JP2002359516A - Primary radiator and phase shifter, and beam scanning antenna - Google Patents
Primary radiator and phase shifter, and beam scanning antennaInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明はマイクロ波帯やミリ
波帯等のビーム走査アンテナに使用される一次放射器に
関し、特に高周波信号の電磁波を所望の範囲に放射する
ことが可能であり、かつ、放射される電磁波の振幅およ
び位相を所望の面上の位置において一様とできる一次放
射器およびそれを用いた移相器ならびにビーム走査アン
テナに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a primary radiator used for a beam scanning antenna in a microwave band, a millimeter wave band or the like, and more particularly to a primary radiator capable of radiating an electromagnetic wave of a high-frequency signal to a desired range, and The present invention relates to a primary radiator capable of making the amplitude and phase of a radiated electromagnetic wave uniform at a desired position on a plane, a phase shifter using the primary radiator, and a beam scanning antenna.
【０００２】[0002]
【従来の技術】マイクロ波帯やミリ波帯の電磁波ビーム
を用いるビーム走査アンテナとして従来より多くのもの
が提案されている。このビーム走査の方式は機械式ビー
ム走査と電子式ビーム走査とに大別される。2. Description of the Related Art There have been proposed many beam scanning antennas using an electromagnetic wave beam in a microwave band or a millimeter wave band. The beam scanning method is roughly classified into mechanical beam scanning and electronic beam scanning.
【０００３】機械式ビーム走査は任意の指向性を持つア
ンテナの一部もしくは全体を動かすことによってビーム
走査するものである。この方式によれば、一般に一つの
ビームの走査に対して一つのアンテナを動かすため、構
成は単純になる。しかし、機械的な可動部を持つため
に、大型になると高速ビーム走査が困難であるという問
題点がある。In mechanical beam scanning, beam scanning is performed by moving a part or the whole of an antenna having an arbitrary directivity. According to this method, since one antenna is generally moved for one beam scanning, the configuration is simplified. However, there is a problem that it is difficult to perform high-speed beam scanning when the size becomes large because of having a mechanical movable portion.
【０００４】一方、電子式ビーム走査には、複数のアン
テナ素子をアレー化したアレーアンテナを用いて各素子
に給電される高周波信号の位相を移相器で制御してビー
ム走査するものと、指向性の異なる複数のアンテナをス
イッチで切り替えることによってビーム走査するものと
がある。これらはいずれも機械的な可動部が無いために
高速ビーム走査が可能であるが、移相器やスイッチが高
価であるという問題点があり、用途が限定されていた。On the other hand, electronic beam scanning uses an array antenna in which a plurality of antenna elements are arrayed to control the phase of a high-frequency signal supplied to each element by a phase shifter to perform beam scanning. There is a type in which beam scanning is performed by switching a plurality of antennas having different sexes with a switch. All of them can perform high-speed beam scanning because there is no mechanical movable part, but there is a problem that a phase shifter and a switch are expensive, and their applications are limited.
【０００５】また、電子式ビーム走査によるアンテナに
用いられる移相器には、ラッチングフェライトを用いた
ものが良く用いられている。この移相器は、位相の制御
が45度刻みの８段階となるのが一般的であり、このタイ
プでは連続的に位相を変化させることはできないという
問題点がある。さらに、スイッチと比較して応答速度が
遅いという問題点があるとされている。Further, a phase shifter using a latching ferrite is often used for an electronic beam scanning antenna. In this phase shifter, the phase control is generally performed in eight steps in steps of 45 degrees, and there is a problem that the phase cannot be continuously changed in this type. Further, it is said that there is a problem that the response speed is lower than that of the switch.
【０００６】一方、スイッチによる切り替え式ではスイ
ッチとしてＰＩＮダイオードが良く用いられる。しか
し、ＰＩＮダイオードは開放もしくは短絡を切り替える
スイッチであり、挿入損失が大きいという問題点があ
る。また、アンテナの数だけスイッチが必要であり高価
であるという問題点もある。On the other hand, a PIN diode is often used as a switch in a switching system using a switch. However, a PIN diode is a switch that switches between open and short circuits, and has a problem that insertion loss is large. In addition, there is a problem that switches are required as many as the number of antennas and are expensive.
【０００７】近年は半導体製造技術の進歩により、移相
器やスイッチがＭＭＩＣ（Microwave Monolithic Integ
rated Circuit）化されつつあり、ビーム走査アンテナ
の高性能化が期待されるが、ＭＭＩＣもやはり高価であ
ることから、位相の制御が可能な安価な移相器が求めら
れていた。In recent years, with the progress of semiconductor manufacturing technology, phase shifters and switches have been replaced by MMICs (Microwave Monolithic Integ
However, MMICs are also expensive, and there is a need for an inexpensive phase shifter that can control the phase.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】これに対し、本出願人
は特願平11−307256号において、２枚の平行な金属平板
間に配置された一次放射器と誘電体レンズもしくは反射
器等からなる集波器と平行平板の一方に設けられた複数
のスロットからなるビーム走査アンテナを提案してい
る。このビーム走査アンテナによれば、一次放射器から
放射された球面波の高周波信号は平行平板間を伝播し、
集波器で平面波に変換される。また、一次放射器と集波
器の位置関係を変化させることにより、これを移相器と
して電磁波の位相の傾きを制御することが可能となる。
そして、平行平板の一方に設けられたスロットから移相
器で位相を制御した高周波信号を直接外部に放射してビ
ームを走査するか、またはスロットの外側に設けられた
他のアンテナ素子に高周波信号を給電することによっ
て、ビームを走査することができる。このビーム走査ア
ンテナは、平行平板と移相器を構成する集波器および一
次放射器とにより構成されているので安価に作製するこ
とが可能である。On the other hand, the applicant of the present invention disclosed in Japanese Patent Application No. 11-307256, a primary radiator and a dielectric lens or a reflector disposed between two parallel metal flat plates. A beam scanning antenna comprising a plurality of slots provided in one of a collector and a parallel plate has been proposed. According to this beam scanning antenna, the high frequency signal of the spherical wave radiated from the primary radiator propagates between the parallel plates,
It is converted to a plane wave by the collector. Also, by changing the positional relationship between the primary radiator and the wave collector, it becomes possible to control the inclination of the phase of the electromagnetic wave by using this as a phase shifter.
Then, a high-frequency signal whose phase is controlled by a phase shifter is directly radiated to the outside from a slot provided on one side of the parallel plate to scan the beam, or a high-frequency signal is transmitted to another antenna element provided outside the slot. , The beam can be scanned. Since this beam scanning antenna is composed of a parallel plate, a collector and a primary radiator that constitute a phase shifter, it can be manufactured at low cost.
【０００９】さらに本発明者は特願2001−20620号にお
いて、高周波信号の不要な漏洩なしに集波器と一次放射
器との位置関係を変化させることが可能な一次放射器、
および集波器と一次放射器とからなる移相器、ならびに
移相器と放射素子とからなるビーム走査アンテナを提案
した。この一次放射器においては、一次放射器への給電
線路となる導波管線路を基体中に設けた溝と溝を完全に
覆うような平板で構成し、平板に導波管線路と一次放射
器を結合する窓を設けている。そして、一次放射器を可
動させるために基体と平板の間に隙間を設けると基体と
平行平板との間に平行平板モードが発生して電磁波が漏
洩するため、導波管線路を構成する溝の周りを取囲むよ
うに溝を設けてチョークとし、不要な漏洩がないように
している。Further, the present inventor has disclosed in Japanese Patent Application No. 2001-20620 a primary radiator capable of changing a positional relationship between a collector and a primary radiator without unnecessary leakage of a high-frequency signal.
A phase shifter composed of a collector and a primary radiator, and a beam scanning antenna composed of a phase shifter and a radiating element have been proposed. In this primary radiator, a waveguide line serving as a feed line to the primary radiator is formed of a groove provided in a base and a flat plate that completely covers the groove, and the waveguide line and the primary radiator are formed on the flat plate. A window is provided for coupling If a gap is provided between the base and the flat plate to move the primary radiator, a parallel plate mode is generated between the base and the parallel flat plate, and electromagnetic waves leak, so that the groove forming the waveguide is formed. Grooves are provided so as to surround the surroundings, forming a choke to prevent unnecessary leakage.
