JP7220540B2 - ホーンアンテナ - Google Patents

Description

本発明は、それぞれ誘電体部材及び金属部材を用いて構成された導波管部及びホーン部を備えるホーンアンテナに関するものである。

従来から、マイクロ波帯やミリ波帯の高周波信号を用いた無線通信において、高周波信号を導波管部に伝送させてホーン部から電磁波として放射するホーンアンテナが知られている。近年では、ホーンアンテナの小型軽量化や加工の容易性に鑑み、誘電体部材を用いて導波管部及びホーン部を構成したホーンアンテナが利用されている。例えば、特許文献１には、この種のホーンアンテナの一例として、導波管部の矩形断面内の磁界方向にのみホーン部を拡径させた所謂Ｈ面ホーンを採用した構造が提案されている。このような構造において、導波管部を構成する誘電体ブロックは、導波管部の矩形断面の長辺方向（磁界方向）を平面方向とし、かつ導波管部の矩形断面の短辺方向を高さ方向とし、さらにホーン部が誘電体ブロックの平面方向に拡がる構造となる。特許文献１に開示されたホーンアンテナは、ホーン部を導波管部の矩形断面の短辺方向（電界方向）及び長辺方向（磁界方向）の両方に拡径する一般的なホーンアンテナの構造に比べると、ホーン部を一方の方向（磁界方向）のみに拡径させればよいため、誘電体部材を用いる場合の構造及び加工を簡素化することができる。

特許第５６６９０４３号公報

ホーンアンテナの設計に際しては、導波管部に入力された高周波信号がホーン部から放射空間に至る際のインピーダンスの整合をとることが重要となる。特に、誘電体部材を用いたホーンアンテナは、誘電率が比較的大きいため、インピーダンスの不整合により反射特性の劣化が生じやすい。しかし、発明者らの検証の結果、上記特許文献１に開示されるような誘電体部材を用いたホーンアンテナにおいてＨ面ホーンを採用した構造は、インピーダンス不整合が大きくなり反射特性が劣化することが確認された。そして、発明者らの更なる検証の結果、誘電体部材を用いたホーンアンテナにおけるインピーダンス整合には、導波管部の矩形断面内の電界方向にのみホーン部を拡径させた所謂Ｅ面ホーンを採用するとともに、Ｅ面ホーンの先端部に誘電体からなる突出部を接続する構造を採用することが有利であることが確認された。

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、誘電体部材及び金属部材を用いて導波管部及びホーン部を構成する場合、比較的簡単な構造により小型軽量化と加工の容易性を確保しつつ、インピーダンス不整合による反射特性の劣化を有効に防止し得るホーンアンテナを提供するものである。

上記課題を解決するために、本発明のホーンアンテナは、信号の伝送方向である第１の方向（Ｘ）に直交する第１矩形断面を有する導波管部（１０）と、前記第１の方向における前記導波管部の一端に接続される第１端面（Ｐ１）と、当該第１端面と前記第１の方向に対向する第２端面（Ｐ２）と、前記第１端面から前記第２端面に向かって前記第１矩形断面における電界方向である第２の方向（Ｚ）にのみ拡径する前記第１の方向に直交する第２矩形断面とを有するホーン部（２０）とを備え、前記導波管部は、第１誘電体部材（１１）と、当該第１誘電体部材のうち前記第１矩形断面の四辺に沿った上下面及び両側の側面を取り囲む第１金属部材（１２）とにより構成され、前記ホーン部は、第２誘電体部材（２１）と、当該第２誘電体部材のうち前記第２矩形断面の四辺に沿った上下面及び両側の側面を取り囲む第２金属部材（２２）とにより構成され、前記第２誘電体部材には、前記第２端面から前記第１の方向に沿って所定の長さだけ突出する第３誘電体部材により構成される突出部（３０）が接続されることを特徴としている。

