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CN102122761B - 三板线路-波导管变换器 - Google Patents

三板线路-波导管变换器 Download PDF

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CN102122761B
CN102122761B CN2010106216887A CN201010621688A CN102122761B CN 102122761 B CN102122761 B CN 102122761B CN 2010106216887 A CN2010106216887 A CN 2010106216887A CN 201010621688 A CN201010621688 A CN 201010621688A CN 102122761 B CN102122761 B CN 102122761B
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斋藤卓士
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Abstract

本发明提供低损耗并且由组装误差引起的特性变化小、频率特性稳定的三板线路-波导管变换器。包括：三板线路，由具有带状线路导体并且通过电介质体配置在地导体的面上的薄膜基板和通过电介质体配置在该薄膜基板的面上的上部地导体构成；以及波导管，连接在地导体上，在地导体的地导体和波导管的连接位置上设置有与波导管的内尺寸相同尺寸的贯通孔，在薄膜基板的保持部上设置有与电介质体同等厚度的金属隔板部，由该金属隔板和同尺寸的金属隔板部夹着薄膜基板，在该金属隔板部的上部配置有上部地导体，在薄膜基板上形成的带状线路导体的波导管的变换部前端，形成有方形共振贴片图形，并且方形共振贴片图形的中心位置和波导管的内尺寸中心位置一致。

Description

三板线路-波导管变换器
本发明为下述申请的分案申请，原申请信息如下： 
申请日：2005年10月25日 
申请号：200580027954.0 
国际申请号：PCT/JP2005/019584 
发明名称：平面天线组件、三板型平面阵列天线、及三板线路-波导管变换器 
技术领域
本发明涉及用于毫米波段发送接收的平面阵列天线、使用其的天线组件、及三板线路-波导管变换器。 
背景技术
在同一面上形成多个天线组来进行毫米波段发送接收的平面天线组件中，为了低损耗地连接多个天线组的输入输出端口和毫米波电路，如图1所示，使用下述方法，即，通过在第9地导体(19)上形成的波导管槽部(8)，连接在第4地导体(14)上形成的第3波导管开口(65)和在第9地导体(19)上形成的第4波导管开口(66)。这种方法例如在日本特开2002-299949号公报中公开。 
在使用图1所示的以往的端口连接方法的平面天线组件中，若图2(a)～图2(d)所示的第4地导体(14)和第9地导体(19)在邻接的波导管槽部(8)的隔离部上未充分结合，则由第9地导体(19)的波导管槽部(8)和第4地导体(14)构成的波导管部的损耗增加，并且在邻接的波导管部上产生功率漏泄。例如在所希望的频率为76.5GHz带这样极高的频带中，即使用切削加工件制作第4地导体(14)和第9地导体(19)，使得高精度地保持波导管槽部(8)的隔离部与第4地导体(14)间的接触面精度，并且使波导管槽部(8)的表面粗糙度极小，每单位长度1cm的损耗也会有0.3dB左右。由于将天线组的输入输出端口、即在第4地导体(14)上形成的第3波导管开口(65)和毫米波电路输入输出端口、即在第9地导体(19)上形成的第4波导管开口(66)连接的波导管的长度，最大需要5cm左右，所以如图3所示，从天线组的输入输出端口到毫米波电路输入输出端口产生的通过损耗全体上约为1.8dB左右。另外，当利用成本比切削加工件低的铸造等制作第4地导体(14)和第9地导体(19)时，将产生翘曲及弯曲，不能确保波导管槽部(8)的隔离部和第4地导体(14)间的接触面精度，另外，由于用于防止腐蚀的表面保护处理等是不可缺少的，所以将会产生与切削加工件相比损耗进一步增加的问题，存在很难降低成本的问题。 
另外，在毫米波段的车载雷达及高速通信中使用的平面阵列天线中，高增益、宽频带特性是很重要的。本发明者们构成了图11所示的天线，作为适用于这些用途中的高增益平面阵列天线，并对降低供电线路的损耗及抑制线路无用辐射进行了研究(参照日本特开平04-082405号公报)。 
这种天线如图12所示，在从供电线路激励贴片后，除了从缝隙向外部空间直接辐射的能量成分以外，还在地导体和缝隙板间产生横向传播的成分。由于该横向成分不久以后从邻接的缝隙向空间辐射，所以可知与从缝隙向外部空间直接辐射的能量成分之间的位置关系所产生的影响会波及到阵列天线的增益。即阵列天线增益在特殊的元件排列间隔上，表示出图13所示的增益、效率的极大点，可以实现高增益、高效的天线。 
