JP2005167879A - Ｔ分岐導波管、およびアレーアンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】 従来のＨ面の不等分配Ｔ分岐導波管は、２ポートの出力端子をＨ面高さの異なる導波管で接続していたため、段差が生じて製造がし難くかったり、通過位相が等位相にならないという問題があった。
【解決手段】 主導波管の側導波管との接続口周辺に、アイリスを左右非対称にして設けて、かつ導体板を主導波管の中心線上からずらして配置することにより、所望の分配比が得られるとともに、通過位相が等位相となるＨ面の不等分配Ｔ分岐導波管を実現した。
【選択図】 図２

Description

本発明は、マイクロ波、ミリ波帯における電力の分配及び合成に用いられるＴ分岐導波管に関するものである。

導波管Ｈ面でＴ分岐させて電力分配及び合成を行うために、Ｈ面のＴ分岐導波管が用いられている。Ｈ面のＴ分岐導波管は、主導波管と、主導波管の一方のＨ面に結合された矩形状断面の側導波管とで構成される。
従来、Ｈ面のＴ分岐導波管の分配比を変えるために、２ポートの出力端子をＨ面高さの異なる側導波管で接続し、主導波管と側導波管の接続部の前後で側導波管の高さを変える方法が知られている。また、主導波管の中心線上からずらした位置に導体ポストを設置することによって、分配比を変える方法が知られていた（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１-８５９０１号公報（第４頁、第１図）

しかし、前者の方法では導波管に段差が生じるため、製造しにくいという問題があった。また、導波管の高さを標準的な導波管の高さに戻すためには、インピーダンス変換器等が必要であり、構成が複雑になるという問題があった。

一方、後者の方法では、容易に分配比を変えることが可能であり、製造しやすい構造ではあるが、主導波管を入力端子、側導波管を２ポートの出力端子とした場合に、当該２つの出力端子間で通過位相がずれるという問題があった。

この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、主導波管と側導波管との間で電力を不等分配もしくは不等合成可能でありながら、側導波管における２つの端子間の通過位相差が小さく、高さが一様なＨ面Ｔ分岐導波管を実現することを目的としたものである。

この発明に係るＴ分岐導波管は、一端を第１の端子とした主導波管と、一端を第２の端子、および他端を第３の端子とし、一方のＨ面に接続口を有して前記主導波管の他端が当該接続口に接続された側導波管とを備えて、
前記接続口周辺で、前記主導波管の相対するＨ面に夫々幅の異なる第１、第２のアイリスが配置され、前記主導波管の中心線からずれた位置に、前記側導波管の上下に接するとともに、前記側導波管における前記接続口側のＨ面と反対側のＨ面から突出して導体板を配置したものである。

この発明によるＴ分岐導波管によれば、主導波管の側導波管との接続口周辺に、アイリスを左右非対称にして設けて、かつ導体板を主導波管の中心線上からずらして配置することによって、第２の端子、第３の端子との間で、電力を損失が少なく所望の分配比で不等分配もしくは合成することができるとともに、分配後あるいは合成前の第２、第３の端子の通過位相を、ほぼ等位相にすることができる。

実施の形態１．
図１（ａ）、（ｂ）は、導波管スロットアレーアンテナの給電回路の一例を示す図であり、図１（ａ）は正面図、図１（ｂ）は裏面図である。
図において、導波管スロットアレーアンテナは、複数の放射スロット１の設けられた放射導波管２と、放射導波管２に給電する導波管給電回路４とで構成される。放射導波管２は、複数並列に配列されて、複数のサブアレー３を形成する。

放射導波管２および導波管給電回路４は、夫々斜めスロット５が設けられており、放射導波管２と導波管給電回路４は、互いの斜めスロット５同士で接続される。各サブアレー３への給電は導波管給電回路４によって行われ、放射導波管２の励振は斜めスロット５で行われる。導波管給電回路４はＴ分岐導波管によって構成される。

