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技術 導波管/伝送線路変換器及びアンテナ装置

出願人 日本無線株式会社
発明者 菅野真行
出願日 2016年2月1日 (4年10ヶ月経過) 出願番号 2016-016965
公開日 2016年10月13日 (4年2ヶ月経過) 公開番号 2016-181895
状態 特許登録済
技術分野 導波管型アンテナ 可変指向性アンテナ、アンテナ配列 導波管型の結合装置
主要キーワード 短絡金属 除去幅 接地金属 導体壁 劣化原因 アンテナ配列 導波管スロットアンテナ 整合素子
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図面 (11)

課題

本発明は、導波管伝送線路変換器において、誘電体基板の表面に配置されるパターンのサイズのうち、導波管の広壁面の断面に沿う方向のサイズを小さくして、アンテナ装置において、互いに隣り合う各列のアンテナ素子の間隔を狭くして、各列を構成する各アンテナ素子により形成されるアレーアンテナ指向性において、特に、各アンテナ素子の位相情報を調整し、広角までビーム走査する際に、グレーティングローブを発生しにくくすることを目的とする。

解決手段

本発明では、導波管11を誘電体基板13内に延長するとともに短絡金属層14を導波管11と同電位に保持するための金属部材15を、導波管11の2面の広壁面の断面に沿っては残し、導波管11の2面の狭壁面の断面に沿っては除き、不用意電磁波が放射されないようにする。

概要

背景

導波管伝送線路変換器は、アンテナ装置への給電等に適用されており、特許文献1、2等に開示されている。まず、特許文献1では、導波管内電界強度の高い位置において、伝送線路を挿入している。しかし、特許文献1では、導波管内の電磁波が有する波長のほぼ1/4に等しい距離分だけ、導波管に沿って伝送線路から離れた位置において、導波管短絡面を必要とする。よって、特許文献1では、導波管/伝送線路変換器を小型化することができず、短絡面を形成する構造体が、アンテナ装置を形成する面より前面に存在するため、アンテナ装置の指向性劣化原因となる。

概要

本発明は、導波管/伝送線路変換器において、誘電体基板の表面に配置されるパターンのサイズのうち、導波管の広壁面の断面に沿う方向のサイズを小さくして、アンテナ装置において、互いに隣り合う各列のアンテナ素子の間隔を狭くして、各列を構成する各アンテナ素子により形成されるアレーアンテナの指向性において、特に、各アンテナ素子の位相情報を調整し、広角までビーム走査する際に、グレーティングローブを発生しにくくすることを目的とする。本発明では、導波管11を誘電体基板13内に延長するとともに短絡金属層14を導波管11と同電位に保持するための金属部材15を、導波管11の2面の広壁面の断面に沿っては残し、導波管11の2面の狭壁面の断面に沿っては除き、不用意に電磁波が放射されないようにする。

目的

本発明は、導波管/伝送線路変換器において、誘電体基板の表面に配置されるパターンのサイズのうち、導波管の広壁面の断面に沿う方向のサイズを小さくして、アンテナ装置において、互いに隣り合う各列のアンテナ素子の間隔を狭くして、各列を構成する各アンテナ素子により形成されるアレーアンテナの指向性において、特に、各アンテナ素子の位相情報を調整し、広角までビームを走査する際に、グレーティングローブを発生しにくくすることを目的とする

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

導波管により伝送される電力と、伝送線路により伝送される電力と、を相互に変換する導波管/伝送線路変換器であって、前記導波管の開口部を塞ぐように配置される誘電体基板と、前記誘電体基板の表面かつ前記導波管の外部に配置され、前記導波管の2面の広壁面の断面に沿って前記誘電体基板を貫通する金属部材により、又は、前記導波管の2面の広壁面及び2面のうちのいずれか1面の狭壁面の断面に沿って前記誘電体基板を貫通する金属部材により、前記導波管と同電位に保持される短絡金属層と、前記誘電体基板の表面かつ前記導波管の内部に配置され、前記伝送線路と結合され、前記誘電体基板の周囲の環境における実効波長電磁波を定在波として立てるための共振長を前記導波管内電界方向及び前記伝送線路の給電方向に有する整合素子と、を備えることを特徴とする導波管/伝送線路変換器。

