JP2021083124A - Horn antenna and horn antenna array - Google Patents

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Abstract

To provide a horn antenna and a horn antenna array which are arranged to be able to direct an antenna directional beam toward a direction deviated from a front direction to sense the presence and bearing of a target present which is in a direction deviated from a front direction.SOLUTION: In a horn antenna, a central axis of a horn is not perpendicular to a plane of an opening of a horn, and the connection of the horn with a wave guide is changed in position. So, a beam direction can be inclined. The beam direction can be adjusted by a shape of the horn and a state of connection with the wave guide. Therefore, disposing two horn antennas identical to the horn antenna hereof in front of a substrate, adjusting a beam direction and adopting a monopulse angular measurement system, the presence and bearing of a target can be sensed in wide angle.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本開示は、広角に目標物の存在及び方位を検知する技術に関する。 The present disclosure relates to a technique for detecting the presence and orientation of a target object at a wide angle.

広角に目標物の存在を検知する技術が、特許文献１〜４に開示されている。特許文献１では、基板平面に形成される平面アンテナを用いて、正面方向の目標物の存在を検知し、基板側面に形成される電磁波反射面を用いて、側面方向の目標物の存在を検知する。特許文献２では、基板平面に形成される平面アンテナを用いて、正面方向の目標物の存在を検知し、基板側面の近傍の基板平面の端部に形成されるアンテナパターンを用いて、側面方向の目標物の存在を検知する。特許文献３では、基板平面に形成される平面アンテナを用いて、正面方向の目標物の存在を検知し、基板側面の近傍の基板平面の端部に形成されるダイポールアンテナを用いて、側面方向の目標物の存在を検知する。特許文献４では、基板側面にホーンアンテナを配置し、水平方向のモノパルス測角方式を可能とした構造が開示される。図１は特許文献４に記載される広角方位検知システムの構成を説明する図である。 Patent Documents 1 to 4 disclose techniques for detecting the presence of a target object in a wide angle. In Patent Document 1, the presence of a target object in the front direction is detected by using a flat antenna formed on the plane of the substrate, and the presence of the target object in the side surface direction is detected by using the electromagnetic wave reflecting surface formed on the side surface of the substrate. To do. In Patent Document 2, the presence of a target object in the front direction is detected by using a flat antenna formed on the substrate plane, and the antenna pattern formed at the end of the substrate plane near the side surface of the substrate is used in the side surface direction. Detects the presence of the target. In Patent Document 3, the presence of a target object in the front direction is detected by using a plane antenna formed on the plane of the substrate, and a dipole antenna formed at the end of the plane of the substrate near the side surface of the substrate is used in the side direction. Detects the presence of the target. Patent Document 4 discloses a structure in which a horn antenna is arranged on the side surface of a substrate to enable a monopulse angle measurement method in the horizontal direction. FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a wide-angle directional detection system described in Patent Document 4.

図１の広角方位検知システムＳは、誘電体基板１及び金属部材２から構成される。誘電体基板１は、基板内部において基板平面と平行方向に導波路１１、１２、１３の導波部（図３を参照。）が形成され、基板側面において導波路１１、１２、１３の開口部（図３を参照。）が形成され、基板平面において基板平面アンテナ１４が形成される。金属部材２は、ホーン構造２１、２２、２３が形成され、導波路１１、１２、１３の開口部（図３を参照。）とホーン構造２１、２２、２３の接続部がそれぞれ接続されるように、誘電体基板１に接続される。 The wide-angle orientation detection system S of FIG. 1 is composed of a dielectric substrate 1 and a metal member 2. In the dielectric substrate 1, waveguides 11, 12, and 13 are formed inside the substrate in a direction parallel to the plane of the substrate (see FIG. 3), and openings of the waveguides 11, 12, and 13 are formed on the side surface of the substrate. (See FIG. 3) is formed, and the substrate plane antenna 14 is formed on the substrate plane. The metal member 2 is formed with horn structures 21, 22, and 23 so that the openings of the waveguides 11, 12, and 13 (see FIG. 3) and the connecting portions of the horn structures 21, 22, and 23 are connected, respectively. Is connected to the dielectric substrate 1.

ホーン構造２１、２２は、受信用のものであり、ホーン構造２３は、送信用のものである。基板平面アンテナ１４は、受信用のもの及び送信用のものを、様々な監視方式に応じて、高い自由度で配置する。以下の説明では、誘電体基板１の厚さ方向と平行方向を「水平方向」と定義し、誘電体基板１の厚さ方向と垂直方向を「垂直方向」と定義する。また、基板平面アンテナ１４が配置されている面を「正面」、ホーン構造２１、２２、２３が形成された面を「側面」とする。 The horn structures 21 and 22 are for reception, and the horn structure 23 is for transmission. As the substrate flat antenna 14, the one for reception and the one for transmission are arranged with a high degree of freedom according to various monitoring methods. In the following description, the direction parallel to the thickness direction of the dielectric substrate 1 is defined as the "horizontal direction", and the direction perpendicular to the thickness direction of the dielectric substrate 1 is defined as the "vertical direction". Further, the surface on which the substrate plane antenna 14 is arranged is referred to as the "front surface", and the surface on which the horn structures 21, 22 and 23 are formed is referred to as the "side surface".

