JP2014165536A - 導波管スロットアンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】ビームの走査角度を変化させた場合であっても、不要ローブの信号レベルを低減する導波管スロットアンテナを提供することを目的としている。
【解決手段】本発明の一態様として、表面に複数のスロットが形成されている複数の導波管スロットアンテナを備え、複数の前記導波管スロットアンテナは、チョーク構造および遮蔽板を介して積重方向に連続して配置されることを特徴とする導波管スロットアンテナを提案し、解決を図る。

【選択図】図２

Description

本発明は、導波管スロットアンテナに関する。

レーダアンテナにおいて、導波管の管壁（広壁面または狭壁面）に複数のスロットが水平方向に配列されている導波管アンテナ（以下、導波管スロットアンテナという）がある。このような導波管スロットアンテナにおいて、特に狭壁面において各スロットは、管内波長の半分より少しずらした間隔で配置されており、導波管の垂直方向に対して斜めに形成され、隣接する複数のスロットの傾斜が各々、逆の傾斜角度に形成されている。導波管スロットアンテナでは、導波管に供給された信号により発生する管上の電流により、スロット内で電界が発生する。導波管スロットアンテナでは、隣接するスロットの隣接角度が逆に形成されているので、アンテナ正面方向に近い角度から見ると、この隣接するスロットにより発生する電界成分のうち垂直成分が互いに打ち消し合い、水平方向の成分のみが重畳されることで指向性が得られる（例えば、特許文献１参照）。

このような導波管スロットアンテナでは、アンテナの構造上、前述の垂直成分である交差偏差が発生する。この交差偏差は、不要ローブの発生原因でもある。このため、特許文献２では、隣接する導波管スロットアンテナ間において、スロットの向きを逆に配置することが提案されている。

特開平５−９５２２２号公報 特開２００７−２２１５８５号公報

しかしながら、特許文献２の技術では、ビームの走査角度を変化させた場合に、不要ローブの信号レベルが大きくなるという課題があった。

本発明は、上記の事情に鑑み成されたものであって、ビームの走査角度を変化させた場合であっても、不要ローブの信号レベルを低減する導波管スロットアンテナを提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る導波管スロットアンテナは、表面に複数のスロットが形成されている複数の導波管スロットアンテナを備え、複数の前記導波管スロットアンテナは、チョーク構造および遮蔽板を介して積重方向に連続して配置されることを特徴としている。

本発明によれば、導波管スロットアンテナは、ビームの走査角度を変化させた場合であっても、不要ローブの信号レベルを低減できる。

本実施形態に係るアンテナシステムの概略構成図である。 本実施形態に係るアンテナの配置の一例を説明する図である。 アンテナの解析モデルである。 図５におけるｘｙ平面の断面図である。 座標系を説明する図である。 図５の座標系におけるビーム特性をシミュレーションした結果の一例である。 導波管スロットアンテナをチョーク構造のみを介して同じ向きに配置し、各導波管スロットアンテナに同相の電力を供給する導波管スロットアレーアンテナである。 図７に示したアンテナのビーム走査が−３０度の場合のシミュレーション結果である。 図２に示したアンテナのビーム走査が−３０度の場合のシミュレーション結果である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態に係るアンテナシステム１の概略構成図である。図１に示すように、アンテナシステム１は、アンテナ１０、給電装置２０を含んで構成される。図１において、ｚ方向は、紙面左右方向、ｙ方向は、紙面上でｚ軸と垂直な方向であり、ｘ方向は、導波管スロットアンテナの厚み方向である。
アンテナ１０は、ｚ方向にスロットを有する複数の導波管スロットアンテナが、ｙ方向にチョーク構造を介して積重されているアレーアンテナである。アンテナ１０は、ｚ方向がＷの長さ、ｙ方向がＬの長さである。また、アンテナ１０は、不図示の駆動装置の制御に基づいて、ビームの走査角度（以下、ビーム走査角度という）を可変することができる。また、アンテナ１０の上面には、平行平板４０が設けられている。平行平板４０は、アンテナを保護するレドームである。なお、アンテナシステム１は、平行平板４０を備えなくてもよい。
給電装置２０は、アンテナ１０の各導波管スロットアンテナに電力を供給する装置である。アンテナ１０と給電装置２０とは、例えば同軸ケーブル３０により接続されている。

図２は、本実施形態に係るアンテナ１０の配置の一例を説明する図である。図２において、ｚ方向は、導波管スロットアンテナ１１−ｉ（ｉは１〜ｎの整数、ｎは２以上の整数）の長手方向であり、ｙ方向は、図１と同様にｚ軸と垂直な方向である。なお、スロット１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ、・・・を総称してスロット１２と呼ぶ。また、導波管スロットアンテナ１１−１〜１１−ｎを総称して、導波管スロットアンテナ１１という。
図２に示すように、アンテナ１０は、ｎ（ｎは２以上の整数）個の導波管スロットアンテナ１１−ｉ、ｎ−１個のチョーク構造１３および遮蔽板１４を備えている。
導波管スロットアンテナ１１−ｉには、各々、スロット１２が、ｗの間隔で交互に形成されている。間隔ｗは、導波管内を進む電波の波長λの半分の波長λ／２より少しずらした間隔である。

