特許 7255997 導波管スロットアンテナ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-04-03

(45)【発行日】2023-04-11

(54)【発明の名称】導波管スロットアンテナ

(51)【国際特許分類】

   H01Q 13/22 20060101AFI20230404BHJP

   H01Q 13/10 20060101ALI20230404BHJP

【ＦＩ】

H01Q13/22

H01Q13/10

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2018220737

(22)【出願日】2018-11-26

(65)【公開番号】P2020088613

(43)【公開日】2020-06-04

【審査請求日】2021-11-24

(73)【特許権者】

【識別番号】000004547

【氏名又は名称】日本特殊陶業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100110881

【弁理士】

【氏名又は名称】首藤 宏平

(72)【発明者】

【氏名】高橋 裕之

(72)【発明者】

【氏名】平野 聡

(72)【発明者】

【氏名】森 奈緒子

(72)【発明者】

【氏名】青木 生朗

(72)【発明者】

【氏名】安達 拓也

【審査官】佐藤 当秀

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－０９２７８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－１９０３４９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｑ １３／００－ １３／２８

Ｈ０１Ｑ ２１／００－ ２１／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

誘電体基板と当該誘電体基板を取り囲む金属部材とにより構成された導波管と、当該導波管の信号伝送方向である第１の方向に沿って配置され、前記金属部材の内縁により画定される一又は複数のスロットと、を備える導波管スロットアンテナであって、
前記金属部材は、前記導波管のうち前記第１の方向に直交する少なくとも一方の短絡面となる第１の短絡壁部を含み、
前記一又は複数のスロットは、前記短絡壁部に接する前記内縁により画定される第１スロットを含み、
前記第１スロットは、前記第１の方向に沿って前記導波管の管内波長の１／２倍より小さい所定のスロット長を有し、
前記金属部材は、
前記誘電体基板の下面に形成された第１導体層と、
前記誘電体基板の上面に形成され、前記一又は複数のスロットが設けられる第２導体層と、
前記第１導体層と前記第２導体層との間を電気的に接続し、前記第１の方向に延在する前記導波管の両側の側面となる１対の側壁部と、
を含んで構成され、
少なくとも前記誘電体基板の上面及び下面の間を貫通して形成され、前記導波管に入力信号を給電する給電部を備え、
前記第２導体層に垂直な第２の方向から見た平面視で、前記給電部が前記第１スロットと重なる位置に配置され、かつ、前記給電部が前記第１の方向に沿って前記スロット長の範囲を逸脱しない、
ことを特徴とする導波管スロットアンテナ。

【請求項2】

前記一又は複数のスロットは前記第１スロットを含む複数のスロットであり、当該複数のスロットのうち隣接するスロット同士の間隔が前記第１の方向に沿って前記管内波長と同一又は前記管内波長の１／２倍であることを特徴とする請求項１に記載の導波管スロットアンテナ。

【請求項3】

前記金属部材は、前記導波管のうち前記第１の方向に直交する他方の短絡面となる第２の短絡壁部を含み、前記第１の短絡壁部と前記第２の短絡壁部との間の距離が前記第１の方向に沿って前記管内波長の１／２のＮ（Ｎは１以上の整数）倍に相当することを特徴とする請求項１又は２に記載の導波管スロットアンテナ。

【請求項4】

前記１対の側壁部と前記第１及び第２の短絡壁部は、前記第１導体層と前記第２導体層との間をそれぞれ接続する複数のビア導体からなることを特徴とする請求項３に記載の導波管スロットアンテナ。

【請求項5】

前記一又は複数のスロットは前記第１スロットのみを含み、前記第１の短絡壁部と前記第２の短絡壁部との間の距離が前記第１の方向に沿って前記管内波長の１／２倍に相当することを特徴とする請求項３又は４に記載の導波管スロットアンテナ。

【請求項6】

前記一又は複数のスロットは、前記第２の方向から見た平面視で、前記第１及び第２の方向に直交する第３の方向における前記１対の側壁部の間の中心位置から偏移した位置に配列されることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の導波管スロットアンテナ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、誘電体基板を用いて構成した導波管に一又は複数のスロットを設けた導波管スロットアンテナに関するものである。

