专利名称：波导管天线装置及采用该天线装置的阵列天线装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及在结构上备有矩形波导管的波导管天线装置及采用了该天线装置的阵列天线装置。
现有技术图59是表示在水平面内具有双向定向性的现有技术的天线装置(以下，称为第1现有例)的结构的立体图，图60是表示图59的天线装置的辐射定向特性的曲线图，其中，图60(a)是表示XY平面的辐射定向特性的曲线图，图60(b)是表示XZ平面的辐射定向特性的曲线图。在图59中，为进行说明而参照图中所示的XYZ坐标系。在本说明书中，将X轴方向称为X方向，将正X轴方向称为+X方向，将负X轴方向称为-X方向。而对Y轴方向和Z轴方向，也按同样方式设定。
在图59中，第1现有例的天线装置，具有底面位于XY平面上的接地导体112、以与该接地导体112相对的方式配置于天线装置的顶面(以下，称为天线顶部)的线状顶部导体111a和矩形形状的顶部导体111b及111c、由构成天线装置的侧面的4个侧面导体113a、113b、113c及113d形成的中空壳体，这些接地导体112、侧面导体113a～113d、以及顶部导体111a及111b，以电气连通的方式相互连接，并构成分别相对于YZ平面及XZ平面对称的长方体形状的中空壳体。在天线顶部的大致中央部分，在平行于Y轴延伸的顶部导体111a与顶部导体111b之间形成矩形开口部116，并在顶部导体111a与顶部导体111c之间形成矩形开口部117，从而在天线顶部相对于YZ平面对称地配置2个形成相同的长方形开口空间。将由导体线等构成的天线元件1 14的一端通过焊接等机械地、且电气地连接在位于顶部导体111a的长度方向的中央部的连接点上，天线元件114的另一端，在接地导体112的上表面中央部(图中XY平面的原点)形成的圆形孔115h的馈电点115与由无线电设备馈送无线信号的同轴电缆的中心导体(图中未示出)电气连接，上述同轴电缆的中心导体，在该馈电点115与接地导体112电气连接。
这里，将由线状顶部导体111a～111c、侧面导体113a～113d及接地导体112围出的空间称为天线内部，将天线内部的外侧空间称为天线外部。
作为一例，以与动作频率对应的自由空间波长为基准，接地导体112是边长为0.76波长的正方形，侧面导体113a～113d的高度为0.08波长。天线顶部，由1个线状导体即顶部导体111a和2个长方形导体即顶部导体111b及111c构成，线状的顶部导体111a，在YZ平面上与Y轴平行配置，长度为0.76波长，其两端与侧面导体113a及113c电气连接。此外，长方形的顶部导体111b及111c，与X轴平行的边长均为0.19波长，与Y轴平行的边长均为0.76波长，并与配置在天线顶部的X方向两端的侧面导体113a～113d电气连接。另外，2个开口部116及117，形成为与X轴平行的边长为0.19波长、与Y轴平行的边长为0.76波长的长方形。2个开口部116及117，配置成隔着线状的顶部导体111a相互邻接，因此，本天线装置具有相对于XZ平面及YZ平面对称的结构。这里的天线元件114由导体线构成，天线元件114的长度为0.08波长并垂直于接地导体112延伸，天线元件114的上端部，与天线顶部的线状顶部导体111a在顶部导体111a的长度方向的中央部电气连接。
图60是作为一例示出上述结构的备有2个开口空间的天线装置的辐射定向特性的曲线图，图60(a)是表示XY平面的辐射定向特性的曲线图，图60(b)是表示XZ平面的辐射定向特性的曲线图。在表示天线装置增益的半径方向的刻度上，1个间隔为10dB，单位是以偶极天线的增益为基准的相对增益的单位dBd。图59所示的单极天线的天线装置，通过抑制对Y方向的电波辐射，可以获得对+X方向和-X方向的双向定向性。因此，该现有技术的例子，当在走廊等细长的室内空间使用时显示出优良的特性。
另外，本天线装置，将用于辐射电波的开口部116及117配置在天线顶部，并由接地导体112和侧面导体113a～113d包围作为辐射源的天线元件114，所以天线侧面方向及下侧的天线配置环境对辐射电波的影响很小。即，在将本天线装置设置在室内的天花板等上时，可以将天线装置嵌入室内的天花板而与室内的天花板齐平设置并使天线装置的顶部面向辐射空间。按照这种设置方式，在天花板等上没有突起物，因而可以构成使人眼很难发现的在景观上非常理想的天线。
另外，天线元件114的高度为0.08波长，低于通常的1/4波长单极天线元件。因此，按照本天线装置的结构，还具有使天线元件为小高度的效果，当不可能将天线装置嵌入室内的天花板时，天花板上的突起物很小，因而可以构成使人眼很难发现的在景观上非常理想的天线装置。
进一步，在上述第1现有例的本天线装置中，示出相对于YZ平面、XZ平面对称的结构，在这种情况下，具有使天线装置的辐射电波定向特性相对于YZ平面、XZ平面对称的效果。如上所述，本天线装置，能以简单的结构实现具有所需双向定向性的小型优异的单极天线。
另外，在备有多个在水平面上沿一个方向进行强辐射的扇形天线的阵列天线装置中，例如，有专利文献1记述的天线装置(以下，称为第2现有例)。
参照专利文献1的图1可知，该天线装置，是一种三维角形反射器天线装置，由至少表面为导体的接地导体、铅直地设置在该接地导体上的至少1个天线元件、设在该天线元件两侧的侧面导体、设在该天线元件的后方(即与无线信号的辐射方向相反的方向)的反射导体构成，其特征在于位于上述天线元件两侧的侧面导体，安装有1个或多个至少表面为导体的鰭状物。该专利文献1所公开的装有导体鰭状物(金属翅片)的三维角形反射器天线，可以利用导体鰭状物的电磁场分布控制效果仅使水平面内辐射定向特性的射束宽度变得锋锐，而垂直面内辐射定向特性的形状及仰角几乎不变。
专利文献1特开平9-135115号公报本发明要解决的课题但是，在图59所示的第1现有例的天线装置中，存在着如下问题。虽然如上所述可以获得双向定向性，但却不能在一个方向上获得非常强的定向性。第1现有例的天线装置，适用于走廊等细长的覆盖范围，但当只能将天线装置设置在室内的壁边或窗边之类的覆盖范围的端部时，不能有效地辐射电波。即，在天线装置的设置场所上存在着限制。因此，当只能将天线装置设置在覆盖范围的端部时，不能有效利用天线装置的辐射电波的第1现有例的天线装置的结构，不能不说是不适当的。
另外，在专利文献1所公开的第2现有例的天线装置中，存在着如下问题。第2现有例的天线装置，天线高度(即侧面导体及反射导体的高度)为0.6波长，因而不能说是薄型的天线装置。在将天线配置在室内的天花板等上时，希望具有使人眼很难发现的小型、薄型的形状。例如，当发送接收的无线信号的频率为900MHz时，0.6波长为198mm，假定该天线装置备有盖板，则其高度至少在200mm以上。因此，不能构成薄型的形状，所以使人眼很容易看到的第2现有例的结构，不能不说是不适当的。
为解决以上的问题，本发明的第1目的在于，提供一种小型、轻量且能以简单的设计在一个方向上获得非常强的定向性的天线装置及采用了该天线装置的阵列天线装置。
另外，本发明的第2目的在于，提供一种除上述第1目的外与现有技术相比为薄型的天线装置及采用了该天线装置的阵列天线装置。发明内容第1发明的波导管天线装置，其特征在于，备有由彼此相对的接地导体及顶部导体、连接上述接地导体和上述顶部导体且彼此相对的2个侧面导体构成的一端由终端导体短路而另一端敞开的方形波导管；一端与上述顶部导体在上述敞开的方形波导管的另一端附近电气连接且另一端与位于上述接地导体的馈电部电气连接的天线元件；将上述顶部导体的靠上述敞开的另一端一侧的部分除去一部分，馈送到上述馈电部的无线信号的电波，从上述顶部导体的除去后的部分及上述方形波导管的敞开的另一端辐射。
在上述波导管天线装置中，其特征在于最好还备有至少1个与上述接地导体电气连接并用于调整上述波导管天线装置的输入阻抗的匹配导体。这里，上述匹配导体中的至少1个与上述天线元件电气连接。或者，上述匹配导体中的至少1个与上述顶部导体电气连接。
另外，在上述波导管天线装置中，其特征在于最好还备有至少1个与上述接地导体电气连接并用于改变上述波导管天线装置的定向特性的定向特性控制导体。这里，其特征还在于上述定向特性控制导体，最好备有与上述接地导体电气连接并设置成实质上垂直于上述接地导体而用于控制实质上垂直于上述接地导体的平面的定向特性的第1导体部分、与上述第1导体部分电气连接并设置成实质上平行于上述接地导体而用于控制实质上平行于上述接地导体的平面的定向特性的第2导体部分。
进一步，在上述波导管天线装置中，其特征在于上述2个侧面导体，最好是形成为与由上述终端导体短路的上述方形波导管的一端相比在上述方形波导管的敞开的另一端彼此更加分开。或者，其特征在于上述2个侧面导体，最好是形成为与由上述终端导体短路的上述方形波导管的一端相比在上述方形波导管的敞开的另一端彼此更加接近。
更进一步，在上述波导管天线装置中，其特征在于上述终端导体，最好是形成为在上述方形波导管的宽度方向的大致中央部使上述方形波导管的电磁波传播方向的长度比与上述2个侧面导体连接的宽度方向的各端部长。
第2发明的波导管天线装置，其特征在于，备有由彼此相对的接地导体及顶部导体、连接上述接地导体和上述顶部导体且彼此相对的2个侧面导体构成的两端由终端导体短路的方形波导管；一端与上述顶部导体电气连接且另一端与位于上述接地导体的馈电部电气连接的天线元件；在上述顶部导体上，在到上述方形波导管的一端的距离与到另一端的距离实质上不同的位置上设有至少1个沿上述方形波导管的宽度方向形成的狭缝，馈送到上述馈电部的无线信号的电波，从上述狭缝辐射。
在上述波导管天线装置中，其特征在于上述狭缝，最好是在上述顶部导体的与天线元件的连接点和上述终端导体之间的位置上形成。
另外，在上述波导管天线装置中，其特征在于最好还备有至少1个与上述接地导体电气连接并用于调整上述波导管天线装置的输入阻抗的匹配导体。这里，上述匹配导体中的至少1个与上述天线元件电气连接。或者，上述匹配导体中的至少1个与上述顶部导体电气连接。
第3发明的波导管天线装置，其特征在于，备有由彼此相对的接地导体及顶部导体、连接上述接地导体和上述顶部导体且彼此相对的2个侧面导体构成的一端由终端导体短路的方形波导管；一端与上述顶部导体在上述敞开的方形波导管的另一端附近电气连接且另一端与位于上述接地导体的馈电部电气连接的天线元件；在上述顶部导体上，备有至少1个沿上述方形波导管的宽度方向形成的狭缝，将上述顶部导体及上述2个侧面导体的靠上述敞开的另一端一侧的部分各至少除去一部分，馈送到上述馈电部的无线信号的电波，从上述顶部导体的除去后的部分及上述方形波导管的敞开的另一端辐射。
在上述波导管天线装置中，其特征在于最好还备有至少1个与上述接地导体电气连接并用于调整上述波导管天线装置的输入阻抗的匹配导体。这里，上述匹配导体中的至少1个与上述天线元件电气连接。或者，上述匹配导体中的至少1个与上述顶部导体电气连接。