特開２００７−０４９６９１号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2007-049691 特許５４６４１５２号公報Japanese Patent No. 5464152 特許５６０９７７２号公報Japanese Patent No. 56097772 特開２０１７−０５９９０７号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2017-059907

しかし、送信装置や受信装置内で電磁波を任意位置へ伝搬するために導波管が用いられることは多い。しかし、特許文献４では、基板平面と平行な方向（側面に向いた方向）に形成された導波路にホーンを配置することは記載するが、正面方向に向いた面に構成された導波管にホーン構造を配置することは記載されない。そこで、本発明は、正面方向からずれた方向にある目標物の存在及び方位を検知できるようにアンテナ指向性ビームを正面方向からずれた方向に向けることができるホーンアンテナ及びホーンアンテナアレイを提供することを目的とする。 However, a waveguide is often used to propagate an electromagnetic wave to an arbitrary position in a transmitting device or a receiving device. However, in Patent Document 4, although it is described that the horn is arranged in the waveguide formed in the direction parallel to the substrate plane (the direction facing the side surface), the waveguide configured on the surface facing the front direction. Placing a horn structure in is not described. Therefore, the present invention provides a horn antenna and a horn antenna array capable of directing an antenna directional beam in a direction deviated from the front direction so that the presence and orientation of a target object deviated from the front direction can be detected. The purpose is.

上記目的を達成するために、本発明に係るホーンアンテナは、ホーンの中心軸がホーンの開口の面に対して垂直でない構造のホーンを導波管にずらして接続することとした。本発明に係るホーンアンテナは、導波管の先端にホーンを配置する第１構造と導波管の狭壁面にホーンを配置する第２構造がある。 In order to achieve the above object, in the horn antenna according to the present invention, a horn having a structure in which the central axis of the horn is not perpendicular to the surface of the opening of the horn is connected to the waveguide by shifting it. The horn antenna according to the present invention has a first structure in which the horn is arranged at the tip of the waveguide and a second structure in which the horn is arranged on the narrow wall surface of the waveguide.

第１構造について説明する。本発明に係るホーンアンテナは、方形導波管の接続端に接続する矩形の接続口、及び前記接続口の面積より大きい面積を持ち電磁波を送受信する矩形の開口を有するホーンアンテナであって、
前記方形導波管の中心軸と前記開口の面との交点と前記開口の中心とがずれており、前記接続口の中心から前記開口の面へ下した垂線の足の位置が前記交点と前記開口の中心を結ぶ線分上にあるようなホーン構造を備えることを特徴とする。 The first structure will be described. The horn antenna according to the present invention is a horn antenna having a rectangular connection port connected to a connection end of a rectangular waveguide and a rectangular opening having an area larger than the area of the connection port and transmitting and receiving electromagnetic waves.
The intersection of the central axis of the rectangular waveguide and the surface of the opening is deviated from the center of the opening, and the position of the foot of the perpendicular line extending from the center of the connection port to the surface of the opening is the intersection and the above. It is characterized by having a horn structure such that it is on a line segment connecting the centers of the openings.

続いて第２構造について説明する。本発明に係るホーンアンテナは、方形導波管の狭壁面に形成された窓に接続する矩形の接続口、及び前記接続口の面積より大きい面積を持ち電磁波を送受信する矩形の開口を有するホーンアンテナであって、
前記開口の面に垂直な方向から見た時に、前記開口の中心と前記接続口の中心とがずれており、前記方形導波管の中心軸が、前記開口の中心と前記接続口の中心とを結ぶ直線に垂直となるように、且つ前記接続口の中心に対して前記開口の中心と反対側にあるように前記方形導波管が接続されたホーン構造を備えることを特徴とする。 Next, the second structure will be described. The horn antenna according to the present invention is a horn antenna having a rectangular connection port connected to a window formed on a narrow wall surface of a rectangular waveguide and a rectangular opening having an area larger than the area of the connection port and transmitting and receiving electromagnetic waves. And
When viewed from a direction perpendicular to the surface of the opening, the center of the opening and the center of the connection port are deviated, and the central axis of the square waveguide is the center of the opening and the center of the connection port. It is characterized by having a horn structure in which the square waveguide is connected so as to be perpendicular to the straight line connecting the two and so as to be opposite to the center of the opening with respect to the center of the connection port.

