JP2019220769A - スロットアレイアンテナ - Google Patents

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亮平 細野
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亮平 細野
官 寧
Yasushi Kan
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Abstract

【課題】部材を取り付けやすくしたスロットアレイアンテナを提供する。【解決手段】スロットアレイアンテナ1は、部材が取り付けられる取付面とそれに垂直な放射面42とを表面に有した導電性ボディ10と、放射面42下に形成されたキャビティ48と、放射面42に形成され、キャビティ48に通じた複数の放射スロット47と、一方の端部が前記取付面において開口し、その開口から放射面42に対して平行な方向に延設されるよう導電性ボディ10の内部に形成された第1の中空導波路24,34と、第1の中空導波路24,34の他方の端部から放射面42に向かってキャビティ48まで延設されるよう導電性ボディ10の内部に形成された第2の中空導波路46と、を備える。【選択図】図9

Description

本発明は、スロットアレイアンテナに関する。
特許文献1には、複数枚の導体板(2〜7)を積層することによって製造されたスロットアレイアンテナ(1)が開示されている。最上層の導体板(2)には、16×16のスロット(2a)が格子状に形成されている。上から2層目の導体板(3)には、8×8のキャビティ(3a)が格子状に穿設されている。上から3層目の導体板(4)には、8×8の結合スロット(4a)が格子状に穿設されている。上から4層目の導体板(5)には、4×4の所定形状のスリット(5a)が穿設されている。上から5層目の導体板(6)には、2×2の結合スロット(6a)が穿設されている。最下層の導体板(7)には、1×1の所定形状のスリット(7a)が穿設されている。導体板(2〜7)が積層されることで、スリット(7a,6a)が中空導波路となり、キャビティ(3a)が空洞となる。高周波電力がスリット(7a)に供給されると、その高周波電力がスリット(7a)によって結合スロット(6a)に分配される。スリット(7a)から結合スロット(6a)を通じてスリット(5a)に供給された高周波電力はスリット(5a)によって結合スロット(4a)に分配される。スリット(5a)から結合スロット(4a)を通じてキャビティ(3a)に供給された高周波電力はキャビティ(3a)によってスロット(2a)に分配される。
このスロットアレイアンテナ(1)の導体板(7)には、外部機器とのインターフェースとなる導波管入力部が接続される。具体的には、導波管入力部をスリット(7a)の端部に接続して、その導波管入力部をスロットアレイアンテナ(1)に、特にスリット(7a)の端部のある側端面に取り付ける。ところが、スロットアレイアンテナ(1)が薄いため、導波管入力部をスロットアレイアンテナ(1)に取り付けることが難しい。
特開2014−170989号公報
そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、導波管入力部等の部材を取り付けやすくしたスロットアレイアンテナを提供することを目的とする。
上記目的を達成するための主たる発明は、部材が取り付けられる取付面とそれに垂直な放射面とを表面に有した導電性ボディと、前記放射面下において前記導電性ボディの内部に形成されたキャビティと、前記放射面に形成され、前記キャビティに通じた複数の放射スロットと、一方の端部が前記取付面において開口し、その開口から前記放射面に対して平行な方向に延設されるよう前記導電性ボディの内部に形成された第1の中空導波路と、前記第1の中空導波路の他方の端部から前記放射面に向かって前記キャビティまで延設されるよう前記導電性ボディの内部に形成された第2の中空導波路と、を備えるスロットアレイアンテナである。
本発明の他の特徴については、後述する明細書及び図面の記載により明らかにする。
本発明の実施形態によれば、取付面を大きくすることができ、取付面に部材を取り付けやすい。
スロットアレイアンテナの斜視図である。 スロットアレイアンテナを俯瞰した分解斜視図である。 スロットアレイアンテナを下から見た分解斜視図である。 下層の導体部材の上面図である。 中間層の導体部材の下面図である。 中間層の導体部材の上面図である。 上層の導体部材の下面図である。 上層の導体部材の上面図である。 スロットアレイアンテナの縦断面図である。 第1の中空導波路の延設方向に対して垂直な面の断面図である。