另外，在上述波导管天线装置中，其特征在于最好还备有至少1个与上述接地导体电气连接并用于改变上述波导管天线装置的定向特性的定向特性控制导体。这里，其特征还在于上述定向特性控制导体，最好备有与上述接地导体电气连接并设置成实质上垂直于上述接地导体而用于控制实质上垂直于上述接地导体的平面的定向特性的第1导体部分、与上述第1导体部分电气连接并设置成实质上平行于上述接地导体而用于控制实质上平行于上述接地导体的平面的定向特性的第2导体部分。
进一步，在上述波导管天线装置中，其特征在于上述2个侧面导体，最好是形成为与由上述终端导体短路的上述方形波导管的一端相比在上述方形波导管的敞开的另一端彼此更加分开。或者，其特征在于上述2个侧面导体，最好是形成为与由上述终端导体短路的上述方形波导管的一端相比在上述方形波导管的敞开的另一端彼此更加接近。
更进一步，在上述波导管天线装置中，其特征在于上述终端导体，最好是形成为在上述方形波导管的宽度方向的大致中央部使上述方形波导管的电磁波传播方向的长度比与上述2个侧面导体连接的宽度方向的各端部长。
在上述波导管天线装置中，其特征在于最好用电介质充填上述方形波导管的内部空间的至少一部分空间。这里，其特征还在于最好是，上述接地导体由在具有彼此相对的第1和第2面的电介质基板的第1面上形成的导体图案形成，上述顶部导体由在上述电介质基板的第2面上形成的导体图案形成，上述侧面导体及上述终端导体由对上述电介质基板中沿其厚度方向形成的通孔充填导体而构成的多个通孔导体形成。
另外，在上述波导管天线装置中，其特征在于上述终端导体，最好是形成为在上述方形波导管的高度方向的大致中央部使上述方形波导管的电磁波传播方向的长度比连接上述接地导体和上述顶部导体的各端部长。
进一步，在上述波导管天线装置中，其特征在于上述终端导体，最好是形成为使上述方形波导管的电磁波传播方向的长度从上述顶部导体到上述接地导体逐渐变长。
另外，上述波导管天线装置的特征在于最好用具有圆形底面的天线罩覆盖。
第4发明的阵列天线装置，备有2个上述波导管天线装置，该阵列天线装置的特征在于将上述2个波导管天线装置设置成使上述各波导管天线装置的方形波导管的敞开的另一端彼此相对。
第5发明的阵列天线装置，备有2个上述波导管天线装置，该阵列天线装置的特征在于将上述2个波导管天线装置设置成使上述各波导管天线装置的方形波导管的短路的一端彼此相对。
在上述阵列天线装置中，其特征在于最好还备有分集选择装置，用于选择和输出由上述各波导管天线装置分别接收到的2个接收信号中具有较大信号强度的接收信号。
附图的简单说明图1是表示本发明第1实施方式的敞开式波导管天线装置的结构的立体图。
图2(a)是表示图1的敞开式波导管天线装置的电场分布的立体图，(b)是表示图1的敞开式波导管天线装置的磁流分布的立体图。
图3是图1的敞开式波导管天线装置的由XZ平面切断后的剖面图。
图4(a)是表示本发明第1实施方式的第1实施例的敞开式波导管天线装置的结构的立体图，(b)是表示与(a)的顶部导体15的X方向的长度Lb对应的敞开式波导管天线装置的谐振频率f的曲线图。
图5是表示本发明第1实施方式的第2实施例的敞开式波导管天线装置的结构的立体图。
图6是表示图5的敞开式波导管天线装置的反射系数S11的频率特性的曲线图。
图7是表示图5的敞开式波导管天线装置的辐射定向特性的曲线图，(a)是表示XY平面的辐射定向特性的曲线图，(b)是表示XZ平面的辐射定向特性的曲线图。
图8是表示本发明第1实施方式的第1变形例的敞开式波导管天线装置的结构的立体图。
图9是表示本发明第1实施方式的第2变形例的敞开式波导管天线装置的结构的立体图。
图10是表示本发明第1实施方式的第3变形例的敞开式波导管天线装置的结构的立体图。
图11是表示本发明第1实施方式的第4变形例的敞开式波导管天线装置的结构的立体图。
图12是表示本发明第1实施方式的第5变形例的敞开式波导管天线装置的结构的立体图。
图13是表示本发明第1实施方式的第5变形例的实施例的敞开式波导管天线装置的结构的立体图。
图14是表示图13的敞开式波导管天线装置的辐射定向特性的曲线图，(a)是表示XY平面的辐射定向特性的曲线图，(b)是表示XZ平面的辐射定向特性的曲线图。
图15是表示本发明第1实施方式的第3实施例的敞开式波导管天线装置的结构的立体图。
图16是表示本发明第2实施方式的狭缝辐射式波导管天线装置的结构的立体图。
图17是表示图16的狭缝辐射式波导管天线装置辐射电波时的动作原理的由图16的XZ平面切断后的顶部导体15的剖面图。
图18是表示本发明第2实施方式的第1实施例的狭缝辐射式波导管天线装置的结构的立体图。
图19是表示图18的狭缝辐射式波导管天线装置的反射系数S11的频率特性的曲线图。
图20是表示图18的狭缝辐射式波导管天线装置的2GHz的辐射定向特性的曲线图，(a)是表示XY平面的辐射定向特性的曲线图，(b)是表示XZ平面的辐射定向特性的曲线图。
图21(a)是表示本发明第2实施方式的第2实施例的狭缝辐射式波导管天线装置的结构的立体图，(b)是表示与(a)的狭缝20的Y方向的长度W对应的狭缝辐射式波导管天线装置的谐振频率f的曲线图。
图22是表示本发明第2实施方式的第1变形例的狭缝辐射式波导管天线装置的结构的立体图。
图23是表示本发明第2实施方式的第2变形例的狭缝辐射式波导管天线装置的结构的立体图。
图24是表示本发明第2实施方式的第3变形例的狭缝辐射式波导管天线装置的结构的立体图。
图25是表示本发明第2实施方式的第4变形例的狭缝辐射式波导管天线装置的结构的立体图。
图26是表示本发明第2实施方式的第3实施例的狭缝辐射式波导管天线装置的配置状态的立体图。
图27是表示本发明第2实施方式的第4实施例的狭缝辐射式波导管天线装置的配置状态的立体图。
图28是表示本发明第3实施方式的带狭缝敞开式波导管天线装置的结构的立体图。
图29是表示图28的带狭缝敞开式波导管天线装置的电流分布的该带狭缝敞开式波导管天线装置由XZ平面切断后的剖面图。
图30(a)是表示图28的带狭缝敞开式波导管天线装置的电场分布的立体图，(b)是表示图28的带狭缝敞开式波导管天线装置的磁流分布的立体图。
图31是表示本发明第3实施方式的实施例的带狭缝敞开式波导管天线装置的结构的立体图。
图32是表示图31的带狭缝敞开式波导管天线装置的反射系数S11的频率特性的曲线图。
图33是表示图31的带狭缝敞开式波导管天线装置的动作频率f＝1.86GHz时的辐射定向特性的曲线图，(a)是表示XY平面的辐射定向特性的曲线图，(b)是表示XZ平面的辐射定向特性的曲线图。
图34是表示图31的带狭缝敞开式波导管天线装置的动作频率f＝2.0GHz时的辐射定向特性的曲线图，(a)是表示XY平面的辐射定向特性的曲线图，(b)是表示XZ平面的辐射定向特性的曲线图。
图35是表示图31的带狭缝敞开式波导管天线装置的动作频率f＝2.46GHz时的辐射定向特性的曲线图，(a)是表示XY平面的辐射定向特性的曲线图，(b)是表示XZ平面的辐射定向特性的曲线图。
图36是表示本发明第3实施方式的第1变形例的带狭缝敞开式波导管天线装置的结构的立体图。
图37是表示本发明第3实施方式的第2变形例的带狭缝敞开式波导管天线装置的结构的立体图。
图38是表示本发明第3实施方式的第3变形例的带狭缝敞开式波导管天线装置的结构的立体图。
图39是表示本发明第3实施方式的第4变形例的带狭缝敞开式波导管天线装置的结构的立体图。
图40是表示本发明第3实施方式的第5变形例的带狭缝敞开式波导管天线装置的结构的立体图。
图41是表示本发明第3实施方式的第5变形例的实施例的带狭缝敞开式波导管天线装置的结构的立体图。
图42是表示图41的带狭缝敞开式波导管天线装置的2GHz的辐射定向特性的曲线图，(a)是表示XY平面的辐射定向特性的曲线图，(b)是表示XZ平面的辐射定向特性的曲线图。
图43是表示本发明第4实施方式、即在第1实施方式的天线内部充填了电介质的敞开式波导管天线装置的结构的立体图。
图44是表示本发明第4实施方式的第1变形例、即在第2实施方式的天线内部充填了电介质的狭缝辐射波导管天线装置的结构的立体图。
图45是表示本发明第4实施方式的第2变形例、即在第3实施方式的天线内部充填了电介质的带狭缝敞开式波导管天线装置的结构的立体图。
图46(a)是表示本发明第5实施方式的敞开式波导管天线装置的结构的立体图，(b)是沿(a)的A-A’线的纵剖面图。
图47是表示本发明第1实施方式的第6变形例的敞开式波导管天线装置的结构的俯视图。
图48是表示本发明第1实施方式的第7变形例的敞开式波导管天线装置的结构的俯视图。
图49是表示本发明第1实施方式的第8变形例的敞开式波导管天线装置的结构的俯视图。
图50是表示本发明第1实施方式的第9变形例的敞开式波导管天线装置的结构的俯视图。
图51(a)是表示本发明第1实施方式的第10变形例的敞开式波导管天线装置的结构的立体图，(b)是其俯视图。
图52(a)是表示本发明第1实施方式的第11变形例的敞开式波导管天线装置的结构的立体图，(b)是沿(a)的B-B’线的纵剖面图。
图53(a)是表示本发明第1实施方式的第12变形例的敞开式波导管天线装置的结构的立体图，(b)是沿(a)的C-C’线的纵剖面图。
图54是表示本发明第3实施方式的第6变形例的带狭缝敞开式波导管天线装置的结构的俯视图。
图55是表示本发明第3实施方式的第7变形例的带狭缝敞开式波导管天线装置的结构的俯视图。
图56(a)是表示本发明第3实施方式的第8变形例的带狭缝敞开式波导管天线装置的结构的立体图，(b)是其俯视图。
图57是表示本发明第6实施方式的采用了图1的敞开式波导管天线装置的阵列天线装置的俯视图。
图58是表示本发明第7实施方式的采用了图1的敞开式波导管天线装置的阵列天线装置的俯视图。
图59是表示现有技术的天线装置结构的立体图。
图60是表示图59的天线装置的辐射定向特性的曲线图，(a)是表示XY平面的辐射定向特性的曲线图，(b)是表示XZ平面的辐射定向特性的曲线图。
具体实施例方式
以下，参照
本发明的实施方式。为进行说明，参照各图所示的三维XYZ坐标系。此外，在各图中对同样的构成要素标以相同的符号。第1实施方式图1是表示本发明第1实施方式的敞开式波导管天线装置的结构的立体图。
在图1中，第1实施方式的敞开式波导管天线装置，备有由位于XY平面上的底面为正方形的接地导体11、以与该接地导体11相对的方式配置于该敞开式波导管天线装置的顶面的矩形形状的顶部导体15、分别连接上述接地导体11及上述顶部导体15且彼此相对的矩形形状的侧面导体14a及14b形成的方形波导管，上述方形波导管的一个端部，由矩形形状的终端导体14c将终端封闭并短路，而上述方形波导管的另一个端部，将顶部导体15的一部分除去且不用终端导体将终端封闭，因而成为敞开状态。这里，通过将这些接地导体11、侧面导体14a及14b、顶部导体15、终端导体14c以机械的和电气连通的方式相互连接，构成沿平行于X方向的长度方向(无线信号的电波方向)延伸且左端(即-X方向的端部)封闭的大致为长方体形状的方形波导管。
