JP2008271498A

JP2008271498A - アレーアンテナ装置

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Publication number: JP2008271498A
Application number: JP2008001974A
Authority: JP
Inventors: 洋二 ▲荒▼巻; Yoji Aramaki; Hisafumi Yoneda; 尚史米田; Hiromitsu Uchida; 浩光内田; Izuru Naito; 出内藤; Hiroaki Miyashita; 裕章宮下; Toru Takahashi; 徹高橋; Shigeru Makino; 滋牧野
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2007-03-29
Filing date: 2008-01-09
Publication date: 2008-11-06
Anticipated expiration: 2028-01-09
Also published as: JP4980248B2

Abstract

【課題】小型、軽量化を図ることができ、容易に量産することができるアレーアンテナ装置を得る。
【解決手段】誘電体の外周を金属膜で覆うことにより導波路を形成した誘電体充填導波管で構成された分配合成回路と、誘電体で構成され、前記分配合成回路の複数の分配端子にそれぞれ連結された８個の放射素子１２ａ〜１２ｈとを設けたアレーアンテナ装置であって、前記分配合成回路は、入力端子Ｐ１から入力した電波を２分配するＴ分岐回路１０ａ〜１０ｇと、前記Ｔ分岐回路の２つの分岐部にそれぞれ接続され、電波の伝搬方向を変えるＥ面ベンド１１ａ〜１１ｎとを有する。
【選択図】図１

Description

この発明は、主としてマイクロ波帯およびミリ波帯で用いられるアレーアンテナ装置
に関するものである。

従来、高周波数帯、特にミリ波帯におけるアンテナには損失の問題から、金属導波管、または誘電体線路がよく用いられている。しかしながら、金属導波管を用いる場合、一般的に切削加工により給電回路およびアンテナを製作するため、コストが大きくなり、また、製作に時間を要するため量産性が著しく悪い。

また、誘電体線路を用いたアンテナとして誘電体ロッドアンテナ（例えば、非特許文献１参照）及び漏れ波アンテナ（例えば、特許文献１参照）等がある。

従来の誘電体ロッドアンテナは、表面波線路を有限長で切ることにより、端部から空間に電波が放射され、エンドファイア方向に主ビームをもつアンテナとしている。また、ＮＲＤガイド等の誘電体線路を給電回路として用いることにより、給電回路の導波路部分及び放射素子を一体で製造することが可能となる。

従来の漏れ波を用いたアンテナでは、漏れ波誘電体線路からの漏れ電波により金属板に設けられたスロットアンテナを励振することにより空中に電波を放射させている。

特開平５−１８３３３３号公報 F. Kuroki, M. Sugioka, T. Danhara, H. Sato, T. Yoneyama,"New type of high-speed pulse radar based on the NRD guide technology at 60 GHz band", Microwave Symposium Digest., 2000 IEEE MTT-S International Volume 3, 11-16 June 2000 Page(s):1961 - 1964 vol.3

上述したような従来の誘電体ロッドアンテナでは、高利得、高効率で放射するためには、誘電体ロッドを長くする必要があり、アンテナ装置の小型化をするにあたって障害となる。また、ＮＲＤガイド等の誘電体線路を給電回路として用いる場合、給電回路の導波路部分と放射素子を一体で製造することが可能であるが、給電回路には別途金属平板が必要不可欠であるため全体を一体で製造することは困難であり、また、円偏波アンテナとして用いることが困難になるという問題点があった。

上述したような従来の漏れ波アンテナでは、高利得のアンテナを得ようとする場合、金属で製作したスロット等を用いるため、製造コストが大きくなり、また、量産性が悪いという問題点があった。また、円偏波アンテナと用いる場合には構造がさらに複雑になるという問題点があった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、小型、軽量化を図ることができ、容易に量産することができるアレーアンテナ装置を得るものである。

この発明に係るアレーアンテナ装置は、誘電体の外周を金属膜で覆うことにより導波路を形成した誘電体充填導波管で構成された分配合成回路と、誘電体で構成され、前記分配合成回路の複数の分配端子にそれぞれ連結された複数の放射素子とを設けたアレーアンテナ装置であって、前記分配合成回路は、入力端子から入力した電波を２分配するＴ分岐回路と、前記Ｔ分岐回路の２つの分岐部にそれぞれ接続され、電波の伝搬方向を変える２つのベンドとを有するものである。

この発明に係るアレーアンテナ装置は、小型、軽量化を図ることができ、容易に量産することができるという効果を奏する。

実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係るアレーアンテナ装置について図１及び図２を参照しながら説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係るアレーアンテナ装置の構成を示す斜視図である。なお、以降では、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。

