JP2015185893A

JP2015185893A - アンテナ装置

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Publication number: JP2015185893A
Application number: JP2014058269A
Authority: JP
Inventors: 成洋中本; Narihiro Nakamoto; 高橋　徹; Toru Takahashi; 徹高橋
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2014-03-20
Filing date: 2014-03-20
Publication date: 2015-10-22
Anticipated expiration: 2034-03-20
Also published as: JP6257401B2

Abstract

【課題】２つの給電プローブ間の管軸方向に沿う間隔を任意の間隔として、２つの給電回路部とアンテナ部とのインピーダンス整合をとることができる直交偏波共用のアンテナ装置を提供する。【解決手段】短絡導波管部と、ダブルリッジ導波管部と、クアッドリッジ導波管部とを連通して設けている。また、ダブルリッジ導波管部に第１給電プローブ５を設け、クアッドリッジ導波管部に第２給電プローブ６を設けている。さらに、ダブルリッジ導波管部は、第２給電プローブ６から入力されてクアッドリッジ導波管部を伝搬する第２電波の伝搬モードにおける遮断周波数が、第２電波の周波数よりも高い周波数に設定されている。これにより、ダブルリッジ導波管部の管軸方向の長さＬ２を長くしても、第１給電回路部２００及び第２給電回路部３００とアンテナ部１００とのインピーダンス整合をとることができる。【選択図】図２Ｂ

Description

この発明は、導波管を用いたアンテナ装置に関するものである。

従来、衛星通信用あるいはレーダ用のアンテナ装置において、航空機、車両及び衛星等の移動体への搭載を容易にするために、薄型なアレーアンテナが使用されている。また、近年、より高機能なアンテナ装置の要求が高まっており、広い周波数範囲にわたって動作し（いわゆる「広帯域特性」を有し）、かつ直交する２つの偏波で使用可能な（いわゆる「直交偏波共用」の）アンテナが求められている。

従来、広帯域特性を有する直交偏波共用のアンテナの一つとして、いわゆる「クアッドリッジホーンアンテナ」が用いられている（例えば、特許文献１参照）。

従来のクアッドリッジホーンアンテナは、断面の形状が正方形状の方形導波管を用いて構成されている。この方形導波管は、一端部の開口が板状の導体（以下「短絡導体壁」という）で塞がれており、電気的に短絡されている。また、方形導波管の４枚の側壁（以下「第１側壁」「第２側壁」「第３側壁」「第４側壁」という）の内面部には、長手方向が管軸方向に沿ったリッジ状の突条（以下「第１リッジ」「第２リッジ」「第３リッジ」「第４リッジ」という）がそれぞれ設けられている。方形導波管及び第１リッジ〜第４リッジによって、いわゆる「クアッドリッジ導波管」が構成されている。

互いに対向する第１リッジと第３リッジ間に、第１給電プローブが設けられている。互いに対向する第２リッジと第４リッジ間に、第２給電プローブが設けられている。第１給電プローブと第２給電プローブとは、方形導波管の管軸方向に対して互いに直交した向きに設けられている。クアッドリッジ導波管、第１給電プローブ及び第２給電プローブによって、アンテナ部が構成されている。

第１給電プローブは、クアッドリッジ導波管の外部に設けた第１給電回路に接続されている。第２給電プローブは、クアッドリッジ導波管の外部に設けた第２給電回路に接続されている。

このようにして構成された従来のクアッドリッジホーンアンテナの動作について、送信アンテナとしての動作について説明する。
第１給電回路から第１給電プローブに入力された高周波電流は、クアッドリッジ導波管の管内を伝搬する第１電波に変換される。クアッドリッジ導波管の開口部に達した第１電波は、アンテナ部の外部空間に放射される。また、第２給電回路から第２給電プローブに入力された高周波電流は、クアッドリッジ導波管の管内を伝搬する第２電波に変換される。クアッドリッジ導波管の開口部に達した第２電波は、アンテナ部の外部空間に放射される。

このとき、第１給電プローブと第２給電プローブとを管軸方向に対して互いに直交した向きに設けていることから、クアッドリッジ導波管の管内を伝搬する第１電波の電磁界分布の向きと第２電波の電磁界分布の向きとは管軸方向に対して互いに直交した向きとなる。このため、開口部から放射された第１電波の偏波の向きと第２電波の偏波の向きとは管軸方向に対して互いに直交した向きとなる。このようにして、直交偏波共用を実現している。

また、クアッドリッジホーンアンテナにおいては、短絡導体壁と第１給電プローブ間の管軸方向に沿う間隔（以下「第１間隔」という）が、第１給電回路の出力インピーダンスにアンテナ部の入力インピーダンスを合わせる（いわゆる「インピーダンス整合」をとる）ための設計パラメータの一つである。また、短絡導体壁と第２給電プローブ間の管軸方向に沿う間隔（以下「第２間隔」という）が、第２給電回路とアンテナ部とのインピーダンス整合をとるための設計パラメータの一つである。