接着，将由导体线构成的天线元件13的一端通过焊接等机械地、且电气地连接在位于顶部导体15的下表面的右端附近(即+X方向的端部附近)且在Y方向的中心的连接点13a上(从该连接点13a到终端导体14c的长度Lb，如后文所详述的，自终端导体14c起设定为管内波长的1/4波长或其奇数倍的长度。)，另一方面，天线元件13，从连接点13a向下方垂直延伸，进一步，将天线元件13的另一端在接地导体11上的X轴上所形成的圆形孔12h内连接于与接地导体11电气隔离的馈电点12，该馈电点12，进一步例如与同轴电缆的中心导体电气连接，并将同轴电缆的接地导体与接地导体11电气连接。按照这种结构，即可从无线电设备将无线信号通过同轴电缆馈送到馈电点12。
另外，顶部导体15，已将从天线元件13的连接点13a的附近即向+X方向错开了一些的位置起沿+X方向直到方形波导管的另一端的矩形形状部分除去。此外，该方形波导管的尺寸，取决于想要辐射的无线信号的最低频率，即，必需具有能够传播该最低频率的方形波导管尺寸。
这里，在上述敞开式波导管天线装置中，将由顶部导体15、侧面导体14a及14b、终端导体14c、接地导体11围出的空间称为天线内部，将天线内部的外侧空间称为天线外部。
以下，参照图1和图2说明该敞开式波导管天线装置的动作。
图2(a)是表示图1的敞开式波导管天线装置的电场分布的立体图，图2(b)是表示图1的敞开式波导管天线装置的磁流分布的立体图。在该敞开式波导管天线装置中，电波的辐射通过激励天线元件13进行，并由在顶部导体15和接地导体11之间产生的电场201辐射电波。在顶部导体15和接地导体11之间产生的电场201的方向如图2(a)所示。在将该电场201置换成磁流而进行说明时，如图2(b)所示，可以置换成与Y轴平行的线状磁流202。即，电波的辐射，也可以看作是该磁流202产生的辐射。该磁流202的振幅按正弦弦函数变化，使Y方向的两端为零而在其中央部具有最大值。即，该敞开式波导管天线装置，显示出与Y轴平行的线状磁流202的偶极定向特性。由该偶极在XY平面和YZ平面上获得垂直偏振波的双向定向性，而在XZ平面上具有无定向性。
在本实施方式的敞开式波导管天线装置中，在与磁流202的偶极相对的-Z方向设有接地导体11，并将其用作反射板。因此，在+Z方向上进行强的辐射。进一步，在该敞开式波导管天线装置中，在-X方向设有终端导体14c，并将其用作反射板，因此，在+X方向上显示出强的定向性。即，利用该敞开式波导管天线装置的结构，可以在XYZ坐标系的+Z方向及+X方向上获得强的定向性。
图3是图1的敞开式波导管天线装置的由XZ平面切断后的剖面图，图4(a)是表示本发明第1实施方式的第1实施例的敞开式波导管天线装置的结构的立体图，图4(b)是表示与图4(a)的顶部导体15的X方向的长度Lb对应的敞开式波导管天线装置的谐振频率f的曲线图。以下，用图3和图4说明本实施方式的敞开式波导管天线装置的阻抗特性。
从图1可以看出，由接地导体11、顶部导体15、侧面导体14a及14b、终端导体14c围出的部分，可以看成是右侧一端被短路的方形波导管，顶部导体15与天线元件13连接的连接点13a的端部附近，为方形波导管的敞开端。因此，为满足该方形波导管的谐振条件，该敞开式波导管天线装置，以使图1和图3所示的自终端导体14c起到天线元件13的连接点13a的长度Lb为管内波长的1/4波长或1/4波长的奇数倍的频率谐振。方形波导管内的管内波长λg[m]，由下式表示。[公式1]λg=1(fc)2-(12W)2]]>式中，f为频率、c为光速(＝3×108[m/s])、W为方形波导管的宽度、这里也就是也就是顶部导体15的Y方向的长度。在将自终端导体14c起到天线元件13的连接点13a的长度Lb设定为λg/4时，谐振频率f[Hz]，根据公式1而由下式计算。[公式2]f=c(14Lb)2+(12W)2]]>以下，示出当敞开式波导管天线装置的长度Lb改变时的谐振频率f的变化。在图4(a)中给出敞开式波导管天线装置的1个实施例的尺寸，在图4(b)中示出敞开式波导管天线装置的谐振频率f的变化。此外，在图4(b)中将测定值和根据上述公式2求得的计算值一并示出。
从图4(b)可以看出，计算值是比测定值低一些的值。其原因是，上述公式1是完整的方形波导管的计算值，与此不同，在实际的形状中，顶部导体15的X方向的长度比接地导体11、侧面导体14a及14b的各X方向的长度短，所以产生电场泄漏，因而使谐振产生偏差。因此，为校正这种偏差，可以通过对上述公式2乘以校正系数进行校正。在图4(b)中，示出校正系数为1.15时的校正值计算结果。这时，可以得到与测定值非常接近的校正值，并可根据进行了校正的上述公式2求得该敞开式波导管天线装置的谐振频率f。
以下，作为由本发明者们实际试制出的波导管天线装置，在图5中示出表示本发明第1实施方式的第2实施例的敞开式波导管天线装置的结构的立体图。在图5中，接地导体11具有边长120mm的正方形形状，侧面导体14a及14b和终端导体14c的高度为12mm，顶部导体15的X方向的长度为41mm。馈电点12，配置在从接地导体11的中央起在X轴上仅向-X方向偏离20mm的位置。
图6是表示图5的敞开式波导管天线装置的反射系数S11的频率特性的曲线图。从图6所示可知，由本发明者们试制出的图5的敞开式波导管天线装置，以大约2.5GHz进行谐振，并显示出良好的反射特性。
图7是表示图5的敞开式波导管天线装置的辐射定向特性的曲线图，图7(a)是表示XY平面的辐射定向特性的曲线图，图7(b)是表示XZ平面的辐射定向特性的曲线图。图7示出敞开式波导管天线装置的动作频率为2GHz时的辐射定向特性，表示该波导管天线装置增益的半径方向的刻度，1个间隔为10dB，单位是表示以理想点波源的辐射功率为基准的相对增益的单位dBi。
图7(a)和图7(b)分别示出水平面(XY平面)及垂直面(XZ平面)的辐射定向特性。从图7(b)所示可知，电波辐射在XYZ坐标系的+Z方向及+X方向上具有强的定向性，因而该波导管天线装置能以简单的结构对一个方向实现强的定向性。在最大辐射方向(即射束方向)上，在XZ平面内，在从Z轴的+Z方向向+X方向转20度的角度上可以获得7.8dBi的高增益，在XY平面内在X轴的+X方向上也可以获得2dBi的增益。由此可知。敞开式波导管天线装置，当设置在室内的壁边或窗边之类的覆盖范围的端部时是有效的天线装置。进一步，敞开式波导管天线装置，以2.5GHz的动作频率实现0.1波长的高度，因而是非常薄的薄型天线装置。
在以上给出的实施方式和试制例中，示出了该波导管天线装置相对于XZ平面为对称结构的情况，在这种情况下，具有使波导管天线装置的辐射电波定向特性相对于XZ平面对称的效果(参照图7(a))。
如上所述，按照本实施方式的敞开式波导管天线装置，可以保持小型、薄型的形状，并能以简单的结构实现在一个方向上具有强的定向性的天线装置。
在以上的实施方式中，举例说明了相对于XZ平面为对称结构的敞开式波导管天线装置，但本发明并不限于此，例如，为获得所需的辐射定向特性或输入阻抗特性，也可以按相对于XZ平面为非对称的结构形成。通过采用这种结构，可以实现在辐射对象空间中具有最佳辐射定向特性的天线装置。
在以上的实施方式中，举例说明了天线元件13由导体线构成的敞开式波导管天线装置，但本发明并不限于此，例如，天线元件13，也可以由板状的导体形成。按照这种结构，具有可以获得所需的输入阻抗特性并能实现反射损耗少的高效率天线装置的特有效果。
图8是表示本发明第1实施方式的第1变形例的敞开式波导管天线装置的结构的立体图。如图8所示，为获得所需的输入阻抗特性，除图1的敞开式波导管天线装置的结构外，在天线内部也可以备有匹配导体16。在图8的敞开式波导管天线装置中，作为线状导体的匹配导体16，与天线元件13平行且在从天线元件13向-X方向错开一些的接地导体11的X轴上的位置(即，从天线元件13向终端导体14c的方向错开一些的位置并靠近馈电点20)与接地导体11电气连接，从该连接点16a向上方延伸，并具有比方形波导管的高度短的长度。按照这种结构，可以改变天线元件13附近的电场并使流过天线元件13的电流变化，从而可以改变敞开式波导管天线装置的输入阻抗，以便在实际上例如使敞开式波导管天线装置的输入阻抗与同轴电缆的特征阻抗相匹配。因此，具有可以获得所需的输入阻抗特性并能实现反射损耗少的高效率天线装置的特有效果。
图9是表示本发明第1实施方式的第2变形例的敞开式波导管天线装置的结构的立体图。如图9所示，为获得所需的阻抗特性，除图1的敞开式波导管天线装置的结构外，在天线内部也可以将长度与天线元件13相同的匹配导体16以平行于天线元件13的方式连接。在这种情况下，将匹配导体16的一端在连接点16a与接地导体11连接，并将匹配导体16的另一端在连接点16b与顶部导体15连接。
图10是表示本发明第1实施方式的第3变形例的敞开式波导管天线装置的结构的立体图。如图10所示，为获得所需的阻抗特性，除图1的敞开式波导管天线装置的结构外，在天线内部也可以备有匹配导体19。在图10中，作为线状导体的匹配导体19，在上述的连接点16a与接地导体11电气连接，并从该连接点16a向上方延伸，然后，实质上按直角折曲并与天线元件13的大致中央部电气连接。按照这种结构，可以用匹配导体19直接改变流过天线元件13的电流，所以具有可以大幅度地改变阻抗特性的特有效果。因此，可以改变敞开式波导管天线装置的输入阻抗，以便在实际上例如使敞开式波导管天线装置的输入阻抗与同轴电缆的特征阻抗相匹配，因而可以获得所需的输入阻抗特性，并能实现反射损耗少的高效率天线装置。
图11是表示本发明第1实施方式的第4变形例的敞开式波导管天线装置的结构的立体图。为改变波导管天线装置的辐射定向特性，如图11的本实施方式的第4变形例的敞开式波导管天线装置所示，除图1的敞开式波导管天线装置的结构外，也可以备有定向特性控制导体17。在图11中，线状导体的定向特性控制导体17，设置在从天线元件13起的+X方向即接地导体11的上表面的X轴上的位置，定向特性控制导体17的一端，在连接点17a与接地导体11连接，定向特性控制导体17，从该端向上方延伸，并具有方形波导管的高度或比其短一些的长度。从该敞开式波导管天线装置辐射的电波，由于定向特性控制导体17起着导波器的作用，所以与不具备定向特性控制导体17时相比可以取得使+X方向上的定向性更为锋锐的特有效果。
在图11的第4变形例中，以直线状导体构成定向特性控制导体17，但其也可以用其它形状的导体构成。例如，定向特性控制导体17，可以由以螺旋状导体线形成的螺旋型匹配导体构成，还可以由折曲成L字型的导体线构成。按照这种结构，可以使波导管天线装置变得更薄而不损害上述的具有锋锐的定向性的效果。
