专利名称：电介质波导管缝隙天线的制作方法
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。
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θ 2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 第二贯通孔直接波5b反射波
具体实施例方式下面，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。
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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fe、和从第二贯通孔32、32将直接波fe的一部分通过设于印刷基板20的表面的导体层22再发射的间接波恥进行合成并控制指向性。通常，以使直接波如和间接波恥的偏振波的方向一致，直接波如和间接波恥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θ 2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再发射的间接波恥分解为相对于直接波fe的偏振波平行的成分、和相对于直接波如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。间接波恥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(θ 2 = -90° 或90° )和平行的情况(Θ 2 = 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θ 2 = 45°或-45°。圆偏振波的旋转方向由第二贯通孔32的旋转角θ 2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° < θ 2 <90°的情况下，当Θ2>0时为右旋圆偏振波，当θ 2 < 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Ll X宽度Wl的直线状的长孔，第二贯通孔32、32为长度L2X 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θ 1，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 θ 2。(实验1)在电介质波导管10为宽度2. 5mmX高度1. 2mmX长度10_，电介质材料的相对介电常数ε r = 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. ImmX宽度1. Omm,导体板 30 为长 20mmX 宽 20mmX 厚 1. Omm,印刷基板20为长20mmX宽20mmX厚0. 2mm,第一贯通孔31 为 LlXWl = 2. 7mmX 1. 0mm，第二贯通孔32 为 L2XW2 = 3. 8mmX 1mm，第二贯通孔32相对于第一贯通孔31的旋转角θ 1 = 45°，第二贯通孔32和第一贯通孔31的距离D^l. 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θ 2变化时的正面方向轴比的结果。图4中，横轴表示旋转角θ 2，纵轴表示正面方向轴比[dB]。使用的频率为61GHz。从图4可知，在θ 2 = 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θ 2 = 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θ 2 = 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 Li，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Ll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θ 2 = 45°，利用电磁场模拟装置计算使第二贯通孔32的旋转角θ 2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TL平面的右旋圆偏振波(RHCP)和左旋圆偏振波(LHCP)，图7 (b)表示^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θ 2 = 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“ < ”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IOc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。
权利要求
1.一种电介质波导管缝隙天线，其包括电介质波导管，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。
2.如权利要求1所述的电介质波导管缝隙天线，其特征在于，所述第二贯通孔的旋转角相对于所述第一贯通孔的长度方向为大致45°。
3.如权利要求1或2所述的电介质波导管缝隙天线，其特征在于，所述第二贯通孔的长度方向的长度为所述第一贯通孔的长度方向长度的大致1.4倍。
4.如权利要求1 3中任意一项所述的电介质波导管缝隙天线，其特征在于，所述第二贯通孔配置于距所述第一贯通孔中心点比使用的频率的半波长短的距离。
5.如权利要求1所述的电介质波导管缝隙天线，其特征在于，所述通孔的长度方向的长度比所述缝隙的长度方向的长度长，所述第一贯通孔的长度方向的长度比所述通孔的长度方向的长度长。
6.一种电介质波导管缝隙天线，其包括，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贯通孔， 并在所述贯通孔附近具有一对槽，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、所述通孔及所述贯通孔的位置一致而进行接合，所述槽相对于所述贯通孔的中心点点对称且相对于所述贯通孔的长度方向旋转地配置。
7.如权利要求6所述的电介质波导管缝隙天线，其特征在于，所述槽的旋转角相对于所述贯通孔的长度方向为大致45°。
8.如权利要求6或7所述的电介质波导管缝隙天线，其特征在于，所述槽的长度方向的长度是所述贯通孔的长度方向的长度的大致1. 4倍。
9.如权利要求6 8中任意一项所述的电介质波导管缝隙天线，其特征在于，所述槽配置于距所述贯通孔的中心点比使用的频率的半波长短的距离。
10.如权利要求6所述电介质波导管缝隙天线，其特征在于，所述通孔的长度方向的长度比所述缝隙的长度方向的长度长，所述贯通孔的长度方向的长度比所述通孔的长度方向的长度长。
全文摘要
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。
文档编号H01Q13/22GK102412442SQ201110276780
公开日2012年4月11日 申请日期2011年9月19日 优先权日2010年9月17日
发明者伊藤一洋, 谷田部主一 申请人:东光株式会社