後述する実施の形態の記載から、少なくとも以下の事項が明らかとなる。
部材が取り付けられる取付面とそれに垂直な放射面とを表面に有した導電性ボディと、前記放射面下において前記導電性ボディの内部に形成されたキャビティと、前記放射面に形成され、前記キャビティに通じた複数の放射スロットと、一方の端部が前記取付面において開口し、その開口から前記放射面に対して平行な方向に延設されるよう前記導電性ボディの内部に形成された第1の中空導波路と、前記第1の中空導波路の他方の端部から前記放射面に向かって前記キャビティまで延設されるよう前記導電性ボディの内部に形成された第2の中空導波路と、を備えるスロットアレイアンテナが明らかとなる。
以上によれば、キャビティが放射面下において空洞となり、第2の中空導波路が放射面に向かってキャビティまで延設されているため、放射面に垂直な取付面を大きくすることができる。よって、取付面に部材を取り付けやすい。
一対の導電性突出部が前記キャビティの互いに対向する側面から互いに向かい合う方向に突出する。
以上によれば、キャビティまで伝播した電磁波の反射を抑制できる。
前記導電性ボディが、前記放射面を有するとともに前記放射面の反対側の表面に凹部が形成された板状の導体部材と、前記凹部に覆い被さるように前記凹部が形成された前記導体部材の表面に接合されることによって前記凹部を前記キャビティに形成するとともに、前記取付面を有する導電性本体部と、を有し、前記第1の中空導波路の一方の端部が前記取付面において開口し、前記第1の中空導波路がその開口から前記取付面に対して垂直な方向に延設されるよう前記導電性本体部の内部に形成され、前記第2の中空導波路が前記第1の中空導波路の他方の端部から前記導電性本体部の前記導体部材との接合面に向かって延設されるよう前記導電性本体部の内部に形成され、前記第2の中空導波路の前記キャビティに近い方の端部が前記キャビティ内において前記導電性本体部の前記導体部材との接合面に開口する。
以上によれば、導体部材と導電性本体部を組み立てるだけで、導電性ボディの内部にキャビティを形成することができる。
一対の導電性突出部が前記凹部の互いに対向する側面から互いに向かい合う方向に突出する。
好ましくは、前記一対の導電性突出部が前記導電性本体部に接触する。
以上によれば、凹部によるキャビティまで伝播した電磁波の反射を抑制できる。
前記導電性本体部が、前記放射面の反対側の前記導体部材の表面に接合される第2の導体部材と、前記第2の導体部材に関して前記導体部材の反対側において前記第2の導体部材に接合される第3の導体部材と、を有し、一対の溝が前記第2の導体部材と前記第3の導体部材のそれぞれの接合面に凹設され、前記一対の溝の各々が互いに向き合った状態で前記第2の導体部材と前記第3の導体部材が接合されることによって前記一対の溝が前記第1の中空導波路となる。
以上によれば、第2の導体部材と第3の導体部材を組み立てるだけで、導電性ボディの内部に第1の中空導波路を形成することができる。
前記一対の溝の各々が断面矩形状であり、前記一対の溝の各々の幅が互いに等しく、前記一対の溝の各々の深さが互いに等しく、前記一対の各々の溝の深さは前記一対の溝の各々の幅の2分の1よりも大きい。
以上によれば、一対の溝の各々の深さは一対の溝の各々の幅の2分の1よりも大きいため、一対の溝の底が第1の中空導波路の狭壁面となり、一対の溝の側面が第1の中空導波路の広壁面となる。第1の中空導波路内を電磁波が進行すると、第1の中空導波路の周方向の電流が第2及び第3の導体部材に発生するが、第2の導体部材に発生する電流の向きと第3の導体部材に発生する電流の向きが逆向きになる。従って、第2の導体部材と第3の導体部材の接合面では電流が打ち消し合う。それゆえ、接合面が電流の流れに影響を及ぼさない上、接合面以外の部分では電流の不連続性が生じない。よって、電磁波の伝播に損失が発生しにくい。
前記第2の中空導波路が前記一対の溝のうち前記第2の導体部材の前記接合面に形成された溝の底から前記第2の導体部材と前記導体部材との接合面まで貫通している。
===実施の形態===
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。