通常、クアッドリッジホーンアンテナは、方形導波管の管軸に対して線対称な構造を有している。そのため、第１給電回路とアンテナ部とのインピーダンス整合と、第２給電回路とアンテナ部とのインピーダンス整合との両方をとるために、第１給電プローブと第２給電プローブとを管軸方向に互いに近接させて、第１間隔と第２間隔とを互いに同程度の間隔にしている。

特開平９−１６２６３１号公報

一般に、アレーアンテナにおいては、可視領域内にグレーティングローブが発生するのを防ぐために、アンテナ素子は動作周波数における波長よりも短い間隔を設けて配列されている。また、薄型なアレーアンテナを実現するために、各アンテナ素子に高周波電流を供給する給電回路は、各アンテナ素子の背面に設けるのではなく、アンテナ素子間の間隙部に設けるのが好ましい。

しかしながら、従来のクアッドリッジホーンアンテナをアンテナ素子としてアレーアンテナを構成した場合、クアッドリッジ導波管の断面寸法が大きいため、アンテナ素子間の間隙部の幅が狭くなる。その結果、各給電プローブに接続される給電回路を配置する間隙部の幅を十分に確保できない問題があった。さらに、第１給電プローブ及び第２給電プローブを管軸方向に互いに近接させて設ける必要があるため、各給電プローブに接続される給電回路同士が物理的に干渉して、給電回路を設けることが困難になる問題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、２つの給電プローブ間の管軸方向に沿う間隔を任意の間隔として、２つの給電回路部とアンテナ部とのインピーダンス整合をとることができる直交偏波共用のアンテナ装置を提供することを目的とする。

この発明のアンテナ装置は、一端部を電気的に短絡した短絡導波管部と、短絡導波管部の他端部と一端部を介して連通し、かつ内面部の長手方向に沿って１対の第１突条を対向配置したダブルリッジ導波管部と、ダブルリッジ導波管部の他端部と一端部を介して連通し、かつ第１突条と連続して内面部の長手方向に沿って対向配置した１対の第２突条を有するとともに、第２突条間の内面部に対向配置した１対の第３突条を有するクアッドリッジ導波管部と、対向する第１突条間に給電する第１給電プローブと、対向する第３突条間に給電する第２給電プローブとを具備し、第２給電プローブによって入出力される電波の伝搬モードにおける遮断周波数が、電波の周波数よりも高い周波数になるように、ダブルリッジ導波管部にて設定されているものである。

また、この発明のアンテナ装置は、一端部を電気的に短絡した短絡導波管部と、短絡導波管部の他端部に一端部を連通するように設けられ、かつ内面部の長手方向に沿って１対の第１突条を対向配置したダブルリッジ導波管部と、ダブルリッジ導波管部の他端部に一端部を連通するように設けられ、かつ第１突条と連続するように内面部の長手方向に沿って対向配置した１対の第２突条を有するとともに、第２突条間の内面部に対向配置した１対の第３突条を有するクアッドリッジ導波管部と、短絡導波管部とダブルリッジ導波管部間に設けた第１誘電体基板と、第１誘電体基板に設けられ、かつ対向する第１突条間に給電する第１給電線路と、ダブルリッジ導波管部とクアッドリッジ導波管部間に設けた第２誘電体基板と、第２誘電体基板に設けられ、かつ対向する第３突条間に給電する第２給電線路とを具備し、第２給電線路によって入出力される電波の伝搬モードにおける遮断周波数が、電波の周波数よりも高い周波数になるように、ダブルリッジ導波管部にて設定されているものである。

この発明によれば、２つの給電プローブ間の管軸方向に沿う間隔を任意の間隔として、２つの給電回路部とアンテナ部とのインピーダンス整合をとることができる直交偏波共用のアンテナ装置を得ることができる。

