【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、偏波面が直交する同じ周波数の２つの電波で同時併行送受信する導波管スロットアレーアンテナの技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の直交偏波導波管スロットアレーアンテナの典型的な例としては図３に示すようなものがある（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特願２００２−１６６５０８号 （図１）
【０００４】
（ａ）は正面図であり、（ｂ）は断面図である。
放射用或いは受波用の導波路７を設けたベース体２にスロット板１を密着させたことにより、導波管スロットアレーアンテナを構成しているものである。このアンテナは第１アンテナ部３と第２アンテナ部４から構成され、第１アンテナ部３のスロット５は管軸方向に対して右上り４５度の向きに刻まれており、第２アンテナ部４のスロット６は管軸方向に対して右下りの４５度の向きに刻まれている。
【０００５】
従って、スロット５とスロット６の向きは直交していることになる。そのため第１アンテナ部３の送受波しうる電波の偏波面と第２アンテナ部４の送受波し得る電波の偏波面とは直交していることになり、送信用電波と受信用電波（相手方からの送信電波）の偏波面をアンテナの偏波面と合わせて直交するようにして置くことにより、送信と受信はアイソレートされることになり同じ周波数で同時併行送受信が可能となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように、スロットを導波管の管軸に対して４５度傾けて配置して、各スロットからの放射電波が同相になるようにしようとするとスロットの矢印Ａ方向の間隔が自由空間波長より長くなってしまい矢印Ａ方向にグレーティングローブが生じてしまうという問題がある。
【０００７】
そもそもグレーティングローブが生じるということ自体、アンテナの指向特性として問題があるうえ、矢印Ａ方向にグレーティングローブが生ずるということは、第１アンテナ部３の指向性の一部が第２アンテナ部４の方へかかり、逆に第２アンテナ部４の指向性の一部が第１アンテナ部３の方へかかるということになり、両アンテナ間のアイソレーションを損う（相互結合を生ずる）という問題がある。
【０００８】
本発明の目的は、上記従来技術における問題点に鑑みて、各スロットの放射位相が同相ないし同相に近くなるようにしつつも、スロットの間隔が自由空間波長よりも小さくなるようにして、グレーティングローブの発生を抑圧した相互結合の殆どない直交偏波導波管スロットアレーアンテナを提供しようとすることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明の直交偏波導波管スロットアレーアンテナ（以下、本発明アンテナと言う）は以下の各構成を有する。
本発明アンテナの第１の構成（基本構成）は、給電用導波管の両側のＥ面からそれぞれ直角方向に延びるように設けられた複数の放射用導波管のＨ面に、その管軸方向に平行な長穴スロットが、管幅方向で管幅中心から両側にずれた２つの異なる位置を交互に取りながら管軸方向の配列ピッチが使用周波数の自由空間波長より短くなるように配列された２組のスロットアレーアンテナが、放射面を同じ方向に向け且つスロットの向きが互いに直交するように並列されたことを特徴とする直交偏波導波管スロットアレーアンテナである。
【００１０】
本発明アンテナの第２の構成は、前記第１の構成のアンテナにおいて、長穴スロットの管軸方向の配列ピッチが使用周波数の管内波長の２分の１であることを特徴とする直交偏波導波管スロットアレーアンテナである。
【００１１】
本発明アンテナの第３の構成は、前記第１又は第２の構成において、導波管スロットアレーアンテナが、板状導電性部材の一面に、溝状の給電用導波路およびこの給電用導波路から給電される複数の溝状の放射用導波路が平行に設けられたベース体に、各放射用導波路に対応してその管軸方向に沿って放射用スロットの列が設けられたスロット板を密着させたものであることを特徴とする直交偏波導波管スロットアレーアンテナである。
【００１２】
