JP2011223361A

JP2011223361A - ２次元スロットアレイアンテナ、給電用導波管、及びレーダ装置

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Publication number: JP2011223361A
Application number: JP2010090964A
Authority: JP
Inventors: Koji Kin; 耕治箟; Yasutaka Kichijima; 康隆吉島
Original assignee: Furuno Electric Co Ltd
Current assignee: Furuno Electric Co Ltd
Priority date: 2010-04-09
Filing date: 2010-04-09
Publication date: 2011-11-04
Anticipated expiration: 2030-04-09
Also published as: CN102255136B; CN102255136A; US20110248884A1; JP5486382B2; US8970428B2

Abstract

【課題】放射用導波管内を適正なモードパターンで電磁波を伝搬させ、かつ給電用導波管を小型化する。
【解決手段】給電用導波管は、溝１２が各面の側壁によって形成され、かつ溝１２の一側面の板材３１に４つの給電用スロット３５が直列に配列された給電部構造１０と、給電用スロット３５の配列方向に直交する方向であって複数の給電用スロット３５のうちの両端以外の一つの給電用スロット３３に対応する位置に延設され、かつ外部から電力が入力される凹部１４とを備え、給電部構造１０は、一つの給電用スロット３５３と対向する溝１２の底面に形成された凸状段部１６を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、２次元スロットアレイを有するアンテナにおける給電用導波管の構造、及びそれを備えるレーダ装置に関する。

複数の放射用スロットが長尺方向に配列された導波管に放射用ホーンを取り付けた従来タイプのアンテナに対して、近年、製造容易かつ小型化を図るべく、スロットアレイが２次元放射面上で縦横に配列された放射用導波管を有するスロットアレイアンテナが提案されている（特許文献１）。特許文献１に記載のスロットアレイアンテナは、２次元スロットアレイを備えた放射用導波管に、電磁波の伝搬方向に直交する方向から電磁波を導入する（給電する）スロットアレイを有する給電用導波管が結合されている（特許文献１の図３（ｃ）参照）。

特許文献１に記載の放射用導波管に結合された給電用導波管は、一般的に、図２２の概略図に示すような構造を有している。すなわち、図２２において、（ａ）は、給電用導波管１００を放射用導波管２００に対して直交する方向（幅方向）で簡易に結合したものであり、（ｂ）は、給電用導波管１０１をＬ字状に屈曲し、放射用導波管２００の幅方向における給電用導波管１０１の寸法をこの放射用導波管２００の幅寸法以内になるように設計したものである。

国際公開ＷＯ２００８／０１８４８１号公報

図２２（ａ）の構造では、給電用導波管１００の給電用スロット１００ａの部分は放射用導波管２００の幅寸法内に収まる一方、基端１００ｂ側が放射用導波管２００の幅寸法外に突出するため、スロットアレイアンテナの小型化に限界がある。また、図２２（ｂ）の構造では、給電用導波管１０１の構造が放射用導波管２００の幅寸法内に収まるものの、給電用導波管１０１の屈曲部１０１ｃである不連続部位の存在によって給電用導波管１０１の給電用スロット１０１ａから放射用導波管２００への給電特性が特に幅方向で不均一となり、その結果、放射用導波管２００内を伝搬する電磁波の伝送モードのパターンが崩れることになる。

本発明は、上記に鑑みてなされたもので、給電用導波管の構造を工夫することで、放射用導波管内を適正なモードパターンで電磁波が伝搬でき、かつ小型化が可能な２次元スロットアレイアンテナ、給電用導波管、及びそれを備えたレーダ装置を提供することにある。

請求項１記載の給電用導波管は、２次元スロットアレイアンテナの放射用導波管へ給電を行う給電用導波管において、
給電空間が各面の側壁によって形成され、かつ前記給電空間の一側面の側壁に複数の給電用スロットが直列に配列された給電部と、
前記給電用スロットの配列方向に直交する方向であって前記複数の給電用スロットのうちの両端以外の一つの給電用スロットに対応する位置に延設され、かつ外部から電力が入力される入力空間を有する入力部とを備え、
前記給電部は、前記一つの給電用スロットと対向する側壁の内壁に形成された凸状段部を有することを特徴とするものである。

