CN101009401A - 圆形波导管天线及圆形波导管阵列天线 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种圆形波导管天线及圆形波导管阵列天线。本发明的课题在于提供改善天线的反射损耗特性并实现辐射特性特别是辐射增益的提高，低价格的小型圆形波导管阵列天线。在圆形波导管的一侧具有对电磁波馈电的馈电部(17)，在相反侧具有辐射电磁波的辐射开口面(10)的圆形波导管天线的特征在于，把圆形波导管设为所述馈电部侧的馈电侧开口面的直径为a、辐射开口面(10)的直径为比馈电侧开口面的直径a大的d、张角为2α的圆锥喇叭(11)，设使用频带的中心频率的波长为λ时，作为张角2α的1/2的α值在0.8×Arcsin(0.1349114/(d/λ))至1.2Arcsin(0.1349114/(d/λ))之间。

Description

圆形波导管天线及圆形波导管阵列天线
技术领域
本发明涉及圆形波导管天线及圆形波导管阵列天线(array antenna)。
背景技术
一般地，可逆定理在天线中成立，因此发送特性和接收特性完全相同，在以下所述的说明中只要没有预先说明，则作为发送时的说明，接收的情况也同样，因此省略说明。
近年来，伴随着无线通信技术的显著发展，分配给各种通信设备的频带容易不足，为了弥补该不足，频率的有效利用和向更加高频区域的移动所需的技术开发正成为紧急课题。例如，在高度道路交通系统(ITS：Intelligent Transport System，智能交通系统)中开始使用以往几乎仅在基础研究中使用的微波，在不久的将来，在日本、欧美等的汽车社会中，可以预测到微波关联通信设备会和家电同样地被爆发性地利用。
在上述这样的微波通信的领域中，当然需要各种部件和装置的微波化。其中承担微波通信的最重要装置之一是天线。没有可收发微波信号的天线，微波通信就不成立。现在，参加微波通信的研究开发中的世界中的研究机关、制造商正在竞相开发高性能的微波天线，至今为止开发出的微波天线的结构各式各样，但其中特性相当优越的微波天线之一是圆形波导管阵列天线。
接着，说明以往的圆形波导管阵列天线的一例，在此之前，对构成圆形波导管阵列天线的一般的圆形波导管天线的一个例子进行说明。
圆形波导管天线由馈电部和辐射部构成，馈电部有很多种类，而辐射部由导体的圆筒形形成，其直径和高度由使用频率、与馈电部之间的匹配状态以及辐射指向性来决定。随着使用频率越高，即波长λ越短，所述辐射部的圆筒的直径越小，馈电部和辐射部的加工变困难。
图30示出以往的圆形波导管天线的结构的一个例子，图30(a)是立体图、图30(b)是剖面立体图。圆形波导管31与被切割成某一长度、具有导体箔的电介质片32电连接并接地。此外，电介质片33与电介质片32夹住作为传送路径的带状线(stripline)34，形成带状线34。带状线34有传送电信号的作用，延伸到圆形波导管31中，构成圆形波导管天线。
带状线34的带状线前端36露出到圆形波导管31的中心部，由露出的长度和圆形波导管31的直径来决定天线的阻抗。按照圆形波导管31的下部开口除去了导体箔的、具有所述导体箔的电介质片32的电介质露出部覆盖带状线前端36，构成馈电部37。
通常，从带状线前端36向上下辐射电磁波，因此按照圆形波导管31的下部开口，在其正下方设置的导体板35上设置与圆形波导管31相同直径的圆筒形的空洞38，以不会只从圆形波导管31的上部开口辐射出一半的电磁波，空洞38的表面实施了表面处理以更好地反射使用电磁波。
空洞38的深度为使用频带的中心频率的管内波长λg的约1/4。因此，从带状线前端36向下方辐射的电磁波传播λg/4的距离后，到达空洞38的底面，进行全反射，产生180°的相位反转后，再传播λg/4的距离，返回带状线前端36。
即，从带状线前端36向下方辐射的电磁波的传播距离为λg/2(＝λg/4+λg/4)，因全反射引起的180的相位反转相当于再传播λg/2，因此在空洞38的底面全反射后返回的电磁波与从带状线前端36向上方辐射的电磁波同相，成为高效地从圆形波导管31的上部开口进行辐射的结果。
另一方面，考虑辐射电磁波偏振面和稳定度，选择中心频率的波长λ和圆形波导管31的直径a，以使圆形波导管31内的电磁波的传播模成为基本模TE11。即，为了维持TE11模，使用波长λ必须小于TE11模的截止波长λc(＝3.412a)。
在这样的结构中，可以通过加工带状线前端36来使圆形波导管天线成为线偏振的圆形波导管天线或者圆偏振的圆形波导管天线。
此外，也有在1个板上形成以上这样的以往的圆形波导管天线的情况(例如，参照非专利文献1)。
此外，如果将这样的圆形波导管天线作为多个阵列元件来配置，则可得到圆形波导管阵列天线。例如，如果以等间隔在平面上配置，则可得到与具有相当于该配置面积的开口面的开口面天线几乎同等的辐射特性的天线。
此外，阵列天线是将多个天线配置为某一图形，可以得到具有通过单一天线得不到的特性的天线系统。此外，通过控制构成阵列天线的各元件天线的相位，可以控制天线系统整体的指向性，因此可以利用为波束扫描天线，而无需机械地移动天线本体。
圆形波导管阵列天线如其名，是将以往的多个圆形波导管天线作为元件天线配置成某一图形的阵列天线。圆形波导管天线是将切开的圆形波导管加工成某一尺寸，在此设置激励部，将切口作为开口面的天线。
通过各圆形波导管天线的尺寸和配置，可在某一区域内得到所期望的电场分布。例如，在平面区域内二维配置多个所述圆形波导管天线，可得到同样的方向、相位和振幅的电场分布。这样的天线的辐射特性与具有同样的电场分布的开口面天线的辐射特性在理论上几乎相同，但结构的自由度和电场分布的均一性比开口面天线好。
在以往的二维阵列天线中，构成阵列天线的元件天线通过连结各元件天线和信号源的传送路径而连接，传送路径与阵列天线的信号源或馈电口连接。
作为传送路径的同时也实现相位器的作用，从信号源到各个元件天线为止的传送路径的长度决定从各个元件天线辐射的电磁波的相位，对阵列天线整体的辐射特性带来影响，在根据情况还需要相位调整时，有时对各个传送路径串联地追加相位器(例如，参照专利文献1)。
接着，对将上述的圆形波导管天线作为多个阵列元件进行配置的以往的圆形波导管阵列天线的一个例子进行说明。
图31(a)是圆形波导管阵列天线的立体图，图31(b)是分解立体图。
天线的辐射面是在正方形区域内以等间隔加工了作为阵列元件上部开口的圆形波导管的圆形波导管板41。在圆形波导管板41中设有阵列元件的开口42、组装天线时以及与其它装置进行固定时所需的螺纹孔43。
在圆形波导管板41的辐射面的背面侧，设有：用于对圆形波导管进行馈电的带状线电路片44；电磁波反射板45，其使得在对阵列元件的开口42进行馈电时从带状线电路片44的(馈电)带状线47的前端辐射的电磁波返回到上部的开口；以及对馈电带状线的统一端子进行馈电的馈电口板46，三者分别通过螺钉等电连接。
设在带状线电路片44之上的带状线47被电介质片夹住，带状线电路片44不直接与圆形波导管板41和电磁波辐射板45电连接。位于圆形波导管板41的各个圆形波导管410下部的上部电介质片正好去除了与圆形波导管410相同尺寸的部分，因此只露出带状线47前端的一部分，可以容易地辐射电磁波。
这与在图30中说明的圆形波导管天线构造相同，此外，导入圆形波导管板41的全部圆形波导管410下部的全部的带状线47的馈电端子是在参考文献1中说明的那样的构造，从某一统一端子被分支，从该统一端子看来以相同的物理条件构成，因此从各个带状线47的馈电端子辐射的电磁波的偏振面、功率以及相位相同。统一端子从板46的馈电口通过同轴线路接受馈电。
电磁波反射板45是用于向上方反射从带状线47的馈电端子向下方辐射的电磁波的电磁波反射板，加工有与圆形波导管板41的全部的圆形波导管410相同位置且相同直径的不贯通圆筒形空洞48，各自的深度为管内波长λg的大约1/4。但是不贯通圆筒形空洞48的底面完全平坦，必须进行处理以更好地反射电磁波。板46是具有天线的馈电口49的板，通过它与其它的装置电连接。当对该馈电口49馈以高频信号时，存在于带状线电路片44中的带状线47的统一端子对其进行接收，对全部的带状线47的馈电端子平均分配。
图32是图31的圆形波导管板41的详细图，图32(a)是圆形波导管板41的立体剖面图，图32(b)是从正面观察到的剖面图。圆形波导管板41是厚度几毫米的导体板，在中心部的正方形区域内，加工有考虑了电磁波的传播模TE11而确定的直径的圆筒形孔，构成阵列元件的开口42。阵列元件的开口42为圆筒形的通孔，与圆形波导管板41垂直。