いずれの構造もホーンの中心軸がホーンの開口の面に対して垂直でなく、さらに導波管との接続もずらしているので、ビーム方向を傾斜させることができる。ビーム方向はホーン形状と導波管との接続状態で調整することができる。従って、このホーンアンテナを基板正面に２つ配置し、ビーム方向を調整してモノパルス測角方式を採用すれば広角に目標物の存在及び方位を検知することができる。つまり、本発明は、正面方向からずれた方向にある目標物の存在及び方位を検知できるようにアンテナ指向性ビームを正面方向からずれた方向に向けることができるホーンアンテナを提供することができる。 In either structure, the central axis of the horn is not perpendicular to the surface of the opening of the horn, and the connection with the waveguide is also shifted, so that the beam direction can be inclined. The beam direction can be adjusted by connecting the horn shape and the waveguide. Therefore, if two horn antennas are arranged in front of the substrate and the beam direction is adjusted to adopt the monopulse angle measurement method, the existence and orientation of the target can be detected at a wide angle. That is, the present invention can provide a horn antenna capable of directing an antenna directional beam in a direction deviated from the front direction so that the presence and orientation of a target object deviated from the front direction can be detected.

具体的なホーン構造は次の通りである。
前記ホーン構造は、前記開口の面に垂直な方向から見た時に、前記開口の向かい合う二組の辺のいずれか一方の中心線上に前記接続口の中心があることを特徴とする。
前記ホーン構造は、前記開口の面に垂直な方向から見た時に、前記接続口の一辺が前記開口の一辺に接触あるいは前記開口の中心に対して前記開口の一辺より遠方にあるようにずれていることを特徴とする。
前記導波管は、前記窓に対面する狭壁面に段差が形成されていることを特徴とする。
前記ホーン構造は、前記開口と前記接続口とを接続するホーン面が階段状であることを特徴とする。 The specific horn structure is as follows.
The horn structure is characterized in that the center of the connection port is on the center line of one of two sets of opposite sides of the opening when viewed from a direction perpendicular to the surface of the opening.
When viewed from a direction perpendicular to the surface of the opening, the horn structure is displaced so that one side of the connection port contacts one side of the opening or is farther from the center of the opening than one side of the opening. It is characterized by being.
The waveguide is characterized in that a step is formed on a narrow wall surface facing the window.
The horn structure is characterized in that the horn surface connecting the opening and the connection port is stepped.

前記ホーン構造は、前記開口と前記接続口とが前記電磁波の波長の０．８倍以上離れていることを特徴とする。ビーム方向を所望方向へ調整するためには開口と接続口との距離（ホーンの長さ）が電磁波の波長の０．８倍以上である必要がある。 The horn structure is characterized in that the opening and the connection port are separated by 0.8 times or more the wavelength of the electromagnetic wave. In order to adjust the beam direction in the desired direction, the distance between the aperture and the connection port (horn length) must be 0.8 times or more the wavelength of the electromagnetic wave.

本発明に係るホーンアンテナアレイは、複数の前記ホーンアンテナを、前記接続口の中心と前記開口の中心とを結ぶ全ての直線が平行となるように並列させたことを特徴とする。本ホーンアンテナアレイにてビームフォーミング方式を利用することで電磁波の指向性を制御することができる。 The horn antenna array according to the present invention is characterized in that a plurality of the horn antennas are arranged in parallel so that all straight lines connecting the center of the connection port and the center of the opening are parallel. The directivity of electromagnetic waves can be controlled by using the beamforming method in this horn antenna array.

なお、上記各発明は、可能な限り組み合わせることができる。 The above inventions can be combined as much as possible.

本発明は、正面方向からずれた方向にある目標物の存在及び方位を検知できるようにアンテナ指向性ビームを正面方向からずれた方向に向けることができるホーンアンテナ及びホーンアンテナアレイを提供することができる。 The present invention can provide a horn antenna and a horn antenna array capable of directing an antenna directional beam in a direction deviated from the front direction so that the presence and orientation of a target in a direction deviated from the front direction can be detected. it can.

本発明に関連する広角方位検知システムの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the wide-angle directional detection system which concerns on this invention. 本開示のモノパルス測角方式の原理を示す図である。It is a figure which shows the principle of the monopulse angle measurement system of this disclosure. 本発明に関連する広角方位検知システムの構造を説明する図である。It is a figure explaining the structure of the wide-angle directional detection system which concerns on this invention. 本発明に係るホーンアンテナの構造を説明する図である。It is a figure explaining the structure of the horn antenna which concerns on this invention. 本発明に係るホーンアンテナの構造を説明する図である。It is a figure explaining the structure of the horn antenna which concerns on this invention. 本発明に係るホーンアンテナの構造を説明する図である。It is a figure explaining the structure of the horn antenna which concerns on this invention. 本発明に係るホーンアンテナの構造を説明する図である。It is a figure explaining the structure of the horn antenna which concerns on this invention. 本発明に係るホーンアンテナの構造を説明する図である。It is a figure explaining the structure of the horn antenna which concerns on this invention. 本発明に係るホーンアンテナの構造を説明する図である。It is a figure explaining the structure of the horn antenna which concerns on this invention. 本発明に係るホーンアンテナの構造を説明する図である。It is a figure explaining the structure of the horn antenna which concerns on this invention. 本発明に係るホーンアンテナの構造を説明する図である。It is a figure explaining the structure of the horn antenna which concerns on this invention. 本発明に係るホーンアンテナの効果を説明する図である。It is a figure explaining the effect of the horn antenna which concerns on this invention. 本発明に係るホーンアンテナの効果を説明する図である。It is a figure explaining the effect of the horn antenna which concerns on this invention. 本発明に係るホーンアンテナアレイの構造を説明する図である。It is a figure explaining the structure of the horn antenna array which concerns on this invention.