図１において、この発明の実施の形態１に係るアレーアンテナ装置１００は、入力端子Ｐ１と、分配合成回路と、８つの放射素子１２ａ〜１２ｈとが設けられている。

また、分配合成回路は、Ｅ面Ｔ分岐回路１０ａ〜１０ｇと、Ｅ面ベンド（例えばマイターベンド）１１ａ〜１１ｎとが設けられている。さらに、Ｅ面Ｔ分岐回路１０ａ〜１０ｇには、それぞれ整合素子として動作する切り欠きが設けられている。

分配合成回路は、誘電体の外周に金属めっき（斜線部）を施した方形の誘電体充填導波管で構成されている。また、放射素子１２ａ〜１２ｈは、分配合成回路の分配端子側に使用周波数でおよそ１／２波長の長さＬ１分だけ金属めっきを施していない方形の誘電体で構成されている。

つぎに、この実施の形態１に係るアレーアンテナ装置の動作について図面を参照しながら説明する。図２は、この発明の実施の形態１に係るアレーアンテナ装置の製造方法を示す図である。

入力端子Ｐ１から入力された電波は、Ｅ面Ｔ分岐回路１０ａで２分配され、Ｅ面ベンド１１ａ及び１１ｂで伝搬方向が変えられた後、再びＥ面Ｔ分岐回路１０ｂ及び１０ｃによりそれぞれ２分配される。これを繰り返すことにより、入力端子Ｐ１から入射された電波は、８分配されることとなる。

分配合成回路により８分配された電波は、分配合成回路の分配端子側に接続された放射素子１２ａ〜１２ｈにより空中に放射される。

分岐回路としてＥ面Ｔ分岐回路１０ａ〜１０ｇを用い、ベンドとしてＥ面ベンド１１ａ〜１１ｎを用いることにより、分岐回路及びベンドを小形につくることができ、結果的に給電回路を含めたアンテナの高さを小さくすることができる。

従来、誘電体線路の放射素子として誘電体ロッドアンテナがよく用いられる。誘電体ロッドアンテナでは、効率よく電波を放射できるが、管軸方向に非常に長くなるという問題点があった。

この実施の形態１に係るアレーアンテナ装置では、方形の誘電体で構成された放射素子１２ａ〜１２ｈの長さ（金属めっきが施されていない部分）Ｌ１を、使用周波数における波長のおよそ１／２の長さとすることにより、開口部と誘電体の先端における反射を打ち消すことができ、良好な反射特性を得ることができる。

以上のような形状をしているため、この実施の形態１に係るアレーアンテナ装置では、小形、軽量の給電回路を含めたアレーアンテナを一体で構成することができ、また、奥行き方向には一様な構造とすることができるため、図２に示すように、対称面で２つに分割した金型１３ａ及び１３ｂを用いて射出成形を行うことが容易であり、量産性の向上が可能となる。

図２に示すような射出成形を行った場合、樹脂（誘電体）充填物１００Ａの幅広面（図上、奥行き方向）の中央部分にばり（はみ出た樹脂）が生じる場合があるが、樹脂充填物１００Ａの幅広面の中央部分に生じたばりには電界が入り込まないため影響はほとんど生じない。この樹脂充填物１００Ａの外側に金属めっきを施したものが、分配合成回路となる。

なお、射出成形を用いる場合には、抜き勾配が必要となるため、導波管の断面が六角形となるが、その場合にも同様の効果が得られる。また、導波管の断面は、六角形だけでなく、八角形などの多角形や楕円などが考えられる。

また、ここでは、８素子アレーアンテナについて説明したが、分岐する数を変えて素子数を変えた場合にも同様の効果が得られる。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係るアレーアンテナ装置について図３及び図４を参照しながら説明する。図３は、この発明の実施の形態２に係るアレーアンテナ装置の構成を示す斜視図である。また、図４は、この発明の実施の形態２に係るアレーアンテナ装置の１つの放射素子を上面からみた図である。

図３において、この発明の実施の形態２に係るアレーアンテナ装置は、入力端子Ｐ１と、分配合成回路と、この分配合成回路の分配端子側に２段変成器を用いた方形−円形導波管変換器（導波管変換器）２０ａ〜２０ｈと、方形−円形導波管変換器２０ａ〜２０ｈの円形導波管側に接続され、上面からみて、入力される電波の電界の向き（図４に示す）に対して時計方向で４５度の位置に四角形状の突起２３が設けられた円偏波発生器２１ａ〜２１ｈと、８つの放射素子２２ａ〜２２ｈとが設けられている。なお、電界の向き（図４に示す）に対して、反時計方向で４５度の位置に四角形状の突起を設けてもよいし、時計方向で４５度の位置と反時計方向で１３５度の位置に２つの四角形状の突起を設けてもよいし、反時計方向で４５度の位置と時計方向で１３５度の位置に２つの四角形状の突起を設けてもよい。