此外，选择圆形波导管的理由是较高的加工精度和可以通过钻孔机等容易地开口圆筒形的孔，但不能说阵列元件的上部开口的传播模TE11的电场分布一定是最佳电场分布。
图31所示的以往的圆形波导管阵列天线在某种意义上是将图30中所示的圆形波导管天线以紧凑的形式构成的天线。此外，这样加工成为阵列元件的圆形波导管天线时，可同时实现阵列元件的高配置精度、高尺寸精度以及加工的容易度。
另一方面，为了使上述圆形波导管阵列天线成为线偏振的圆形波导管天线或者圆偏振的圆形波导管天线，构成天线的阵列元件由线偏振的圆形波导管天线或者圆偏振的圆形波导管天线决定(例如，参照非专利文献2、3)。
专利文献1：日本特开2000-353916(0014-0019段，图1)
非专利文献1：Seiji Nishi and Hiroyo Ogawa：“Millimeter-WaveAd-Hoc Wireless Access System II：(7)70GHz Circular PolarizationAntenna”，Technical Digest 5rd Topical Symposium on Millimeter WavesTSMMW2003，pp.35-68，March2003，Kanagawa，Japan
非专利文献2：Seiji Nishi，Kiyoshi Hamaguti，Toshiaki Matui，HiroyoOgawa：“A Wireless Video Home-Link Using 60GHz Band：a Proposal ofAntenna Structure”，Proc.30th European Microwave Conference，Volume1，pp.305-308，October2000，Paris，France
非专利文献3：Seiji Nishi，Kiyoshi Hamaguti，Toshiaki Matui，HiroyoOgawa：“Development of Millimeter-Wave Video Transmission System II：Antenna Development”，Technical Digest 3rd Topical Symposium onMillimeter Waves TSMMW2001，pp.207-210，March2001，Kanagawa，Japan
非专利文献1或图30所示的以往的圆形波导管天线在某种意义上可以当作圆锥喇叭天线。即，圆形波导管天线是张角为0°的圆锥喇叭天线。并且，这样的以往的圆形波导管天线的圆形波导管一般切去辐射电磁波的开口20，而直接使用圆形波导管，因此存在肯定无法得到最佳辐射特性的问题。
此外，在非专利文献1中所示的以往的圆形波导管天线存在天线的反射损耗特性不好、辐射增益较低的问题。
此外，在专利文献1中所示的以往的阵列天线是减少电磁喇叭元件的数量而改善了辐射特性的天线，但存在电磁喇叭元件的形状变大，无法小型化的问题。此外，存在用于将辐射增益设为最大的电磁喇叭元件的形状不明确的问题。
此外，非专利文献2、3中所示的以往的圆形波导管阵列天线存在天线的反射损耗特性不好，辐射增益低的问题。
此外，在高频电路中，由于反射波的不好影响，存在装置的特性恶化或者不工作的情况，在截止反射波的情况下，需要在馈电端子处设置匹配电路或截止滤波器。例如，需要在馈电口之前设置匹配电路、滤波器或隔离器等来调节天线的阻抗。因此，存在天线变大、成本也变高的问题。
发明内容
因此，期望提供一种改善天线的反射损耗特性并且实现辐射特性、特别是辐射增益的提高，且价格低的小型圆形波导管阵列天线。
本发明的圆形波导管天线在圆形波导管的一侧具有对电磁波进行馈电的馈电部，在相反侧具有辐射所述电磁波的辐射开口面，当把所述圆形波导管设为所述馈电部侧的馈电侧开口面的直径为a、所述辐射开口面的直径为比所述馈电侧开口面的直径a大的d、张角为2α的圆锥喇叭，使用频带的中心频率的波长为λ时，作为所述张角2α的1/2的α值(以后，称为张角α值)为0.8×Arcsin(0.1349114/(d/λ))至1.2Arcsin(0.1349114/(d/λ))之间。
本发明在把所述圆形波导管设为所述馈电部侧的馈电侧开口面的直径为a、所述辐射开口面的直径为比所述馈电侧开口面的直径a大的d、张角为2α的圆锥喇叭，使用频带的中心频率的波长为λ时，所述张角α值为0.8×Arcsin(0.1349114/(d/λ))至1.2Arcsin(0.1349114/(d/λ))之间，因此可以改善天线反射损耗特性，提高辐射特性、特别是辐射增益，并且可以价格低且小型。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1的圆形波导管天线的结构图。
图2是表示本发明的实施方式1的圆形波导管天线的平面图。
图3是表示本发明的实施方式1的圆形波导管天线的试制结果的增益特性图。
图4是喇叭天线的立体图。
图5是喇叭天线的侧面剖面图。
图6是喇叭天线的开口效率η的特性图。
图7是喇叭天线的辐射增益特性图。
图8是喇叭天线的最大辐射增益特性图。
图9是表示本发明的实施方式2的圆形波导管天线的平面图。
图10是表示本发明的实施方式3的圆形波导管天线的平面图。
图11是表示实施方式4的圆形波导管天线的外观图。
图12是表示本发明的实施方式7的圆形波导管阵列天线的结构图。
图13是表示本发明的实施方式7的圆形波导管阵列天线的喇叭型圆形波导管板结构图。
图14是表示本发明的实施方式8的圆形波导管阵列天线的喇叭型圆形波导管板结构图。
图15是表示本发明的实施方式9的圆形波导管阵列天线的分解立体图。
图16是表示本发明的实施方式9的圆形波导管阵列天线的喇叭型圆形波导管板的组装前的立体图。
图17是表示本发明的实施方式9的圆形波导管阵列天线的喇叭型圆形波导管板的组装后的立体图。
图18是表示本发明的实施方式10的圆形波导管阵列天线的分解立体图。
图19是表示本发明的实施方式10的圆形波导管阵列天线的喇叭型圆形波导管板的组装前的立体图。
图20是表示本发明的实施方式10的圆形波导管阵列天线的喇叭型圆形波导管板的组装后的立体图。
图21是表示本发明的实施方式11的圆形波导管阵列天线的喇叭型圆形波导管板的立体图。
图22是均匀表面相位分布和功率分布阵列天线的辐射指向性图。
图23是表示本发明的实施方式12的圆形波导管阵列天线的喇叭型圆形波导管板结构图。
图24是表示本发明的实施方式13的圆形波导管阵列天线的分解立体图。
图25是表示本发明的实施方式13的圆形波导管阵列天线的喇叭型圆形波导管板的组装前的立体图。
图26是表示本发明的实施方式13的圆形波导管阵列天线的喇叭型圆形波导管板的组装后的立体图。
图27是表示本发明的实施方式14的圆形波导管阵列天线的分解立体图。
图28是表示本发明的实施方式14的圆形波导管阵列天线的喇叭型圆形波导管板的组装前的立体图。
图29是表示本发明的实施方式14的圆形波导管阵列天线的喇叭型圆形波导管板的组装后的立体图。
图30是以往的圆形波导管天线的结构图。
图31是以往的圆形波导管阵列天线的结构图。
图32是以往的圆形波导管阵列天线的圆形波导管板结构图。
具体实施方式
实施方式1
首先，对于本发明的实施方式1的圆形波导管天线的基本结构进行说明。在本发明的圆形波导管天线中，与以往的圆形波导管天线相比的不同点在于，辐射电磁波的开口的形状。
即，以往的圆形波导管天线的开口是切开的圆形波导管，而本发明的圆形波导管天线的开口根据使用频率设置规定的张角，尽量将辐射增益设为最大，使与馈电部的反射损耗为最小限度。
图1是表示本发明的实施方式1的圆形波导管天线的结构图，图1(a)是喇叭型圆形波导管天线的立体图，图1(b)是剖面立体图，图2是圆形波导管天线的平面图。
在结构上与图30所示的圆形波导管天线大致相同，而不同之处在于，天线的开口面不是圆筒形，而是圆锥形。
在图1(a)(b)中，圆形波导管天线在圆锥喇叭11的一侧具有对电磁波进行馈电的馈电部17、在相反侧具有辐射电磁波的辐射开口面10，圆锥喇叭11被切割为规定的长度，与按照圆锥喇叭11的下部开口去除了导体箔的、具有导体箔的电介质片12电连接并接地。此外，电介质片13和电介质片12夹着作为传送路径的带状线14。
带状线14具有传送高频信号的作用，延伸到圆锥喇叭11之中。电介质片12的电介质露出部覆盖带状线14的带状线前端16，构成馈电部17。
在图2中，1A是表示电场方向的箭头，与露出在圆形波导管中的带状线前端16相同方向。
