニット２４に隣接して配置されている。シールドユニット２４及び伝送パターン２９は、上記第１実施形態と同様であるので説明を省略する。

第１基板ユニット１０１は、矩形状の第１基板１１０を備え、第１基板１１０の上面に、矩形状の結合素子１１１と、第１伝送パターン１１２と、接地電位を有する第１上面グラウンド１１３とが配置されている。第１伝送パターン１１２は前後方向に延びており、後側の第１端部１１２ａには、図視しない高周波回路３００が接続可能となっている。また、第１伝送パターン１１２は、前側の第２端部１１２ｂにおいて、結合素子１１１と接続されている。第１上面グラウンド１１３は、平面視において、第１伝送パターン１１２及び結合素子１１１に対応する部分には配置されておらず、これらを取り囲むように配置されている。一方、第１基板１１０の第１下面１１０ｂには、概ね全体に亘って接地電位を有する第１下面グラウンド１１４が配置されている。

第２基板ユニット１０７は、整合素子ユニット１７と、整合素子ユニット１７の下部に配置された固定部材１３０と、を含む。固定部材１３０は、整合素子ユニット１７の貫通孔２３に対応する領域には設けられていない。固定部材１３０は、整合素子１９と結合素子１１１とが対向するように、第２基板ユニット１０７と第１基板ユニット１０１とを互いに固定する。このとき、第２基板ユニット１０７と第１基板ユニット１０１とを固定部材１３０を介して固定するため、整合素子１９と結合素子１１１との間には空気が介在している。そのため、整合素子１９と結合素子１１１との間の電力損失を抑制できる。整合素子ユニット１７は、上記第１実施形態と同様であるので説明を省略する。

上記の電力変換器１０５では、高周波回路３００から第１伝送パターン１１２の第１端部１１２ａに電磁波が入力される。入力された電磁波は、第１伝送パターン１１２の第２端部１１２ｂに伝送され、これに連続する結合素子１１１に供給される。次に、結合素子１１１と整合素子１９とは空気を介して互いに電磁的に結合し、結合素子１１１と整合素子１９との間で電力変換が行われる。整合素子１９を経た電磁波は、伝送パターン２９から図示しない平面アンテナ２００に向かって伝送され、平面アンテナ２００から電磁波が放射される。一方、平面アンテナ２００が電磁波を受信する場合は、前述と逆の順序で電磁波が電力変換器１００を経て高周波回路３００に伝送される。

（４−５）
上記第１実施形態では、整合素子１９は第２支持部２１を介してグランド基板１８に接続されている。しかし、整合素子１９は、グランド基板１８を介さず、第２支持部２１によって導波管１１に対して支持されてもよい。図１６は、整合素子を支持する第２支持部の別の一例を示す分解斜視図である。図１６の電力変換器１０５ａでは、整合素子１９は、左第１辺１９Ｌの前後方向の中央部に接続されたＬ字型の左第２支持部２１Ｌと、右第１辺１９Ｒの前後方向の中央部に接続されたＬ字型の右第２支持部２１Ｒとによって、導波管１１の上面に支持される。第２支持部２１は、導波管１１上に整合素子１９を支持できれば形状は特に限定されない。例えば、図１６に示すように、左第２支持部２１Ｌは左水平部２１ＨＬ及び左垂直部２１ＶＬを有し、右第２支持部２１Ｒは右水平部２１ＨＲ及び右垂直部２１ＶＲを有する。この場合、整合素子１９とシールド板２５との間に隙間を有するように、第１支持部２７の上下方向の長さが調整されている。

また、上述の図１５で示す電力変換器１０５において、図１６に示す整合素子１９及び第２支持部２１を適用してもよい。図１７は、平板状の電力変換器を示す別の一例を示す分解斜視図である。図１７の電力変換器１０５ｂでは、整合素子１９は、第２支持部２１によって第１基板ユニット１０１の第１上面グラウンド１１３に対して支持されている。