添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施例であり、本発明は、以下の実施形態に制限されるものではない。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The embodiments described below are examples of the present invention, and the present invention is not limited to the following embodiments. In addition, the components having the same reference numerals in the present specification and the drawings shall indicate the same components.

（実施形態１）
図４は、本実施形態のホーンアンテナ１０１を説明する図である。ホーンアンテナ１０１は導波管の先端にホーンを配置する第１構造である。図４（Ｃ）は、ホーンアンテナ１０１の等角投影図である。また、図４（Ｃ）のＡの方向から見た側面図を図４（Ａ）、Ｂの方向から見た正面図を図４（Ｂ）に示す。 (Embodiment 1)
FIG. 4 is a diagram illustrating the horn antenna 101 of the present embodiment. The horn antenna 101 has a first structure in which a horn is arranged at the tip of a waveguide. FIG. 4C is an isometric view of the horn antenna 101. Further, a side view of FIG. 4 (C) seen from the direction A is shown in FIG. 4 (A), and a front view seen from the direction of B is shown in FIG. 4 (B).

ホーンアンテナ１０１は、方形導波管７０の接続端に接続する矩形の接続口４１、及び接続口４１の面積より大きい面積を持ち電磁波を送受信する矩形の開口４２を有するホーンアンテナであって、
方形導波管７０の中心軸７１と開口４２の面との交点Ａと開口４２の中心Ｂとがずれており、接続口４１の中心Ｃ１から開口４２の面へ下した垂線の足Ｃ２の位置が交点Ａと開口の中心Ｂを結ぶ線分上にあるようなホーン構造を備える。 The horn antenna 101 is a horn antenna having a rectangular connection port 41 connected to the connection end of the rectangular waveguide 70 and a rectangular opening 42 having an area larger than the area of the connection port 41 and transmitting and receiving electromagnetic waves.
The intersection A of the central axis 71 of the rectangular waveguide 70 and the surface of the opening 42 and the center B of the opening 42 are deviated from each other, and the position of the foot C2 of the perpendicular line extending from the center C1 of the connection port 41 to the surface of the opening 42. Is provided with a horn structure such that is on a line segment connecting the intersection A and the center B of the opening.

導波管７０は図４（Ａ）の左側から供給される電磁波をホーン部４０まで伝搬する。また、導波管７０はホーン部４０が受信した電磁波を図４（Ａ）の左側へ伝搬する。ホーン部４０は接続口４１と開口４２を有し、これらを上底と下底とする錐台の構造である。この錐台は対称ではなく、開口４２に対して接続口４１がＹ方向にずれている（図６（Ｂ）を参照。）。また、ホーン部４０は開口４２に対して接続口４１がＸ方向とＹ方向にずれていてもよい（図６（Ａ）を参照。）。 The waveguide 70 propagates the electromagnetic wave supplied from the left side of FIG. 4A to the horn portion 40. Further, the waveguide 70 propagates the electromagnetic wave received by the horn unit 40 to the left side of FIG. 4 (A). The horn portion 40 has a connection port 41 and an opening 42, and has a frustum structure having these as an upper base and a lower base. The frustum is not symmetrical and the connection port 41 is offset in the Y direction with respect to the opening 42 (see FIG. 6B). Further, in the horn portion 40, the connection port 41 may be displaced in the X direction and the Y direction with respect to the opening 42 (see FIG. 6A).

ホーン部４０は接続口４１において導波管７０の端部に接続されるが、接続口４１の中心Ｃ１と導波管７０の中心軸７１とがずれた状態で接続される。図４（Ｂ）はホーン部４０と導波管７０とのずれた状態を説明する図である。「Ａ」は中心軸７１と開口４２との交点であり、開口４２の面上における導波管７０の中心位置である。「Ｂ」は開口４２の中心である。「Ｃ２」は接続口４１の中心Ｃ１から開口４２の面へ下した垂線の足であり、開口４２の面上における接続口４１の中心位置である。 The horn portion 40 is connected to the end of the waveguide 70 at the connection port 41, but is connected in a state where the center C1 of the connection port 41 and the central axis 71 of the waveguide 70 are deviated from each other. FIG. 4B is a diagram illustrating a state in which the horn portion 40 and the waveguide 70 are displaced from each other. “A” is the intersection of the central axis 71 and the opening 42, and is the central position of the waveguide 70 on the surface of the opening 42. "B" is the center of the opening 42. “C2” is a foot of a perpendicular line extending from the center C1 of the connection port 41 to the surface of the opening 42, and is the center position of the connection port 41 on the surface of the opening 42.