本発明のホーンアンテナによれば、ホーンアンテナに入力された高周波信号は、導波管部からホーン部に伝送され、突出部を介して外部に放射される。このとき、ホーン部は導波管部の矩形断面における電界方向（短辺方向）にのみ拡径するＥ面ホーンを構成し、更にホーン部の先端に接続される第３誘電体部材からなる突出部が存在するので、ホーンアンテナのインピーダンスを確実に整合させて、良好な反射特性を実現することが可能となる。

本発明の突出部は、Ｅ面ホーンの先端と外部空間（空気）との間のインピーダンスを整合させる機能を有する限り、多様な構造で形成することができる。例えば、突出部を、第２端面と同形状及び同位置の平面を有する直方体に形成することができる。これにより、ホーン部の第２誘電体部材と突出部の第３誘電体部材とを容易に一体化でき、構造を簡素化することが可能となる。

本発明において、導波管部の第１誘電体部材として、複数の誘電体層が積層された誘電体基板を用いてもよい。あるいは、導波管部の第１誘電体部材として、一体的に形成された１つの誘電体ブロックを用いてもよい。よって、ホーンアンテナの作製に際し、シート積層技術を適用した誘電体基板と、プレス成形を適用した誘電体ブロックとを適宜に選択することができる。そして、第１誘電体部材として誘電体基板を用いる場合には、導波管部の第１金属部材の少なくとも一部を、第１誘電体部材の両側の側面に沿って配列された複数の柱状導体部からなるポスト壁により構成することができる。

本発明において、導波管部の第１誘電体部材とホーン部の第２誘電体部材とを、複数の誘電体層が積層された１つの誘電体基板に含めて構成することができる。この場合、第１金属部材及び第２金属部材のそれぞれの少なくとも一部を、第１誘電体部材及び第２誘電体部材の両側の側面に沿って配列された複数の柱状導体部からなるポスト壁により構成することができる。そして、上述の１つの誘電体基板の高さ方向を、第１及び第２の方向と直交する方向としてもよい。このような構造の誘電体基板は、ホーン部の拡径方向が誘電体基板の平面方向となるので、誘電体基板の薄型化が可能となる。

本発明によれば、誘電体部材を用いることで小型軽量化を図りつつ、導波管部の矩形断面の電界方向にのみホーン部を拡径させ、かつホーン部の先端に第３誘電体部材からなる突出部を接続する構造としたので、ホーン部を所謂Ｅ面ホーンにする作用と、突出部がＥ面ホーンの先端と外部空間（空気）との間のインピーダンスを整合させる作用とに基づき、インピーダンス不整合を十分に抑制してホーンアンテナの良好な反射特性を実現することができ、その結果としてホーンアンテナの広帯域化も実現することが可能となる。

第１の構造例に係るホーンアンテナの全体構造を示す斜視図である。 図１のホーンアンテナをＺ方向の上方から見た上面図である。 図１のホーンアンテナをＹ方向から見たＡ－Ａ断面（図２）における断面図である。 第２の構造例に係るホーンアンテナの全体構造を示す斜視図である。 図４のホーンアンテナをＺ方向の上方から見た上面図である。 第２の構造例において、誘電体基板４０の誘電体領域４０ａを除去した状態で、ポスト壁４１のＸ方向の左端近傍の部分的な領域をＹ方向から拡大して見た部分側面図である。 第３の構造例に係るホーンアンテナの全体構造を示す斜視図である。 図７のホーンアンテナをＺ方向の上方から見た上面図である。 図７のホーンアンテナをＹ方向から見たＢ－Ｂ断面（図８）における断面図である。 第３の構造例に係るホーンアンテナを用いた電磁界シミュレーションにより、所定の周波数範囲における反射特性を示す図である。 導波管部１０及びホーン部２０を備えるが、突出部３０が接続されない場合の反射特性について、本実施形態と従来構造とを比較して示す図である。 導波管部１０及びホーン部２０に加えて、ホーン部２０の先端に接続される突出部３０を備える場合の反射特性について、本実施形態と従来構造とを比較して示す図である。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。本実施形態は、本発明を具体化したホーンアンテナについて説明を行う。ただし、以下に述べる実施形態は本発明を適用した形態の一例であって、本発明が本実施形態の内容により限定されることはない。