（４−６）
上記第１実施形態では、左第１水平部２７ＨＬ及び右第１水平部２７ＨＲは、直線γ上に対応して左右方向に沿って直線状に延びている。しかし、左第１水平部２７ＨＬ及び右第１水平部２７ＨＲは、湾曲又は屈曲していてもよい。

（４−７）
左第１支持部２７Ｌ及び右第１支持部２７Ｒは、少なくともシールド板２５との接続部分が直線γ上に位置すればよく、必ずしも左第１支持部２７Ｌ及び右第１支持部２７Ｒ全体が直線γ上に位置する必要はない。

（４−８）
上記第１実施形態では、第１支持部２７（２７Ｌ、２７Ｒ）は直方体状の棒状部材である。しかし、第１支持部２７はシールド板２５を支持できれば形状は限定されず、例えば円柱状の棒状部材であってもよい。ただし、グランド基板１８とともに打ち抜き加工等で一体に形成する場合には、加工の容易性から第１支持部２７は直方体状の棒状部材であるのが好ましい。

＜２．第２実施形態＞
次に、図面を参照しつつ、本発明の第２実施形態に係る電力変換器及びこれを含むアンテナ装置について説明する。第２実施形態が第１実施形態と異なるのはシールドユニットの第１支持部の構成であり、その他の構成は第１実施形態とほぼ同様であるため、同一構成には同一の符号を付して説明を省略する。図１８は、第２実施形態に係る電力変換器の斜視図である。図１９は、図１８の分解斜視図である。図２０は、導波管の平面図である。図２１は、整合素子を含むグランド基板の平面図である。図２２は、シールドユニット及び伝送パターンの平面図である。図２３は、図１９の直線αにおける断面図である。図２４は、図１９の直線γにおける断面図である。

（１）第１支持部３１の構成
第２実施形態のシールドユニット２４ａの第１支持部３１は、シールド板２５の下部に配置された柱状部材からなる。この第１支持部３１は、シールド板２５をその下部から支持し、シールド板２５とグランド基板１８との間、ひいてはシールド板２５と整合素子１９との間に隙間を形成する。

第１支持部３１は、内部に空間を有して上下方向に延びる円筒である。第１支持部３１は、グランド基板１８とシールド板２５との間に配置されている。また、図２１等に示すように、複数の第１支持部３１が、平面視において、グランド基板１８の貫通孔２３を取り囲むように、かつ、シールド板２５の外縁の内側に上下方向及び左右方向に並んで配置されている。そして、複数の第１支持部３１は、直線αを中心として概ね左右対称に配置されている。なお、第１支持部３１は、伝送パターン２９及び切欠き２５ａに対応する位置には配置されていない。

第１支持部３１の直径Ｒ１（図２０、図２４）は特に限定されないが、直径Ｒ１は、貫通孔２３とシールド板２５の外縁であるシールド辺との間に複数の第１支持部３１が配置可能な大きさであることができる。例えば、直径Ｒ１は０．０５ｍｍ〜０．５０ｍｍとすることができる。また、第１支持部３１の上下方向の長さは、グランド基板１８に支持される整合素子１９とシールド板２５との間に隙間を形成できれば特に限定されない。第１支持部３１の長さは、例えば、第１実施形態の第１支持部２７の長さＬ９と同じであることができる。また、隣接する第１支持部３１の壁面間の間隔Ｌ１５（図２０）は、例えば１／４λｂである。ここで、λｂは、第１支持部３１における電磁波の管内波長である。例えば、間隔Ｌ１５は０．４ｍｍ〜０．９ｍｍとすることができる。