分配合成回路は、誘電体の外周に金属めっき（斜線部）を施した方形の誘電体充填導波管で構成されている。また、放射素子２２ａ〜２２ｈは、分配合成回路の分配端子側に使用周波数でおよそ１／２波長の長さ分だけ金属めっきを施していない円形の誘電体で構成されている。

つぎに、この実施の形態２に係るアレーアンテナ装置の動作について図面を参照しながら説明する。

入力端子Ｐ１から入力された電波は、Ｅ面Ｔ分岐回路１０ａで２分配され、Ｅ面ベンド１１ａ及び１１ｂで伝搬方向が変えられた後、再びＥ面Ｔ分岐回路１０ｂ及び１０ｃによりそれぞれ２分配される。これを繰り返すことにより、入力端子Ｐ１から入射された電波は８分配されることとなる。

分配合成回路により８分配された電波は、分配合成回路の分配端子側に接続された方形−円形導波管変換器２０ａ〜２０ｈにより円形導波管に変換され、円偏波発生器２１ａ〜２１ｈにより円偏波に変換され、放射素子２２ａ〜２２ｈにより空中に放射される。

分岐回路としてＥ面Ｔ分岐回路１０ａ〜１０ｇを用い、ベンドとしてＥ面ベンド１１ａ〜１１ｎを用いることにより、給電回路を含めたアンテナの高さを小さくすることができる。

この実施の形態２に係るアレーアンテナ装置では、図４に示すように、円偏波発生器として四角形状の突起２３付きの円偏波発生器２１ａ〜２１ｈを用いることにより、射出成形を用いて給電回路及び放射素子を一体で製造する場合にも容易に製造できる。この四角形状の突起２３の長さは、図３に示すように、円偏波発生器２１ａ〜２１ｈの長さより短く、突起２３は、円偏波発生器２１ａ〜２１ｈの長さ方向の中央部分に設けられている。

したがって、この実施の形態２に係るアレーアンテナ装置では、上記の実施の形態１に係るアレーアンテナ装置と同様の効果が得られ、さらに、円偏波励振用アンテナとして使用することができる。

実施の形態３．
この発明の実施の形態３に係るアレーアンテナ装置について図５及び図６を参照しながら説明する。図５は、この発明の実施の形態３に係るアレーアンテナ装置の構成を示す斜視図である。また、図６は、この発明の実施の形態３に係るアレーアンテナ装置の１つの放射素子を上面からみた図である。

図５において、この発明の実施の形態３に係るアレーアンテナ装置は、入力端子Ｐ１と、分配合成回路と、この分配合成回路の分配端子側に２段変成器を用いた方形−円形導波管変換器２０ａ〜２０ｈと、方形−円形導波管変換器２０ａ〜２０ｈの円形導波管側に接続され、上面からみて、入射される電波の電界の向き（図６に示す）に対して反時計方向で１３５度の位置に三角形状の突起２４と、時計方向で４５度の位置に三角形状の突起２５が設けられた円偏波発生器２１ａ〜２１ｈと、８つの放射素子２２ａ〜２２ｈとが設けられている。なお、電界の向き（図６に示す）に対して、反時計方向で４５度の位置に１つの三角形状の突起を設けてもよいし、時計方向で４５度の位置に１つの三角形状の突起を設けてもよいし、反時計方向で４５度の位置と時計方向で１３５度の位置に２つの三角形状の突起を設けてもよい。

この実施の形態３に係るアレーアンテナ装置は、円偏波発生器２１ａ〜２１ｈを除き、上記の実施の形態２と同様の構造である。したがって、上記の実施の形態２と同様の効果が得られる。

一方、上記の実施の形態２では円偏波発生器２１ａ〜２１ｈに入射される電波の電界の向きに対して４５度方向に突起２３が設けられているため、射出成形で給電回路及び放射素子を一体で製造するには突起部分だけを製造する複雑な機構が必要となり、金型製作のコストが増えることとなる。

そこで、この実施の形態３に係るアレーアンテナ装置では、図６に示すように、円偏波発生器２１ａ〜２１ｈを、入射する電波の電界の向きに対して−１３５度方向と＋４５度方向に三角形状の突起２４、２５を設けることにより構成している。本形状とすることにより、射出成形で給電回路及び放射素子を一体で製造する場合に金型に特殊な機構を設ける必要がなくなり、コストの低下が実現できる。

実施の形態４．
この発明の実施の形態４に係るアレーアンテナ装置について図７及び図８を参照しながら説明する。図７は、この発明の実施の形態４に係るアレーアンテナ装置の構成を示す斜視図である。また、図８は、この発明の実施の形態４に係るアレーアンテナ装置を上面からみた図である。

