JP2008113314A

JP2008113314A - スロットアンテナ装置

Info

Publication number: JP2008113314A
Application number: JP2006295593A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Sugano; 真行菅野; Yuzo Shibuya; 裕三渋谷; Naohisa Goto; 尚久後藤
Original assignee: Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2006-10-31
Filing date: 2006-10-31
Publication date: 2008-05-15

Abstract

【課題】ビーム幅調整が容易で小型化が可能な円偏波用のスロットアンテナ装置を提供する。
【解決手段】頂部１２が９０度に曲折され先端１３が短絡された矩形導波管１１と、頂部１２に設けたクロススロットアンテナ１４と、反射板１５と、クロススロットアンテナ１４を囲むように反射板１５に配置された誘電体リング１６を備える。
【選択図】図５

Description

本発明は、レーダ、センサ、通信装置等に利用される円偏波用のスロットアンテナ装置に関するものである。

大電力の電磁波を放射する際には、通常では導波管が使用されることが多い。このような導波管を使用して給電を行い円偏波の電磁波を放射するスロットアンテナ装置として、図６に示すように、円形導波管２１と、その円形導波管２１の側面に直交する方向から取り付けられた２個の給電用導波管２２，２３とからなるＯＭＴ（Orthogonal Mode Transducer：偏分波器）を利用し、円形導波管２１の先端のホーンアンテナ部２４から円偏波の電磁波を放射するものがある。２５は反射板である。給電用導波管２２，２３の円形導波管２１の軸方向の離間距離Kを、給電する直線偏波の電磁波が９０度の位相差を持つように設定し、且つその給電用導波管２２，２３に給電する電磁波を同振幅とすることにより、円形導波管２１内において、直交した方向から９０度の位相差で同振幅の２つの直線偏波が入力されるので、これらが合成されて、円偏波が生成され、ホーンアンテナ部２４から放射される。このとき、反射板２５によってビーム幅を広げて指向性を調整することができる。

また、図７に示すように、円形導波管３１内に所定の長さの窓（導体）３２，３３を対向させて配置した円偏波発生器により、矩形導波管３４から給電された直線偏波（電界成分をＥで示す）の電磁波を、この窓３２，３３において水平成分Ｅ１と垂直成分Ｅ２に分離することで、管内の水平方向、垂直方向の進行波に９０度の位相差を与えて円偏波を生成させるようにし、円形導波管３１の先端のホーンアンテナ部３５から、その円偏波の電磁波を放射させるようにしたスロットアンテナ装置もある。３６は反射板、３７は矩形導波管３４と円形導波管３１を接続する矩形−円形導波管変換器である。このとき、反射板３６によってビーム幅を広げて指向性を調整することができる。

さらに、放射された円偏波の電磁波のビーム幅を調整することを考慮すると、図８に示すように、円偏波の電磁波を放射するアンテナ素子４１を複数配列し、各アンテナ素子４１からの放射電力の振幅を電力分配器４３で調整し、位相を移相器４２で調整することで、所望のビーム幅を得るアレイアンテナ装置も採用されている。

その他では、ホーンアンテナ等の開口面アンテナでは、そのアンテナ開口寸法を変化させて、ビーム幅を調整し指向性を調整する手法もある。

ところが、図６に示したようにＯＭＴを使用して円偏波を発生する手法では、給電用導波管２２，２３に接続される直線偏波の分配用の導波管分配器（図示せず）や引き回しを行う導波管（図示せず）が必要となり、アンテナ装置が大型化する問題がある。また、図７に示した手法では、円偏波発生器は位相調整のための導体の窓３２，３３を使用するので、この窓３２，３３に導波管内波長程度の長さが必要となり、アンテナ装置が軸方向に大型化する問題がある。また、図８の手法では、指向性を詳細に調整することは可能ではあるが、電力分配器４３や移相器４２を必要とするので、同様にアンテナ装置が大型化する問題がある。さらに、開口面アンテナのアンテナ開口寸法を変化させることは、ビーム幅制御の効果が小さくて制御可能であるとは言えず、また、開口寸法を小さくすると、アンテナインピーダンスが大きくなって、自由空間特性インピーダンスとの整合がとり難くなる。