图12是表示本发明第1实施方式的第5变形例的敞开式波导管天线装置的结构的立体图。在图12中，其特征在于，在图1的敞开式波导管天线装置的结构中，在从天线元件13向+X方向错开的位于接地导体11的X轴上的连接点17a处，设有定向特性控制导体17。这里，定向特性控制导体17，由与Z方向平行的线状导体17A和与Y方向平行的线状导体17B构成，线状导体17A的一端与接地导体11电气连接，线状导体17A进一步向上延伸，并具有方形波导管的高度或比该高度短一些的长度，线状导体17A的另一端，与线状导体17B的中间部连接。这时，最好是将与Z方向平行的线状导体17A连接在与Y方向平行的线状导体17B的大致中央部，并将平行于Z方向的线状导体17A的长度与平行于Y方向的线状导体17B的一半长度之和设定为大约1/4波长或其奇数倍。通过按上述方式设定线状导体17A、17B的长度，当向该敞开式波导管天线装置馈电时，将由定向特性控制导体17引起谐振，从而与设定为其它长度时相比在锋锐的定向性上可以取得更大的效果。图11的敞开式波导管天线装置的结构，是主要使用改善敞开式波导管天线装置的XZ平面内的定向特性的技术，但如采用图12的结构，则还可以改变敞开式波导管天线装置的XY平面内的定向特性，特别是，能增强对+X方向的辐射。
图13是表示本发明第1实施方式的第5变形例的实施例的敞开式波导管天线装置的结构的立体图，图14是表示图13的敞开式波导管天线装置的辐射定向特性的曲线图，图14(a)是表示XY平面的辐射定向特性的曲线图，图14(b)是表示XZ平面的辐射定向特性的曲线图。即，图13是在结构如图5所示的敞开式波导管天线装置中备有动作频率为2GHz时的定向特性控制导体17的情况。从图14(a)所示可知，与图7的定向特性相比，由于备有定向特性控制导体17，所以在XZ平面上使对+X方向的辐射进一步增强。此外，从图14(b)可以看出，在最大辐射方向(即射束方向)上，在XZ平面内，在从Z轴的+Z方向向+X方向转35度的角度上可以获得7.5dBi的高增益，在图14(b)的XY平面内在X轴的+X方向上也可以获得2dBi的增益。此外，还可以看出，在XY平面内对Y方向的辐射得到增强。因此，在水平面(XY平面)上也可以使定向特性发生很大变化。在将波导管天线装置配置在室内的壁边或窗边时，在作为壁边方向的Y方向上也必须辐射电波。因此，由于该波导管天线装置的定向特性具有对Y方向的辐射，所以在将该天线装置配置在室内的壁边时具有理想的定向特性。
在以上的实施方式和变形例中，说明了备有1个定向特性控制导体17的情况，但本发明并不限于此，也可以备有2个以上的定向特性控制导体17。按照这种结构，可以增加该波导管天线装置在结构上的自由度，并可以更好地控制辐射定向特性。此外，也可以既备有图8～图10所示的匹配导体16也备有定向特性控制导体17。
在以上的实施方式和变形例中，举例说明了结构为使接地导体11按正方形构成的波导管天线装置，但本发明并不限于此，例如，为获得所需的辐射定向特性或输入阻抗特性，接地导体11，也可以具有长方形或其它的多角形、或半圆形、或这些形状的组合、或其它的形状。
可是，在将该波导管天线装置设置在天花板等上时，为使该天线装置不引人注意，必需使天线装置的形状与天花板面的格纹或房间的形状协调一致。但是，当波导管天线装置的形状为长方形或其它的多角形时，因天花板面的格纹或房间形状是固定的，所以在设置该波导管天线装置的方向上将产生限制，为解决这一问题，提出以下实施例的敞开式波导管天线装置。
图15是表示本发明第1实施方式的第3实施例的敞开式波导管天线装置的结构的立体图。如图15所示，该第1实施方式的第3实施例的敞开式波导管天线装置，其特征在于，用天线罩18覆盖了图1的敞开式波导管天线装置的结构。通过采用与接地导体11接触的底面为圆形的天线罩18，不仅可以防止使天线特性恶化的湿气和尘埃的进入从而使波导管天线装置的特性稳定，而且在将该波导管天线装置设置在天花板上时可以无需考虑天花板面的格纹或房间形状而进行波导管天线装置的设置。进一步，当波导管天线装置的底面为圆形时，可以通过转动波导管天线装置而改变安装方向，因而能获得对波导管天线装置的设置位置最为适宜的辐射定向特性。
在以上的实施方式和变形例中，对1个敞开式波导管天线装置进行了说明，但本发明并不限于此，也可以将多个敞开式波导管天线装置配置成阵列状，并构成相控阵天线及自适应天线。按照这种结构，可以进一步控制辐射电波的定向特性。第2实施方式图16是表示本发明第2实施方式的狭缝辐射式波导管天线装置的结构的立体图。
在图16中，本实施方式的狭缝辐射式波导管天线装置，备有由位于XY平面上的底面为正方形的接地导体11、以与该接地导体11相对的方式配置于该狭缝辐射式波导管天线装置的顶面(以下，称为天线顶部)的矩形形状的顶部导体15a及15b、分别连接上述接地导体11及上述顶部导体15a及15b的矩形形状的侧面导体14a及14b形成的方形波导管，上述方形波导管的长度方向的2个端部，分别由矩形形状的终端导体14c及14d将终端封闭并短路，通过将这些接地导体11、侧面导体14a及14b、顶部导体15a及15b、终端导体14c及14d以机械的和电气连通的方式相互连接，构成相对于XZ平面对称的中空的长方体形状的壳体部。
在天线顶部，在顶部导体15a及15b之间，在方形波导管整个宽度上形成与Y方向平行的1个狭缝20，顶部导体15a位于终端导体14c一侧，顶部导体15b位于终端导体14d一侧，二者将狭缝20夹在中间。该狭缝20，如后文所详述的，在方形波导管的长度方向(X方向)上，在顶部导体15a的长度L1和顶部导体15b的长度L2彼此不同的位置上形成。这里，狭缝20的宽度，远小于长度L1、L2。此外，还将由导体线等构成的天线元件13的一端通过焊接等机械地、且电气地连接在位于顶部导体15的下表面的Y方向中央部的连接点13a上，另一方面，天线元件13，从连接点13a向下方垂直延伸，进一步，将天线元件13的另一端，在接地导体11上的X轴上形成的圆形孔12h内以电气方式连接于与接地导体11电气隔离的馈电点12。馈电点12，例如与同轴电缆的中心导体电气连接，另一方面，将同轴电缆的接地导体与接地导体11电气连接。按照这种结构，即可将从无线电设备供给的无线信号馈送到馈电点12。
这里，将由顶部导体15a及15b、侧面导体14a及14b、终端导体14c及14d和接地导体11围出的空间称为天线内部，将天线内部的外侧空间称为天线外部。
以下，参照图16和图17说明该狭缝辐射式波导管天线装置的动作。图17是表示图16的狭缝辐射式波导管天线装置辐射电波时的动作原理的由图16的XZ平面切断后的顶部导体15的剖面图。
电波的辐射通过激励天线元件13进行，并由在狭缝20中产生的电场辐射电波。在将该电场置换成磁流而进行说明时，可以置换成与Y轴平行的线状磁流源。即，电波辐射，可以看成是该磁流源产生的辐射。因此，该磁流的振幅，按正弦弦函数变化，使两端为零而中央部具有最大值。即，该狭缝辐射式波导管天线装置，显示出与Y轴平行的线状磁流的偶极定向特性。由该偶极在XY平面和YZ平面上获得垂直偏振波的双向定向性，而在XZ平面上具有无定向性。但是，在狭缝20的周围有顶部导体15a及15b，因而将在顶部导体15a及15b的与终端导体14c及14d分别连接的端部引起电波的衍射。因此，狭缝20的辐射定向特性，如图17所示，作为来自狭缝20的直接波与来自顶部导体15a及15b的两个端部的第1和第2衍射波之和而获得。即，当辐射源到-X方向的衍射端的距离L1与辐射源到+X方向的衍射端的距离L2存在着差值时，定向性在一个方向上增强，因而从Z轴上的+Z方向即铅直方向倾斜。
如图17所示，当长度L1比长度L2短时，第1衍射波的相位超前于第2衍射波，定向性从铅直方向即Z轴上的+Z方向向+X方向倾斜。即，在XYZ坐标系的+X方向上获得强的定向性。而例如当长度L1比长度L2长时，第1衍射波的相位滞后于第2衍射波，定向性从铅直方向即Z轴上的+Z方向向-X方向倾斜。即，在XYZ坐标系的-X方向上获得强的定向性。
图18是表示本发明第2实施方式的第1实施例的狭缝辐射式波导管天线装置的结构的立体图，示出了由本发明者们实际试制出的波导管天线装置。
在图18中，接地导体11，具有边长为120mm的正方形形状，侧面导体14a及14b和终端导体14c及14d的高度为12mm，顶部导体15a及15b的Y方向的长度为120mm，狭缝20的宽度为6mm，狭缝20的中心设置在离终端导体14c仅36mm的位置。另外，馈电点12，配置在从接地导体11的中央起在X轴上仅向-X方向偏离20mm的位置。
图19是表示图18的狭缝辐射式波导管天线装置的反射系数S11的频率特性的曲线图。从图19所示可知，本实施方式的波导管天线装置，以1.76GHz进行谐振，并显示出良好的反射特性。如假定反射系数S11为-10dB以下的范围为动作频率，则动作频带从1.64GHz到2.02GHz、动作带宽为0.38GHz，因而可以获得宽频带的特性。
图20是表示图18的狭缝辐射式波导管天线装置的2GHz的辐射定向特性的曲线图，图20(a)是表示XY平面的辐射定向特性的曲线图，图20(b)是表示XZ平面的辐射定向特性的曲线图。在图20中，表示波导管天线装置增益的半径方向的刻度，1个间隔为10dB，单位是以理想点波源的辐射功率为基准的相对增益的单位dBi。
从图20(b)所示可知，电波的辐射，在XYZ坐标系的+Z方向及+X方向上具有强的定向性，该狭缝辐射式波导管天线装置，能以简单的结构对一个方向实现强的定向性。在最大辐射方向(即射束方向)上，在XZ平面内，在从Z轴向+X方向转30度的角度上获得了7.8dBi的高增益。因此，狭缝辐射式波导管天线装置，当设置在室内的壁边或窗边之类的覆盖范围的端部时是有效的天线装置。进一步，该狭缝辐射式波导管天线装置，以2GHz的动作频率实现0.08波长的高度，因而是非常薄的薄型天线装置。
在以上的实施方式和试制例中，示出了狭缝辐射式波导管天线装置相对于XZ平面为对称结构的情况，在这种情况下，具有使该狭缝辐射式波导管天线装置的辐射电波定向特性相对于XZ平面对称的效果。
图21(a)是表示本发明第2实施方式的第2实施例的狭缝辐射式波导管天线装置的结构的立体图，图21(b)是表示与图21(a)的狭缝20的Y方向的长度W对应的狭缝辐射式波导管天线装置的谐振频率f的曲线图。参照21(a)和(b)说明狭缝辐射式波导管天线装置的谐振频率f。
在图21(a)的狭缝辐射式波导管天线装置中，电场沿狭缝20分布。该电场的分布，在狭缝20的两端部为零，在X轴上的中央部具有最大值。因此，该狭缝辐射式波导管天线装置，以使狭缝20的长度W(即，狭缝辐射式波导管天线装置的Y方向的长度＝顶部导体15a及15b的Y方向的长度)为管内波长的1/2波长的频率谐振。由接地导体11、侧面导体14a及14b、终端导体14c及14d、顶部导体15a及15b形成的方形波导管内的管内波长λg，根据上述公式1计算，谐振频率f，用下式计算。[公式3]f=c2·W]]>从图21(b)所示可知，得到了计算值与测定值非常接近的结果，因此，谐振频率f，用上述公式3根据狭缝20的大致长度W进行计算。
如上所述，按照本实施方式的狭缝辐射式波导管天线装置，可以保持小型、薄型的形状，并能以简单的结构实现在一个方向上具有强的定向性的天线装置。
在以上的实施方式中，举例说明了相对于XZ平面为对称结构的狭缝辐射式波导管天线装置，但本发明并不限于此，例如，为获得所需的辐射定向特性或输入阻抗特性，也可以按相对于XZ平面为非对称的结构形成。通过采用这种结构，可以实现在辐射对象空间中具有最佳辐射定向特性的天线装置。