导体15是天线的基台，同时内置有电磁波反射用圆筒形空洞18，该电磁波反射用圆筒形空洞18设置为将从带状线14辐射的电磁波从辐射开口面10辐射出去。在圆锥喇叭11的内侧，存在将圆形波导管加工为圆锥喇叭后形成的圆形波导管和圆锥喇叭的边界线19。
在此，喇叭型圆形波导管天线基本上具有与图4、图5所示的一般的喇叭天线相同的特性，因此对关于该喇叭天线的辐射增益变为最大，反射损耗抑制为最小限度的条件的调查结果进行说明。
图4是喇叭天线的立体图，图5是喇叭天线的侧面剖面图。
在图中，作为馈电口的圆形波导管52与圆锥形的喇叭天线主体51连接，53是开口面，54表示TE11模的电场分布。
将开口面53的直径设为d、圆形波导管52设为直径为a，喇叭管长度为L，开口面53距馈电口的圆形波导管前端的距离设为b，张角设为2α。
首先，喇叭天线的辐射增益G如式(1)所示。
G＝20log(πd/λ)+η(dB)    …(1)
λ是使用频带的中心频率的波长，η是喇叭天线的开口效率，一般以分贝的单位来表示。
图6表示喇叭天线的开口效率η的特性。用其计算辐射增益G，则可以得到图7所示的一般的喇叭天线的辐射增益特性。该特性是将d/λ设为参数，计算辐射增益G与喇叭天线的张角的一半α之间的关系，并作成图而得的。
图7(a)和图7(b)是分别分为d/λ小于1的情况和大于1的情况而示出的辐射增益特性。
如图7(a)所示，当d/λ为1.0时辐射增益G较大，随着d/λ变为1.0以下，辐射增益G变小，存在对于各个d/λ的值使得G为最大的α值。
在图7(a)中，61是用虚线示出的对于各个d/λ使得G为最大的值，是G的最大值特性曲线。该α值成为喇叭天线的设计基础。
d/λ越大，则辐射增益G越高，例如，当d/λ＝1时，喇叭天线的张角2α的1/2即α为7.7530°时，阵列元件的辐射增益G为最大，为9.171486dB。
α为7.7530°最好，但大约7.7530°也可以，此外，认为该值的±2°就够了，因此设张角α的优选范围在7.7530°-2°至7.7530°+2°之间。
当G变为最大时，反射损耗变为最小，即，馈电的电磁波的功率最大地从开口面辐射出来。但是，如图7(a)所示，随着使G最大的α值变小或变大，辐射增益G从最大值开始减小。
另一方面，如图7(b)所示，可知α在约15°至45°的范围内，d/λ在约2.0至6.0的范围内，增益特性在大约18±5.0dBi的区域(62)内密集，增益的变动变为约27％前后。
此外可知，d/λ在约1以下时，随着d/λ变小，增益特性基本上稳定，基本上不受α的影响。
图8(a)示出使得G一直为最大的d/λ与α之间的关系，相当于描画出在图7(a)中对于各个d/λ的值使辐射增益G为最大的α值，是通过计算而表达为曲线的图。
这样可知，如果给出d/λ或α，则使得辐射增益G为最大的喇叭天线的尺寸可唯一地确定。
该图8(a)所示的d/λ与α的关系根据计算结果，由式(2)表示。
α＝Arcsin(0.1349114/(d/λ))    …(2)
从式(2)可知为了α能够存在，喇叭天线开口面的直径必须满足式(3)所示的条件。即，
d＞0.1349114λ    …(3)
此外，图8(b)示出在给定d/λ时，设为多大的α能够得到多大的最大增益的特性。从该特性可知，如果d/λ的值为大约3以上，则α的值将不怎么变动，而只有增益增加。
本发明为了使得喇叭的辐射增益为最大，将所述张角的一半即α值设为式(2)所示的数值。式(2)所示的值是最好的，但认为该值的±20％也足够，因此将张角α的值在0.8×Arcsin(0.1349114/(d/λ))至1.2Arcsin(0.1349114/(d/λ))之间的范围设为优选范围。
此外，图30中所示的以往的圆形波导管天线在某种意义上可以当作喇叭天线，圆形波导管天线是张角为0°的喇叭天线。张角为0°时，根据式(2)得出辐射增益无法为最大，圆形波导管天线的反射损耗特性和辐射特性不是最佳。
根据以上的结果，图1所示的圆形波导管天线的圆锥喇叭11的辐射开口面10形成为当确定中心频率的波长λ和圆锥喇叭11的直径a，设张角的1/2为α时，使圆锥喇叭11的辐射开口面10直径为d，其喇叭管长度为L，以满足式(2)。
此外，对本发明的实施方式1的喇叭型圆形波导管天线进行馈电的是直线的带状线14的带状线前端16，辐射电场的方向与所述带状线14为相同方向。因此，本发明的实施方式1的圆形波导管天线是具有与所述带状线14相同方向的偏振的线偏振圆形波导管天线。
接着，利用图1～3对表示本发明的实施方式1的圆形波导管天线的动作进行说明。图3是试制69GHz喇叭型的圆形波导管天线的增益特性图。
在此，为了确认喇叭型的圆形波导管天线的辐射开口面10的半径与辐射增益之间的关系，说明试制中心频率69GHz的喇叭型的圆形波导管天线的结果。
将辐射开口面10的半径从1.4mm扩展至3.5mm，调查辐射增益的结果，如图3所示，辐射增益从6.5dBi变化至12.5dBi(141)，辐射增益提高约6.0dBi。
这样，通过将辐射开口面10的半径从1.4mm扩展至3.5mm，辐射增益大致达到最大值，得到与通过求解喇叭天线的辐射增益G的式(1)预测的值接近的结果。
在圆形波导管天线中，当从带状线14输入预定的高频信号时，信号传播到辐射端子16，对圆锥喇叭1进行馈电。辐射端子16的露出长度、圆锥喇叭11的尺寸以及形状被最优化，因此在带状线14上馈电功率基本上不反射而从辐射开口面10作为线偏振波辐射出去。
以上这样，设为圆锥喇叭11的馈电部侧的馈电侧开口面的直径为a，辐射开口面10的直径为比馈电侧开口面的直径a大的d，且张角为2α的圆锥喇叭，使用频带的中心频率的波长设为λ时，使张角α值为约Arcsin(0.1349114/(d/λ))，将以往的圆形波导管天线的开口面扩宽形成为圆锥形，因此具有下面的效果。
(1)能够使圆形波导管天线的辐射增益为最大，且反射损耗为最小。
(2)如图3所示，试制中心频率69.0GHz的圆形波导管天线的结果，通过扩宽开口面，辐射增益提高了约6.0dBi。
(3)上述的辐射增益增加是指所馈电的电磁波高效地从天线的辐射开口面10辐射出去，因此在天线内部传播的过程中被反射而返回原来的带状线14的功率减少。即，天线的辐射损耗特性，即所谓S11参数与以往的圆形波导管天线的反射损耗特性相比得到了改善，在本实施方式中实现了约10dB的改善。
(4)在高频电路中，由于反射波的不好影响，装置的特性恶化、或者不工作时，必须截止辐射波的情况下，需要在馈电端子上设置匹配电路、或者设置截止滤波器。例如，在本发明的情况下，需要在馈电口之前设置匹配电路或滤波器或隔离器(Isolator)等。但是，如在效果(3)中所述那样，如果改善了天线的S11参数，则不需要上述的匹配电路或滤波器或者隔离器，因此可以不需要这些装置。因此，可低价格地实现圆形波导管天线。
(5)如在效果(4)中所述那样，无需在天线的馈电口设置匹配电路或滤波器或者隔离器，因此也不需要用于设置这些装置的空间，因此可实现圆形波导管天线的小型化。
这样，可实现本发明的实施方式1的圆形波导管天线的高性能化、低价格化以及小型化。
此外，作为利用方式，本实施方式的圆形波导管为线偏振，但作为该天线的利用方式，可以用于微波、准微波通信，近年也可以用作为ETC和室内无线LAN的天线。
此外，因为是线偏振的圆形波导管天线，因此产生其特性，可以在与具有水平偏振、垂直偏振或者特定方向的偏振的线偏振圆形波导管天线之间的通信中使用。
实施方式2
在实施方式1中，对圆锥喇叭11进行馈电的是单纯切开的直线带状线前端16，因此得到的圆形波导管天线是线偏振的圆形波导管天线。
但是，如果对馈电用直线切开带状线进行加工，则可以把圆形波导管天线从线偏振的圆形波导管天线变为圆偏振的圆形波导管天线，可得到圆偏振的圆形波导管天线，而辐射增益和反射损耗特性基本上不恶化。本实施方式示出了圆偏振圆形波导管天线中的左旋圆偏振圆形波导管天线。
图9是表示本发明的实施方式2的圆形波导管天线的结构的平面图。
本实施方式与实施方式1的图1的结构大致相同，因此省略该结构的说明，仅说明不同部分。
在图9中，从正上方观察到的圆形波导管天线的开口面80不是单纯的圆筒，而实际上具有张角。在此为了激励圆偏振波，本实施方式代替实施方式1的图2中所示的线偏振激励用的一根切开带状线14，而如图9所示，从输入端子起延续的带状线84分支为2条传送路径841和842。传送路径841和842的特性阻抗基本上是带状线84的特性阻抗的2倍，因此线路宽度约变细为一半，成为增加电阻损耗的原因。因此，为了将传送路径841和842的线路宽度恢复到带状线84的线路宽度，在规定长度的地方设置了特性阻抗变换用级差841a和842a。