この実施の形態４に係るアレーアンテナ装置は、上記の実施の形態２と同様の構造のアレーアンテナ装置において各放射素子２２ａ〜２２ｈを板状の誘電体３０で接続した構造をしている。

上記の実施の形態２に係るアンテナ装置では、誘電体充填導波管をトーナメント形状で這いまわしており、また、ミリ波帯で用いる場合には導波管（線路）が非常に細くなるため、アレーアンテナ装置の強度が弱くなるという問題点がある。

そこで、この実施の形態５に係るアレーアンテナ装置では、各放射素子２２ａ〜２２ｈを板状の誘電体３０で接続することにより、アレーアンテナ装置の強度を改善している。

また、板状の誘電体３０の給電回路側の面に金属めっきを施すことにより反射板として動作させることができ、バックローブの現象等の効果が得られる。

したがって、この実施の形態４に係るアレーアンテナ装置では、上記の実施の形態２と同様の効果が得られ、また、上記の実施の形態２と比較して、強度に優れ、さらに、バックローブ等の特性の優れたアレーアンテナ装置を得ることができる。

実施の形態５．
この発明の実施の形態５に係るアレーアンテナ装置のＥ面Ｔ分岐回路、Ｅ面ベンド、及びその接続部について図９を参照しながら説明する。図９は、この発明の実施の形態５に係るアレーアンテナ装置のＥ面Ｔ分岐回路、Ｅ面ベンド、及びその接続部を示す図である。

図９において、Ｅ面Ｔ分岐回路１０と、Ｅ面ベンド１１と、Ｅ面Ｔ分岐回路１０の分岐導波管１４ａ、１４ｂと、Ｅ面ベンド１１の入力導波管１５と、Ｅ面Ｔ分岐回路１０及びＥ面ベンド１１を接続する導波管１６とが図示されている。

この実施の形態５に係るアレーアンテナ装置は、上記の実施の形態２のアレーアンテナ装置と同様の構造をしており、上記の実施の形態２と同様の効果が得られる。

ここで、この実施の形態５に係るアレーアンテナ装置では、分配合成回路を構成するＥ面Ｔ分岐回路１０とＥ面ベンド１１を接続する導波管１６のインピーダンスＺ_１を、Ｅ面Ｔ分岐回路１０の分岐導波管１４ａ及び１４ｂのインピーダンスをＺ_２とし、Ｅ面ベンド１１の入力導波管１５のインピーダンスをＺ_３とした場合、次の式で表されるインピーダンスとしている。

Ｚ_１＝√（２Ｚ_２・Ｚ_３）

Ｅ面Ｔ分岐回路１０において、合成端子Ｐ１側から分岐端子Ｐ２、Ｐ３側を見たインピーダンスは、分岐導波管１４ａ及び１４ｂの２つのインピーダンスを合計したインピーダンスと等価的に等しくなるため、合成端子Ｐ１側の導波管１６のインピーダンスを、分岐導波管１４ａ及び１４ｂの２つのインピーダンスを合計したインピーダンスとした場合にもっとも整合がとりやすくなる。

また、方形の導波管の断面形状は長方形であるが、この長方形の長い辺を幅（奥行き方向の長さ）、短い辺を高さとすると、方形の導波管のインピーダンスは導波管断面の幅（幅広寸法）と高さにより決まり、導波管の幅広寸法が一定の場合には導波管の高さに比例することとなる。したがって、分岐端子Ｐ２、Ｐ３側の分岐導波管（誘電体充填導波管）１４ａ及び１４ｂの高さＬ２を１とした場合、合成端子Ｐ１側の導波管（誘電体充填導波管）１６の高さＬ３は２とした場合にもっとも整合がとりやすくなる。

一方、ミリ波帯において、導波管を誘電体で作る場合、強度の問題からその高さをできる限り大きくする必要があるため、分岐端子Ｐ２、Ｐ３側の分岐導波管１４ａ及び１４ｂの高さＬ２を高くした場合、合成端子Ｐ１側の導波管１６の高さＬ３を大きくする必要があるが、一定の寸法以上に高さを増やした場合には高次モードが伝搬可能となり、特性の劣化を生じる恐れがあるためその高さが制限されることとなる。

また、２つのインピーダンスの異なる導波管（線路）を接続する素子として、１／４波長インピーダンス変成器がある。この１／４波長インピーダンス変成器を１段で形成する場合、その中間の導波管のインピーダンスは２つのインピーダンスの異なる導波管のインピーダンスのおよそ相乗平均した値の導波管となる。