【背景技術】

【0002】

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、導波管に複数のスロットを形成し、給電部から給電された高周波信号を導波管に伝搬させて複数のスロットから電磁波として放射する導波管スロットアンテナが知られている。近年では、小型軽量化や加工の容易性に鑑み、誘電体基板とそれを取り囲む金属部材により構成した導波管スロットアンテナも利用されている。一般に、導波管内には一定の管内波長に応じて周期的に繰り返す定在波が発生するので、導波管の信号伝送方向の少なくとも一端に短絡面を配置し、この短絡面の近傍側のスロットの中心位置が短絡面から管内波長の１／４倍又は１／２倍の距離となるように配置する構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このような構造を有する導波管スロットアンテナにより、導波管内の電磁界分布の周期性に適合するスロット配置が可能となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００８－１６７２４６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

一般に、矩形断面を有する導波管の電磁界分布は、信号伝送方向の成分を持たない電界と、信号伝送方向の成分を持つ磁界とにより形成される。この場合、導波管内では電界に比べて分布が複雑となる磁界の影響が強くなるため磁界分布に着目すると、短絡面の位置を基点として管内波長の１／２の周期性を有する磁界分布が形成される（例えば、図２参照）。上記従来の構造のうち、短絡面から管内波長の１／２倍の距離に配置されるスロットは、隣接する磁界分布の境界上に配置されるため、スロットに磁界が集中することになり、導波管スロットアンテナの放射効率を向上させることができる。しかし、このようなスロット配置は、短絡面の近傍側のスロットが２つの磁界分布に跨るため、導波管の信号伝送方向の長さが必要となり、導波管スロットアンテナの小型化が難しいという課題がある。一方、上記従来の構造のうち、短絡面から管内波長の１／４倍の距離に配置されるスロットは、１つの磁界分布に重ねて配置することができるため、導波管スロットアンテナの小型化が可能である。しかし、このようなスロット配置は、平面視でスロットの形状内における磁界分布の対称性により、打ち消し合う磁界成分が増加するので、導波管スロットアンテナの放射効率が低下するという課題がある。

【0005】

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、スロットの配置に基づいて、導波管スロットアンテナの小型化と良好な放射特性とを両立し得る構造を実現するものである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するために、本発明の導波管スロットアンテナは、誘電体基板（１０）と当該誘電体基板を取り囲む金属部材（１１、１２、１３）とにより構成された導波管と、当該導波管の信号伝送方向である第１の方向（Ｘ）に沿って配置され、前記金属部材の内縁により画定される一又は複数のスロット（１４）とを備える導波管スロットアンテナであって、前記金属部材は、前記導波管のうち前記第１の方向に直交する少なくとも一方の短絡面となる第１の短絡壁部（Ｗ３）を含み、前記一又は複数のスロットは、前記短絡壁部に接する前記内縁により画定される第１スロット（１４ａ）を含み、前記第１スロットは、前記第１の方向に沿って前記導波管の管内波長（λｇ）の１／２倍より小さい所定のスロット長（Ｌ）を有し、前記金属部材は、前記誘電体基板の下面に形成された第１導体層と、前記誘電体基板の上面に形成され、前記一又は複数のスロットが設けられる第２導体層と、前記第１導体層と前記第２導体層との間を電気的に接続し、前記第１の方向に延在する前記導波管の両側の側面となる１対の側壁部とを含んで構成され、少なくとも前記誘電体基板の上面及び下面の間を貫通して形成され、前記導波管に入力信号を給電する給電部を備え、前記第２導体層に垂直な第２の方向から見た平面視で、前記給電部が前記第１スロットと重なる位置に配置され、かつ、前記給電部が前記第１の方向に沿って前記スロット長の範囲を逸脱しないことを特徴としている。

【0007】

本発明の導波管スロットアンテナによれば、誘電体基板と金属部材とにより構成された導波管に配置される一又は複数のスロットのうち、第１スロットを画定する金属部材の内縁を第１の短絡壁部に接して配置するとともに、そのスロット長を第１の方向に沿って管内波長λｇの１／２倍より小さくしたので、第１の短絡壁部の位置を基点とする導波管内の磁界分布の周期性に対してスロット配置を最適化することができる。具体的には、平面視で第１スロットの位置及びスロット長の条件に応じて、第１スロットが磁界分布内の対称性に基づく磁界成分の打ち消し合いを抑制し得る配置を実現することができる。これにより、放射特性を劣化させることなく、主に導波管スロットアンテナの第１の方向のサイズを縮小することができる。