請求項2

前記伝送線路及び前記短絡金属層の表面に形成される誘電体層、をさらに備えることを特徴とする、請求項1に記載の導波管/伝送線路変換器。

請求項3

前記誘電体層の厚さは、前記導波管/伝送線路変換器の周囲の環境での電磁波の実効波長の0.2倍以下であることを特徴とする、請求項2に記載の導波管/伝送線路変換器。

請求項4

前記整合素子の共振長の方向に沿って前記導波管/伝送線路変換器から離れる2方向のうち少なくとも1方向に向かって、複数本の前記伝送線路が延びていることを特徴とする、請求項1から3のいずれかに記載の導波管/伝送線路変換器。

請求項5

アンテナ素子が平面上に格子状に配置されるアンテナ装置であって、格子状に配置されるアンテナ素子は、各列状に配置されるアンテナ素子に分割され、各列状に配置されるアンテナ素子は、各列の中央に配置される請求項1から4のいずれかに記載の導波管/伝送線路変換器に接続される前記伝送線路により給電され、前記誘電体基板は、アンテナ素子が格子状に配置される平面であり、前記導波管の広壁面の断面は、各列の方向に垂直な方向に配置され、前記導波管の狭壁面の断面は、各列の方向に平行な方向に配置されることを特徴とするアンテナ装置。

技術分野

0001

本発明は、(1)導波管により伝送される電力と、伝送線路により伝送される電力と、を相互に変換する導波管/伝送線路変換器、及び、(2)アンテナ素子が平面上に格子状に配置され導波管/伝送線路変換器により給電されるアンテナ装置に関する。

背景技術

0002

導波管/伝送線路変換器は、アンテナ装置への給電等に適用されており、特許文献1、2等に開示されている。まず、特許文献1では、導波管内電界強度の高い位置において、伝送線路を挿入している。しかし、特許文献1では、導波管内の電磁波が有する波長のほぼ1/4に等しい距離分だけ、導波管に沿って伝送線路から離れた位置において、導波管短絡面を必要とする。よって、特許文献1では、導波管/伝送線路変換器を小型化することができず、短絡面を形成する構造体が、アンテナ装置を形成する面より前面に存在するため、アンテナ装置の指向性劣化原因となる。

先行技術

0003

特開2004−320460号公報
特開2000−244212号公報

発明が解決しようとする課題

0004

次に、特許文献2では、整合素子に伝送線路を結合し、伝送線路から導波管へ電波伝搬する技術を利用している。以下の説明から明らかなように、特許文献2では、特許文献1と比べて、導波管/伝送線路変換器を小型化することができ、アンテナ装置の指向性を劣化させる原因となる短絡面を形成する構造体を無くすことができる。

0005

従来技術の導波管/伝送線路変換器の構成を図1に示す。最上段は、導波管/伝送線路変換器1’の側面断面図を示す。第2段は、導波管/伝送線路変換器1’の矢視A’−A’平面断面図を示す。第3段は、導波管/伝送線路変換器1’の矢視B’−B’平面断面図を示す。最下段は、後述する整合素子17’の共振長の方向の電界分布を示す。

0006

導波管/伝送線路変換器1’は、誘電体基板13’、短絡金属層14’、金属部材15’、接地金属層16’及び整合素子17’を備える。

0007

誘電体基板13’は、導波管11’の開口部を塞ぐように配置される。誘電体基板13’の面は、導波管11’の導波方向に垂直な面である。図1の第2、3段において、誘電体基板13’のうちパターンが配置される部分は、白地で示され、誘電体基板13’のうちパターンが配置されない部分は、斜線で示される。

0008

短絡金属層14’は、誘電体基板13’の表面かつ導波管11’の外部に配置され、誘電体基板13’を貫通する金属部材15’及び誘電体基板13’の表面かつ導波管11’の外枠に配置される接地金属層16’により、導波管11’と同電位に保持される。

0009

整合素子17’は、誘電体基板13’の表面かつ導波管11’の内部に配置され、誘電体基板13’を介して伝送線路12’と電磁的に結合され、誘電体基板13’の周囲の環境における実効波長λg’の電磁波を定在波として立てるための共振長(ほぼλg’/2)を、導波管11’内の電界方向及び伝送線路12’の給電方向に有する。