另外，在这些用途中，为了检测前方车辆的方向及自动选择灵敏度高的通信方向，如图14所示，将发送天线和多个接收天线一体构成，通过对各天线信号进行相位控制或选择合成，可以控制天线波束方向，或者选择提取来自特定方向的信号。 
这时，为了通过使多个接收天线的增益、指向性均匀，实现特定方向的检测精度及检测范围的扩大，重要的是实现各接收天线的均匀特性。 
如上所述，在图14所示的将发送天线和多个接收天线一体构成的三板型平面天线中，在同一面上构成多个接收天线并阵列化时，由于在阵列中央部和阵列端部向横向传播的成分的影响不同，所以很难使全部天线的增益及指向特性均匀。 
另外，为了减少横向传播成分，如图12所示，也可考虑设置与辐射元件进行电磁耦合的寄生反射器元件，但是由于元件数量的增加等，所以很难应对。 
此外，近年来，在微波、毫米波段的平面天线中，为了实现高效的特性，将供电系统形成三板线路结构的方式成为主流(例如，参照日本实开平06-070305号公报、日本特开2004-215050号公报)。在该三板线路供电方式的平面天线中，各天线元件的供电功率由三板线路合成，但是在该合成功率的最终输出部和RF信号处理电路的连接部上，为了装配容易并且连接可靠性高，大多使用三板线路-波导管变换器。这里，在图23(a)～23(c)表示该三板线路-波导管变换器的以往结构。在该以往结构中，为了低损耗并且容易变换波导管系统，在地导体1的面上，通过电介质体2a层叠配置有形成了带状线路导体3的薄膜基板4，进而，在其面上通过电介质体2b配置上部地导体5，形成三板线路。另外，与电路系统的波导管输入部6连接时，在地导体1上设置有与波导管的内尺寸相同尺寸的贯通孔，另外，为了支承薄膜基板4，设置有与电介质 体2a同等厚度的金属隔板部7a，利用该金属隔板部7a和同尺寸的金属隔板部7b夹着薄膜基板140，并且在该金属隔板部7b的上部，配置具有与波导管内尺寸相同尺寸的贯通孔的上部地导体5，使设置在上述地导体1的贯通孔、由上述金属隔板7a、7b的内壁构成的波导管部和设置在上部地导体5上的贯通孔的位置一致，并且，配置短路金属板180，使得堵塞上述地导体5上设置的贯通孔，从而构成三板线路-波导管变换器。通过将图23(a)所示向波导管内插入带状线路导体3的长度A和图23(b)所示的短路距离L设为规定尺寸，可以实现在所希望的频带上为宽频带并且具有低损耗特性的三板线路-波导管变换器。 
在图23(a)～23(c)所示的以往的三板线路-波导管变换器中，由于在76GHz的毫米波带中波长校短，所以即使向波导管内插入三板线路导体3的长度A及短路距离L的机械尺寸精度仅有一点恶化，也会产生反射特性的劣化，高精度加工方法及装配结构的选择是不可缺少的。此外，如图23(c)所示，为了调整短路距离L，有时需要具有与图24(c)所示的波导管内尺寸相同尺寸的贯通孔的短路距离调整金属板190，由于部件数增加，存在成本提高的问题。 
发明内容
本发明的目的在于，廉价提供一种可以实现损耗降低、装配误差产生的特性变化降低、及频率特性的稳定性提高的平面天线组件。 
本发明的另一目的在于，提供一种三板型平面阵列天线，在排列多个小型天线构成的阵列天线的阵列一端的天线和阵列中央部的天线之间，可以实现同等的天线特性。 
本发明的再一个目的在于，廉价提供一种三板线路-波导管变换 器，不存在在以往的宽频带中有损低损耗的特性的情况，不需要在现有结构中所需的短路金属板180及短路距离调整金属板190，并且装配容易、连接可靠性高。 
本发明的第一形态，提供一种平面天线组件，按照与高频电路连接的连接导体(18)、供电线路部(102)、及天线部(101)的顺序层叠而成。天线部(101)包括：天线基板(40)，形成有多个天线组，该天线组以连接在辐射元件(41)上的第1供电线路部(42)、和与供电线路部(102)电磁耦合的第1连接部(43)为一组；第1地导体(11)，在与辐射元件(41)的位置相当的部位具有第1缝隙(21)；第2地导体(12)，设置在天线基板(40)和第1地导体(11)之间，具有第1电介质体(31)、第2电介质体(32)、及在与第1连接部(43)的位置相当的部位上的第1耦合口形成部(22)；第4地导体(14)，在与第1连接部(43)的位置相当的部位具有第2缝隙(24)；以及第3地导体(13)，设置在天线基板(40)和第4地导体(14)之间，具有第3电介质体(33)、第4电介质体(34)、及在与第1连接部(43)的位置相当的部位上的第2耦合口形成部(23)。 
