JP2008510425A - 導波管ノッチアンテナ - Google Patents

Abstract

２重極性導波管ノッチアンテナアレイが知られている。当該装置は、少なくとも２つの入力伝送線路を有する給電部（１）と、該給電部（１）間に無線周波数電磁波を送信するための開口部として機能する給電部／導波管境界面（５）と、リッジを有する導波管部（３）における導波管モードとを備える。当該導波管部は、給電部／導波管部境界面と、テーパーノッチ部（７）との間にエネルギーを送信し、これにより、生成された電磁界を自由空間に向かって徐々に調整する。

Description

本発明は、導波管ノッチアンテナに関するものであり、特に２重極性導波管ノッチアンテナに関するものである。

ビーム方向可変アンテナ（ＥＳＡ）は、一般に、低重量、広帯域、２重極性、低損失、広い受信範囲、十分な密閉構造、低コストで製造するためのシンプルな構造等の特性のうちいくつかを実現することを目的として設計される。

ノッチ部材の放射部のような平衡アンテナ部材は、非常に優れた帯域幅特性を備えているが、製造が困難であるなどの理由で、実現が難しい。これは、平衡アンテナは伝送線路を介して給電部に接続されており、１つの平衡アンテナ部材につき、少なくとも１つの伝送線路は接地面と交差する必要があるからである。

異なる極性状態（例えば、直線偏波と円偏波）間の変更が必要な場合には、状況はより複雑になる。

接地面上のアンテナ部材に給電するための簡便な方法は、接地面内にあるスロットを用いて励磁することである。この場合、伝送線路を介する必要がなく、また給電部に接続する必要もない。

図１に示すように、導波管部材が密に接合され、スロットに十分な給電がなされる場合、通常、導波管には誘電率の高い誘電体が必要となる。しかしながら、そのような誘電体は、非常に重量が重くなる傾向があり、大きなアレイアンテナでの使用は考えにくい。代わりに、自由空間の端部方向に向かってリッジ高さを徐々に低くした（自由空間に向かってうまく一致するようにした）、突き出た導波管リッジが利用可能である。しかしながら、断面方向に場が均一でないため、高機能なノッチ部材がスロット給電されうるとは考えにくい。

効率的なアンテナ部材の設計では、該部材を明確な接点において分割し、極めて小さい作動力で最大の効果が得られるいくつかの小さな部材にすることが必要である。しかしながら、アンテナ部材のうち突き出たリッジ／ノッチ領域における分割接点は、現在のＥＭ解析ソフトウェアにおいて処理できない境界条件を含んでいる。一方、導波管部における分割接点については、高精度にシミュレーションをすることができる。

プローブやストリップ線路により給電されるスロットを、工業上の標準的な生産方法で低コストで生産することは容易であるが、標準的なリッジ導波管給電部の場合は、プローブ給電されるリッジをくわえるため難しい。

２００３年６月１０日に公開された米国特許第６，５７７，２０７号は、２重バンド電磁結合器について言及されており、モード変換器の四角形のポートを一般的な四角形のポートに接続するのに、四角形のリッジ導波管部材を利用することとしている。当該リッジ導波管部材はリッジと移相器とを備え、該移相器はハイバンド成分を遅延させることで、両方のバンドに共通のポートにおいて、ＴＥ_1,0とＴＥ_0,1を生成する。

また、２００３年４月２２日に公開された米国特許第６，５５２，６９１号は、高帯域の２重極性マイクロストリップノッチアンテナについて言及されている。当該フェーズドアレイアンテナは、２つの平面マイクロストリップノッチ部材を備え、該部材は連結され、互いに垂直であり、移相中心が一致しているため有利な動作特性を備えており、広帯域幅と広いスキャン角度とを実現している。

更に、欧州特許第ＥＰ０８３１５５０号は、サポートに対して直角に配されたマイクロストリップ部を備えるアンテナ部材について言及されており、該サポートは、マイクロストリップ部と該サポートの端部との間に隙間を形成している。ノッチは、接続されていないマイクロストリップ部のエッジ側から形成されている。マイクロストリップ部は、幅広の部分から、第２の幅狭な部分に向かって徐々に幅が狭まる形状をしている。ノッチの大きさにより、所望の中心周波数の前後１０％の狭い帯域に位相中心を固定することができる。

これらの文献は、先端技術を構成するものと考えられるものの、決して本願を示唆するものではない。

そこで、上述の特性を同時に満たすことが可能な簡単な方法が望まれており、本発明では、そのような２重極性導波管ノッチアンテナのための解決策を提案する。

本明細書は、２重極性導波管ノッチアンテナアレイについて開示する。当該装置は、給電部を備え、該給電部は、ストリップ線路の伝送線路または導波管軸に平行なプローブと、給電部と導波管部との間のエネルギー伝達を制御可能な給電部／導波管部境界面と、リッジ導波管部と、境界面の間の伝達エネルギーと、角度のついたノッチ部とを備え、該給電部では、自由空間に向かって徐々に電磁界が調節される。