このような複数の第１支持部３１を上記のように配置した場合における、電界強度分布について説明する。図２５は、シールド板を上部から平面視した場合における電界強度を示す解析図である。なお、解析時の適用条件は図８と同様であり、整合素子ユニット１７における電界強度分布は、第１実施形態の図８に示した通りである。図８のように、整合素子１９では、前側の前第２辺１９Ｆ及び後側の後第２辺１９Ｂにおいて電界強度が大きい。さらに、伝送パターン２９においても電界強度が高い。整合素子１９を覆うシールド板２５では、図２５に示すように、図８における整合素子１９及び伝送パターン２９の電界強度の大きい部分に対応した、領域ＸＩ、ＸＩＩ、ＸＩＩＩ及びＸＩＶにおいて電界強度が大きい。一方、それ以外の領域である第１支持部３１により囲まれた領域では、前記の領域よりも電界強度がかなり小さくなっている。よって、第１支持部３１によって、シールド板２５と整合素子１９との間に隙間を形成しつつ、かつ、整合素子１９等からの電磁波の不要放射を抑制できていることが分かる。

（２）特徴
（２−１）
上記第１実施形態と同様に、整合素子１９とシールド板２５との間に空気を介在させることで、誘電体を介在させる場合よりも電力損失を抑制し、効率の良い電力変換器を得ることができる。

（２−２）
第１支持部３１は、整合素子１９を内部に有する貫通孔２３を取り囲むことで、整合素子１９等からの電磁波の不要放射を反射する。これにより、電磁波がシールド板２５及び空気中等に広がるのを抑制し、電力損失を抑制できる。また、第１支持部３１の壁面間の間隔Ｌ１５（図２０）が１／４λｂであるため、整合素子１９等からの電磁波を第１支持部３１により囲まれる内部に閉じ込め、不要放射の広がりを抑制できる。

（２−３）
複数の第１支持部３１は、直線αを中心として左右対称に配置されているため、左右均等に整合素子１９等からの不要放射を抑制することができる。よって、不要放射の抑制が不均一であることに起因する、整合素子１９における電磁波の共振状態の不均一を抑制できる。これにより、共振状態の不均一による電力損失を抑制できる。

（３）変形例
以下に、第２実施形態の電力変換器１８０の変形例について説明する。なお、第１、第３実施係形態と同様の変形例については、共通の変形例として後述する。
（３−１）
上記第２実施形態では、円筒である第１支持部３１によってシールド板２５をグランド基板１８に対して支持し、整合素子１９とシールド板２５との間に隙間を形成している。しかし、シールド板２５の支持部として図２６に示す第１支持部を用いてもよい。図２６は、第２実施形態の変形例に係る電力変換器の分解斜視図である。図２６に示すように、変形例に係る電力変換器１８３では、第１支持部３３は、グランド基板１８の貫通孔２３を取り囲み、伝送パターン２９に対応して開口を有する隔壁である。このような隔壁である第１支持部３３は、上述した第２実施形態の第１支持部３１と同様に、シールド板２５と整合素子１９との間に隙間を形成しつつ、かつ、整合素子１９等からの電磁波の不要放射を抑制する。

（３−２）
上記第２実施形態は、上記第１実施形態の変形例に係る図１５と同様に、導波管１１を用いない構成とすることもできる。図２７は、平板状の電力変換器を示す分解斜視図である。図２７の電力変換器１８５では、第２実施形態と同様にグランド基板１８の貫通孔２３に沿って、円筒である複数の第１支持部３１が配置されている。この第１支持部３１によってシールド板２５が支持されることで、シールド板２５と整合素子１９とが隙間を有して対向している。その他の構成は図１５と同様であるので説明を省略する。また、第１支持部３１は、図２６の隔壁である第１支持部３３により代替可能である。

（３−３）
上記第２実施形態において、上記第１実施形態の変形例に係る図１６と同様に、整合素子１９は、グランド基板１８を介さず、第２支持部２１によって導波管１１に対して支持されてもよい。図２８は、整合素子を支持する第２支持部の別の一例を示す分解斜視図である。図２８の電力変換器１８５ａでは、導波管１１の上面に、第２支持部２１が設けられている。さらに、導波管１１の貫通孔１５に沿って、円筒である複数の第１支持部３１が配置されている。複数の第１支持部３１の上下方向の長さは、第２支持部２１の上下方向の長さよりも長い。これにより、シールド板２５を第１支持部３１により導波管１１の上面に対して支持した場合に、シールド板２５と整合素子１９との間に隙間を形成することができる。その他の構成は図１６と同様であるので説明を省略する。また、第１支持部３１は、図２６の隔壁である第１支持部３３により代替可能である。