此外，供电线路部(102)包括：供电基板(50)，形成有多个供电线路组，该供电线路组将第2供电线路(51)、与天线部(101)的第1连接部(43)电磁耦合的第2连接部(52)、和与第7地导体(17)的第1波导管开口部(63)电磁耦合的第3连接部(53)作为一组；第7地导体(17)，在与第3连接部(53)的位置相当的部位具有第1波导管开口部(63)；第5地导体(15)，在供电基板(50)和第4地导体(14)之间，具有在与第2连接部(52)的位置相当的部位上的第3耦合口形成部(25)和在与第1波导管开口部(63)的位置相当的部位上的第1波导管开口形成部(61)，并且具有连通第3耦合口形成部(25)和第1波 导管开口形成部(61)的空隙部(71)；以及第6地导体(16)，在供电基板(50)和第7地导体(17)之间，具有在与第2连接部(52)的位置相当的部位上的第4耦合口形成部(26)和在与第1波导管开口部(63)的位置相当的部位上的第2波导管开口形成部(62)，并且具有连通第4耦合口形成部(26)和第2波导管开口形成部(62)的空隙部(72)。 
进而，连接导体(18)在与供电线路部(102)的第7地导体(17)的第1波导管开口部(63)相当的位置上具有第2波导管开口部(64)。 
在此，按照与高频电路连接的连接导体(18)、第7地导体(17)、第6地导体(16)、供电基板(50)、第5地导体(15)、第4地导体(14)、包括第3电介质体(33)和第4电介质体(34)的第3地导体(13)、天线基板(40)、包括第1电介质体(31)和第2电介质体(32)的第2地导体(12)、及第1地导体(11)的顺序层叠构成。 
根据本发明的一实施方式，可以提供一种可以实现损耗降低、装配误差所引起的特性变化降低、及频率特性的稳定性提高且廉价的平面天线组件。 
在现有的三板型平面阵列天线中，使用有效利用横向传播成分并使其影响对所有接收天线相同的构成，可以使接收天线的特性均匀。 
本发明的第2形态提供一种三板型平面阵列天线，包括：天线电路基板(3)，具有辐射元件(5)和供电线路(6)，通过电介质体(2a)和金属隔板(9a)配置在地导体(1)的面上；及缝隙板(4)，具有应位于辐射元件(5)的正上方的用于电波辐射的缝隙开口(7)，通过电介质体(2b)和金属隔板(9b)配置在上述天线电路基板(3)的面上。此处，与上述缝隙开口(7)相邻接地 设置有虚设缝隙开口(dummy slot opening)(8)。 
此外，本发明的第3形态提供第2形态所涉及的三板型平面阵列天线，其中，以相对于所利用的频带中心频率的自由空间波长λo的0.85～0.93倍的间隔排列上述缝隙开口(7)，以相对于所利用的频带中心频率的自由空间波长λo的0.85～0.93倍的间隔排列虚设缝隙开口(8)。 
此外，本发明的第4形态提供第2或第3形态所涉及的三板型平面阵列天线，其中，至少配置有2列以上的虚设缝隙开口(8)。 
此外，本发明的第5形态提供从第2到第4形态中任一项所涉及的三板型平面阵列天线，其中，在天线电路基板(3)上设置有虚设元件(10)，使上述虚设缝隙开口(8)位于正上方。 
此外，本发明的第6形态提供从第2到第5形态中任一项所涉及的三板型平面阵列天线，其中，在天线电路基板(3)上设置的上述虚设元件(10)上设置线路(110)，通过金属隔板(190b)进行电气短路。 
根据本发明的其他形态，提供一种三板型平面阵列天线，在排列多个小型天线构成的阵列天线的阵列一端的天线和阵列中央部的天线之间，可以实现同等的天线特性。 
本发明的第7形态提供一种三板线路-波导管变换器，包括：三板线路，由具有带状线路导体(300)并且通过电介质体(120a)配置在地导体(111)的面上的薄膜基板(140)和通过电介质体(120b)配置在该薄膜基板的面上的上部地导体(150)构成；以及波导管(160)，连接在上述地导体(111)上。在地导体(111)上，在地导体(111)和波导管(160)的连接位置上设置有与波导管(160)的内尺寸相同尺寸的贯通孔。在薄膜基板(140)的保持部上设置有与电介质体(120a)同等厚度的金属隔 板部(170a)。由该金属隔板(170a)和同尺寸的金属隔板部(170b)夹着薄膜基板(140)。在该金属隔板部(170b)的上部配置有上部地导体(150)，在薄膜基板(140)上形成的带状线路导体(300)的波导管(160)的变换部前端，形成有方形共振贴片图形(100)。并且，方形共振贴片图形(100)的中心位置和波导管(160)的内尺寸中心位置一致。 
此外，本发明的第8形态提供第7形态所涉及的三板线路-波导管变换器，其中，上述方形共振贴片图形(100)的线路连接方向上的尺寸L1为所希望的频率的自由空间波长λo的约0.27倍，并且，上述方形共振贴片图形(100)的与线路连接方向正交的方向上的尺寸L2为所希望的频率的自由空间波长λo的约0.38倍。 
根据本发明的又一其他形态，提供一种廉价的三板线路-波导管变换器，不存在在以往的宽频带中有损低损耗的特性的情况，不需要在以往的结构中所需的短路金属板180及短路距离调整金属板190，并且组装容易、连接可靠性高。而且，由于可以通过对具有所希望的厚度的金属板等进行冲孔加工来廉价地形成金属隔板部170a、170b、及上部地导体150、地导体111等构成部件，所以能够更加廉价地提供该三板线路-波导管变换器。 
附图说明
图1是表示以往的平面天线组件的构成要素的立体图。 
图2(a)～(c)是表示以往的平面天线组件的构成要素的平面图，(d)是其层叠剖视图。 
