JP2008211326A - Waveguide with slot and waveguide slot antenna - Google Patents

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JP2008211326A JP2007043944A JP2007043944A JP2008211326A JP 2008211326 A JP2008211326 A JP 2008211326A JP 2007043944 A JP2007043944 A JP 2007043944A JP 2007043944 A JP2007043944 A JP 2007043944A JP 2008211326 A JP2008211326 A JP 2008211326A
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尚久 後藤
John Young
ヤング ジョン
Masayuki Sugano
真行 菅野
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a waveguide with slots such that a width of a slot surface is smaller than an H plane width of the waveguide, intervals of slots are at intervals where no grating lobe appears, and a plane of radiation polarization is orthogonal to a waveguide axial direction, and a waveguide slot antenna using the waveguide with the slots. <P>SOLUTION: Plate-shaped ridges along the waveguide axial direction are stood in parallel to the H plane in the center of an E plane wall width in a rectangularly-sectioned waveguide, and slots which are long in the waveguide axial direction are provided at intervals a 1/2 as long as an in-waveguide wavelength in the waveguide axial direction so that adjacent slots are opposed each other across a ridge standing line. Consequently, the width of the slot surface is narrower than the H plane width, no grating lobe appears, and a plane of polarization is orthogonal to the waveguide axial direction. A circular polarization antenna is obtained by arranging the waveguide with the slots in parallel to a waveguide with slots whose plane of polarization is parallel to its waveguide axial direction, and a horizontal polarization nondirectional antenna is obtained by providing two waveguides with slots parallel and upright in opposite direction. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は導波管スロットアンテナに用いるスロット付導波管であって、全スロットをほぼ直線状に並べた時にもその偏波面が管軸方向に対して直交する面となるスロット付導波管の構造およびそのスロット付導波管を用いた導波管スロットアンテナの技術分野に関するものである。   The present invention relates to a slotted waveguide used for a waveguide slot antenna, and a slotted waveguide having a plane of polarization perpendicular to the tube axis direction even when all slots are arranged in a substantially straight line. And a waveguide slot antenna using the slotted waveguide.

偏波面が管軸方と直交するスロット付導波管の用途としては、スロット付導波管を水平に設置した状態で垂直偏波が必要な場合やスロット付導波管を垂直に設置した状態で水平偏波が必要な場合である。   Slotted waveguides whose polarization planes are perpendicular to the tube axis can be used when vertical polarization is required with the slotted waveguide installed horizontally or when the slotted waveguide is installed vertically. In this case, horizontal polarization is required.

図7は偏波面が管軸方向と直交する従来のスロット付導波管を示す図である。
(a)は矩形導波管のH面(広壁面)に、管軸方向に2分の1管内波長(λ/2)の間隔で交互に中心線を挟むような形で管軸方向に長いスロットが設けられたものである。
管壁を流れる電流の向きは中心線の両側では互いに逆であるから、互いに中心線の反対側にあって管軸方向に管内波長(λ)の半分だけ間隔を置いたスロットでの放射電界は同相となる。
FIG. 7 is a diagram showing a conventional slotted waveguide whose polarization plane is orthogonal to the tube axis direction.
(A) shows a rectangular waveguide having an H-plane (wide wall surface) in the tube axis direction in such a manner that center lines are alternately sandwiched at intervals of ½ in-tube wavelength (λ g / 2) in the tube axis direction. A long slot is provided.
Since the directions of currents flowing through the tube wall are opposite to each other on both sides of the center line, the radiated electric field in the slots opposite to each other on the center line and spaced by half the tube wavelength (λ g ) in the tube axis direction. Are in phase.

また、スロットは壁面電流に直交するように切られているからスロットと直交する方向が電界の方向となる。従って、電界の向きを示す矢印の向きは全スロット同じ向きを向くこととなる。
こうして、各スロットから放射される電界面は管軸方向に直交することとなる(例えば、非特許文献1参照)。
Further, since the slot is cut so as to be orthogonal to the wall current, the direction orthogonal to the slot is the direction of the electric field. Therefore, the direction of the arrow indicating the direction of the electric field is the same in all slots.
Thus, the electric field plane radiated from each slot is orthogonal to the tube axis direction (see, for example, Non-Patent Document 1).

