电介质波导管缝隙天线

摘要

本发明提供一种以简单的构造可进行圆偏振波发射的电介质波导管缝隙天线。该电介质波导管缝隙天线包括：电介质波导管，其在表面的导电膜的一部分具有电介质露出的缝隙；印刷基板，其在与所述缝隙相对的位置形成有与所述缝隙大致相同形状的通孔；导体板，其在与所述通孔相对的位置具有与所述通孔大致相同形状的第一贯通孔，并在所述第一贯通孔的附近具有一对第二贯通孔，其中，所述电介质波导管、所述印刷基板和所述导体板使所述缝隙、所述通孔及所述第一贯通孔的位置一致而接合，所述印刷基板在与所述第二贯通孔对置的位置具有导体层，所述第二贯通孔相对于所述第一贯通孔的中心点点对称，且相对于所述第一贯通孔的长度方向旋转地配置。

说明书

技术领域

本发明涉及在微波波段及毫米波段由电介质波导管供电的缝隙天线，特 别是涉及以简单的构造可发射圆偏振波的电介质波导管缝隙天线。

背景技术

作为利用传送线路之一种的电介质波导管的天线，提案有电介质波导管 缝隙天线。电介质波导管缝隙天线适用于微波波段及毫米波段。图9表示现有 的电介质波导管缝隙天线的分解立体图。

如图9所示，现有的电介质波导管缝隙天线在电介质波导管100的底面具 备电介质露出的缝隙110，搭载于在与该缝隙110相对的位置形成有与缝隙110 大致相同的形状的通孔210的印刷基板200上，且在与该通孔210相对的位置接 合有具备第一贯通孔310的导体板300。

图9所示的现有的电介质波导管缝隙天线构造简单，即使单一的缝隙， 也能够得到宽带特性，所以实用性高。

专利文献1：(日本)特开2004-221714公报

专利文献2：(日本)特开平3-173204号公报

通常，对于接收灵敏度而言，与直线偏振波相比，圆偏振波依赖于偏振 波，因此，如移动体通信终端，在一直接收的位置变化的用途中，与直线偏 振波相比，优选利用圆偏振波。但是，图9所示的电介质波导管缝隙天线具有 只可以发射直线偏振波这样的制约。

作为将缝隙天线圆偏振波化的方法，公知有组合偏振波方向和相位不同 的两个以上的天线，或在波导管内设置多个缝隙的方法。

上述的方法导致随着分支电路等供电电路的形成的天线系统大型化、随 着构造的复杂化的批量生产成本上升以及天线阵列化的波导管的大型化等问 题，因此，难以应用到如移动体通信终端那样要求轻量、薄型化及低价格的 用途，这妨碍了波导管型圆偏振波天线的普及。

发明内容

本发明提供以简单地构造可进行圆偏振波发射的电介质波导管缝隙天 线。

为了解决上述问题，本发明的电介质波导管缝隙天线包括：电介质波导 管，其在表面的导电膜的一部分具有电介质露出的缝隙；印刷基板，其在与 所述缝隙相对的位置形成有与所述缝隙大致相同形状的通孔；导体板，其在 与所述通孔相对的位置具有与所述通孔大致相同形状的第一贯通孔，并在所 述第一贯通孔附近具有一对第二贯通孔，其特征在于，所述电介质波导管、 所述印刷基板和所述导体板使所述缝隙、所述通孔及所述第一贯通孔的位置 一致而进行接合，所述印刷基板在与所述第二贯通孔对置的位置具有导体层， 所述第二贯通孔相对于所述第一贯通孔的中心点点对称且相对于所述第一贯 通孔的长度方向旋转地配置。

本发明的电介质波导管缝隙天线层叠电介质波导管、印刷基板和导体板， 只是在导体板上形成多个贯通孔，就可以发射圆偏振波，因此，可以应用于 如移动体通信终端那样要求轻量、薄型化的用途中。

附图说明

图1是表示本发明的电介质波导管缝隙天线的构造的分解立体图；

图2(a)、图2(b)是说明本发明的电介质波导管缝隙天线的动作的图；

图3是说明第一贯通孔和第二贯通孔的俯视图；

图4是表示在本发明的实施例中第二贯通孔的旋转角度θ2和正面方向轴 比的图表；

图5是表示在本发明的实施例中第一贯通孔与第二贯通孔的距离D和正面 方向轴比的图表；

图6是表示在本发明的实施例中第二贯通孔的长度L2和正面方向轴比的 图表；

图7(a)、图7(b)是表示本发明的电介质波导管缝隙天线的发射特性 的图；

图8(a)、图8(b)、图8(c)是表示本发明的另外的实施例的图；

图9是现有的电介质波导管缝隙天线的分解立体图。

符号说明

10、100电介质波导管

11、11c、110缝隙

20、200印刷基板

21、210通孔

22导体层

30、30a～30c、300导体板

31、310第一贯通孔

32、32a～32c第二贯通孔

5a直接波

5b反射波

具体实施方式

下面，使用一实施例对本发明的电介质波导管缝隙天线进行说明。图1是 本发明的电介质波导管缝隙天线的分解立体图。如图1所示，10为电介质波导 管，20为印刷基板，30为导体板。