图3是以往的平面天线组件的通过损耗特性图。 
图4是表示本发明的第1实施方式所涉及的平面天线组件的立体图。 
图5是表示本发明的第1实施方式所涉及的平面天线组件的天 线部(101)的构成要素的立体图。 
图6是表示本发明的第1实施方式所涉及的平面天线组件的天线部(101)的构成要素的平面图。 
图7是表示本发明的第1实施方式所涉及的平面天线组件的供电线路部(102)的构成要素的立体图。 
图8是表示本发明的第1实施方式所涉及的平面天线组件的供电线路部(102)的构成要素的平面图。 
图9(a)是表示本发明的第1实施方式所涉及的平面天线组件的连接导体(18)的立体图，(b)是其平面图。 
图10是与现有例比较的本发明第1实施方式所涉及的平面天线组件的相对增益特性图。 
图11是本发明者们在研究中所用的三板型平面天线的横向传播成分的说明图。 
图12是表示平面天线的横向传播成分降低方法的一个例子的分附图。 
图13是表示以往的三板型平面天线的元件排列间隔和增益、效率关系的曲线图。 
图14是表示以往的三板型平面天线的分解立体图。 
图15(a)是表示本发明的第2实施方式所涉及的三板型平面阵列天线的分解立体图，(b)是其正视图。 
图16(a)是表示本发明的第2实施方式所涉及的三板型平面阵列天线的分解立体图，(b)是其正视图。 
图17是表示本发明的第2实施方式所涉及的三板型平面阵列天线的正视图。 
图18是表示本发明的第2实施方式所涉及的三板型平面阵列天线的正视图。 
图19(a)是表示本发明的第2实施方式所涉及的三板型平面 阵列天线的分解立体图，(b)是其正视图。 
图20是表示本发明的第2实施方式所涉及的三板型平面阵列天线的正视图。 
图21是现有例的接收天线阵列中央部和端部的水平面指向性的曲线图。 
图22是表示本发明的第2实施方式所涉及的三板型平面阵列天线的接收天线阵列中央部和端部的水平面指向性的曲线图。 
图23(a)是表示现有例的上面图，(b)是其剖视图，(c)是表示其他现有例的剖视图。 
图24(a)～(c)分别是表示本发明的第3实施方式所涉及的三板线路-波导管变换器的一实施例的一部分的上面图，(d)是表示现有例的短路距离调整金属板的上面图。 
图25(a)是表示本发明的第3实施方式所涉及的三板线路-波导管变换器的一实施例的上面图，(b)是其剖视图。 
图26是表示本发明的第3实施方式所涉及的三板线路-波导管变换器的其他实施例的上面图。 
图27是说明本发明的第3实施方式所涉及的三板线路-波导管变换器的激励模式的变换状况的剖视图。 
图28是表示本发明的第3实施方式所涉及的三板线路-波导管变换器的一实施例和其他实施例的频率和回波损耗关系的曲线图。 
具体实施方式
(第1实施方式) 
本发明的平面天线组件如图4、图5、图7所示，主要具有天线部(101)、供电线路部(102)、及连接导体(18)。 
天线部(101)包括：天线基板(40)，形成有多个天线组，该天线组以连接在辐射元件(41)上的第1供电线路部(42)、和与 供电线路部(102)电磁耦合的第1连接部(43)为一组；第1地导体(11)，在与辐射元件(41)的位置相当的部位具有第1缝隙(21)；第2地导体(12)，在天线基板(40)和第1地导体(11)之间，具有第1电介质体(31)、第2电介质体(32)、及在与第1连接部(43)的位置相当的部位上的第1耦合口形成部(22)；第3地导体(13)，在天线基板(40)和第4地导体(14)之间，具有第3电介质体(33)、第4电介质体(34)、及在与第1连接部(43)的位置相当的部位上的第2耦合口形成部(23)；以及第4地导体(14)，在与第1连接部(43)的位置相当的部位具有第2缝隙(24)。 
供电线路部(102)包括：供电基板(50)，形成有多个供电线路组，该供电线路组将第2供电线路(51)、与天线部(101)的第1连接部(43)电磁耦合的第2连接部(52)、和与第7地导体(17)的第1波导管开口部(63)电磁耦合的第3连接部(53)作为一组；第5地导体(15)，在供电基板(50)和第4地导体(14)之间，具有在与第2连接部(52)的位置相当的部位上的第3耦合口形成部(25)和在与第1波导管开口部(63)的位置相当的部位上的第1波导管开口形成部(61)，并且具有连通第3耦合口形成部(25)和第1波导管开口形成部(61)的空隙部(71)。 
包括：第6地导体(16)，在供电基板(50)和第7地导体(17)之间，具有在与第2连接部(52)的位置相当的部位上的第4耦合口形成部(26)和在与第1波导管开口部(63)的位置相当的部位上的第2波导管开口形成部(62)，并且具有连通第4耦合口形成部(26)和第2波导管开口形成部(62)的空隙部(72)；以及第7地导体(17)，在与第3连接部(53)的位置相当的部位具有第1波导管开口部(63)。 
连接导体(18)在与供电线路部(102)的第7地导体(17)的 第1波导管开口部(63)相当的位置上具有第2波导管开口部(64)。 