(b)は、矩形導波管のE面(狭壁面)に、管軸方向に1管内波長λの間隔で、管軸方向に長いスロットが設けられたものである。従って各スロット位置では同相となり放射電界はスロットに直交するから矢印で示す方向となる。
こうして、各スロットから放射される電界面は管軸方向に直交することとなる。
後藤尚久、「図説・アンテナ」、初版、(財)電子情報通信学会、平成7年3月20日、P.291
(B) is the E-plane of the rectangular waveguide (narrow wall), at intervals of 1 guide wavelength lambda g in the axial direction of the tube, in which a long slot provided in the tube axis direction. Accordingly, the phase is in phase at each slot position, and the radiated electric field is orthogonal to the slot, so that the direction indicated by the arrow is present.
Thus, the electric field plane radiated from each slot is orthogonal to the tube axis direction.
Naohisa Goto, “Illustration / Antenna”, First Edition, The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, March 20, 1995, p. 291

しかしながら、前記従来の各スロット付導波管には、これを導波管スロットアンテナに用いようとする場合次のような問題がある。
まず、図7の(a)のスロット付導波管は、スロットが導波管の広壁面に設けられているため、アンテナの開口寸法が大きくなるという点である。
例えばこのスロット付導波管を複数本、スロット面を同じ向きに向けて平行に並べるスロットアレイアンテナ等を構成するときにはこの欠点が顕著に表われる。
However, the conventional slotted waveguides have the following problems when they are used for waveguide slot antennas.
First, the slotted waveguide of FIG. 7A is that the opening size of the antenna is increased because the slot is provided on the wide wall surface of the waveguide.
For example, when a slot array antenna or the like in which a plurality of the waveguides with slots are arranged in parallel with the slot surfaces facing in the same direction, this defect appears remarkably.

また、偏波面が直交する他のE面スロット付導波管と組み合わせて円偏波導波管スロットアンテナを構成する場合にも素子間隔が大きくなるという問題がある。   In addition, when a circularly polarized wave waveguide slot antenna is configured in combination with another E-plane slotted waveguide having orthogonal polarization planes, there is a problem that the element spacing is increased.

次に図7の(b)のスロット付導波管は、スロットがE面に切られているので(a)のような寸法の問題はないが、各スロットからの放射位相が同相になるようにするためにスロット間隔が1管内波長間隔となっている。
一方中空導波管にあっては、管内波長λは自由空間波長λより長いから、スロット間隔は自由空間波λより長くなる。
Next, in the slotted waveguide of FIG. 7B, since the slot is cut in the E plane, there is no problem with the size as in FIG. 7A, but the radiation phase from each slot is in phase. In order to achieve this, the slot interval is the one-wavelength wavelength interval.
Meanwhile In the recess waveguide, since the guide wavelength lambda g longer than the free space wavelength lambda O, slot interval is longer than the free space wave lambda O.

ところがスロットを配列したアンテナ(スロットアレーアンテナ)においてはスロット間隔が自由空間波長になるとグレーティングローブが現われ実用上アンテナとしては用いられなくなるという問題がある。   However, in an antenna in which slots are arranged (slot array antenna), there is a problem that a grating lobe appears when the slot interval becomes a free space wavelength and it cannot be used as an antenna practically.

本発明の課題は、上記従来技術の問題点に鑑みて、スロット面の幅が導波管のH面幅よりも小さく且つスロットの間隔がグレーティングローブの現われない間隔で、偏波面が管軸方向と直交するようにしたスロット付導波管およびこのスロット付導波管を用いたアンテナを実現することにある。   In view of the above-mentioned problems of the prior art, the problem of the present invention is that the width of the slot surface is smaller than the width of the H surface of the waveguide and the interval between the slots is such that no grating lobe appears, and the polarization plane is in the tube axis direction. It is to realize a slotted waveguide and an antenna using the slotted waveguide.

本発明は、上記の課題を解決するために下記の各構成を有する。
本発明の第1の構成は、断面矩形導波管内のE面壁に管軸方向に沿う板状リッジが立設されており、管軸方向での間隔が2分の1管内波長間隔で、リッジが立設されている位置を1つ置きに交互に挟む位置に、管軸方向に長いスロットを有することを特徴とするスロット付導波管である。
The present invention has the following configurations in order to solve the above problems.
In the first configuration of the present invention, a plate-like ridge extending along the tube axis direction is erected on the E-plane wall in the rectangular cross-section waveguide, and the interval in the tube axis direction is a half-wavelength interval in the tube. A slotted waveguide characterized by having long slots in the tube axis direction at positions alternately sandwiching every other position where the erection is erected.

本発明の第2の構成は前記第1の構成のスロット付導波管を1又は、スロット面を同じ向きに向けて複数平行に配列した導波管配列と、これらへ電磁波を給電する給電装置と、を有することを特徴とする導波管スロットアンテナである。   According to a second configuration of the present invention, the slotted waveguide according to the first configuration is arranged as one or a plurality of waveguides arranged in parallel with the slot surfaces facing in the same direction, and a power feeding device that feeds electromagnetic waves to them. And a waveguide slot antenna.