【0008】

本発明の一又は複数のスロットは、第１スロットを含む複数のスロットとし、その複数のスロットのうち隣接するスロット同士の間隔が第１の方向に沿って管内波長と同一又は管内波長の１／２倍に設定してもよい。これにより、導波管内で周期性を有する磁界分布に対し、隣接する２個のスロットを、隣接する２個の磁界分布に対応付けて配置するか、あるいは、１つ置きの２個の磁界分布に対応付けて配置するかを選択的に定めることができる。

【0009】

本発明の金属部材には、導波管のうち第１の方向に直交する他方の短絡面となる第２の短絡壁部を含めて構成し、第１の短絡壁部と第２の短絡壁部との間の距離が第１の方向に沿って管内波長の１／２のＮ（Ｎは１以上の整数）倍に相当する配置としてもよい。このように配置すれば、管内波長の１／２の周期性を有する磁界分布に対し、１対の短絡壁部を設けた導波管の第１の方向のサイズを適合させることができる。なお、上記の場合、１対の側壁部と第１及び第２の短絡壁部は、第１導体層と第２導体層との間をそれぞれ接続する複数のビア導体から構成することができる。

【0010】

本発明において、第１及び第２の短絡壁部を設ける場合、一又は複数のスロットは第１スロットのみの１個のスロットとし、第１の短絡壁部と第２の短絡壁部との間の距離を第１の方向に沿って管内波長の１／２倍に設定してもよい。これにより、１個のスロットのみを設けることを前提に、導波管スロットアンテナのＸ方向のサイズを最小化することができる。

【0011】

本発明の一又は複数のスロットは、第２導体層に垂直な第２の方向から見た平面視で、第１及び第２の方向に直交する第３の方向における１対の側壁部の間の中心位置から偏移した位置に配列することができる。すなわち、導波管内の磁界分布の周期性から、第１の方向に沿って右回りの磁界分布と左回りの磁界分布が交互に並ぶので、隣接するスロット同士の第１の方向に沿った間隔が管内波長と等しいときは各スロットを第３の方向に対して同じ位置に配置し、隣接するスロット同士の第１の方向に沿った間隔が管内波長の１／２倍であるときは各スロットを第３の方向における一対の側壁部の間の中心位置を挟んで第３の方向に対して対称位置に配置することで、各スロットにおける磁界方向を揃えることが可能となる。

【0012】

本発明は、少なくとも誘電体基板の上面及び下面の間を貫通して形成されて導波管に入力信号を給電する給電部を更に備えて構成される。この場合、第２導体層に垂直な第２の方向から見た平面視で、給電部が第１スロットと重なる位置に配置され、かつ、給電部が第１の方向に沿って前記スロット長の範囲を逸脱しないように配置される。このように第１スロットと一体的に配置される給電部を設けることで、第１の方向に沿って給電部のための余分なサイズ拡張は不要となり、導波管スロットアンテナの小型化に適している。また、給電部と第１スロットが一体的なアンテナとして作用し、給電部と第２導体層との間の容量も低減するので、良好な特性を保つことができる。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、第１スロットを第１の短絡壁部に接して配置し、第１スロットの形状が直下の１つの磁界分布の範囲内に重なるように適切なスロット長に設定することで、磁界分布の周期性に適合させつつ主に第１の方向に沿った長さを短縮できるとともに、第１スロットの形状の直下で磁界分布に含まれる磁界成分が打ち消し合うことを抑制することができる。従って、従来構造では困難であった導波管スロットアンテナの小型化と良好な放射特性とを両立することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明を適用した一実施例に係る導波管スロットアンテナの構造を示す図であり、図１（Ａ）は導波管スロットアンテナを上方から見た上面図であり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）の導波管スロットアンテナのＡ－Ａ断面における断面図である。

【図2】図１（Ａ）の上面図に対応して、誘電体基板１０からなる導波管及びスロット１４ａ、１４ｂに、導波管に発生する磁界分布２０を重ねた状態を模式的に示す図である。

【図3】本発明の効果を説明するための第１の比較例の構造を示す図であり、図３（Ａ）は図１（Ａ）に対応する上面図であり、図３（Ｂ）は図１（Ｂ）に対応する断面図である。

【図4】本発明の効果を説明するための第２の比較例の構造を示す図であり、図４（Ａ）は図１（Ａ）に対応する上面図であり、図４（Ｂ）は図１（Ｂ）に対応する断面図である。