以下、図１～図３を用いて、本発明を適用したホーンアンテナの基本構造である第１の構造例について説明する。なお、図１～図３においては、説明の便宜のため、互いに直交するＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向をそれぞれ矢印にて示している。図１は、第１の構造例に係るホーンアンテナの全体構造を示す斜視図である。また、図２は、図１のホーンアンテナをＺ方向の上方から見た上面図であり、図３は、図１のホーンアンテナをＹ方向から見たＡ－Ａ断面（図２）における断面図である。

第１の構造例に係るホーンアンテナは、入力された高周波信号をＸ方向に伝送する導波管部１０と、導波管部１０を伝送される信号を突出部３０を介して放射するホーン部２０と、ホーン部２０の先端側に接続される突出部３０を備えて構成される。導波管部１０とホーン部２０とは位置Ｐ１で連結されており、ホーン部２０と突出部３０は位置Ｐ２で連結されている。なお、第１の構造例に関する以下の説明は、導波管部１０、ホーン部２０、突出部３０を一体的に形成する場合と、個別に形成して相互に接続する場合のいずれであっても共通である。

導波管部１０、ホーン部２０、突出部３０は、いずれもＸ方向に直交する矩形断面を有している。このうち、導波管部１０の矩形断面（本発明の第１矩形断面）は、Ｙ方向の一定の幅ａ（図２）の長辺とＺ方向の一定の高さｂ（図３）の短辺からなる。また、ホーン部２０の矩形断面（本発明の第２矩形断面）は、位置Ｐ１の端面（本発明の第１端面）では導波管部１０と同サイズであるが、Ｘ方向に沿ってＺ方向の高さｂのみが拡径して位置Ｐ２の端面（本発明の第２端面）で高さｂ’ （図３）になる一方、Ｙ方向の幅ａが一定に保たれる。さらに、突出部３０の矩形断面は、位置Ｐ２のホーン部２０と同サイズであり、Ｙ方向の一定の幅ａとＺ方向の一定の高さｂ’とを有する。

図３に示すように、導波管部１０は、セラミック等の誘電体材料からなる誘電体部材１１（本発明の第１誘電体部材）と、この誘電体部材１１の上下面及び両側の側面を取り囲む導電材料からなる金属部材１２（本発明の第１金属部材）とにより構成される。また、ホーン部２０は、セラミック等の誘電体材料からなる誘電体部材２１（本発明の第２誘電体部材）と、この誘電体部材２１の上下面及び両側の側面を取り囲む導電材料からなる金属部材２２（本発明の第２金属部材）とにより構成される。また、突出部３０は、セラミック等の誘電体材料からなる誘電体部材（本発明の第３誘電体部材）により構成され、その周囲を取り囲む金属部材は設けられていない。なお、ホーンアンテナのＸ方向の両端において、入力面Ｆ１には導波管部１０の誘電体部材１１が露出しており、アンテナ開口面Ｆ２には突出部３０の誘電体部材が露出している。

図３において、金属部材１２、２２は十分に薄いため、導波管部１０の誘電体部材１１は導波管部１０自体と概ね同サイズの矩形断面を有し、ホーン部２０の誘電体部材２１もホーン部２０自体と概ね同サイズの矩形断面を有する。例えば、導波管部１０の入力面Ｆ１から入力された信号は、Ｘ方向に沿ってホーン部２０に伝送し、突出部３０のアンテナ開口面Ｆ２を介して外部空間に放射される。この場合、導波管部１０の金属部材１２は、入力面Ｆ１から位置Ｐ１までＸ方向に延びる導波路を画定し、ホーン部２０の金属部材２２は、位置Ｐ１から位置Ｐ２までＸ方向に延びる導波路を画定する。なお、本実施形態において、突出部３０はホーンアンテナの反射特性を向上させる役割を有するが、詳しくは後述する。