また、上述の図２７で示す電力変換器１８５において、図２８に示す整合素子１９及び第２支持部２１を適用してもよい。図２９は、平板状の電力変換器を示す別の一例を示す分解斜視図である。図２９の電力変換器１８５ｂでは、整合素子１９は、第２支持部２１によって第１基板ユニット１０１の第１上面グラウンド１１３に対して支持されている。
（３−４）
上記第２実施形態では、第１支持部３１は円筒であるが、グランド基板１８に対してシールド板２５を支持し、電磁波の不要放射を抑制できればよく、その形状は限定されない。例えば、第１支持部３１は、内部に空洞を有する四角柱状及び多角柱状などに形成されてもよい。また、第１支持部３１は内部に空洞を有していなくてもよい。さらに、整合素子１９等からの電磁波の不要放射を抑制できれば、第１支持部３１の直径及び数等は特に限定されない。

＜３．第３実施形態＞
次に、図面を参照しつつ、本発明の第３実施形態に係る電力変換器及びこれを含むアンテナ装置について説明する。第３実施形態が第１実施形態と異なるのはシールドユニットの第１支持部の構成であり、その他の構成は第１実施形態とほぼ同様であるため、同一構成には同一の符号を付して説明を省略する。図３０は、第３実施形態に係る電力変換器の斜視図である。図３１は、図３０の分解斜視図である。図３２は、導波管の平面図である。図３３は、整合素子を含むグランド基板の平面図である。図３４は、シールドユニット及び伝送パターンの平面図である。図３５は、図３１の直線αにおける断面図である。図３６は、図３１の直線γにおける断面図である。

（１）第１支持部４１の構成
第３実施形態のシールドユニット２４ｂの第１支持部４１（第２支持基板）は、シールド板２５の上部に設けられた誘電体基板からなる。第１支持部４１は、その下面によってシールド板２５を支持し、シールド板２５とグランド基板１８との間、ひいてはシールド板２５と整合素子１９との間に隙間を形成する。

第１支持部４１を構成する誘電体基板の厚みは、特に限定されないが厚みＷ３（図３５、図３６）を有する。この第１支持部４１は、左右方向を支持台ユニット５０によって支持されている。具体的には、第１支持部４１は、右端の上下方向を一対の右挟持部材５３Ｒａ及び５３Ｒｂにより挟持されている。右挟持部材５３Ｒａ及び５３Ｒｂは、右支持台５１Ｒによって所定の高さに支持されている。第１支持部４１の左端は、右端と同様に挟持されて支持されているので説明を省略する。このように支持された第１支持部４１の中央部の下面にシールド板２５が貼付される。伝送パターン２９もまたシールド板２５と同様に第１支持部４１に貼付されてもよい。このとき、シールド板２５は、図３５及び図３６に示すように、グランド基板１８に支持された整合素子１９と、例えば長さＬ９の隙間を有している。

（２）特徴
上記第１実施形態と同様に、整合素子１９とシールド板２５との間に空気を介在させることで、誘電体を介在させる場合よりも電力損失を抑制し、効率の良い電力変換器１００を得ることができる。また、誘電体基板である第１支持部４１により、シールド板２５を安定に支持できる。

（３）変形例
以下に、第３実施形態の電力変換器１９０の変形例について説明する。なお、第１、第２実施係形態と同様の変形例については、共通の変形例として後述する。
（３−１）
上記第３実施形態は、上記第１実施形態の変形例に係る図１５と同様に、導波管１１を用いない構成とすることもできる。図３７は、平板状の電力変換器を示す分解斜視図である。図３７の電力変換器１９５では、第３実施形態と同様にシールド板２５は、第１支持部４１及び支持台ユニット５０によって、整合素子１９との間に隙間を有するように支持されている。その他の構成は図１５と同様であるので説明を省略する。