この発明によれば、入力部に入力された電磁波は、給電空間の側壁に形成された複数の給電用スロットのうち両端以外の一つの給電用スロットに対応する位置に延設された入力空間から給電空間に導かれ、前記複数の給電用スロットの配列方向の両側に分岐して伝送される。そして、電磁波は各給電用スロットを介して放射用導波管に導かれる。このように、電磁波を複数の給電用スロットの配列方向の両側に分岐して伝送されるようにし、さらに分岐部の導波管形状として凸状段部を設ける等の工夫を凝らすことで、より高い整合状態で電磁波の伝送を可能にする。また、入力部を給電部の給電用スロットの配列方向の一部に設け、電磁波を配列方向両側に分岐する構成としたので、２次元スロットアレイアンテナに対してサイズが抑制された小型の給電用導波管が製造可能となる。

請求項２記載の発明は、請求項１に記載の給電用導波管において、前記凸状段部の高さ寸法は、使用するマイクロ波の周波数に応じて設定されていることを特徴とする。この構成によれば、凸状段部の高さを使用するマイクロ波の周波数に応じて設計することで高い整合状態で電磁波の分岐が可能となる。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２に記載の給電用導波管において、前記凸状段部は、直方体形状を有し、前記給電空間の前記配列方向における幅寸法は、使用するマイクロ波の周波数に応じて設定されていることを特徴とする。この構成によれば、給電空間の前記配列方向における凸状段部の幅寸法を、使用するマイクロ波の周波数に応じて設計することで高い整合状態で電磁波の分岐が可能となる。

請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の給電用導波管において、前記凸状段部は、直方体形状を有し、前記給電空間の前記配列方向と直交する方向における寸法は、使用するマイクロ波の周波数に応じて設定されていることを特徴とする。この構成によれば、給電空間の前記配列方向と直交する方向における寸法を使用するマイクロ波の周波数に応じて設計することで高い整合状態で電磁波の分岐が可能となる。

また、請求項５記載の２次元スロットアレイアンテナは、前記給電用導波管と、前記給電用スロットを介して前記給電用導波管と連通され、前記給電空間の前記配列方向と直交する方向に電磁波を伝搬させるための２次元スロットアレイが形成された放射用導波管とを備えたことを特徴とするものである。この発明によれば、入力部を給電部の給電用スロットの配列方向の一部に設け、電磁波を配列方向両側に分岐する構成としたので、給電用導波管が２次元スロットアレイアンテナの電磁波伝搬方向に直交する方向に突出しない寸法となるため、全体として２次元スロットアレイアンテナが小型化される。

また、請求項６記載のレーダ装置は、請求項５に記載の２次元スロットアレイアンテナと、前記２次元スロットアレイアンテナの前記給電用導波管の入力部に電磁波を供給する電磁波発生源と、前記電磁波発生源と２次元スロットアレイアンテナとの間に介設され、前記２次元スロットアレイアンテナを、前記放射用導波管の放射面を水平方向に向けた状態で、回転駆動源によって鉛直軸周りに回転させるロータリージョイントとを備えたものである。この発明によれば、小型化が可能なレーダ装置が製造可能となる。

本発明によれば、放射用導波管内を適正なモードパターンで電磁波が伝搬でき、かつ小型化が可能な２次元スロットアレイアンテナ、給電用導波管、及びレーダ装置が提供できる。