【００１０】一方、一次放射器の放射素子としては、導
波管フランジ・ホーンアンテナ・セクトラルホーンアン
テナ・モノポールアンテナ等が良く用いられる。On the other hand, as a radiating element of the primary radiator, a waveguide flange, a horn antenna, a spectral horn antenna, a monopole antenna, and the like are often used.
【００１１】導波管フランジは導波管にフランジを取付
けて後方への高周波信号の放射の回り込みを抑えたもの
であり、放射指向性は導波管の開口面の高周波信号の波
長に対する大きさとフランジの大きさにより調整でき、
開口面と地板が大きいほど指向性が強くなる。しかしな
がら、開口面は高次モードが発生しない範囲に留める必
要があり、そのためには例えば矩形導波管の内部が空気
で満たされている場合、矩形導波管断面の長手方向の寸
法を高周波信号の波長より短くする必要がある。従っ
て、強い指向性を実現することは困難であるという問題
点がある。The waveguide flange is provided with a flange attached to the waveguide to suppress the sneak of radiation of the high-frequency signal to the rear, and the radiation directivity is determined by the size of the opening surface of the waveguide with respect to the wavelength of the high-frequency signal. It can be adjusted according to the size of the flange,
The larger the aperture and the ground plane, the stronger the directivity. However, it is necessary to keep the aperture plane in a range where higher-order modes do not occur. For this purpose, for example, when the inside of a rectangular waveguide is filled with air, the longitudinal dimension of the rectangular waveguide cross section is changed to a high-frequency signal. Must be shorter than the wavelength. Therefore, there is a problem that it is difficult to realize strong directivity.
【００１２】これに対し、強い指向性を実現するために
考えられたのが、ホーンアンテナとセクトラルホーンア
ンテナである。これらは導波管の先端に開口面が徐々に
大きくなるようなホーンおよびセクトラルホーンを設け
たものであり、滑らかに電磁界の分布を変化させて開口
面を大きくし、強い指向性を実現することが可能であ
る。ただし、ホーンの開き角が大きすぎるとホーンとし
ての効果が低くなる。そのため、開口面積を大きくする
ためにはホーンの奥行きも十分大きくする必要があり、
一次放射器の大型化につながることとなるという問題点
がある。On the other hand, horn antennas and sectoral horn antennas have been considered to realize strong directivity. These are provided with a horn and a sectoral horn with a gradually increasing aperture at the end of the waveguide, and smoothly change the distribution of the electromagnetic field to enlarge the aperture and achieve strong directivity. It is possible. However, if the opening angle of the horn is too large, the effect as the horn is reduced. Therefore, in order to increase the opening area, it is necessary to make the horn deep enough.
There is a problem that the size of the primary radiator is increased.
【００１３】モノポールアンテナはモノポールに垂直な
面内に球面状に広がる波を励振したい場合に用いられ
る。これについては、必要な範囲のみに放射するように
反射板等を設けると、直接波と反射波の干渉により放射
される高周波信号の電磁界分布が変化し、放射される電
磁波が球面状に広がる波ではなくなってしまうという問
題点がある。A monopole antenna is used to excite a wave that spreads spherically in a plane perpendicular to the monopole. In this case, if a reflector or the like is provided so as to radiate only in the necessary range, the electromagnetic field distribution of the high-frequency signal radiated by the interference between the direct wave and the reflected wave changes, and the radiated electromagnetic wave spreads in a spherical shape There is a problem that it is no longer a wave.
【００１４】なお、導波管フランジ・ホーンアンテナ・
セクトラルホーンアンテナ・モノポールアンテナの何れ
においても、限定した範囲に高周波信号を放射させると
放射中心部での電磁波の振幅が大きくなり、放射端部で
の電磁波の振幅は小さくなるという問題点がある。The waveguide flange, horn antenna,
Either the sector horn antenna or the monopole antenna has a problem that when a high-frequency signal is radiated within a limited range, the amplitude of the electromagnetic wave at the radiation center increases and the amplitude of the electromagnetic wave at the radiation end decreases. .
【００１５】一次放射器と集波器とからなる移相器から
複数のアンテナ給電ポートへ給電する場合、利得を最大
にするためには各給電ポートへ同振幅同位相の電磁波が
給電されることが望ましい。そのためには、一次放射器
から放射される高周波信号が集波器に入射するときに平
面波もしくは球面波となり、振幅と位相は平面波もしく
は球面波の波面となる平面上もしくは球面上で一様とな
ることが望ましい。これに対し、導波管フランジ・ホー
ンアンテナ・セクトラルホーンアンテナ・モノポールア
ンテナ等ではそれが困難であるという問題点があった。When power is supplied to a plurality of antenna feed ports from a phase shifter composed of a primary radiator and a collector, electromagnetic waves having the same amplitude and the same phase are fed to each feed port in order to maximize the gain. Is desirable. For this purpose, when a high-frequency signal radiated from the primary radiator is incident on the collector, it becomes a plane wave or a spherical wave, and the amplitude and phase are uniform on a plane or a sphere which is the wavefront of the plane wave or the spherical wave. It is desirable. On the other hand, there is a problem that it is difficult to use a waveguide flange, a horn antenna, a spectral horn antenna, a monopole antenna, and the like.
【００１６】本発明はかかる従来の問題点を解決すべく
案出されたものであり、その目的は、集波器と一次放射
器とからなる移相器ならびにこれを用いたビーム走査ア
ンテナに使用される一次放射器に関し、小型で、放射す
る高周波信号が集波器に入射する平面波もしくは球面波
であり、振幅および位相が平面波もしくは球面波の波面
となる面上で一様となる、安価で高信頼性で高性能な移
相器ならびにビーム走査アンテナを構成できる一次放射
器を提供することにある。The present invention has been devised to solve such a conventional problem, and has as its object to be used for a phase shifter comprising a collector and a primary radiator and a beam scanning antenna using the same. With regard to the primary radiator, a small, radiated high-frequency signal is a plane wave or a spherical wave incident on the collector, and the amplitude and phase are uniform on the plane where the plane wave or the spherical wave is wavefront. It is an object of the present invention to provide a primary radiator capable of forming a highly reliable and high-performance phase shifter and a beam scanning antenna.
【００１７】また、本発明の別の目的は、この一次放射
器と集波器とを平行平板間に配置してなり、一次放射器
と集波器との位置関係を変化させることにより位相を連
続的に制御可能な移相器を提供することにある。Another object of the present invention is to dispose the primary radiator and the collector between parallel flat plates, and change the positional relationship between the primary radiator and the collector to change the phase. It is to provide a phase shifter that can be controlled continuously.
【００１８】また、本発明の別の目的は、この一次放射
器を用いた移相器を構成する平行平板の一方にスロット
を設け、集波器で位相を制御した後の高周波信号をスロ
ットから直接放射してビームを走査可能とするか、ある
いは平行平板の外部に他のアンテナを設け、スロットを
介して他のアンテナに高周波信号を給電してビームを走
査可能とするビーム走査アンテナを提供することにあ
る。Another object of the present invention is to provide a slot in one of the parallel plates constituting the phase shifter using the primary radiator, and to transmit a high-frequency signal whose phase has been controlled by the collector from the slot. Provide a beam scanning antenna capable of scanning a beam by directly radiating the beam, or providing another antenna outside the parallel plate and feeding a high frequency signal to another antenna through a slot to scan the beam. It is in.
【００１９】[0019]
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記の問題
点に対して検討を重ねた結果、以下の構成により上記課
題を解決できることを見出した。The present inventor has studied the above problems and found that the following structure can solve the above problems.