この発明の実施の形態１の短絡導波管部及びダブルリッジ導波管部の分解斜視図である。この発明の実施の形態１のクアッドリッジ導波管部の分解斜視図である。この発明の実施の形態１のアンテナ装置の開口部から見た構成を示す説明図である。（ａ）は、図２Ａに示すアンテナ装置のＡ−Ａ’断面から見た構成を示す説明図である。（ｂ）は、図２Ａに示すアンテナ装置のＢ−Ｂ’断面から見た構成を示す説明図である。この発明の実施の形態１の他のアンテナ装置の開口部から見た構成を示す説明図である。（ａ）は、図３Ａに示すアンテナ装置のＡ−Ａ’断面から見た構成を示す説明図である。（ｂ）は、図３Ａに示すアンテナ装置のＢ−Ｂ’断面から見た構成を示す説明図である。この発明の実施の形態１の他のアンテナ装置の開口部から見た構成を示す説明図である。（ａ）は、図４Ａに示すアンテナ装置のＡ−Ａ’断面から見た構成を示す説明図である。（ｂ）は、図４Ａに示すアンテナ装置のＢ−Ｂ’断面から見た構成を示す説明図である。この発明の実施の形態１の他のアンテナ装置の開口部から見た構成を示す説明図である。（ａ）は、図５Ａに示すアンテナ装置のＡ−Ａ’断面から見た構成を示す説明図である。（ｂ）は、図５Ａに示すアンテナ装置のＢ−Ｂ’断面から見た構成を示す説明図である。この発明の実施の形態１の他のアンテナ装置の開口部から見た構成を示す説明図である。（ａ）は、図６Ａに示すアンテナ装置のＡ−Ａ’断面から見た構成を示す説明図である。（ｂ）は、図６Ａに示すアンテナ装置のＢ−Ｂ’断面から見た構成を示す説明図である。この発明の実施の形態２の短絡導波管部及びダブルリッジ導波管部の分解斜視図である。この発明の実施の形態２のクアッドリッジ導波管部の分解斜視図である。この発明の実施の形態２のアンテナ装置の開口部から見た構成を示す説明図である。（ａ）は、図８Ａに示すアンテナ装置のＡ−Ａ’断面から見た構成を示す説明図である。（ｂ）は、図８Ａに示すアンテナ装置のＢ−Ｂ’断面から見た構成を示す説明図である。この発明の実施の形態２の他のアンテナ装置の開口部から見た構成を示す説明図である。（ａ）は、図９Ａに示すアンテナ装置のＡ−Ａ’断面から見た構成を示す説明図である。（ｂ）は、図９Ａに示すアンテナ装置のＢ−Ｂ’断面から見た構成を示す説明図である。

実施の形態１．
図１Ａ、図１Ｂ、図２Ａ及び図２Ｂを参照して、この発明の実施の形態１のアンテナ装置について説明する。
図中、１は第１導波管である。第１導波管１は、断面の形状が正方形状の方形導波管で構成されている。第１導波管１の一端部の開口は、板状の導体からなる短絡導体壁４で塞がれており、電気的に短絡されている。第１導波管１及び短絡導体壁４によって、短絡導波管部が構成されている。

第１導波管１と連通して、第２導波管２が設けられている。第２導波管２は、第１導波管１と一体の方形導波管で構成されている。第２導波管２の互いに対向する側壁２１ａ，２１ｂの内面部の互いに対向する部位に、長手方向が第２導波管２の管軸方向（図中ｚ方向）に沿う１対のリッジ状の第１突条（第１リッジ部）２２ａ，２２ｂが設けられている。第２導波管２及び第１リッジ部２２ａ，２２ｂによって、ダブルリッジ導波管部が構成されている。

一般に、導波管においては、管内を伝搬する電波の電磁界分布の各形態を「伝搬モード」という。ダブルリッジ導波管部は、第２導波管２及び第１リッジ部２２ａ，２２ｂの管軸方向と直交する方向（図中ｘ方向及びｙ方向）の寸法などを調整することにより、各伝搬モードで電波が伝搬する最低周波数（いわゆる「遮断周波数」）の値が変化するようになっている。

ダブルリッジ導波管部の側壁２１ｂ及び第１リッジ部２２ｂを管軸方向と直交する方向（図中ｙ方向）に貫通して、第１プローブ挿通孔７が設けられている。第１プローブ挿通孔７の軸心に沿うように、棒状の導体からなる第１給電プローブ５が挿通されている。第１給電プローブ５の一端部５１は、第１リッジ部２２ａ，２２ｂ間に設けられている。

第２導波管２と連通して、第３導波管３が設けられている。第３導波管３は、第１導波管１及び第２導波管２と一体の方形導波管で構成されている。第３導波管３の互いに対向する側壁３１ａ，３１ｂの内面部の互いに対向する部位に、第１リッジ部２２ａ，２２ｂと連続して、長手方向が第３導波管３の管軸方向（図中ｚ方向）に沿う１対のリッジ状の第２突条（第２リッジ部）３２ａ，３２ｂが設けられている。第２リッジ部３２ａ，３２ｂは、第３導波管３の開口部３５に向けて傾斜した平面状のテーパ面３４ａ，３４ｂを有している。

第３導波管３の互いに対向する側壁３１ｃ，３１ｄの内面部の互いに対向する部位に、長手方向が第３導波管３の管軸方向に沿う１対のリッジ状の第３突条（第３リッジ部）３３ａ，３３ｂが設けられている。第３リッジ部３３ａ，３３ｂは、第３導波管３の開口部３５に向けて傾斜した平面状のテーパ面３４ｃ，３４ｄを有している。第３導波管３、第２リッジ部３２ａ，３２ｂ及び第３リッジ部３３ａ，３３ｂによって、クアッドリッジ導波管部が構成されている。

クアッドリッジ導波管部の側壁３１ｄ及び第３リッジ部３３ｂを管軸方向と直交する方向（図中ｘ方向）に貫通して、第２プローブ挿通孔８が設けられている。第２プローブ挿通孔８の軸心に沿うように、棒状の導体からなる第２給電プローブ６が挿通されている。第２給電プローブ６の一端部６１は、第３リッジ部３３ａ，３３ｂ間に設けられている。

短絡導波管部、ダブルリッジ導波管部、クアッドリッジ導波管部、第１プローブ挿通孔７、第１給電プローブ５、第２プローブ挿通孔８及び第２給電プローブ６よって、アンテナ部１００が構成されている。