この実施の形態５に係るアレーアンテナ装置では、Ｅ面Ｔ分岐回路１０及びＥ面ベンド１１を接続する導波管１６の長さを使用周波数帯における管内波長のおよそ１／４とし、その導波管１６のインピーダンスをＥ面Ｔ分岐回路１０とＥ面ベンド１１の相乗平均とした場合に、等価的に１／４波長インピーダンス変成器として動作し、高さを増やすことなく良好な反射特性が得られるようになる。

また、この実施の形態５に係るアレーアンテナ装置では、上記の実施の形態２と比べ反射特性を改善することができる。

実施の形態６．
この発明の実施の形態６に係るアレーアンテナ装置のＥ面Ｔ分岐回路について図１０を参照しながら説明する。図１０は、この発明の実施の形態６に係るアレーアンテナ装置のＥ面Ｔ分岐回路、及びＥ面ベンドを示す図である。

図１０において、Ｅ面Ｔ分岐回路１０と、Ｅ面ベンド１１と、Ｅ面Ｔ分岐回路１０の整合素子として用いる切り欠き１７とが図示されている。

この実施の形態６に係るアレーアンテナ装置の分配合成回路は、誘電体の外周に金属めっきを施した誘電体充填導波管で構成されており、構造は上記の実施の形態２に係るアレーアンテナ装置と同様の構造をしているため、上記の実施の形態２と同様の効果が得られる。

ここで、この実施の形態６に係るアレーアンテナ装置では、図１０に示すように、Ｅ面Ｔ分岐回路１０において整合素子として動作する切り欠き１７を設けてあり、この切り欠き１７をオフセットさせる、つまり切り欠き１７の中心をずらすことにより、分岐端子Ｐ２及び分岐端子Ｐ３への分配比を変化させることができる。したがって、Ｅ面Ｔ分岐回路１０ａ〜１０ｇの整合用の切り欠き１７のオフセット量を適切に選ぶことにより、放射素子２２ａ〜２２ｈの各放射量に分布をつけることが可能となる。

また、オフセット量を適切に選ぶことにより、放射開口面における開口分布を適当な開口分布（例えばテイラー分布）とすることによりサイドローブレベルを下げることができる。

したがって、この実施の形態６に係るアレーアンテナ装置では、上気の実施の形態２と同様の効果が得られ、さらに、Ｔ分岐回路の整合素子のオフセット量を変えることにより、開口分布をつけサイドローブレベルの改善を図ることができる。

実施の形態７．
この発明の実施の形態７に係るアレーアンテナ装置について図１１を参照しながら説明する。図１１は、この発明の実施の形態７に係るアレーアンテナ装置の構成を示す斜視図である。

この実施の形態７に係るアレーアンテナ装置は、上気の実施の形態２に係るアレーアンテナ装置を、分配合成回路の分岐する方向と直交する方向に複数個、例えば図１１に示すように８個並べて２次元のアレーアンテナ装置としたものである。

この実施の形態７に係るアレーアンテナ装置では、同じ形状のアレーアンテナを複数個並べた構造をしており、各アレーアンテナを射出成形で製造する場合、同じ形状のものを複数個製造することは容易であるため、容易に２次元のアレーアンテナ装置を製造することができる。

また、各入力端子に移相器を接続することにより１次元のフェイズドアレーアンテナとして動作させることができる。

したがって、この実施の形態７に係るアレーアンテナ装置では、コストを増やすことなく容易に製造できる。

実施の形態８．
この発明の実施の形態８に係るアレーアンテナ装置について図１２から図１４までを参照しながら説明する。図１２は、この発明の実施の形態８に係るアレーアンテナ装置の構成を示す斜視図である。また、図１３は、図１２のアレーアンテナ装置の側面を示す側面図である。さらに、図１４は、図１２のアレーアンテナ装置の上面を示す上面図である。

図１２〜図１４において、この発明の実施の形態８に係るアレーアンテナ装置１００は、入力端子Ｐ１と、分配合成回路と、８つの放射素子１２ａ〜１２ｈとが設けられている。また、放射素子１２ａ〜１２ｈの開口近傍に金属平板４０が設けられている。この金属平板４０には、方形のキャビティ４１ａ〜４１ｈが設けられている。

分配合成回路は、誘電体の外周に金属めっき（斜線部）を施した方形の誘電体充填導波管で構成されている。また、放射素子１２ａ〜１２ｈは、分配合成回路の分配端子側の端面に金属めっきを施していない方形の誘電体充填導波管で構成されている。

つぎに、この実施の形態８に係るアレーアンテナ装置の動作について図面を参照しながら説明する。

分配合成回路により８分配された電波は、放射素子１２ａ〜１２ｈにより空中に放射される。ここで、上記の実施の形態１に係るアレーアンテナ装置のように、誘電体充填導波管を使用帯域における波長のおよそ１／２の長さ分だけ飛び出させる構造とした場合には反射特性を改善することができる。