在以上的实施方式中，举例说明了天线元件13由导体线构成的狭缝辐射式波导管天线装置，但本发明并不限于此，例如，天线元件13，也可以由板状的导体形成。按照这种结构，具有可以获得所需的输入阻抗特性并能实现反射损耗少的高效率天线装置的特有效果。
图22是表示本发明第2实施方式的第1变形例的狭缝辐射式波导管天线装置的结构的立体图。为获得所需的输入阻抗特性，在图22中，其特征在于，除图16的结构外，还备有匹配导体21。这里，作为线状导体的匹配导体21，设置成与天线元件13平行且位于从天线元件13起的+Y方向上，匹配导体21的一端，在接地导体11的连接点21a与接地导体11连接，匹配导体21，从该端向上方延伸，并具有比方形波导管的高度短的长度。由于备有匹配导体21，可以改变天线元件13附近的电场并使流过天线元件13的电流变化，从而可以改变天线的阻抗，以便在实际上例如使该天线装置的输入阻抗与同轴电缆的特征阻抗相匹配。因此，具有可以获得所需的输入阻抗特性并能实现反射损耗少的高效率天线装置的特有效果。
图23是表示本发明第2实施方式的第2变形例的狭缝辐射式波导管天线装置的结构的立体图。为获得所需的阻抗特性，如图23所示，其特征在于，除图16的狭缝辐射式波导管天线装置的结构外，在天线内部还以与天线元件13平行的方式设有长度与天线元件13相同的匹配导体21。匹配导体21的一端在连接点21a与接地导体11连接，而匹配导体21的另一端，在连接点21b与顶部导体15连接。此外，匹配导体21的连接点21a，设置在与图22相同的位置。
图24是表示本发明第2实施方式的第3变形例的狭缝辐射式波导管天线装置的结构的立体图。为获得所需的阻抗特性，如图24所示，除图16的狭缝辐射式波导管天线装置的结构外，在天线内部还备有匹配导体29。在图24中，作为线状导体的匹配导体29，在上述的连接点21a与接地导体11电气连接，并从该连接点21a向上方延伸，然后，实质上按直角折曲并与天线元件13的大致中央部电气连接。按照这种结构，可以直接改变流过天线元件13的电流，所以具有可以大幅度地改变阻抗特性的特有效果。
在以上的实施方式中，举例说明了备有1个狭缝20的情况，但本发明并不限于此，也可以如图25的第2实施方式的第4变形例所示，备有2个狭缝20、22。在该变形例中，在天线顶部，在顶部导体15a和15b之间设置与Y方向平行的狭缝22，并在顶部导体15b和15c之间设置与Y方向平行的狭缝20，而沿Z方向平行延伸的天线元件13位于顶部导体15a和接地导体11之间。按照这种结构，特别是多个狭缝20及22仅存在于天线元件13的一侧(例如，天线元件13的连接点13a的-X方向一侧)的天线顶部时，通过调整狭缝20和22的间隔而使从狭缝20及22辐射的电波的相位一致，可以实现具有比备有1个狭缝20的波导管天线装置更强的定向性的波导管天线装置。而狭缝20、22的个数并不限定于2个，也可以为2个以上。
在以上的实施方式中，举例说明了结构为接地导体11按正方形构成的波导管天线装置，但本发明并不限于此，例如，为获得所需的辐射定向特性和输入阻抗特性，接地导体11，也可以具有长方形或其它的多角形、或半圆形、或这些形状的组合、或其它的形状。
可是，在将波导管天线装置设置在天花板等上时，为使该天线装置不引人注意，必需使天线装置的形状与天花板面的格纹或房间的形状协调一致。但是，当波导管天线装置的形状为长方形或其它的多角形时，因天花板面的格纹或房间形状是固定的，所以在设置该波导管天线装置的方向上将产生限制，因此，也可以与图15所示的第1实施方式的第3实施例一样，用与接地导体11接触的底面为圆形的天线罩18覆盖波导管天线装置。按照这种结构，不仅可以防止使天线特性恶化的湿气和尘埃的进入从而使波导管天线装置的特性稳定，而且在将该波导管天线装置设置在天花板上时可以无需考虑天花板面的格纹或房间形状而进行波导管天线装置的设置。进一步，当波导管天线装置的底面为圆形时，可以通过转动波导管天线装置而改变安装方向。因此，可以调整电波的辐射方向，因而能获得对波导管天线装置的设置位置最为适宜的辐射定向特性。
另外，也可以将多个该狭缝辐射式波导管天线装置配置成阵列状，并构成相控阵天线及自适应天线。按照这种结构，可以进一步控制辐射电波的定向特性。
另外，由于狭缝辐射式波导管天线装置全部由导体覆盖，所以不易受到天线装置周围环境的影响。因此，当在房间24内使用该狭缝辐射式波导管天线装置23时，如图26的第2实施方式的第3实施例所示，可以将其嵌入到天花板24A内，或如图27的第2实施方式的第4实施例所示，将其嵌入到靠近天花板24A的墙壁25内。即使按这种方式设置该波导管天线装置23，也仍能在一个方向上保持强的定向性。因此，通过按图26和图27所示的方式设置狭缝辐射式波导管天线装置23，可以获得比其它配置方式宽的覆盖范围的辐射特性301。此外，通过按图26和图27所示的方式设置其它实施方式的波导管天线装置，可以获得比其它配置方式宽的覆盖范围。进一步，由于将波导管天线装置嵌入天花板24A或墙壁25，所以具有使人眼很难发现而且不碍事的特有的优点。第3实施方式图28是表示本发明第3实施方式的带狭缝敞开式波导管天线装置的结构的立体图。
在图28中，该带狭缝敞开式波导管天线装置，与图1的敞开式波导管天线装置相比，有以下两点不同。
(1)在天线顶部，在顶部导体15a及15b之间设置着1个长度方向与Y方向平行且具有与管内波长的1/4波长相比足够小的宽度的狭缝20，顶部导体15a位于波导管的敞开端一侧，顶部导体15b位于波导管的短路端一侧，二者将上述狭缝20夹在中间。
(2)侧面导体14a，比图1的侧面导体14a短，并具有与顶部导体15相同的X方向的长度，侧面导体14b，比图1的侧面导体14b短，并具有与顶部导体15相同的X方向的长度。
另外，天线元件13，与图1的天线元件一样，设置在离终端导体14c为规定长度Lb的位置。因此，接地导体11，形成为从顶部导体15a和侧面导体14a、14b向+X方向伸出并延伸。
以下，参照图29和图30说明该带狭缝敞开式波导管天线装置的动作。图29是表示图28的带狭缝敞开式波导管天线装置的电流分布的该带狭缝敞开式波导管天线装置由XZ平面切断后的剖面图，图30(a)是表示图28的带狭缝敞开式波导管天线装置的电场分布的立体图，图30(b)是表示图28的带狭缝敞开式波导管天线装置的磁流分布的立体图。
在本实施方式中，电波的辐射通过激励天线元件13进行，并由在顶部导体15a及15b和接地导体11之间产生的电场及在狭缝20中产生的电场辐射电波。由天线元件13在顶部导体15a及15b和接地导体11之间产生的电场，如图30(a)所示，与第1实施方式的敞开式波导管天线装置的情况下的图2(a)相同。另外，在狭缝20中产生的电场，如图30(a)所示，与第2实施方式的狭缝辐射式波导管天线装置的情况相同。
电流302，如图29所示，从馈电点12沿天线元件13流过，并通过顶部导体15a、狭缝20及顶部导体15b流向终端导体14c，然后，从终端导体14c流经接地导体11并返回馈电点12。在图29中，从终端导体14c到天线元件13的长度Lb设定为管内波长的1/4波长或其奇数倍的长度。因此，该带狭缝敞开式波导管天线装置中产生的电场分布，如图30(a)所示，在顶部导体15a及15b和接地导体11之间产生的电场201的方向与在狭缝20中产生的电场201的方向一致。即，狭缝20具有使辐射的电波的相位一致的作用效果。
在将该电场201置换成磁流202而进行说明时，如图30(b)所示，可以置换成与Y轴平行的线状磁流源。即，电波的辐射，可以看作是这些磁流源产生的辐射。因此，该带狭缝敞开式波导管天线装置的定向特性，可以作为该2个磁流202的同相激励阵列获得。在顶部导体15a及15b和接地导体11之间产生的电场201的定向特性，与第1实施方式的敞开式波导管天线装置相同，在XYZ坐标系的+Z方向及+X方向上获得强的定向性。而在狭缝20中产生的电场201的定向特性，与第2实施方式的狭缝辐射式波导管天线装置的相同，在XYZ坐标系的+Z方向及+X方向上获得强的定向性。因此，本实施方式的带狭缝敞开式波导管天线装置，是该2个定向特性的同相阵列，所以，可以进一步在XYZ坐标系的+Z方向及+X方向上获得极强的定向性。
图31是表示本发明第3实施方式的实施例的带狭缝敞开式波导管天线装置的结构的立体图，示出了由本发明者们实际试制出的带狭缝敞开式波导管天线装置。
在图31中，接地导体11，具有边长为120mm的正方形形状，侧面导体14a及14b和终端导体14c及14d的高度12mm，顶部导体15a及15b的X方向的长度为41mm，狭缝20的宽度为6mm，狭缝20的中心位于离终端导体14c仅36mm的位置。另外，馈电点12，配置在从接地导体11的中央起在X轴上仅向-X方向偏离20mm的位置。
图32是表示图3 1的带狭缝敞开式波导管天线装置的反射系数S11的频率特性的曲线图。从图32所示可知，以1.9GHz和2.3GHz两个频率进行谐振，并在宽的频带上显示出良好的反射特性。如假定反射系数S11为-10dB以下的范围为动作频率，则动作频带从1.86GHz到2.46GHz、动作带宽为0.6GHz，因而可以获得相对带宽为28％的宽频带的特性。
图33是表示图31的带狭缝敞开式波导管天线装置的动作频率f＝1.86GHz时的辐射定向特性的曲线图，图33(a)是表示XY平面的辐射定向特性的曲线图，图33(b)是表示XZ平面的辐射定向特性的曲线图。图中，表示波导管天线装置增益的半径方向的刻度，1个间隔为10dB，单位是以理想点波源的辐射功率为基准的相对增益的单位dBi。同样，图34是表示动作频率f＝2.0GHz时的辐射定向特性的曲线图，图35是表示动作频率f＝2.46GHz时的辐射定向特性的曲线图。
将图34所示的f＝2.0GHz的定向特性作为一例进行说明。从图34(b)所示可知，电波辐射在XYZ坐标系的+Z方向及+X方向上具有强的定向性，因而该带狭缝敞开式波导管天线装置能以简单的结构对一个方向实现强的定向性。在最大辐射方向(即射束方向)上，在XZ平面内，在从Z轴的+Z方向向+X方向转35度的角度上可以获得9.0dBi的高增益。此外，从图34(a)所示可知，在XY平面内在X轴的+X方向上也可以获得4.2dBi的极高的增益。由此可知。带狭缝敞开式波导管天线装置，当设置在室内的壁边或窗边之类的覆盖范围的端部时是有效的天线。
进一步，从图33～图35所示可知，在规定阻抗的动作频带上，在XYZ坐标系的+Z方向及+X方向上显示出强的定向性，并在很宽的频带上对一个方向实现了强的定向性。此外，该带狭缝敞开式波导管天线装置，以2.1GHz的动作频率实现0.08波长的高度，因而是非常薄的薄型天线装置。
在以上的实施方式和试制例中，示出了该带狭缝敞开式波导管天线装置相对于XZ平面为对称结构的情况，在这种情况下，具有使波导管天线装置的辐射电波定向特性相对于XZ平面对称的效果。
如上所述，按照本实施方式的带狭缝敞开式波导管天线装置，可以保持小型、薄型的形状，并能以简单的结构实现在一个方向上具有强的定向性和宽频带特性的天线装置。