本発明の目的は、ビーム幅調整が容易で小型化が可能な円偏波用のスロットアンテナ装置を提供することである。

上記目的を達成するために、請求項１にかかる発明のスロットアンテナ装置は、頂部がほぼ９０度に曲折され先端が短絡された矩形導波管と、該矩形導波管の前記先端から管内波長の１／２の距離の前記頂部の上面に設けられたクロススロットアンテナと、該クロススロットアンテナの開口面から放射方向と反対方向に所定距離後退した位置に配置された反射板と、を備えることを特徴とする。
請求項２にかかる発明は、請求項１に記載のスロットアンテナ装置において、前記クロススロットアンテナが、前記導波管の前記頂部の上面に２以上設けられていることを特徴とする。
請求項３にかかる発明は、請求項１に記載のスロットアンテナ装置において、前記矩形導波管を、前記頂部がＴ形状となるよう形成され該頂部の両側の先端が短絡された矩形導波管に置き換え、前記クロススロットアンテナを、前記頂部の上面に２以上設けたことを特徴とする。
請求項４にかかる発明は、請求項１、２又は３に記載のスロットアンテナ装置において、前記反射板の反射方向の面に、前記クロススロットアンテナの開口面を囲むように配置された誘電体リングを備えることを特徴とする。
請求項５にかかる発明は、請求項１、２又は３に記載のスロットアンテナ装置において、前記クロススロットアンテナの開口面と前記反射板との間の距離を、前記クロススロットアンテナから放射される電磁波のビーム幅が所望の値となるよう調整したことを特徴とする。
請求項６にかかる発明は、請求項１、２又は３に記載のスロットアンテナ装置において、前記反射板の面積を、前記クロススロットアンテナから放射される電磁波のビーム幅が所望の値となるよう調整したことを特徴とする。
請求項７にかかる発明は、請求項４に記載のスロットアンテナ装置において、前記誘電体リングの誘電率、厚みおよび幅を、前記クロススロットアンテナから放射される電磁波のビーム幅が所望の値となるよう調整したことを特徴とする。

本発明によれば、クロススロットアンテナを使用するので、ＯＭＴや円偏波発生器が必要なくなり、アンテナ装置を小型化することができる。また、反射板や誘電体リングによってビーム幅が調整できるので、複数のアンテナ素子が必要ではなくなり、クロススロットアンテナの１つ又は少ない数で所望のビーム幅をもつアンテナ装置を実現でき、この面からもアンテナ装置の小型化が可能となる。さらに、構造的には、クロススロットアンテナと反射板や誘電体リングを矩形導波管に設ければよいので、加工が簡単であり、工賃や材料費の低減化も可能となる。

[第１の実施例]
図１は本発明の第１の実施例のスロットアンテナ装置の斜視図、図２はその一部の平面図を示す。１１は直線偏波の電磁波給電用の矩形導波管であり、その頂部１２がほぼ９０度に曲折していて、導波管先端１３は短絡終端となっている。そして、その先端１３から管内波長の１／２の箇所に、クロススロットアンテナ１４が形成されている。このクロススロットアンテナ１４は、２つのスロット１４ａ，１４ｂをＸ字形状（十字形状）に開口して形成したものであり、スロット１４ａ，１４ｂの長さａ，ｂを異ならせることにより、そのスロット１４ａ，１４ｂの共振モード時に、両スロット１４ａ，１４ｂを通過する直線偏波に９０度の位相差を生じさせて、導波管１１から供給された直線偏波を円偏波に変換して放射する。なお、導波管１１の頂部１２への屈曲部は、内部において反射が起こらないように、その屈曲部内側が斜面あるいは円弧に形成されている（図示せず）。

１５は金属板からなる反射板であり、この反射板１５によりクロススロットアンテナ１４から放射させる円偏波のビーム幅を調整する。反射板１５は、クロススロットアンテナ１４から放射された電磁波の一部が頂部１２の端部での回折現象により進行方向とは反対の後方に回り込む箇所に、つまり頂部１２から距離Ｈだけ後退した位置になるように、開口１５ａの部分において導波管１１と一体化されている。この反射板１５により、反射波が前面方向に放射され、クロススロットアンテナ１４からの主ビームに影響を及ぼして、そのビーム幅が調整される。このときのビーム幅の調整は、クロススロットアンテナ１４のアンテナ開口面（頂部１２の面）と反射板１５との間の距離Ｈと、反射板１５の面積Ｓの調整により行う。これら距離Ｈと面積Ｓは、希望するビーム幅の広がりに応じて、適宜設定する。

[第２の実施例]
図３は第２の実施例のスロットアンテナ装置の斜視図である。この実施例では、導波管１１の頂部１２に２個のクロススロットアンテナ１４Ａ，１４Ｂを導波管１１の軸方向に並べて配置している。このように、２個のクロススロットアンテナ１４Ａ，１４Ｂを並べることにより、アレー化が可能となり、ビーム幅の調整が可能となる。なお、クロススロットアンテナ１４は３個以上を並べてもよい。