【図5】第１の比較例の図３（Ａ）の上面図に対応して、図２と同様の磁界分布２０を重ねた状態を模式的に示す図である。

【図6】第２の比較例の図４（Ａ）の上面図に対応して、図２と同様の磁界分布２０を重ねた状態を模式的に示す図である。

【図7】本発明を適用した導波管スロットアンテナに関し、スロット１４の個数を変更した第１の変形例を示す図であり、図７（Ａ）は図１（Ａ）に対応する上面図であり、図７（Ｂ）は図１（Ｂ）に対応する断面図である。

【図8】本発明を適用した導波管スロットアンテナに関し、給電部１５を設けた第２の変形例を示す図であり、図８（Ａ）は図１（Ａ）に対応する上面図であり、図８（Ｂ）は図１（Ｂ）に対応する断面図である。

【図9】本実施形態の導波管スロットアンテナの作製方法の概要を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

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。ただし、以下に述べる実施形態は本発明の技術思想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。

【0016】

まず、図１を用いて、本発明を適用した一実施例に係る導波管スロットアンテナの構造について説明する。図１（Ａ）は本実施形態の導波管スロットアンテナを上方から見た上面図であり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）の導波管スロットアンテナのＡ－Ａ断面における断面図である。なお、図１においては、説明の便宜のため、互いに直交するＸ方向（本発明の第１の方向）、Ｙ方向（本発明の第３の方向）、Ｚ方向（本発明の第２の方向）をそれぞれ矢印にて示している。

【0017】

本実施形態の導波管スロットアンテナは、セラミック等の誘電体材料からなる誘電体基板１０と、誘電体基板１０の下面に形成された導電材料からなる導体層１１（本発明の第１導体層）と、誘電体基板１０の上面に形成された導電材料からなる導体層１２（本発明の第２導体層）と、上下の導体層１１、１２の間を接続する複数のビア導体１３と、上面の導体層１２に形成された複数のスロット１４（１４ａ、１４ｂ）とを備えている。なお、図１（Ａ）では、複数のビア導体１３を導体層１２側から透視した状態を示している。

【0018】

誘電体基板１０は、Ｘ方向を長尺方向とする直方体の外形形状を有し、一般には複数の誘電体層を積層して形成される。誘電体基板１０の周囲のうち、上下（Ｚ方向の両側）は前述の１対の導体層１１、１２で覆われ、４つの側面（Ｘ方向及びＹ方向のそれぞれの両側）に沿って前述の複数のビア導体１３が配列されている。このような構造により、誘電体基板１０は、１対の導体層１１、１２及び複数のビア導体１３からなる金属部材により取り囲まれた導波管として機能する。この導波管は、Ｘ方向を信号伝送方向として、図１（Ａ）（Ｂ）に示すように、Ｚ方向に高さａ及びＹ方向に幅ｂの矩形断面（ＹＺ断面）を有している。一般には、ｂ≒２ａの関係に設定されるが、このような設定により導波管の上下面をＨ面とするＴＥ１０を主モードとして伝搬させることができる。

【0019】

複数のビア導体１３は、それぞれ誘電体基板１０を貫く複数の貫通孔に導電材料を充填した複数の柱状導体であり、隣接するビア導体１３の間隔が導波管の遮断波長の半分以下になるように設定されている。複数のビア導体１３の各々は、下端が導体層１１と接続され、上端が導体層１２と接続され、その柱状導体の側面が外部に露出することなく誘電体基板１０で覆われている。図１（Ａ）に示すように、複数のビア導体１３は、Ｚ方向から見た平面視で、Ｘ方向に２列で延在する１対の側壁部Ｗ１、Ｗ２と、Ｙ方向に２列で延在する１対の短絡壁部Ｗ３、Ｗ４とに区分される。誘電体基板１０からなる導波管のうち、１対の側壁部Ｗ１、Ｗ２は両側のＸＺ平面の側面を構成し、１対の短絡壁部Ｗ３、Ｗ４は、信号伝送方向であるＸ方向に垂直なＹＺ平面の短絡面を構成する。Ｘ方向に対向する短絡壁部Ｗ３、Ｗ４の間隔は、例えば、管内波長λｇの２倍（２λｇ）に設定される。