本発明に係る２次元アレイスロットアンテナの一実施形態を示す分解構成図である。結合特性を説明するための給電部構造周りの構造の一例を示す図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は側断面図である。幅ａ＝１７．５ｍｍ、長さｂ＝２２．９ｍｍのままで、高さｃが０ｍｍの場合の導波管伝搬モードの様子を示す図である。幅ａ＝１７．５ｍｍ、長さｂ＝２２．９ｍｍのままで、高さｃが１ｍｍの場合の導波管伝搬モードの様子を示す図である。幅ａ＝１７．５ｍｍ、長さｂ＝２２．９ｍｍのままで、高さｃが２ｍｍの場合の導波管伝搬モードの様子を示す図である。幅ａ＝１７．５ｍｍ、長さｂ＝２２．９ｍｍのままで、高さｃが３ｍｍの場合の導波管伝搬モードの様子を示す図である。幅ａ＝１７．５ｍｍ、長さｂ＝２２．９ｍｍのままで、高さｃが４ｍｍの場合の導波管伝搬モードの様子を示す図である。幅ａ＝１７．５ｍｍ、長さｂ＝２２．９ｍｍのままで、高さｃが５ｍｍの場合の導波管伝搬モードの様子を示す図である。幅ａ＝１７．５ｍｍ、長さｂ＝２２．９ｍｍのままで、高さｃが６ｍｍ場合の導波管伝搬モードの様子を示す図である。幅ａ＝１７．５ｍｍ、高さｃ＝３ｍｍのままで、長さｂが１０ｍｍの場合の導波管伝搬モードの様子を示す図である。幅ａ＝１７．５ｍｍ、高さｃ＝３ｍｍのままで、長さｂが３０ｍｍの場合の導波管伝搬モードの様子を示す図である。長さｂ＝２２．９ｍｍ、高さｃ＝３ｍｍのままで、幅ａが１０ｍｍの場合の導波管伝搬モードの様子を示す図である。長さｂ＝２２．９ｍｍ、高さｃ＝３ｍｍのままで、幅ａが３０ｍｍの場合の導波管伝搬モードの様子を示す図である。幅ａ＝１７．５ｍｍ、長さｂ＝２２．９ｍｍで、高さｃを、０．５ｍｍ〜９ｍｍまで変えた場合における、帯域内（９．３８ＧＨｚ、９．４１ＧＨｚ、９．４４ＧＨｚ）のマイクロ波のリターンロス（入力に対する反射比率（ｄＢ））の様子を示す図である。幅ａ＝１７．５ｍｍ、高さｃ＝３ｍｍで、長さｂを１０ｍｍ〜３０ｍｍまで変えた場合における、帯域内（９．３８ＧＨｚ、９．４１ＧＨｚ、９．４４ＧＨｚ）のマイクロ波のリターンロス（入力に対する反射比率（ｄＢ））の様子を示す図である。長さｂ＝２２．９ｍｍ、高さｃ＝３ｍｍで、幅ａを１０ｍｍ〜３０ｍｍまで変えた場合における、帯域内（９．３８ＧＨｚ、９．４１ＧＨｚ、９．４４ＧＨｚ）のマイクロ波のリターンロス（入力に対する反射比率（ｄＢ））の様子を示す図である。幅ａ＝１７．５ｍｍ、長さｂ＝２２．９ｍｍで、高さｃを、０．５ｍｍ〜９ｍｍまで変えた場合における、帯域内（９．３８ＧＨｚ、９．４１ＧＨｚ、９．４４ＧＨｚ）のマイクロ波の挿入損失（入力が熱エネルギー等に消費された比率（ｄＢ））の様子を示す図である。幅ａ＝１７．５ｍｍ、高さｃ＝３ｍｍで、長さｂを１０ｍｍ〜３０ｍｍまで変えた場合における、帯域内（９．３８ＧＨｚ、９．４１ＧＨｚ、９．４４ＧＨｚ）のマイクロ波の挿入損失（入力が熱エネルギー等に消費された比率（ｄＢ））の様子を示す図である。長さｂ＝２２．９ｍｍ、高さｃ＝３ｍｍで、幅ａを１０ｍｍ〜３０ｍｍまで変えた場合における、帯域内（９．３８ＧＨｚ、９．４１ＧＨｚ、９．４４ＧＨｚ）のマイクロ波の挿入損失（入力が熱エネルギー等に消費された比率（ｄＢ））の様子を示す図である。幅ａ＝１７．５ｍｍ、長さｂ＝２２．９ｍｍ、高さｃ＝３ｍｍの場合における帯域内（９．３８ＧＨｚ、９．４１ＧＨｚ、９．４４ＧＨｚ）のマイクロ波のリターンロスの様子を示す図である。幅ａ＝１７．５ｍｍ、長さｂ＝２２．９ｍｍ、高さｃ＝３ｍｍの場合における帯域内（９．３８ＧＨｚ、９．４１ＧＨｚ、９．４４ＧＨｚ）のマイクロ波の挿入損失の様子を示す図である。従来技術における、放射用導波管への給電用導波管の構造を示すである。

図１は、本発明に係る２次元アレイスロットアンテナの一実施形態を示す分解構成図である。図１において、２次元アレイスロットアンテナは、給電部構造１０と放射部構造２０とから構成されている。放射部構造２０は、放射用導波管構造体２１等によって形成される内空間を伝搬してきた電磁波を所定の外方に向けて放射するためものである。給電部構造１０は、放射用導波管構造体２１に所要の電磁波を導入（給電）するためのものである。