しかし、誘電体充填導波管を金属平板より飛び出させた場合には、隣り合う放射素子との間隔が狭い場合、隣接する放射素子と結合が大きくなり特性の劣化が生じる場合がある。結合を小さくするため誘電体充填導波管を金属平板から飛び出させない構造とした場合には、反射特性が劣化することとなる。

この実施の形態８に係るアレーアンテナ装置では、誘電体充填導波管を金属平板から飛び出させない構造とした場合においても反射特性を改善する方法として、金属平板４０に共振素子を設けており、共振素子としてキャビティ４１ａ〜４１ｈを用いている。

この実施の形態８に係るアレーアンテナ装置では、放射素子１２ａ〜１２ｈの近傍に設けられたキャビティ４１ａ〜４１ｈが共振することにより、効率よく電波を放射することができる。したがって、この実施の形態８に係るアレーアンテナ装置では、上記の実施の形態１と同様の効果が得られ、さらに、隣接する放射素子が近接する場合にも、隣接する放射素子との結合を大きくすることなく、反射特性を改善することができる。

なお、図１２では誘電体充填導波管が方形導波管で、方形キャビティを用いた場合について示したが、誘電体充填導波管が円形導波管で円形キャビティを用いた場合にも同様の効果が得られる。

実施の形態９．
この発明の実施の形態９に係るアレーアンテナ装置について図１５から図１９までを参照しながら説明する。図１５は、この発明の実施の形態９に係るアレーアンテナ装置の構成を示す斜視図である。また、図１６は、図１５のアレーアンテナ装置の側面を示す側面図である。さらに、図１７は、図１５のアレーアンテナ装置の上面を示す上面図である。

図１５〜図１７において、この発明の実施の形態９に係るアレーアンテナ装置１００は、入力端子Ｐ１と、分配合成回路と、８つの放射素子１２ａ〜１２ｈとが設けられている。また、放射素子１２ａ〜１２ｈの開口近傍に金属平板４０が設けられている。この金属平板４０には、スロット４２ａ〜４２ｈが設けられている。

分配合成回路は、誘電体の外周に金属めっき（斜線部）を施した方形の誘電体充填導波管で構成されている。また、放射素子１２ａ〜１２ｈは、分配合成回路の分配端子側の端面に金属めっきを施していない方形の誘電体で構成されている。

つぎに、この実施の形態９に係るアレーアンテナ装置の動作について図面を参照しながら説明する。

分配合成回路により８分配された電波は、放射素子１２ａ〜１２ｈにより空中に放射される。ここで、上記の実施の形態１に係るアレーアンテナ装置のように、誘電体充填導波管を使用帯域における波長のおよそ１／２の長さぶんだけ飛び出させる構造とした場合には反射特性を改善することができる。

しかし、誘電体充填導波管を金属平板より飛び出させた場合には、隣あう放射素子との間隔が狭い場合、隣接する放射素子と結合が大きくなり特性の劣化が生じる場合がある。それを防ぐため金属平板より誘電体充填導波管を金属平板の位置まで抑えた場合、誘電体充填導波管と空間とのインピーダンス差により反射特性が悪くなる。

上記の実施の形態８に係るアレーアンテナ装置では、隣接する反射特性を改善する方法として、金属平板４０に共振素子を設けており、共振素子としてキャビティ４１ａ〜４１ｈを用いている。

この実施の形態９に係るアレーアンテナ装置では、放射素子１２ａ〜１２ｈの近傍に設けられたスロット４２ａ〜４２ｈが共振することにより、効率よく電波を放射することができる。したがって、この実施の形態９に係るアレーアンテナ装置では、上記の実施の形態１と同様の効果が得られ、さらに、隣接する放射素子が近接する場合にも、隣接する放射素子との結合を大きくすることなく、反射特性を改善することができる。

なお、図１５では放射素子を方形の誘電体充填導波管とし、方形のスロット４２ａ〜４２ｈを用いた場合について示したが、放射素子２２ａ〜２２ｈを円形の誘電体充填導波管として円偏波を用いる場合などでは、図１８及び図１９に示すようなクロススロット４３ａ〜４３ｈを用いることにより円偏波を用いる場合においても同様の効果が得られる。

実施の形態１０．
この発明の実施の形態１０に係るアレーアンテナ装置について図２０から図２２までを参照しながら説明する。図２０は、この発明の実施の形態１０に係るアレーアンテナ装置の構成を示す斜視図である。また、図２１は、図２０のアレーアンテナ装置の側面を示す側面図である。さらに、図２２は、図２０のアレーアンテナ装置の一部を表したものであり、放射素子及び金属平板の断面を示す断面図である。

