JP3934840B2 - antenna - Google Patents
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Description
【0001】
【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ためのアンテナに係り、特に給電線路としてNRDガイドを用いた高性能・低価格なアンテナに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
NRDガイドはマイクロ波やミリ波を伝搬させる伝送線路の一つであり、周波数の高い領域で伝送損失が小さい等の優れた特性を持つため、マイクロ波やミリ波帯の製品への応用研究・開発が進められている。
【0003】
NRDガイドを伝送線路として用いたマイクロ波やミリ波の装置において、マイクロ波やミリ波の放射又は受信の機能を持たせるためには、NRDガイドのアンテナもしくはNRDガイドでアンテナ素子を励振する構造が必要である。
【0004】
NRDガイドでアンテナ素子を励振する構造として、従来では図7に示すように誘電体ストリップ21とその誘電体ストリップ21を挟持する上下の金属板22(上側の金属板は図示せず)からなるNRDガイド23の当該誘電体ストリップ21の先端の両側面にテーパ部21a,21bを形成し、そのNRDガイド23の先端にアンテナ素子としてのホーンアンテナ24を取り付けた構造がある。なお、NRDガイド23の先端に矩形導波管を取り付け、その先端にホーンアンテナ24を取り付ける構造もあった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
従来、NRDガイドで一般的に使用されている動作モードはLSM01モードであり、このモードは最低次のモードではないが伝送損失が小さいということで広く用いられている。
【0006】
しかし、LSM01モードよりも低次のモードであるLSE01モードも、誘電体ストリップに高誘電率の誘電体を用いることによってLSM01モードと同等以上の特性が得られることが近年明らかとなってきた。
【0007】
動作モードは、低次のモードの方がモード競合の問題が少なく、より安定に装置を動作させることが可能であるので、低次のモードであるLSE01モードを使用出来れば、そのメリットは大きい。
【0008】
本発明は、以上のような点に鑑みてなされたもので、低次のLSE01モードの伝送NRDガイドの端部でアンテナを構成し、特別なホーンアンテナ等を必要とせず、且つアンテナ素子として理想的な指向性の広い点波源を形成可能なアンテナを提供するものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、第1の発明は、誘電体ストリップを2枚の金属板で挟持した構造のLSE01モード伝送NRDガイドを用いたアンテナであって、前記誘電体ストリップの端部を前記2枚の金属板の間に位置させると共に、前記誘電体ストリップの端部の前記金属板に対向する方向の面に、非対称の形状となり、且つ前記誘電体ストリップの軸方向の外部空間を向く切り欠き部を形成し、前記誘電体ストリップの端部と前記2枚の金属板の少なくともいずれか一方との間に離間部が形成され、前記誘電体ストリップの端部から外部空間に電波が放射されるように構成した。
【0010】
第2の発明は、第1の発明において、前記離間部に前記誘電体ストリップと異なる別の材料が挿入され、該別の材料は、前記誘電体ストリップと誘電率の異なる誘電材料、又は金属であるよう構成した。
【0011】
第3の発明は、第1又は第2の発明において、前記切り欠き部は、前記端部の少なくとも一部が電波の進行方向に対し斜めに形成されたテーパ部であるよう構成した。
【0012】
第4の発明は、第1乃至第3のいずれか1つの発明のアンテナを所定ピッチで複数個並列に並べ、該複数のアンテナをLSE01モード伝送NRDガイドを給電線として励振するよう構成した。
【0014】
【発明の実施の形態】
[第1の実施形態]
図1及び図2は本発明の第1の実施形態のアンテナを示す図であり、図1は上の金属板の一部を除去した斜視図、図2は縦断面図を示す。これらの図において、1は高誘電率の誘電体からなる誘電体ストリップ、2,3はその誘電体ストリップ1を上下から挟持する金属板であり、これらによってNRDガイド4が構成されている。
【0015】
さらに本実施形態では、誘電体ストリップ1の端面(先端面)に、金属板2,3に対向する方向に切り欠きによりテーパ部1aを形成し、このテーパ部1aによって誘電体ストリップ1と金属板2の間に離間部5(図2参照)が形成されている。
【0016】
本NRDガイド4はLSE01モードを伝送するために、使用周波数に応じて誘電体ストリップ1の寸法や誘電率が適当な値に選ばれている。例えば、使用周波数が60GHzのときは、誘電体ストリップ1の材質とし窒化アルミ(比誘電率:8.5)を用い、その高さを1.6mm、幅を0.6mmとし、テーパ部1aの長さLを7mm(伝送線路での波長の約2倍に相当)とする。
【0017】
高周波の電波を放射する際は、図1,2の左側から本NRDガイド4に高周波の電波が供給され、テーパ部1aから離間部5の空間に放射される。受信の際も電波の流れが逆になるだけで同様である。
【0018】
LSE01モードは、図2に示すような上下対称な高周波電界をもっているが、誘電体ストリップ1の端面を図2のようにテーパ部1aの形状に切り欠くことで、その部分の形状が上下(金属板2,3の対向する方向)に非対称になって高周波電界が歪み、金属板2,3に垂直な方向の高周波電界成分が形成され、空間に放射される。このテーパ部1aの長さLは、NRDガイド4から空間へ所望の電波を放射する際の反射が小さくなるように、伝送線路での波長の1/2の整数倍の寸法とする。