0010

図1の説明では、伝送線路12’は、ただ1本のみを配置されている。変形例としては、伝送線路12’は、逆方向に延びる2本を配置されてもよい。ただし、整合素子17’は、2枚も配置する必要はなく、ただ1枚のみを配置すれば足りる。そして、2本の逆方向に延びる伝送線路12’は、1枚の整合素子17’を共有すればよい。

0011

従来技術を利用したアンテナ装置の構成例を図2に示す。アンテナ装置2’は、特許文献1、2に開示されていない。アンテナ装置2’では、アンテナ素子が平面上に格子状に配置される。格子状に配置されるアンテナ素子は、各列のアンテナ素子21’に分割される。各列のアンテナ素子21’は、各列の中央に配置される導波管/伝送線路変換器1’ に接続される2本の逆方向に延びる伝送線路12’(変形例として1段落前に説明したものである。)により給電される。誘電体基板13’は、アンテナ素子が格子状に配置される平面である。導波管11’の広壁面の断面は、各列の方向に垂直な方向に配置される。導波管11’の狭壁面の断面は、各列の方向に平行な方向に配置される。

0012

各列のアンテナ素子21’が各列の中央で給電されることにより、アンテナ装置2’の中心周波数からずれた周波数において、各列を構成する各アンテナ素子の励振位相が互いにずれても、各列を構成する各アンテナ素子の合成結果は、広い周波数範囲で任意の一方向に利得の高い指向性を形成できる。

0013

しかし、導波管/伝送線路変換器1’において、誘電体基板13’の表面に配置されるパターンのサイズのうち、導波管11’の広壁面の断面に沿う方向のサイズpw’(図1を参照。)は、大きくならざるを得ない。よって、アンテナ装置2’において、互いに隣り合う各列のアンテナ素子21’の間隔d’は、放射される電磁波が有する波長λ0の半分に等しい長さλ0/2より広くならざるを得ない。これにより、アレーアンテナにおける可視領域は、広くならざるを得ず、各列を構成する各アンテナ素子により形成されるアレーアンテナの指向性において、特に、各アンテナ素子の位相情報を調整し、広角までビーム走査する際に、アレーアンテナにおけるグレーティングローブは、発生しやすくなる。

0014

そこで、前記課題を解決するために、本発明は、導波管/伝送線路変換器において、誘電体基板の表面に配置されるパターンのサイズのうち、導波管の広壁面の断面に沿う方向のサイズを小さくして、アンテナ装置において、互いに隣り合う各列のアンテナ素子の間隔を狭くして、各列を構成する各アンテナ素子により形成されるアレーアンテナの指向性において、特に、各アンテナ素子の位相情報を調整し、広角までビームを走査する際に、グレーティングローブを発生しにくくすることを目的とする。

課題を解決するための手段

0015

上記目的を達成するために、導波管スロットアンテナにおいて、狭壁面を流れる電流が、狭壁面の断面に平行な方向に流れるところ、狭壁面に設けるスロットが、狭壁面の断面に平行な方向に設けられると、電磁波が放射されないことを応用した。すなわち、導波管を誘電体基板内に延長するとともに短絡金属層を導波管と同電位に保持するための金属部材を、導波管の2面の広壁面の断面に沿っては残し、導波管の2面のうちの両面又は片面の狭壁面の断面に沿っては除き、不用意に電磁波が放射されないようにする。

0016

具体的には、本発明は、導波管により伝送される電力と、伝送線路により伝送される電力と、を相互に変換する導波管/伝送線路変換器であって、前記導波管の開口部を塞ぐように配置される誘電体基板と、前記誘電体基板の表面かつ前記導波管の外部に配置され、前記導波管の2面の広壁面の断面に沿って前記誘電体基板を貫通する金属部材により、又は、前記導波管の2面の広壁面及び2面のうちのいずれか1面の狭壁面の断面に沿って前記誘電体基板を貫通する金属部材により、前記導波管と同電位に保持される短絡金属層と、前記誘電体基板の表面かつ前記導波管の内部に配置され、前記伝送線路と結合され、前記誘電体基板の周囲の環境における実効波長の電磁波を定在波として立てるための共振長を前記導波管内の電界方向及び前記伝送線路の給電方向に有する整合素子と、を備えることを特徴とする導波管/伝送線路変換器である。

