JP4249378B2 - 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、マイクロ波やミリ波を放射又は受信するアンテナに関し、特に中心導体と接地導体を有する導波路を給電線路として利用したアンテナに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来から、マイクロ波やミリ波を放射又は受信するアンテナとして、図7に示すホーンアンテナ20、図8に示すスロットアンテナ30、図9に示すパッチアンテナ40等が知られている。ホーンアンテナ20は導波管21の先端にホーン22を取り付けたもの、スロットアンテナ30は導波管31の側面に複数のスロット32を設けたもの、パッチアンテナ40は誘電体基板41上のマイクロストリップ線路42の先端に金属パッチ43を設けたものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、これらのアンテナでは理想的な点波源を得ることができない。たとえば、ホーンアンテナ20では指向性を上げアンテナゲインを上げることを目的とするもので点波源は得られない。スロットアンテナ30はスロット32の長さで共振させてアンテナとして動作させているので、この長さだけ波源が拡がってしまう。パッチアンテナ40も金属パッチ43の長さで共振させているので、その長さだけ波源が拡がってしまう。
【0004】
本発明の目的は、放射部から180度の全方位に等振幅で電磁波を放射できるアンテナを提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための第1の発明は、導電性の2枚の平行板と、該2枚の平行板の間の略中央に位置した中心導体とからなる導波路を給電線路としたアンテナであって、前記2枚の平行板の間隔を前記中心導体の存在しない部分において前記平行板に平行な高周波電界成分が励振されない距離に設定すると共に、前記中心導体の先端部を前記2枚の平行板に直交する方向に対し非対称に曲折して、前記中心導体の先端部から前記2枚の平行板に直交する高周波電界成分をもつ電磁波を放射するように構成した。
【0006】
第2の発明は、第1の発明において、前記2枚の平行板の間に挟持される誘電体と、該誘電体の前記2枚の平行板に直交する片面に形成した前記中心導体と、前記中心導体の両側で且つ前記2枚の平行板に導通するよう前記片面に設けた対の接地導体とを有する放射素子を具備するよう構成した。
【0007】
第3の発明は、第1又は第2の発明において、前記中心導体の前記曲折した先端部の先端を前記2枚の平行板のいずれか一方に近接させ、又は導通させて構成した。
【0008】
第4の発明は、第2の発明において、前記2枚の平行板の間に、前記放射素子から放射された電磁波が反射される導電性の反射板を設けて構成した。
【0009】
第5の発明は、第2の発明において、前記2枚の平行板の間に、前記放射素子から放射された電磁波が入射する誘電体レンズ又はメタルレンズを設けて構成した。
【0010】
【発明の実施の形態】
[第1の実施の形態]
図1(a)は本発明の第1の実施の形態のアンテナ10Aの説明図である。同図において、11,12は金属等の導電性の平行板、13はその平行板11,12に挟持された放射素子である。
【0011】
放射素子13は、図1(b)に示すように、誘電体基板131の片面に接地導体132,133、中心導体134からなる共平面線路を形成し、これにより電磁波(マイクロ波、ミリ波等)の導波路を構成したものである。接地導体132,133は放射先端側がテーパ形状に狭まっており、中心導体134は一方の接地導体133のテーパ形状に沿って曲折部134aで曲折し、他方の接地導体132との間隔がテーパ状に徐々に開いている。接地導体132,133は平行板11,12と導通し、中心導体134の先端134bは平行板12に近接し、又は導通している。
【0012】
以上のように、放射素子13の共平面線路は上下非対称形状となっているので、接地導体132,133に直交する高周波電界成分も上下非対称(a部分とb部分の電界)に形成され、この上下非対称の高周波電界の差分が放射電界(平行板11,12に直交する高周波電界成分)となり、アンテナとして動作する。
【0013】
ここで、平行板11,12の間隔、つまり放射素子13の高さは、中心導体134のない部分において平行板11,12に平行な高周波電界成分が励振されないように、動作周波数の波長の1/2以下、好ましくは1/2×0.9となるように設定する。たとえば、35GHzで動作するアンテナの場合、平行板11,12の間隔は、その波長の1/2である4.3mmより小さい3.8mmに設定する。なお、この平行板11,12の間隔の下限は中心導体134と平行板11,12との間に垂直方向の高周波電界を発生できる空間が確保できる最低距離である。
【0014】
以上により、電磁波を放射する部分(中心導体134の先端部134b)は平行板11,12の面方向において波長に対し充分小さくほとんど点に近い形状となるので、電磁波源は同心円状に拡がる略理想的な点波源となる。
【0015】
[第2の実施の形態]
図2(a)は本発明の第2の実施の形態のアンテナ10Bの説明図である。図1と同じものには同じ符号を付けた。14は平行板11,12の略中央に絶縁支持された中心導体である。すなわち、本実施形態では、導波路としてストリップ線路を用い、その中心導体14の先端部に曲折部14aを形成してその先端14bを平行板12に接続し、又は近接させている。
【0016】
この場合のストリップ線路を伝播する高周波電界は、図2(b)に示すようになり、中心導体14の曲折部14aから先端14bにかけての電界が上下非対称となって、この差分が放射電界となりアンテナとして動作する。中心導体14の曲折部14aから平行板12に接近又は接続される先端14bまでのテーパ部分の長さを動作周波数の波長の1/2の正の整数倍とすることで、インピーダンスのマッチングが良好となる。平行板11,12の間隔は図1に示したアンテナ10Aの場合と同様に設定する。