【0019】
LSE01モード伝送NRDガイド4から電波を放射させるためには、図2に示したように上下対称な高周波電界を歪ませれば良いので、アンテナとして各種の構造が考えられる。
【0020】
[第2の実施形態]
図3は第2の実施形態のアンテナを示す図であり、誘電体ストリップ1の端面から長さLにわたり矩形の切り欠き部1bを形成し、上の金属板2との間に離間部を設けた構造としたものである。このように構成しても、離間部と切り欠き部1bの形成された誘電体ストリップ1で高周波電界の分布が異なっているために、金属板2,3に垂直な方向の高周波電界成分が形成される。
【0021】
なお、誘電体ストリップ1の切り欠き部1bの長さLは、図2の場合と同様に伝送線路での波長の1/2の整数倍の寸法とする。
【0022】
[第3の実施形態]
図4は第3の実施形態のアンテナを示す図であり、図3に示したように、誘電体ストリップ1の端面から長さLにわたって形成した切り欠き部1bに、誘電体ストリップ1とは異なった誘電率の誘電材料6を重ね合わせ、形状を連続化させたものである。これは、図3における離間部(比誘電率が1)の部分に比誘電率が1よりも大きな誘電材料6が詰まっている構造であり、図3と動作は同様である。
【0023】
[第4の実施形態]
図5は第4の実施形態のアンテナを示す図であり、図3に示したように、誘電体ストリップ1の先端から長さLにわたって形成した切り欠き部1bに、金属板7を重ね合わせ形状を連続化させたものである。この構造では、金属板7が上の金属板2と一体化するので、その金属板7を挟み込んだ部分で金属板3との間隔が変化し、不連続部となっている。この不連続部ではやはり高周波電界が乱され、金属板2,3に垂直な方向の高周波電界成分が形成される。
【0024】
[第5の実施形態]
図6は第5の実施形態のアンテナを示す図であり、図1で示した構造のアンテナを複数個並列に並べてアレイ型のアンテナにしたものである。給電線路には給電用誘電体ストリップ8を使用したLSE01モード伝送NRDガイド4を用いており、各アンテナ素子(テーパ部1aをもつ誘電体ストリップ1)は動作周波数での実効波長となる間隔で配置し、同相で励振するようにしている。同相で励振するため、マイクロ波、ミリ波の放射は誘電体ストリップ8のアンテナを構成する面(端面)に対し直角な向きになる。
【0025】
LSE01モードでの実効波長は自由空間波長よりも短くなるため、各アンテナ素子の間隔は自由空間波長よりも狭くなり、グレーテイングローブのない、つまり目的外の方向への感度分布が小さく指向性の良好なアレイアンテナが形成できる。なお、図6において、アンテナ素子用の誘電体ストリップ1が給電用誘電体ストリップ8と離れているが、これはマッチングを良くするためである。
【0026】
[その他の実施形態]
なお、以上の各実施形態では誘電体ストリップ1の片側(上の金属板2を向くの側)のみに切り欠きによるテーパ1aや切り欠き部1bを形成したが、下の金属板3を向く側にも同様に切り欠きを形成してもよい。但し、このとき、上下形状は非対称にする。
【0027】
【発明の効果】
以上から本発明によれば、NRDガイドの端部を直接アンテナ素子として機能させるので、ホーンアンテナ等を必要とせす構造が簡単で製造コストが抑えられる。また、理想的な点波源に近いので、アレイ化した場合などグレーテイングローブがなくアンテナパターンの乱れが少ない。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施形態のアンテナの斜視図である。
【図2】 図1の縦断面図である。
【図3】 第2の実施形態のアンテナの斜視図である。
【図4】 第3の実施形態のアンテナの斜視図である。
【図5】 第4の実施形態のアンテナの斜視図である。
【図6】 第5の実施形態のアレイアンテナの斜視図である。
【図7】 従来のアンテナの説明図である。
【符号の説明】
1:誘電体ストリップ、1a:テーパ部、1b:切り欠き部、2,3:金属板、4:LSE01モード伝送NRDガイド、5:離間部、6:誘電体、7:金属板、8:給電用誘電体ストリップ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an antenna for radiating or receiving microwaves or millimeter waves, and more particularly to a high-performance and low-cost antenna using an NRD guide as a feed line.
[0002]
[Prior art]
NRD guides are one of the transmission lines that propagate microwaves and millimeter waves, and have excellent characteristics such as low transmission loss in high-frequency regions, so they can be applied to microwave and millimeter wave band products. Development is underway.
[0003]
In a microwave or millimeter wave apparatus using an NRD guide as a transmission line, in order to have a function of radiation or reception of microwave or millimeter wave, an antenna element is excited by an NRD guide antenna or an NRD guide. is necessary.