【００２０】まず、給電線路から一次放射器に給電され
た高周波信号の信号波長をλとしたとき、幅がλ／２〜
λの導波管線路を導波管型の分配器によって２本以上の
導波管線路に分岐する。この分配器は１本の導波管線路
と２本以上の導波管線路とを整合部で接続した構造にな
っており、整合部の信号伝播方向の長さは好ましくはλ
／８からλの範囲で反射が最も小さくなるように選定す
る。分岐した導波管線路の先端のそれぞれには、自由空
間に放射するために、平行に対向配置された２枚の導体
板間に形成されたセクトラルホーンを各開口が連続する
ように取付け、全体としてホーンセクタアンテナを構成
するものとする。このとき、セクタ数を多くすると各セ
クタに給電される電力をより細かく調整できるが、それ
に伴って分配器の数も多く必要となるため、一次放射器
全体のサイズが大きくなることとなる。そこで、サイズ
と放射特性との兼ね合いにより、最適なセクタ数を決定
する。First, when the signal wavelength of the high-frequency signal fed from the feed line to the primary radiator is λ, the width is λ / 2 to λ / 2.
The waveguide line of λ is branched into two or more waveguide lines by a waveguide type distributor. This distributor has a structure in which one waveguide line and two or more waveguide lines are connected by a matching portion, and the length of the matching portion in the signal propagation direction is preferably λ.
Selection is made so that reflection is minimized in the range of / 8 to λ. At each of the tips of the branched waveguide lines, a spectral horn formed between two conductor plates arranged in parallel and facing each other is attached so that each opening is continuous, in order to radiate to free space. As a horn sector antenna. At this time, when the number of sectors is increased, the power supplied to each sector can be adjusted more finely. However, the number of distributors is also required accordingly, and the size of the entire primary radiator is increased. Therefore, the optimum number of sectors is determined based on a balance between the size and the radiation characteristics.
【００２１】以上のような構成とすることにより、所望
の範囲すなわちホーンセクタアンテナの全体としての開
口角の範囲に高周波信号の電磁波を放射することが可能
で、例えば同位相の波面が球面となるようにセクトラル
ホーンを配置し、分岐後の導波管線路に分配される電力
の比率が全て等しければ、複数のセクトラルホーンの全
体としての開口角の範囲で高周波信号の振幅と位相が一
様な球面波を放射させることが可能である。With the above configuration, it is possible to radiate the electromagnetic wave of the high-frequency signal in a desired range, that is, in the range of the entire aperture angle of the horn sector antenna. For example, the wavefront having the same phase becomes a spherical surface. If the ratio of the power distributed to the waveguide line after branching is all the same, the amplitude and phase of the high-frequency signal are uniform within the range of the whole aperture angle of the multiple spectral horns. It is possible to emit spherical waves.
【００２２】そして、平行に配置した２枚の金属板から
成る平行平板間に上記構成の一次放射器と平板状の集波
器とを配置することにより、一次放射器から放射された
高周波信号の球面波を集波器で平面波に変換し、一次放
射器と集波器との位置関係を変化させることにより、高
周波信号の位相を変化させることができる移相器を構成
することができる。By arranging the primary radiator and the flat plate collector between the parallel flat plates composed of two metal plates arranged in parallel, the high-frequency signal radiated from the primary radiator can be reduced. By converting a spherical wave into a plane wave by a collector and changing the positional relationship between the primary radiator and the collector, a phase shifter that can change the phase of a high-frequency signal can be configured.
【００２３】さらに、上記構成の一次放射器と集波器と
を平行平板に挟んだ構造に対して、平行平板の一方に集
波器との間で高周波信号の電磁波を結合させる複数のス
ロットを設け、これらスロットに給電することにより、
スロットより高周波信号の電磁波を直接放射させて電磁
波のビーム方向を可変とすることができ、ビーム走査ア
ンテナとして機能させることができる。また、平行平板
の外側部のスロット上に他の指向性のアンテナ素子を設
け、これに位相を制御した高周波信号を給電することに
より、他のアンテナ素子をビーム走査アンテナとして機
能させることもできる。Further, in the structure in which the primary radiator and the collector are sandwiched between parallel plates, a plurality of slots for coupling electromagnetic waves of a high-frequency signal between the collector and the collector are provided on one of the parallel plates. Power supply to these slots,
The electromagnetic wave of the high-frequency signal is directly radiated from the slot so that the beam direction of the electromagnetic wave can be changed, so that it can function as a beam scanning antenna. Further, another directional antenna element is provided on a slot on the outer side of the parallel plate, and a high-frequency signal whose phase is controlled is fed to the antenna element, so that the other antenna element can function as a beam scanning antenna.
【００２４】すなわち、本発明の一次放射器は、平行に
対向配置された２枚の導体板の間にこれら導体板の一部
をそれぞれ上下の導体壁として形成された、高周波信号
の電磁波の入力ポートと、この入力ポートに接続され
た、前記電磁波を複数の導波管に分配する導波管型の分
配器と、前記複数の導波管のそれぞれに接続されるとと
もに各々の開口が前記導体板に平行な方向に連続して配
置された、前記電磁波を放射する複数のセクトラルホー
ンとから成り、前記入力ポートから入力された前記高周
波信号の電磁波を前記複数のセクトラルホーンの前記開
口から放射することを特徴とするものである。That is, the primary radiator of the present invention has an input port for an electromagnetic wave of a high-frequency signal, in which a part of these conductor plates is formed as upper and lower conductor walls between two conductor plates arranged in parallel and opposed to each other. A waveguide-type distributor connected to the input port for distributing the electromagnetic wave to a plurality of waveguides; and each of the plurality of waveguides is connected to the plurality of waveguides and each opening is formed in the conductor plate. A plurality of spectral horns that are continuously arranged in parallel directions and emit the electromagnetic wave, and radiate the electromagnetic wave of the high-frequency signal input from the input port from the openings of the plurality of spectral horns. It is a feature.
【００２５】また、本発明の一次放射器は、上記構成に
おいて、前記分配器が前記電磁波を前記複数の導波管に
略均等に分配する等分配器であることを特徴とするもの
である。In the primary radiator according to the present invention, the distributor is an equal distributor that distributes the electromagnetic waves to the plurality of waveguides substantially equally.
【００２６】さらに、本発明の一次放射器は、上記構成
において、前記分配器が複数段に接続されていることを
特徴とするものである。Further, the primary radiator of the present invention is characterized in that, in the above configuration, the distributor is connected in a plurality of stages.
【００２７】また、本発明の移相器は、平行に配置した
２枚の金属板の間に上記本発明の一次放射器と平板状の
集波器とを配置し、前記一次放射器の前記開口の前記集
波器に対する位置を可変とすることにより、前記開口か
ら放射され前記集波器で変換された前記高周波信号の電
磁波の位相を変化させることを特徴とするものである。Further, in the phase shifter of the present invention, the primary radiator of the present invention and the flat collector are arranged between two metal plates arranged in parallel with each other, and the opening of the primary radiator is closed. By changing the position with respect to the collector, the phase of the electromagnetic wave of the high-frequency signal radiated from the opening and converted by the collector is changed.
【００２８】また、本発明のビーム走査アンテナは、上
記本発明の移相器の前記金属板の一方に前記集波器との
間で前記電磁波を結合させる複数のスロットを設けて成
り、これらスロットから放射する前記電磁波のビーム方
向を可変としたことを特徴とするものである。Further, the beam scanning antenna of the present invention is provided with a plurality of slots for coupling the electromagnetic wave between the collector and the collector on one of the metal plates of the phase shifter of the present invention. A beam direction of the electromagnetic wave radiated from the light source is variable.
【００２９】[0029]
【発明の実施の形態】以下、本発明の一次放射器および
移相器ならびにビーム走査アンテナを図面を参照しつつ
説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a primary radiator, a phase shifter, and a beam scanning antenna according to the present invention will be described with reference to the drawings.
【００３０】まず図３は、本発明の比較例として従来の
一次放射器の一例であるセクトラルホーン１の構成を説
明するための斜視図である。また、図４は図３に示した
一次放射器の一例のセクトラルホーン１の内部を破線で
示した上面図である。FIG. 3 is a perspective view for explaining the configuration of a sector horn 1 which is an example of a conventional primary radiator as a comparative example of the present invention. FIG. 4 is a top view showing the inside of the spectral horn 1 as an example of the primary radiator shown in FIG. 3 by a broken line.