図２０〜図２２において、この発明の実施の形態１０に係るアレーアンテナ装置１００は、入力端子Ｐ１と、分配合成回路と、８つの放射素子１２ａ〜１２ｈとが設けられている。また、放射素子１２ａ〜１２ｈの開口近傍に金属平板４０が設けられている。この金属平板４０には、キャビティ４１ａ〜４１ｈが設けられている。

この実施の形態１０に係るアンテナ装置では、以上のような構造をしているため、上記の実施の形態８と同様の効果が得られる。

一方、誘電体充填導波管の一方の端面のめっきをはがすことにより形成された放射素子１２ａ〜１２ｈを金属平板４０に挿入する構造としている。また、金属平板４０に誘電体充填導波管を差し込むためには、金属平板４０に設けた穴を誘電体充填導波管より大きくする必要があるため、金属平板４０と誘電体充填導波管との間に隙間５０が生じることとなる。

隙間５０が生じた場合には、放射素子１２から放射された電波の一部が隙間５０に漏れこみ、放射特性などに影響を及ぼす恐れがある。

通常、導波管等の隙間の影響を小さくするためチョーク構造が用いられる。『小口文一著「マイクロ波およびミリ波回路」、丸善、Ｐ３３４〜Ｐ３３６』に記載されているように、チョーク構造は先端短絡の１／２波長線路を接続することにより、隙間の端を横切る電流がほとんど０となるため、隙間が生じた場合でも影響は小さい。

この実施の形態１０に係るアンテナ装置では、チョークと同様の効果を得るために、誘電体充填導波管を金属平板４０に差し込む挿入長Ｌを、金属平板４０と誘電体充填導波管の間に生じる隙間５０を伝搬する電波の波長のおよそ１／４としている。

図２２に示すように、金属平板４０と誘電体充填導波管の間に生じる隙間５０の一方の端面５２は、その外側をほぼ自由空間とみなすことができるため、近似的に開放面とすることができる。したがって、端面５２から伝搬する電波のおよそ１／４波長離れたもう一方の端面５１は短絡面とみなすことができ、チョークと同様の効果が得られ、隙間５０が生じた場合にも影響は小さく良好な特性を保つことができる。

したがって、この実施の形態１０に係るアンテナ装置では、上記の実施の形態８と同様の効果が得られ、さらに、誘電体充填導波管と金属平板４０の間に隙間５０が生じた場合にも良好な特性を得られる効果がある。

この発明の実施の形態１に係るアレーアンテナ装置の構成を示す斜視図である。この発明の実施の形態１に係るアレーアンテナ装置の製造方法を示す図である。この発明の実施の形態２に係るアレーアンテナ装置の構成を示す斜視図である。この発明の実施の形態２に係るアレーアンテナ装置の１つの放射素子を上面からみた図である。この発明の実施の形態３に係るアレーアンテナ装置の構成を示す斜視図である。この発明の実施の形態３に係るアレーアンテナ装置の１つの放射素子を上面からみた図である。この発明の実施の形態４に係るアレーアンテナ装置の構成を示す斜視図である。この発明の実施の形態４に係るアレーアンテナ装置を上面からみた図である。この発明の実施の形態５に係るアレーアンテナ装置のＥ面Ｔ分岐回路、Ｅ面ベンド、及びその接続部を示す図である。この発明の実施の形態６に係るアレーアンテナ装置のＥ面Ｔ分岐回路、及びＥ面ベンドを示す図である。この発明の実施の形態７に係るアレーアンテナ装置の構成を示す斜視図である。この発明の実施の形態８に係るアレーアンテナ装置の構成を示す斜視図である。図１２のアレーアンテナ装置の側面を示す側面図である。図１２のアレーアンテナ装置の上面を示す上面図である。この発明の実施の形態９に係るアレーアンテナ装置の構成を示す斜視図である。図１５のアレーアンテナ装置の側面を示す側面図である。図１５のアレーアンテナ装置の上面を示す上面図である。この発明の実施の形態９に係るアレーアンテナ装置の別の構成を示す側面図である。図１８のアレーアンテナ装置の上面を示す上面図である。この発明の実施の形態１０に係るアレーアンテナ装置の構成を示す斜視図である。図２０のアレーアンテナ装置の側面を示す側面図である。図２０のアレーアンテナ装置の一部を表したものであり、放射素子及び金属平板の断面を示す断面図である。