本発明の第3の構成は前記第1の構成のスロット付導波管と、一方のE面壁に管軸方向に2分の1管内波長間隔で隣り合うスロット同士の傾斜が逆傾斜となっているスロットが設けられたスロット付導波管とをスロット面を同じ向きに向けて平行に並べた導波管配列と、両導波管へ電磁波を90度の位相差で給電する給電装置とを有し、偏波面が円偏波となることを特徴とする導波管スロットアンテナである。   In the third configuration of the present invention, the slotted waveguide of the first configuration and the slot between the slots adjacent to each other on the one E-plane wall in the tube axis direction at a half-tube wavelength interval are reversed. A waveguide array in which slotted waveguides provided with slots are arranged in parallel with the slot surfaces facing in the same direction, and a power feeding device that feeds electromagnetic waves to both waveguides with a phase difference of 90 degrees A waveguide slot antenna having a polarization plane of circular polarization.

本発明の第4の構成は前記第1の構成のスロット付導波管2本を、スロット面が向く向きを互いに反対向きにし、スロットのない側面同士を向い合わせて隣接させた導波管配列と、各導波管へ同相給電する給電装置とを有し、管軸に対し直交する面における指向性が無指向性となることを特徴とする導波管スロットアンテナである。   A fourth configuration of the present invention is a waveguide array in which two slotted waveguides of the first configuration are adjacent to each other with the slot surfaces facing in opposite directions and the side surfaces without slots facing each other. A waveguide slot antenna having a directivity in a plane perpendicular to the tube axis.

第1の構成のスロット付導波管の構造は、断面矩形導波管のH面の管軸方向中心線を境にして2つ折りに折り重ねた構造に近い構造をしている。
図6は、矩形導波管をH面管幅の管軸方向中心線で2つ折りにした場合の近似構造を示す図である。
(a)は矩形導波管の管軸方向断面を示す図である。両側のE面には、管軸方向に管内波長λ間隔で、管軸方向に長いスロットが左右両側間ではλ/2だけずれた状態で設けられている。
(b)は(a)の中心を境にして円弧矢印の方へ折り曲げた近似構造である。(a)の中心の左右のH面が折り重なった部分が(b)のリッジ部分に相当する(長さは短く描かれている)。
(c)は、(b)を右側から見たE面(側面)である。(a)の説明で述べたように両側のE面に管軸方向に管内波長λ間隔で、管軸方向に長いスロットが左右両側間でλ/2だけずらして設けられているから(b)のように折り畳んで左右のE面が同一面に揃うと、(c)のように管軸方向にλ/2の間隔でリッジの位置を交互に挟むような配列となる。
The structure of the slotted waveguide of the first configuration is similar to a structure folded in half with respect to the center line in the tube axis direction of the H surface of the rectangular cross-section waveguide.
FIG. 6 is a diagram showing an approximate structure when the rectangular waveguide is folded in half along the tube axis direction center line of the H-plane tube width.
(A) is a figure which shows the pipe-axis direction cross section of a rectangular waveguide. On both sides of the E-plane, with the guide wavelength lambda g intervals in the axial direction of the tube, a long slot in the tube axis direction is between the left and right sides is provided with a shift by lambda g / 2.
(B) is an approximate structure which is bent in the direction of the arc arrow with the center of (a) as the boundary. The part where the left and right H surfaces at the center of (a) are folded corresponds to the ridge part of (b) (the length is drawn short).
(C) is E surface (side surface) which looked at (b) from the right side. As described in the explanation of (a), slots on the E planes on both sides are provided at intervals of the guide wavelength λ g in the tube axis direction and shifted in the tube axis direction by λ g / 2 between the left and right sides ( When it is folded as shown in b) and the left and right E planes are aligned, the arrangement is such that the ridge positions are alternately sandwiched at intervals of λ g / 2 in the tube axis direction as shown in (c).

一方(b)において電界の向きに着目した場合、管軸方向での同じ位置ではリッジの上側と下側とでは電界の向きが逆になっている。即ち上側の電界と下側の電界は丁度逆相関係にあることになる。従って、任意の1つのスロット位置の電界と、管軸方向にλ/2の間隔で、リッジの位置を挟んで反対側にあるスロット位置の電界は同相となる。
従って、その位置の管壁に流れる電流に直交する方向に切られている放射電界の向きは(c)に矢印で示すように同じ方向となる。
従って、(c)に示すようなスロットアレーから放射される電界面は管軸方向に対し直交する面となる。
On the other hand, when focusing on the direction of the electric field in (b), the direction of the electric field is reversed between the upper side and the lower side of the ridge at the same position in the tube axis direction. That is, the upper electric field and the lower electric field are just in reverse phase. Accordingly, the electric field at any one slot position and the electric field at the slot position on the opposite side across the ridge position at the interval of λ g / 2 in the tube axis direction are in phase.
Therefore, the direction of the radiation electric field cut in the direction orthogonal to the current flowing through the tube wall at that position is the same as shown by the arrow in (c).
Accordingly, the electric field surface radiated from the slot array as shown in FIG. 4C is a surface orthogonal to the tube axis direction.