【００３１】この従来の一次放射器としてのセクトラル
ホーン１においては、平行に対向配置された２枚の導体
板間に形成された、高周波信号の電磁波の入力ポート２
と、単一の開口面を有するホーン部３と、入力ポート２
とホーン部３とを接続する導波管４とから成り、入力ポ
ート２より導波管４に入力された高周波信号の電磁波は
ホーン部３中で徐々に広がり、その開口面から放射され
る。このとき、導波管４の幅は高周波信号の信号波長λ
の１／２〜１倍の範囲に設定される。In the conventional sector horn 1 as a primary radiator, an input port 2 for an electromagnetic wave of a high-frequency signal formed between two conductor plates arranged in parallel and opposed to each other.
A horn section 3 having a single opening surface, and an input port 2
And a waveguide 4 connecting the horn 3 and the electromagnetic wave of the high-frequency signal input to the waveguide 4 from the input port 2 gradually spreads in the horn 3 and is radiated from the opening surface. At this time, the width of the waveguide 4 is the signal wavelength λ of the high-frequency signal.
Is set in the range of 1/2 to 1 times of.
【００３２】次に図１は、本発明の一次放射器の実施の
形態の一例における構成を説明するための斜視図であ
る。また、図２は図１に示した本発明の一次放射器の一
例の内部を破線で示した上面図である。この本発明の一
次放射器においては、平行に対向配置された２枚の導体
板の間に形成された、高周波信号の電磁波の入力ポート
６と、この入力ポート６に接続された導波管型の分配器
７と、分配器７により電磁波が分配される複数の導波管
８と、これら複数の導波管８に接続されるとともに各々
の開口10が導体板に平行な方向に連続して一直線状に配
置された複数のセクトラルホーン９とから成り、これに
より本発明の一次放射器であるセクトラルホーンアレイ
としてのセクタアンテナ５を構成している。Next, FIG. 1 is a perspective view for explaining the configuration of an embodiment of the primary radiator of the present invention. FIG. 2 is a top view showing the inside of an example of the primary radiator of the present invention shown in FIG. 1 by a broken line. In the primary radiator of the present invention, an input port 6 for an electromagnetic wave of a high-frequency signal, formed between two conductor plates disposed in parallel and opposed to each other, and a waveguide type distribution connected to the input port 6 , A plurality of waveguides 8 to which electromagnetic waves are distributed by the distributor 7, and each of the openings 10 connected to the plurality of waveguides 8, and each of the openings 10 is linearly continuous in a direction parallel to the conductor plate. And a plurality of sectoral horns 9 arranged in the sector antenna 5 as a primary radiator of the present invention.
【００３３】このような本発明の一次放射器であるセク
タアンテナ５において、導体板としては、例えば銅・ア
ルミ等の金属板や、セラミック基板の表面および内部の
導体パターン等を使用することができ、平行に対向配置
されたこの導体板間に同じ材料を用いて側壁部分を形成
して、入力ポート６・分配器７・導波管８・セクトラル
ホーン９を形成すればよい。なお、入力ポート６・分配
器７・導波管８・セクトラルホーン９の内部は、空洞
（比誘電率が１の空気で満たされた状態）であってもよ
く、所定の比誘電率の媒質、例えば樹脂やセラミックス
等で満たされていてもよい。空洞の場合には、空気の誘
電損失がゼロのため、低損失とできる。また、構造はシ
ンプルで作製が容易となる。一方、所定の比誘電率の媒
質で満たされた場合には、セクトラルホーン９のサイズ
を比誘電率の平方根に反比例して小さくでき、小型化に
有利となる。In the sector antenna 5, which is the primary radiator of the present invention, as the conductor plate, for example, a metal plate such as copper or aluminum, or a conductor pattern on the surface and inside of a ceramic substrate can be used. The input port 6, the distributor 7, the waveguide 8, and the sector horn 9 may be formed by using the same material to form a side wall portion between the conductor plates arranged in parallel and opposed to each other. The interior of the input port 6, the distributor 7, the waveguide 8, and the sector horn 9 may be a cavity (a state filled with air having a relative permittivity of 1), and a medium having a predetermined relative permittivity may be used. For example, it may be filled with resin or ceramics. In the case of a cavity, since the dielectric loss of air is zero, the loss can be reduced. In addition, the structure is simple and easy to manufacture. On the other hand, when filled with a medium having a predetermined relative permittivity, the size of the spectral horn 9 can be reduced in inverse proportion to the square root of the relative permittivity, which is advantageous for miniaturization.
【００３４】また、導体板として、誘電体基板の両主面
に被着形成された導体層を用い、誘電体基板の内部にこ
れら導体層間を高周波信号の信号波長λの２分の１未満
の所定の繰り返し間隔で接続するように貫通導体群を形
成して、これら貫通導体群を側壁部分としていわゆる誘
電体導波管線路により入力ポート６・分配器７・導波管
８・セクトラルホーン９を形成するようにしてもよい。
この場合には、セラミック同時焼成技術等を応用するこ
とができ、機械加工では加工困難な複雑な形状のものも
容易に作製可能となる。Further, as the conductor plate, a conductor layer adhered to both main surfaces of the dielectric substrate is used, and these conductor layers are formed inside the dielectric substrate by a distance of less than half the signal wavelength λ of the high-frequency signal. A group of through conductors is formed so as to be connected at a predetermined repetition interval, and the input port 6, the distributor 7, the waveguide 8, and the spectral horn 9 are formed by a so-called dielectric waveguide line with these through conductor groups as side walls. It may be formed.
In this case, a ceramic co-firing technique or the like can be applied, and a complicated shape that is difficult to machine by machining can be easily manufactured.
【００３５】図１・図２に示す例では、入力ポート６よ
り入力された高周波信号の電磁波は３段に接続された２
分岐の分配器７で最終的に８つの導波管８にそれぞれ分
配され、最終段で各導波管８に接続された複数のセクト
ラルホーン９の各開口10から放射される。また、複数の
分配器７はそれぞれ等分配器となっており、複数のセク
トラルホーン９のそれぞれには等しい電力の電磁波が供
給され、セクタアンテナ５からは振幅が一様な球面波が
放射される。このように複数の分配器７を等分配器とし
たときには、セクトラルホーン９から放射される電磁波
の球面状の波面における振幅および位相が一様になる。
この球面波が後述する球面波から平面波への変換を行な
う集波器を通過すると、球面波から平面波への変換が行
なわれ、平面上の波面における振幅および位相が一様と
なり、この平面波をさらに他のアンテナに給電する際に
アンテナ利得が最大となるための波源として用いること
が可能となる。In the example shown in FIG. 1 and FIG. 2, the electromagnetic wave of the high-frequency signal input from the input port 6 is connected in three stages.
The light is finally distributed to the eight waveguides 8 by the branch distributor 7 and radiated from the respective openings 10 of the plurality of spectral horns 9 connected to the respective waveguides 8 in the final stage. The plurality of distributors 7 are equal distributors. Electromagnetic waves having the same power are supplied to each of the plurality of sector horns 9, and the sector antenna 5 emits a spherical wave having a uniform amplitude. . When the plurality of distributors 7 are equal distributors, the amplitude and phase of the electromagnetic wave radiated from the sector horn 9 on the spherical wavefront become uniform.
When this spherical wave passes through a collector that converts a spherical wave to a plane wave, which will be described later, conversion from the spherical wave to a plane wave is performed, and the amplitude and phase of the wavefront on the plane become uniform. When feeding power to another antenna, it can be used as a wave source for maximizing the antenna gain.