按照与高频电频电路的连接导体(18)、第7地导体(17)、第6地导体(16)、供电基板(50)、第5地导体(15)、第4地导体(14)、包括第3地导体(13)及第3电介质体(33)的第4电介质体(34)、天线基板(40)、包括第2地导体(12)和第1电介质体(31)的第2电介质体(32)、及第1地导体(11)的顺序进行层叠。 
参照图4、图5、图7，在本实施方式的平面天线组件中，在天线基板(40)上形成的辐射元件(41)与第4地导体(14)和在第1地导体(11)上形成的第1缝隙(21)一起，作为天线元素发挥作用，可以取得所希望的频率的能量。该能量通过天线基板(40)上形成的第1供电线路(42)传递到第1连接部(43)。由于天线基板(40)上形成的第1连接部(43)通过第4地导体(14)上形成的第2缝隙(24)，与供电基板(50)上形成的第2连接部(52)电磁耦合，所以该能量还被传递到供电基板(50)上形成的第2供电线路(51)。 
这时，可以谋求在第2地导体(12)上形成的第1耦合口形成部(22)、在第3地导体(13)上形成的第2耦合口形成部(23)、在第5地导体(15)上形成的第3耦合口形成部(25)、和在第6地导体(16)上形成的第4耦合口形成部(26)可以不向周围泄漏地高效传递电能，该电能是从天线基板(40)上形成的第1连接部(43)向供电基板(50)上形成的与第2连接部(52)进行电磁耦合的电能。 
另外，传递到第2供电线路(51)的电能，通过供电基板(50)上形成的第3连接部(53)，经过第7地导体(17)上形成的第1波导管开口部(63)，传递到连接在高频电路上的连接导体 (18)上所形成的第2波导管开口部(64)。这时，谋求第5地导体(15)上形成的第1波导管开口部(61)和第6地导体(16)上形成的第2波导管开口部(62)将供电基板(50)上形成的第3连接部(53)的电能不向周围泄漏地高效传递到第2波导管开口部(64)。 
第1电介质体(31)、第2电介质体(32)、及第2地导体(12)、以及第3电介质体(33)、第4电介质体(34)、及第3地导体(13)将天线基板(40)稳定地保持在第1地导体(11)和第4地导体(14)的中间，由此，第1供电线路(42)即使在高频中也可实现低损耗特性。 
同样，第5地导体(15)和第6地导体(16)将供电基板(50)稳定地保持在第4地导体(14)和第7地导体(17)的中间，并通过第5地导体(15)上形成的空隙部(71)和第6地导体(16)上形成的空隙部(72)，第2供电线路(51)以低介电特性，即使在高频中也可实现低损耗特性。 
本实施方式所涉及的平面天线组件中，由于仅通过层叠各构成部件来构成，并且利用电磁耦合对发送接收电能进行传递，所以即使组装时的位置精度不如以往的组装精度那么高也可以。 
本实施方式中所使用的天线基板(40)及供电基板(50)可以使用在聚酰亚胺薄膜上粘贴上铜箔后形成的柔性基板构成。在使用这种基板时，最好利用蚀刻去除不需要铜箔的部分，来形成辐射元件(41)、第1供电线路(42)、及第1连接部(43)、以及第2供电线路(51)、第2连接部(52)及第3连接部(53)。 
此外，柔性基板用于以薄膜作为基材，通过蚀刻去除其上粘贴铜箔等金属箔后形成的基板上的不需要的铜箔(金属箔)，来形成多个辐射元件及连接它们的供电线路。另外，柔性基板也可以是在玻璃纤维布上浸渍树脂得到薄树脂板上粘贴了铜箔的覆铜箔层压 板。 
在本实施方式中使用的地导体可由金属板或电镀后的塑料板制造。特别是最好使用铝板。这是因为，如果使用铝板，则可以制造重量轻且便宜的平面天线。另外，这些可以由以薄膜作为基材在其上粘贴铜箔后形成的柔性基板构成，还可以由在玻璃纤维布上浸渍树脂后形成的薄树脂板上粘贴了铜箔的覆铜箔层压板构成。在地导体上形成的缝隙及耦合口形成部可以通过机械冲床进行冲孔加工、或利用蚀刻形成。从简便性、生产效率等考虑，优选用机械冲床进行冲孔加工。 
作为在本实施方式中使用的电介质体，最好使用对空气介电常数小的泡沫体等。作为泡沫体，可以例举出聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃类泡沫体、聚苯乙烯类泡沫体、聚氨脂类泡沫体、聚硅酮类泡沫体、橡胶类泡沫体。其中，由于聚烯烃类泡沫体的对空气介电常数更小，所以优选。 
(实施例1) 
利用图4、图5、图7说明本发明的1实施例。第1地导体(11)、第4地导体(14)使用厚度为0.7mm的铝板。第2地导体(12)、第3地导体(13)、第5地导体(15)、第6地导体(16)及第7地导体(17)使用厚度为0.3mm的铝板。另外，(电路)连接导体(18)使用厚度为3mm的铝板。电介质体(31)、(32)、(33)、(34)使用厚度为0.3mm并且介电常数约为1.1的聚乙烯泡沫。天线基板(40)及供电基板(50)使用在聚酰亚胺薄膜上粘贴铜箔后的柔性基板，用蚀刻除去不要的铜箔，形成辐射元件(41)、第1供电线路(42)、第1连接部(43)及第2供电线路(51)、第2连接部(52)、第3连接部(53)。地导体全部使用在铝板上用机械冲床进行冲孔加工后形成的部件。 