次に、導波管寸法について述べる。
図6の(a)の導波管のH面幅はaであるから、この導波管の遮断周波数はC/(2a)である。但し、Cは光速である。
そして、遮断周波数が同じである(b)の構造の導波管を考えるとA≒a/2となる。即ち、H面の幅は(a)の導波管幅の約半分ということである。
これは、前述のように(b)の構造が(a)の構造を二つ折りにしたものであるということに由来する。
Next, the waveguide dimensions will be described.
Since the H-plane width of the waveguide in FIG. 6A is a, the cutoff frequency of this waveguide is C / (2a). Where C is the speed of light.
When considering the waveguide having the structure (b) having the same cut-off frequency, A≈a / 2. That is, the width of the H plane is about half of the waveguide width of (a).
As described above, this is because the structure (b) is obtained by folding the structure (a) in half.

次に、E面の寸法は(a)ではbであるから(b)ではB=2bとなる。
今(a)の導波管において
b<a/2であれば、
B=2b<aとなり、
(b)のスロット面幅は(a)の広壁面幅よりは小さくなる。
導波管において寸法aは直接遮断周波数に関わるので、遮断周波数が決定されると自ずとaも定まってしまい、これを実装空間の都合で変えるということはできないが、寸法bはそのような制約は全くない。
従って、標準導波管におけるa対bの比率よりbを小さく設定することは可能である。
Next, since the dimension of the E surface is b in (a), B = 2b in (b).
If b <a / 2 in the waveguide (a),
B = 2b <a,
The slot surface width in (b) is smaller than the wide wall surface width in (a).
Since the dimension a directly relates to the cutoff frequency in the waveguide, when the cutoff frequency is determined, a is naturally determined, and this cannot be changed due to the convenience of the mounting space, but the dimension b has such a restriction. Not at all.
Therefore, it is possible to set b smaller than the ratio of a to b in the standard waveguide.

以上述べて来たところから、本発明第1の構成のスロット付導波管は、従来の図7の(a)のスロット付導波管と遮断周波数を同じとすれば、図6の(b)の様な構造において、H面の幅をほぼ半分近く(A≒a/2)にすることができるとともに、スロット面(E面)の幅も図7の(a)のスロット面(H面)の幅aよりも小さくでき、スロット間隔もほぼλ/2で同相放射となり、且つグレーティングローブも生ぜず管軸方向に直交する偏波面の放射が可能であるという効果がある。 From what has been described above, the slotted waveguide according to the first configuration of the present invention has the same cutoff frequency as that of the conventional slotted waveguide of FIG. ), The width of the H surface can be nearly half (A≈a / 2), and the width of the slot surface (E surface) is also the slot surface (H surface) of FIG. ), The slot spacing is substantially in-phase radiation at λ g / 2, and there is an effect that radiation of a polarization plane orthogonal to the tube axis direction is possible without generating a grating lobe.

本発明第2の構成は、第1の構成のスロット付導波管へ給電装置から給電するアンテナ装置であり、スロット付導波管を垂直に立てれば水平偏波が得られ、水平に置くと垂直偏波が得られるというものである。   The second configuration of the present invention is an antenna device that feeds power from the power feeding device to the slotted waveguide of the first configuration. When the slotted waveguide is set up vertically, horizontal polarization is obtained. Vertical polarization can be obtained.

本発明第3の構成は、第1の構成のスロット付導波管と、管軸を含みスロット面に直交する偏波面を有するスロット付導波管とをスロット面を同じ向きに向けて平行に配置したものであるから両スロット付導波管の偏波面は直交している。そして給電装置からは両導波管へは90度の位相差をもたせて給電するようになっているので、両スロット付導波管から放射される電界の合成ベクトルは回転することとなりいわゆる円偏波が得られる導波管スロットアンテナが構成されることになる。   According to a third configuration of the present invention, the slotted waveguide of the first configuration and the slotted waveguide having a plane of polarization that includes the tube axis and is orthogonal to the slot surface are parallel with the slot surface facing the same direction. Since they are arranged, the polarization planes of the waveguides with both slots are orthogonal. Since the feeding device feeds both waveguides with a phase difference of 90 degrees, the combined vector of the electric fields radiated from the waveguides with both slots rotates, so-called circular deviation. A waveguide slot antenna from which waves can be obtained is constructed.