【００３６】このとき、複数の導波管８の幅は高周波信
号の信号波長λの１／２〜１倍の範囲に設定される。ま
た、この例における分配器７は１本の導波管８を２本の
導波管８に分岐しているが、分配器７における１本の導
波管８と２本の導波管８とを接続する整合部の長さは、
高周波信号の信号波長λの１／８〜１倍の範囲の長さに
設定することが望ましく、好適には約１／４倍の長さと
すると高周波信号の反射損失を極めて小さなものとでき
る。At this time, the width of the plurality of waveguides 8 is set in a range of 1/2 to 1 times the signal wavelength λ of the high frequency signal. Further, in the distributor 7 in this example, one waveguide 8 is branched into two waveguides 8, but one waveguide 8 and two waveguides 8 in the distributor 7 are divided. The length of the matching part that connects
It is desirable to set the length in the range of ８ to 1 times the signal wavelength λ of the high-frequency signal, and preferably to set the length to about 約 times, so that the reflection loss of the high-frequency signal can be made extremely small.
【００３７】また、複数の分配器７は必ずしも等分配器
とする必要はなく、例えばセクタアンテナ５の中心部で
振幅が最大となり、端部に行くに従い振幅が小さくなる
ように分配器７の分配比率を調整することにより、集波
器を通過後の平面波をその他のアンテナへの給電の信号
とすることによりサイドローブを抑制することが可能と
なる。The plurality of distributors 7 do not necessarily have to be equal distributors. For example, the distribution of the distributors 7 is such that the amplitude becomes maximum at the center of the sector antenna 5 and becomes smaller toward the end. By adjusting the ratio, the side lobe can be suppressed by using the plane wave after passing through the collector as a power supply signal to other antennas.
【００３８】このような本発明の一次放射器の構造によ
る効果を確認するため、図３・図４に示した比較例の一
次放射器であるセクトラルホーン１と図１・図２に示し
た本発明の一次放射器の実施の形態の一例であるセクタ
アンテナ５とについて、一次放射器の内部および外部近
傍の電界強度分布を計算により求めた。In order to confirm the effect of the structure of the primary radiator of the present invention, the sectoral horn 1 which is the primary radiator of the comparative example shown in FIGS. 3 and 4 and the book shown in FIGS. With respect to the sector antenna 5 which is an example of the embodiment of the primary radiator of the present invention, the electric field strength distribution inside and outside the primary radiator was obtained by calculation.
【００３９】まず、図３・図４に示したセクトラルホー
ン１の寸法を次のように設定した。高周波信号の信号波
長λに対して、高周波信号が入力される入力ポート２に
おける導波管４の幅は約0.7倍、セクトラルホーン１の
開口面３の長さは約15倍、開口面３の高さは約0.3倍、
奥行きは約3.5倍とした。この場合の電界強度の分布に
ついての計算結果を図５に等高線図で示す。図５より分
かるように、セクトラルホーン１の開き角128度に対
し、高周波信号の電磁波が放射されている角度は約92度
であり、開き角の72％程度の範囲に放射されている。ま
た、電磁波の振幅はセクトラルホーン１の中心軸上で最
大であり、端部に向かうに従って小さくなっている。First, the dimensions of the spectral horn 1 shown in FIGS. 3 and 4 were set as follows. The width of the waveguide 4 at the input port 2 to which the high-frequency signal is input is about 0.7 times, the length of the opening 3 of the spectral horn 1 is about 15 times, and the width of the opening 3 is larger than the signal wavelength λ of the high-frequency signal. Height is about 0.3 times,
The depth was about 3.5 times. FIG. 5 is a contour diagram showing the calculation result of the distribution of the electric field intensity in this case. As can be seen from FIG. 5, the angle at which the electromagnetic wave of the high-frequency signal is radiated is about 92 degrees with respect to the angle of divergence of the spectral horn 1 of 128 degrees, and is radiated in a range of about 72% of the divergence angle. Further, the amplitude of the electromagnetic wave is maximum on the central axis of the spectral horn 1 and decreases toward the end.
【００４０】次に、図１・図２に示した本発明の一次放
射器であるセクタアンテナ５の寸法を次のように設定し
た。高周波信号の信号波長λに対して、高周波信号の電
磁波が入力される入力ポート６における導波管の幅は約
0.7倍、セクトラルホーン９の開口面10の長さは約15
倍、開口面10の高さは約0.3倍、奥行きは約3.5倍、分配
器７の整合部の長さは約0.25倍とした。この場合の上記
と同様の電界強度の分布についての計算結果を図６に等
高線図で示す。図６より分かるように、複数のセクトラ
ルホーン９の全体としての開き角128度に対し、ほぼ等
しい角度で高周波信号の電磁波が放射されている。この
例では、電磁波の振幅は一次放射器の前方の球面上でほ
ぼ一様となり、図５に示した結果と比較して、複数のセ
クトラルホーン９から電磁波を同振幅・同位相で放射す
ることにより、所望の範囲の球面状の波面に対し、強制
的に同振幅・同位相としていることから、一次放射器と
しての開口面が大きくなっていることが分かる。この結
果より、このような構造の本発明の一次放射器であるセ
クタアンテナ５を用いることにより、アンテナゲインの
向上が期待できる。Next, the dimensions of the sector antenna 5 as the primary radiator of the present invention shown in FIGS. 1 and 2 were set as follows. For the signal wavelength λ of the high-frequency signal, the width of the waveguide at the input port 6 to which the electromagnetic wave of the high-frequency signal is input is approximately
0.7 times, the length of the opening surface 10 of the sectoral horn 9 is about 15
The height of the opening 10 is about 0.3 times, the depth is about 3.5 times, and the length of the matching portion of the distributor 7 is about 0.25 times. FIG. 6 is a contour diagram showing the calculation result of the distribution of the electric field intensity in the above case. As can be seen from FIG. 6, the electromagnetic waves of the high-frequency signal are radiated at substantially the same angle with respect to the entire opening angle of 128 degrees of the plurality of spectral horns 9. In this example, the amplitude of the electromagnetic wave is substantially uniform on the spherical surface in front of the primary radiator, and the electromagnetic waves are radiated from the plurality of sector horns 9 at the same amplitude and the same phase as compared with the results shown in FIG. As a result, since the amplitude and the phase are forcibly applied to the spherical wavefront in the desired range, it is understood that the aperture surface as the primary radiator is large. From these results, an improvement in antenna gain can be expected by using the sector antenna 5 as the primary radiator of the present invention having such a structure.
【００４１】ただし、各セクトラルホーン９の間の仕切
板の前方では電磁波の振幅が若干小さくなっているの
で、この影響がなるべく小さくなるようにすることが重
要と考えられる。そのような対策としては、例えば図７
に図２と同様の内部を破線で示した上面図で示すよう
に、各セクトラルホーン９の開き角をホーン部の途中で
大きくして仕切り板の影響を低減する方法等を採用する
ことができる。However, since the amplitude of the electromagnetic wave is slightly small in front of the partition between the sectoral horns 9, it is considered important to minimize this effect. As such a measure, for example, FIG.
As shown in a top view in which the inside similar to FIG. 2 is shown by a broken line, a method of reducing the influence of the partition plate by increasing the opening angle of each sectoral horn 9 in the middle of the horn portion can be adopted. .
【００４２】次に、本発明の一次放射器５を用いて可動
部と組み合わせて構成した一次放射器部の例を図８に斜
視図で示す。Next, FIG. 8 is a perspective view showing an example of a primary radiator section constructed by combining the movable section with the primary radiator 5 of the present invention.
【００４３】図８において、５は図１・図２に示した本
発明の一次放射器としてのセクタアンテナである。11
は、高周波信号の導波管となる、幅が高周波信号の自由
空間における信号波長λの略１／２で深さが信号波長λ
ｏの略１／４である溝を内部に設けた、例えば金属から
成る基体部である。基体部11の溝の底面には一端から高
周波信号の信号波長λの１／８〜１／１、好ましくは略
１／４または３／４の位置に入力用窓が設けられ、基体
部11の下面から図示しない導波管等により高周波信号が
入力される。12は基体部11の上面に溝を完全に覆うよう
に配置される金属の平板等から成る可動部であり、この
可動部12は基体部11の上面に載置されて溝とともに高周
波信号の導波管を形成するとともに、この導波管の上面
に位置する部位に高周波信号の結合用窓が設けられてお
り、この結合用窓上にセクタアンテナ５が配置されてい
る。In FIG. 8, reference numeral 5 denotes a sector antenna as the primary radiator of the present invention shown in FIGS. 11
Is a waveguide of a high-frequency signal, the width of which is approximately の of the signal wavelength λ in the free space of the high-frequency signal, and the depth of which is the signal wavelength λ.