传送路径841和842的线路宽度恢复到与带状线84的线路宽度相同，但为了调节辐射电场方向，将传送路径841向圆形波导管的中心弯曲90°，但传送路径的传送路径前端851未到达圆形波导管天线的开口面80的中心。在将其弯曲的过程中，充分考虑了因传送路径的特性阻抗的不连续而引起的信号反射而进行设计，因此反射特性良好。同样，相反侧的传送路径842也向所述圆形波导管的中心弯曲了90°，但未到达圆形波导管天线的开口面80的中心。此外，配置成传送路径842的传送路径前端852与传送路径841的传送路径前端851成直角，从各自的前端到圆形波导管天线的开口面80的中心的距离相同。
本实施方式的圆形波导管天线形成左旋圆偏振，因此从带状线84与阻抗变换分支电路交叉的点到各传送路径前端851和852的距离是，传送路径前端852侧长λg/4。其中，λg是基板上的传送路径的高频信号波长。由此，从传送路径前端851和852辐射的电场的强度相同，但方向互为直角，传送路径前端852侧的一方的相位滞后90°。结果，如图9所示，顺时针方向转的箭头86为左旋圆偏振波的旋转方向，因为从正上方观察，所以看起来向右转，但电磁波是朝着观察方向前进，因此从背面看则为逆时针转，即可知辐射电场为向左转。
因此，本实施方式的圆形波导管天线通过改变实施方式1的线偏振的圆形波导管天线的馈电部，从而可以从线偏振的圆形波导管天线变为左旋圆偏振的圆形波导管天线。
接着，使用图9说明本发明的实施方式2的左旋圆偏振的圆形波导管天线的动作。
动作与实施方式1的线偏振的圆形波导管天线类似，但如图9所示，仅馈电部不同。
例如，从带状线84输入规定的高频信号，则所述高频信号向前进方向传播，到达所述分支电路，所述高频信号在功率上二等分，分别被输入所述传送路径841和842，继续向前进方向传播。
因为传送路径841侧的长度比传送路径842的长度短λg/4，因此所分配的所述高频信号到达阻抗变换电路841时，向与带状线84相同特性阻抗以及传送路径宽度的传送路径传播，较早到达传送路径前端851。同样地，传送路径842侧所分配的高频信号也按照相同过程在相位上滞后90°而到达传送路径前端852。
从传送路径前端851和852辐射的电场871和872的方向与各自前端的传送路径方向相同，因此互相垂直，电场871的一方相位超前90°。此外，从各传送路径前端851和852辐射的电场强度相等，因此从圆形波导管天线的开口面80辐射的电磁波为左旋圆偏振波。
以上这样，馈电部17具有带状线84，带状线84具有：输入传送路径；以及作为右传送路径的传送路径842、852和作为左传送路径的传送路径841、851，该左右传送路径从圆锥喇叭11的辐射电磁波的开口面80侧观察，从该输入传送路径沿着圆锥喇叭11的馈电侧的开口面的外侧左右分支，各自的前端朝向圆形波导管的中心直角地延伸，并突出设置了规定长度，带状线84辐射圆偏振的电磁波，因此通常当把线偏振变为圆偏振时，电场强度降低约70％(约1.5dB)，但通过使以往的圆形波导管天线的开口面具有开口角，与以往的圆筒形的情况相比，天线的辐射增益可以得到变为圆偏振时的降低量以上(几分贝)的改善，可实现圆偏振的圆形波导管天线的高性能化、低价格化以及小型化。
此外，形成为左侧传送路径的全长比所述右侧传送路径的全长短带状线上的波长λg的1/4，且辐射左旋圆偏振的电磁波，因此可以在左旋圆偏振的圆形波导管天线彼此之间的通信中使用，可以发挥即使在相同频带也难以受到线偏振或右旋圆偏振的圆形波导管天线的不利影响的特点，有效地利用频率。
此外，作为利用方式，左旋圆偏振的圆形波导管天线适用于微波、准微波通信，近年也可作为ETC和室内无线LAN的天线使用。
实施方式3
在实施方式2中，示出圆形波导管天线中的左旋圆偏振圆形波导管天线，本实施方式关于右旋圆偏振的圆形波导管天线。
图10是表示本发明的实施方式3的圆形波导管天线的结构的平面图。本实施方式与表示实施方式2的图9的结构大致相同，只调节了从传送路径前端辐射的电场的相位，使得辐射电磁波的偏振成为右旋，因此省略整体结构的说明，仅说明不同部分。
在图10中，从正上方观察到的圆形波导管天线的开口面90不是单纯的圆筒，而实际上具有张角。从输入端子起延续的带状线94与分支电路连接，分支为2条传送路径941和942。传送路径941和942的特性阻抗基本上是带状线94的特性阻抗的2倍，因此线路宽度约细为一半，成为增加电阻损耗的原因。因此，为了将所述传送路径941和942的线路宽度恢复到所述带状线94的线路宽度，在规定长度的地方设置了特性阻抗变换用级差941a和942a。
传送路径941和942的线路宽度恢复到与带状线94的线路宽度相同，但为了调节辐射电场方向，将传送路径941向圆形波导管天线的开口面90的中心弯曲90°，但传送路径的前端951未到达圆形波导管天线的开口面90的中心。在将其弯曲的过程中，充分考虑了因传送路径的特性阻抗的不连续而引起的信号反射而进行设计，因此反射特性良好。同样，相反侧的传送路径942也向所述圆形波导管天线的开口面90的中心弯曲了90°，但未到达圆形波导管天线的开口面90的中心。此外，配置为传送路径942的传送路径前端952与传送路径941的传送路径前端951成直角，从各自的前端到圆形波导管天线的开口面90的中心的距离相同。
本实施方式的圆偏振圆形波导管天线为右旋圆偏振，因此从带状线94与阻抗变换分支电路交叉的点到各传送路径前端951和952的距离与实施方式2相反，设计为传送路径前端951侧长λg/4。由此，从传送路径前端951和952辐射的电场的强度相同，但方向互为直角，传送路径前端951侧的一方的相位滞后90°。结果，如图10所示，逆时针方向转的箭头96为右旋圆偏振的旋转方向，因为从正上方观察，所以看起来向左转，但电磁波是朝着观察方向前进，因此从背面看则为顺时针转，即可知辐射电场为向右转。
因此，本实施方式的圆形波导管天线通过调节实施方式2的馈电部，从而可以从左旋圆偏振的圆形波导管天线变为右旋圆偏振的圆形波导管天线。
接着，使用图10说明本发明的实施方式3的右旋圆偏振的圆形波导管天线的动作。
动作与实施方式2的左旋圆偏振的圆形波导管天线类似，但如图10所示仅馈电部不同。
例如，从带状线94输入规定的高频信号，则所述高频信号向前进方向传播，到达所述分支电路，所述高频信号在功率上二等分，分别被输入传送路径941和942，继续向前进方向传播。
因为传送路径942侧的长度比传送路径941的长度短λg/4，因此所分配的所述高频信号到达阻抗变换电路942a，向与带状线94相同特性阻抗以及传送路径宽度的传送路径传播，较早到达传送路径前端952。同样地，传送路径941侧所分配的所述高频信号也按相同过程在相位上滞后90°而到达传送路径前端951。
从传送路径前端951和952辐射的电场971和972的方向与各自的前端的传送路径方向相同，因此互相垂直，电场972的一方相位超前90°。
此外，从各个前端辐射的电场强度相等，因此从圆形波导管天线的开口辐射的电磁波为右旋圆偏振。
以上这样，作为右侧传送路径的传送路径942的全长比作为所述左侧传送路径的传送路径941的全长短所述带状线上的波长λg的1/4，辐射右旋圆偏振的电磁波，因此通常当把线偏振变为圆偏振时，电场强度减低约70％(约1.5dB)，但通过使以往的圆形波导管天线的开口面具有开口角，与以往的圆筒形的情况相比，天线的辐射增益的改善量可以在变为圆偏振时的减低量以上(几分贝)，可实现圆形波导管天线的高性能化、低价格化以及小型化。
此外，可以仅在右旋圆偏振的圆形波导管天线彼此之间的通信中使用，可以发挥即使在相同频带中也难以受到线偏振或左旋圆偏振的圆形波导管天线的不利影响的特点，有效地利用频率。
此外，作为右旋圆偏振的圆形波导管天线的利用方式，适用于微波、准微波通信，近年也可作为ETC和室内无线LAN的天线使用。
实施方式4
在实施方式1的情况下，虽然可以独立使用，但无论从哪方面说都更适合于组装在其它装置中使用。但是，本实施方式是将实施方式1的线偏振的圆形波导管天线改良为易于单独使用的结构的实施方式。
图11是表示本发明的实施方式4的圆形波导管天线的外观图。
本实施方式与实施方式1的圆形波导管天线同样，是线偏振的圆形波导管天线，因此激励线偏振的电路是朝向辐射电磁波的喇叭型圆形波导管的中心的直线带状线，从正上方观察与实施方式1的图2相同，但不同点在于不是直接将圆锥喇叭11形成圆筒状，而是使用厚度相当于圆锥喇叭11的长度的导体板，在所述导体板上通过切削加工等形成喇叭型圆形波导管，并利用螺钉等将其固定在天线台上。即，对作为天线的辐射面的导体板进行圆锥喇叭加工，形成易于单独使用的装置。