（３−２）
上記第３実施形態において、上記第１実施形態の変形例に係る図１６と同様に、整合素子１９は、グランド基板１８を介さず、第２支持部２１によって導波管１１に対して支持されてもよい。図３８は、整合素子を支持する第２支持部の別の一例を示す分解斜視図である。図３８の電力変換器１９５ａでは、導波管１１の上面に、第２支持部２１が設けられている。さらに、上記第３実施形態と同様にシールド板２５は、第１支持部４１及び支持台ユニット５０によって、整合素子１９との間に隙間を有するように支持されている。その他の構成は図１６と同様であるので説明を省略する。

また、上述の図３７で示す電力変換器１９５において、図３８に示す整合素子１９及び第２支持部２１を適用してもよい。図３９は、平板状の電力変換器を示す別の一例を示す分解斜視図である。図３９の電力変換器１９５ｂでは、整合素子１９は、第２支持部２１によって第１基板ユニット１０１の第１上面グラウンド１１３に対して支持されている。

（３−２）
上記第３実施形態では、第１支持部４１は誘電体基板である。しかし、シールド板２５を支持可能な部材であれば、誘電体基板に限定されない。例えば、第１支持部４１は接地電位のグランド基板であってもよい。

＜４．変形例＞
以上、本発明の第１〜第３実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、以下のような種々の変更が可能である。以下の変形例の要旨は、適宜組み合わせることができる。なお、各実施形態における特有の変形例については各実施形態において述べたが、ここでは、第１〜第３実施形態に共通の変形例を述べる。

＜４−１＞
上記第１〜第３実施形態では、左第２支持部２１Ｌと右第２支持部２１Ｒとは、直線αを中心として左右対称である。しかし、少なくとも、左第２支持部２１Ｌと整合素子１９との接続部分と、右第２支持部２１Ｒと整合素子１９との接続部分とが左右対称であればよい。そのような例として図４０を用いて説明する。図４０は、左第２支持部及び右第２支持部の整合素子に対する配置関係を示す平面図である。図４０では、左第２支持部２１Ｌと整合素子１９との接続部分と、右第２支持部２１Ｒと整合素子１９との接続部分とは、直線αに対して左右対称である。しかし、左第２支持部２１Ｌと右第２支持部２１Ｒとは反転対称に配置されている。少なくとも、左第２支持部２１Ｌ及び右第２支持部２１Ｒと整合素子１９との接続部分が左右対称であるため、整合素子１９における電磁波の共振状態の不均一による電力損失を抑制できる。なお、整合素子１９における電磁波の共振状態が不均一とならない程度であれば、左第２支持部２１Ｌ及び右第２支持部２１Ｒと整合素子１９との接続部分が完全な左右対称である必要はない。

また、例えば、左第２支持部２１Ｌと右第２支持部２１Ｒとは、例えば、図４１のように直線αを中心として非対称に配置されていてもよい。図４１は、左第２支持部及び右第２支持部の整合素子に対する配置関係を示す平面図である。図４０と同様に、左第２支持部２１Ｌと整合素子１９との接続部分と、右第２支持部２１Ｒと整合素子１９との接続部分とは、直線αに対して左右対称である。しかし、図４０とは異なり、左第２支持部２１Ｌと右第２支持部２１Ｒとは非対称に配置されている。
＜４−２＞
上記第１〜第３実施形態では、整合素子１９と、グランド基板１８の貫通孔２３とは同位置の中心点βを有する。しかし、整合素子１９の左第１辺１９Ｌの中心近傍から左第２支持部２１Ｌが延びており、整合素子１９の右第１辺１９Ｒの中心近傍から右第２支持部２１Ｒが延びていればよく、整合素子１９の中心と貫通孔２３の中心とはずれていてもよい。例えば、左第２支持部２１Ｌは、貫通孔２３の左辺２３Ｌの中央近傍からずれた位置に接続されていてもよい。同様に、右第２支持部２１Ｒは、貫通孔２３の右辺２３Ｒの中央近傍からずれた位置に接続されていてもよい。この場合であっても、整合素子１９のうち電界強度の弱い中央近傍の領域と、左第２支持部２１Ｌ及び右第２支持部２１Ｒとが接続されることで、第２支持部２１を設けることにより生じる、整合素子１９における電磁波への影響を抑制し、電力損失を抑制できる。