また、第１給電プローブ５の他端部５２は、ダブルリッジ導波管部の外部に設けた第１給電回路部２００と電気的に接続されている。第２給電プローブ６の他端部６２は、クアッドリッジ導波管部の外部に設けた第２給電回路部３００と電気的に接続されている。第１給電回路部２００及び第２給電回路部３００は、例えば、管状の外部導体とこの外部導体の軸心に沿うように設けた内部導体との間に絶縁体を充填してなる伝送線路（いわゆる「同軸線路」）で構成されている。

次に、このようにして構成されたアンテナ装置４００の動作について、送信アンテナとしての動作について説明する。
第１給電回路部２００から第１給電プローブ５に入力された高周波電流は、この高周波電流の周波数に応じた周波数の電波（以下「第１電波」という）に変換されて、ダブルリッジ導波管部に出力される。出力された第１電波は、ダブルリッジ導波管部を伝搬する所定の伝搬モード（以下「第１伝搬モード」という）でダブルリッジ導波管部を伝搬して、クアッドリッジ導波管部に出力される。

ここで、クアッドリッジ導波管部は、第１伝搬モードで電波が伝搬するようになっている。このため、ダブルリッジ導波管部から出力された第１電波は、クアッドリッジ導波管部を伝搬して、第３導波管３の開口部３５に達する。開口部３５に達した第１電波は、アンテナ部１００の外部空間に放射される。

このとき、第１伝搬モードの電磁界分布は、電界の方向が図中ｙ方向に沿う電磁界分布になっている。このため、開口部３５から放射された第１電波の主偏波は、ｙ方向に沿う方向の偏波成分となる。

また、第１導波管１の管軸方向の長さＬ１、短絡導体壁４と第１給電プローブ間の管軸方向に沿う間隔Ｌ３、第１プローブ挿通孔７の構造及び第１給電プローブ５の形状などを調整することで、第１給電回路部２００の出力インピーダンスにアンテナ部１００の入力インピーダンスを合わせる（いわゆる「インピーダンス整合」をとる）ことができる。

次に、第２給電回路部３００から第２給電プローブ６に入力された高周波電流は、この高周波電流の周波数に応じた周波数の電波（以下「第２電波」という）に変換されて、クアッドリッジ導波管部に出力される。出力された第２電波は、クアッドリッジ導波管部を伝搬する所定の伝搬モード（以下「第２伝搬モード」という）でクアッドリッジ導波管部を伝搬する。

ここで、ダブルリッジ導波管部は、第２伝搬モードの遮断周波数が、第２電波の周波数よりも高い周波数となるように設定しておく。これにより、クアッドリッジ導波管部に出力された第２電波は、ダブルリッジ導波管に向かう方向には伝搬しなくなる。すなわち、第２電波は、第３導波管３の開口部３５に向かう方向にのみ伝搬するようになる。

開口部３５に達した第２電波は、アンテナ部１００の外部空間に放射される。このとき、第２伝搬モードの電磁界分布は、電界の方向が図中ｘ方向に沿う電磁界分布になっている。このため、開口部３５から放射された第２電波の主偏波は、ｘ方向に沿う方向の偏波成分となる。

これにより、第１電波と第２電波とは主偏波の向きが互いに直交した電波となり、直交偏波共用を実現することができる。

また、第２電波はダブルリッジ導波管部に向かう方向には伝搬しないため、第２給電回路部３００に対するアンテナ部１００のインピーダンス特性は、第２導波管２の管軸方向の長さＬ２の影響をほとんど受けない。そのため、長さＬ２の値によらず、短絡導体壁４と第２給電プローブ６間の管軸方向に沿う間隔Ｌ４、第２プローブ挿通孔８の構造及び第２給電プローブ６の形状などを調整することにより、第２給電回路部３００とアンテナ部１００とのインピーダンス整合をとることができる。

すなわち、ダブルリッジ導波管部の管軸方向の長さＬ２を長くして、第１給電プローブ５と第２給電プローブ６間の管軸方向に沿う間隔（Ｌ４−Ｌ３）を広くしても、第１給電回路部２００とアンテナ部１００とのインピーダンス整合と、第２給電回路部３００とアンテナ部１００とのインピーダンス整合との両方をとることができる。

なお、アンテナ装置４００は、いわゆる「アンテナの可逆性」により、受信アンテナとして動作する場合も以下のように送信アンテナとして動作する場合と同様に動作する。
すなわち、第３導波管３の開口部３５に照射されたｙ方向の偏波成分を主偏波とする電波は、クアッドリッジ導波管部及びダブルリッジ導波管部を第１伝搬モードで伝搬する。この電波は、第１給電プローブ５で高周波電流に変換される。この高周波電流は、第１給電回路部２００に出力される。
また、第３導波管３の開口部３５に照射されたｘ方向の偏波成分を主偏波とする電波は、クアッドリッジ導波管部を第２伝搬モードで伝搬する。この電波は、第２給電プローブ６で高周波電流に変換される。この高周波電流は、第２給電回路部３００に出力される。このとき、第２伝搬モードの電波は、ダブルリッジ導波管部には伝搬しない。