本発明アンテナの第４の構成は、前記第３の構成において、平行して複数設けられている放射用導波路の配列ピッチが使用周波数の管内波長の２分の１であることを特徴とする直交偏波導波管スロットアレーアンテナである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
スロットアレーアンテナは、アレイ配列面の垂直方向に主ビームを向けようとすれば、各スロットからの放射位相は同相でなければならない。
即ち、各スロットを同相で励振しなければならない。このため普通の導波管スロットアレーアンテナは、スロットの管軸方向での配列ピッチを管内波長と同じにしてある。
一方、問題のグレーティングローブが生じないようにするためには、スロットの間隔は自由空間波長より短くしなければならない。このような制約のもとで、本発明の導波管スロットアレーアンテナは、偏波面が直交する２つの導波管スロットアレーアンテナにおいて、それぞれのアンテナでグレーティングローブが生じないようにするため、スロットの管軸方向の配列ピッチが自由空間波長より短くできるように、スロットの管幅方向における位置を管幅中心から両側へずらした位置とし、１つのスロットが一方へずれた位置としたならば次のスロットは他方へずれた位置とするように千鳥配置としたものである。
【００１４】
このように、２つのスロットの管幅方向における位置を異ならせることにより、スロットに対する励振位相差が生じ、２つのスロットの管軸方向の距離が１管内波長より短くとも同相に近い励振を行わせることができるからである。
【００１５】
そして、管幅方向におけるずれが大きい程、同相励振になるようにするための、管軸方向でのスロット間隔を小さくすることができる。理論的には、管幅方向におけるずれを大にすることにより、管軸方向でのスロット間隔を管内波長の２分の１まで短くしても同相に近い励振ができる。
【００１６】
このようにして、管軸方向でのスロット間隔を自由空間波長より短くすることによりグレーティングローブが生じないようにしている。
グレーティングローブが生じないようにすることにより、スロットの向きが直交するようにして並設した２つの導波管スロットアレーアンテナ間のアイソレーションを高く（相互結合を小さく）することができる。
【００１７】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の直交偏波導波管スロットアレーアンテナの実施例の放射面を見た平面簡略図である。上が送信アンテナ９、下が受信アンテナ１０ということで２つのアンテナがそのスロット１１とスロット１２の向きが直交するように配置されている。２つのアンテナは縦横の長さ寸法が異なるが基本構造は全く同じであるので、送信アンテナ９を例にして説明する。
まず、アンテナの上下方向の中央に横方向の給電用導波路１３が設けられており、その中央に給電開口１４が設けられている。ここから給電用導波路１３へ給電される。そして給電用導波路１３のＥ面に相当する上側と下側からそれぞれ上方及び下方に放射用導波路１５と１６が延びている。図１の例では放射用導波路１５は上側６本、下側６本となっている。１つの放射用導波路のＨ面における管幅はａで示されている。
【００１８】
なお、ここで放射用導波路１５、給電用導波路１３、給電開口１４は、このアンテナを受信用として用いたときは、受波用導波路、受電用導波路、受電開口として機能する。
【００１９】
各放射用導波路１５の片面にはスロット１１が設けられている。このスロット１１は管軸方向に平行であり、管幅方向における位置は管幅中心よりその両側にずれた位置にあり、管軸方向で見た場合、一方の側の位置と他方の側の位置を交互にとるように配置されている。
【００２０】
このようにスロットの管幅方向における位置を管幅中心からずらすことにより、スロットの管軸方向の距離Ｂを管内波長より短くしても各スロットの放射位相を同相に近づけることができ、同相放射のための管軸方向スロットピッチを自由空間波長より短くすることができ、グレーティングローブが生じないようにすることができる。
【００２１】
この管軸方向のスロットピッチは、管幅方向のずれを最大にすることにより、管内波長の２分の１の距離まで短くすることができる。
なお、図中の矢印円は管内の磁界を示している。
【００２２】
受信アンテナ１０は、送信アンテナ９と同様のアンテナを９０度横にして送信アンテナ９と並べたものである。
送信アンテナ９と同様のスロット数とスロット配置位置にすることで、スロット数の違いとスロット配置位置の違いによる放射指向性に与える影響を考えなくても良い。