当該装置は、独立クレーム１によって示され、他の実施形態は従属クレーム２〜６によって示されている。

本発明は、更なる目的やその利点も含むものであり、それらは添付の図面とともに下記記載を参照することにより、理解されよう。

本発明の実施形態は、ストリップ線路部またはプローブ部を構成する給電部１を備え、該給電部には、２つ（またはそれ以上）の入力伝送線路２またはプローブ６の一方または両方が配されており、入力伝送線路２がどのように励磁されたかにより、１つの直線偏波が送信（または受信）されたり、１つの円偏波が送信（または受信）されたりする。給電部１は、ストリップ線路波またはプローブ波を、例えば、クロススロットの形で、リッジ導波管部３の導波管部（受信の場合も同様）や、給電部／導波管部境界面に送信する。導波管モードは、最終的にテーパーノッチ部７に入力され、該テーパーノッチ部により、ＴＥＭ特性は、アンテナの外側の自由空間（Ｚ₀≒３７７ｏｈｍｓ）に向かって徐々に調整される（図２、図３ａ、図３ｂ参照）。

したがって、給電部１は、クロススロットを有する給電部／導波管部境界面の開口部に給電する少なくとも１つの混成部（hybrid）を有するストリップ線路部からなっていてもよい。他の実施形態において、給電部は、クロススロット開口部を含む一般的な給電部／導波管部境界面の開口部に給電する導波管軸に平行なプローブ６を用いて実現される。下側に位置するストリップ線路部が、導波管軸に平行なプローブに給電していてもよい。

中空のリッジ導波管部３は、任意の長さを有し、理論上は省略されてもよく、リッジ導波管部７ａのような導波管により置き換えることもできる。導波管部３は、一般的に、隣接する導波管壁を用いて、自立型の導波管を生成することで実現されるか、あるいは、個別に組み立てる必要がある絶縁された管壁部材を用いて生成されうる。あるいは、テーパーリッジ１３だけを用い、導波管を一切用いなくてもよい。

プローブ部を有する場合も有しない場合も、給電部１は、導波管部３の下に配される。プローブ部は、１つまたは複数の混成部として構成されるストリップ線路部を下側に配することができ、給電部は、一般に、位相が異なるか（直線偏波）あるいは直交する（円偏波）２つの信号を出力する。当該機能は、Ｔ／Ｒモジュール９に含まれていても良い。

必要な場合には、Ｔ／Ｒモジュール９が、スロット層および導波管部３に関連して、給電部１またはプローブ部にとってかわられてもよい。

図３ａは、スロット８に給電するストリップ線路部を構成する給電部を側面から見た概略図であり、図３ｂは、ストリップ線路部と、静電結合または電磁結合されたノッチ部のペア１３ａの底面端部を形成する２つのプローブ６とを備える他の給電部を側面から見た概略図である。参照番号１０は、給電部の任意の突出部を示している。

図４は、下側にあるストリップ線路部（図４において不図示）からプローブ６によって支持されたノッチ部１３をより詳細に示した図である。図５は、直線偏波または円偏波を実現するためのテーパーリッジ１３の２つのペアを備える導波管部３を３次元的に示した図である。プローブは、通常、テーパーリッジの底面１３ａに電磁気的に結合されている。

図６において、給電部／導波管部境界面は、クロススロット８の形状として表現されている。リッジ１３のフットプリントが示されている。スロットもリッジクロス部も長方形である必要はない。目的を達成するために、スロットの幅は、スロット８の長さに応じて変えてもよいし、リッジクロス部は、スロットの端部に対して、より密接するような形状を備えていても良い。

図７ならびに他の実施形態に示すように、導波管３の管壁は、スロット８に向かって全体的に傾斜が設けられている。したがって、テーパーノッチ部は、リッジ導波管部を含まない層を起点としている。更に、より簡単な選択としては、図５に示すような、例えば、指数関数的な形状であるが、図７におけるテーパー形状は直線である。

ゼロレングスの導波管部の例として、図８に、リッジを有するテーパー導波管壁のフットプリントを示す。同図より明らかなように、当該管壁のフットプリントは、リッジ１３のフットプリントと、形状が等しくなるように選択することができ、当該管壁は、アンテナアレイを生成する場合には、対称な交差を生成する。図９は、任意のクロススロット８’と幅が可変の任意の形状を有するテーパーリッジ１３’とを備える構成を示す図である。