0017

この構成によれば、誘電体基板の表面に配置されるパターンのサイズのうち、導波管の広壁面の断面に沿う方向のサイズを小さくすることができる。

0018

また、本発明は、前記伝送線路及び前記短絡金属層の表面に形成される誘電体層、をさらに備えることを特徴とする導波管/伝送線路変換器である。

0019

この構成によれば、導波管/伝送線路変換器の周囲の環境での実効誘電率を高くして、導波管/伝送線路変換器の周囲のパターンのサイズを小さくすることができる。

0020

また、本発明は、前記誘電体層の厚さは、前記導波管/伝送線路変換器の周囲の環境での電磁波の実効波長の0.2倍以下であることを特徴とする導波管/伝送線路変換器である。

0021

この構成によれば、伝送線路及び整合素子の間の誘電体基板から電界が漏れ出す領域をカバーするために、最小限の厚さの誘電体層を形成すれば足りるようになる。

0022

また、本発明は、前記整合素子の共振長の方向に沿って前記導波管/伝送線路変換器から離れる2方向のうち少なくとも1方向に向かって、複数本の前記伝送線路が延びていることを特徴とする導波管/伝送線路変換器である。

0023

この構成によれば、1台の導波管/伝送線路変換器のみで、給電方向と垂直方向アンテナ配列が可能となり、アレーアンテナの性能に高い自由度が付与される。

0024

また、本発明は、アンテナ素子が平面上に格子状に配置されるアンテナ装置であって、格子状に配置されるアンテナ素子は、各列状に配置されるアンテナ素子に分割され、各列状に配置されるアンテナ素子は、各列の中央に配置される導波管/伝送線路変換器に接続される前記伝送線路により給電され、前記誘電体基板は、アンテナ素子が格子状に配置される平面であり、前記導波管の広壁面の断面は、各列の方向に垂直な方向に配置され、前記導波管の狭壁面の断面は、各列の方向に平行な方向に配置されることを特徴とするアンテナ装置である。

0025

この構成によれば、互いに隣り合う各列のアンテナ素子の間隔を狭くして、各列を構成する各アンテナ素子により形成されるアレーアンテナの指向性において、特に、各アンテナ素子の位相情報を調整し、広角までビームを走査する際に、グレーティングローブを発生しにくくすることができる。

発明の効果

0026

このように、本発明は、導波管/伝送線路変換器において、誘電体基板の表面に配置されるパターンのサイズのうち、導波管の広壁面の断面に沿う方向のサイズを小さくして、アンテナ装置において、互いに隣り合う各列のアンテナ素子の間隔を狭くして、各列を構成する各アンテナ素子により形成されるアレーアンテナの指向性において、特に、各アンテナ素子の位相情報を調整し、広角までビームを走査する際に、グレーティングローブを発生しにくくすることができる。

図面の簡単な説明

0027

従来技術の導波管/伝送線路変換器の構成を示す図である。
従来技術を利用したアンテナ装置の構成例を示す図である。
第1実施形態の導波管/伝送線路変換器の構成を示す図である。
第1実施形態の導波管/伝送線路変換器の特性を示す図である。
第1実施形態のアンテナ装置の構成を示す図である。
第1実施形態のアンテナ装置の構成を示す図である。
第2実施形態の導波管/伝送線路変換器の構成を示す図である。
第3実施形態の導波管/伝送線路変換器の構成を示す図である。
第3実施形態のアンテナ装置の構成を示す図である。
第3実施形態のアンテナ装置の構成を示す図である。

実施例

0028

添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施の例であり、本発明は以下の実施形態に制限されるものではない。

0029

(第1実施形態)
第1実施形態の導波管/伝送線路変換器の構成を図3に示す。最上段は、導波管/伝送線路変換器1の側面断面図を示す。第2段は、導波管/伝送線路変換器1の矢視A−A平面断面図を示す。第3段は、導波管/伝送線路変換器1の矢視B−B平面断面図を示す。最下段は、後述する整合素子17の共振長の方向の電界分布を示す。