図1は、スロットアレイアンテナ1を俯瞰した斜視図である。図2は、スロットアレイアンテナ1を分解して俯瞰した斜視図である。図3は、スロットアレイアンテナ1を分解して下から見た斜視図である。図4は、下層の導体部材20の上面図である。図5は、中間層の導体部材30の下面図である。図6は、中間層の導体部材30の上面図である。図7は、上層の導体部材40の下面図である。図8は、上層の導体部材40の上面図である。図9は、スロットアレイアンテナ1の縦断面図である。
スロットアレイアンテナ1は導電性ボディ10及びフランジ60を備える。
導電性ボディ10は直方体状に成している。導電性ボディ10は導体部材20,30,40のスタック(積層体)である。導体部材20及び導体部材30はソリッドな直方体型の導電性部材であり、導体部材40がソリッドな板状の導電性部材である。導体部材20の上側接合面22が導体部材30の下側接合面31に突き合わせられ、導体部材30の上側接合面32が導体部材40の下側接合面41に突き合わせられ、これら導体部材20,30,40がねじ等の締結部材70によって締結されている。なお、導体部材20,30,40の接合は締結部材70による締結以外であってもよく、例えば拡散接合又は溶接を適用してもよい。
以下では、導体部材40を第1の導体部材40と、導体部材30を第2の導体部材30と、導体部材20を第3の導体部材20と呼称する。第2の導体部材30と第3の導体部材20の接合体は導電性本体部である。
導体部材20,30,40がスタックされた状態では、導体部材20,30,40の前面23,33,43が面一となっているため、導電性ボディ10の前面が平面状に形成されている。導電性ボディ10の前面は、フランジ60が取り付けられる取付面である。導電性ボディ10の前面には、給電ポート11(図9参照)が形成されている。
導電性ボディ10の上面、つまり第1の導体部材40の上面42が平面状に形成されている。導電性ボディ10が直方体状であるので、導電性ボディ10の前面が導電性ボディ10の上面に対して垂直である。第1の導体部材40の上面42は放射面であり、その上面42には複数、具体的には4つの矩形状の放射スロット47が形成されている。これら放射スロット47が格子状に配列されている。
この導電性ボディ10の内部には、溝24,34からなる第1の中空導波路と、貫通孔36からなる第2の中空導波路と、キャビティ48とが形成されている。高周波電力がキャビティ48、第2の中空導波路及び第1の中空導波路を通じて放射スロット47と給電ポート11の間で供給される。以下、キャビティ48、第1の中空導波路及び第2の中空導波路について詳細に説明する。
第1の導体部材40の下側接合面41には矩形状の凹部44が形成され、放射スロット47が第1の導体部材40の上面42から凹部44まで穿設されている。第2の導体部材30が第1の導体部材40の下から凹部44に覆い被さって、第1の導体部材40の下側接合面41と第2の導体部材30の上側接合面32が互いに接合されている。これにより凹部44が第2の導体部材30の上側接合面32によって密閉されて、その凹部44が第1の導体部材40の上面42下においてキャビティ48となっている。キャビティ48は空洞共振器として機能する。
導電性突出部45が凹部44の左側面の中央に凸設され、導電性突出部46が凹部44の右側面の中央に凸設され、これら導電性突出部45,46が互いに向かい合う方向に突出している。具体的には、導電性突出部45は、凹部44の左側面からその左側面の中央に近い2つの放射スロット47の間の位置まで右方に突出し、導電性突出部46は、凹部44の右側面のうち導電性突出部45に対向する位置からその右側面の中央に近い2つの放射スロット47の間の位置まで左方に突出する。第1の導体部材40を下から見て、導電性突出部45,46を結ぶ線によって凹部44が2つの領域によって等分されるが、2つの放射スロット47が一方の領域内に配置され、他の2つの放射スロット47が他方の領域に配置されている。導電性突出部45,46によってキャビティ48が絞られることとなり、その絞られた部分がアイリスとなる。導電性突出部45,46は第2の導体部材30の上側接合面32に当接する。導電性突出部45,46が形成されることによって電磁波の反射を抑制することできる。ここでいう電磁波の反射とは、外部から放射スロット47を通じてキャビティ48内に伝播した電磁波が放射スロット47を通じて外部に戻ること、或いは、第2の中空導波路を通じてキャビティ48内に伝播した電磁波が第2の中空導波路に戻ることをいう。