ここで、導波管部１０の前述の寸法パラメータａ、ｂに関し、ａ≒２ｂのような関係に設定すると、導波管部１０には主モードとしてＴＥ１０モードが伝搬する。この場合、導波管部１０を伝送する信号のうちの電界の方向は、矩形断面の短辺方向（図３のＺ方向）に一致する。そして、ホーン部２０が拡径する方向は電界の方向に一致しているので、ホーン部２０は所謂Ｅ面ホーンと呼ばれる。Ｅ面ホーンであるホーン部２０では、位置Ｐ１から位置Ｐ２に近付くにつれ、前述のＴＥ１０モードが徐々にＴＥＭモードへとモード変換がなされる。

一方、本実施形態の突出部３０の役割は、ホーン部２０と組み合わせることで、ホーンアンテナの反射特性を向上させることにある。すなわち、発明者らの検証によれば、本実施形態で採用したＥ面ホーンであるホーン部２０と突出部３０とを組み合わせることで、ホーン部２０を単独で用いる場合に比べ、反射特性の更なる向上が可能であることが確認された。この場合、突出部３０は、ホーン部２０と放射空間の空気との間で、インピーダンスを整合させる役割を果たしていると推察される。なお、ホーン部２０の拡径方向が導波管部１０の矩形断面で磁界方向（長辺方向）に一致するＨ面ホーンを採用する場合は、単独でも、あるいは突出部３０を組み合わせたとしても、Ｅ面ホーンのような反射特性の向上は得られないことが確認された。これらの検証結果については、後述する。なお、突出部３０のＸ方向の幅については制約されないが、極端に薄いとインピーダンスを整合させる機能を失うので、伝送信号の波長の１／１０程度以上を確保することが望ましい。また、突出部３０のＸ方向の幅が大きくなり過ぎるのは、ホーンアンテナの小型化に支障を生じるので好ましくない。

次に、図４～図６を用いて、本発明を適用したホーンアンテナの第２の構造例について説明する。図４は、第２の構造例に係るホーンアンテナの全体構造を示す斜視図である。また、図５は、図４のホーンアンテナをＺ方向の上方から見た上面図である。一方、第２の構造例の断面図については、第１の構造例の図３と共通であるため省略する。なお、図４及び図５におけるＸ、Ｙ、Ｚの各方向は図１及び図２と共通である。

第２の構造例に係るホーンアンテナは、第１の構造例と同様、導波管部１０とホーン部２０と突出部３０とにより構成される。第２の構造例において、第１の構造例と異なる点は、導波管部１０の誘電体部材１１を内包する誘電体基板４０を備えて構成され、この誘電体基板４０のうち金属部材１２の両側のそれぞれの側壁の位置にＸＺ平面に沿ったポスト壁４１を形成した点である。ポスト壁４１は、誘電体基板４０をＺ方向に貫く複数の貫通孔に導電材料が充填された柱状導体部である複数のビア導体４４（図６参照）を配列したものであり、所謂ポスト壁導波路を構成する。なお、図４では、金属部材１２の上面の導体層の直下に形成されているポスト壁４１が透過されて見える状態を示している。

第２の構造例において、誘電体基板４０は、金属部材１２に取り囲まれた誘電体部材１１と金属部材１２のＹ方向の外側の誘電体領域４０ａとに区分される。よって、Ｚ方向から見た図５では、Ｙ方向の全体の幅が第１の構造例（図２）より大きくなるが、Ｙ方向から見たときは第１実施形態（図３）と同じサイズになる。そのため、ポスト壁４１は、Ｙ方向の外側を誘電体領域４０ａに覆われる構造となり、外部には露出していない。なお、それ以外の構造については、ホーン部２０及び突出部３０の構造を含めて第１の構造例と共通であり、かつホーンアンテナの作用効果についても第１の構造例とほぼ共通であるため、説明を省略する。