0030

導波管/伝送線路変換器1は、誘電体基板13、短絡金属層14、金属部材15、接地金属層16及び整合素子17を備える。

0031

誘電体基板13は、導波管11の開口部を塞ぐように配置される。誘電体基板13の面は、導波管11の導波方向に垂直な面である。図3の第2、3段において、誘電体基板13のうちパターンが配置される部分は、白地で示され、誘電体基板13のうちパターンが配置されない部分は、斜線で示される。

0032

短絡金属層14は、誘電体基板13の表面かつ導波管11の外部に配置され、導波管11の2面の広壁面の断面に沿って誘電体基板13を貫通する金属部材15及び誘電体基板13の表面かつ導波管11の外枠に配置される接地金属層16により、導波管11と同電位に保持される。すなわち、導波管11を誘電体基板13内に延長するとともに短絡金属層14を導波管11と同電位に保持するための金属部材15及び接地金属層16を、導波管11の2面の広壁面の断面に沿っては残し、導波管11の2面の狭壁面の断面に沿っては除き、不用意に電磁波が放射されないようにする。

0033

整合素子17は、誘電体基板13の表面かつ導波管11の内部に配置され、誘電体基板13を介して伝送線路12と電磁的に結合され、誘電体基板13の周囲の環境における実効波長λg’の電磁波を定在波として立てるための共振長(ほぼλg’/2)を、導波管11内の電界方向及び伝送線路12の給電方向に有する。

0034

ここで、整合素子17及び伝送線路12は、別層に存在する。そして、伝送線路12の先端形状は、切り欠き付きのスタブ又はスロットである。よって、整合素子17及び伝送線路12は、電磁的な結合を実現することができる。

0035

図3の説明では、金属部材15は、導波管11の2面の広壁面の断面に沿って誘電体基板13を貫通する「スルーホール」で形成されている。第1の変形例として、金属部材15は、導波管11の2面の広壁面の断面に沿って誘電体基板13を貫通する「導体壁」であってもよい。第2の変形例として、金属部材15は、導波管11の2面の広壁面及び2面のうちのいずれかの1面の狭壁面の断面に沿って誘電体基板13を貫通する「スルーホール」で形成されていてもよい。第3の変形例として、金属部材15は、導波管11の2面の広壁面及び2面のうちのいずれかの1面の狭壁面の断面に沿って誘電体基板13を貫通する「導体壁」であってもよい。

0036

図3の説明では、伝送線路12は、ただ1本のみを配置されている。変形例としては、伝送線路12は、逆方向に延びる2本を配置されてもよい。ただし、整合素子17は、2枚も配置する必要はなく、ただ1枚のみを配置すれば足りる。そして、2本の逆方向に延びる伝送線路12は、1枚の整合素子17を共有すればよい。

0037

第1実施形態の導波管/伝送線路変換器の特性を図4に示す。このように、第1実施形態では、従来技術と同様に、導波管/伝送線路変換器1の中心周波数から帯域幅分だけずれた周波数においても、低い反射特性及び高い透過特性を実現可能である。

0038

これに加え、第1実施形態では、従来技術と比べて、誘電体基板13の表面に配置されるパターンのサイズのうち、導波管11の広壁面の断面に沿う方向のサイズpW1(図3を参照。)は、導波管11の2面のうちの両面又は片面の狭壁面の断面に沿っては除いた金属部材15及び接地金属層16の除去幅2nW1又はnW1(図3を参照。)の分だけ、小さくすることができる。具体的には、図3のサイズpW1は、図1のサイズpW’と比べて、金属部材15の寸法が無視できないミリ波応用において、約2/3となる。

0039

第1実施形態のアンテナ装置の構成を図5、6に示す。アンテナ装置2では、アンテナ素子が平面上に格子状に配置される。図5では、導波管/伝送線路変換器1は、図面左右方向に直線上に配置される。図6では、導波管/伝送線路変換器1は、図面左右方向に千鳥状に配置される。格子状に配置されるアンテナ素子は、各列のアンテナ素子21に分割される。各列のアンテナ素子21は、各列の中央に配置される導波管/伝送線路変換器1に接続される2本の逆方向に延びる伝送線路12(変形例として2段落前に説明したものである。)により給電される。誘電体基板13は、アンテナ素子が格子状に配置される平面である。導波管11の広壁面の断面は、各列の方向に垂直な方向に配置される。導波管11の狭壁面の断面は、各列の方向に平行な方向に配置される。