在电介质的表面形成导电膜且在该导电膜的一部分具有电介质露出的缝 隙11的电介质波导管10搭载于在与上述缝隙11相对的位置形成有与上述缝隙 11大致相同形状的通孔21的印刷基板20上，并与导体板30进行接合，导体板 30在与上述通孔21相对的位置具有与上述通孔21大致相同形状的第一贯通孔 31，在上述第一贯通孔31附近具有一对第二贯通孔32、32。

缝隙11的长度方向被设于相对于电介质波导管的长度方向(电波传输方 向)垂直的方向。

通孔21和第一贯通孔31为与缝隙11大致相同形状，为了提高向自由空间 的发射效率，优选：通孔21的长度方向的长度比缝隙11的长度方向的长度长， 第一贯通孔31的长度方向的长度比通孔21的长度方向的长度长。

一对第二贯通孔32为直线状的长孔，相对于上述第一贯通孔31的中心点 而点对称地配置。上述第二贯通孔32的长度方向相对于上述第一贯通孔31的 长度方向倾斜大致45°，第一贯通孔31的中心和第二贯通孔32的中心的距离比 使用的频率的半波长短。

以缝隙11、通孔21和第一贯通孔31的中心位置和长度方向相同的方式将 上述电介质波导管10、上述印刷基板20和上述导体板30层叠并接合。

印刷基板20在与第二贯通孔对置的位置具备导体层22。

图2是说明本发明的电介质波导管缝隙天线的动作原理的图。图2(a)是 俯视图，图2(b)是示意剖面图。

在缝隙11附近具有贯通孔31、32、32的情况下，如图2(b)所示，考虑 将从第一贯通孔31直接发射的直接波5a、和从第二贯通孔32、32将直接波5a 的一部分通过设于印刷基板20的表面的导体层22再发射的间接波5b进行合成 并控制指向性。

通常，以使直接波5a和间接波5b的偏振波的方向一致，直接波5a和间接 波5b易干涉的方式平行地配置第二贯通孔32和缝隙11的长度方向。但是，在 本发明的电介质波导管缝隙天线中，如图2(a)所示，将第二贯通孔32的长 度方向相对于第一贯通孔31的长度方向旋转旋转角θ2而进行配置。

在第二贯通孔32的长度方向和第一贯通孔31的长度方向不平行的情况 下，考虑将从第二贯通孔32再发射的间接波5b分解为相对于直接波5a的偏振 波平行的成分、和相对于直接波5a的偏振波垂直的成分。合成波包括两种构 成：

(a)“与包含于间接波的直接波的偏振波平行的成分”和“直接波”的 合成波，

(b)“与包含于间接波的直接波的偏振波垂直的成分。

由于(a)和(b)正交，所以通过以(a)和(b)为相同的振幅且相位 差为90°的方式进行设计，能够将合成波设为最适合的圆偏振波。间接波5b的 振幅及相位根据第二贯通孔32的形状及位置等进行调节。

第一贯通孔31长度方向和第二贯通孔32的长度方向正交的情况(θ2＝- 90°或90°)和平行的情况(θ2＝0°)是指没有与包含于间接波的直接波的偏 振波平行的成分或与包含于间接波的直接波的偏振波垂直的成分，所以合成 波没有成为圆偏振波。优选设为θ2＝45°或-45°。

圆偏振波的旋转方向由第二贯通孔32的旋转角θ2的方向确定。从发射方 向观察导体板30时，顺时针为正，在设定-90°＜θ2＜90°的情况下，当θ2 ＞0时为右旋圆偏振波，当θ2＜0时为左旋圆偏振波。

图3是说明配置于导体板30的第一贯通孔31和第二贯通孔32、32的位置的 俯视图。

如图3所示，一对第二贯通孔32、32相对于第一贯通孔31的中心点而点对 称地配置。第一贯通孔31为长度L1×宽度W1的直线状的长孔，第二贯通孔32、 32为长度L2×宽度W2的直线状的长孔。而且，第二贯通孔32的中心点从第一 贯通孔31的长度方向旋转旋转角θ1，第一贯通孔31的中心点与第二贯通孔 32、32的中心点的间隔为距离D。另外，第二贯通孔32以第二贯通孔32的中心 点为中心，从第一贯通孔31的长度方向旋转旋转角θ2。

