JP2011097149A - 導波管スロットアレーアンテナ装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 導波管2a上に放射素子として設けられた複数のスロット4を有し、導波管2aの軸の垂直方向に対して傾斜したビームB1を形成する導波管スロットアレーアンテナ1aと、導波管2b上に放射素子として設けられた複数のスロット4を有し、導波管2bの軸の垂直方向に対して傾斜したビームB2を形成する導波管スロットアレーアンテナ1bと、入出力信号を2分配して各導波管スロットアレーアンテナに給電する給電部3とを備えている。各導波管スロットアレーアンテナの傾斜角αは、ビームB1の方向とビームB2の方向とが一致するように設定されている。
【選択図】図1
Description
このスロットアレイアンテナの上記放射素子の放射方向に対向して配置された主反射鏡を備え、
この主反射鏡の主反射面が筒状鏡面により構成された筒状鏡面付きスロットアレイアンテナにおいて、
上記スロットアレイアンテナの上記長方形の中心を原点とし、その長方形の長手方向にX軸を定め、その長方形の平面に直交し原点を通り上記主反射鏡に近づく方向にZ軸を定め、原点を通りX軸及びZ軸に直交する方向にY軸を定めると、
上記筒状鏡面は、その筒軸がX軸と並行であってXZ平面に関して対称なZ軸方向に凸の曲面形状であり、
上記スロットアレイアンテナの放射素子は、その励振振幅がYZ平面に関して対称でありその励振位相がYZ平面に関して反対称になるように配置され、
さらに、上記スロットアレイアンテナの放射素子は、上記主反射鏡により形成される放射ビームが、YZ平面上でZ軸に関して対称であり、XZ平面上でZ軸に対して非対称であるように配置されている。
進行波アレーアンテナ2は給電線路12に沿って設けられた複数のアンテナ素子52−1乃至52−Mを備え所定の放射指向特性を有する。電力分配器21は、入力される送信信号を2分配してそれぞれ進行波アレーアンテナ1、2に給電する。
2つの進行波アレーアンテナ1、2は、所定の周波数変化に対する進行波アレーアンテナ1から放射される送信信号の電磁波の主ビームの放射角度の変動量と、上記周波数変化に対する進行波アレーアンテナ2から放射される送信信号の電磁波の主ビームの放射角度の変動量とが互いに実質的に相殺されるように並置されている。
XY平面内において第2の導波管の放射面に放射素子として設けられた複数のスロットを有した、第2の導波管スロットアレーアンテナと、
前記第1の導波管スロットアレーアンテナ及び前記第2の導波管スロットアレーアンテナに入出力信号を給電する給電部とを備え、
前記第1の導波管の軸と前記第2の導波管の軸をX軸方向としたとき、第1の導波管スロットアレーアンテナの第1のビームと第2の導波管スロットアレーアンテナの第2のビームはそれぞれXZ平面内でZ軸方向から所定の角度で傾斜し、
前記第1のビームの方向と前記第2のビームの方向とが一致するように前記第1の導波管及び前記第2の導波管の各軸を、それぞれXZ平面内でX軸方向から所定の角度で傾斜して載置するように構成されたものである。
この発明の実施の形態1の導波管スロットアレーアンテナ装置について説明する。
図1は、この発明の実施の形態1に係る導波管スロットアレーアンテナ装置200を示す斜視図である。
図1において、導波管スロットアレーアンテナ装置200は、XY平面内において第1の導波管2aの放射面に放射素子として設けられた複数のスロット4を有した、第1の導波管スロットアレーアンテナ1aと、
XY平面内において第2の導波管2bの方斜面に放射素子として設けられた複数のスロット4を有した、第2の導波管スロットアレーアンテナ1bと、
第1の導波管スロットアレーアンテナ1a及び第2の導波管スロットアレーアンテナ1bに入出力信号を給電する給電部3とを備えている。
このため、第1のビームB1の方向と第2のビームB2の方向とが一致するように、第1の導波管2a及び第2の導波管2bの各軸を、それぞれXZ平面内でX軸方向から傾斜角αで傾斜して給電部3に対して対称に載置する角度調整機構としてリブ材43を備え、給電部3及びリブ材43はベース部材45に固定されている。
図2において、第1の導波管スロットアレーアンテナ1a及び第2の導波管スロットアレーアンテナ1bと給電部3とは、各々連結手段42にて接続される。例えば、連結手段42はガセットを用いる。
図4(b)は、図4(a)において、E1−E2面から見た側面図である。
図4において、リブ材43は保持部材46にてベース部材45に固定される。
図4(b)におけるリブ材43のF部に、第2の導波管スロットアレーアンテナ1bの一端側が載置される。
図1において、ベース部材45の中央部に給電部3が固定される。給電部3からベース部材45の両端部に向かって、給電部3から各々同じ長さで離れた箇所に、各々同じ高さのリブ材43が固定される。