以上のように、この発明の実施の形態１のアンテナ装置４００は、短絡導波管部と、ダブルリッジ導波管部と、クアッドリッジ導波管部とを連通して設けている。また、ダブルリッジ導波管部に第１給電プローブ５を設け、クアッドリッジ導波管部に第２給電プローブ６を設けている。さらに、ダブルリッジ導波管部は、第２伝搬モードの遮断周波数が、第２電波の周波数よりも高い周波数となるように設定されている。
これにより、第１給電プローブ５と第２給電プローブ６間の管軸方向に沿う間隔（Ｌ４−Ｌ３）を任意の間隔として、第１給電回路部２００とアンテナ部１００とのインピーダンス整合と、第２給電回路部３００とアンテナ部１００とのインピーダンス整合との両方をとることができる。

その結果、複数のアンテナ部１００を配列してなるアレーアンテナにおいて、第１給電回路部２００と第２給電回路部３００とが互いに物理的に干渉しなくなるため、アンテナ部１００間の間隙部の幅を狭くした小型なアレーアンテナを実現することができる。

なお、第１導波管１、第２導波管２及び第３導波管３の断面の形状は、正方形状に限定されるものではない。第１導波管１、第２導波管２及び第３導波管３を、断面の形状が矩形状の矩形導波管、又は断面の形状が円形状の円形導波管を用いて構成したものとしてもよい。

また、第２リッジ部３２ａ，３２ｂ及び第３リッジ部３３ａ，３３ｂの形状は、図１Ｂ及び図２Ｂに示す平面状のテーパ面３４ａ〜３４ｄを有する形状に限定されるものではない。図３Ｂに示す如く、指数関数に従って傾斜した曲面状のテーパ面を有する形状としてもよい。図４Ｂに示す如く、階段状のテーパ面を有する形状としてもよい。図５Ｂに示す如く、テーパ面を有さない形状としてもよい。

また、図６Ｂに示す如く、第１導波管１の内面部に第１リッジ部２２ａ，２２ｂと連続した１対の第４リッジ部１１ａ，１１ｂを設けて、第１導波管１、第２導波管２、第４リッジ部１１ａ，１１ｂ及び第１リッジ部２２ａ，２２ｂによってダブルリッジ導波管部を構成したものとしてもよい。

実施の形態２．
図７Ａ、図７Ｂ、図８Ａ及び図８Ｂを参照して、第１給電プローブ及び第２給電プローブを、誘電体基板に設けた導体箔（いわゆる「ストリップ導体」）で構成したアンテナ装置について説明する。
図中、１は第１導波管である。第１導波管１は、断面の形状が正方形状の方形導波管で構成されている。第１導波管１の一端部の開口は、板状の導体からなる短絡導体壁４で塞がれており、電気的に短絡されている。第１導波管１及び短絡導体壁４によって、短絡導波管部が構成されている。

第１導波管１と連通するように、第２導波管２が設けられている。第２導波管２は、断面の形状が第１導波管１と同じ形状の方形導波管で構成されている。第２導波管２の互いに対向する側壁２１ａ，２１ｂの内面部の互いに対向する部位に、長手方向が第２導波管２の管軸方向（図中ｚ方向）に沿う１対のリッジ状の第１突条（第１リッジ部）２２ａ，２２ｂが設けられている。第２導波管２及び第１リッジ部２２ａ，２２ｂによって、ダブルリッジ導波管部が構成されている。

このようにして構成されたダブルリッジ導波管部は、第２導波管２及び第１リッジ部２２ａ，２２ｂの管軸方向と直交する方向（図中ｘ方向及びｙ方向）の寸法などを調整することにより、各伝搬モードの遮断周波数の値が変化するようになっている。

第１導波管１と第２導波管２間に、第１誘電体基板７ａが設けられている。第１誘電体基板７ａの表面７１ａは、間隙部７２ａ，７２ｂを介して第１リッジ部２２ａ，２２ｂと対向している。表面７１ａには、長手方向が管軸方向と直交する方向（図中ｙ方向）に沿って、かつ第１リッジ部２２ａ，２２ｂ間に介在するように、線状の導体箔からなる第１給電線路５ａが設けられている。

第２導波管２と連通するように、第３導波管３が設けられている。第３導波管３は、断面の形状が第１導波管１及び第２導波管２と同じ形状の方形導波管で構成されている。第３導波管３の互いに対向する側壁３１ａ，３１ｂの内面部の互いに対向する部位に、第１リッジ部２２ａ，２２ｂと連続するように、長手方向が第３導波管３の管軸方向（図中ｚ方向）に沿う１対のリッジ状の第２突条（第２リッジ部）３２ａ，３２ｂが設けられている。第２リッジ部３２ａ，３２ｂは、第３導波管３の開口部３５に向けて傾斜した平面状のテーパ面３４ａ，３４ｂを有している。