在图11中，圆形波导管天线设有具有天线的辐射面104和开口面105a的圆锥喇叭105，圆形波导管天线由以下部分构成：作为上部开口的喇叭型圆形波导管板100；对圆锥喇叭105馈以电磁波的带状线电路片103；以及设有电磁波反射用空洞，由开有与馈电部和外部电路连接所需的螺孔等的导体板构成的天线台102。
该带状线电路片103的带状线前端部分未图示，但与实施方式1的图2相同。
此外，在喇叭型圆形波导管板100中，设有穿过用于将板100固定在天线台102上的螺钉的螺纹孔106和用于与天线台102对准位置的销孔107。该销孔107贯通板100，在带状线电路片103和天线台102中也在相同位置上设有相同的销孔，在通过其它的棒状的销进行位置对准之后，在螺纹孔106中利用螺钉将板100固定在天线台102上。
通过这样构成，本发明的实施方式4成为易于单独使用的线偏振的圆形波导管天线。
接着，在这样的结构中，如果将喇叭型圆形波导管板100和天线台102形成为一体化，则变为实施方式1的线偏振的圆形波导管天线的形式，因此本实施方式的线偏振的圆形波导管天线执行与实施方式1的线偏振的圆形波导管天线完全相同的动作。
例如，当从带状线电路片103输入规定的高频信号时，所述信号向辐射端子(未图示，相当于图1的16)传播，对圆锥喇叭105进行馈电。如实施方式1所述，辐射端子的露出长度和圆锥喇叭105的尺寸以及形状被最优化，因此在带状线电路片103的带状线上馈电功率基本上不反射，而从开口面105a作为线偏振波辐射出去。
如上所述，具有将在实施方式1中所示的圆锥喇叭形成为具有规定厚度的导体板的喇叭型圆形波导管板100；将实施方式1所示的带状线与喇叭型圆形波导管的圆锥喇叭对应起来而形成的带状线电路片103；以及形成有电磁波反射用圆筒空洞的天线台102，因此与实施方式1中所示的线偏振的圆形波导管天线具有相同效果，而且结构上结实，因此具有易于单独使用的优点。
因此，本实施方式的圆形波导管天线可作为单独部件批量生产，可作为部件提供，结果本实施方式可实现线偏振的圆形波导管天线的高性能化和低价格化。
此外，本实施方式的线偏振的圆形波导管天线也和实施方式1的线偏振的圆形波导管天线特性相同，因此利用方式也与实施方式1相同，而且可以单独利用。
实施方式5
实施方式4在作为天线辐射面的喇叭型圆形波导管板100上加工圆锥喇叭，使得易于单独使用，把带状线电路片103作为激励线偏振波的装置而表现为线偏振的圆形波导管天线，本实施方式将带状线电路片103作为激励左旋偏振波的馈电部而成为左旋偏振的圆形波导管天线。
本实施方式与实施方式4的图11外观相同，因此省略外观的说明。
在该结构中，将带状线电路片103的带状线设为实施方式2的图9中所示的激励左旋偏振波的馈电部。
本发明的实施方式5的动作与实施方式2的左旋偏振的圆形波导管天线相同，因此省略说明。
在该结构中，具有与实施方式2中所示的左旋偏振的圆形波导管天线相同的效果，而且结构结实，因而具有易于单独使用的优点。
因此，本实施方式的左旋偏振的圆形波导管天线可作为单独部件批量生产，可作为部件提供，结果本实施方式可实现左旋偏振的圆形波导管天线的高性能化和低价格化。
此外，本实施方式的左旋偏振的圆形波导管天线和实施方式2的左旋偏振的圆形波导管天线特性相同，因此利用方式也与实施方式2相同，而且可以单独利用。
实施方式6
实施方式5在作为天线辐射面的导体板上加工喇叭型圆形波导管，使得易于单独使用，把带状线电路片103作为激励左旋偏振波的装置而表现为左旋圆偏振的圆形波导管天线，本实施方式将带状线电路片103的带状线作为激励右旋偏振波的馈电部而成为右旋偏振的圆形波导管天线。
本实施方式与实施方式4的图11外观相同，因此省略外观的说明。
在该结构中，将带状线电路片103的带状线设为实施方式3的图10中所示的激励右旋偏振波的馈电部。
本发明的实施方式6的动作与实施方式3的右旋偏振的圆形波导管天线相同，因此省略说明。
在该结构中，具有与实施方式3中所示的右旋偏振的圆形波导管天线相同的效果，而且结构结实，因而具有易于单独使用的优点。
因此，本实施方式的右旋偏振的圆形波导管天线可作为单独部件批量生产，可作为部件提供，结果本实施方式可实现右旋偏振的圆形波导管天线的高性能化和低价格化。
此外，本实施方式的右旋偏振的圆形波导管天线也和实施方式3的右旋偏振的圆形波导管天线特性相同，因此利用方式也与实施方式3相同，而且可以单独利用。
实施方式7
实施方式1至6示出了喇叭型圆形波导管天线，但从本实施方式起表示将上述的喇叭型圆形波导管天线作为阵列元件排列多个而成的阵列天线的实施方式。
图12是表示本发明的实施方式7的圆形波导管阵列天线的结构图，图12(a)是圆形波导管阵列天线的立体图，图12(b)是分解立体图。图13是喇叭型圆形波导管阵列天线的板结构图，图13(a)是喇叭型圆形波导管板的立体剖面图，图13(b)是从正面观察到的剖面图。
天线的辐射面是在正方形区域内以等间距加工了作为阵列元件上部开口的喇叭型圆形波导管的喇叭型圆形波导管板111。在喇叭型圆形波导管板111上，设有阵列元件的开口112、组装天线时以及与其它装置固定时所需的螺纹孔113。
喇叭型圆形波导管板111是厚度为几毫米的导体板，在中心部的正方形区域内加工了圆筒形的通孔，将该通孔的开口面形成为圆锥形，构成阵列元件的开口112。
这样，与以往的圆形波导管阵列天线相比，阵列元件的开口面变宽。
在喇叭型圆形波导管板111的辐射面的背面侧设有：构成馈电部的用于对圆形波导管进行馈电的带状线电路片114；用于使对阵列元件的开口112进行馈电时从带状线电路片114的带状线121的前端辐射出来的电磁波返回到上部开口的电磁波反射板115；以及对馈电带状线的统一端子进行馈电的馈电口板116，三者分别通过螺钉等电连接。
带状线电路片114上设置的带状线121被电介质片夹着。喇叭型圆形波导管板111的各个喇叭型圆形波导管131下部的电介质片被去除了与喇叭型圆锥喇叭112相同形状的部分，仅露出带状线121的前端的一部分，辐射电磁波。
这与在图1中说明的喇叭型圆形波导管天线构造相同，此外，导入喇叭型圆形波导管板111的全部喇叭型圆形波导管112下部的所有带状线121的馈电端子从统一端子开始分支。统一端子从板116的馈电口123通过同轴线路接受馈电。
电磁波反射板115是用于将从带状线121的馈电端子向下方辐射的电磁波向上方反射的电磁波反射板，设有与喇叭型圆形波导管板111的全部喇叭型圆形波导管112位置相同且直径相同的不贯通圆筒形空洞122。板116是具有天线馈电口123的板，且通过它与其它的装置电连接。
这样，在本发明的实施方式7中，喇叭型圆形波导管板111与以往的圆形波导管阵列天线不同，而其它部分相同。
此外，喇叭型圆形波导管板111、电磁波反射板115和馈电口板116使用黄铜材料、铝材或者导电性塑料材料。
喇叭型圆形波导管板111的各阵列元件的开口112接受来自带状线121的馈电端子的馈电，与图1所示的喇叭型圆形波导管天线结构相同，当确定中心频率的波长λ以及圆形波导管52的直径a，把张角的1/2设为α时，阵列元件的开口112形成为使得圆形波导管的开口面直径为d，其喇叭管长度为L，以满足式(2)。
因此，作为喇叭型圆形波导管天线的各阵列元件的辐射增益为最大，且反射损耗为最小，可以使本发明的圆形波导管阵列天线的辐射增益为最大，且反射损耗为最小。
接着，使用图12对表示本发明的实施方式7的圆形波导管阵列天线的动作进行说明。
当从板116的馈电口123馈以电磁波时，设在用于对圆形波导管进行馈电的带状线电路片114上的带状线的统一端子和直结同轴线路的前端接收该电磁波，将其向带状线的统一端子进行馈电。从此处到全部的对圆形波导管进行馈电的带状线的前端为止的物理形状和条件相同，因此从所述带状线的统一端子分别向各个带状线的前端馈以功率上、相位上同等的电磁波。
各带状线前端的方向也为相同方向，因此从带状线前端接收到馈电的各喇叭型圆形波导管的开口面112的电场分布也为相同方向，作为天线辐射面的喇叭型圆形波导管板111上的偏振面一致。因此，不发生天线的辐射特性的恶化。
从馈电口123所馈电的电磁波最终被等分地馈给设在喇叭型圆形波导管板111上的全部的喇叭型圆形波导管的开口面112，从该处被辐射出去。
此时，当喇叭型圆形波导管板111的喇叭型圆形波导管112的张角从0°开始增加时，如图7(b)所示，例如，当d/λ3时，开口的直径d也随之增加，天线的辐射增益G持续增加，直到变为式(2)所示的最优值。
以上这样，喇叭型圆形波导管112形成为导电体的板，构成喇叭型圆形波导管板111，各圆锥喇叭满足式(2)，因此可以增加辐射特性，特别是辐射增益。