第1の導波管スロットアレーアンテナ1a及び第2の導波管スロットアレーアンテナ1bは、各々給電部3とリブ材43の上に、架橋したように載置される。
なお、給電部3とベース部材45との固定部から給電部3の段差部までの高さ、リブ部材43の高さ、及び給電部3とリブ部材43との距離から、第1の導波管スロットアレーアンテナ1a及び第2の導波管スロットアレーアンテナ1bの傾斜角αが設定される。
図2(a)において、ベース部材45の上に固定された給電部3の段差部に設けられた給電部3の一方の出力部C2に第1の導波管スロットアレーアンテナ1aの入力部C1を対向させて、給電部3の段差部の上に第1の導波管スロットアレーアンテナ1aの入力部C1側を載置する。
同様に、給電部3の段差部に設けられた給電部3の他方の出力部D2に第2の導波管スロットアレーアンテナ1bの入力部D1を対向させて、給電部3の段差部の上に第2の導波管スロットアレーアンテナ1bの入力部D1側を載置する。
このため、第1の導波管スロットアレーアンテナ1a及び第2の導波管スロットアレーアンテナ1bと給電部3との接続部J及びKは密接することとなり、前記接続部における入力信号の漏れが発生しない効果がある。
図1において、第1の導波管2a及び第2の導波管2bの各一端、すなわち第1の導波管スロットアレーアンテナ1a及び第2の導波管スロットアレーアンテナ1bの結合部には、共通の給電部3が設けられ、第1の導波管2a及び第2の導波管2bの各他端にはそれぞれ第1の終端部5a及び第2の終端部5bが設けられている。
導波管スロットアレーアンテナ装置200は、給電部3からの入力信号が各スロット4から放射されることにより、アンテナとして動作する。
第1の導波管スロットアレーアンテナ1a及び第2の導波管スロットアレーアンテナ1bから放射されるそれぞれ第1のビームB1及び第2のビームB2(以下、単に「ビーム」という)(実線矢印参照)は、第1の導波管スロットアレーアンテナ1a及び第2の導波管スロットアレーアンテナ1bの各傾斜角αにより、第1の導波管2a及び第2の導波管2bの軸の垂直方向(破線参照)に対して、それぞれ傾斜角α度を有している。
図6(a)は図1の導波管スロットアレーアンテナ装置200による放射パターンを示す説明図であり、スロット4の素子数を212個とし、第1の導波管スロットアレーアンテナ1a及び第2の導波管スロットアレーアンテナ1bの傾斜角αを0.9度とした場合の放射パターンを示している。
なお、上記効果は、中心周波数fcにおいて得られるが、比帯域0.3%程度であれば、利得の低下は0.2dB程度であり、同様の効果が得られる。
また、導波管スロットアレーアンテナ装置200が送信アンテナである場合を例にとって説明したが、受信アンテナの場合にも同等の作用効果を奏することは言うまでもない。
図7は、この発明の実施の形態2に係る導波管スロットアレーアンテナ装置の第1の導波管スロットアレーアンテナ1a及び第2の導波管スロットアレーアンテナ1bと給電部3との接続構造を示す側面図である。図3と同一の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。
図7は図3において、第1の導波管スロットアレーアンテナ1a及び第2の導波管スロットアレーアンテナ1bと給電部3との接続部J及びK部に隙間が生じた場合である。
図7において、gは第1の導波管スロットアレーアンテナ1a及び第2の導波管スロットアレーアンテナ1bと給電部3との接続部J及びKの隙間である。
微調整の第1の方法として、図1において、ベース部材45のX軸方向でリブ材43の配置位置を可変させる。
第2の方法として、図5において、高さHの異なる複数個のリブ材43を用意しておき、リブ材43の高さHが異なる高さのリブ材へ変更する。
第3の方法として、図8において、リブ材43に高さの可変機構である例えば高さ調整板44を備え付けておき、高さHの変更を実施する。手順としては、高さ調整板44とリブ材43を固定するねじ47を緩める。高さ調整板44に設けられたスライド用の溝48に沿って、高さ調整板44をZ軸方向に可動させる。高さHが所望の高さとしたのち、ねじ47を締め付けて高さ調整板44とリブ材43を固定する。
これら、第1の方法乃至第3の方法を単独で実施すること、若しくは組合せて実施することにより傾斜角αの微調整を実施する。
逆に、傾斜角αが小さくなる方向へ微調整した場合、第1の導波管スロットアレーアンテナ1aと第2の導波管スロットアレーアンテナ1bと給電部3との接続部J及びKは、放射面に対向する側に隙間gが発生する。
しかしながら、この隙間gは、間隙が1/4波長以下であれば、隙間gが共振しないため、入力信号が隙間から漏れ出ることはない。
図9は、この発明の実施の形態3に係る導波管スロットアレーアンテナ装置200Aを示す斜視図である。図1と同一の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。