This is a base portion made of, for example, a metal, in which a groove that is approximately 1/4 of o is provided inside. An input window is provided at the bottom of the groove of the base portion 11 at a position １ ／ to 1/1, preferably approximately 略 or ／ of the signal wavelength λ of the high-frequency signal from one end. A high-frequency signal is input from a lower surface by a not-shown waveguide or the like. Reference numeral 12 denotes a movable portion made of a metal flat plate or the like disposed on the upper surface of the base portion 11 so as to completely cover the groove. The movable portion 12 is mounted on the upper surface of the base portion 11 and conducts high-frequency signals together with the groove. A waveguide is formed, and a coupling window for a high-frequency signal is provided at a position located on the upper surface of the waveguide, and a sector antenna 5 is arranged on the coupling window.
【００４４】この可動部12には、基体部11の溝とともに
構成する導波管を導波管の基本モードであるＴＥ10モー
ドの高周波信号の電磁波が伝播するとした場合に磁界の
振幅が最大となる溝のエッジ部の上方に、この可動部12
を貫通して結合用窓を設けてある。さらに、可動部12の
下面には、基体部11の溝よりも若干寸法が小さく、この
溝の断面を塞ぐ反射部材が、可動部12の結合用窓から基
体部11の入力用窓と逆方向に高周波信号の導波管内の管
内波長λｇの１／８〜１／１、好ましくは略１／４また
は３／４離れた位置に信号反射用として設けられてい
る。In the movable portion 12, the amplitude of the magnetic field is maximized when the electromagnetic wave of the high-frequency signal of the TE10 mode, which is the fundamental mode of the waveguide, propagates through the waveguide formed with the groove of the base portion 11. Above the edge of the groove, this movable part 12
And a coupling window is provided therethrough. Further, on the lower surface of the movable portion 12, a reflecting member which is slightly smaller in size than the groove of the base portion 11 and closes a cross section of the groove is provided in a direction opposite to the input window of the base portion 11 from the coupling window of the movable portion 12. Is provided for signal reflection at a position １ ／ to 1/1, preferably about 略 or ／ of the guide wavelength λg in the waveguide of the high-frequency signal.
【００４５】この反射部材は、これがないと想定した場
合に、可動部12の結合用窓に入力される成分としては、
基体部11の入力用窓から入力され溝と可動部12とによる
導波管を伝播してきた高周波信号が直接に結合用窓に入
力される成分と、直接に結合用窓に入力されずに通過し
て導波管の端面の短絡部で反射してから結合用窓に入力
される成分とがあり、結合用窓から導波管内を伝播した
信号が反射される端面までの距離を直接に入力される成
分と反射後に入力される成分との位相が一致するように
調整すると最も結合効率が高くなるため、可動部12と結
合用窓およびセクタアンテナ５を移動させても、常に結
合用窓から導波管の短絡端までの距離を一定とするため
に反射部材を結合用窓から入力用窓と逆方向に高周波信
号の管内波長λｇの略１／４または３／４程度離れた位
置の可動部12の下面に取り付けるものである。Assuming that the reflecting member does not exist, the components input to the coupling window of the movable portion 12 include:
A high-frequency signal input from the input window of the base portion 11 and propagated through the waveguide formed by the groove and the movable portion 12 is directly input to the coupling window and passes without being directly input to the coupling window. There is a component that is reflected at the short-circuited portion of the end face of the waveguide and then input to the coupling window, and the distance from the coupling window to the end face where the signal propagated in the waveguide is reflected is directly input. If the phase of the component to be reflected and the component input after reflection are adjusted to be the same, the coupling efficiency becomes the highest. Therefore, even if the movable part 12, the coupling window, and the sector antenna 5 are moved, the coupling portion always moves from the coupling window. In order to keep the distance to the short-circuited end of the waveguide constant, the reflecting member can be moved from the coupling window in a direction away from the input window by approximately 1/4 or 3/4 of the guide wavelength λg of the high-frequency signal. It is attached to the lower surface of the part 12.
【００４６】この結合用窓から反射部材までの距離を高
周波信号の管内波長λｇの１／８〜１／１の範囲で好適
なものを選定して常に一定となるようにすると、結合用
窓における結合効率は最大とできる。If the distance from the coupling window to the reflection member is selected to be constant within a range of １ ／ to 1/1 of the guide wavelength λg of the high-frequency signal so that the distance is always constant, the distance in the coupling window is reduced. The coupling efficiency can be maximized.
【００４７】このような可動部12の結合用窓の上方にあ
たる部分に本発明の一次放射器であるセクタアンテナ５
を配置しており、このセクタアンテナ５は可動部12の結
合用窓を介して、基体部11の溝と可動部12とで構成され
る導波管と結合される。なお、セクタアンテナ５は可動
部12の結合用窓に対して、結合用窓が導波管の短絡端か
ら管内波長λｇの略１／８〜１／１、好ましくは略１／
４または３／４離れた位置にくるように配置され、他方
のホーン状に形成された開口面から所定のビーム角で高
周波信号の電磁波を放射する。A portion above the coupling window of the movable portion 12 is provided with a sector antenna 5 as a primary radiator of the present invention.
The sector antenna 5 is coupled to the waveguide formed by the groove of the base portion 11 and the movable portion 12 through the coupling window of the movable portion 12. In addition, the sector antenna 5 has a coupling window with respect to the coupling window of the movable portion 12 from the short-circuited end of the waveguide to approximately 1/8 to 1/1, preferably approximately 1/1, of the guide wavelength λg.
The electromagnetic wave of a high-frequency signal is radiated at a predetermined beam angle from the other horn-shaped aperture surface.
【００４８】これにより、基体部11の入力用窓から入力
された高周波信号は基体部11の溝と平板状の可動部12と
から成る導波管を伝播し、可動部12の結合用窓を介して
セクタアンテナ５に給電され、この例では電磁波のビー
ム方向を略90度変換して、セクタアンテナ５から自由空
間中に放射される。セクタアンテナ５は、基体部11の上
を図中に矢印で示す方向に自由に平行移動可能な可動部
12上に、導波管の長手方向に直交する方向で可動部12が
平行移動する面方向に平行な方向に向けて配置されてい
ることから、セクタアンテナ５は可動部12とともに基体
部11上を平行移動しながら、このセクタアンテナ５が向
いている方向にビーム方向を変換して高周波信号を放射
する。Thus, the high-frequency signal input from the input window of the base portion 11 propagates through the waveguide formed by the groove of the base portion 11 and the flat movable portion 12, and the coupling window of the movable portion 12 is opened. Power is supplied to the sector antenna 5 via the antenna, and in this example, the beam direction of the electromagnetic wave is changed by approximately 90 degrees, and the electromagnetic wave is radiated from the sector antenna 5 into free space. The sector antenna 5 is a movable unit that can freely move in parallel on the base unit 11 in the direction indicated by the arrow in the figure.
Since the movable portion 12 is disposed on the base 12 in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the waveguide and in a direction parallel to the plane in which the movable portion 12 moves in parallel, the sector antenna 5 is disposed on the base portion 11 together with the movable portion 12. , The beam direction is changed to the direction in which the sector antenna 5 faces, and a high-frequency signal is emitted.
【００４９】そして、図９に分解斜視図で示すように、
平行に対向配置した２枚の金属板13および14から成る平
行平板間に図８に示すような本発明の一次放射器である
セクタアンテナ５を用いた一次放射器部を平板状の集波
器15とともに配置することにより、セクタアンテナ５の
集波器15に対する位置を可変として、セクタアンテナ５
から放射された球面波から集波器15で平面波に変換され
た高周波信号の電磁波の位相を変化させることができ、
本発明の移相器を構成することができる。Then, as shown in an exploded perspective view in FIG.