＜４−３＞
上記第１〜第３実施形態では、左第２支持部２１Ｌ及び右第２支持部２１Ｒは、直線γ上において左右方向に沿って直線状に延びている。しかし、左第２支持部２１Ｌ及び右第２支持部２１Ｒは、湾曲又は屈曲していてもよい。

＜４−４＞
左第２支持部２１Ｌ及び右第２支持部２１Ｒは、少なくとも整合素子１９との接続部分が直線γ上に位置すればよく、必ずしも左第２支持部２１Ｌ及び右第２支持部２１Ｒ全体が直線γ上に位置する必要はない。

＜４−５＞
上記第１〜第３実施形態では、第２支持部２１は直線γ上に位置するが、必ずしも直線γ上に位置する必要はない。例えば、第２支持部２１は、電磁波が形成する定在波の節が位置する整合素子１９の中央近傍に対応して位置すればよい。なお、「中央近傍」とは、整合素子１９のうち電界強度の小さい領域であればよく、整合素子１９の中心点βのみならず、中心点β及びその近傍を含む意味である。例えば、整合素子１９の対向する前第２辺１９Ｆ及び後第２辺１９Ｂからλｇ／４の近傍、つまり前第２辺１９Ｆ及び後第２辺１９Ｂ間の中央部分ということができる。このλｇ／４の近傍とは、例えば、一組の前第２辺１９Ｆ及び後第２辺１９Ｂからλｇ／４を中心として、±λｇ／８の範囲ということができる。

さらには、第２支持部２１は、整合素子１９における電磁波の定在波の節を通って左右方向に延びる直線上に位置すれば、必ずしも整合素子１９の中央近傍に対応して位置する必要はない。

＜４−６＞
上記第１〜第３実施形態では、整合素子１９は、グランド基板１８と面一で形成されている。しかし、整合素子１９の上下方向の位置はこれに限定されず、グランド基板１８よりも上又は下に位置するように、第２支持部２１により支持されてもよい。

＜４−７＞
上記第１〜第３実施形態では、整合素子１９の前後方向の長さＬ３はλｇ／２である。しかし、整合素子１９の前後方向において電磁波が共振状態にあればよく、長さＬ３はλｇ／２に限定されない。例えば、整合素子１９の前後方向の長さＬ３は（λｇ／２）×ｐ（ｐは２以上の整数）であってもよい。ただし、電力変換器１００の小型化を達成し、かつ電磁波を安定に共振状態に維持するためには、整合素子１９の前後方向の長さＬ３はλｇ／２であるのが好ましい。

＜４−８＞
上記第１〜第３実施形態では、第２支持部２１（２１Ｌ、２１Ｒ）は直方体状の棒状部材である。しかし、第２支持部２１は整合素子１９を支持する部材であれば形状は限定されず、例えば円柱状の棒状部材であってもよい。ただし、グランド基板１８とともに打ち抜き加工等で一体に形成する場合には、加工の容易性から第２支持部２１は直方体状の棒状部材であるのが好ましい。

＜４−９＞
上記第１〜第３実施形態では、シールド板２５内の切欠き２５ａ内に伝送パターン２９が配置されている。しかし、シールド板２５によって整合素子１９からの電磁波の不要放射を抑制できればよく、切欠き２５ａ内に伝送パターン２９が配置されている必要はない。例えば、整合素子１９の上方に伝送パターン２９が配置され、さらに伝送パターン２９の上方にシールド板２５が配置されてもよい。