【0020】

なお、１対の側壁部Ｗ１、Ｗ２と１対の短絡壁部Ｗ３、Ｗ４は、図１に示す複数のビア導体１３を用いて構成する場合には限られず、Ｚ方向から見た平面視で、誘電体基板１０の四辺を取り囲むベタ状の導体壁を用いて構成してもよい。また、一方の短絡壁部Ｗ３のみを設け、他方の短絡壁部Ｗ４を省略する構造であっても、本発明の適用が可能である。例えば、導波管スロットアンテナの開放端に、他の導波管や機器を接続する形態であってもよい。

【0021】

複数のスロット１４は、導体層１２においてＸ方向に沿って配列されている。本実施形態では、図１（Ａ）の右側から順に２個のスロット１４ａ、１４ｂが設けられている。Ｚ方向から見た平面視で、２個のスロット１４ａ、１４ｂの各々は、Ｘ方向の所定のスロット長ＬとＹ方向の所定の幅とを有する矩形の形状を有している。図１（Ｂ）からわかるように、導体層１２のうち、２個のスロット１４ａ、１４ｂの形状部分が開口されており、下側の誘電体基板１０が部分的に露出している。換言すれば、２個のスロット１４ａ、１４ｂの各形状は、金属部材（導体層１２及び短絡壁部Ｗ３）の内縁により画定されている。２個のスロット１４ａ、１４ｂは、導波管の管内波長λｇに対し、Ｘ方向に沿って互いの中心位置の間隔がλｇとなるように配置されている。また、２個のスロット１４ａ、１４ｂは、導波管のＹ方向の中心位置から偏移した位置に配置されている。

【0022】

ここで、右側のスロット１４ａ（本発明の第１スロット）に着目すると、Ｚ方向から見た平面視で、スロット１４ａの矩形の一方の短辺が短絡壁部Ｗ３に接している。換言すれば、スロット１４ａの形状は、部分的に短絡壁部Ｗ３の前述の内縁により画定される。そして、スロット１４ａの前述のスロット長Ｌは、管内波長λｇに対し、Ｘ方向に沿ってＬ＜λｇ／２を満たす必要がある。なお、スロット１４ａ、１４ｂの他の寸法パラメータについては、導波管内の電磁界分布に応じて適切に設定される。本実施形態において、一又は複数のスロット１４の配置による効果について詳しくは後述する。

【0023】

次に、本実施形態におけるスロット１４ａ、１４ｂの配置と、導波管における磁界分布との関係について説明する。図２は、図１（Ａ）の上面図に対応して、１対の側壁部Ｗ１、Ｗ２及び１対の短絡壁部Ｗ３、Ｗ４に取り囲まれた導波管及びスロット１４ａ、１４ｂに、導波管に発生する磁界分布２０を重ねた状態を模式的に示す図である。前述したように、管内波長λｇに対し、短絡壁部Ｗ３、Ｗ４の間のＸ方向の距離が２λｇであって、導波管内の電磁界分布の周期性がλｇ／２の整数倍になることから、導波管のＸ方向に沿って４つの磁界分布２０（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ）が並ぶことになる。電界の方向がＺ方向を向くので、各々の磁界分布２０は、電界に直交するＸ方向又はＹ方向の成分からなる。磁界分布２０は電界分布に比べて複雑であり、それぞれのスロット１４の配置に応じた放射特性に強い影響を与える。短絡壁部Ｗ３、Ｗ４の位置を含めてλｇ／２毎に現れる電界のゼロ点の位置が磁界分布２０の境界となり、電界のピークの位置が各々の磁界分布２０の中心となる。そして、各磁界分布２０内の矢印にて示すように、電界方向の周期性に対応して右回りの磁界分布２０ａ、２０ｃと左回りの磁界分布２０ｂ、２０ｄが交互に並ぶことがわかる。

【0024】

図２において、右側の短絡壁部Ｗ３に接するスロット１４ａは、磁界分布２０ａの範囲内に配置されている。スロット１４ａの矩形の形状内には、磁界分布２０ａのうちＸ方向に沿う磁界成分ｍ１とＹ方向に沿う磁界成分ｍ２とが存在し、これらの磁界成分ｍ１、ｍ２の間の各方向に沿う他の磁界成分も存在する。一方、スロット１４ａからＸ方向に距離λｇだけ離れた位置のスロット１４ｂは、磁界分布２０ｂを挟んだ位置の磁界分布２０ｃの範囲内に配置されている。スロット１４ｂの矩形の形状内で、磁界分布２０ｃのうちスロット１４ａの場合と方向性が等しい磁界成分ｍ１、ｍ２（不図示）及び他の磁界成分が存在する。以下、本実施形態のスロット１４ａ、１４ｂの配置に基づく効果に関し、従来の構造と比較しながら説明する。