此处，辐射元件(41)是频率为76GHz的自由空间波长 (λo＝3.95mm)的约0.38倍的1.5mm见方的正方形。另外，在第1地导体(11)上形成的第1缝隙(21)和在第4地导体(14)上形成的第2缝隙(24)是所希望的频率为76GHz的自由空间波长(λo＝3.95mm)的约0.58倍的2.3mm见方的正方形，在第2地导体(12)上形成的第1耦合口形成部(22)、在第3地导体(13)上形成的第2耦合口形成部(23)、在第5地导体(15)上形成的第3耦合口形成部(25)和在第6地导体(16)上形成的第4耦合口形成部(26)的一个边长也是所希望的频率为76GHz的自由空间波长(λo＝3.95mm)的约0.58倍的2.3mm。 
另外，使第6地导体(16)、第5地导体(15)、第7地导体(17)、第3地导体(13)和第3电介质体(33)和第4电介质体(34)、第2地导体(12)和第1电介质体(31)和第2电介质体(32)的厚度为所希望的频率为76GHz的自由空间波长(λo＝3.95mm)的约0.08倍的0.3mm。 
将以上各部件按图4、图5、图7所示依次重叠，构成平面天线组件，连接测量器测量接收功率的结果是，回波损耗为-15dB以下，如图10所示，接收增益与以以往的部件结构时的增益为基准的情况相比，相对增益改善1dB以上，可以实现良好的特性。 
(第2实施方式) 
如图15(a)所示，第2实施例形态所涉及的平面阵列天线的特征在于，与电介质体2a、2b同样厚度的金属隔板9a、9b作为金属屏蔽部，夹着天线电路基板3设置，并且设置有与在缝隙板4上设置的缝隙开口7相邻接的虚设缝隙开口部8。 
本实施方式所涉及的其他平面阵列天线如图15(b)所示，其特征在于，作为对象的虚设缝隙开口8的排列间隔相对于所利用的频带的中心频率的自由空间波长λo，为0.85～0.93倍。 
本实施方式所涉及的其他平面阵列天线如图16(a)、图16 (b)、图17所示，其特征在于，在天线电路基板3上设置有与辐射元件5的尺寸相同的虚设元件10，使虚设缝隙开口8位于正上方。 
本实施方式所涉及的其他平面阵列天线如图19(a)、图19(b)、图20所示，在天线电路基板3上设置的虚设元件10上设置有线路110，通过金属隔板(9b)进行电气短路。 
本实施方式所涉及的其他平面阵列天线，其特征在于，至少配置有2列作为对象的虚设缝隙开口8。 
无论是在怎样的金属板或在塑料上电镀后的板都可以用作地导体1及缝隙板4，特别是如果使用铝板，则重量轻且可便宜地制造，所以优选。另外，也可以通过蚀刻去除在作为基材的薄膜上粘贴铜箔所构成的柔性基板的不需要的铜箔来构成，还可以用在玻璃纤维布上浸渍树脂后形成的薄树脂板上粘贴了铜箔的覆铜箔层压板构成。可以由机械冲床进行冲孔加工，或通过蚀刻，形成在地导体上形成的缝隙等。从简便性、生产效率等考虑，优选用机械冲床进行冲孔加工。 
电介质体2a及电介质体2b，最好使用空气介电常数低的泡沫体等。作为泡沫体，可以例举出聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃类泡沫体、聚苯乙烯类泡沫体、聚氨脂类泡沫体、聚硅酮类泡沫体、橡胶类泡沫体，由于聚烯烃类泡沫体对空气介电常数更小，所以优选。 
蚀刻去除以薄膜作为基材在其上粘贴铜箔后形成的柔性基板的不需要的铜箔，形成辐射元件5及从供电线路6，来构成天线电路基板3，但是也可以由在玻璃纤维布上浸渍树脂后形成的薄树脂板上粘贴了铜箔的覆铜箔层压板构成。作为薄膜，可以例举出聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、氟化乙烯丙烯共聚物、乙烯四氟乙烯共聚物、聚酰胺、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、多芳化树脂、热塑聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚醚醚酮、聚乙烯对苯二酸脂、聚丁烯对苯二 酸脂、聚苯乙烯、聚砜、聚苯撑醚、聚苯硫醚、聚甲基戊烯等薄膜，薄膜和金属箔的层叠中也可以使用粘接剂。从耐热性、介电特性和通用性考虑，优选在聚酰亚胺薄膜上层叠铜箔后的柔性基板。从介电特性看优选使用氟化类薄膜。 
另外，辐射元件5和缝隙开口7的基本形状是菱形、正方形或圆形都可以。 
(实施例2) 
参照图15(a)、图15(b)，说明第2实施方式的实施例(实施例2)。地导体1由厚度为1mm的铝板制作。电介质体2a及电介质体2b由介电常数大致为1、厚度为0.3mm的泡沫聚乙烯板制作。此外，通过使用在厚度为25μm的聚酰亚胺薄膜上粘贴厚度为18μm的铜箔后形成的薄膜基板，对该铜箔蚀刻形成多个辐射元件5及供电线路6，来制成天线电路基板3。在本实施例中，辐射元件5是正方形，其一边的长度是利用频率76.5GHz的自由空间波长λo的约0.4倍。此外，在厚度为1mm的铝板上通过冲压加工法冲孔形成多个长方形的缝隙开口7，来制成缝隙板4。缝隙开口7的短边为λo的约0.55倍。此处，辐射元件5及缝隙开口7按λo的约0.9倍间隔排列。 