本発明第4の構成は、第1の構成のスロット付導波管2本を、スロット面は反対向きでH面を向き合わせるように隣接して平行に並べたものであり、この場合、それぞれのスロット列は、その偏波面が管軸方向に直交する平面であり且つその平面内における指向性が無指向性に近い棒状アンテナのようになる。
従って平行する2本のスロット付導波管のスロット列間の間隔を2分の1波長より小さくしていくことにより、上記直交面における指向性が無指向性となる導波管スロットアンテナを構成することができる。このアンテナを垂直に設置する水平偏波で水平面無指向性のアンテナとなる。
According to a fourth configuration of the present invention, two slotted waveguides of the first configuration are arranged in parallel adjacent to each other so that the slot surfaces face each other and the H surfaces face each other. This slot row is like a rod-shaped antenna whose plane of polarization is a plane orthogonal to the tube axis direction and whose directivity in the plane is almost omnidirectional.
Therefore, by constructing a waveguide slot antenna in which the directivity in the orthogonal plane becomes omnidirectional by making the interval between the slot arrays of two parallel waveguides with slots smaller than a half wavelength. can do. This antenna is a horizontal polarization and horizontal plane omnidirectional antenna that is installed vertically.

本発明においては、リッジはE面の中央ラインに設け、その厚さは製造上可能な限り薄くするのが最良であり、各スロットが直線に近い状態で並ぶ構造が最良である。   In the present invention, the ridge is provided on the center line of the E plane, and its thickness is best made as thin as possible in manufacturing, and the structure in which the slots are arranged in a state close to a straight line is best.

以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
図1は、本発明スロット付導波管の斜視図である。
H面幅とE面幅の比は大体1〜2である。リッジ2は右側E面5の幅の中央線に沿ってH面4に平行に設けられている。管内矢印は電気力線を示している。リッジ2の上側空間と下側空間とでは電界の向きが逆になっている。即ち位相が丁度180度ずれているのと同じことになる。
従って、リッジ2の一方側スロット3とそれから管軸方向でλ/2の距離だけ離れてリッジ2の他方側にあるスロット3とではその位相が同相となる。
その結果、図1に示す間隔、位置で配列されているスロットからの放射電界はすべて同相ということになる。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a perspective view of a slotted waveguide according to the present invention.
The ratio of the H plane width to the E plane width is about 1-2. The ridge 2 is provided parallel to the H surface 4 along the center line of the width of the right E surface 5. In-pipe arrows indicate lines of electric force. The direction of the electric field is reversed between the upper space and the lower space of the ridge 2. That is, the phase is exactly the same as 180 degrees.
Therefore, the phase of the slot 3 on the one side of the ridge 2 and the slot 3 on the other side of the ridge 2 away from the slot 3 by a distance of λ g / 2 in the tube axis direction is in phase.
As a result, the radiated electric fields from the slots arranged at the intervals and positions shown in FIG. 1 are all in phase.

また、E面管壁を流れる電流は図では上下方向に流れ、スロット3はこの電流を横切るように設けられているから、その放射電界の方向は各スロット3に直交する方向となる。その結果放射電界の偏波面は管軸方向に直交する面ということになる。
従って、このスロット付導波管1を水平にして用いるアンテナでは垂直偏波となり、垂直にして用いるアンテナでは水平偏波となる。
Further, since the current flowing through the E-plane tube wall flows in the vertical direction in the figure and the slot 3 is provided so as to cross this current, the direction of the radiated electric field is a direction orthogonal to each slot 3. As a result, the plane of polarization of the radiated electric field is a plane orthogonal to the tube axis direction.
Accordingly, the antenna using the slotted waveguide 1 in the horizontal direction is vertically polarized, and the antenna used in the vertical direction is horizontally polarized.

リッジ2は図では厚みをもって描かれているが厚みは電気的には何ら寄与するところはないので、製造上および強度上許される範囲でできる限り薄い方が望ましい。
またスロット3の位置はできるだけ一直線状に並ぶことが望ましいから、できるだけリッジ2に近付けて設けるのがよい。
Although the ridge 2 is depicted with a thickness in the figure, the thickness does not contribute anything electrically, so it is desirable that the ridge 2 be as thin as possible within the range allowed for manufacturing and strength.
Further, since it is desirable that the positions of the slots 3 be as straight as possible, it is preferable to provide the slots 3 as close to the ridge 2 as possible.