本発明の利点
本発明は、任意の導波管部とテーパーノッチ部からなる、２重極性化された広帯域用の放射線開口部に対して、利便性の高い給電技術（ストリップ線路給電スロット、プローブ給電スロットあるいはより一般的には給電部／導波管部境界面におけるプローブ給電開口部）を示したものである。導波管部があることにより、自立型の放射素子のグリッドと同じように、解析が円滑になる。そのようなグリッドの場合、組み立て工程における許容誤差は高くなく、製造工程における許容誤差も小さい。特に、プローブが接地面（導波管底面）を通過する必要がないため、電気的に高性能なスキャンアンテナアレイ（ＥＳＡ）の取り付けをより簡単にする。

請求項により定義された本発明に対して、本発明の意図や目的を逸脱しない範囲において様々な変更や修正がなされうることは当業者に理解されよう。

給電部と導波管との境界面等の内部境界面であって、開口部を有するリッジ導波管を底面側からみた場合の、リッジ導波管アンテナ部材の内部境界面を示す図である。 本発明の主要部を示す図である。 スロットを備えるストリップ線路部を示す図である。 下側にストリップ線路部を有するプローブ部である。 図示のテーパーリッジ部にプローブを用いて給電する給電部の一部を示す図である。 第１の偏波を取得するプローブにより１組ずつ給電される４つのテーパーリッジを３次元で示した図である。 クロススロット層を示す図である。 クロススロットにより給電されるテーパー部を示す図である。 スロット（傾いたクロス）の特徴的なフットプリントおよびリッジ／管壁（傾いていないクロス）を示す図である。 導波管の底面（ライトグレー）上のスロット（白）および管壁／リッジ（ダークグレー）のフットプリントを示す図である。

Claims (12)

1. ２重極性導波管ノッチマイクロ波アンテナアレイであって、
   少なくとも２つの伝送線路（２）が配され、それぞれが、給電部材の組と接続され、所定の極性状態にするために必要な振幅と位相とを生成するパッシブマイクロ波回路を備え、少なくとも１つの波動信号を導波管モードに送信するためのクロススロット（８）またはプローブに給電する給電部（１）と、
   給電部と導波管部との間にエネルギーを送信可能な一般的な開口部を有する給電部／導波管部境界面（５）であって、リッジ（１３）を有するとともに該給電部／導波管部境界面とテーパーノッチ部（７）との間にエネルギーを送信する導波管部（３）と、自由空間に向かってリッジ導波管電磁界を徐々に調整していく該テーパーノッチ部（７）とを備える給電部／導波管部境界面（５）と
   を備えることを特徴とする２重極性導波管ノッチマイクロ波アンテナアレイ。
2. 前記給電部（１）は、ストリップ線路伝送線路（２）を用いて実現され、クロススロットの給電部／導波管部境界面の開口部に給電することを特徴とする請求項１に記載のアンテナアレイ。
3. 前記給電部（１）は、一般的な給電部／導波管部境界面の開口部に給電する、導波管軸に平行なプローブ（６）を用いて実現され、クロススロットの開口部を有することを特徴とする請求項１に記載のアンテナアレイ。
4. 前記導波管部（３）は、自立型の導波管グリッドを必要とする隣接する導波管壁により実現されることを特徴とする請求項２に記載のアンテナアレイ。
5. 前記導波管部（３）は、個別に組み立てる必要がある絶縁された管壁部材を用いて実現されることを特徴とする請求項２に記載のアンテナアレイ。
6. 前記導波管部（３）は、導波管壁を用いることなく実現されることを特徴とする請求項２に記載のアンテナアレイ。
7. 前記導波管部（３）は、自立型の導波管グリッドを容易にする隣接する導波管壁により実現されることを特徴とする請求項３に記載のアンテナアレイ。
8. 前記導波管部（３）は、個別に組み立てる必要がある絶縁された管壁部材を用いて実現されることを特徴とする請求項３に記載のアンテナアレイ。
9. 前記導波管部（３）は、導波管壁を用いることなく実現されることを特徴とする請求項３に記載のアンテナアレイ。
10. 前記給電部（１）は、位相が異なる、または直交するマイクロ波信号を出力する少なくとも１つの混成器を構成することを特徴とする請求項１に記載のアンテナアレイ。
11. 前記導波管部（３）のリッジ（１３）のフットプリントとして、クロススロット（８）のフットプリントと等しいフットプリントが選択されることを特徴とする請求項１に記載のアンテナアレイ。
12. クロススロット（８’）とノッチ（１３’）の構成は、ノッチに対応するであろう領域に合致する形状に調整されていることを特徴とする請求項２に記載のアンテナアレイ。