此外，各天线输出端的变换作为波导管变换，由短路板120进行变换。 
在以上的结构中，1个4×16元件天线作为发送天线，9个2×16元件天线作为接收天线来构成。 
进而，在缝隙板4上，具有与缝隙开口7相同的开口尺寸，设置一对分别排列成1×16形状的虚设缝隙开口8，使得9个接收天线位于这些之间(参照图15(b))。虚设缝隙开口8的排列间隔与缝隙开口7相同(0.9λo)。 
在以往的平面阵列天线中，如图21所示，在接收天线阵列中央 部和端部上水平面指向性上产生很大电平差和非对称性，与此相对，以上构成的本实施例的平面阵列天线如图22所示，实现了稳定的特性。 
(实施例3) 
图16(a)、图16(b)所示的实施例3为，在实施例2中设置有与辐射元件5同样地一边的长度约为0.4λo的虚设元件10，使得在天线电路基板3上虚设缝隙开口部8位于正上方。 
其结果是，与实施例2同样的接收天线的阵列中央部和阵列端部的水平面指向特性能够实现稳定的特性。 
(实施例4) 
图19(a)、图19(b)所示的实施例4为，在实施例3中，在虚设元件10上形成线路110，并与缝隙板4电连接。 
其结果是，与实施例2及3同样的接收天线的阵列中央部和阵列端部的水平面指向特性能够实现了稳定的特性。 
如以上所说明的那样，根据本实施方式，可以实现一种三板型平面阵列天线，在排列多个小型阵列天线时，在阵列端部构成的天线增益、指向特性能够确保为与在阵列中央构成的天线同等的特性。 
(第3实施方式) 
在图25(a)及(b)所示的本发明第3实施方式所涉及的三板线路-波导管变换器中，图24(b)所示的金属隔板部170a、170b等可以由所希望的厚度的金属板的冲孔加工件形成。此处，如图24(a)所示，在具有波导管的内尺寸为a×b的贯通孔的地导体1的面上，如图25(b)所示，依次层叠配置有金属隔板部170a、薄膜基板140、及金属隔板部170b，再在其上部配置上部地导体150，由此，可以容易地构成三板线路-波导管变换器。 
在本结构中，在形成于薄膜基板140面上的方形共振贴片图形 100上，在与上部地导体500之间如图27所示，激起TM01模式的激励模式。因此，形成于薄膜基板140的面上的带状线路导体300和由地导体111、151形成的三板线路的激励模式TEM模式，在方形共振贴片图形100和地导体150之间，变换成TM01模式，还可以模式变换成方形波导管的激励模式TE10模式。另外，在组装各构成部件时，使方形共振贴片图100的中心位置和波导管160的内尺寸的中心位置一致，并且为了确保地导体111的贯通孔和金属隔板部170a、170b的内壁之间的机械连续性，当然最好通过引导销等组装，用固定螺钉等固定来保证各构成部件的位置精度。 
本构成中，最好将方形共振贴片图形100的线路连接方向上的尺寸L1设为所希望的频率自由空间波长λo的约0.27倍，并且将上述方形共振贴片图形100的与线路连接方向正交的方向上的尺寸L2设为所希望的频率的自由空间波长λo的约0.38倍。使L1是所希望的频率的自由空间波长λo的约0.27倍，是为了作为波导管的内尺寸a的约0.85倍左右可以顺利地变换不同的电磁场模式。最好是自由空间波长λo的0.25～0.29倍。 
使L2是所希望的频率的自由空间波长λo的约0.38倍，是为了在更宽的频带上对能确保回波损耗的频带进行确保。最好是自由空间波长λo的0.32～0.4倍。 
薄膜基板140将薄膜作为基材，通过蚀刻去除在其上粘贴铜箔等金属箔后形成的柔性基板上的不需要的铜箔(金属箔)，来形成多个辐射元件及连接这些元件的带状导体线路。另外，薄膜基板也可以由在玻璃纤维布上浸渍树脂后形成的薄树脂板上粘贴了铜箔的覆铜箔层压板构成。 
地导体111及上部地导体150可以使用无论怎样的金属板或在塑料上电镀后形成的板都可以，特别是如果使用铝板，则可以重量轻并且价格便宜地制造本实施方式所涉及的变换器。另外，可以使 用将薄膜作为基材并在其上粘贴铜箔后形成的柔性基板、或者在玻璃纤维布上浸渍树脂后形成的薄树脂板上粘贴了铜箔的覆铜箔层压板，来构成它们。 
此外，作为电介质体120a、120b，最好使用空气介电常数低的泡沫体等。作为泡沫体，可以例举出聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃类泡沫体、聚苯乙烯类泡沫体、聚氨脂类泡沫体、聚硅酮类泡沫体、橡胶类泡沫体，由于聚烯烃类泡沫体对空气介电常数更小，所以优选。 
以下利用本实施方式的实施例进行详细说明。 
(实施例5) 
本实施方式所涉及的一实施例(实施例5)如图25(a)、(b)所示。在本实施例中，地导体111由厚度为3mm的铝板制作。电介质体120a、120b由厚度为0.3mm的具有介电常数约1.1的泡沫聚丙烯板制作。薄膜基板4由在厚度为25μm的聚酰亚胺薄膜上粘贴厚度为18μm的铜箔后所形成的薄膜基板制成。地导体5由厚度为0.7mm的铝板制作。此外，金属隔板部170a、170b使用厚度为0.3mm的铝板。 