一般的には、サブアレー３毎の放射スロット１の数は一定ではないので、Ｈ面Ｔ分岐は不等分配である必要がある。また、サブアレー３毎の放射スロット１の数が同じであっても、テーラー分布等開口分布をつける場合には、Ｈ面のＴ分岐導波管は不等分配である必要がある。図１（ａ）、（ｂ）の例では、破線７で示したＨ面のＴ分岐導波管は等分配であるが、破線６で示したＨ面のＴ分岐導波管は不等分配となる。

図２は、この発明の実施の形態１による不等分配型のＨ面のＴ分岐導波管である。図２（ａ）は斜視図であり、図２（ｂ）はＥ面に水平な面で切断した断面図である。
図において、主導波管１１と、主導波管１１の一方のＨ面に結合された矩形状断面の側導波管１２とで構成される。主導波管１１は一端を第１の端子８とし、他端は接続端子２０となっている。側導波管１２は一端を第２の端子９、他端を第３の端子１０として、一方のＨ面に接続口が設けられる。主導波管１１の接続端子２０は側導波管１２の接続口２１と接続される。このとき、主導波管１１と側導波管１２は中心軸が直交するように接続される。また、主導波管１１と側導波管１２はＨ面の高さが同じになっている。

側導波管１２の接続口２１の周辺には、アイリス１６（第１のアイリス）、アイリス１７（第２のアイリス）が設けられる。アイリス１６は、側導波管１２の第２の端子側における、主導波管１１の一方のＨ面から導波管内に突出して設けられる。アイリス１７は、側導波管１２の第３の端子側における、主導波管１１の他方のＨ面から導波管内に突出して設けられる。すなわち、主導波管１１の相対するＨ面に、夫々アイリス１６、１７が互いに対向して配置される。アイリス１６、１７は、夫々主導波管１１のＨ面から突出する幅が、互いに異なっている。図２に示す例では、アイリス１６よりもアイリス１７の方が、導波管内に突出する幅が大きくなっている。

側導波管１２の上下に接して、側導波管１２における接続口２１側のＨ面と反対側のＨ面から突出して、導体板１８が設けられている。導体板１８は主導波管１１の中心線１５から第３の出力端子１０側へずれた位置に配置される。

次に動作について説明する。
第１の端子８から入力されたミリ波もしくはマイクロ波帯のＲＦ信号は、第２の端子９と第３の端子１０に分配されて、出力される。ここで、図２に示したＴ分岐導波管では、第３の端子１０側のアイリス１７を適切な大きさに設定するとともに、第２の端子９側のアイリス１６を第３の端子１０側のアイリス１７よりも適当な大きさだけ短くする。これによって、第２の端子９側の信号を強くし、第３の端子１０側の信号を弱くする。さらに、導体板１８を、主導波管１１の中心線１５よりも第３の端子１０側に、適切な距離だけずれた位置に配置することによって、ほぼ等位相の特性を得ることができる。

図３（ａ）は、第１の端子８から第２の端子９、および第３の端子１０へ、夫々分配される信号の、振幅の周波数特性の一例を示す。図において、横軸は周波数、縦軸は信号の振幅[ｄＢ]を示し、第２の端子９の振幅をポート２、第３の端子１０の振幅をポート３として示す。
理想的な等分配では、第２の端子９と第３の端子１０の信号は、共に−３ｄＢとなる。しかし、この実施の形態１によるＴ分岐導波管では、第２の端子９の信号が大きく（−２[ｄＢ]）、第３の端子１０の信号が小さく（−５[ｄＢ]）なって、不等分配特性が得られていることがわかる。

次に、図３（ｂ）は、第１の端子８から第２の端子９、および第３の端子１０へ、夫々分配される通過信号の位相特性を示す。図において、縦軸は周波数、横軸は通過位相差（Ｓ_３１／Ｓ_２１）を示す。ここで、この実施の形態によるＴ分岐導波管の位相特性の効果を説明するために、比較対照として、従来例のＴ分岐導波管の位相特性を図中の破線に示す。図に示すように、従来例のＴ分岐導波管では５０°前後の位相差が生じているのに対して、この実施の形態のＴ分岐導波管ではほぼ等位相な特性が得られている。