以下、給電部構造１０、放射部構造２０の構造を、図１を参照して詳細に説明する。給電部構造１０は、給電用導波管構造体１１と、側壁の一部を構成する板材３１とを備えている。給電部構造１０は、給電用導波管構造体１１と板材３１とが対向配置されることで構成される。給電用導波管構造体１１及び板材３１は、導電材例えばアルミニウムからなる。

給電用導波管構造体１１は、略直方体形状を有し、長手方向（図１では、上下方向）に亘って、断面凹状で所要の寸法を有する溝１２が穿設されている。なお、溝１２は、給電空間として機能する。また、溝１２の両側には中段面１３が形成されている。中段面１３は、後述するように、板材３１を上面から覆う際の取付受け面として機能する。

溝１２には、長手方向の一部で、かつ直交する方向に所要幅及び奥行きを有する凹部１４が連通して形成されている。凹部１４は、溝１２と同一深さを有し、直方体形状の入力空間を形成している。凹部１４の底面の適所には、所要径を有する孔１５が底側に向けて貫通されている。孔１５には、図２に示すように、外部から凹部１４にマイクロ波を入力するための、例えば同軸コネクタ部４１が挿入されている（図１では省略）。同軸コネクタ部４１は励振用の金属プローブ４２とその外周のテフロン（登録商標）等からなる円筒状絶縁体４３とで構成されている。なお、孔１５の位置は、凹部１４のうち、使用するマイクロ波の周波数で整合がとれる位置に設けられ、溝１２において定在波が形成されるようにしている。また、同軸コネクタ部４１の基端側は図略の導波管内に露出して配置されている。そして、この導波管を介してマイクロ波発生器であるマグネトロンや半導体発振器からのマイクロ波（電磁波）が同軸コネクタ部４１に導かれるようになっている。

溝１２の一部であって凹部１４の形成位置に対応する位置には、所定形状を有する凸状段部１６が形成されている。なお、給電用導波管構造体１１は、まず凸状段部１６の深さまで穿設し、次いで、凸状段部１６以外の箇所、すなわち溝１２及び凹部１４を所要の深さまで穿設する方法で製造できる。あるいは、溝１２が形成された後に、所定の導電材を溝１２上に敷設するなどすることで、凸状段部１６を形成する方法でもよい。凸状段部１６の形状は、本実施形態では、直方体形状としている。すなわち、図１に示すように、長さ寸法をｂ、長さ方向に直交する幅寸法をａ、及び厚み（高さ）寸法をｃとしている。

給電用導波管構造体１１の頂部には、所要数の取付穴１１１が、中段面１３には、所要数の取付穴１３１がそれぞれ形成されている。板材３１には、長さ方向の一端（図１の右端）に、長さ方向に亘る屈曲部３２が形成されている。また、板材３１には屈曲部３２から長さ方向に平板部３３とされ、その途中から幅方向両端が折り曲げられて側面部３４が形成されている。

なお、給電用導波管構造体１１の溝１２、凸状段部１６、板材３１及び板材３１のスロット３５１〜３５４で給電部が構成され、給電用導波管構造体１１の凹部１４、孔１５及び板材３１で入力部が構成されている。

平板部３３には、長さ方向所定位置で、本実施形態では、幅方向に４個のスロット３５（３５１〜３５４）が所要間隔を有して直列に配列されている。スロット３５１〜３５４は同一形状を有し、溝１２と対向する位置に、例えばパンチ加工で形成されている。前述した凸状段部１６と対向する位置には、この実施例ではスロット３５３が形成されている。このように、スロット３５１〜３５４の内の両端のスロット３５１，３５４を除く、中央側のスロット３５２，３５３の一つに対応させて凹部１４を配置することで、スロットの配列方向に分岐する構造が採用でき、整合が取りやすくなり、給電時のモードの崩れ（乱れ）を可及的に阻止することが可能となる。なお、整合状態と前記各寸法ａ、ｂ、ｃとの関係については、後述する。

また、板材３１には、屈曲部３２の頂部側に取付孔３１１、平板部３３に取付孔３３１が形成されており、給電用導波管構造体１１と締結部材、例えばネジやビス等を用いて締結可能にされている。この結果、凹部１４、溝１２が平板部３３で囲われて、入力空間及び給電空間としての導波管を構成する。また、スロット配列方向の両端は、後述する放射用導波管構造体２１の折り曲げ部２１１によって、あるいは別途の例えば短絡部材等を設けることで、内部の給電空間に定在波を発生するようにしている。