導波管スロットアンテナ１１−iは、ｚ方向に対して、位置ｚ１にｙ軸に対して左回りの角度θ１を有するスロット１２ａが形成され、位置ｚ２にｙ軸に対して右回りの角度θ２を有するスロット１２ｂが形成され、位置ｚ３にｙ軸に対して左回りの角度θ３を有するスロット１２ｃが形成され、位置ｚ４にｙ軸に対して右回りの角度θ４を有するスロット１２ｄが形成され、位置ｚ５にｙ軸に対して左回りの角度θ５を有するスロット１２ｅが形成され、位置ｚ６にｙ軸に対して右回りの角度θ６を有するスロット１２ｆが形成されている。角度θ１〜θ６は、アンテナ１０に対する所望の電界の分布特性に応じて、互いに異なっている。また、スロット１２ａ〜１２ｆのｘ方向の深さは、互いに異なっていてもよい。
導波管スロットアンテナ１１−１及び１１−４には、給電装置２０から第１位相の電力ＥＬ１が供給される。
なお、各導波管スロットアンテナ１１−ｉ間に形成されているチョーク構造１３のｙ方向の長さは各々、長さｌである。また遮蔽板１４のｘ方向の長さは各々、長さｈである。

このように、本実施形態のアンテナ１０は、導波管スロットアンテナ１１−ｉが、チョーク構造１３および遮蔽板１４を介して、ｙ方向に積重されている。この構造により、後述するようにチョーク構造により不要ローブが抑圧可能となる角度範囲を、遮蔽板により広げることが出来るため、不要ローブが、ビームの走査角度を可変した場合であっても、不要ローブの信号レベルを低減できる。

次に、本実施形態に係るアンテナ１０の特性について説明する。
図３は、アンテナ１０の解析モデルである。図４は、図３におけるｘｙ平面の断面図である。図３及び図４に示すように、ｚ軸方向（水平方向）に各導波管スロットアンテナ１１のスロットが形成されている。また、ｙ軸方向（垂直方向）に導波管スロットアンテナ１１とチョーク構造１３および遮蔽板１４とが交互に形成されている。
図５は、座標系を説明する図である。図５に示すように、アンテナ１０の解析モデルを球の中心に配置した場合、仰府角をφで表し、方位角をθで表す。球上の各点ａ〜ｅの座標（θ、φ）は、以下のように表される。点ａの座標は（９０、６０）であり、点ｂの座標は（１８０、φ）であり、点ｃの座標は（９０、−３０）であり、点ｄの座標は（９０、０）であり、点ｅの座標は（０、φ）である。
図６は、図５の座標系におけるビーム特性をシミュレーションした結果の一例である。図６では、ビームの特性を仰府角φ、方位角θ、および信号レベルを用いて３次元で表示している。以下、ビーム特性のシミュレーション結果を、この図６における仰府角φ（ｐｈｉ）−方位角θ（ｔｈｅｔａ）平面、メインローブの信号レベルのピーク値で正規化した場合の仰府角φにおける方位角θ対信号レベルを用いて説明する。

本実施形態のアンテナ１０（図２参照）と特性を比較するアンテナの比較例について、図７を用いて説明する。
図７は、導波管スロットアンテナ１１−１ｃ〜１１−ｎｃ（ｎは２以上の整数）をチョーク構造のみを介して同じ向きに配置し、各導波管スロットアンテナに同相の電力を供給するアンテナ１０ｃ（比較例）である。

次に、図２、図７の構成のアンテナにおける特性のシミュレーション結果を説明する。なお、以下のシミュレーションにおいて、垂直方向の素子数を８素子、水平方向（ビーム走査方向）の素子数を２４素子として計算している。

図８は、図７に示したアンテナ１０ｃのビーム走査が−３０度の場合のシミュレーション結果である。ビーム走査が−３０度の場合、図８に示すように、仰府角φ−方位角θ平面において、丸９２１で囲ったメインローブが（９０、−３０）に現れ、丸９２２及び９２３で囲った不要ローブのピークが約（４０、−５０）と約（１３０、−５０）に現れる。メインローブの信号レベルのピーク値で正規化した場合、丸９２２及び９２３で囲った不要ローブの各信号レベルが約−１７．７［ｄＢ］である。
このように、遮蔽板１４が無く、チョーク構造１３のみが存在する場合、ビーム走査角度−３０度とすると、仰府角φにおいて不要ローブがメインローブの近い角度に表れ、かつ信号レベルが大きい。

図９は、図２に示したアンテナ１０のビーム走査が−３０度の場合のシミュレーション結果である。ビーム走査が−３０度の場合、図９に示すように、仰府角φ−方位角θ平面において、丸９４１で囲ったメインローブが（９０、−３０）に現れ、丸９４２及び９４３で囲った不要ローブのピークが約（４０、−５０）と約（１３０、−５０）に現れる。メインローブの信号レベルのピーク値で正規化した場合、丸９４２及び９４３で囲った不要ローブの各信号レベルが約−３０．３［ｄＢ］である。このように、図９のようにチョーク構造１３および遮蔽板１４が存在する場合、ビーム走査角度が−３０度では、信号レベルを小さくすることができる。

このように、本実施形態のアンテナ１０によれば、ビームの走査角度を所定の角度振っても、不要ローブの信号レベルを抑えることができる。

なお、図８，図９では、ビーム走査角度を、−３０度に振った場合の例を示したが、これに限られない。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。

１…アンテナシステム、１０…導波管スロットアレーアンテナ、１１、１１−１〜１１−ｎ、１１−ｉ、１１−１ａ〜１１−８ａ…導波管スロットアンテナ、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ…スロット、１３…チョーク構造、１４…遮蔽板、２０…給電装置、ＥＬ１…供給される電力

Claims (1)

1. 表面に複数のスロットが形成されている複数の導波管スロットアンテナを備え、
   複数の前記導波管スロットアンテナは、
   チョーク構造および遮蔽板を介して積重方向に連続して配置されることを特徴とする導波管スロットアンテナ。