ここで、図６は、第２の構造例において、誘電体基板４０の誘電体領域４０ａを除去した状態で、ポスト壁４１のＸ方向の左端近傍の部分的な領域をＹ方向から拡大して見た部分側面図を示している。図６においては、誘電体基板４０が複数の誘電体層４３を積層して構成され、その上下に１対の導体層４２ａ、４２ｂが配置され、ポスト壁４１は複数のビア導体４４により構成される。各々のビア導体４４はＺ方向に隣接する誘電体層４３の間を接続している。また、Ｘ方向に隣接するビア導体４４は、互いの所定の間隔で配列されている。この場合、ポスト壁４１をポスト壁導波路として機能させるには、Ｘ方向に隣接するビア導体４４の間隔を導波管部１０の管内波長よりも十分小さい間隔（例えば、管内波長の１／２以下）に設定する必要がある。また、各々の誘電体層４３の上面には、Ｘ方向に長尺の２列の接続パッド４５がＹ方向に対向して配置されており、各々の接続パッド４５はＸ方向に並ぶ複数のビア導体４４の下端に接続されている。

次に、図７～図９を用いて、本発明を適用したホーンアンテナの第３の構造例について説明する。図７は、第３の構造例に係るホーンアンテナの全体構造を示す斜視図である。また、図８は、図７のホーンアンテナをＺ方向の上方から見た上面図であり、図９は、図７のホーンアンテナをＹ方向から見たＢ－Ｂ断面（図８）における断面図である。なお、図７～図９におけるＸ、Ｙ、Ｚの各方向は図１～図６と共通である。

第３の構造例に係るホーンアンテナは、導波管部１０とホーン部２０と突出部３０とを備えて構成される点は第１及び第２の構造例と共通であるが、全体的な構造が異なっている。すなわち、第３の構造例においては、導波管部１０及びホーン部２０のそれぞれの誘電体部材１１、２１と突出部３０とを一体的に内包する誘電体基板５０を備えている。この誘電体基板５０には、導波管部１０の金属部材１２となる側面のポスト壁４１及び上下の１対の導体層が形成される点は第２の構造例と同様であるが、これらに加えて、ホーン部２０の金属部材２２となる側面のポスト壁４１ａ及び上下の１対の導体層が形成されている。なお、導波管部１０のポスト壁４１の構造については図６と共通であり、ホーン部２０のポスト壁４１ａの構造については、延在方向がＸ方向及びＹ方向に対して斜めの平面である点を除き、図６と同様に配列した複数のビア導体４４により構成される。

第３の構造例においては、金属部材１２により誘電体部材１１を取り囲んでなる導波管部１０の矩形断面の長辺及び短辺の方向が、第１及び第２の構造例とは異なっている。第２の構造例では、導波管部１０の矩形断面の長辺方向がＹ方向かつ短辺方向がＺ方向であるの対し、第３の構造例では、導波管部１０の矩形断面の長辺方向がＺ方向かつ短辺方向がＹ方向となっている。その結果、第２の構造例の場合は、導波管部１０の矩形断面内の電界方向と誘電体基板４０の高さ方向（積層方向）がともにＺ方向で一致しているのに対し、第３の構造例の場合は、導波管部１０の矩形断面内の電界方向がＹ方向であり、かつ誘電体基板５０の高さ方向がＺ方向であり、両者は直交する関係にある。

また、第３の構造例においては、導波管部１０の電界方向がＹ方向であることに対応して、ホーン部２０がＺ方向ではなく電界方向であるＹ方向に拡径している。そのため、ホーン部２０の上下には、ＸＹ平面に延在する１対の導体層が形成されるとともに、ホーン部２０の両側の側面には、Ｘ方向及びＹ方向に対して斜め方向に延在するポスト壁４１ａが形成される。仮に電界方向がＺ方向であるとすると、誘電体基板５０に階段状に構成される多数の導体層を含む複雑な構造が必要となるが、第３の構造例によれば、誘電体基板５０において導波管部１０の上下の１対の表面にホーン部２０の１対の導体層を延長して配置すればよいので、複雑な構造は不要となる。