【0017】
[第3の実施の形態]
図3は本発明の第3の実施の形態のアンテナ10Cの説明図である。図1と同じものには同じ符号を付けた。15は図1で説明した放射素子13と同様な構成の放射素子であり、その放射素子15の中心導体への給電は平行板11又は12に設けた開口(図示せず)を介してプローブ等により行う。16は平行板11,12の間に挟持される導電性の反射板であり、その放物面形状の反射面16aの焦点位置に放射素子15を配置させている。
【0018】
この実施形態では、放射素子15から同心円状に放射された電磁波が反射板16の反射面16aで反射されて平面波に変換され、放射素子15の方向に放射される。放射素子15が理想的な点波源であるので、反射面16aで反射された電磁波は位相・振幅の揃った平面波に略乱れなく変換される。
【0019】
なお、図3の構造では放射素子15が反射面16aで反射された電磁波の進行方向にあるため、その電磁波に若干ながら乱れが生じる恐れがあるが、図4に示すアンテナ10Dのように、放射素子15を反射板16の反射面16aの焦点から外れたオフセット位置に配置すれば、反射面16aで反射された電磁波の進行に乱れが生じることを防止することができる。この場合は、放射素子15がアンテナ10Dの周辺部に近い場所に配置されるので、その中心導体への給電をアンテナ10Dの側面や背面から行うことができる。
【0020】
[第4の実施の形態]
図5は本発明の第4の実施の形態のアンテナ10Eの説明図である。図3と同じものには同じ符号を付けた。ここでは、反射板16の略中央部分に切欠部16bを形成してそこに放射素子15を配置し、その正面に平行板11,12の間に挟持される導電性の副反射板17を配置し、カセグレンアンテナに類似の構造としている。副反射板17の反射面17aは双曲面形状である。
【0021】
本実施形態では、放射素子15から放射された電磁波が副反射板17の反射面17aによって反射板16方向に反射され、その反射板16の反射面16aで再度反射されて略平面波となって外部に放射される。
【0022】
[第5の実施の形態]
図6は本発明の第5の実施の形態のアンテナ10Fの説明図である。図3と同じものには同じ符号を付けた。18は誘電体損失の少ないテフロン(商標名)等からなる誘電体レンズであり、放射素子15の正面の平行板11,12の間に挟持されている。この誘電体レンズ18は電磁波に対してレンズとして作用するので、そのレンズの焦点位置に放射素子15を配置する。
【0023】
放射素子15から放射された点波源の電磁波は誘電体レンズ18で平面波に変換されてその誘電体レンズ18の背面方向の空間に放射される。なお、この電磁波の進行方向を変化させるレンズとしては、誘電体以外にメタルレンズも使用可能である。
【0024】
【発明の効果】
以上から本発明によれば、理想的な点波源となるアンテナを実現できる。また、この点波源から放射される電磁波を反射板や誘電体レンズあるいはメタルレンズによって反射や進行方向を変化させ、輻射パターンに乱れの少ないアンテナを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 (a)は本発明の第1の実施の形態のアンテナの一部切り欠きの斜視図、(b)は放射素子の斜視図である。
【図2】 (a)は本発明の第2の実施の形態のアンテナの一部切り欠きの斜視図図、(b)は側面図である。
【図3】 本発明の第3の実施の形態のアンテナの一部切り欠きの斜視図である。
【図4】 図3のアンテナの変形例の一部切り欠きの斜視図である。
【図5】 本発明の第4の実施の形態のアンテナの一部切り欠きの斜視図である。
【図6】 本発明の第5の実施の形態のアンテナの一部切り欠きの斜視図である。
【図7】 従来のホーンアンテナの斜視図である。
【図8】 従来のスロットアンテナの斜視図である。
【図9】 従来のパッチアンテナの斜視図である。
【符号の説明】
10A,10B,10C,10D,10E,10F:アンテナ
11,12:導電性の平行板
13:放射素子、131:誘電体基板、132,133:接地導体、134:中心導体、134a:曲折部、134b:先端
14:中心導体、14a:曲折部、14b:先端
15:放射素子
16:導電性の反射板、16a:反射面、16b:切り欠き
17:導電性の副反射板、17a:反射面
18:誘電体レンズ
20:ホーンアンテナ、21:導波管、22:ホーン
30:スロットアンテナ、31:導波管、32:スロット
40:パッチアンテナ、41:誘電体基板、42:マイクロストリップ線路、43:金属パッチ
Claims (5)
- 導電性の2枚の平行板と、該2枚の平行板の間の略中央に位置した中心導体とからなる導波路を給電線路としたアンテナであって、
前記2枚の平行板の間隔を前記中心導体の存在しない部分において前記平行板に平行な高周波電界成分が励振されない距離に設定すると共に、前記中心導体の先端部を前記2枚の平行板に直交する方向に対し非対称に曲折して、前記中心導体の先端部から前記2枚の平行板に直交する高周波電界成分をもつ電磁波を放射するようにしたことを特徴とするアンテナ。 - 請求項1において、
前記2枚の平行板の間に挟持される誘電体と、該誘電体の前記2枚の平行板に直交する片面に形成した前記中心導体と、前記中心導体の両側で且つ前記2枚の平行板に導通するよう前記片面に設けた対の接地導体とを有する放射素子を具備することを特徴とするアンテナ。 - 請求項1又は2において、
前記中心導体の前記曲折した先端部の先端を前記2枚の平行板のいずれか一方に近接させ、又は導通させたことを特徴とするアンテナ。 - 請求項2において、
前記2枚の平行板の間に、前記放射素子から放射された電磁波が反射される導電性の反射板を設けたことを特徴とするアンテナ。 - 請求項2において、
前記2枚の平行板の間に、前記放射素子から放射された電磁波が入射する誘電体レンズ又はメタルレンズを設けたことを特徴とするアンテナ。
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