此处，在地导体111上利用冲孔加工形成有如图24(a)所示的与波导管的内尺寸相等的a＝1.27mm、b＝2.54mm的贯通孔。另外，图24(b)所示的金属隔板部170a、170b的各尺寸利用冲孔加工形成为a＝1.27mm、b＝2.54mm、c＝1.5mm、d＝1.3mm。 
另外，在薄膜基板140上，在如图24(c)所示的线路宽度为0.3mm的直线线路的带状线路导体300和其前端的波导管所位于的部分上，利用蚀刻形成有方形共振贴片图形100，该方形共振贴片图形100使线路连接方向的尺寸L1和与线路连接方向正交的方向的尺寸L2为所希望的频率的自由空间波长λo的约0.27倍，即L1＝L2＝1.07mm。另外，在图25(a)(b)的结构中，由贯通各部 材料的引导销等进行层叠配置，从上部地导体150的上面开始贯通各部件并用螺钉固定在地导体111上，使地导体111的贯通孔及金属隔板部170a、170b的由a尺寸、b尺寸所示的内壁部的位置、方形共振贴片图形100的位置高精度地一致。 
利用参照图25(a)、(b)所说明的结构，使输入部和输出部左右对称地形成，在一个输出部上连接波导管终端，在输入部上连接波导管，并在图28中用实线表示测量反射特性的结果。在所希望的76.5GHz频带中，具有反射损耗为-20dB以下的特性，而且在更宽的频带中，可以得到-20dB以下的低反射损耗特性。 
(实施例6) 
图26表示本实施方式的另一实施例(实施例6)。 
实施例6中，除了方形共振贴片图形100的与线路连接方向正交的方向上的尺寸L2为所希望的频率的自由空间波长λo的约0.38倍，即L2＝1.5mm的情况之外，具有与实施例4相同的结构。 
在图26的结构中，使输入部和输出部左右对称形成，在一个输出部上连接波导管终端，在输入部上连接波导管，在图28中用虚线表示测量反射特性的结果。在所希望的76.5GHz频带中，具有反射损耗为-20dB以下的特性，而且在更宽的频带中，可以得到一20dB以下的低反射损耗特性。 
如以上所说明的那样，根据本实施方式，通过对具有所希望的厚度的金属板等进行冲孔加工，可以廉价地形成金属隔板部170a、170b，上部地导体150、及地导体111等构成部件。因此，不存在在以往的宽频带中有损低损耗的特性的情况，不需要在以往的结构中所需的短路金属板180及短路距离调整金属板190，可以实现组装容易并且连接可靠性高的、廉价的三板线路-波导管变换器。 
此外，作为用于构成第1实施方式中的天线基板(40)、第2实施方式中的天线电路基板(3)、及第3实施方式中的薄膜基板 (140)所使用的柔性基板的薄膜，可以例举出聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、氟化乙烯丙烯共聚物、乙烯四氟乙烯共聚物、聚酰胺、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、多芳化树脂、热塑聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚醚醚酮、聚乙烯对苯二酸脂、聚丁烯对苯二酸脂、聚苯乙烯、聚砜、聚苯撑醚、聚苯硫醚、聚甲基戊烯等薄膜，薄膜和金属箔的层叠中也可以使用粘接剂。从耐热性、介电特性和通用性考虑，优选在聚酰亚胺薄膜上层叠铜箔后的柔性基板。从介电特性看优选使用氟化类薄膜。 
工业实用性 
根据本发明，可以廉价地提供适合于毫米波段中的通信的、特性提高的天线设备。 

Claims (1)

1.一种三板线路-波导管变换器，其特征在于，
包括：三板线路，由具有带状线路导体(130)并且通过电介质体(120a)配置在地导体(111)的面上的薄膜基板(140)和通过电介质体(120b)配置在该薄膜基板的面上的上部地导体(150)构成；以及波导管(160)，连接在上述地导体(111)上，
在上述地导体(111)的地导体(111)和波导管(160)的连接位置上，设置有与波导管(160)的内尺寸相同尺寸的贯通孔，在薄膜基板(140)的保持部上设置有与电介质体(120a)同等厚度的金属隔板部(170a)，由该金属隔板部(170a)和同尺寸的金属隔板部(170b)夹着薄膜基板(140)，在该金属隔板部(170b)的上部配置有上部地导体(150)，在薄膜基板(140)上形成的带状线路导体(130)的波导管(160)的变换部前端，形成有方形共振贴片图形(100)，并且进行配置，以使上述方形共振贴片图形(100)的中心位置和波导管(160)的内尺寸中心位置一致；
上述方形共振贴片图形(100)的线路连接方向上的尺寸L1为所希望的频率的自由空间波长λo的约0.27倍，并且，上述方形共振贴片图形(100)的与线路连接方向正交的方向上的尺寸L2为所希望的频率的自由空间波长λo的约0.38倍；
不需要短路金属板及短路距离调整金属板。
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