図４には、図３（ｂ）で比較対照として例示した、従来例のＴ分岐導波管の構成を示す。図４（ａ）は斜視図、図４（ｂ）はＥ面での断面図を示す。図４に示す従来例では、側導波管１２内で、主導波管の中心線１５よりも第３の端子１０側に、導体ポスト１４が設けられている。その代わり、アイリス１６、１７、および導体板１８が設置されていない。図中で、図２と同一符号のものは、図２と同一相当のものである。

以上により、この実施の形態によるＴ分岐導波管では、主導波管の側導波管との接続口周辺に、アイリスを左右非対称にして設けて、かつ導体板を主導波管の中心線上からずらして配置することによって、第２の端子９および第３の端子１０との間で、電力を損失が少なく所望の分配比で不等分配することができるとともに、分配後の第２の端子９、および第３の端子１０の通過位相を、ほぼ等位相にすることができる。

なお、以上の説明では、Ｔ分岐導波管を入力信号の不等分配器として用いる例について示したが、Ｔ分岐導波管を不等合成する合成器として用いても良い。この場合、第２の端子９および第３の端子１０に夫々入力された電力振幅の異なるＲＦ信号が、第１の端子８に合成されて出力されることは言うまでもない。この際、第２の端子、第３の端子との間で、電力を損失が少なく所望の分配比で不等合成することができるとともに、合成前の第２、第３の端子の通過位相を、ほぼ等位相にすることができる。

実施の形態２．
図５は、この発明の実施の形態２の構成を示す図である。図５（ａ）は斜視図であり、図５（ｂ）はＥ面での断面図である。図に示すように、この実施の形態では、第２の端子９側のアイリス１６を設けることなく、Ｔ分岐導波管を構成している。このような構成であっても、アイリス１７の導波管内へ突出する幅を適切に設定することによって、同様の効果が得られる。
なお、図中の図２と同一符号のものは、図２と同一相当のものを示す。

この発明の実施の形態１による導波管スロットアレーアンテナの構成を示す図である。 この発明の実施の形態１によるＴ分岐導波管の構成を示す図である。 この発明の実施の形態１による、（ａ）Ｔ分岐導波管の振幅特性、および（ｂ）通過位相特性を示す図である。 比較例として示す、従来のＴ分岐導波管の構成を示す図である。 他の実施の形態を示す図である。

符号の説明

１ 放射スロット、２ 放射導波管、３ サブアレー、４ 導波管給電回路、５ 斜めスロット、８ 第１の端子、９ 第２の端子、１０ 第３の端子、１１ 主導波管、１２ 側導波管、１４ 導体ポスト、１５主導波管の中心線、１６ アイリス、１７ アイリス、１８ 導体板。

Claims (3)

1. 一端を第１の端子とした主導波管と、
   一端を第２の端子、他端を第３の端子とし、一方のＨ面に接続口を有して前記主導波管の他端が当該接続口に接続された側導波管とを備え、
   前記接続口周辺で、前記主導波管の相対するＨ面に夫々幅の異なる第１、第２のアイリスが配置され、
   前記主導波管の中心線からずれた位置に、前記側導波管の上下に接するとともに前記側導波管における前記接続口側のＨ面と反対側のＨ面から突出して導体板が配置されたことを特徴とするＴ分岐導波管。
2. 前記第１のアイリスが前記第２の端子側に配置され、前記第２のアイリスが前記第３の端子側に配置されるとともに、前記第２のアイリスの方が前記第１のアイリスよりも幅が大きく、
   前記主導波管の中心線に対して、前記第３の端子側にずれた位置に、前記導体板が配置されたことを特徴とする請求項１記載のＴ分岐導波管。
3. 前記請求項１もしくは請求項２に記載のＴ分岐導波管と、当該Ｔ分岐導波管によって給電される複数のサブアレーとを備えたことを特徴とするアレーアンテナ。

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