図６（Ｂ）のようなホーン部４０の形状とし、図４のようにホーン部４０と導波管７０とを接続することでビーム方向はＺ方向からＹ方向へ傾き、点Ｃ１と点Ｂとを結ぶ直線状に形成されることになる。 By forming the shape of the horn portion 40 as shown in FIG. 6 (B) and connecting the horn portion 40 and the waveguide 70 as shown in FIG. 4, the beam direction is inclined from the Z direction to the Y direction, and the points C1 and B It will be formed in a straight line connecting with.

（実施形態２）
図５は、本実施形態のホーンアンテナ１０２を説明する図である。ホーンアンテナ１０２は導波管の狭壁面にホーンを配置する第２構造である。図５（Ｃ）は、ホーンアンテナ１０２の等角投影図である。また、図５（Ｃ）のＡの方向から見た側面図を図５（Ａ）、Ｂの方向から見た正面図を図５（Ｂ）に示す。 (Embodiment 2)
FIG. 5 is a diagram illustrating the horn antenna 102 of the present embodiment. The horn antenna 102 has a second structure in which the horn is arranged on the narrow wall surface of the waveguide. FIG. 5C is an isometric view of the horn antenna 102. Further, a side view of FIG. 5 (C) seen from the direction A is shown in FIG. 5 (A), and a front view seen from the direction of B is shown in FIG. 5 (B).

ホーンアンテナ１０２は、方形導波管７０の狭壁面に形成された窓７２に接続する矩形の接続口４１、及び接続口４１の面積より大きい面積を持ち電磁波を送受信する矩形の開口４２を有するホーンアンテナであって、
開口４２の面に垂直な方向から見た時に、開口４２の中心Ｂと接続口４１の中心Ｃ１とがずれており、方形導波管７０の中心軸７１が、開口４２の中心Ｂと接続口４１の中心Ｃ１とを結ぶ直線に垂直となるように、且つ接続口４１の中心Ｃ１に対して開口４２の中心Ｂと反対側にあるように方形導波管７０が接続されたホーン構造を備える。 The horn antenna 102 is a horn having a rectangular connection port 41 connected to a window 72 formed on a narrow wall surface of a rectangular waveguide 70, and a rectangular opening 42 having an area larger than the area of the connection port 41 and transmitting and receiving electromagnetic waves. It ’s an antenna,
When viewed from the direction perpendicular to the surface of the opening 42, the center B of the opening 42 and the center C1 of the connection port 41 are deviated from each other, and the central axis 71 of the square waveguide 70 is the center B of the opening 42 and the connection port. A horn structure is provided in which a square waveguide 70 is connected so as to be perpendicular to a straight line connecting the center C1 of 41 and to be opposite to the center B of the opening 42 with respect to the center C1 of the connection port 41. ..

導波管７０は図５（Ｂ）の右側から供給される電磁波をホーン部４０まで伝搬する。また、導波管７０はホーン部４０が受信した電磁波を図５（Ｂ）の右側へ伝搬する。ホーン部４０の形状についてはホーンアンテナ１０１の説明と同様である。 The waveguide 70 propagates the electromagnetic wave supplied from the right side of FIG. 5B to the horn portion 40. Further, the waveguide 70 propagates the electromagnetic wave received by the horn unit 40 to the right side of FIG. 5 (B). The shape of the horn portion 40 is the same as the description of the horn antenna 101.

ホーン部４０は接続口４１において導波管７０の窓７２に接続されるが、Ｚ方向から見た時に接続口４１の中心Ｃ１と導波管７０の中心軸７１とがずれた状態で接続される。図５（Ｂ）はホーン部４０と導波管７０とのずれた状態を説明する図である。「Ｂ」は開口４２の中心である。「Ｃ２」は接続口４１の中心Ｃ１から開口４２の面へ下した垂線の足であり、開口４２の面上における接続口４１の中心位置である。開口４２の面上において点Ｂと点Ｃ２とを結ぶ直線と中心線７１とは垂直であり、中心線７１が点Ｃ２に対して開口４２の中心Ｂと反対側にあるように接続される。 The horn portion 40 is connected to the window 72 of the waveguide 70 at the connection port 41, but is connected in a state where the center C1 of the connection port 41 and the central axis 71 of the waveguide 70 are deviated when viewed from the Z direction. To. FIG. 5B is a diagram illustrating a state in which the horn portion 40 and the waveguide 70 are displaced from each other. "B" is the center of the opening 42. “C2” is a foot of a perpendicular line extending from the center C1 of the connection port 41 to the surface of the opening 42, and is the center position of the connection port 41 on the surface of the opening 42. The straight line connecting the point B and the point C2 on the surface of the opening 42 and the center line 71 are perpendicular to each other, and are connected so that the center line 71 is on the opposite side of the center B of the opening 42 with respect to the point C2.