【0025】

図３は、本発明の効果を説明するための第１の比較例の構造を示しており、図３（Ａ）が図１（Ａ）に対応する上面図であり、図３（Ｂ）が図１（Ｂ）に対応する断面図である。第１の比較例においては、右側のスロット１４ａが短絡壁部Ｗ３には接しておらず、Ｘ方向に沿って短絡壁部Ｗ３からスロット１４ａの中心位置までの距離がλｇ／２に設定されている。一方、図４は、本発明の効果を説明するための第２の比較例の構造を示しており、図４（Ａ）が図１（Ａ）に対応する上面図であり、図４（Ｂ）が図１（Ｂ）に対応する断面図である。第２の比較例においては、右側のスロット１４ａが短絡壁部Ｗ３には接しておらず、Ｘ方向に沿って短絡壁部Ｗ３からスロット１４ａの中心位置までの距離がλｇ／４に設定されている。第１及び第２の比較例のいずれにおいても、本実施形態と同様、Ｘ方向に沿って２個のスロット１４ａ、１４ｂの互いの中心位置の間隔がλｇに設定されている。なお、図３及び図４において、２個のスロット１４ａ、１４ｂの配置以外の構造については、図１と同様であるため説明を省略する。

【0026】

図５は、第１の比較例の図３（Ａ）の上面図に対応して、図２と同様の磁界分布を重ねた状態を模式的に示す図である。右側のスロット１４ａは、中心位置が２つの磁界分布２０ａ、２０ｂの境界に配置され、左側のスロット１４ｂは、中心位置が２つの磁界分布２０ｃ、２０ｄの境界に配置される。一方、２個のスロット１４ａ、１４ｂの各々の形状内には、主にＹ方向に沿って同じ向きの磁界ｍ３が存在する。そのため、スロット１４ａ、１４ｂの形状内で磁界成分ｍ３の方向が揃うため、放射効率は高くなる。

【0027】

しかし、第１の比較例においては、１個のスロット１４が常に隣接する２つの磁界分布２０に跨るため、２個のスロット１４ａ、１４ｂに対応する４つの磁界分布２０の範囲としてＸ方向に沿って長さ２λｇが必要となる。これに対し、本実施形態によれば、スロット１４ａ、１４ｂの各々が１つの磁界分布２０の範囲内にあるため、図２に示すように、２個のスロット１４ａ、１４ｂに対応して少なくとも３つの磁界分布２０（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ）があればよく、Ｘ方向に沿って導波管スロットアンテナを長さ１．５λｇまで縮小することができる。仮に、後述するように導波管スロットアンテナに１個のスロット１４ａのみを設ける構造を想定すると、第１の比較例は２個の磁界分布２０に対応してＸ方向の長さλｇが必要であるのに対し、本実施形態は１個の磁界分布２０に対応してＸ方向の長さλｇ／２まで縮小可能であり、第１の比較例に比べてＸ方向の長さを半減することができる。

【0028】

図６は、第２の比較例の図４（Ａ）の上面図に対応して、図２と同様の磁界分布２０を重ねた状態を模式的に示す図である。右側のスロット１４ａは磁界分布２０ａの範囲内に配置され、左側のスロット１４ｂは磁界分布２０ｃの範囲内に配置される。一方、２個のスロット１４ａ、１４ｂの各々の矩形の形状内には、Ｘ方向に沿う磁界成分ｍ１と、Ｙ方向に沿って互いに逆方向の磁界成分ｍ２、ｍ３と、これらの磁界成分ｍ１、ｍ２、ｍ３の間の各方向の他の磁界成分も存在する。第２の比較例の構造によれば、１個のスロット１４が１つの磁界分布２０の範囲内にあるため、例えば、導波管スロットアンテナに２個あるいは１個のスロット１４を設ける場合のＸ方向の長さについては、本実施形態と同程度に縮小でき、小型化には適している。

【0029】

しかし、第２の比較例においては、スロット１４ａ、１４ｂの各々の形状内に、Ｙ方向に沿って逆方向の磁界成分ｍ２、ｍ３が存在し、これらの磁界成分ｍ２、ｍ３が打ち消し合うことになるので、必然的に各スロット１４からの放射レベルが減少する。これに対し、本実施形態によれば、１個のスロット１４の形状内に存在する磁界成分ｍ１、ｍ２が打ち消し合うことはないため、第２の比較例に比べて放射レベルが大きくなる。ただし、前述したように、本実施形態におけるスロット長Ｌ＜λｇ／２の条件を満たしたとしても、スロット長Ｌがλｇ／２に接近すると、打ち消し合う磁界成分が増加するので、スロット長Ｌをλｇの３０～４５％程度に設定することが望ましい。