在以上的实施方式中，举例说明了相对于XZ平面为对称结构的带狭缝敞开式波导管天线装置，但本发明并不限于此，例如，为获得所需的辐射定向特性或输入阻抗特性，也可以按相对于XZ平面为非对称的结构形成。通过采用这种结构，可以实现在辐射对象空间中具有最佳辐射定向特性的天线装置。
在以上的实施方式中，举例说明了备有1个狭缝20的情况，但本发明并不限于此，也可以备有2个以上的狭缝。通过使从这些狭缝辐射的电波的相位一致，可以实现比备有1个狭缝时更强的定向性。
在以上的实施方式中，在结构上使侧面导体14a及14b的X方向的长度等于天线顶部(包括顶部导体15a及15b和狭缝20)的X方向的长度，但与第1实施方式一样也可以使侧面导体14a及14b的X方向的长度等于接地导体11的X方向的长度。相反，在第1实施方式中，也可以形成为使侧面导体14a及14b的X方向的长度等于顶部导体15的X方向的长度。
在以上的本实施方式中，举例说明了天线元件13由导体线构成的带狭缝敞开式波导管天线装置，但本发明并不限于此，例如，天线元件13，也可以由板状的导体形成。按照这种结构，具有可以获得所需的输入阻抗特性并能实现反射损耗少的高效率天线装置的特有效果。
图36是表示本发明第3实施方式的第1变形例的带狭缝敞开式波导管天线装置的结构的立体图。如图36所示，为获得所需的输入阻抗特性，除图28的结构外，也可以备有结构与图8相同的匹配导体16。由于备有该匹配导体16，可以改变天线元件13附近的电场并使流过天线元件13的电流变化，从而可以改变波导管天线装置的阻抗。因此，具有可以获得所需的输入阻抗特性并能实现反射损耗少的高效率天线装置的特有效果。
图37是表示本发明第3实施方式的第2变形例的带狭缝敞开式波导管天线装置的结构的立体图。如图37所示，为获得所需的阻抗特性，除图28的结构外，也可以备有结构与图9相同的匹配导体16。因此，具有可以获得所需的输入阻抗特性并能实现反射损耗少的高效率天线装置的特有效果。
图38是表示本发明第3实施方式的第3变形例的带狭缝敞开式波导管天线装置的结构的立体图。如图38所示，为获得所需的阻抗特性，除图28的结构外，也可以备有结构与图10相同的匹配导体19。因此，可以直接改变流过天线元件13的电流，所以具有可以大幅度地改变阻抗特性的特有效果。
图39是表示本发明第3实施方式的第4变形例的带狭缝敞开式波导管天线装置的结构的立体图。如图39所示，为改变辐射定向特性，也可以备有结构与图11相同的定向特性控制导体17。在图39的带狭缝敞开式波导管天线装置中，所辐射的电波，由于定向特性控制导体17起着导波器的作用，所以与不具备定向特性控制导体17时相比可以取得使+X方向上的定向性更为锋锐的特有效果。在图39中，以直线状导体构成定向特性控制导体17，但其也可以用其它形状的导体构成。例如，定向特性控制导体17，可以由以螺旋状导体线形成的螺旋型匹配导体构成，或可以由折曲成L字型的导体线形成。按照这种结构，可以使波导管天线装置变得更薄而不损害该变形例的效果。
图40是表示本发明第3实施方式的第5变形例的带狭缝敞开式波导管天线装置的结构的立体图。在图40中，也可以具有与图12相同的结构，即备有由线状导体17A、17B构成的定向特性控制导体17。图39的结构，是主要用于改善XZ平面的定向特性的技术，但如采用图40的结构，则还可以改变XY平面内的定向特性，图41是表示本发明第3实施方式的第5变形例的实施例的带狭缝敞开式波导管天线装置的结构的立体图。图41是在结构如图31所示的波导管天线装置中备有动作频率为2GHz时的定向特性控制导体17的情况。图42是表示图41的带狭缝敞开式波导管天线装置的辐射定向特性的曲线图，图42(a)是表示XY平面的辐射定向特性的曲线图，图42(b)是表示XZ平面的辐射定向特性的曲线图。
从图42(b)所示可知，与图34的定向特性相比，由于备有定向特性控制导体17，使XZ平面内的+X方向的辐射进一步增强。具体地说，在最大辐射方向(即射束方向)上，在XZ平面内，在从Z轴的+Z方向向+X方向转40度的角度的方向上可以获得8.5dBi的高增益，在XY平面内在X轴的+X方向上也可以获得2.6dBi的增益。此外，从图42(a)所示可知，在XY平面内对+Y方向的辐射得到增强。因此，在水平面(XY平面)上也可以使定向特性发生很大变化。在将该波导管天线装置配置在室内的壁边或窗边时，在作为壁边方向的Y方向上也必须辐射电波。因此，由于该波导管天线装置的定向特性具有对Y方向的辐射，所以在将该波导管天线装置配置在室内的壁边时具有理想的定向特性。
在以上的实施方式和变形例中，说明了备有1个定向特性控制导体17的情况，但本发明并不限于此，也可以备有多个定向特性控制导体17。按照这种结构，可以增加带狭缝敞开式波导管天线装置在结构上的自由度，并可以更好地控制辐射定向特性。此外，也可以将定向特性控制导体17与图36～38所示的匹配导体16、19一起使用。
在以上的实施方式和变形例中，举例说明了结构为使接地导体11按正方形构成的带狭缝敞开式波导管天线装置，但本发明并不限于此，例如，为获得所需的辐射定向特性或输入阻抗特性，接地导体11，也可以具有长方形或其它的多角形、或半圆形、或这些形状的组合、或其它的形状。此外，在将该波导管天线装置设置在天花板等上时，为使该天线装置不引人注意，必需使天线装置的形状与天花板面的格纹或房间的形状协调一致。但是，当波导管天线装置的形状为长方形或其它的多角形时，因天花板面的格纹或房间形状是固定的，所以在设置该波导管天线装置的方向上将产生限制。因此，与图15所示的第1实施方式的第3实施例一样，通过采用与接地导体11接触的底面为圆形的天线罩18，不仅可以防止使天线特性恶化的湿气和尘埃的进入从而使波导管天线装置的特性稳定，而且在将该波导管天线装置设置在天花板上时可以无需考虑天花板面的格纹或房间形状而进行波导管天线装置的设置。进一步，当波导管天线装置的底面为圆形时，可以通过转动波导管天线装置而改变安装方向。因此，可以调整电波的辐射方向，因而能获得对波导管天线装置的设置位置最为适宜的辐射定向特性。
另外，也可以将第3实施方式及其各变形例的多个该带狭缝敞开式波导管天线装置配置成阵列状，并构成相控阵天线及自适应天线。按照这种结构，可以进一步控制辐射电波的定向特性。第4实施方式图43是表示本发明第4实施方式、即在第1实施方式的天线内部充填了电介质的敞开式波导管天线装置的结构的立体图。在图43中，本实施方式的敞开式波导管天线装置的特征在于，在图1所示的第1实施方式的敞开式波导管天线装置中，在其天线内部充填了电介质30。通过采用这种结构，除第1实施方式的作用效果外，还能以小型、轻量的结构形成该波导管天线装置，并可以用众所周知的导体图案形成方法在电介质基板上形成金属导体从而能以高的精度制造该波导管天线装置。此外，由于在天线内部充填着电介质30，所以灰尘不可能进入因而具有无需清扫的优点。
图44是表示本发明第4实施方式的第1变形例、即在第2实施方式的天线内部充填了电介质的狭缝辐射式波导管天线装置的结构的立体图。在图44中，本实施方式的波导管天线装置的特征在于，在图16所示的第2实施方式的狭缝辐射式波导管天线装置中，在其天线内部充填了电介质30a。通过采用这种结构，除第2实施方式的作用效果外，还能以小型、轻量的结构形成该波导管天线装置，并可以用众所周知的导体图案形成方法在电介质基板上形成金属导体从而能以高的精度制造该波导管天线装置。此外，由于在天线内部充填着电介质30a，所以灰尘不可能进入因而具有无需清扫的优点。
图45是表示本发明第4实施方式的第2变形例、即在第3实施方式的天线内部充填了电介质的带狭缝敞开式波导管天线装置的结构的立体图。在图45中，本实施方式的波导管天线装置的特征在于，在图28所示的第3实施方式的带狭缝波导管天线装置中，在其天线内部充填了电介质30。通过采用这种结构，除第3实施方式的作用效果外，还能以小型、轻量的结构形成该波导管天线装置，并可以用众所周知的导体图案形成方法在电介质基板上形成金属导体从而以高的精度制造该波导管天线装置。此外，由于在天线内部充填着电介质30，所以灰尘不可能进入因而具有无需清扫的优点。
在以上的第4实施方式及其第1和第2变形例中，分别在第1、第2及第3实施方式中在天线内部充填着电介质30，但在第1、第2及第3实施方式的各变形例和各实施例中也可以在天线内部充填电介质30。
这里，在第4实施方式及其第1和第2变形例中，在天线内部充填着电介质30。如设电介质30的介电常数与真空中的介电常数ε0之比即相对介电常数为εr，则电介质30内的波长，为真空中的波长的1(εr)倍。因εr为1以上，所以在电介质30内波长变短。因此，通过在天线内部充填电介质30，与不充填电介质30相比，可以使波导管天线装置具有更小型且更薄型的结构。第5实施方式图46(a)是表示本发明第5实施方式的敞开式波导管天线装置的结构的立体图，图46(b)是沿(a)的A-A’线的纵剖面图。在图46的实施方式中，其特征在于，代替图43的侧面导体14a及14b和终端导体14c，形成了彼此相隔规定间隔h且相互平行地(沿垂直方向、即厚度方向)形成的多个通孔导体32，并具有与图43的敞开式波导管天线装置相同的作用效果。此外，天线元件13也由通孔导体构成。其中，天线元件13到构成终端导体的通孔导体32的距离，设定为上述的长度Lb。这里，通孔导体32，通过在形成了接地导体11及顶部导体15的电介质基板31上形成在厚度方向贯通的通孔并在该通孔内充填金属导体而形成。在本实施方式的制造方法中，可以采用众所周知的导体图案形成方法，所以，能以高的精度形成顶部导体15和通孔导体32，因此，可以提高充填了电介质的波导管天线装置的制作精度，并能进一步削减大量生产的成本。
以下，示出图46的波导管天线装置的制作步骤的一例。将在上表面和下表面形成了导体层(导体图案)的电介质基板31按接地导体11的大小切断，并通过例如蚀刻或机械加工将上表面的导体层削平而形成导体图案的顶部导体15。接着，在电介质基板31上形成在厚度方向贯通的通孔，然后，在各通孔内充填金属导体，从而形成由多个通孔导体32构成的侧面导体、终端导体及天线元件13。这里，使形成顶部导体15的面为电介质基板31的上表面。电介质基板31的另一面的导体层用作接地导体11。进一步，在该接地导体11上，通过在构成天线元件13的通孔的位置上形成适当的圆形孔12h并形成馈电点12，即可制成本实施方式的波导管天线装置。
在图44和图45的波导管天线装置的情况下，也可以对在表面上形成了导体层的电介质基板通过蚀刻或机械加工形成狭缝20或削平导体层而用同样的方法形成。
如上所述，按照第4和第5实施方式的波导管天线装置，能以简单的结构实现具有小型、薄型的形状、加工精度良好、且天线特性很少恶化的在一个方向上具有强的定向性的天线装置。
在以上的实施方式和变形例、试制例中，示出了波导管天线装置相对于XZ平面为对称结构的情况，在这种情况下，具有使波导管天线装置的辐射电波定向特性相对于XZ平面对称的效果。