【００２３】
このように、グレーティングローブのない２つのスロットアレーアンテナをそのスロットの向きが直交するように、即ち偏波面が直交するように配置することにより、理論的には、送信アンテナ９から送信された電波が受信アンテナ１０に回り込んだり、相手無線局から受信アンテナ１０の偏波面に一致させて送信されて来た電波を送信アンテナ９が受信することはなく無限に近いアイソレーションが得られることになる。ただ実際には、導波路やスロットの位置や寸法等の加工精度の点から無限のアイソレーションを得るには至らないが、平面における直線直角の加工であるため、パラボラアンテナ等のように曲面加工を要する場合に較べて遥かに高い精度が得られるため、パラボラアンテナを用いた直交偏波アンテナのアイソレーションが３５ｄＢ程度であるのに対して、本発明の導波管スロットアレーアンテナによる直交偏波アンテナでは約５０ｄＢのアイソレーションが得られる。
【００２４】
図１に示すアンテナは、導波管を組み合わせて構成することができるが、その他図２に示すように、板状の導電性部材に、溝状の給電用導波路１３、給電開口１４、溝状の放射用導波路１５を設けたベース体１８に、導電性板に予めスロット１１を穿ったスロット板１７を、スロット１１と放射用導波路１５と対応させて密着することにより導波管としての機能を持たせてスロットアレーアンテナを構成することもできる。
【００２５】
この場合、一般的には、スロット板１７の下面とベース体１８の境界壁８の上面とは充分密着して導電性を保たなければならないところであるが、隣り合う放射用導波路１５の励振を逆相励振にすると、スロット板１７と境界壁８との間の電流は丁度逆相相殺され結果的に電流がゼロとなり、スロット板１７の下面と境界壁８の上面との導電性は要求されず、密着させるための加工、工夫が不要となり、生産コストの低減につながる。
【００２６】
ところで、隣り合う放射用導波路１５を逆相励振するためには、放射用導波路への給電ピッチを位相が１８０度回転する距離、即ち管内波長の２分の１の距離にすればよいことになる。
結局、放射用導波路の配列ピッチを２分の１波長にするということである。図１は丁度この状態を示している。即ち、給電用導波路１３における磁界が隣接する放射用導波路１５への給電部分で逆向きになっており逆相励振していることを示している。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の直交偏波導波管スロットアレーアンテナは、放射用導波管に設ける管軸方向に長穴のスロットを、管幅方向で管幅中心から両側にずれた２つの異なる位置を交互にとりながら管軸方向に配列させることにより、スロットの管軸方向でのピッチを自由空間波長より短くしたのでグレーティングローブが生ぜず、このようなアンテナ２個をスロットの向きが直交するように並べた直交偏波アンテナであるので、両アンテナ間のアイソレーションが非常に高くとれるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の直交偏波導波管スロットアレーアンテナの実施例の放射面を見た平面簡略図である。
【図２】本発明における導波管スロットアレーアンテナを、板状導電体に溝状の導波路を設けたベース体と、対応する位置にスロットを切ったスロット板とで構成する例の斜視図である。
【図３】従来の直交偏波導波管スロットアレーアンテナの構造図である。
【符号の説明】
１ スロット板
２ ベース体
３ 第１アンテナ部
４ 第２アンテナ部
５ スロット
６ スロット
７ 導波路
８ 境界壁
９ 送信アンテナ
１０ 受信アンテナ
１１ スロット
１２ スロット
１３ 給電用導波路
１４ 給電開口
１５ 放射用導波路
１６ 放射用導波路
１７ スロット板
１８ ベース体[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention belongs to the technical field of a waveguide slot array antenna that simultaneously transmits and receives two radio waves of the same frequency whose polarization planes are orthogonal to each other.
