部分並列給電回路を下層に設けた二層構造導波管スロットアンテナの設計と積層薄板の拡散接合による38GHz帯試作

摘要

導波管スロットアンテナの製作に拡散接合技術を導入することで、多層構造で高機能なアンテナ給電構造の実現性が高い。二層構造の場合、エッチングする金属薄板のパターンも5種類にとどまるため、安価なプロセスであると期待できる。本稿では、部分並列給電型のアンテナ給電回路を放射部の下層に配置し、アンテナ全体を4×4分割でサブアレー化する上で広帯域化を目指す。まず、38GHz帯で5素子サブアレーの給電部と放射部を設計した上で、全体を組み立てる際に二層構造と部分並列給電構逸特有の課題としてH面T分岐と隣接するスロット結合器間の高次モードによる強結合や給電回路終端位置の短縮を考慮した。次に、有限要素法電磁界シミュレータHFSSによる全構造解析を行い、設計結果として最大アンテナ利得35.0dB、効率94.0％を得られた。放射指向性でH面およびE面のサイドローブレベルはそれぞれ-12.5dBと-11.5dBであり、3dBビーム幅はそれぞれ3.0度と3.5 度であった。最後に、38GHz帯で無酸素銅の薄板を用いた拡散接合による試作を行った。測定結果として、アンテナ指向性利得が34.7dBで、初めての試作にして87.5％という高い開口効率を実現し、33.55GHzで最大アンテナ利得が33.9dBi、アンテナ効率73.2％を得られた。