在以上的实施方式中，举例说明了相对于XZ平面为对称结构的波导管天线装置，但本发明并不限于此，例如，为获得所需的辐射定向特性或输入阻抗特性，也可以形成只对YZ平面对称的结构、或相对于YZ平面、XZ平面为非对称的结构。通过采用这种结构，可以实现在辐射对象空间中具有最佳辐射定向特性的天线装置。
在以上的实施方式中，举例说明了由导体围出的天线内部全部用电介质30充填着的结构的波导管天线装置，但本发明并不限于此，也可以只对天线内部的一部分充填电介质30。例如，也可以只用电介质基板形成由顶部导体15(或15a及15b)、侧面导体14a及14b、终端导体14c(或14c及14d)和接地导体11围出的空间。
进一步，在第5实施方式中，也可以进一步备有第1实施方式、第2实施方式、第3实施方式中说明过的匹配导体13、16及定向特性控制导体17、19。在这种情况下，在这种情况下，匹配导体13、16及定向特性控制导体17、19，也可以由电介质基板所设有的通孔导体或金属箔图案形成。此外，第1实施方式、第2实施方式、第3实施方式中说明过的变形例，在本实施方式的波导管天线装置都可以适用。
另外，也可以将第5实施方式的多个该波导管天线装置配置成阵列状，并构成相控阵天线及自适应天线。按照这种结构，可以进一步控制辐射电波的定向特性。
在以上的各实施方式和变形例中，备有1个匹配导体16、19、29，但本发明并不限于此，也可以备有多个匹配导体16、19、29。此外，在以上的各实施方式和变形例中，备有1个定向特性控制导体17，但本发明并不限于此，也可以备有多个定向特性控制导体17。第1实施方式的变形例图47是表示本发明第1实施方式的第6变形例的敞开式波导管天线装置的结构的俯视图。在图1的敞开式波导管天线装置中，由接地导体11、侧面导体14a及14b、顶部导体15构成的方形波导管具有矩形的断面，与此不同，本变形例的敞开式波导管天线装置的特征在于，由接地导体11a、侧面导体14a及14b、顶部导体15d构成，其中，将该接地导体11a及顶部导体15d分别形成为使短路导体14c的边比敞开端的边短的等腰梯形形状，并形成了敞开端的断面比由短路导体14c短路的一端的断面大的方形波导管。这里，彼此相对的2个侧面导体14a及14b，形成为与由短路导体14c短路的方形波导管的一端相比在方形波导管的敞开的另一端彼此更加分开。在按上述方式构成的第6变形例的敞开式波导管天线装置中，可以使由该天线装置发送接收的电磁波的水平方向的主射束宽度比图1的天线装置宽。
图48是表示本发明第1实施方式的第7变形例的敞开式波导管天线装置的结构的俯视图。在图47的天线装置中，备有各自具有等腰梯形形状的接地导体11a及顶部导体15d，但在图48的天线装置中，其特征在于，备有具有腰长不同的梯形形状(另外，短路导体14c的边比敞开端的边短)的接地导体11b及顶部导体15e。在该天线装置中，彼此相对的2个侧面导体14a及14b，形成为与由短路导体14c短路的方形波导管的一端相比在方形波导管的敞开的另一端彼此更加分开，因而可以使由该天线装置发送接收的电磁波的水平方向的主射束宽度比图1的天线装置宽。
图49是表示本发明第1实施方式的第8变形例的敞开式波导管天线装置的结构的俯视图。在图1的敞开式波导管天线装置中，由接地导体11、侧面导体14a及14b、顶部导体15构成的方形波导管具有矩形的断面，与此不同，本变形例的敞开式波导管天线装置的特征在于，由接地导体11c、侧面导体14a及14b、顶部导体15f构成，其中，将该接地导体11c及顶部导体15f分别形成为使短路导体14c的边比敞开端的边长的等腰梯形形状，并形成了敞开端的断面比由短路导体14c短路的一端的断面小的方形波导管。这里，彼此相对的2个侧面导体14a及14b，形成为与由短路导体14c短路的方形波导管的另一端相比在方形波导管的敞开的另一端彼此更加接近。在按上述方式构成的第8变形例的敞开式波导管天线装置中，可以使由该天线装置发送接收的电磁波的水平方向的主射束宽度比图1的天线装置窄。
图50是表示本发明第1实施方式的第9变形例的敞开式波导管天线装置的结构的俯视图。在图47的天线装置中，备有各自具有等腰梯形形状的接地导体11a及顶部导体15d，但在图50的天线装置中，其特征在于，备有具有腰长不同的梯形形状(另外，短路导体14c的边比敞开端的边长)的接地导体11d及顶部导体15g。在该天线装置中，彼此相对的2个侧面导体14a及14b，形成为与由短路导体14c短路的方形波导管的一端相比在方形波导管的敞开的另一端彼此更加接近，因而可以使由该天线装置发送接收的电磁波的水平方向的主射束宽度比图1的天线装置窄。
进一步，改变波导管天线装置的断面形状的方法，并不限定于图47～图50所示的例，为获得规定的定向特性，也可以变形为其它形状。
图51(a)是表示本发明第1实施方式的第10变形例的敞开式波导管天线装置的结构的立体图，图51(b)是其俯视图。在图1的敞开式波导管天线装置中，侧面导体14a与终端导体14c正交、且侧面导体14b与终端导体14c正交，与此不同，在本变形例的敞开式波导管天线装置中，形成为使终端导体14ca与侧面导体14a及14b平滑连接的半椭圆平面(垂直面)的曲线形状。这里，终端导体14ca弯曲(使终端导体14ca侧突出)而形成为在方形波导管的宽度方向的中央部(即Y轴方向的中央部)使方形波导管的电磁波传播方向(长度方向)的长度比与侧面导体14a及14b连接的各端部长。与之相应地，接地导体11e及顶部导体15h的形状也从图1的矩形形状变形为具有矩形加半椭圆形的形状。按照具有上述结构的天线装置，可以使由该天线装置发送接收的电磁波的水平方向的主射束宽度比图1的实施方式的情况窄。进一步，在该天线装置中，与图47～图50的变形例一样，也可以改变为使方形波导管的敞开端的断面比其短路端的断面宽或窄。
图52(a)是表示本发明第1实施方式的第11变形例的敞开式波导管天线装置的结构的立体图，图52(b)是沿图52(a)的B-B’线的纵剖面图。在该变形例的敞开式波导管天线装置中，如图52(b)所示，其特征在于，形成为使终端导体14cb与顶部导体15及接地导体11平滑连接的曲面形状。这里，顶部导体15、终端导体14cb及接地导体11，例如通过将整体的导体板弯曲而形成，特别是，终端导体11cb弯曲而形成为在方形波导管的宽度方向的中央部(即Z轴方向的中央部)使方形波导管的电磁波传播方向的长度比分别与顶部导体15及接地导体11平滑连接的上端及下端长。与之相应地，侧面导体14aa及14ba的形状也从图1的矩形形状变形为具有半圆形加矩形的形状。按照具有上述结构的天线装置，可以使由该天线装置发送接收的电磁波的垂直方向的主射束宽度比图1的实施方式的情况窄。进一步，在该天线装置中，与图47～图50的变形例一样，也可以改变为使方形波导管的敞开端的断面比其短路端的断面宽或窄。
图53(a)是表示本发明第1实施方式的第12变形例的敞开式波导管天线装置的结构的立体图，图53(b)是沿图53(a)的C-C’线的纵剖面图。在该变形例的敞开式波导管天线装置中，如图53(b)所示，其特征在于，形成为使终端导体14cd与顶部导体15平滑连接的曲面形状。这里，顶部导体15及终端导体14cd，例如通过将整体的导体板弯曲而形成，特别是，终端导体14cd弯曲而形成为使方形波导管的电磁波传播方向的长度从方形波导管的宽度方向的上端到下端逐渐变长。与之相应地，侧面导体14aa及14ba的形状也从图1的矩形形状变形为具有1/4圆形加矩形的形状。按照具有上述结构的天线装置，可以使由该天线装置发送接收的电磁波的垂直方向的主射束宽度比图1的实施方式的情况窄。进一步，在该天线装置中，与图47～图50的变形例一样，也可以改变为使方形波导管的敞开端的断面比其短路端的断面宽或窄。
另外，作为对图47～图50的变形例的进一步的变形例，也可以进一步备有图8～图10所示的匹配导体，还可以备有图11和图12所示的定向特性控制导体。更进一步，也可以将这些变形例的波导管天线装置设置在图15所示的天线罩内。作为其它变形例，与第4和第5实施方式(参照图43和图46)一样，也可以将变形例的波导管天线装置埋设在电介质内。第3实施方式的变形例图54是表示本发明第3实施方式的第6变形例的带狭缝敞开式波导管天线装置的结构的俯视图。在图54的天线装置中，通过在图47的天线装置中形成图28所示的第3实施方式的狭缝20而形成2个分离的顶部导体15aa及15ba、可以具有图47的天线装置及图28的天线装置的两方面的作用效果。
图55是表示本发明第3实施方式的第7变形例的带狭缝敞开式波导管天线装置的结构的俯视图。在图55的天线装置中，通过在图49的天线装置中形成图28所示的第3实施方式的狭缝20而形成2个分离的顶部导体15ab及15bb、可以具有图49的天线装置及图28的天线装置的两方面的作用效果。
图56(a)是表示本发明第3实施方式的第8变形例的带狭缝敞开式波导管天线装置的结构的立体图，图56(b)是其俯视图。在图56(a)和图56(b)的天线装置中，通过在图51的天线装置中形成图28所示的第3实施方式的狭缝20而形成2个分离的顶部导体15ac及15bc、可以具有图51的天线装置及图28的天线装置的两方面的作用效果。第6实施方式图57是表示本发明第6实施方式的采用了2个图1的敞开式波导管天线装置400-1及400-2的阵列天线装置的俯视图。在本实施方式中，2个波导管天线装置400-1及400-2设置成使其敞开端彼此相对，2个波导管天线装置400-1及400-2的接地导体11，通过接地导体11A电气地、且机械地连接。这里，波导管天线装置400-1的馈电点，通过同轴电缆405-1与分集选择电路410连接，波导管天线装置400-2的馈电点，通过同轴电缆405-2与分集选择电路410连接。由各天线装置400-1及400-2接收到的无线信号，分别通过同轴电缆405-1、405-2输入到分集选择电路410，分集选择电路410，从这2个无线信号中选择信号强度较强的无线信号并输出到无线电接收机420。无线电接收机420，对所输入的无线信号执行低噪声放大、低频段变换、解调等处理，并输出解调后的基带信号。在按如上方式构成的阵列天线装置中，具有方向各不相同的主射束，即使无线信号的到达方向变化也能以较大的信号强度接收无线信号。
在以上的第6实施方式中，2个波导管天线装置400-1及400-2的接地导体11，通过接地导体11A电气地、且机械地连接，但也可以不通过接地导体11A而以不连接的方式分别形成。第7实施方式图58是表示本发明第7实施方式的采用了2个图1的敞开式波导管天线装置401-1及401-2的阵列天线装置的俯视图。在本实施方式中，2个波导管天线装置401-1及401-2设置成使其短路端彼此相对，2个波导管天线装置401-1及401-2的接地导体11，通过接地导体11B电气地、且机械地连接。这里，波导管天线装置401-1的馈电点，通过同轴电缆405-1与分集选择电路410连接，波导管天线装置401-2的馈电点，通过同轴电缆405-2与分集选择电路410连接。由各天线装置401-1及401-2接收到的无线信号，分别通过同轴电缆405-1、405-2输入到分集选择电路410，分集选择电路410，从这2个无线信号中选择信号强度较强的无线信号并输出到无线电接收机420。无线电接收机420，对所输入的无线信号执行低噪声放大、低频段变换、解调等处理，并输出解调后的基带信号。在按如上方式构成的阵列天线装置中，具有方向各不相同的主射束，即使无线信号的到达方向变化也能以较大的信号强度接收无线信号。