【0030】

以上のように、第１の比較例では導波管スロットアンテナの小型化が難しく、第２の比較例ではスロット１４の放射効率の低下が避けられないので、いずれの場合も導波管スロットアンテナの小型化と放射効率の向上を両立することは困難である。これに対し、本実施形態の構造では、スロット１４ａの一端を短絡壁部Ｗ３に接する配置を採用したことにより、導波管スロットアンテナの小型化と放射効率の向上とを両立することが可能となる。

【0031】

本発明を適用した導波管スロットアンテナは、図１の構造には限定されず、本発明の効果を奏することを前提に、多様な変形例がある。図７は、スロット１４の個数を変更した第１の変形例を示しており、図７（Ａ）が図１（Ａ）に対応する上面図であり、図７（Ｂ）が図１（Ｂ）に対応する断面図である。第１の変形例は、既に述べたように、導体層１２に１個のスロット１４ａのみが配置されている。図７（Ａ）におけるスロット１４ａの配置は図１（Ａ）と共通であるが、図２に示すように１個のスロット１４ａが１つの磁界分布２０ａのみに重なるため、導波管スロットアンテナのサイズは、１つの磁界分布２０ａのＸ方向の長さλｇ／２に設定すればよいので、最も小型化に適した構造となる。

【0032】

なお、本発明の作用効果を得られる限り、導波管スロットアンテナのスロット１４の個数は、１個又は２個には制約されない。例えば、３個以上の多数のスロット１４を配列する場合であっても、本発明を適用することができる。この場合、管内波長λｇに対し、図１と同様の配列に従い、隣接するスロット１４同士のＸ方向に沿った間隔をλｇに設定してもよいが、隣接するスロット１４同士のＸ方向に沿った間隔をより短縮してλｇ／２に設定してもよい。複数のスロット１４を間隔λｇ／２で配列する場合、磁界分布２０の右回りと左回りが交互に並ぶので、隣接するスロット１４同士が前述のＹ方向の中心位置を挟んで対称的な位置に配列することにより、全てのスロット１４の形状内における磁界成分の方向性を揃えることができる。

【0033】

また図８は、図１に示す導波管スロットアンテナにおいて、入力信号を給電する給電部１５を設けた第２の変形例を示しており、図８（Ａ）が図１（Ａ）に対応する上面図であり、図８（Ｂ）が図１（Ｂ）に対応する断面図（図８（Ａ）のＢ－Ｂ断面）である。一般には、Ｚ方向から見た平面視で、２個のスロットから離れた位置に配置した給電部が設けられるが、第２の変形例の給電部１５は一方のスロット１４ａと重なる位置に配置されている。この場合、給電部１５及びスロット１４ａが重なる領域は、スロット１４ａの矩形の基本形状のうち、長辺の一部が半円状に突出する形状を有する。また、給電部１５の中心位置と右側の短絡壁部Ｗ３との間のＸ方向に沿った距離は、導波管の管内波長の１／４倍に設定される。また、給電部１５は、誘電体基板１０の上面と下面の間を貫通して形成される。

【0034】

図８（Ｂ）に示すように、給電部１５は、下面の導体層１１と同一平面内に配置される給電端子１５ａと、上面の導体層１２と同一平面内に配置される上端部１５ｂと、これらの給電端子１５ａと上端部１５ｂとを電気的に接続する給電用ビア導体１５ｃとにより構成される。給電端子１５ａ及び上端部１５ｂは、導体層１１、１２と同じ導電材料から形成されるが、導体層１１、１２とは接触していない。よって、Ｚ方向から見た平面視で、給電端子１５ａの周囲にはリング状の抜きパターン（不図示）が形成され、同様に上端部１５ｂの周囲にもリング状の抜きパターンが形成されている。給電用ビア導体１５ｃは円柱状に形成され、主に給電用ビア導体１５ｃの径に応じて給電部１５のインピーダンス整合を最適化することができる。