符号の説明

１０ａ〜１０ｇＥ面Ｔ分岐回路、１１ａ〜１１ｎＥ面ベンド、１２ａ〜１２ｈ放射素子、２０ａ〜２０ｈ方形−円形導波管変換器、２１ａ〜２１ｈ円偏波発生器、２２ａ〜２２ｈ放射素子、２３四角形状の突起、２４三角形状の突起、２５三角形状の突起、３０板上の誘電体、４０金属平板、４１ａ〜４１ｈキャビティ、４２ａ〜４２ｈスロット、４３ａ〜４３ｈクロススロット、５０隙間、５１端面、５２端面、１００アレーアンテナ装置。

Claims

誘電体の外周を金属膜で覆うことにより導波路を形成した誘電体充填導波管で構成された分配合成回路と、
誘電体で構成され、前記分配合成回路の複数の分配端子にそれぞれ連結された複数の放射素子とを備えたアレーアンテナ装置であって、
前記分配合成回路は、
入力端子から入力した電波を２分配するＴ分岐回路と、
前記Ｔ分岐回路の２つの分岐部にそれぞれ接続され、電波の伝搬方向を変える２つのベンドとを有する
ことを特徴とするアレーアンテナ装置。
誘電体の外周を金属膜で覆うことにより導波路を形成した誘電体充填導波管で構成された分配合成回路と、
前記分配合成回路の複数の分配端子にそれぞれ連結された断面形状を円形に変換する複数の導波管変換器と、
円形の誘電体の外周を金属膜で覆うことにより導波路を形成した円形の誘電体充填導波管で構成され、前記複数の導波管変換器の円形導波管側にそれぞれ連結された複数の円偏波発生器と、
円形の誘電体で構成され、前記複数の円偏波発生器にそれぞれ連結された複数の放射素子とを備えたアレーアンテナ装置であって、
前記分配合成回路は、
入力端子から入力した電波を２分配するＴ分岐回路と、
前記Ｔ分岐回路の２つの分岐部にそれぞれ接続され、電波の伝搬方向を変える２つのベンドとを有する
ことを特徴とするアレーアンテナ装置。
前記円偏波発生器は、長手方向の側面に、上面からみて、入力される電波の電界の向きに対して所定の位置に少なくとも１つの四角形状の突起を設けた
ことを特徴とする請求項２記載のアレーアンテナ装置。
前記円偏波発生器は、長手方向の側面に、上面からみて、入射される電波の電界の向きに対して所定の位置に少なくとも１つの三角形状の突起を設けた
ことを特徴とする請求項２記載のアレーアンテナ装置。
前記複数の放射素子を連結する板状の誘電体をさらに備えた
ことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれかに記載のアレーアンテナ装置。
前記Ｔ分岐回路と前記ベンドを結ぶ導波管は、使用する周波数の管内波長のおよそ１／４の長さとし、かつ、前記Ｔ分岐回路の片方の分岐導波管のインピーダンス値を２倍した値と前記ベンドの入力導波管のインピーダンス値の相乗平均したインピーダンス値となるような形状とした
ことを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれかに記載のアレーアンテナ装置。
前記Ｔ分岐回路の２つの分岐部の間に切り欠きを設けることにより形成された整合素子を設け、前記整合素子を前記Ｔ分岐回路の２つの分岐部の中心からオフセットさせた
ことを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれかに記載のアレーアンテナ装置。
前記Ｔ分岐回路は、Ｅ面Ｔ分岐回路であり、
前記ベンドは、Ｅ面ベンドである
ことを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれかに記載のアレーアンテナ装置。
前記分配合成回路及び放射素子、あるいは前記分配合成回路、導波管変換器、円偏波発生器及び放射素子を樹脂射出成形で一体成形により製造する
ことを特徴とする請求項１から請求項８までのいずれかに記載のアレーアンテナ装置。
請求項１から請求項８までのいずれかに記載のアレーアンテナ装置を、前記分配合成回路の分岐する方向と直交する方向に複数個並べた
ことを特徴とするアレーアンテナ装置。
前記複数の放射素子の近傍に設けられた金属平板をさらに備え、
前記金属平板は、前記複数の放射素子に対応して設けられた複数の共振素子を有する
こと特徴とする請求項１から請求項１０までのいずれかに記載のアレーアンテナ装置。
前記共振素子は、キャビティである
ことを特徴とする請求項１１記載のアレーアンテナ装置。
前記共振素子は、スロットである
ことを特徴とする請求項１１記載のアレーアンテナ装置。
前記金属平板に前記複数の放射素子及びこれらの放射素子に接続される誘電体充填導波管が挿入される構造であり、
前記金属平板に前記誘電体充填導波管が挿入される長さは、前記金属平板と前記誘電体充填導波管の間に生じる隙間を伝搬する電波の伝搬波長の１／４である
ことを特徴とする請求項１１から請求項１３までのいずれかに記載のアレーアンテナ装置。