さらに、第３の構造例においては、ホーン部２０に接続される突出部３０は、誘電体基板５０の周辺領域と一体化される構造となっている。この場合、突出部３０のＺ方向の高さやＸ方向の幅については、第１の構造例及び第２の構造例と相違はない。一方、突出部３０のＹ方向の長さは誘電体基板５０の周辺領域まで延長されているが、ホーン部２０のＹ方向の長さに対向する領域に突出部３０が覆う構造であるため、ホーンアンテナのホーン部２０と外部空間（空気）との間のインピーダンスを整合させる役割は第１の構造例及び第２の構造例の場合と概ね共通である。なお、第３の構造例では、金属部材１２、２２のそれぞれの上下１対の導体層が外部に露出する構造を示しているが、第３の構造例の変形例として、金属部材１２、２２のそれぞれの上下１対の導体層が外部に露出せず、誘電体基板５０の内部に埋設される構造としてもよい。このような構造により、金属部材１２、２２のそれぞれの上下１対の導体層が、誘電体基板５０から剥がれること、他の金属と接触してショートすること、酸化や腐敗すること、等の不具合を防止することができる。

ここで、第３の構造例に係るホーンアンテナに関し、作用効果を検証するための電磁界シミュレーションにより得られた反射特性について説明する。図１０は、第３の構造例に係るホーンアンテナを用いた電磁界シミュレーションにより、所定の周波数範囲における反射特性（反射係数であるＳパラメータＳ１１の変化）をグラフにして示す図である。下記の表１には、上記電磁界シミュレーションの条件である各設定値を示している。表１に示す設定値のうち、導波管部１０、ホーン部２０、突出部３０のサイズについては、概ね図７～図９の構造に合致している。なお、金属部材１２、２２の導体厚みは０．０１ｍｍと薄いものとする。また、誘電体部材１１、２１の比誘電率は６で、誘電体損は０．００２１とし、金属部材１２、２２（ポスト壁４１、４１ａを含む）の材質には銅を用いるものとする。

図１０に示す反射特性によれば、周波数２７ＧＨｚの近傍に減衰極が発生し、反射係数Ｓ１１が十分に小さくなることがわかる。そして、比較的広い周波数の範囲（２３～３２ＧＨｚ）で反射係数Ｓ１１が－１０ｄＢ以下に抑えられており、全体的に良好な反射特性を得ることができる。このように良好な反射特性が得られるのは、Ｅ面ホーンであるホーン部２０と突出部３０の組み合せにより、十分なインピーダンス整合を実現したことが大きく寄与している。よって、本実施形態のホーンアンテナによれば、一般に第５世代移動通信システム（５Ｇ）において必要とされる２４～３０ＧＨｚ（ＢＷ＝６ＧＨｚ）の帯域幅を確保することができる。なお、第３の構造例の反射特性を例にとって説明したが、第１及び第２の構造例に関しても概ね同様の反射特性を得ることが可能である。

以下、上述の第１、第２、第３の構造例に係るホーンアンテナの作製方法の概要について説明する。まず、第１及び第２の構造例に係るホーンアンテナの作製に際しては、導波管部１０とホーン部２０とを別々に形成する。そして、第１の構造例の導波管部１０を形成するには、誘電体シート積層技術を用いる第１の手法と、誘電体粉末をプレス成形する第２の手法がある。第１の手法を採用する場合は、比較的大きい所定サイズの複数の誘電体シートを積層し、個片サイズに切断することで誘電体ブロックを得る。一方、第２の手法を採用する場合は、金型等を用いてプレス成形することで誘電体ブロックを得る。

次いで、第１又は第２の手法で得られた誘電体ブロックのうち、図１の入力面Ｆ１及び位置Ｐ１の面を除いた４面（上下面及び両側の側面）を取り囲む金属部材１２を形成する。具体的には、金属部材１２を構成する４面に導電ペーストを塗布する。この場合、導電ペーストに代え、板状の薄い導電板を誘電体ブロックの４面に接着剤等を用いて貼り付けてもよい。その後、誘電体ブロックを所定の温度で焼成することにより、誘電体部材１１と金属部材１２とからなる導波管部１０が形成される。なお、誘電体部材１１と金属部材１２のそれぞれの材料に応じて、焼成工程を先行して行ってもよい。