ここで、同軸コネクタ部４１から入力される電磁波の挙動について説明する。同軸コネクタ部４１を介して伝送されてきた電磁波は、凹部１４で放射されて溝１２側に向かう。電磁波は溝１２の形状及び凸状段部１６の形状によってモードの形が実質的に乱れることなく、図１に矢印Ａで示すスロット配列方向両側に伝搬方向が変換され、各スロット３５１〜３５４に向かう。そして、各スロット３５１〜３５４を介して略均一に放射用導波管構造体２１側に伝搬される。

放射部構造２０は、放射用導波管構造体２１と板材３１とが所要間隔をおいて平行配置されることで構成される。放射用導波管構造体２１と板材３１とは、図１に矢印Ｂで示す長さ方向（電磁波の伝搬方向）に所定長を有し、両者間に構成される内空間はアンテナ導波管とされる。なお、放射用導波管構造体２１は、導電材例えばアルミニウムからなる。放射用導波管構造体２１は、一つの面上に２次元状に放射用スロット２２が例えば簡易なパンチ加工によって配列して形成されることで、放射面が構成されている。放射用スロット２２は幅方向（電磁波の伝搬方向Ｂに直交する方向Ａ）に所定数ずつ、本実施形態では３個の放射用スロットが交互に逆向きの傾斜角を有するようにして形成されている。かかる放射用スロット２２が電磁波伝搬方向Ｂに所定ピッチ、例えば管内波長の１／２のピッチで配列されている。これにより、ＴＥｎ０モードの電磁波が導波管内を伝搬し、放射用スロット２２から所要の指向性を有して放射される。なお、放射用導波管構造体２１のうち、折り曲げ部２１１の左側には、曲げ寸法の小さい曲げ部２１２が形成されている。この曲げ部２１２は板材３１の平板部３３と所定間隔を維持して取り付けるためのもので、この間に、いわゆるアンテナ内空間が形成される。このようにして、同軸コネクタ部４１から入力されたマイクロ波であってスロット３５１〜３５４を経由して放射用導波管構造体２１側に導入された電磁波は、アンテナ内空間を伝搬方向Ｂに伝搬されながら、各スロットから所要の指向性を有して放射面に直交する外方向に放射される。

図２は、結合特性を説明するための給電部構造周りの構造の一例を示す図で、図２（ａ）は平面図、図２（ｂ）は側断面図である。なお、図２において、図１と同一構造部分には同一の符号を付して説明は省略する。図１との相違点は、給電用導波管構造体１１において溝１２と凹部１４の配置位置が方向Ｂに対してお互いに逆側となっている構造にある。なお、特性上は、いずれの構造においても実質的な差はない。図１、図２において、凸状段部１６の幅寸法ａ、凸状段部１６の長さ寸法ｂ、及び凸状段部１６の（溝１２の底からの）高さ寸法ｃを、整合のための要素（各パラメータ）とする。

図３〜図２１は、各パラメータを適宜変更した場合における各特性のシミュレーション結果を示す図表である。本実施形態では、使用するマイクロ波の周波数は、中心周波数が９．４１ＧＨｚであり、帯域は、９．３８ＧＨｚ〜９．４４ＧＨｚである。また、かかる周波数から寸法ａ、ｂ、ｃは、それぞれ幅ａ＝１７．５ｍｍ、長さｂ＝２２．９ｍｍ、高さｃ＝３ｍｍに設計されている。なお、９．４１ＧＨｚに対応する導波管断面構造の管内波長の長さ方向サイズは２２．２ｍｍであり、給電部の導波管サイズとしては周波数から決まる寸法より多少大きく設定し、帯域内のマイクロ波を好適に通過可能にしている。

図３〜図９は、幅ａ＝１７．５ｍｍ、長さｂ＝２２．９ｍｍのままで、高さｃが、順次０ｍｍ，１ｍｍ，２ｍｍ，３ｍｍ，４ｍｍ，５ｍｍ，６ｍｍの場合の導波管伝搬モードの様子を示す図である。

図３は、ｃ＝０ｍｍの場合であり、凸状段部１６に対応する位置の最初の磁界ループの形状が電磁波の伝搬方向に大きく崩れている。また、特に凸状段部１６に対応する位置の方向Ｂにおける各磁界成分の強度に強弱が見られ、不均一となっている。