[0002]
[Prior art]
A typical example of a conventional orthogonally polarized waveguide slot array antenna is shown in FIG. 3 (for example, see Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application No. 2002-166508 (FIG. 1)
[0004]
(A) is a front view, (b) is a sectional view.
The slot plate 1 is closely adhered to the base body 2 provided with the radiation or reception waveguide 7, thereby forming a waveguide slot array antenna. This antenna is composed of a first antenna section 3 and a second antenna section 4, and a slot 5 of the first antenna section 3 is cut in a direction of 45 degrees to the upper right with respect to the tube axis direction. The slot 6 is cut in the direction of 45 degrees downward to the right with respect to the tube axis direction.
[0005]
Therefore, the directions of the slots 5 and 6 are orthogonal. Therefore, the plane of polarization of the radio wave that can be transmitted and received by the first antenna unit 3 is orthogonal to the plane of polarization of the radio wave that can be transmitted and received by the second antenna unit 4, and the transmission radio wave and the reception radio wave (from the other party). The transmission and reception are isolated by placing the polarization plane of the (transmitted radio wave) orthogonal to the polarization plane of the antenna, so that simultaneous parallel transmission and reception can be performed at the same frequency.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the slots are arranged at an angle of 45 degrees with respect to the waveguide axis of the waveguide so that the radio waves radiated from each slot have the same phase, the interval of the slots in the direction of arrow A becomes free space. There is a problem that the length becomes longer than the wavelength and a grating lobe is generated in the direction of arrow A.
[0007]
The fact that grating lobes occur in the first place is a problem in terms of the directivity characteristics of the antenna, and the fact that grating lobes occur in the direction of arrow A means that a part of the directivity of the first antenna unit 3 is smaller than that of the second antenna unit 4. In other words, a part of the directivity of the second antenna unit 4 is applied to the first antenna unit 3, and the isolation between the two antennas is damaged (mutual coupling is caused). .
[0008]
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above-mentioned problems in the prior art, it is an object of the present invention to make the radiation phase of each slot in-phase or close to the in-phase, while making the spacing between the slots smaller than the free space wavelength, and It is an object of the present invention to provide an orthogonally polarized waveguide slot array antenna which suppresses the occurrence of the occurrence and has almost no mutual coupling.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an orthogonally polarized waveguide slot array antenna of the present invention (hereinafter, referred to as an antenna of the present invention) has the following configurations.
A first configuration (basic configuration) of the antenna according to the present invention is such that a plurality of radiating waveguides provided so as to extend at right angles from the E-planes on both sides of the feeding waveguide are provided on their H-axes. Slots parallel to the direction are arranged such that the pitch in the tube axis direction is shorter than the free space wavelength of the operating frequency while alternately taking two different positions shifted from the center of the tube width to both sides in the tube width direction. The orthogonally polarized waveguide slot array antenna is characterized in that the two sets of slot array antennas are arranged in parallel so that the radiation surfaces face in the same direction and the directions of the slots are orthogonal to each other.
[0010]
According to a second configuration of the antenna of the present invention, in the antenna according to the first configuration, the arrangement pitch of the long hole slots in the tube axis direction is one half of the guide wavelength of the operating frequency. This is a waveguide slot array antenna.
[0011]
According to a third configuration of the antenna of the present invention, in the first or second configuration, the waveguide slot array antenna is provided on one surface of the plate-shaped conductive member with a groove-shaped feeding waveguide and the feeding waveguide. A slot plate provided with a row of radiating slots along a tube axis direction corresponding to each radiating waveguide on a base body provided with a plurality of groove-shaped radiating waveguides fed in parallel from each other. Are orthogonally polarized waveguide slot array antennas.