図６（Ｂ）のようなホーン部４０の形状とし、図５のようにホーン部４０と導波管７０とを接続することでビーム方向はＺ方向からＹ方向へ傾き、点Ｃ１と点Ｂとを結ぶ直線状に形成されることになる。 By forming the shape of the horn portion 40 as shown in FIG. 6 (B) and connecting the horn portion 40 and the waveguide 70 as shown in FIG. 5, the beam direction is inclined from the Z direction to the Y direction, and the points C1 and B It will be formed in a straight line connecting with.

（ホーン部の形状）
図７及び図８はホーン部４０の他の形状を説明する図である。前記ホーン構造は、開口４２の面に垂直な方向から見た時に、接続口４１の一辺が開口４２の一辺に接触あるいは開口４２の中心Ｂに対して開口４２の一辺より遠方にあるようにずれていることを特徴とする。図７は、錐台の側面の一つがＺ方向に平行である形状のホーン部４０を説明する図である。図８は、錐台の側面の一つが接続口４１から見た時にオーバーハングしている形状のホーン部４０を説明する図である。所望のビーム方向を形成するために図７や図８のような形状のホーン部４０を導波管７０に接続してもよい。 (Shape of horn)
7 and 8 are views for explaining another shape of the horn portion 40. When viewed from a direction perpendicular to the surface of the opening 42, the horn structure is displaced so that one side of the connection port 41 contacts one side of the opening 42 or is farther from the center B of the opening 42 than one side of the opening 42. It is characterized by being. FIG. 7 is a diagram illustrating a horn portion 40 having a shape in which one of the side surfaces of the frustum is parallel to the Z direction. FIG. 8 is a diagram illustrating a horn portion 40 having a shape in which one of the side surfaces of the frustum is overhanging when viewed from the connection port 41. A horn portion 40 having a shape as shown in FIGS. 7 and 8 may be connected to the waveguide 70 in order to form a desired beam direction.

図９はホーン部４０の他の形状を説明する図である。図９（Ｃ）は、ホーンアンテナ１０１の等角投影図である。また、図９（Ｃ）のＡの方向から見た側面図を図９（Ａ）、Ｂの方向から見た正面図を図９（Ｂ）に示す。前記ホーン構造は、開口４２と接続口４１とを接続するホーン面が階段状であることを特徴とする。図４から図８まではホーン部４０の形状が錐台である場合を説明した。ホーン部４０の形状は錐台に限らない。ホーン部４０の形状は、図９のようにホーン面が階段状に形成されていてもよい。図９では、ホーン面の一つがＺ方向に平行であり、他の３面に段差がある形状のホーン部４０を説明する。ただし、段差はＺ方向に平行のホーン面以外のホーン面全てに形成する必要はない。 FIG. 9 is a diagram illustrating another shape of the horn portion 40. FIG. 9C is an isometric view of the horn antenna 101. Further, a side view of FIG. 9 (C) seen from the direction A is shown in FIG. 9 (A), and a front view seen from the direction of B is shown in FIG. 9 (B). The horn structure is characterized in that the horn surface connecting the opening 42 and the connection port 41 is stepped. From FIG. 4 to FIG. 8, the case where the shape of the horn portion 40 is a frustum has been described. The shape of the horn portion 40 is not limited to the frustum. As for the shape of the horn portion 40, the horn surface may be formed in a stepped shape as shown in FIG. FIG. 9 describes a horn portion 40 having a shape in which one of the horn surfaces is parallel to the Z direction and the other three surfaces have steps. However, it is not necessary to form the step on all the horn surfaces other than the horn surface parallel to the Z direction.

（導波管の構造）
図１０は導波管７０の構造を説明する図である。図１０（Ｂ）は、ホーンアンテナ１０２の等角投影図である。図１０（Ａ）はホーンアンテナ１０２を導波管７０の中心線を含むＺ方向に平行な面で切断した切断面を説明する図である。ホーンアンテナ１０２の場合、導波管７０は、窓７２に対面する狭壁面に段差７３が形成されていることを特徴とする。ホーンアンテナ１０２は、導波管７０内の電磁波の伝搬方向とホーン部４０の開口４２に形成されるビーム方向とが大きく異なる。このため、導波管７０の窓７２に対向する位置に段差７３を形成することでリターンロスを低減することができる。 (Structure of waveguide)
FIG. 10 is a diagram illustrating the structure of the waveguide 70. FIG. 10B is an isometric view of the horn antenna 102. FIG. 10A is a diagram illustrating a cut surface obtained by cutting the horn antenna 102 with a surface parallel to the Z direction including the center line of the waveguide 70. In the case of the horn antenna 102, the waveguide 70 is characterized in that a step 73 is formed on a narrow wall surface facing the window 72. In the horn antenna 102, the propagation direction of the electromagnetic wave in the waveguide 70 and the beam direction formed in the opening 42 of the horn portion 40 are significantly different. Therefore, the return loss can be reduced by forming the step 73 at a position facing the window 72 of the waveguide 70.