図４は、ｃ＝１ｍｍの場合であり、凸状段部１６に対応する位置の最初の磁界ループの形状が電磁波の伝搬方向にやや崩れている。従って、図３と同様、特に凸状段部１６に対応する位置の方向Ｂにおける各磁界成分の強度に強弱が見られ、不均一となっている。

図５は、ｃ＝２ｍｍの場合であり、凸状段部１６に対応する位置及び隣接する位置における最初の磁界ループの形状が電磁波の伝搬方向にやや崩れている。一方、凸状段部１６に対応する位置の方向Ｂにおける各磁界成分の強度にはさほどの強弱が見られず、不均一はかなり解消されている。

図６は、ｃ＝３ｍｍの場合であり、凸状段部１６に対応する位置及び隣接する位置における最初の磁界ループの形状が電磁波の伝搬方向にやや崩れている。一方、凸状段部１６に対応する位置の方向Ｂにおける各磁界成分の強度にはさほどの強弱が見られず、不均一はかなり解消されている。

図７は、ｃ＝４ｍｍの場合であり、凸状段部１６に対応する位置及び他の位置の最初の磁界ループの形状が電磁波の伝搬方向にやや崩れている。従って、図４と同様、特に凸状段部１６に対応する位置の方向Ｂにおける各磁界成分の強度に強弱が見られ、不均一となっている。

図８は、ｃ＝５ｍｍの場合であり、凸状段部１６に対応する位置及び他の位置の最初の磁界ループの形状が電磁波の伝搬方向に大きく崩れている。また、特に凸状段部１６に対応する位置の方向Ｂにおける各磁界成分の強度に強弱が見られ、不均一となっている。

図９は、ｃ＝６ｍｍの場合であり、凸状段部１６に対応する位置及び他の位置の最初の磁界ループの形状が電磁波の伝搬方向に大きく崩れている。また、特に凸状段部１６に対応する位置の方向Ｂにおける各磁界成分の強度に強弱が見られ、不均一となっている。

図１０、図１１は、幅ａ＝１７．５ｍｍ、高さｃ＝３ｍｍのままで、長さｂが１０ｍｍと３０ｍｍの場合の導波管伝搬モードの様子を示す図である。

図１０は、ｂ＝１０ｍｍの場合であり、凸状段部１６に対応する位置及びそれに隣接する位置の最初の磁界ループの形状が方向Ｂの方向に比較的崩れている。また、特に凸状段部１６に対応する方向Ｂにおける各磁界成分の強度に強弱が見られ、不均一となっている。

図１１は、ｂ＝３０ｍｍの場合であり、凸状段部１６に対応する位置及びそれに隣接する位置の最初の磁界ループの形状が方向Ｂの方向に大きく崩れ、強度も弱いものとなっている。また、全体的に方向Ｂにおける各磁界成分の強度が弱くなっている。

図１２、図１３は、長さｂ＝２２．９ｍｍ、高さｃ＝３ｍｍのままで、幅ａが１０ｍｍと３０ｍｍの場合の導波管伝搬モードの様子を示す図である。

図１２は、ａ＝１０ｍｍの場合であり、凸状段部１６に対応する位置及びそれに隣接する位置の最初の磁界ループの形状が方向Ｂの方向に比較的崩れている。また、特に凸状段部１６に対応する位置の方向Ｂにおける各磁界成分の強度に強弱が見られ、不均一となっている。

図１３は、ａ＝３０ｍｍの場合であり、磁界ループの形状が電磁波の伝搬方向においてさほど崩れてはいない。一方、方向Ｂに直交する方向Ａにおいて各磁界成分の強度に強弱が見られ、不均一となっている。

図１４〜図１６は、幅ａ、長さｂ、高さｃを適宜変えた場合における、帯域内（９．３８ＧＨｚ、９．４１ＧＨｚ、９．４４ＧＨｚ）のマイクロ波のリターンロス（入力に対する反射比率（ｄＢ））の様子を示す図である。図１４は、幅ａ＝１７．５ｍｍ、長さｂ＝２２．９ｍｍで、高さｃを、０．５ｍｍ〜９ｍｍまで変えた場合の帯域内のマイクロ波のリターンロスの様子を示す図である。図１４に示すように、高さｃ＝３ｍｍ当たりでは、帯域内のマイクロ波のリターンロスはいずれも略−３０ｄＢ以下となっている。