第２導波管２と第３導波管３間に、第２誘電体基板８ａが設けられている。第２誘電体基板８ａの裏面８１ａは、間隙部８２ａ，８２ｂを介して第１リッジ部２２ａ，２２ｂと対向している。第２誘電体基板８ａの表面８３ａは、間隙部８４ａ，８４ｂを介して第２リッジ部３２ａ，３２ｂと対向している。表面８３ａは、間隙部８５ａ，８５ｂを介して第３リッジ部３３ａ，３３ｂと対向している。また、表面８３ａには、長手方向が管軸方向と直交する方向（図中ｘ方向）に沿って、かつ第３リッジ部３３ａ，３３ｂ間に介在するように、線状の導体箔からなる第２給電線路６ａが設けられている。

短絡導波管部、ダブルリッジ導波管部、クアッドリッジ導波管部、第１誘電体基板７ａ、第１給電線路５ａ、第２誘電体基板８ａ及び第２給電線路６ａによって、アンテナ部１００ａが構成されている。

また、第１給電線路５ａの一端部は、ダブルリッジ導波管部の外部に設けた第１給電回路部２００ａと電気的に接続されている。第２給電線路６ａの一端部は、クアッドリッジ導波管部の外部に設けた第２給電回路部３００ａと電気的に接続されている。第１給電回路部２００ａ及び第２給電回路部３００ａは、例えば、誘電体基板の表面又は内部に線状の導体箔を設けてなる伝送線路（いわゆる「ストリップ線路」）で構成されている。又は、管状導体の中空部にストリップ線路を設けてなる伝送線路（いわゆる「サスペンデッドストリップ線路」）で構成されている。

次に、このようにして構成されたアンテナ装置４００ａの動作について、送信アンテナとしての動作について説明する。
第１給電回路部２００ａから第１給電線路５ａに入力された高周波電流は、この高周波電流の周波数に応じた周波数の電波（以下「第１電波」という）に変換されて、ダブルリッジ導波管部に出力される。出力された第１電波は、ダブルリッジ導波管部を伝搬する所定の伝搬モード（以下「第１伝搬モード」という）でダブルリッジ導波管部を伝搬して、クアッドリッジ導波管部に出力される。

クアッドリッジ導波管部は、第１伝搬モードで電波が伝搬するようになっている。このため、ダブルリッジ導波管部から出力された第１電波は、クアッドリッジ導波管部を伝搬して、第３導波管３の開口部３５に達する。開口部３５に達した第１電波は、アンテナ部１００ａの外部空間に放射される。

また、第１導波管１の管軸方向の長さＬ１、第１給電線路５ａの長さ、太さ及び形状、並びに第１給電線路５ａと第１リッジ部２２ａ，２２ｂ間の管軸方向に沿う間隔Ｌ３などを調整することで、第１給電回路部２００ａとアンテナ部１００ａとのインピーダンス整合をとることができる。

次に、第２給電回路部３００ａから第２給電線路６ａに入力された高周波電流は、この高周波電流の周波数に応じた周波数の電波（以下「第２電波」という）に変換されて、クアッドリッジ導波管部に出力される。出力された第２電波は、クアッドリッジ導波管部を伝搬する所定の伝搬モード（以下「第２伝搬モード」という）でクアッドリッジ導波管部を伝搬する。

ここで、ダブルリッジ導波管部は、第２伝搬モードの遮断周波数が、第２電波の周波数よりも高い周波数となるように設定しておく。これにより、クアッドリッジ導波管部に出力された第２電波は、ダブルリッジ導波管部に向かう方向には伝搬しなくなる。すなわち、第２電波は、第３導波管３の開口部３５に向かう方向にのみ伝搬するようになる。

開口部３５に達した第２電波は、アンテナ部１００ａの外部空間に放射される。このとき、第２伝搬モードの電磁界分布は、電界の方向が図中ｘ方向に沿う電磁界分布になっている。このため、開口部３５から放射された第２電波の主偏波は、ｘ方向に沿う方向の偏波成分となる。

また、第２電波はダブルリッジ導波管部に向かう方向には伝搬しないため、第２給電回路部３００ａに対するアンテナ部１００ａのインピーダンス特性は、第２導波管２の管軸方向の長さＬ２の影響をほとんど受けない。そのため、長さＬ２の値によらず、第２給電線路６ａの太さ、長さ及び形状、並びに第２給電線路６ａと第３リッジ部３３ａ，３３ｂ間の管軸方向に沿う間隔Ｌ４などを調整することにより、第２給電回路部３００ａとアンテナ部１００ａとのインピーダンス整合をとることができる。

すなわち、ダブルリッジ導波管部の管軸方向の長さＬ２を長くして、第１給電線路５ａと第２給電線路６ａ間の管軸方向に沿う間隔を広くしても、第１給電回路部２００ａとアンテナ部１００ａとのインピーダンス整合と、第２給電回路部３００ａとアンテナ部１００ａとのインピーダンス整合との両方をとることができる。