[0012]
A fourth configuration of the antenna according to the present invention is characterized in that, in the third configuration, an arrangement pitch of a plurality of radiation waveguides provided in parallel is one half of a guide wavelength of a used frequency. This is an orthogonally polarized waveguide slot array antenna.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
In the slot array antenna, the radiation phase from each slot must be in phase if the main beam is directed in the direction perpendicular to the array arrangement surface.
That is, each slot must be excited in phase. For this reason, in an ordinary waveguide slot array antenna, the arrangement pitch of the slots in the tube axis direction is made equal to the guide wavelength.
On the other hand, in order to prevent the generation of the grating lobe in question, the interval between the slots must be shorter than the free space wavelength. Under such restrictions, the waveguide slot array antenna according to the present invention is designed so that, in two waveguide slot array antennas whose polarization planes are orthogonal to each other, a grating lobe is not generated in each antenna. If the position of the slot in the tube width direction is shifted to the both sides from the center of the tube width so that the array pitch in the tube axis direction can be shorter than the free space wavelength, and if one slot is shifted to one side, Are staggered so as to be shifted to the other side.
[0014]
By making the positions of the two slots different in the tube width direction as described above, an excitation phase difference is generated for the slots, and excitation is performed in the same phase even if the distance between the two slots in the tube axis direction is shorter than one guide wavelength. Because you can do it.
[0015]
Then, as the displacement in the pipe width direction is larger, the slot interval in the pipe axis direction for achieving the same-phase excitation can be reduced. Theoretically, by increasing the displacement in the tube width direction, even if the slot interval in the tube axis direction is reduced to half of the guide wavelength, excitation close to the same phase can be performed.
[0016]
In this way, by making the slot interval in the tube axis direction shorter than the free space wavelength, grating lobes are prevented from occurring.
By preventing the occurrence of grating lobes, it is possible to increase the isolation (reduce mutual coupling) between two waveguide slot array antennas arranged side by side so that the slots are orthogonal to each other.
[0017]
【Example】
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a simplified plan view showing a radiation surface of an embodiment of an orthogonally polarized waveguide slot array antenna according to the present invention. Since the upper side is the transmitting antenna 9 and the lower side is the receiving antenna 10, two antennas are arranged so that the directions of the slots 11 and 12 are orthogonal. Although the two antennas have different vertical and horizontal lengths, but have the same basic structure, the transmission antenna 9 will be described as an example.
First, a horizontal feeding waveguide 13 is provided at the center in the vertical direction of the antenna, and a feeding opening 14 is provided at the center. From here, power is supplied to the power supply waveguide 13. The radiation waveguides 15 and 16 extend upward and downward from the upper side and the lower side corresponding to the E plane of the power supply waveguide 13, respectively. In the example of FIG. 1, the radiation waveguides 15 are the upper six and the lower six. The tube width on the H-plane of one radiation waveguide is indicated by a.
[0018]
Here, the radiation waveguide 15, the power supply waveguide 13, and the power supply aperture 14 function as a wave reception waveguide, a power reception waveguide, and a power reception aperture when this antenna is used for reception.
[0019]
A slot 11 is provided on one surface of each radiation waveguide 15. The slot 11 is parallel to the pipe axis direction, and the position in the pipe width direction is shifted to both sides from the center of the pipe width, and when viewed in the pipe axis direction, the position on one side and the position on the other side Are arranged alternately.
[0020]
By shifting the position of the slot in the tube width direction from the center of the tube width in this manner, the radiation phase of each slot can be made close to the in-phase even if the distance B in the tube axis direction of the slot is shorter than the guide wavelength. Can be made shorter than the free-space wavelength, and grating lobes can be prevented.
[0021]
The slot pitch in the tube axis direction can be reduced to half the guide wavelength by maximizing the displacement in the tube width direction.
Note that the arrow circle in the figure indicates the magnetic field in the tube.
[0022]
The receiving antenna 10 is configured by arranging the same antenna as the transmitting antenna 9 horizontally by 90 degrees.