図１５は、幅ａ＝１７．５ｍｍ、高さｃ＝３ｍｍで、長さｂを１０ｍｍ〜３０ｍｍまで変えた場合の帯域内のマイクロ波のリターンロスの様子を示す図である。図１５に示すように、長さｂが２２．９ｍｍの前後において、帯域内のマイクロ波のリターンロスがいずれも略−３０ｄＢ以下となっている。

図１６は、長さｂ＝２２．９ｍｍ、高さｃ＝３ｍｍで、幅ａを１０ｍｍ〜３０ｍｍまで変えた場合の帯域内のマイクロ波のリターンロスの様子を示す図である。図１６に示すように、幅ａ＝１７．５ｍｍ当たりで、帯域内のマイクロ波のリターンロスはいずれも略−３０ｄＢ以下となっている。なお、幅ａ＝１７．５ｍｍ以外の箇所、例えば１５ｍｍ後半、１６ｍｍの中央付近でも、帯域内のマイクロ波のリターンロスがいずれも略−３０ｄＢ以下となっている。

図１７〜図１９は、幅ａ、長さｂ、高さｃを適宜変えた場合における、帯域内（９．３８ＧＨｚ、９．４１ＧＨｚ、９．４４ＧＨｚ）のマイクロ波の挿入損失（入力が熱エネルギー等に消費された比率（ｄＢ））の様子を示す図である。図１７は、幅ａ＝１７．５ｍｍ、長さｂ＝２２．９ｍｍで、高さｃを、０．５ｍｍ〜９ｍｍまで変えた場合の帯域内のマイクロ波のリターンロスの様子を示す図である。図１７に示すように、高さｃ＝２ｍｍ〜３ｍｍ当たりでは、帯域内のマイクロ波の挿入損失がいずれも略−０．１２ｄＢ程度と極めて低いことが判る。

図１８は、幅ａ＝１７．５ｍｍ、高さｃ＝３ｍｍで、長さｂを１０ｍｍ〜３０ｍｍまで変えた場合の帯域内のマイクロ波のリターンロスの様子を示す図である。図１８に示すように、長さｂが２２．９を含む２３ｍｍ前後において、帯域内のマイクロ波の挿入損失がいずれも略−０．１２ｄＢ程度と極めて低いことが判る。

図１９は、長さｂ＝２２．９ｍｍ、高さｃ＝３ｍｍで、幅ａを１０ｍｍ〜３０ｍｍまで変えた場合の帯域内のマイクロ波のリターンロスの様子を示す図である。図１９に示すように、幅ａ＝１５ｍｍ〜１８ｍｍ当たりで、帯域内のマイクロ波の挿入損失がいずれも略−０．１２ｄＢ程度と極めて低いことが判る。

図２０は、幅ａ＝１７．５ｍｍ、長さｂ＝２２．９ｍｍ、高さｃ＝３ｍｍの場合における帯域内（９．３８ＧＨｚ、９．４１ＧＨｚ、９．４４ＧＨｚ）のマイクロ波のリターンロスの様子を示す図である。リターンロスは、周波数９．３８ＧＨｚ〜９．４４ＧＨｚの範囲内では、略−３０ｄＢ以下となっている。

図２１は、幅ａ＝１７．５ｍｍ、長さｂ＝２２．９ｍｍ、高さｃ＝３ｍｍの場合における帯域内（９．３８ＧＨｚ、９．４１ＧＨｚ、９．４４ＧＨｚ）のマイクロ波の挿入損失の様子を示す図である。挿入損失は、周波数９．３８ＧＨｚ〜９．４４ＧＨｚの範囲内では、略−０．１２ｄＢ以下と極めて低いことが判る。

以上のように、中心周波数９．４１ＧＨｚで帯域９．３８ＧＨｚ〜９．４４ＧＨｚのマイクロ波の場合には、凸状段部１６の長さｂ＝２２．９ｍｍ、凸状段部１６の幅ａ＝１７．５ｍｍ、高さｃ＝３ｍｍが最良であることが判る。