方形導波管の場合、H面幅は遮断周波数を決定付けるものであるから、使用周波数が定まれば、H面幅は決定されその選択は制約を受けるがE面幅はそのような決定的な制約がないので挟める方向への或る程度の自由度があるのでアンテナの小型化の可能性が大きい。
ただ、E面幅を標準寸法より挟めて行くとインピーダンスが変わるので、インピーダンス変成器を用いる必要があるか等の検討、配慮は必要である。
In the case of a rectangular waveguide, the H-plane width determines the cut-off frequency. Therefore, if the operating frequency is determined, the H-plane width is determined and its selection is restricted, but the E-plane width is such a decisive factor. Since there is no particular restriction, there is a certain degree of freedom in the direction to be sandwiched, so there is a great possibility of miniaturization of the antenna.
However, since the impedance changes when the E-plane width is sandwiched from the standard dimension, it is necessary to consider and consider whether it is necessary to use an impedance transformer.

図2は、本発明のスロット付導波管1を1本又は、スロット面を同じ向きに向けて複数本平行に配列し、給電装置7から各スロット付導波管1へ1例として同相給電するようにした直線偏波導波管スロットアンテナの構成を示す図である。
スロット付導波管1を水平に設置すれば垂直偏波のアンテナとなり、垂直に設置すれば水平偏波のアンテナとなる。
FIG. 2 shows a single-phase slotted waveguide 1 according to the present invention or a plurality of slotted waveguides 1 arranged in parallel with the slot surfaces facing in the same direction. It is a figure which shows the structure of the linearly polarized wave waveguide slot antenna made to do.
If the slotted waveguide 1 is installed horizontally, it becomes a vertically polarized antenna, and if installed vertically, it becomes a horizontally polarized antenna.

図3は本発明のスロット付導波管と従来のE面スロット付導波管を組み合わせた円偏波アンテナの構成を示す図である。
1は本発明のスロット付導波管、6は一方のE面壁に管軸方向にλ/2間隔で隣り合うスロット同士の傾斜が逆傾斜となっているスロットが設けられた周知のスロット付導波管である。
この2つのスロット付導波管1,6をスロット面を同じ向きに向けて平行に配置し、給電装置8から90度の位相差で給電するようにした円偏波導波管スロットアンテナ装置である。
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of a circularly polarized antenna in which the waveguide with a slot of the present invention and a conventional waveguide with an E-plane slot are combined.
1 is a slotted waveguide according to the present invention, and 6 is a known slotted slot provided with one slot on the E-plane wall in which the slopes of adjacent slots are opposite to each other at intervals of λ g / 2 in the tube axis direction. It is a waveguide.
This is a circularly polarized waveguide slot antenna device in which the two slotted waveguides 1 and 6 are arranged in parallel with their slot surfaces facing in the same direction and are fed from the feeding device 8 with a phase difference of 90 degrees. .

スロット付導波管1のスロットからの放射電界は管軸方向に直交する向きであるのに対し、スロット付導波管6の放射電界の向きは管軸方向となっており両電界の向きは直交することとなる。
一方、両スロット付導波管へは給電装置8から90度の位相差で給電されるようになっているので両電界の合成電界はその向きが回転する円偏波となる。
The radiated electric field from the slot of the slotted waveguide 1 is perpendicular to the tube axis direction, whereas the direction of the radiated electric field of the slotted waveguide 6 is the tube axis direction. It will be orthogonal.
On the other hand, since both the slotted waveguides are fed with a phase difference of 90 degrees from the feeding device 8, the combined electric field of both electric fields becomes circularly polarized waves whose directions rotate.

図4は、本発明のスロット付導波管2本を用いた無指向性アンテナの構成を示す図である。
本発明のスロット付導波管2本を、スロット面が向く向きを互いに反対向きにし、スロットのない側面同士を向い合わせて隣接された導波管配列とし、給電装置7から両スロット付導波管へ同相給電するようにしたものである。このアンテナでは2本のスロット付導波管1それぞれのスロット列は1本の棒状放射導体に近似して考えることができる。
即ち、棒に直交する平面内で無指向性の2本の棒状放射導体が或る間隔で平行して配置されているように考えることができる。
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of an omnidirectional antenna using two waveguides with slots according to the present invention.
The two waveguides with slots according to the present invention are arranged in a waveguide arrangement in which the slot surfaces face each other in opposite directions and the side surfaces without slots face each other. In-phase power is supplied to the tube. In this antenna, each slot row of the two slotted waveguides 1 can be considered as one rod-like radiation conductor.
That is, it can be considered that two non-directional bar-shaped radiation conductors are arranged in parallel at a certain interval in a plane orthogonal to the bar.