0040

各列のアンテナ素子21が各列の中央で給電されることにより、アンテナ装置2の中心周波数からずれた周波数において、各列を構成する各アンテナ素子の励振位相が互いにずれても、各列を構成する各アンテナ素子の合成結果は、広い周波数範囲で任意の一方向に利得の高い指向性を形成できる。

0041

そして、導波管/伝送線路変換器1において、誘電体基板13の表面に配置されるパターンのサイズのうち、導波管11の広壁面の断面に沿う方向のサイズpW1(図3を参照。)は、導波管11の2面のうちの両面又は片面の狭壁面の断面に沿っては除いた金属部材15及び接地金属層16の除去幅2nW1又はnW1(図3を参照。)の分だけ、小さくすることができる。具体的には、図3のサイズpW1は、図1のサイズpW’と比べて、金属部材15の寸法が無視できないミリ波応用において、約2/3となる。

0042

よって、アンテナ装置2において、互いに隣り合う各列のアンテナ素子21の間隔d1は、放射される電磁波が有する波長λ0の半分に等しい長さλ0/2より狭くすることができ、アレーアンテナにおける可視領域は、狭くすることができ、各列を構成する各アンテナ素子により形成されるアレーアンテナの指向性において、特に、各アンテナ素子の位相情報を調整し、広角までビームを走査する際に、アレーアンテナにおけるグレーティングローブは、発生しにくくなる。

0043

(第2実施形態)
第2実施形態の導波管/伝送線路変換器の構成を図7に示す。最上段は、導波管/伝送線路変換器3の側面断面図を示す。第2段は、導波管/伝送線路変換器3の矢視C−C平面断面図を示す。第3段は、導波管/伝送線路変換器3の矢視D−D平面断面図を示す。最下段は、後述する整合素子37の共振長の方向の電界分布を示す。

0044

導波管/伝送線路変換器3は、導波管31により伝送される電力と、伝送線路32により伝送される電力と、を相互に変換するために、誘電体基板33、短絡金属層34、金属部材35、接地金属層36、整合素子37及び誘電体層30を備える。

0045

図7における第2実施形態の導波管31、伝送線路32、誘電体基板33、短絡金属層34、金属部材35、接地金属層36及び整合素子37は、図3における第1実施形態の導波管11、伝送線路12、誘電体基板13、短絡金属層14、金属部材15、接地金属層16及び整合素子17と、それぞれほぼ同様のものである。

0046

整合素子37は、誘電体基板33の表面かつ導波管31の内部に配置され、誘電体基板33を介して伝送線路32と電磁的に結合され、整合素子37の周囲の環境における実効波長λg(誘電体層30とともに後述。)の電磁波を定在波として立てるための共振長(ほぼλg/2)を、導波管31内の電界方向及び伝送線路32の給電方向に有する。

0047

誘電体層30は、伝送線路32及び短絡金属層34の表面に、密着又は近接して形成される。よって、第2実施形態において、第1実施形態と比べて、導波管/伝送線路変換器3の周囲の環境での実効誘電率を高くすることができ、導波管/伝送線路変換器3の周囲の環境での電磁波の実効波長λgを短くすることができ、導波管31の狭壁面及び広壁面の断面に沿う方向のサイズpN2、pW2を小さくすることができる。

0048

誘電体層30の厚さは、導波管/伝送線路変換器3の周囲の環境での電磁波の実効波長λgの0.2倍以下であることが望ましい。すると、伝送線路32及び整合素子37の間の誘電体基板33から電界が漏れ出す領域をカバーするために、最小限の厚さの誘電体層30を形成すれば足りるようになる。そして、誘電体基板33の厚さ(0.5mm以下程度)が薄くなるミリ波応用において、最小限の厚さ(λgの0.2倍以下)の誘電体層30を形成するのみであっても、導波管/伝送線路変換器3の強度を増すことができ、導波管/伝送線路変換器3のサイズを小さくすることができる。図7の説明では、誘電体層30は、伝送線路32及び短絡金属層34の表面のみに形成されている。図7の変形例としては、誘電体層30は、誘電体基板33の全面に形成されてもよい。