By using the same number of slots and the same slot arrangement position as the transmission antenna 9, it is not necessary to consider the influence on the radiation directivity due to the difference in the number of slots and the difference in the slot arrangement position.
[0023]
By arranging two slot array antennas without grating lobes such that the directions of the slots are orthogonal, that is, the polarization planes are orthogonal, theoretically, the radio wave transmitted from the transmitting antenna 9 can be obtained. Does not sneak into the receiving antenna 10 or the transmitting antenna 9 does not receive the radio wave transmitted from the partner wireless station in accordance with the polarization plane of the receiving antenna 10, so that an infinite isolation can be obtained. . However, in practice, it is not possible to obtain infinite isolation from the point of processing accuracy such as the position and dimensions of the waveguide and the slot, but since it is a straight line processing on a plane, it is a curved surface processing like a parabolic antenna etc. , The isolation of the orthogonal polarization antenna using the parabolic antenna is about 35 dB, whereas the orthogonal polarization using the waveguide slot array antenna of the present invention is obtained. The antenna provides about 50 dB of isolation.
[0024]
The antenna shown in FIG. 1 can be configured by combining waveguides. However, as shown in FIG. 2, a plate-shaped conductive member is provided with a groove-shaped feeding waveguide 13, a feeding opening 14, and a groove. A slot plate 17 in which a slot 11 is previously drilled in a conductive plate is brought into close contact with a base body 18 provided with a radiation waveguide 15 in a shape corresponding to the slot 11 and the radiation waveguide 15 to form a waveguide. A slot array antenna can also be configured to have the above function.
[0025]
In this case, generally, the lower surface of the slot plate 17 and the upper surface of the boundary wall 8 of the base body 18 must be in close contact with each other to maintain conductivity. Is reversed phase excitation, the current between the slot plate 17 and the boundary wall 8 is exactly canceled out, resulting in zero current, and the conductivity between the lower surface of the slot plate 17 and the upper surface of the boundary wall 8 is required. This eliminates the need for processing and devising for close contact, leading to a reduction in production cost.
[0026]
By the way, in order to excite the adjacent radiation waveguides 15 in opposite phase, the feeding pitch to the radiation waveguides should be set to a distance where the phase is rotated by 180 degrees, that is, a distance which is a half of the guide wavelength. become.
As a result, the arrangement pitch of the radiation waveguides is set to a half wavelength. FIG. 1 shows just this state. In other words, the magnetic field in the power supply waveguide 13 is reversed at the power supply part to the adjacent radiation waveguide 15, indicating that the phase is excited in the opposite phase.
[0027]
【The invention's effect】
As described above, in the orthogonally polarized waveguide slot array antenna of the present invention, two slots, which are provided on the radiation waveguide and are elongated in the pipe axis direction in the pipe width direction, are shifted from the center of the pipe width to both sides. By arranging in the tube axis direction while alternately taking different positions, the pitch of the slots in the tube axis direction is made shorter than the free space wavelength, so that no grating lobes are generated and the two antennas are orthogonal in slot direction. Since the orthogonally polarized antennas are arranged as described above, there is an advantage that the isolation between both antennas can be very high.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a simplified plan view showing a radiation surface of an embodiment of an orthogonally polarized waveguide slot array antenna of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view of an example in which a waveguide slot array antenna according to the present invention includes a base body having a grooved waveguide formed on a plate-shaped conductor and a slot plate having a slot cut at a corresponding position. It is.
FIG. 3 is a structural view of a conventional orthogonally polarized waveguide slot array antenna.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Slot plate 2 Base body 3 1st antenna part 4 2nd antenna part 5 Slot 6 Slot 7 Waveguide 8 Boundary wall 9 Transmitting antenna 10 Receiving antenna 11 Slot 12 Slot 13 Feeding waveguide 14 Feeding opening 15 Radiating waveguide 16 Radiating waveguide 17 Slot plate 18 Base body