このようなアンテナの棒状方向に直交する面内の合成指向性は無指向性放射素子を間隔dで配置した場合の合成指向性として考えることができる。
このような指向性は周知のように数式の計算によって求めることができる。
Such a combined directivity in a plane orthogonal to the rod-shaped direction of the antenna can be considered as a combined directivity when omnidirectional radiating elements are arranged at an interval d.
Such directivity can be obtained by calculating mathematical formulas as is well known.

図5は無指向性の2放射素子を横軸(90−270)の中心の左右に1個ずつ置いて励振した場合の合成放射指向性を示す図である。
素子間の間隔は0.3波長の場合(実線)と0.5波長の場合(点線)が示されている。0.5波長の場合はよく知られたように8字特性となっているのに対し、0.3波長の場合は、90度と270度でのレベルが、0度および180度でのレベルに較べて約−5dBとなっているが、全体的にはほぼ円に近い形を示しており無指向性といえるものになっている。
FIG. 5 is a diagram showing the combined radiation directivity when two non-directional two radiating elements are placed on the left and right of the center of the horizontal axis (90-270) and excited.
The distance between the elements is 0.3 wavelength (solid line) and 0.5 wavelength (dotted line). As is well known in the case of 0.5 wavelength, it has an 8-character characteristic, whereas in the case of 0.3 wavelength, the levels at 90 and 270 degrees are the levels at 0 and 180 degrees. Although it is about -5 dB compared to the above, the overall shape is almost a circle and it can be said to be omnidirectional.

従って、図4のアンテナにおいても、手前側を向いているスロット列と向う側を向いているスロット列との間隔が使用波長の0.3程度であれば図5の実線程度の無指向性が得られることとなる。
今、図4の構成において、本発明のスロット付導波管1が原理的にH面の幅の中央で二つ折りにした構造であることを念頭におくと、遮断波長λはλ=4Aとなる。
そして、使用波長は遮断波長より短くなければならないからこれを遮断波長λの1.2分の1
即ち、λ=λ/1.2に設定したとすれば、
λ=4Aであるから、
使用波長λは、λ=4A/1.2となり、Aをλで表わすとA=0.3λとなる。
Therefore, in the antenna of FIG. 4 as well, if the distance between the slot array facing the front side and the slot array facing the opposite side is about 0.3 of the operating wavelength, the omnidirectionality about the solid line of FIG. 5 is obtained. Will be.
In the configuration shown in FIG. 4, when considering that the slotted waveguide 1 of the present invention has a structure that is folded in half at the center of the width of the H plane in principle, the cutoff wavelength λ C is λ C = 4A.
Since the wavelength used must be shorter than the cutoff wavelength, this is reduced to 1 / 1.2 of the cutoff wavelength λ C.
That is, if λ P = λ C /1.2 is set,
Since λ C = 4A,
The use wavelength λ P is λ P = 4A / 1.2, and when A is represented by λ P , A = 0.3λ P.

一方リッジラインの間隔CをAの3分の1程度の0.1λに設定すれば、棒状放射導体と見做したスロット列間の間隔Bは下記の数式1で表わされる。 On the other hand by setting the distance C of the ridge line to about one 0.1 [lambda] P-third of the A, interval B between the slots column regarded as rod-like radiation conductor is expressed by Equation 1 below.

Figure 2008211326
Figure 2008211326

よって、ほぼ使用波長の3分の1となり、図5の実線に近い無指向性が得られることとなる。   Therefore, it becomes approximately one third of the wavelength used, and omnidirectionality close to the solid line in FIG. 5 is obtained.

図4においては、2本のスロット付導波管は離れた状態で描かれているが、これを密着させた状態で考えると、リッジ2がスロット付導波管1のE面幅の中央に立っているところから、Cはスロット付導波管1のE面幅と等しくなる。
結局スロット付導波管1のH面幅AとE面幅の比は0.3λ:0.1λ即ち3:1となり、2本のスロット付導波管1が密着した状態ではH面幅とE面幅の比が3:2となり、妥当な寸法関係と考えられる。
In FIG. 4, the two slotted waveguides are drawn apart from each other. However, when the waveguides are in close contact with each other, the ridge 2 is located at the center of the E-plane width of the slotted waveguide 1. From the standing position, C becomes equal to the E-plane width of the slotted waveguide 1.
The ratio of end slots Tsukeshirube wave tube 1 H-plane width A and E-plane width 0.3λ P: 0.1λ P namely 3: 1 becomes, H surface in a state where two slots Tsukeshirube wave tube 1 in close contact The ratio between the width and the E-plane width is 3: 2, which is considered to be an appropriate dimensional relationship.