A primary radiator section using a sector antenna 5 which is a primary radiator of the present invention as shown in FIG. 8 is provided between a parallel flat plate composed of two metal plates 13 and 14 arranged in parallel to form a flat collector. 15, the position of the sector antenna 5 with respect to the collector 15 is made variable, and
It is possible to change the phase of the electromagnetic wave of the high-frequency signal converted from the spherical wave radiated from the
The phase shifter of the present invention can be configured.
【００５０】なお、図９において、17は移相器のケース
を示している。In FIG. 9, reference numeral 17 denotes a phase shifter case.
【００５１】さらに、同じく図９に示すように、このよ
うな本発明の一次放射器であるセクタアンテナ５と集波
器15を平行に配置した２枚の金属板13・14の間に挟んだ
構造の移相器に対して、金属板の一方、この例では金属
板13に集波器15で位相を調整した電磁波を平行に配置し
た２枚の金属板13・14の外部に出力する複数のスロット
16を設け、これらスロット16にセクタアンテナ５からの
高周波信号を集波器15で位相を調整した後に給電するこ
とにより、スロット16から放射する電磁波のビーム方向
を可変とすることができ、本発明のビーム走査アンテナ
となる。Further, as also shown in FIG. 9, the sector antenna 5 as the primary radiator of the present invention and the collector 15 are sandwiched between two metal plates 13 and 14 arranged in parallel. For a phase shifter having a structure, a plurality of metal plates, in this example, a plurality of metal plates 13, in which electromagnetic waves whose phases are adjusted by a collector 15 are output in parallel to two metal plates 13 and 14 arranged in parallel. Slot
By providing a high-frequency signal from the sector antenna 5 to the slots 16 after adjusting the phase thereof by the collector 15, the beam direction of the electromagnetic wave radiated from the slots 16 can be changed. Beam scanning antenna.
【００５２】またさらに、図10に斜視図で示すように、
これら本発明のビーム走査アンテナのスロット16上に他
の指向性のアンテナ素子、例えば所定の放射スロット19
がアレイ状に形成されたスロットアレイアンテナ18を設
け、これに本発明のビーム走査アンテナから位相を制御
した高周波信号を給電することにより、これら他のアン
テナ素子をビーム走査アンテナとして機能させることも
できる。Further, as shown in a perspective view in FIG.
On these slots 16 of the beam scanning antenna of the present invention, other directional antenna elements such as a predetermined radiation slot 19 are provided.
By providing a slot array antenna 18 formed in an array and feeding a high-frequency signal whose phase is controlled from the beam scanning antenna of the present invention, these other antenna elements can also function as a beam scanning antenna. .
【００５３】以上のように、平行に対向配置された２枚
の導体板の間に形成された入力ポート６と導波管型の分
配器７と導波管８とセクトラルホーン９とから成り、入
力ポート６から入力された高周波信号の電磁波を複数の
分配器７と導波管８とにより必要な数に分岐して、分岐
後の複数の導波管８にそれぞれ開口10が連続して配置さ
れた複数のセクトラルホーン９を接続し、それらセクト
ラルホーン９を配列して構成された本発明の一次放射器
であるセクタアンテナ５を用いることにより、複数の開
口10の全体としての開口角で見込まれた球面波の波面と
なる面上でこれら開口10から放射される高周波信号の電
磁波の振幅と位相を所望の範囲で一様あるいは所望の強
度分布とした、高効率の本発明の移相器ならびに本発明
のビーム走査アンテナを得ることができる。As described above, the input port 6, the waveguide type distributor 7, the waveguide 8, and the sector horn 9 formed between the two conductor plates disposed in parallel and opposed to each other are provided. Electromagnetic waves of a high-frequency signal input from 6 are branched into a required number by a plurality of distributors 7 and waveguides 8, and openings 10 are continuously arranged in the plurality of branched waveguides 8. By connecting the plurality of sector horns 9 and using the sector antenna 5 which is the primary radiator of the present invention configured by arranging the sector horns 9, the plurality of apertures 10 are expected to have an overall aperture angle. A high-efficiency phase shifter and a phase shifter according to the present invention, in which the amplitude and the phase of the electromagnetic wave of the high-frequency signal radiated from these apertures 10 on the surface serving as the wavefront of the spherical wave are made uniform or a desired intensity distribution within a desired range. Invention beam scanning antenna It is possible to obtain.
【００５４】なお、本発明は以上の実施の形態の例に限
定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲
で種々の変更を加えることは何ら差し支えない。例え
ば、以上の例においては一次放射器から放射される高周
波信号の電磁波が球面波となる場合について述べたが、
一次放射器から放射される高周波信号の電磁波が平面波
等であっても全く差し支えない。また、セクトラルホー
ン９への給電が複数の分配器を用いた並列給電で行なう
例を示したが、直列給電による給電であっても全く差し
支えない。It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and that various changes may be made without departing from the spirit of the present invention. For example, in the above example, the case has been described where the electromagnetic wave of the high-frequency signal emitted from the primary radiator is a spherical wave,
The electromagnetic wave of the high-frequency signal emitted from the primary radiator may be a plane wave or the like at all. Further, an example has been shown in which power is supplied to the sector horn 9 by parallel power supply using a plurality of distributors, but power supply by series power supply may be used at all.
【００５５】[0055]
【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の一次放射器
によれば、平行に対向配置された２枚の導体板の間にこ
れら導体板の一部をそれぞれ上下の導体壁として形成さ
れた、高周波信号の電磁波の入力ポートと、この入力ポ
ートに接続された、前記電磁波を複数の導波管に分配す
る導波管型の分配器と、前記複数の導波管のそれぞれに
接続されるとともに各々の開口が前記導体板に平行な方
向に連続して配置された、前記電磁波を放射する複数の
セクトラルホーンとから成り、前記入力ポートから入力
された前記高周波信号の電磁波を前記複数のセクトラル
ホーンの前記開口から放射することから、入力された高
周波信号の電磁波を必要な数に分岐して複数のセクトラ
ルホーンより放射する高周波信号の電磁波の振幅と位相
を複数のセクトラルホーンの開口で見込まれた開口角に
おける所望の面上で一様または所望の強度分布とするこ
とが可能となり、安価で高信頼性で高性能な移相器なら
びにビーム走査アンテナを構成できる一次放射器を提供
することができる。As described in detail above, according to the primary radiator of the present invention, a part of these conductor plates is formed as upper and lower conductor walls between two conductor plates arranged in parallel and opposed to each other. An input port for an electromagnetic wave of a high-frequency signal, a waveguide-type distributor connected to the input port for distributing the electromagnetic wave to a plurality of waveguides, and connected to each of the plurality of waveguides. Each of the openings is arranged continuously in a direction parallel to the conductor plate, and comprises a plurality of spectral horns that radiate the electromagnetic waves, and the electromagnetic waves of the high-frequency signal input from the input port are transmitted to the plurality of the spectral horns Radiated from the aperture, the input electromagnetic wave of the high-frequency signal is branched into a required number, and the amplitude and the phase of the electromagnetic wave of the high-frequency signal radiated from the plurality of sector horns are changed to a plurality of sec- tors. Primary radiation that enables uniform or desired intensity distribution on a desired plane at the opening angle expected by the horn opening, and that can be used to construct an inexpensive, reliable, and high-performance phase shifter and beam scanning antenna Vessels can be provided.
【００５６】また、本発明の一次放射器において、前記
分配器が前記電磁波を前記複数の導波管に略均等に分配
する等分配器である場合には、一次放射器から放射され
る電磁波の振幅および位相が所望の波面上で一様となる
ため、アンテナの利得を最大とする波源として用いるこ
とが可能となる。In the primary radiator of the present invention, when the distributor is an equal distributor that distributes the electromagnetic wave to the plurality of waveguides substantially equally, the electromagnetic wave radiated from the primary radiator is Since the amplitude and phase are uniform on the desired wavefront, it can be used as a wave source that maximizes the antenna gain.