(实验1)

在电介质波导管10为宽度2.5mm×高度1.2mm×长度10mm，

电介质材料的相对介电常数εr＝2.31，

在距电介质波导管的端部1.8mm位置设有缝隙11，

缝隙11为长度2.1mm×宽度1.0mm，

导体板30为长20mm×宽20mm×厚1.0mm，

印刷基板20为长20mm×宽20mm×厚0.2mm，

第一贯通孔31为L1×W1＝2.7mm×1.0mm，

第二贯通孔32为L2×W2＝3.8mm×1mm，

第二贯通孔32相对于第一贯通孔31的旋转角θ1＝45°，

第二贯通孔32和第一贯通孔31的距离D≡1.95mm的情况下，图4是利用电 磁场模拟装置计算使第二贯通孔32的旋转角θ2变化时的正面方向轴比的结 果。图4中，横轴表示旋转角θ2，纵轴表示正面方向轴比[dB]。使用的频 率为61GHz。

从图4可知，在θ2＝45°附近时，得到轴比最适合的值的右旋圆偏振波。

(实验2)

图5是设定实验1中第二贯通孔32的旋转角θ2＝45°，利用电磁场模拟装 置计算使第二贯通孔32相对于第一贯通孔31的距离D变化时的正面方向轴比 的结果。其它条件与实验1的情况一样。图中，横轴表示距离D/波长λ，纵 轴表示正面方向轴比[dB]。

从图5可知，第二贯通孔32相对于第一贯通孔31的距离D大于所使用的频 率的波长λ的0.5倍时，轴比特性急剧恶化。

(实验3)

图6是设定实验1中第二贯通孔32的旋转角θ2＝45°，利用电磁场模拟装 置计算使第二贯通孔32的长度L2变化时的正面方向轴比的结果。其它条件与 实验1的情况一样。图中横轴表示第二贯通孔32的长度方向的长度L2/第一贯 通孔31的长度方向的长度L1，纵轴表示正面方向轴比[dB]。

从图6可知，在第二贯通孔的长度方向的长度L2为第一贯通孔31的长度方 向的长度L1的大致1.4倍的情况下，得到最适合轴比。

(实验4)

图7是设定实验1中第二贯通孔32的旋转角θ2＝45°，利用电磁场模拟装 置计算使第二贯通孔32的旋转角θ2变化时的发射特性的结果。其它条件与实 验1的情况一样。

图7(a)表示XZ平面的右旋圆偏振波(RHCP)和左旋圆偏振波(LHCP)， 图7(b)表示YZ平面的右旋圆偏振波(RHCP)和左旋圆偏振波(LHCP)。 其中，将导体板30的表面设为XY平面，将第一贯通孔31的长度方向设为X轴 方向，将电波的发射方向设为Z轴方向。

从图7可知，可以得到良好的圆偏振波。

从实验1～4的结果可知，通过将第二贯通孔32配置于相对于第一贯通孔 31的中心点点对称，且相对于第一贯通孔31的长度方向旋转大致45°，从第一 贯通孔31的中心点至第二贯通孔32的距离为比使用的频率的半波长短的距 离，第一贯通孔31的长度方向的长度为所使用的频率的波长的大致1.4倍，由 此，可以作为得到最适合的圆偏振波的电介质波导管缝隙天线。

另外，在实验1～4中，由于第二贯通孔32配置为θ2＝45°，所以得到右 旋圆偏振波。如果将第二贯通孔32配置为θ2＝-45°，就可得到左旋圆偏振 波。

第二贯通孔的形状不限定于直线状的长孔，也可以是圆弧状及弯曲的形 状的长孔。图8是本发明的另外的实施例。

如果形成如图8(a)所示的圆弧状的第二贯通孔32a、及如图8(b)所示 的“く”形状的第二贯通孔32b，则就可以减少导体板上的第二贯通孔占有的 面积。另外，如图8(c)所示，如果在电介质波导管10c上设计多个缝隙11c， 并在导体板30c上阵列地配置第一贯通孔31c和第二贯通孔32c，则就能够提高 电介质波导管缝隙天线的增益及指向性。

导体板也可以置换为印刷基板或镀金属的树脂等。另外，第二贯通孔也 可以是不贯通导体板的槽。由于间接波利用槽的底部反射，因此，可以将合 成波视为圆偏振波。

另外，本发明的电介质波导管缝隙天线只是变更现有的电介质波导管缝 隙天线的导体板的构造，可以使用现有的电介质波导管。因此，不需要与直 线偏振波用的电介质波导管不同而设计圆偏振波用的电介质波导管，可以提 供抑制生产成本的圆偏振波用的电介质波导管缝隙天线。