本発明スロット付導波管の実施例の斜視図である。It is a perspective view of the Example of the waveguide with a slot of the present invention. 本発明スロット付導波管を1本又は複数本平行に配列して給電装置から給電する導波管スロットアンテナの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the waveguide slot antenna which arrange | positions the waveguide with a slot of this invention 1 or several in parallel, and is fed from a feeder. 本発明のスロット付導波管と従来のE面スロット付導波管を組み合わせた円偏波アンテナの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the circularly polarized wave antenna which combined the waveguide with a slot of this invention, and the waveguide with a conventional E surface slot. 本発明のスロット付導波管2本を用いた無指向性アンテナの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the omnidirectional antenna using two waveguides with a slot of this invention. 無指向性の2放射素子を間隔を置いて配置した場合の合成指向性を示す図である。It is a figure which shows synthetic | combination directivity at the time of arrange | positioning the omnidirectional 2 radiation | emission element at intervals. 矩形導波管をH面管幅の管軸方向中心線で2つ折りにした場合の近似構造を示す図である。It is a figure which shows the approximate structure at the time of folding a rectangular waveguide in half by the pipe-axis direction centerline of the H surface pipe width. 偏波面が管軸方向と直交する従来のスロット付導波管を示す図である。It is a figure which shows the conventional waveguide with a slot whose polarization plane is orthogonal to a tube-axis direction.

符号の説明Explanation of symbols

1 スロット付導波管
2 リッジ
3 スロット
4 H面
5 E面
6 スロット付導波管
7 給電装置
8 給電装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Waveguide with a slot 2 Ridge 3 Slot 4 H surface 5 E surface 6 Waveguide with a slot 7 Feeder 8 Feeder

Claims (4)

断面矩形導波管内のE面壁に管軸方向に沿う板状リッジが立設されており、管軸方向での間隔が2分の1管内波長間隔で、リッジが立設されている位置を1つ置きに交互に挟む位置に、管軸方向に長いスロットを有することを特徴とするスロット付導波管。   A plate-shaped ridge extending along the tube axis direction is erected on the E-plane wall in the cross-sectional rectangular waveguide, and the position where the ridge is erected is set at a wavelength interval in the tube of 1/2. A slotted waveguide characterized by having long slots in the tube axis direction at positions alternately sandwiched between the slots. 請求項1記載のスロット付導波管を1又は、スロット面を同じ向きに向けて複数平行に配列した導波管配列と、これらへ電磁波を給電する給電装置と、を有することを特徴とする導波管スロットアンテナ。   A slotted waveguide according to claim 1, or a waveguide array in which a plurality of slotted waveguides are arranged in parallel with a slot surface facing in the same direction, and a power feeding device that feeds electromagnetic waves to the waveguide array. Waveguide slot antenna. 請求項1記載のスロット付導波管と、一方のE面壁に管軸方向に2分の1管内波長間隔で隣り合うスロット同士の傾斜が逆傾斜となっているスロットが設けられたスロット付導波管とをスロット面を同じ向きに向けて平行に並べた導波管配列と、両導波管へ電磁波を90度の位相差で給電する給電装置とを有し、偏波面が円偏波となることを特徴とする導波管スロットアンテナ。   2. A slotted waveguide according to claim 1, wherein the slotted waveguide is provided with a slot in which the slopes of adjacent slots are oppositely inclined at a wavelength interval of one-half in the tube axis direction in the tube axis direction on one E-plane wall. A waveguide array in which the wave guides are arranged in parallel with the slot surfaces facing in the same direction, and a feeding device that feeds electromagnetic waves to both waveguides with a phase difference of 90 degrees, and the polarization plane is circularly polarized A waveguide slot antenna. 請求項1記載のスロット付導波管2本を、スロット面が向く向きを互いに反対向きにし、スロットのない側面同士を向い合わせて隣接させた導波管配列と、各導波管へ同相給電する給電装置とを有し、管軸に対し直交する面における指向性が無指向性となることを特徴とする導波管スロットアンテナ。   A waveguide array in which the two waveguides with slots according to claim 1 are oriented so that the slot surfaces face each other in opposite directions and the side surfaces without slots face each other, and in-phase power feeding to each waveguide A waveguide slot antenna, wherein the directivity in a plane orthogonal to the tube axis is omnidirectional.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2010268212A (en) * 2009-05-14 2010-11-25 Mitsubishi Electric Corp Waveguide slot array antenna device
JP2015032855A (en) * 2013-07-31 2015-02-16 日本電信電話株式会社 One-dimensional slot array antenna
CN112242609A (en) * 2019-07-17 2021-01-19 古野电气株式会社 Waveguide antenna and antenna device

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