また、本実施形態に係る２次元スロットアレイアンテナは、例えば船舶用のレーダ装置に適用可能である。レーダ装置は高周波回路部を有する。高周波回路部は、駆動部によって間欠駆動されてパルス状の電磁波（マイクロ波）を発振出力する高周波発生源としてのマグネトロン、マイクロ波を、水平面上で回転する回転側となる２次元スロットアレイアンテナを含む空中線部側に伝送するロータリージョイント等を備えている。２次元スロットアレイアンテナはモータ等の回転駆動部によって垂直軸周りに回転（旋回）される。２次元スロットアレイアンテナの放射用導波管部のマイクロ波放射面は水平方向に向けられて、水平、垂直方向に所要の狭指向特性を有している。かかる構成において、駆動部がマグネトロンをパルス駆動することによって、マグネトロンでパルス状にマイクロ波が生成され、このマイクロ波は、ロータリージョイント、給電用導波管部、放射用導波管部を介して、放射用導波管部の放射面から水平面上の全方位に向けて放射される。

なお、本発明は、以下の態様が採用可能である。

（１）使用するマイクロ波の中心周波数や帯域幅が変わると、それに応じて管内波長及び帯域幅に基づいて、凸状段部１６の長さｂ、幅ａ、及び高さｃの各寸法が設定される。なお、凸状段部１６の長さｂは、使用する導波管の大きさや使用周波数に関与する。導波管が小さくなれば、または使用周波数が高くなれば、それに応じて短くすればよい。また、凸状段部１６の幅ａは、使用する導波管の大きさや使用周波数に関与する。導波管が小さくなれば、または使用周波数が高くなれば、それに応じて狭くすればよい。また、凸状段部１６の高さｃは、使用する導波管の大きさや使用周波数に関与し、使用周波数似応じて決定される。

（２）本実施形態では、同軸コネクタ部４１を使用しているが、これに導波管で方向変換する態様としてもよい。

（３）各パラメータである凸状段部１６の長さｂ、幅ａ、及び高さｃをそれぞれ適宜に設計して、より好適な寸法を採用することが可能である。すなわち、各パラメータの変化の方向及び変化量に対応して、モード分布の乱れ具合、リターンロスや挿入損失の変化方向及び変化程度からより好適な寸法を採用することが可能である。

（４）凸状段部１６の形状は直方体に限定されず、円柱形状であってもよい。円柱であっても、凹部１４に入力された電磁波を溝１２の両幅方向に好適に分岐させることが可能となる。

（５）本実施形態では、給電部のスロット３５（３５１〜３５４）は幅方向に４個とし、放射用導波管構造体２１側のスロット２２は幅方向に３個としたが、これに限定されず、使用周波数との関係及び適用するモードパターンによって種々のタイプが設計可能である。

１０給電部構造
１１給電用導波管構造体
１２溝
１４凹部
１５孔
１６凸状段部
２０放射部構造
２１放射用導波管構造体
２２スロット
３１板材
３５，３５１〜３５４スロット（給電用スロット）

Claims

２次元スロットアレイアンテナの放射用導波管へ給電を行う給電用導波管において、
給電空間が各面の側壁によって形成され、かつ前記給電空間の一側面の側壁に複数の給電用スロットが直列に配列された給電部と、
前記給電用スロットの配列方向に直交する方向であって前記複数の給電用スロットのうちの両端以外の一つの給電用スロットに対応する位置に延設され、かつ外部から電力が入力される入力空間を有する入力部とを備え、
前記給電部は、前記一つの給電用スロットと対向する側壁の内壁に形成された凸状段部を有することを特徴とする給電用導波管。
前記凸状段部の高さ寸法は、使用するマイクロ波の周波数に応じて設定されていることを特徴とする請求項１に記載の給電用導波管。
前記凸状段部は、直方体形状を有し、前記給電空間の前記配列方向における幅寸法は、使用するマイクロ波の周波数に応じて設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の給電用導波管。
前記凸状段部は、直方体形状を有し、前記給電空間の前記配列方向と直交する方向における寸法は、使用するマイクロ波の周波数に応じて設定されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の給電用導波管。
請求項１〜４のいずれかに記載の給電用導波管と、前記給電用スロットを介して前記給電用導波管と連通され、前記給電空間の前記配列方向と直交する方向に電磁波を伝搬させるための２次元スロットアレイが形成された放射用導波管とを備えたことを特徴とする２次元スロットアレイアンテナ。
請求項５に記載の２次元スロットアレイアンテナと、前記２次元スロットアレイアンテナの前記給電用導波管の入力部に電磁波を供給する電磁波発生源と、前記電磁波発生源と２次元スロットアレイアンテナとの間に介設され、前記２次元スロットアレイアンテナを、前記放射用導波管の放射面を水平方向に向けた状態で、回転駆動源によって鉛直軸周りに回転させるロータリージョイントとを備えたレーダ装置。