一方、第２の構造例の導波管部１０を形成するには、前述の誘電体シート積層技術を用いる第１の手法で誘電体ブロックを形成しつつ、各シートの積層時にポスト壁４１を構成する複数のビア導体４４となる複数の貫通孔をそれぞれ形成すればよい。あるいは、前述のプレス成形を用いる第２の手法で誘電体ブロックを形成し、ポスト壁４１を構成する複数のビア導体４４となる複数の貫通孔をパンチング金型又はレーザを用いてそれぞれ形成してもよい。そして、複数のビア導体４４となる各貫通孔に導電材料を充填した後、誘電体ブロックのうち上面側と下面側の２面に導電ペーストを塗布するか、あるいは前述の導電板を接着材等で貼り付ける。なお、誘電体ブロックの前述の焼成工程については第１の構造例と同様である。以上により、誘電体部材１１と金属部材１２とからなる導波管部１０が形成される。

次に、第１及び第２の構造例のホーン部２０についても、誘電体シート積層技術を用いる第１の手法と、誘電体粉末をプレス成形する第２の手法とを採用することができる。この場合、ホーン部２０の誘電体部材２１及び突出部３０を一体的に形成するには、図１の位置Ｐ１から位置Ｐ２までの部分がＺ方向に拡径したホーン形状を有するので、前述の第１の手法で多層の誘電体シートを積層した後に研磨等で成形するか、あるいは前述の第２の手法で金型等を用いたプレス成形によりホーン形状を有する誘電体ブロックを得られる。その後、この誘電体ブロックのうち、位置Ｐ１の端面及び突出部３０の全体を除いた４面（ホーン部２０の上下面及び両側の側面）を取り囲む金属部材２２を形成する。この場合の金属部材２２の形成方法及び焼成工程については、前述の通りである。

最後に、第１又は第２の構造例において、前述のように形成した導波管部１０の位置Ｐ１の端面と、前述のように一体的に形成したホーン部２０及び突出部３０の位置Ｐ１の端面とを接着剤等により接合する。これにより、第１又は第２の構造例に係るホーンアンテナが完成する。

次に、第３の構造例に係るホーンアンテナの作製に際しては、導波管部１０とホーン部２０とを一体的に形成する。具体的には、誘電体シート積層技術を用いて多層の誘電体シートを積層し、各シートの積層時に複数のビア導体４４となる複数の貫通孔を形成する。このとき、各シートへの導電ペーストの塗布や各貫通孔への導電材料の充填については、第２の構造例で説明した通りである。ただし、図７に示すように、誘電体ブロックのうち少なくとも突出部３０の領域には、導電ペーストの塗布や貫通孔の形成が行われない。また、誘電体ブロックの前述の焼成工程については第１及び第２の構造例と同様である。以上により、誘電体部材１１及び金属部材１２からなる導波管部１０と、誘電体部材２１及び金属部材２２からなるホーン部２０と、誘電体部材からなる突出部３０とが一体的に形成され、第３の構造例に係るホーンアンテナが完成する。

以下、本実施形態に係るホーンアンテナの効果について、従来構造に係るホーンアンテナと対比しつつ説明する。本実施形態では、ホーン部２０として導波管部１０の矩形断面の電界方向に拡径するＥ面ホーンを用いるのに対し、従来構造では、ホーン部２０として導波管部１０の矩形断面の磁界方向に拡径するＨ面ホーンを用いることを想定する。この場合、本実施形態の基本構造である第１の構造例と、この第１の構造例のホーン部２０をＨ面ホーンに置き換えた従来構造とに関し、それぞれ電磁界シミュレーションを行って反射特性を比較した。

図１１は、導波管部１０及びホーン部２０を備えるが、突出部３０が接続されない場合の反射特性について、本実施形態（実線）と従来構造（破線）とを比較して示す図である。図１１に示す反射特性によれば、本実施形態と従来構造のいずれについても、反射係数Ｓ１１が大きくなっている。例えば、誘電体からなるホーン部２０の先端と外部空間（空気）との界面でインピーダンスの不整合が大きいことが推認される。ただし、Ｈ面ホーンを採用した従来構造に比べると、本実施形態の方が、若干、反射係数Ｓ１１が向上していることがわかる。