なお、アンテナ装置４００ａは、いわゆる「アンテナの可逆性」により、受信アンテナとして動作する場合も以下のように送信アンテナとして動作する場合と同様に動作する。
すなわち、第３導波管３の開口部３５に照射されたｙ方向の偏波成分を主偏波とする電波は、クアッドリッジ導波管部及びダブルリッジ導波管部を第１伝搬モードで伝搬する。この電波は、第１給電線路５ａで高周波電流に変換される。この高周波電流は、第１給電回路部２００ａに出力される。
また、第３導波管３の開口部３５に照射されたｘ方向の偏波成分を主偏波とする電波は、クアッドリッジ導波管部を第２伝搬モードで伝搬する。この電波は、第２給電線路６ａで高周波電流に変換される。この高周波電流は、第２給電回路部３００ａに出力される。このとき、第２伝搬モードの電波は、ダブルリッジ導波管部には伝搬しない。

以上のように、この発明の実施の形態２のアンテナ装置４００ａは、短絡導波管部と、ダブルリッジ導波管部と、クアッドリッジ導波管部とを連通するように設けている。また、短絡導波管部とダブルリッジ導波管部間に設けた第１誘電体基板７ａに、第１給電線路５ａを設けている。ダブルリッジ導波管部とクアッドリッジ導波管部間に設けた第２誘電体基板８ａに、第２給電線路６ａを設けている。さらに、ダブルリッジ導波管部は、第２伝搬モードの遮断周波数が、第２電波の周波数よりも高い周波数となるように設定されている。
これにより、第１給電線路５ａと第２給電線路６ａ間の管軸方向に沿う間隔を任意の間隔として、第１給電回路部２００ａとアンテナ部１００ａとのインピーダンス整合と、第２給電回路部３００ａとアンテナ部１００ａとのインピーダンス整合との両方をとることができる。

その結果、複数のアンテナ部１００ａを配列してなるアレーアンテナにおいて、第１給電回路部２００ａと第２給電回路部３００ａとが互いに物理的に干渉しなくなるため、アンテナ部１００ａ間の間隙部の幅を狭くした小型なアレーアンテナを実現することができる。

なお、第１給電線路５ａは、第１誘電体基板７ａの表面７１ａに代えて、第１誘電体基板７ａの内部に設けたものとしてもよい。第２給電線路６ａは、第２誘電体基板８ａの表面８３ａに代えて、第１誘電体基板７ａの内部に設けたものとしてもよい。

また、間隙部８２ａ，８２ｂを除いて、第２誘電体基板８ａの裏面８１ａが第１リッジ部２２ａ，２２ｂと当接したものとしてもよい。間隙部８４ａ，８４ｂを除いて、第２誘電体基板８ａの表面８３ａが第２リッジ部３２ａ，３２ｂと当接したものとしてもよい。

また、第１導波管１、第２導波管２及び第３導波管３の断面の形状は、正方形状に限定されるものではない。第１導波管１、第２導波管２及び第３導波管３を、断面の形状が矩形状の矩形導波管、又は断面の形状が円形状の円形導波管を用いて構成したものとしてもよい。

また、第２リッジ部３２ａ，３２ｂ及び第３リッジ部３３ａ，３３ｂの形状は、図７Ｂ及び図８Ｂに示す平面状のテーパ面３４ａ〜３４ｄを有する形状に限定されるものではない。実施の形態１と同様に、図３Ｂ、図４Ｂ又は図５Ｂに示す形状のリッジ部としてもよい。

また、図９Ｂに示す如く、第１導波管１の内面部に第１リッジ部２２ａ，２２ｂと連続するように１対の第４リッジ部１１ａ，１１ｂを設けて、第１導波管１、第２導波管２、第４リッジ部１１ａ，１１ｂ及び第１リッジ部２２ａ，２２ｂによってダブルリッジ導波管部を構成したものとしてもよい。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

１第１導波管、２第２導波管、３第３導波管、４短絡導体壁、５第１給電プローブ、５ａ第１給電線路、６第２給電プローブ、６ａ第２給電線路、７第１プローブ挿通孔、７ａ第１誘電体基板、８第２プローブ挿通孔、８ａ第２誘電体基板、１１ａ，１１ｂ第４リッジ部、２１ａ，２１ｂ側壁、２２ａ，２２ｂ第１リッジ部（第１突条）、３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ側壁、３２ａ，３２ｂ第２リッジ部（第２突条）、３３ａ，３３ｂ第３リッジ部（第３突条）、３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄテーパ面、３５開口部、５１一端部、５２他端部、６１一端部、６２他端部、７１ａ表面、７２ａ，７２ｂ間隙部、８１ａ裏面、８２ａ，８２ｂ間隙部、８３ａ表面、８４ａ，８４ｂ間隙部、８５ａ，８５ｂ間隙部、１００，１００ａアンテナ部、２００，２００ａ第１給電回路部、３００，３００ａ第２給電回路部、４００，４００ａアンテナ装置。