【0035】

第２の変形例によれば、給電部１５をスロット１４ａと重なる位置に配置したので、給電部１５の配置による導波管のＸ方向の余分なサイズが不要となり、給電部１５を設ける場合であっても導波管スロットアンテナの小型化が可能となる。また、アンテナ特性の観点から、スロット１４ａと給電部１５の上端部１５ｂは一体的な形状を有する１つのアンテナとして作用し、スロット１４ａと給電部１５との間の互いの干渉を抑制することができる。また、給電部１５は、上端部１５ｂが導体層１２と同一平面内にあるため、主に上端部１５ｂと導体層１２との間の容量が小さくなるため、給電部１５の容量成分の増加による高周波特性の劣化を防止することができる。さらに、第２の変形例によれば給電部１５がＸ方向に沿ったスロット１４ａのスロット長Ｌの範囲を逸脱しないため、給電部１５を配置することによってスロット長Ｌに依存する導波管スロットアンテナの共振周波数が影響を受けることを避けることができる。このように、第２の変形例は、給電部１５を設けた導波管スロットアンテナの良好な特性を維持しつつ、小型化の効果も得ることができる。

【0036】

なお、第２の変形例におけるスロット１４ａのスロット長Ｌの範囲は、矩形のスロット１４ａを画定するＸ方向に沿って延びる一対の長辺によって挟まれた領域のことを意味する。また、スロット１４ａの形状が、Ｘ方向に長辺を有する矩形の角部に曲線状又は直線状の面取り部を有する略矩形状である場合、スロット１４ａのスロット長Ｌの範囲は、Ｘ方向に沿って延びる一対の長辺によって挟まれた領域のことを意味するが、この一対の長辺に面取り部は含まれない。

【0037】

次に、本実施形態の導波管スロットアンテナの作製方法の概要について、図９を参照しつつ説明する。ここでは、図１（Ｂ）に対応する断面構造を有する導波管スロットアンテナを作製する場合を例に取って説明する。まず、誘電体基板１０を構成する複数の誘電体層として、例えば、ドクターブレード法により形成した低温焼成用の複数のセラミックグリーンシート３０を用意する。そして、図９（Ａ）に示すように、それぞれのセラミックグリーンシート３０の所定位置に打ち抜き加工を施して、複数のビアホール３１を開口する。なお、各セラミックグリーンシート３０における各ビアホール３１の位置及び個数は、導波管の１対の側面及び１対の短絡面となる複数のビア導体１３の配置に対応して設定される。

【0038】

次に、図９（Ｂ）に示すように、それぞれのセラミックグリーンシート３０に開口された複数のビアホール３１のそれぞれに、Ｃｕを含む導電性ペーストをスクリーン印刷により充填することにより、複数のビア導体１３を形成する。続いて、図９（Ｃ）に示すように、最下層のセラミックグリーンシート３０の下面に、Ｃｕを含む導電性ペーストをスクリーン印刷により塗布することにより、導体層１１を形成する。同様に、最上層のセラミックグリーンシート３０の上面に、Ｃｕを含む導電性ペーストをスクリーン印刷により塗布することにより、２個のスロット１４ａ、１４ｂを有する導体層１２をそれぞれ形成する。

【0039】

そして、複数のセラミックグリーンシート３０を順に積層した上で、加熱加圧することにより積層体を形成する。その後、得られた積層体を脱脂、焼成することにより、図１を用いて既に説明したように、誘電体基板１０に構成された導波管スロットアンテナが完成する。

【0040】

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、本実施形態の図１の構造例は１例であって、本発明の作用効果を得られる限り、他の構造や材料を用いた多様な導波管スロットアンテナ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。

【0041】

本実施形態では、一又は複数のスロット１４に、Ｘ方向に沿って一方の短絡壁部Ｗ３に接する１個のスロット１４ａが含まれる構造を説明したが、一又は複数のスロット１４に、Ｘ方向に沿って一方の短絡壁部Ｗ３に接する１個のスロット１４と他方の短絡壁部Ｗ４に接する１個のスロット１４が含まれる構造としてもよい。この場合には、それぞれのスロット１４に重なる各磁界分布の対称性を確保する必要がある。

【符号の説明】

【0042】

１０…誘電体基板
１１、１２…導体層
１３…ビア導体
１４…スロット
１５…給電部
２０…磁界分布
３０…セラミックグリーンシート
３１…ビアホール
Ｗ１、Ｗ２…側壁部
Ｗ３、Ｗ４…短絡壁部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】