（実施例１）
図１１のようなホーンアンテナ１０１を作成し、導波管７０とホーン部４０とのずれ量Δによってビーム方向がどのように変化するかの検証を行った。図１１（Ａ）は、ホーンアンテナ１０１の等角投影図である。図１１（Ｂ）はホーンアンテナ１０１をＹ方向から見た図である。ホーンアンテナ１０１の開口４２の大きさはＸ方向の長さが２．１λ、Ｙ方向の長さが１．５λである。λは電磁波の波長である。また、ホーン部４０の高さ（開口４２と接続口４１との距離）は０．８λとした。 (Example 1)
A horn antenna 101 as shown in FIG. 11 was created, and it was verified how the beam direction changes depending on the amount of deviation Δ between the waveguide 70 and the horn portion 40. FIG. 11A is an isometric view of the horn antenna 101. FIG. 11B is a view of the horn antenna 101 as viewed from the Y direction. The size of the opening 42 of the horn antenna 101 is 2.1λ in the X direction and 1.5λ in the Y direction. λ is the wavelength of the electromagnetic wave. The height of the horn portion 40 (distance between the opening 42 and the connection port 41) was set to 0.8λ.

検証結果を図１２及び図１３に示す。図１２と図１３はビーム方向を説明している。図１２（Ａ）と図１３は、Ｚ方向を０度としたときのビーム方向のＸ方向への傾きを示している。図１２（Ｂ）は、Ｚ方向を０度としたときのビーム方向のＹ方向への傾きを示している。図１２（Ｂ）のようにビーム方向はＹ方向への傾きはほとんどない。一方、図１２（Ａ）のようにビーム方向はＸ方向へ約３０度の傾きを持つことがわかる。 The verification results are shown in FIGS. 12 and 13. 12 and 13 illustrate the beam direction. 12 (A) and 13 show the inclination of the beam direction in the X direction when the Z direction is 0 degrees. FIG. 12B shows the inclination of the beam direction in the Y direction when the Z direction is 0 degrees. As shown in FIG. 12B, the beam direction has almost no inclination in the Y direction. On the other hand, as shown in FIG. 12A, it can be seen that the beam direction has an inclination of about 30 degrees in the X direction.

図１３は、ずれ量Δに対するビーム方向の変化を説明している。ビーム方向は、Δ＝０λのときＸ方向へ約２５度傾き、Δ＝０．１λのときＸ方向へ約３０度傾き、Δ＝０．２λのときＸ方向へ約３６度傾く。このように、導波管７０とホーン部４０とのずれ量を調整することで所望の方向へビームを形成することができる。同様に、ホーン部４０の開口４２の中心と接続口４１の中心のずれ量を調整することでも所望の方向へビームを形成することができる。 FIG. 13 explains the change in the beam direction with respect to the deviation amount Δ. The beam direction is tilted about 25 degrees in the X direction when Δ = 0λ, tilted about 30 degrees in the X direction when Δ = 0.1λ, and tilted about 36 degrees in the X direction when Δ = 0.2λ. In this way, the beam can be formed in a desired direction by adjusting the amount of deviation between the waveguide 70 and the horn portion 40. Similarly, the beam can be formed in a desired direction by adjusting the amount of deviation between the center of the opening 42 of the horn portion 40 and the center of the connection port 41.

以上の検証より、本発明に係るホーンアンテナは、ホーン部４０の形状と導波管７０とホーン部４０とのずれ量を調整することで所望の方向へビームを形成することができる。具体的には、ビーム方向をエレベーション方向へはセンターに保ちつつアジマス方向へは３０度傾斜させることが可能である。このようなホーンアンテナを２つ使用することで図２で説明したモノパルス測角方式を採用して広角に目標物の存在及び方位を検知することができる。 From the above verification, the horn antenna according to the present invention can form a beam in a desired direction by adjusting the shape of the horn portion 40 and the amount of deviation between the waveguide 70 and the horn portion 40. Specifically, it is possible to incline the beam direction by 30 degrees in the azimuth direction while keeping the beam direction at the center in the elevation direction. By using two such horn antennas, the presence and orientation of the target can be detected at a wide angle by adopting the monopulse angle measurement method described with reference to FIG.