0049

(第3実施形態)
第3実施形態の導波管/伝送線路変換器の構成を図8に示す。最上段は、導波管/伝送線路変換器4の側面断面図を示す。第2段は、導波管/伝送線路変換器4の矢視E−E平面断面図を示す。第3段は、導波管/伝送線路変換器4の矢視F−F平面断面図を示す。最下段は、後述する整合素子47の共振長の方向の電界分布を示す。

0050

導波管/伝送線路変換器4は、導波管41により伝送される電力と、伝送線路42により伝送される電力と、を相互に変換するために、誘電体基板43、短絡金属層44、金属部材45、接地金属層46、整合素子47及び誘電体層40を備える。

0051

図8における第3実施形態の導波管41、伝送線路42、誘電体基板43、短絡金属層44、金属部材45、接地金属層46、整合素子47、誘電体層40、サイズpN3、pW3及び実効波長λgは、図7における第2実施形態の導波管31、伝送線路32、誘電体基板33、短絡金属層34、金属部材35、接地金属層36、整合素子37、誘電体層30、サイズpN2、pW2及び実効波長λgと、それぞれほぼ同様のものである。

0052

図8の説明では、整合素子47の共振長の方向に沿って導波管/伝送線路変換器4から離れる2方向のうち、両方向に向かってそれぞれ2本の伝送線路42が延びている。図8の変形例としては、整合素子47の共振長の方向に沿って導波管/伝送線路変換器4から離れる2方向のうち、一方向に向かって複数本の伝送線路42が延びている一方で、他方向に向かって単数本又は複数本の伝送線路42が延びていてもよい。

0053

このように、1台の導波管/伝送線路変換器4のみで、給電方向と垂直方向にアンテナ配列が可能となり、アレーアンテナの性能に高い自由度が付与される。

0054

第3実施形態のアンテナ装置の構成を図9、10に示す。アンテナ装置5では、アンテナ素子が平面上に格子状に配置される。図9では、導波管/伝送線路変換器4は、図面左右方向に直線上に配置される。図10では、導波管/伝送線路変換器4は、図面左右方向に千鳥状に配置される。格子状に配置されるアンテナ素子は、各2列のアンテナ素子51に分割される。各2列のアンテナ素子51は、各2列の中央に配置される導波管/伝送線路変換器4に接続される各2本が逆方向に延びる伝送線路42(第3実施形態として図8で説明したものである。)により給電される。誘電体基板43は、アンテナ素子が格子状に配置される平面である。導波管41の広壁面の断面は、各2列の方向に垂直な方向に配置される。導波管41の狭壁面の断面は、各2列の方向に平行な方向に配置される。

0055

ここで、導波管/伝送線路変換器4において、誘電体基板43の表面に配置されるパターンのサイズのうち、導波管41の広壁面の断面に沿う方向のサイズpW3(図8を参照。)は、導波管41の2面のうちの両面又は片面の狭壁面の断面に沿っては除いた金属部材45及び接地金属層46の除去幅2nW3又はnW3(図8を参照。)の分だけ、小さくすることができる。具体的には、図8のサイズpW3は、図1のサイズpW’と比べて、金属部材45の寸法が無視できないミリ波応用において、約2/3となる。よって、アンテナ装置5において、互いに隣り合う各1列のアンテナ素子の間隔d3は、放射される電磁波が有する波長λ0の半分に等しい長さλ0/2より狭くすることができる。

0056

本発明の導波管/伝送線路変換器及びアンテナ装置は、合成結果が広い周波数範囲で任意の一方向に利得の高い指向性を形成でき、グレーティングローブが発生しにくい、アンテナ素子が平面上に格子状に配置されるアンテナ装置を、小型化及び低コスト化する目的に対して、適用することが可能である。

0057

1、3、4、1’:導波管/伝送線路変換器
2、5、2’:アンテナ装置
30、40:誘電体層
11、31、41、11’:導波管
12、32、42、12’:伝送線路
13、33、43、13’:誘電体基板
14、34、44、14’:短絡金属層
15、35、45、15’:金属部材
16、36、46、16’:接地金属層
17、37、47、17’:整合素子
21、51、21’:各列のアンテナ素子

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