在以上的第7实施方式中，2个波导管天线装置401-1及401-2的接地导体11，通过接地导体11B电气地、且机械地连接，但也可以不通过接地导体11B而以不连接的方式分别形成。
发明的效果如以上所详述的，按照第1发明的波导管天线装置，备有由彼此相对的接地导体及顶部导体、连接上述接地导体和上述顶部导体且彼此相对的2个侧面导体构成的一端由终端导体短路而另一端敞开的方形波导管；一端与上述顶部导体在上述敞开的方形波导管的另一端附近电气连接且另一端与位于上述接地导体的馈电部电气连接的天线元件；将上述顶部导体的靠上述敞开的另一端一侧的部分除去一部分，馈送到上述馈电部的无线信号的电波，从上述顶部导体的除去后的部分及上述方形波导管的敞开的另一端辐射。
另外，按照第2发明的波导管天线装置，备有由彼此相对的接地导体及顶部导体、连接上述接地导体和上述顶部导体且彼此相对的2个侧面导体构成的两端由终端导体短路的方形波导管；一端与上述顶部导体电气连接且另一端与位于上述接地导体的馈电部电气连接的天线元件；在上述顶部导体上，在到上述方形波导管的一端的距离与到另一端的距离实质上不同的位置设有至少1个沿上述方形波导管的宽度方向形成的狭缝，馈送到上述馈电部的无线信号的电波，从上述狭缝辐射。
进一步，按照第3发明的波导管天线装置，备有由彼此相对的接地导体及顶部导体、连接上述接地导体和上述顶部导体且彼此相对的2个侧面导体构成的一端由终端导体短路的方形波导管；一端与上述顶部导体在上述敞开的方形波导管的另一端附近电气连接且另一端与位于上述接地导体的馈电部电气连接的天线元件；在上述顶部导体上，设有至少1个沿上述方形波导管的宽度方向形成的狭缝，将上述顶部导体及上述2个侧面导体的靠上述敞开的另一端一侧的部分各至少除去一部分，馈送到上述馈电部的无线信号的电波，从上述顶部导体的除去后的部分及上述方形波导管的敞开的另一端辐射。
按照第4发明的阵列天线装置，备有2个上述波导管天线装置，该阵列天线装置，将上述2个波导管天线装置设置成使上述各波导管天线装置的方形波导管的敞开的另一端彼此相对。因此，可以用上述2个波导管天线装置实现具有各不相同的2个主射束方向的阵列天线装置。
按照第5发明的阵列天线装置，备有2个上述波导管天线装置，该阵列天线装置，将上述2个波导管天线装置设置成使上述各波导管天线装置的方形波导管的短路的一端彼此相对。因此，可以用上述2个波导管天线装置实现具有各不相同的2个主射束方向的阵列天线装置。
权利要求
1.一种波导管天线装置，其特征在于，备有由彼此相对的接地导体及顶部导体、连接上述接地导体和上述顶部导体且彼此相对的2个侧面导体构成的一端由终端导体短路而另一端敞开的方形波导管；一端与上述顶部导体在上述敞开的方形波导管的另一端附近电气连接且另一端与位于上述接地导体的馈电部电气连接的天线元件；将上述顶部导体的靠上述敞开的另一端一侧的部分除去一部分，馈送到上述馈电部的无线信号的电波从上述顶部导体的除去后的部分及上述方形波导管的敞开的另一端辐射。
2.根据权利要求1所述的波导管天线装置，其特征在于还备有至少1个与上述接地导体电气连接并用于调整上述波导管天线装置的输入阻抗的匹配导体。
3.根据权利要求2所述的波导管天线装置，其特征在于上述匹配导体中的至少1个与上述天线元件电气连接。
4.根据权利要求2所述的波导管天线装置，其特征在于上述匹配导体中的至少1个与上述顶部导体电气连接。
5.根据权利要求1～4中的任何一项所述的波导管天线装置，其特征在于还备有至少1个与上述接地导体电气连接并用于改变上述波导管天线装置的定向特性的定向特性控制导体。
6.根据权利要求5所述的波导管天线装置，其特征在于上述定向特性控制导体，备有与上述接地导体电气连接并设置成实质上垂直于上述接地导体而用于控制实质上垂直于上述接地导体的平面的定向特性的第1导体部分、与上述第1导体部分电气连接并设置成实质上平行于上述接地导体而用于控制实质上平行于上述接地导体的平面的定向特性的第2导体部分。
7.根据权利要求1～6中的任何一项所述的波导管天线装置，其特征在于上述2个侧面导体，形成为与由上述终端导体短路的上述方形波导管的一端相比在上述方形波导管的敞开的另一端彼此更加分开。
8.根据权利要求1～6中的任何一项所述的波导管天线装置，其特征在于上述2个侧面导体，最好是形成为与由上述终端导体短路的上述方形波导管的一端相比在上述方形波导管的敞开的另一端彼此更加接近。
9.根据权利要求1～8中的任何一项所述的波导管天线装置，其特征在于上述终端导体，形成为在上述方形波导管的宽度方向的大致中央部使上述方形波导管的电磁波传播方向的长度比与上述2个侧面导体连接的宽度方向的各端部长。
10.一种波导管天线装置，其特征在于，备有由彼此相对的接地导体及顶部导体、连接上述接地导体和上述顶部导体且彼此相对的2个侧面导体构成的两端由终端导体短路的方形波导管；一端与上述顶部导体电气连接且另一端与位于上述接地导体的馈电部电气连接的天线元件；在上述顶部导体上，在到上述方形波导管的一端的距离与到另一端的距离实质上不同的位置上设有至少1个沿上述方形波导管的宽度方向形成的狭缝，馈送到上述馈电部的无线信号的电波从上述狭缝辐射。
11.根据权利要求10所述的波导管天线装置，其特征在于上述狭缝在上述顶部导体的与天线元件的连接点和上述终端导体之间的位置上形成。
12.根据权利要求10或11所述的波导管天线装置，其特征在于还备有至少1个与上述接地导体电气连接并用于调整上述波导管天线装置的输入阻抗的匹配导体。
13.根据权利要求12所述的波导管天线装置，其特征在于上述匹配导体中的至少1个与上述天线元件电气连接。
14.根据权利要求12所述的波导管天线装置，其特征在于上述匹配导体中的至少1个与上述顶部导体电气连接。
15.一种波导管天线装置，其特征在于，备有由彼此相对的接地导体及顶部导体、连接上述接地导体和上述顶部导体且彼此相对的2个侧面导体构成的一端由终端导体短路的方形波导管；一端与上述顶部导体在上述敞开的方形波导管的另一端附近电气连接且另一端与位于上述接地导体的馈电部电气连接的天线元件；在上述顶部导体上，备有至少1个沿上述方形波导管的宽度方向形成的狭缝，将上述顶部导体及上述2个侧面导体的靠上述敞开的另一端一侧的部分各至少除去一部分，馈送到上述馈电部的无线信号的电波从上述顶部导体的除去后的部分及上述方形波导管的敞开的另一端辐射。
16.根据权利要求15所述的波导管天线装置，其特征在于还备有至少1个与上述接地导体电气连接并用于调整上述波导管天线装置的输入阻抗的匹配导体。
17.根据权利要求16所述的波导管天线装置，其特征在于上述匹配导体中的至少1个与上述天线元件电气连接。
18.根据权利要求16所述的波导管天线装置，其特征在于上述匹配导体中的至少1个与上述顶部导体电气连接。
19.根据权利要求15～18中的任何一项所述的波导管天线装置，其特征在于还备有至少1个与上述接地导体电气连接并用于改变上述波导管天线装置的定向特性的定向特性控制导体。
20.根据权利要求19所述的波导管天线装置，其特征在于上述定向特性控制导体，备有与上述接地导体电气连接并设置成实质上垂直于上述接地导体而用于控制实质上垂直于上述接地导体的平面的定向特性的第1导体部分、与上述第1导体部分电气连接并设置成实质上平行于上述接地导体而用于控制实质上平行于上述接地导体的平面的定向特性的第2导体部分。
21.根据权利要求15～20中的任何一项所述的波导管天线装置，其特征在于上述2个侧面导体，形成为与由上述终端导体短路的上述方形波导管的一端相比在上述方形波导管的敞开的另一端彼此更加分开。
22.根据权利要求15～20中的任何一项所述的波导管天线装置，其特征在于上述2个侧面导体，形成为与由上述终端导体短路的上述方形波导管的一端相比在上述方形波导管的敞开的另一端彼此更加接近。
23.根据权利要求15～22中的任何一项所述的波导管天线装置，其特征在于上述终端导体，形成为在上述方形波导管的宽度方向的大致中央部使上述方形波导管的电磁波传播方向的长度比与上述2个侧面导体连接的宽度方向的各端部长。
24.根据权利要求1～23中的任何一项所述的波导管天线装置，其特征在于用电介质充填上述方形波导管的内部空间的至少一部分空间。
25.根据权利要求24所述的波导管天线装置，其特征在于上述接地导体由在具有彼此相对的第1和第2面的电介质基板的第1面上形成的导体图案形成，上述顶部导体由在上述电介质基板的第2面上形成的导体图案形成，上述侧面导体及上述终端导体由对上述电介质基板中沿其厚度方向形成的通孔充填导体而构成的多个通孔导体形成。
26.根据权利要求1～25中的任何一项所述的波导管天线装置，其特征在于上述终端导体，形成为在上述方形波导管的高度方向的大致中央部使上述方形波导管的电磁波传播方向的长度比连接上述接地导体和上述顶部导体的各端部长。
27.根据权利要求1～25中的任何一项所述的波导管天线装置，其特征在于上述终端导体，形成为使上述方形波导管的电磁波传播方向的长度从上述顶部导体到上述接地导体逐渐变长。
28.根据权利要求1～27中的任何一项所述的波导管天线装置，其特征在于上述波导管天线装置，用具有圆形底面的天线罩覆盖。
29.一种阵列天线装置，备有2个权利要求1～28中的任何一项所述的波导管天线装置，该阵列天线装置的特征在于将上述2个波导管天线装置设置成使上述各波导管天线装置的方形波导管的敞开的另一端彼此相对。
30.一种阵列天线装置，备有2个权利要求1～28中的任何一项所述的波导管天线装置，该阵列天线装置的特征在于将上述2个波导管天线装置设置成使上述各波导管天线装置的方形波导管的短路的一端彼此相对。
31.根据权利要求29或30所述的阵列天线装置，其特征在于还备有分集选择装置，用于选择和输出由上述各波导管天线装置分别接收到的2个接收信号中具有较大信号强度的接收信号。
全文摘要
本发明涉及波导管天线装置及采用该天线装置的阵列天线装置。提供可在一个方向上辐射强的电波的天线装置。波导管天线装置在结构上备有方形波导管及天线元件(13)。方形波导管由相对的接地导体(11)及顶部导体(15)、连接接地导体(11)和顶部导体(15)且相对的2个侧面导体(14a、14b)构成，一端由终端导体(14c)短路而另一端敞开。天线元件一端与顶部导体在敞开的方形波导管的另一端附近电气连接且另一端与位于接地导体的馈电部电气连接。将顶部导体(15)的靠敞开的另一端一侧的部分除去一部分，馈送到馈电部(12)的无线信号的电波从顶部导体(15)的除去后的部分及方形波导管的敞开的另一端辐射。
文档编号H01Q13/00GK1479411SQ0315244
公开日2004年3月3日 申请日期2003年7月31日 优先权日2002年7月31日
发明者山本温, 岩井浩, 小川晃一, 一 申请人:松下电器产业株式会社