Claims

一端部を電気的に短絡した短絡導波管部と、
前記短絡導波管部の他端部と一端部を介して連通し、かつ内面部の長手方向に沿って１対の第１突条を対向配置したダブルリッジ導波管部と、
前記ダブルリッジ導波管部の他端部と一端部を介して連通し、かつ前記第１突条と連続して前記内面部の長手方向に沿って対向配置した１対の第２突条を有するとともに、前記第２突条間の前記内面部に対向配置した１対の第３突条を有するクアッドリッジ導波管部と、
対向する前記第１突条間に給電する第１給電プローブと、
対向する前記第３突条間に給電する第２給電プローブとを具備し、
前記第２給電プローブによって入出力される電波の伝搬モードにおける遮断周波数が、前記電波の周波数よりも高い周波数になるように、前記ダブルリッジ導波管部にて設定されている
ことを特徴とするアンテナ装置。
前記第１突条を貫通した第１プローブ挿通孔と、前記第３突条を貫通した第２プローブ挿通孔とを具備し、
前記第１給電プローブは、前記第１プローブ挿通孔に挿通され、
前記第２給電プローブは、前記第２プローブ挿通孔に挿通してなる
ことを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
対向する前記第１突条を含む面と対向する前記第３突条を含む面とは、互いに直交していることを特徴とする請求項２記載のアンテナ装置。
前記ダブルリッジ導波管部の外部に設けられ、かつ前記第１給電プローブに接続した第１給電回路部と、
前記クアッドリッジ導波管部の外部に設けられ、かつ前記第２給電プローブに接続した第２給電回路部と、
を具備することを特徴とする請求項２又は請求項３記載のアンテナ装置。
前記第１給電回路部及び前記第２給電回路部は、同軸線路で構成してなることを特徴とする請求項４記載のアンテナ装置。
前記短絡導波管部、前記ダブルリッジ導波管部及び前記クアッドリッジ導波管部は、断面の形状が矩形状の矩形導波管で構成してなることを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１項記載のアンテナ装置。
前記短絡導波管部、前記ダブルリッジ導波管部及び前記クアッドリッジ導波管部は、断面の形状が正方形状の方形導波管で構成してなることを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１項記載のアンテナ装置。
前記短絡導波管部、前記ダブルリッジ導波管部及び前記クアッドリッジ導波管部は、断面の形状が円形状の円形導波管で構成してなることを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１項記載のアンテナ装置。
一端部を電気的に短絡した短絡導波管部と、
前記短絡導波管部の他端部に一端部を連通するように設けられ、かつ内面部の長手方向に沿って１対の第１突条を対向配置したダブルリッジ導波管部と、
前記ダブルリッジ導波管部の他端部に一端部を連通するように設けられ、かつ前記第１突条と連続するように前記内面部の長手方向に沿って対向配置した１対の第２突条を有するとともに、前記第２突条間の前記内面部に対向配置した１対の第３突条を有するクアッドリッジ導波管部と、
前記短絡導波管部と前記ダブルリッジ導波管部間に設けた第１誘電体基板と、
前記第１誘電体基板に設けられ、かつ対向する前記第１突条間に給電する第１給電線路と、
前記ダブルリッジ導波管部と前記クアッドリッジ導波管部間に設けた第２誘電体基板と、
前記第２誘電体基板に設けられ、かつ対向する前記第３突条間に給電する第２給電線路とを具備し、
前記第２給電線路によって入出力される電波の伝搬モードにおける遮断周波数が、前記電波の周波数よりも高い周波数になるように、前記ダブルリッジ導波管部にて設定されている
ことを特徴とするアンテナ装置。
対向する前記第１突条を含む面と対向する前記第３突条を含む面とは、互いに直交していることを特徴とする請求項９記載のアンテナ装置。
前記ダブルリッジ導波管部の外部に設けられ、かつ前記第１給電線路に接続した第１給電回路部と、
前記クアッドリッジ導波管部の外部に設けられ、かつ前記第２給電線路に接続した第２給電回路部と、
を具備することを特徴とする請求項９又は請求項１０記載のアンテナ装置。
前記第１給電回路部及び前記第２給電回路部は、ストリップ線路で構成してなることを特徴とする請求項１１載のアンテナ装置。
前記第１給電回路部及び前記第２給電回路部は、サスペンデッドストリップ線路で構成してなることを特徴とする請求項１１記載のアンテナ装置。
前記短絡導波管部、前記ダブルリッジ導波管部及び前記クアッドリッジ導波管部は、断面の形状が矩形状の矩形導波管で構成してなることを特徴とする請求項９から請求項１３のうちのいずれか１項記載のアンテナ装置。
前記短絡導波管部、前記ダブルリッジ導波管部及び前記クアッドリッジ導波管部は、断面の形状が正方形状の方形導波管で構成してなることを特徴とする請求項９から請求項１３のうちのいずれか１項記載のアンテナ装置。
前記短絡導波管部、前記ダブルリッジ導波管部及び前記クアッドリッジ導波管部は、断面の形状が円形状の円形導波管で構成してなることを特徴とする請求項９から請求項１３のうちのいずれか１項記載のアンテナ装置。