【００５７】また、本発明の一次放射器において、前記
分配器が複数段に接続されている場合には、分配器の分
配比率を複数段で調整可能なため、所望の波面における
振幅および位相の詳細な調整が可能であり、様々な特性
のアンテナの波源として用いることが可能となる。In the primary radiator of the present invention, when the distributor is connected in a plurality of stages, the distribution ratio of the distributor can be adjusted in a plurality of stages, so that the amplitude and the phase of the desired wavefront can be adjusted. Detailed adjustment is possible, and it can be used as a wave source of an antenna having various characteristics.
【００５８】本発明の移相器によれば、平行に配置した
２枚の金属板の間に本発明の一次放射器と平板状の集波
器とを配置し、前記一次放射器の前記開口の前記集波器
に対する位置を可変とすることにより、前記開口から放
射され前記集波器で変換された前記高周波信号の電磁波
の位相を変化させることから、一次放射器を可動として
位相を連続的に制御可能な移相器を提供することができ
る。すなわち、一次放射器と集波器の位置関係を変化さ
せることにより、スロットに給電される信号の位相の傾
きを変化させることができ、その結果、簡単な構成で良
好な特性を有するマイクロ波帯やミリ波帯の移相器とし
て機能させることができる。According to the phase shifter of the present invention, the primary radiator of the present invention and the flat collector are arranged between the two metal plates arranged in parallel, and the primary radiator has the above-mentioned opening of the primary radiator. By varying the position with respect to the collector, the phase of the electromagnetic wave of the high-frequency signal radiated from the aperture and converted by the collector is changed, so that the primary radiator is movable and the phase is continuously controlled. A possible phase shifter can be provided. That is, by changing the positional relationship between the primary radiator and the collector, the inclination of the phase of the signal supplied to the slot can be changed. As a result, the microwave band having a simple configuration and good characteristics can be obtained. Or a phase shifter in the millimeter wave band.
【００５９】本発明のビーム走査アンテナによれば、本
発明の移相器の前記金属板の一方に前記集波器との間で
前記電磁波を結合させる複数のスロットを設けて成り、
これらスロットから放射する前記電磁波のビーム方向を
可変としたことから、一次放射器を可動とし、集波器で
位相を制御した後の高周波信号をスロットから直接放射
してビームを走査可能としたビーム走査アンテナとな
る。さらに、これらスロット上に他の指向性のアンテナ
素子を設け、スロットを介して他のアンテナに高周波信
号を給電してビームを走査可能としたビーム走査アンテ
ナを提供することができる。According to the beam scanning antenna of the present invention, one of the metal plates of the phase shifter of the present invention is provided with a plurality of slots for coupling the electromagnetic wave with the collector.
Since the beam direction of the electromagnetic wave radiated from these slots is variable, the primary radiator is movable, and the high-frequency signal after the phase is controlled by the collector is directly radiated from the slot so that the beam can be scanned. It becomes a scanning antenna. Further, it is possible to provide a beam scanning antenna in which another directional antenna element is provided on these slots, and a high-frequency signal is supplied to the other antenna via the slots to scan a beam.
【図１】本発明の一次放射器の実施の形態の一例におけ
る構成を説明するための斜視図である。FIG. 1 is a perspective view illustrating a configuration of an example of an embodiment of a primary radiator of the present invention.
【図２】図１に示した本発明の一次放射器の一例の内部
構造を示した上面図である。FIG. 2 is a top view showing the internal structure of an example of the primary radiator of the present invention shown in FIG.
【図３】本発明の比較例となる一次放射器の構成を説明
するための斜視図である。FIG. 3 is a perspective view illustrating a configuration of a primary radiator that is a comparative example of the present invention.
【図４】図３に示した本発明の比較例となる一次放射器
の内部構造を示した上面図である。FIG. 4 is a top view showing the internal structure of the primary radiator according to the comparative example of the present invention shown in FIG.
【図５】本発明の比較例となる一次放射器における内部
および外部の電界強度分布を示す等高線図である。FIG. 5 is a contour diagram showing internal and external electric field strength distributions in a primary radiator as a comparative example of the present invention.
【図６】本発明の一次放射器の一例における内部および
外部の電界強度分布を示す等高線図である。FIG. 6 is a contour diagram showing internal and external electric field strength distributions in an example of the primary radiator of the present invention.
【図７】本発明の一次放射器の実施の形態の他の例の内
部構造を示した上面図である。FIG. 7 is a top view showing the internal structure of another example of the embodiment of the primary radiator of the present invention.
【図８】本発明の一次放射器を用いた一次放射器部の例
を示す斜視図である。FIG. 8 is a perspective view showing an example of a primary radiator section using the primary radiator of the present invention.
【図９】本発明の移相器ならびにビーム走査アンテナの
実施の形態の一例を示す分解斜視図である。FIG. 9 is an exploded perspective view showing an example of an embodiment of a phase shifter and a beam scanning antenna according to the present invention.
【図１０】本発明のビーム走査アンテナの実施の形態の
他の例を示す分解斜視図である。FIG. 10 is an exploded perspective view showing another example of the embodiment of the beam scanning antenna of the present invention.
５・・・・・セクタアンテナ ６・・・・・入力ポート ７・・・・・分配器 ８・・・・・導波管 ９・・・・・セクトラルホーン 10・・・・・開口 13、14・・・金属板 15・・・・・集波器 16・・・・・スロット 5 Sector antenna 6 Input port 7 Distributor 8 Waveguide 9 Sectoral horn 10 Opening 13 14 ・ ・ ・ Metal plate 15 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ Collector 16 ・ ・ ・ ・ ・ ・ Slot
Claims (5)
にこれら導体板の一部をそれぞれ上下の導体壁として形
成された、高周波信号の電磁波の入力ポートと、該入力
ポートに接続された、前記電磁波を複数の導波管に分配
する導波管型の分配器と、前記複数の導波管のそれぞれ
に接続されるとともに各々の開口が前記導体板に平行な
方向に連続して配置された、前記電磁波を放射する複数
のセクトラルホーンとから成り、前記入力ポートから入
力された前記高周波信号の電磁波を前記複数のセクトラ
ルホーンの前記開口から放射することを特徴とする一次
放射器。1. An input port for an electromagnetic wave of a high-frequency signal formed between two conductive plates disposed in parallel and opposed to each other and connected to the input port. A waveguide-type distributor for distributing the electromagnetic wave to a plurality of waveguides, and each of the plurality of waveguides being connected to each of the plurality of waveguides and each opening being continuously arranged in a direction parallel to the conductor plate; A primary radiator, comprising: a plurality of sector horns for radiating the electromagnetic wave; and radiating an electromagnetic wave of the high-frequency signal input from the input port from the openings of the plurality of sector horns.
波管に略均等に分配する等分配器であることを特徴とす
る請求項１記載の一次放射器。2. The primary radiator according to claim 1, wherein the distributor is an equal distributor that distributes the electromagnetic wave to the plurality of waveguides substantially equally.
とを特徴とする請求項１記載の一次放射器。3. The primary radiator according to claim 1, wherein said distributor is connected in a plurality of stages.
項１乃至請求項３のいずれかに記載の一次放射器と平板
状の集波器とを配置し、前記一次放射器の前記開口の前
記集波器に対する位置を可変とすることにより、前記開
口から放射され前記集波器で変換された前記高周波信号
の電磁波の位相を変化させることを特徴とする移相器。4. The primary radiator according to claim 1, wherein the primary radiator and the flat collector are arranged between two metal plates arranged in parallel, and the opening of the primary radiator is provided. A phase shifter that changes the phase of the electromagnetic wave of the high-frequency signal radiated from the aperture and converted by the collector by making the position of the electromagnetic wave variable with respect to the collector.
方に前記集波器との間で前記電磁波を結合させる複数の
スロットを設けて成り、これらスロットから放射する前
記電磁波のビーム方向を可変としたことを特徴とするビ
ーム走査アンテナ。5. The phase shifter according to claim 4, wherein one of said metal plates is provided with a plurality of slots for coupling said electromagnetic wave to said collector, and said electromagnetic wave beam radiated from said slots. A beam scanning antenna having a variable direction.
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