[0004]
As a structure for exciting the antenna element with the NRD guide, conventionally, as shown in FIG. 7, an NRD comprising a
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
Conventionally, the operation mode generally used in the NRD guide is the LSM01 mode, and this mode is not the lowest-order mode but is widely used because it has a small transmission loss.
[0006]
However, it has recently become clear that the LSE01 mode, which is a lower-order mode than the LSM01 mode, can obtain characteristics equal to or higher than those of the LSM01 mode by using a dielectric having a high dielectric constant for the dielectric strip.
[0007]
As for the operation mode, the low-order mode has less problem of mode competition and can operate the apparatus more stably. Therefore, if the LSE01 mode, which is a low-order mode, can be used, the merit is great.
[0008]
The present invention has been made in view of the above points. An antenna is configured at the end of a low-order LSE01 mode transmission NRD guide, and does not require a special horn antenna or the like, and is ideal as an antenna element. An antenna capable of forming a point wave source with a wide directivity is provided.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the first invention is an antenna using an LSE01 mode transmission NRD guide having a structure in which a dielectric strip is sandwiched between two metal plates, and the end of the dielectric strip is connected to the end of the dielectric strip. A notch portion which is located between two metal plates and has an asymmetric shape on the surface of the end portion of the dielectric strip facing the metal plate and faces the external space in the axial direction of the dielectric strip forming a divided portion between at least one of the dielectric strip end portion and the two metal plates are formed, radio waves are emitted from an end of the dielectric strip to the external space so that Configured.
[0010]
According to a second invention, in the first invention, another material different from the dielectric strip is inserted into the spacing portion, and the other material is a dielectric material having a dielectric constant different from that of the dielectric strip, or a metal. Oh was so that configuration.
[0011]
According to a third invention, in the first or second invention, the notch portion is configured such that at least a part of the end portion is a tapered portion formed obliquely with respect to a traveling direction of the radio wave .