此外，辐射增益增加是指所馈电的电磁波高效地从阵列天线被辐射出去，因此意味着在天线内部传播的过程中被反射返回到原来的馈电口123的电磁波的功率减少，可以改善天线的辐射损耗特性即所谓S11参数。
此外，因为可以改善S11参数，所以在高频电路中由于反射波的不好影响装置的特性恶化、或者不动作时，无需在馈电口123之前设置匹配电路或滤波器或隔离器等。因此，可以实现小型化且低价格。
此外，阵列元件的开口112最优选将张角的1/2设为α时形成为满足式(2)，但也可以在0.8×Arcsin(0.1349114/(d/λ))至1.2Arcsin(0.1349114/(d/λ))之间。
此外，关于利用方式，本发明的圆形波导管阵列天线与以往的隙缝阵列天线相同，适用于微波、准微波通信，近年也可以作为ETC和ITS的天线使用。
此外，如果增加圆形波导管阵列元件的数量，则辐射增益进一步提高，主波束宽也变尖锐，因此也可利用在需要抛物面天线这样的高增益天线的系统中。例如，可列举出电话通信基站中继用天线、电视基站中继用天线、卫星通信用天线、电波天文学的电波望远镜用天线等。
实施方式8
本实施方式是对实施方式7的作为阵列元件上部开口的喇叭型圆形波导管板111进一步改良、实现更小型的圆形波导管阵列天线的实施方式。
图14是表示本发明的实施方式8的圆形波导管板的结构图，图14(a)是喇叭型圆形波导管板的立体剖面图，图14(b)是从正面观察到的剖面图。
本实施方式的圆形波导管阵列天线的结构基本上与实施方式7相同，因此省略整体结构的说明，仅对结构不同的喇叭型圆形波导管板进行说明。
在图14中，在正方形区域内按等间距加工了作为阵列元件上部开口的喇叭型圆形波导管的喇叭型圆形波导管板1111上，天线的辐射面设有阵列元件的开口面1112、阵列元件的喇叭型圆形波导管1113、组装天线时以及与其它装置固定时所需的螺纹孔113。
喇叭型圆形波导管1113是圆锥形的通孔。在实施方式7的图13中，设在喇叭型圆形波导管板111上的阵列元件的喇叭型圆形波导管131是由圆筒形的部分131b和圆锥形的部分131a一体地构成的，但在本实施方式中，如图14所示，没有相当于圆筒形部分131b的部分。因此，喇叭型圆形波导管板1111减薄了与该圆筒形的部分131b相当的厚度。
接着，表示本发明的实施方式8的圆形波导管阵列天线的动作与实施方式7的圆形波导管阵列天线的动作相同，因此省略说明。在实施方式7的情况下，具有圆筒形部分131b，圆筒形部分131b是无损耗波导管，因此当存在该部分时，则电磁波传播该对应的距离，延迟与该距离相当的相位，但对天线特性没有影响。而在实施方式8的情况下，没有圆筒形部分131b，没有在天线内部传播的电磁波的相位延迟，对天线特性没有任何影响。
如果与实施方式7的边界线132的形状相当的部分为圆形，且直径与圆筒形部分131b的直径相同，则可以没有圆筒形部分131b。
以上这样，从喇叭型圆形波导管板1111的喇叭型圆形波导管除去圆筒形的部分，为仅有圆锥形状的喇叭的结构，因此喇叭型圆形波导管板1111的厚度减薄了阵列元件的喇叭型圆形波导管的圆筒形部分那么多，圆形波导管阵列天线可进一步实现小型化和轻量化。
此外，本实施方式的圆形波导管阵列天线与实施方式7的圆形波导管阵列天线特性相同，因此利用方式和实施方式7所述的利用方式相同。
实施方式9
本实施方式是将实施方式7的作为阵列元件上部开口的喇叭型圆形波导管板111(图13)追加在作为以往的圆形波导管阵列天线的阵列元件上部开口的圆形波导管板41(图31)上，可根据需要将1台天线作为以往的圆形波导管阵列天线或者作为实施方式7那样的喇叭型圆形波导管阵列天线来使用。
图15是圆形波导管阵列天线的分解立体图，图16是图15的喇叭型圆形波导管板的立体图，图16(a)是实施方式7的喇叭型圆形波导管板、图16(b)是以往的圆形波导管阵列天线的圆形波导管板的立体剖面图，图17是组装后的圆形波导管板的立体剖面图。
在图16、17中，对于与实施方式7的图13和以往例的图31相同或相当的部分赋予相同的标号，省略说明。
在图17中，将实施方式7的喇叭型圆形波导管板111配置在以往的圆形波导管阵列天线的圆形波导管板41的上面，用螺钉穿过固定的螺纹孔113和43进行固定，使得圆形波导管板41的阵列元件的开口42、设在喇叭型圆形波导管板111上的阵列元件的喇叭型圆形波导管131的配置一致，喇叭型圆形波导管板111和圆形波导管板41一体化，与实施方式7的喇叭型圆形波导管板111同样。
在这样的结构中，变为实施方式7的喇叭型圆形波导管板111的形式，因此实施方式9的圆形波导管阵列天线的动作与实施方式7的圆形波导管阵列天线执行完全相同的动作。
以上这样，本实施方式的圆形波导管阵列天线保留以往的圆形波导管阵列天线的结构，安装了实施方式7中所示的喇叭型圆形波导管板111，因此在需要作为以往的圆形波导管阵列天线使用时，取下喇叭型圆形波导管板111即可。
因此，本实施方式的圆形波导管阵列天线可以根据使用情况，承担实施方式7的圆形波导管阵列天线和以往的圆形波导管阵列天线的功能，因此可实现圆形波导管阵列天线的高性能化和低价格化。
此外，本实施方式的圆形波导管阵列天线与实施方式7的圆形波导管阵列天线特性相同，因此利用方式和实施方式7所述的利用方式相同。
实施方式10
本实施方式是将实施方式8的作为阵列元件上部开口的喇叭型圆形波导管板1111(图14)追加在作为以往的圆形波导管阵列天线的阵列元件上部开口的圆形波导管板41(图31)上，可根据需要将1台天线作为以往的圆形波导管阵列天线或者作为实施方式8那样的喇叭型圆形波导管阵列天线来使用。
图18是表示本发明的实施方式8的圆形波导管阵列天线的分解立体图，图19是图18的喇叭型圆形波导管板的立体图，图19(a)是实施方式8的喇叭型圆形波导管板、图19(b)是以往的圆形波导管阵列天线的圆形波导管板的立体剖面图，图20是组装后的圆形波导管板的立体剖面图。
在图18、19中，对于与实施方式8的图14和以往例的图31相同或相当的部分赋予相同的标号，省略说明。
在图19中，将实施方式8的喇叭型圆形波导管板1111配置在以往的圆形波导管阵列天线的圆形波导管板41的上面，用螺钉穿过固定的螺纹孔113和43进行固定，使得圆形波导管板41的阵列元件的开口42、设在喇叭型圆形波导管板1111上的阵列元件的喇叭型圆形波导管1113的配置一致，喇叭型圆形波导管1113和圆形波导管板41一体化，与实施方式8的喇叭型圆形波导管板1113相同，可作为喇叭型圆形波导管阵列天线来使用。
在这样的结构中，变为实施方式8的喇叭型圆形波导管1113的形式，因此本实施方式的圆形波导管阵列天线的动作与实施方式8的圆形波导管阵列天线执行相同的动作。
以上这样，本实施方式的圆形波导管阵列天线保留以往的圆形波导管阵列天线的结构，安装了实施方式8中所示的喇叭型圆形波导管板1111，因此在需要作为以往的圆形波导管阵列天线使用时，取下喇叭型圆形波导管板1111即可。
因此，本实施方式的圆形波导管阵列天线可以根据使用情况，承担实施方式8的圆形波导管阵列天线和以往的圆形波导管阵列天线的功能，因此可实现圆形波导管阵列天线的高性能化和低价格化。
此外，本实施方式的圆形波导管阵列天线与实施方式8的圆形波导管阵列天线特性相同，因此利用方式和实施方式8所述的利用方式相同。
实施方式11
以往，在构成阵列天线时，必须使相邻的阵列元件的间隔在波长λ以下，以使天线整体的辐射指向性的主瓣相对于阵列元件列或者配置阵列元件的平面垂直，而且不发生栅瓣(grating lobe)。
图22示出均匀表面相位分布和功率分布阵列天线的辐射指向性的例子，图22(a)是相邻的阵列元件间隔为波长λ以下的辐射指向性，可知随着离开主瓣，瓣电平下降。图22(b)是相邻的阵列元件间隔为波长λ以上的辐射指向性，可知随着离开主瓣，瓣电平下降，但如果将副瓣设为第1个则第5个瓣电平变高，由于该电平而可能对天线整体的辐射指向性带来不好的影响。141是上述的栅瓣。
但是，从图7(a)可知，d/λ(d/λ≤1)越大，则辐射增益G越高，当d/λ＝1时较大，喇叭型天线的张角α为7.7530°时，阵列元件的辐射增益G变为最大，为9.171486dB。
因此，如果使本发明的圆形波导管阵列元件开口面直径d尽量接近λ，则天线整体的辐射增益G变高，另一方面，如图22(a)所示，不发生作为在辐射指向性中特性恶化的原因之一的栅瓣。假设d的值相比λ稍大，发生栅瓣，但只要不到对辐射指向性带来不好影响的程度就没有问题。