逆に、傾斜角αが小さくなる方向へ微調整した場合、第1の導波管スロットアレーアンテナ1aと第2の導波管スロットアレーアンテナ1bと給電部3との接続部は、放射面側に隙間gが発生する。
しかしながら、この隙間gは、間隙が1/4波長以下であれば、隙間gが共振しないため、入力信号が隙間から漏れ出ることはない。
図11は、この発明の実施の形態4に係る導波管スロットアレーアンテナ装置300の放射方向から見た正面図である。
図11において、導波管スロットアレーアンテナ装置300は、第1の導波管スロットアレーアンテナ1a及び第2の導波管スロットアレーアンテナ1bに対向して配置され、第1の導波管スロットアレーアンテナ1a及び第2の導波管スロットアレーアンテナ1bから放射される電磁波を反射する反射鏡6と、
反射鏡6と第1の導波管スロットアレーアンテナ1a及び第2のスロットアレーアンテナ1bを保持する支持機構としてのリブ材48とを備えている。図1と同一の構成には同一の符号を付し、その説明を省略する。
図13(b)は、図3(a)において、E1−E2面から見た側面図である。
図13において、リブ材48は保持部材46にてベース部材45に固定される。
図13(b)におけるリブ材48のF部に、第2の導波管スロットアレーアンテナ1bの一端側が載置される。
なお、第1の導波管スロットアレーアンテナ1aとリブ材48との設置状態も同様である。
図14において、リブ材48の当たり面50を基準に第2の導波管スロットアレーアンテナ1bの側面52を添装し、リブ材48の当たり面51を基準に第2の導波管スロットアレーアンテナ1bの底面53を添装して、第2のスロットアレーアンテナ1bをリブ材43に設置する。
なお、第1のスロットアレーアンテナ1aのリブ材48への設置方法も同様である。
図15において、当たり面47は放物線形状、双曲線形状、または修正曲線を施した形状を有している。リブ材48の当たり面47を基準に反射鏡6が当たり面47の形状となるように反射鏡6を添装して、反射鏡6をリブ材48に設置する。
図1、図2において、導波管スロットアレーアンテナ装置300は、第1のスロットアレーアンテナ1a及び第2のスロットアレーアンテナ1bに対向配置された反射鏡6を備えている。
この場合、第1のスロットアレーアンテナ1a及び第2のスロットアレーアンテナ1bは、反射鏡6の1次放射器として機能する。
これにより、所望の放射パターンを高利得に得ることができる。たとえば、YZ面にて、コセカント2乗曲線の放射指向特性を形成することが可能である。
なお、導波管スロットアレーアンテナ装置300が送信アンテナである場合を例にとって説明したが、受信アンテナの場合にも同等の作用効果を奏することは言うまでもない。
2、2a、2b 導波管
3 給電部
4 スロット(アンテナ素子)
42 ガセットなどの連結手段
43、48 リブ材
200、200A、300 導波管スロットアレーアンテナ装置
B1、B2 ビーム
α 傾斜角
g 接続部の隙間
Claims (4)
- XY平面内において第1の導波管の放射面に放射素子として設けられた複数のスロットを有した第1の導波管スロットアレーアンテナと、
XY平面内において第2の導波管の放射面に放射素子として設けられた複数のスロットを有した、第2の導波管スロットアレーアンテナと、
前記第1の導波管スロットアレーアンテナ及び前記第2の導波管スロットアレーアンテナに入出力信号を給電する給電部とを備え、
前記第1の導波管の軸と前記第2の導波管の軸をX軸方向としたとき、第1の導波管スロットアレーアンテナの第1のビームと第2の導波管スロットアレーアンテナの第2のビームはそれぞれXZ平面内でZ軸方向から所定の角度で傾斜し、
前記第1のビームの方向と前記第2のビームの方向とが一致するように前記第1の導波管及び前記第2の導波管の各軸を、それぞれXZ平面内でX軸方向から所定の角度で傾斜して載置する角度調整機構を備えた導波管スロットアレーアンテナ装置。 - 給電部と第1の導波管スロットアレーアンテナ、並びに前記給電部と第2の導波管スロットアレーアンテナとの間が各々隙間を設けて載置された請求項1に記載の導波管スロットアレーアンテナ装置。
- 隙間は、1/4波長以下である請求項2に記載の導波管スロットアレーアンテナ装置。
- 給電部と第1の導波管スロットアレーアンテナ、並びに前記給電部と第2の導波管スロットアレーアンテナとが各々連結手段により接続された請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の導波管スロットアレーアンテナ装置。
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WO2013099997A1 (ja) * | 2011-12-28 | 2013-07-04 | 三菱重工業株式会社 | 受電装置及び無線電力伝送システム |
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