＜４−１０＞
上記第１〜第３実施形態では、整合素子１９は正方形状であるが、例えば正方形状以外の長方形状及び台形状などの矩形状でもよい。また、整合素子１９は、共振方向において対向する一組の辺が互いに平行であるのが好ましい。その他、整合素子１９は、共振方向において対向する一組の辺が互いに平行であれば、四角形よりも多角形状及び円弧を含む形状であってもよい。

＜４−１１＞
上記第１〜第３実施形態では、整合素子１９を支持する支持基板としてとしてグランド基板１８を例示している。しかし、支持基板は接地されている必要はなく、例えば、所定の電位を有する導体であってもよい。ただし、接地されたグランド基板１８を用いると、電磁波の電界を安定化できるので好ましい。

＜４−１２＞
上記第１〜第３実施形態では、伝送パターン２９は１本であるが、伝送パターン２９の本数は複数本であってもよい。なお、第１支持部２７は、伝送パターン２９が設けられている領域を除くように配置される。

１１ ：導波管
１３ ：上部開口
１５ ：貫通孔
１６ ：下部開口
１７ ：整合素子ユニット
１８ ：グランド基板
１９ ：整合素子
２１ ：第２支持部
２１Ｌ ：左第２支持部
２１Ｒ ：右第２支持部
２３ ：貫通孔
２４、２４ａ、２４ｂ ：シールドユニット
２５ ：シールド板
２５ａ ：切欠き
２７ ：第１支持部
２７ＨＬ ：左第１水平部
２７ＨＲ ：右第１水平部
２９ ：伝送パターン
３１、３３、４１ ：第１支持部
５０ ：支持台ユニット
１００ ：電力変換器
１０５、１０５ａ、１０５ｂ ：電力変換器
１１１、１６０ ：結合素子
１６５ ：導体パターン
１８０、１８３、１８５ ：電力変換器
１９０、１９５ ：電力変換器
２００ ：平面アンテナ
３００ ：高周波回路
１０００ ：アンテナ装置

Claims (6)

1. 電磁波が伝送される伝送部と、
   前記伝送部において伝送される電磁波を送受信する整合素子と、
   前記整合素子に対向して配置されるシールド板と、
   前記シールド板を、前記整合素子との間に隙間を有するように支持する少なくとも１つの第１支持部と、
   前記シールド板の近傍に配置され、前記整合素子との間で電磁波を送受信する伝送パターンと、を備え、
   平面視において、前記整合素子の中央近傍を通り、前記整合素子における電磁波の共振方向と直交する直交方向に延びる直線に対応するように、前記少なくとも１つの第１支持部が設けられている、
   電力変換器。
2. 平面視において、前記整合素子が収容される貫通孔を有する第１支持基板と、
   前記整合素子と前記第１支持基板の貫通孔の内縁とを接続する少なくとも１つの第２支持部と、をさらに備える、請求項１に記載の電力変換器。
3. 前記伝送部は、前記電磁波の伝送路である貫通孔を有する導波管であり、
   前記導波管の貫通孔の端部の開口と、前記第１支持基板の貫通孔とが対向するように、前記第１支持基板が前記導波管の端部に載置されている、請求項２に記載の電力変換器。
4. 前記第２支持部は、平面視において、前記整合素子の中央近傍を通り、前記整合素子における電磁波の共振方向と直交する直交方向に延びる直線上に設けられている、請求項２に記載の電力変換器。
5. 電磁波の送受信を行うアンテナ素子と、
   前記アンテナ素子との間で電磁波の電力変換を行う、請求項１〜４のいずれか一項に記載の電力変換器と、
   を備えるアンテナ装置。
6. 前記電力変換器に接続される高周波回路をさらに備える、請求項５に記載のアンテナ装置。