本实施方式是将实施方式7的作为阵列元件的喇叭型圆形波导管形成为满足上述条件。
图21是表示实施方式11的喇叭型圆形波导管板的结构图，图21(a)是喇叭型圆形波导管板的立体剖面图，图21(b)是从斜向观察到的剖面图。
在图21中，在正方形区域内按等间距加工了作为阵列元件上部开口的喇叭型圆形波导管的喇叭型圆形波导管板151上，天线的辐射面设有阵列元件的开口152、阵列元件的喇叭型圆形波导管154、组装天线时以及与其它装置固定时所需的螺纹孔153。
喇叭型圆形波导管154由圆筒形的部分154b和圆锥形的部分154a一体地构成。
设在喇叭型圆形波导管板151上的喇叭型圆形波导管154也与上述的图7(a)所示的特性相同，因此如下这样确定形状。
(1)作为相邻的阵列元件的喇叭型圆形波导管154(阵列元件的开口152)的间隔等于或约等于波长λ。
(2)作为阵列元件的喇叭型圆形波导管154的开口面的阵列元件开口152的直径d等于或约等于波长λ。
(3)作为阵列元件的喇叭型圆形波导管154的张角2α为约2×7.7530°。
不发生栅瓣的极限是相邻的阵列元件的间隔不超过λ，但作为阵列元件的喇叭型圆形波导管154的开口面的阵列元件开口152的直径d也变为λ时，喇叭型圆形波导管板151的切削困难，因此可以使相邻的阵列元件的间隔比λ稍大几十微米。在理论上当相邻的阵列元件的间隔超过λ时则产生栅瓣，但几十微米程度还达不到对天线整体的辐射指向性带来不好影响的程度。
在本结构中，设在喇叭型圆形波导管板151上的阵列元件的间隔以及阵列元件的开口面直径d等于或约等于波长λ，因此基本上不发生栅瓣。动作与实施方式1的圆形波导管阵列天线完全相同，因此省略说明。
以上这样，按照上述条件，形成设在本实施方式的圆形波导管阵列天线的喇叭型圆形波导管板151上的喇叭型圆形波导管154，因此各阵列元件的辐射增益G可为大致最大。因此，本实施方式的圆形波导管阵列天线除实施方式7的圆形波导管阵列天线具有的效果之外，还可将辐射增益提高至最大限度，可以将天线的反射损耗抑制在最小限度。
此外，具有例如通信距离增长与辐射特性和反射损耗特性的改善量相应的程度，或者如果为相同辐射增益则形状变小的优点，因此本实施方式不仅可实现圆形波导管阵列天线的低价格化和小型化，还可进一步提高性能。
此外，本实施方式的圆形波导管阵列天线的利用方式与在实施方式7中所述的利用方式相同。
实施方式12
本实施方式是对作为实施方式11的阵列元件上部开口的喇叭型圆形波导管板151进一步进行改良，形成为更小型的圆形波导管阵列天线的实施方式。
图23是表示实施方式12的喇叭型圆形波导管板的结构图，图23(a)是喇叭型圆形波导管板的立体外观图，图23(b)是从斜向观察到的剖面图。
本实施方式的圆形波导管阵列天线的结构基本上与实施方式11相同，因此省略整体结构的说明，仅对结构不同的喇叭型圆形波导管板进行说明。
在图23中，在正方形区域内按等间距加工了作为阵列元件上部开口的喇叭型圆形波导管的喇叭型圆形波导管板161上，天线的辐射面设有阵列元件的开口162、阵列元件的喇叭型圆形波导管164、组装天线时以及与其它装置固定时所需的螺纹孔163。
喇叭型圆形波导管164是圆锥形的通孔。在实施方式11的图21中，设在喇叭型圆形波导管板151上的阵列元件的喇叭型圆形波导管154是由圆筒形的部分154b和圆锥形的部分154a在边界线155处结合而构成的，但在本实施方式中，如图23所示，没有相当于图23所示的圆筒形部分154b的部分。因此，喇叭型圆形波导管板161减薄了与该圆筒形部分相当的厚度。
接着，表示本发明的实施方式12的圆形波导管阵列天线的动作与实施方式11的圆形波导管阵列天线的动作相同，因此省略说明。在实施方式11的情况下，具有圆筒形部分154b，圆筒形部分154b是无损耗波导管，因此当存在该部分时，电磁波传播该对应的距离，延迟与该距离相当的相位，但对天线特性没有影响。而在实施方式12的情况下，没有圆筒形部分，没有在天线内部传播的电磁波的相位延迟，对天线特性没有任何影响。
即，与实施方式11的边界线155的形状相当的部分为圆形，如果直径与圆筒形部分的直径相同，则可以没有圆筒形的部分。
以上这样，从喇叭型圆形波导管板161的喇叭型圆形波导管除去了圆筒形的部分，为仅有圆锥形状的喇叭的结构，因此喇叭型圆形波导管板161的厚度变薄了与阵列元件的喇叭型圆形波导管的圆筒部分相当的厚度，圆形波导管阵列天线可进一步实现小型化和轻量化。
此外，可实现圆形波导管阵列天线的高性能化、低价格化。
此外，本实施方式的圆形波导管阵列天线与实施方式11的圆形波导管阵列天线特性相同，因此利用方式和实施方式11所述的利用方式相同。
实施方式13
本实施方式是将实施方式11的作为阵列元件上部开口的喇叭型圆形波导管板151(图21)追加在作为以往的圆形波导管阵列天线的阵列元件上部开口的圆形波导管板41(图31)上，可根据需要将1台天线作为以往的圆形波导管阵列天线或者作为实施方式11那样的喇叭型圆形波导管阵列天线来使用。
图24是圆形波导管阵列天线的分解立体图，图25是图24的喇叭型圆形波导管板的立体图，图25(a)是实施方式11的喇叭型圆形波导管板、图25(b)是以往的圆形波导管阵列天线的圆形波导管板的立体剖面图，图26是组装后的圆形波导管板的立体剖面图。
在图24～26中，对于与实施方式11的图21和以往例的图31相同或相当的部分赋予相同的标号，省略说明。
在图24中，将实施方式11的喇叭型圆形波导管板151配置在以往的圆形波导管阵列天线的圆形波导管板41的上面，用螺钉穿过固定的螺纹孔153和43进行固定，使得圆形波导管板41的阵列元件的开口42与设在喇叭型圆形波导管板151上的阵列元件的喇叭型圆形波导管152的配置一致，可以将喇叭型圆形波导管板151和圆形波导管板41作为喇叭型圆形波导管阵列天线使用。
在这样的结构中，变为实施方式11的喇叭型圆形波导管板151的形式，因此实施方式13的圆形波导管阵列天线的动作与实施方式11的圆形波导管阵列天线执行完全相同的动作。
以上这样，本实施方式的圆形波导管阵列天线保留以往的圆形波导管阵列天线的结构，安装了实施方式11中所示的喇叭型圆形波导管板151，因此在需要作为以往的圆形波导管阵列天线使用时，取下喇叭型圆形波导管板151即可。
因此，本实施方式的圆形波导管阵列天线可以根据使用情况，承担实施方式11的圆形波导管阵列天线和以往的圆形波导管阵列天线的功能，因此可实现圆形波导管阵列天线的高性能化和低价格化。
此外，本实施方式的圆形波导管阵列天线也与实施方式11的圆形波导管阵列天线特性相同，因此利用方式和实施方式11所述的利用方式相同。
实施方式14
本实施方式是将实施方式12的作为阵列元件上部开口的喇叭型圆形波导管板161(图23)追加在作为以往的圆形波导管阵列天线的阵列元件上部开口的圆形波导管板41(图31)上，可根据需要将1台天线作为以往的圆形波导管阵列天线或者作为实施方式12那样的喇叭型圆形波导管阵列天线来使用。
图27是圆形波导管阵列天线的分解立体图，图28是喇叭型圆形波导管板的立体图，图28(a)是本实施方式14的喇叭型圆形波导管板、图28(b)是以往的圆形波导管阵列天线的圆形波导管板的立体剖面图，图29是组装后的圆形波导管板的立体剖面图。
在图27～29中，对于与实施方式12的图23、以往例的图31相同或相当的部分赋予相同的标号，省略说明。
在图27中，将实施方式12的喇叭型圆形波导管板161配置在以往的圆形波导管阵列天线的圆形波导管板41的上面，用螺钉穿过固定的螺纹孔163和43进行固定，使得圆形波导管板41的阵列元件的开口42与设在喇叭型圆形波导管板161上的阵列元件的喇叭型圆形波导管162的配置一致，喇叭型圆形波导管板161和圆形波导管板41一体化，与实施方式12的喇叭型圆形波导管板161相同，可作为喇叭型圆形波导管阵列天线来使用。
在这样的结构中，变为实施方式12的喇叭型圆形波导管161的形式，因此本实施方式的圆形波导管阵列天线的动作与实施方式12的圆形波导管阵列天线执行相同的动作。
以上这样，本实施方式的圆形波导管阵列天线保留以往的圆形波导管阵列天线的结构，安装了实施方式12中所示的喇叭型圆形波导管板161，因此在需要作为以往的圆形波导管阵列天线使用时，取下喇叭型圆形波导管板161即可。
因此，本实施方式的圆形波导管阵列天线根据使用要求，可承担实施方式12的圆形波导管阵列天线和以往的圆形波导管阵列天线的功能，因此可实现圆形波导管阵列天线的高性能化和低价格化。
此外，本实施方式的圆形波导管阵列天线与实施方式12的圆形波导管阵列天线特性相同，因此利用方式和实施方式12所述的利用方式相同。