[0012]
According to a fourth aspect of the invention , a plurality of antennas according to any one of the first to third aspects are arranged in parallel at a predetermined pitch, and the plurality of antennas are excited using an LSE01 mode transmission NRD guide as a feeder line .
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[First Embodiment]
1 and 2 are views showing an antenna according to a first embodiment of the present invention. FIG. 1 is a perspective view in which a part of the upper metal plate is removed, and FIG. 2 is a longitudinal sectional view. In these drawings, 1 is a dielectric strip made of a dielectric having a high dielectric constant, and 2 and 3 are metal plates that sandwich the
[0015]
Further, in the present embodiment, a
[0016]
Since the NRD
[0017]
When radiating high-frequency radio waves, high-frequency radio waves are supplied to the NRD
[0018]
The LSE01 mode has a vertically symmetric high-frequency electric field as shown in FIG. 2, but the end surface of the
[0019]
In order to radiate a radio wave from the LSE01 mode
[0020]
[Second Embodiment]
FIG. 3 is a view showing the antenna of the second embodiment, in which a
[0021]
Note that the length L of the
[0022]
[Third Embodiment]
FIG. 4 is a diagram showing an antenna according to the third embodiment. As shown in FIG. 3, the
[0023]
[Fourth Embodiment]
FIG. 5 is a diagram showing an antenna according to the fourth embodiment. As shown in FIG. 3, a
[0024]
[Fifth Embodiment]
FIG. 6 is a diagram showing an antenna according to a fifth embodiment, in which a plurality of antennas having the structure shown in FIG. 1 are arranged in parallel to form an array type antenna. An LSE01 mode
[0025]
Since the effective wavelength in the LSE01 mode is shorter than the free space wavelength, the spacing between the antenna elements is narrower than the free space wavelength, and there is no grayite globe, that is, the sensitivity distribution in the direction other than the target is small and directivity is reduced. A good array antenna can be formed. In FIG. 6, the antenna element
[0026]
[Other Embodiments]
In each of the above embodiments, the
[0027]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since the end of the NRD guide functions directly as an antenna element, the structure requiring a horn antenna or the like is simple and the manufacturing cost can be reduced. In addition, since it is close to an ideal point wave source, there is no grayite globe when arrayed, and there is little disturbance in the antenna pattern.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of an antenna according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view of FIG.
FIG. 3 is a perspective view of an antenna according to a second embodiment.
FIG. 4 is a perspective view of an antenna according to a third embodiment.
FIG. 5 is a perspective view of an antenna according to a fourth embodiment.
FIG. 6 is a perspective view of an array antenna according to a fifth embodiment.
FIG. 7 is an explanatory diagram of a conventional antenna.
[Explanation of symbols]
1: Dielectric strip, 1a: Tapered portion, 1b: Notched portion, 2, 3: Metal plate, 4: LSE01 mode transmission NRD guide, 5: Separating portion, 6: Dielectric, 7: Metal plate, 8: Power feeding Dielectric strip.
Claims (4)
前記誘電体ストリップの端部を前記2枚の金属板の間に位置させると共に、前記誘電体ストリップの端部の前記金属板に対向する方向の面に、非対称の形状となり、且つ前記誘電体ストリップの軸方向の外部空間を向く切り欠き部を形成し、前記誘電体ストリップの端部と前記2枚の金属板の少なくともいずれか一方との間に離間部が形成され、前記誘電体ストリップの端部から外部空間に電波が放射されるようにしたことを特徴とするアンテナ。An antenna using an LSE01 mode transmission NRD guide having a structure in which a dielectric strip is sandwiched between two metal plates,
The end of the dielectric strip is positioned between the two metal plates, and the end of the dielectric strip has an asymmetric shape on the surface facing the metal plate , and the axis of the dielectric strip forming a cutout portion facing the direction of the external space, spaced portion between the at least one of the dielectric strip end portion and the two metal plates are formed from the end of the dielectric strip antenna radio waves outside space, characterized in that the so that the radiation.
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