[第３の実施例]
図４は第３の実施例のスロットアンテナ装置の斜視図である。この実施例では、導波管１１を頂部１２を含めて、側面から見てＴ字形状に作成して、その頂部１２の両側の先端１３Ａ，１３Ｂを短絡し、その頂部１２の上面に、２個のクロススロットアンテナ１４Ａ，１４Ｂを導波管１１の軸方向に並べて配置している。スロットアンテナ１４Ａの先端１３Ａからの距離、およびスロットアンテナ１４Ｂの先端１３Ｂからの距離もは、共に管内波長の１／２である。なお、クロススロットアンテナ１４は３個以上を並べてもよい。

[第４の実施例]
図５は第４の実施例のスロットアンテナ装置の斜視図である。この実施例では、図１の第１の実施例のクロススロットアンテナ装置の反射板１５の周囲に誘電体リング１６を配置している。クロススロットアンテナ１４から放射した円偏波の電磁波の一部が誘電体リング１６に入射すると、そこで屈折して進行方向を変えるので、その屈折方向を調整することによって、クロススロットアンテナ１４から放射される主ビームに影響を及ぼして、ビーム幅を調整し、指向性を調整する。誘電体リング１６で屈折する電磁波の屈折方向、透過量、反射量等は、その誘電体リング１６の誘電率、誘電体厚Ｄ、幅Ｗ等によって異なるので、これを調整することで、ビーム幅を調整し、指向性を調整できる。特に、ｘ−ｙ平面内の角度φの偏波面については、所望の角度φ方向について誘電体リング１６の誘電率、誘電体厚Ｄ、幅Ｗを個々に調整することによって、ビーム幅を偏波面毎に独立して調整することも可能となる。なお、このような誘電体リング１６は、図３および図４の第２および第３のクロススロットアンテナ装置の反射板にも同様に設ければ、同様の作用効果を得ることができる。

本発明の第１の実施例のスロットアンテナ装置の斜視図である。図１のスロットアンテナ装置の一部の平面図である。本発明の第２の実施例のスロットアンテナ装置の斜視図である。本発明の第３の実施例のスロットアンテナ装置の斜視図である。本発明の第４の実施例のスロットアンテナ装置の斜視図である。従来のＯＭＴを使用したスロットアンテナ装置の斜視図である。 (a)は従来の別のスロットアンテナ装置の斜視図、(b)は円形導波管３１の部分の一部の断面図、(c)は円形導波管３１の一部の部分斜視図である。従来のアレーアンテナの説明図である。

符号の説明

１１：矩形導波管、１２：頂部、１３，１３Ａ，１３Ｂ：導波管先端、１４，１４Ａ，１４Ｂ：クロススロットアンテナ、１４ａ，１４ｂ：スロット、１５：反射板、１６：誘電体リング
２１：円形導波管、２２，２３：給電導波管、２４：ホーンアンテナ部、２５：反射板
３１：円形導波管、３２，３３：窓（導体）、３４：矩形導波管、３５：ホーンアンテナ部、３６：反射板、３７：円形−矩形導波管変換器
４１：アンテナ素子、４２：移相器、４３：電力分配器

Claims

頂部がほぼ９０度に曲折され先端が短絡された矩形導波管と、該矩形導波管の前記先端から管内波長の１／２の距離の前記頂部の上面に設けられたクロススロットアンテナと、該クロススロットアンテナの開口面から放射方向と反対方向に所定距離後退した位置に配置された反射板と、を備えることを特徴とする円偏波用のスロットアンテナ装置。
請求項１に記載のスロットアンテナ装置において、
前記クロススロットアンテナが、前記導波管の前記頂部の上面に２以上設けられていることを特徴とするスロットアンテナ装置。
請求項１に記載のスロットアンテナ装置において、
前記矩形導波管を、前記頂部がＴ形状となるよう形成され該頂部の両側の先端が短絡された矩形導波管に置き換え、前記クロススロットアンテナを、前記頂部の上面に２以上設けたことを特徴とするスロットアンテナ装置。
請求項１、２又は３に記載のスロットアンテナ装置において、
前記反射板の反射方向の面に、前記クロススロットアンテナの開口面を囲むように配置された誘電体リングを備えることを特徴とするスロットアンテナ装置。
請求項１、２又は３に記載のスロットアンテナ装置において、
前記クロススロットアンテナの開口面と前記反射板との間の距離を、前記クロススロットアンテナから放射される電磁波のビーム幅が所望の値となるよう調整したことを特徴とするスロットアンテナ装置。
請求項１、２又は３に記載のスロットアンテナ装置において、
前記反射板の面積を、前記クロススロットアンテナから放射される電磁波のビーム幅が所望の値となるよう調整したことを特徴とするスロットアンテナ装置。
請求項４に記載のスロットアンテナ装置において、
前記誘電体リングの誘電率、厚みおよび幅を、前記クロススロットアンテナから放射される電磁波のビーム幅が所望の値となるよう調整したことを特徴とするスロットアンテナ装置。