实施方式15
在本实施方式中，实施方式7～14是对于作为本发明的圆形波导管阵列天线的阵列元件开口的喇叭型圆形波导管板，通过车床或钻床等的机械加工对黄铜材料、铝材或导电性塑料材料等进行制作，本实施方式为附加了导电性的塑料成型、或者在塑料成型后附加导电性而进行制作。
在附加了导电性的塑料成型中，采用机械强度、耐热性和耐久性优越的工程塑料材料，例如，采用聚砜、聚醚砜、聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚芳酯、聚醚酰亚胺等。此外，关于导电性的附加，在通过塑料成型而制作的所述阵列元件喇叭型圆形波导管板上涂布碳剂或导电性涂料，或蒸镀或电镀铝或金等的金属膜。
此外，可以对导电性塑料材料，例如聚乙炔、聚苯胺、聚噻吩、聚吡咯及其它共聚体等进行成型而制作所述阵列元件喇叭型圆形波导管板，不需要导电性附加的后加工。
此外，如上所述，本实施方式只是将实施方式7～14中的作为本发明的圆形波导管阵列天线的阵列元件上部开口的喇叭型圆形波导管板变为黄铜材料、铝材或导电性塑料材料等可成型的材料，因此圆形波导管阵列天线的动作与各个实施方式的圆形波导管阵列天线完全相同。
以上这样，根据本实施方式，使用黄铜材料、铝材或导电性塑料材料制作阵列元件喇叭型圆形波导管板，而无需花费时间的车床加工，因此批量生产更加容易，可实现低价格化、轻量化。

Claims (19)

1.一种圆形波导管天线，其在圆形波导管的一侧具有对电磁波进行馈电的馈电部，在相反侧具有辐射所述电磁波的辐射开口面，其特征在于，
当把所述圆形波导管设为所述馈电部侧的馈电侧开口面的直径为a、所述辐射开口面的直径为比所述馈电侧开口面的直径a大的d、张角为2α的圆锥喇叭，设使用频带的中心频率的波长为λ时，
作为所述张角2α的1/2的α值在0.8×Arcsin(0.1349114/(d/λ))至1.2Arcsin(0.1349114/(d/λ))之间。
2.一种圆形波导管天线，其在圆形波导管的一侧具有对电磁波进行馈电的馈电部，在相反侧具有辐射所述电磁波的辐射开口面，其特征在于，
当把所述圆形波导管设为所述馈电部侧的馈电侧开口面的直径为a、所述辐射开口面的直径为比所述馈电侧开口面的直径a大的d、张角为2α的圆锥喇叭，设使用频带的中心频率的波长为λ时，
作为所述张角2α的1/2的α值为大约Arcsin(0.1349114/(d/λ))。
3.一种圆形波导管天线，其在圆形波导管的一侧具有对电磁波进行馈电的馈电部，在相反侧具有辐射所述电磁波的辐射开口面，其特征在于，
当把所述圆形波导管设为所述馈电部侧的馈电侧开口面的直径为a、所述辐射开口面的直径为比所述馈电侧开口面的直径a大的d、张角为2α的圆锥喇叭，设使用频带的中心频率的波长为λ时，
所述辐射开口面直径d约等于波长λ，
作为张角2α的1/2的α值在7.753°-2°至7.753°+2°之间。
4.一种圆形波导管天线，其在圆形波导管的一侧具有对电磁波进行馈电的馈电部，在相反侧具有辐射所述电磁波的辐射开口面，其特征在于，
当把所述圆形波导管设为所述馈电部侧的馈电侧开口面的直径为a、所述辐射开口面的直径为比所述馈电侧开口面的直径a大的d、张角为2α的圆锥喇叭，设使用频带的中心频率的波长为λ时，
所述辐射开口面直径d约等于波长λ，
作为张角2α的1/2的α值为约7.753°。
5.一种圆形波导管天线，其在圆形波导管的一侧具有对电磁波进行馈电的馈电部，在相反侧具有辐射所述电磁波的辐射开口面，其特征在于，
把所述圆形波导管设为所述馈电部侧的馈电侧开口面的直径为a、所述辐射开口面的直径为比所述馈电侧开口面的直径a大的d、张角为2α的圆锥喇叭，设使用频带的中心频率的波长为λ时，
辐射所述电磁波的开口面的直径d与所述中心频率的波长λ之比d/λ的值为大约2.0至大约6.5之间，作为所述张角2α的1/2的α值在大约15°至大约45°之间。
6.根据权利要求5所述的圆形波导管天线，其特征在于，该天线具有大约18±4.5dBi的辐射增益。
7.一种圆形波导管天线，其在圆形波导管的一侧具有对电磁波进行馈电的馈电部，在相反侧具有辐射所述电磁波的辐射开口面，其特征在于，
当把所述圆形波导管设为所述馈电部侧的馈电侧开口面的直径为a、所述辐射开口面的直径为比所述馈电侧开口面的直径a大的d、张角为2α的圆锥喇叭，设使用频带的中心频率的波长为λ时，
辐射所述电磁波的开口面的直径d与所述中心频率的波长λ之比d/λ的值为大约1以下，不论所述张角2α的值如何，辐射增益基本上不变，具有稳定的辐射增益。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的圆形波导管天线，其特征在于，所述馈电部具有带状线，所述带状线具有朝向所述圆形波导管的馈电侧的开口面的中心突出规定长度的1条传送路径，所述圆形波导管天线辐射出线偏振的电磁波。
9.根据权利要求1至7中的任一项所述的圆形波导管天线，其特征在于，
所述馈电部具有带状线，
所述带状线具有：
输入传送路径；以及
左传送路径和右传送路径，从所述圆形波导管的辐射所述电磁波的所述开口面侧观察时，该左传送路径和右传送路径从该输入传送路径沿着所述圆形波导管的馈电侧的开口面的外侧，以比所述输入传送路径细的宽度左右分支，各自的前端朝向所述圆形波导管的中心直角延伸，突出规定的长度，
所述圆形波导管天线辐射出圆偏振的电磁波。
10.根据权利要求1至7中的任一项所述的圆形波导管天线，其特征在于，
所述馈电部具有带状线，
所述带状线具有：
输入传送路径；以及
左传送路径和右传送路径，从所述圆形波导管的辐射所述电磁波的所述开口面侧观察时，该左传送路径和右传送路径从该输入传送路径沿着所述圆形波导管的馈电侧的开口面的外侧左右分支，各自的前端朝向所述圆形波导管的中心直角延伸，突出规定的长度，
所述左传送路径和所述右传送路径在距与所述输入传送路径的分支点规定长度的位置处设有阻抗变换用级差，从所述分支点至所述阻抗变换用级差为所述输入传送路径的宽度的约1/2的宽度，从所述阻抗变换用级差至前端的宽度为与所述输入传送路径的宽度相同的宽度。
11.根据权利要求9或10所述的圆形波导管天线，其特征在于，所述左侧传送路径的全长比所述右侧传送路径的全长短所述带状线上的波长λg的1/4，所述圆形波导管天线辐射出左旋圆偏振的电磁波。
12.根据权利要求9或10所述的圆形波导管天线，其特征在于，所述右侧传送路径的全长比所述左侧传送路径的全长短所述带状线上的波长λg的1/4，所述圆形波导管天线辐射出右旋圆偏振的电磁波。
13.一种圆形波导管天线，其特征在于，该圆形波导管天线具有：
喇叭型圆形波导管板，其在具有规定厚度的导体板上形成了权利要求1至12中的任一项中记载的所述圆锥喇叭；以及
馈电部，其具有：与所述喇叭型圆形波导管板的所述圆锥喇叭相对应地形成了权利要求8至12中的任一项中记载的带状线的带状线电路片；形成有电磁波反射用圆筒空洞的反射板；以及形成有馈电口的馈电口板。
14.一种圆形波导管阵列天线，其特征在于，排列多个权利要求13所述的所述喇叭型圆形波导管板的所述圆锥喇叭，与所述圆锥喇叭相对应地形成多个所述带状线电路片的所述带状线。
15.根据权利要求14所述的圆形波导管阵列天线，其特征在于，相邻的圆锥喇叭的间隔大致等于波长λ。
16.根据权利要求14或15所述的圆形波导管阵列天线，其特征在于，所述圆锥喇叭一维或二维地配置在平面上。
17.一种圆形波导管阵列天线，其具有：圆形波导管板，其在具有规定厚度的导体板上形成了具有辐射开口面的多个圆形波导管；以及馈电部，其具有：与该圆形波导管板的所述圆形波导管相对应地形成的带状线电路片；形成有电磁波反射用圆筒空洞的反射板；以及形成有馈电口的馈电口板，其特征在于，
将权利要求16所述的喇叭型圆形波导管板可自由装卸地安装在所述圆形波导管板的所述辐射开口面侧，使该喇叭型圆形波导管板的各圆锥喇叭与所述圆形波导管板的各圆形波导管对准。
18.根据权利要求14～17中的任一项所述的圆形波导管阵列天线，其特征在于，该阵列天线为除去了喇叭型圆形波导管板的圆锥喇叭的圆筒部的形状。
19.根据权利要求14～17中的任一项所述的圆形波导管阵列天线，其特征在于，喇叭型圆形波导管板和馈电部的导体的结构部件，分别单独使用以下材料或者并用以下材料中的多个：金属、具有导电性的塑料材料、具有导电性的树脂材料的成形材料、在表面上形成了具有导电性的覆膜的电介质、或者在表面上形成了具有导电性的覆膜的绝缘材料。
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