図１２は、導波管部１０及びホーン部２０に加えて、ホーン部２０の先端に接続される突出部３０を備える場合の反射特性について、本実施形態（実線）と従来構造（破線）とを比較して示す図である。図１２に示す反射特性によれば、本実施形態の場合は、図１１に比べて反射係数Ｓ１１が大幅に改善されており、広い周波数範囲で反射係数Ｓ１１が－１０ｄＢ以下に抑えられている。これに対し、従来構造の場合は、図１１から反射係数Ｓ１１の改善が見られず、全ての周波数範囲で反射係数が－５ｄＢ以上となっている。以上のように、Ｅ面ホーンと突出部３０を組合わせた本実施形態の場合は反射特性の向上の高い効果が得られるのに対し、Ｈ面ホーンと突出部３０を組合わせた従来構造の場合は反射特性の向上につながらないことが確認された。

以上、本実施形態に基づき本発明の内容を具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で多様な変更を施すことができる。例えば、本実施形態では、ホーンアンテナの形態として第１、第２、第３の構造例を提示したが、これ以外にも本発明を適用可能な多様な形態に対して広く本発明を適用することができる。さらに、その他の点についても上記実施形態により本発明の内容が限定されるものではなく、本発明の作用効果を得られる限り、上記実施形態に開示した内容には限定されることなく適宜に変更可能である。

１０…導波管部
１１…誘電体部材
１２…金属部材
２０…ホーン部
２１…誘電体部材
２２…金属部材
３０…突出部
４０、５０…誘電体基板
４１、４１ａ…ポスト壁
４２ａ、４２ｂ…導体層
４３…誘電体層
４４…ビア導体
４５…接続パッド

Claims (8)

1. 信号の伝送方向である第１の方向に直交する第１矩形断面を有する導波管部と、
   前記第１の方向における前記導波管部の一端に接続される第１端面と、当該第１端面と前記第１の方向に対向する第２端面と、前記第１端面から前記第２端面に向かって前記第１矩形断面における電界方向である第２の方向にのみ拡径する前記第１の方向に直交する第２矩形断面とを有するホーン部と、
   を備え、
   前記導波管部は、第１誘電体部材と、当該第１誘電体部材のうち前記第１矩形断面の四辺に沿った上下面及び両側の側面を取り囲む第１金属部材とにより構成され、
   前記ホーン部は、第２誘電体部材と、当該第２誘電体部材のうち前記第２矩形断面の四辺に沿った上下面及び両側の側面を取り囲む第２金属部材とにより構成され、
   前記第２誘電体部材には、前記第２端面から前記第１の方向に沿って所定の長さだけ突出する第３誘電体部材により構成される突出部が接続されることを特徴とするホーンアンテナ。
2. 前記突出部は、前記第２端面と同形状及び同位置の平面を有する直方体に形成されることを特徴とする請求項１に記載のホーンアンテナ。
3. 前記第１誘電体部材は、複数の誘電体層が積層された誘電体基板であることを特徴とする請求項１又は２に記載のホーンアンテナ。
4. 前記第１金属部材の少なくとも一部は、前記第１誘電体部材の前記両側の側面に沿って配列された複数の柱状導体部からなるポスト壁により構成されることを特徴とする請求項３に記載のホーンアンテナ。
5. 前記第１誘電体部材は、一体的に形成された１つの誘電体ブロックであることを特徴とする請求項１又は２に記載のホーンアンテナ。
6. 前記第１誘電体部材及び前記第２誘電体部材は、複数の誘電体層が積層された１つの誘電体基板に含まれることを特徴とする請求項１又は２に記載のホーンアンテナ。
7. 前記第１金属部材及び前記第２金属部材のそれぞれの少なくとも一部は、前記第１誘電体部材及び前記第２誘電体部材の前記両側の側面に沿って配列された複数の柱状導体部からなるポスト壁により構成されることを特徴とする請求項６に記載のホーンアンテナ。
8. 前記誘電体基板の高さ方向は、前記第１及び第２の方向と直交する方向であることを特徴とする請求項６又は７に記載のホーンアンテナ。
   

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