（実施例２）
指向性を高めるためにホーンアンテナ１０１又はホーンアンテナ１０２を複数並列させ、ビームフォーミング方式を適用してもよい。図１４は、本実施例のホーンアンテナアレイ２０１を説明する図である。ホーンアンテナアレイ２０１は、ホーンアンテナ１０２を、接続口４１の中心と開口４２の中心とを結ぶ全ての直線が平行となるように並列させている。つまり、ホーンアンテナアレイ２０１は、ビーム方向を揃えて複数のホーンアンテナ１０２を一列に配列させた構造である。本実施例ではホーンアンテナ１０２を配列させているが、ホーンアンテナ１０１を配列させてもよい。 (Example 2)
In order to improve the directivity, a plurality of horn antennas 101 or 102 horn antennas 102 may be arranged in parallel and a beamforming method may be applied. FIG. 14 is a diagram illustrating the horn antenna array 201 of this embodiment. In the horn antenna array 201, the horn antenna 102 is arranged in parallel so that all the straight lines connecting the center of the connection port 41 and the center of the opening 42 are parallel. That is, the horn antenna array 201 has a structure in which a plurality of horn antennas 102 are arranged in a row with the beam directions aligned. In this embodiment, the horn antennas 102 are arranged, but the horn antennas 101 may be arranged.

（他の実施例）
上記各発明の構造は、可能な限り組み合わせることができる。 (Other Examples)
The structures of the above inventions can be combined as much as possible.

Ｓ：広角方位検知システム
１：誘電体基板
２：金属部材
１１、１２、１３：導波路
１４：基板平面アンテナ
２１、２２、２３：ホーン構造
２４：筐体面
２５、２６：筐体角
２７：回折構造
３１、３２、３３：レドーム部材
３１’、３２’、３３’：フィルム部材
４０：ホーン部
４１：接続口
４２：開口
７０：導波管
７１：中心線
７２：窓
７３：段差 S: Wide-angle orientation detection system 1: Dielectric substrate 2: Metal members 11, 12, 13: Waveguide 14: Substrate plane antenna 21, 22, 23: Horn structure 24: Housing surface 25, 26: Housing angle 27: Diffraction Structures 31, 32, 33: Radome members 31', 32', 33': Film member 40: Horn portion 41: Connection port 42: Opening 70: Waveguide 71: Center line 72: Window 73: Step

Claims (7)

方形導波管の狭壁面に形成された窓に接続する矩形の接続口、及び前記接続口の面積より大きい面積を持ち電磁波を送受信する矩形の開口を有するホーンアンテナであって、
前記開口の面に垂直な方向から見た時に、前記開口の中心と前記接続口の中心とがずれており、前記方形導波管の中心軸が、前記開口の中心と前記接続口の中心とを結ぶ直線に垂直となるように、且つ前記接続口の中心に対して前記開口の中心と反対側にあるように前記方形導波管が接続されたホーン構造を備えることを特徴とするホーンアンテナ。 A horn antenna having a rectangular connection port connected to a window formed on a narrow wall surface of a rectangular waveguide, and a rectangular opening having an area larger than the area of the connection port and transmitting and receiving electromagnetic waves.
When viewed from a direction perpendicular to the surface of the opening, the center of the opening and the center of the connection port are deviated, and the central axis of the square waveguide is the center of the opening and the center of the connection port. A horn antenna having a horn structure in which the square waveguide is connected so as to be perpendicular to a straight line connecting the two and so as to be opposite to the center of the opening with respect to the center of the connection port. .. 前記ホーン構造は、
前記開口の面に垂直な方向から見た時に、前記開口の向かい合う二組の辺のいずれか一方の中心線上に前記接続口の中心があることを特徴とする請求項１に記載のホーンアンテナ。 The horn structure
The horn antenna according to claim 1, wherein the center of the connection port is on the center line of one of the two sets of sides facing the opening when viewed from a direction perpendicular to the surface of the opening. 前記ホーン構造は、
前記開口の面に垂直な方向から見た時に、前記接続口の一辺が前記開口の一辺に接触あるいは前記開口の中心に対して前記開口の一辺より遠方にあるようにずれていることを特徴とする請求項１又は２に記載のホーンアンテナ。 The horn structure
When viewed from a direction perpendicular to the surface of the opening, one side of the connection port is in contact with one side of the opening or is displaced so as to be farther than one side of the opening with respect to the center of the opening. The horn antenna according to claim 1 or 2. 前記導波管は、前記窓に対面する狭壁面に段差が形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のホーンアンテナ。 The horn antenna according to any one of claims 1 to 3, wherein the waveguide has a step formed on a narrow wall surface facing the window. 前記ホーン構造は、前記開口と前記接続口とを接続するホーン面が階段状であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のホーンアンテナ。 The horn antenna according to any one of claims 1 to 4, wherein the horn structure has a stepped horn surface that connects the opening and the connection port. 前記ホーン構造は、前記開口と前記接続口とが前記電磁波の波長の０．８倍以上離れていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のホーンアンテナ。 The horn antenna according to any one of claims 1 to 5, wherein the horn structure is such that the opening and the connection port are separated by 0.8 times or more the wavelength of the electromagnetic wave. 請求項１から６のいずれかに記載の複数のホーンアンテナを、前記接続口の中心と前記開口の中心とを結ぶ全ての直線が平行となるように並列させたホーンアンテナアレイ。 A horn antenna array in which a plurality of horn antennas according to any one of claims 1 to 6 are arranged in parallel so that all straight lines connecting the center of the connection port and the center of the opening are parallel.
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