断面矩形状の溝24が第3の導体部材20の上側接合面22に凹設され、断面矩形状の溝34が第2の導体部材30の下側接合面31に凹設されている。溝24が前後方向に延設され、溝34が前後方向に延設されている。溝24と溝34が互いに向き合った状態で、第3の導体部材20の上側接合面22と第2の導体部材30の下側接合面31とが互いに接合されている。溝24の幅が溝34の幅に等しく、溝24と溝34は幅方向の位置が揃っており、溝24,34の片側の側面同士が面一となっており、反対側の側面同士が面一となっている。従って、溝24と溝34からなる断面矩形状の中空が形成されており、その中空が第1の中空導波路となる。溝24の深さと溝34の深さが等しく、溝24,34の深さは溝24,34の幅の2分の1よりも大きい。よって、溝24,34の面一となった側面の総幅は溝24,34の底の幅よりも大きく、溝24,34の面一となった側面が広壁面であり、溝24,34の底が狭壁面である。
溝24の前端が第3の導体部材20の前面23において開口し、溝34の前端が第2の導体部材30の前面33において開口している。そのため、溝24,34からなる第1の中空導波路が導体部材20,30の前面において開口するが、その矩形状の開口が給電ポート11となる。この給電ポート11はフランジ60の開口61に電磁界的に結合する。溝24,34からなる第1の中空導波路は、給電ポート11から第1の導体部材40の上面42に対して平行な方向に延設されている。
高周波電力がフランジ60の開口61を介して給電ポート11に供給されると、電磁波が溝24,34からなる第1の中空導波路内を進行する。その電磁波により図10に示すような電界分布が第1の中空導波路内に発生する。第1の中空導波路内の電界の向きが広壁面に対して垂直となり、第1の中空導波路内の磁界は広壁面に平行に発生し、電界の向きと磁界の向きが直交する。また、電流が第1の中空導波路の周方向に第3の導体部材20及び第2の導体部材30に発生し、第3の導体部材20に発生する電流の向きと第2の導体部材30に発生する電流の向きが逆向きなる。そのため、接合面22,31では電流が打ち消し合う。それゆえ、接合面22,31が電流の流れに影響を及ぼさない上、接合面22,31以外の部分では電流の不連続性が生じない。よって、第1の中空導波路内における電磁波の伝播に損失が発生しにくい。
溝24の底には、複数の導電性突出部25が凸設されている。導電性突出部25は、溝24の底から接合面22,31と面一な第1の中空導波路の中心面に向かって突出している。導電性突出部25は溝24の片側の側面から反対側の側面まで溝24の底を横切っている。
溝34の底には、複数の導電性突出部35が凸設されている。導電性突出部35は、溝34の底のうち導電性突出部25に対向する位置から第1の中空導波路の中心面に向かって突出している。導電性突出部35は溝34の片側の側面から反対側の側面まで溝34の底を横切っている。導電性突出部25と導電性突出部35は第1の中空導波路の中心面に関して互いに面対称である。以上のような導電性突出部25,35によって第1の中空導波路が絞られており、その絞られた部分がアイリスとなる。これにより、第1の中空導波路を進行する電磁波の反射が低減される。
貫通孔36が溝34の後端部の底から第2の導体部材30の上側接合面32まで穿設されている。貫通孔36の下端が溝34の底にて、つまり第1の中空導波路の狭壁面にて開口している。そのため、貫通孔36内の電磁界が溝24,34内の電磁界に結合しており、第1の中空導波路と第2の中空導波路が成す角部がH面コーナーである。よって、第1の中空導波路の後端部まで進行した電磁波の進行方向がH面コーナーによって上向きに変換される。ここで、溝24の後端部の底に導電性突出部26が形成されており、この導電性突出部26は第1の中空導波路の後端部まで進行した電磁波の進行方向を上向きに変換するのに寄与する。
貫通孔36の断面形状における左右方向の長さは、溝24,34からなる中空導波路の断面形状における左右方向の長さよりも短い。また、貫通孔36の断面形状は、前後方向の長さが左右方向の長さよりも大きい角丸長方形である。従って、貫通孔36の前後の内面が狭壁面であり、貫通孔36の左右の内面が広壁面である。貫通孔36の前側の内面には導電性突出部37が凸設され、貫通孔36の後ろ側の内面には導電性突出部38が凸設されている。導電性突出部37は貫通孔36の前側の内面から後ろに向かって突出している。導電性突出部38は、貫通孔36の後ろ側の内面のうち導電性突出部37に対向する位置から前に向かって突出する。導電性突出部37,38によって貫通孔36が絞られており、その絞られた部分がアイリスとなる。これにより、貫通孔36を進行する電磁波の反射が低減される。
貫通孔36の上端が平面視でキャビティ48の中央において第2の導体部材30の上側接合面32に開口する。そのため、貫通孔36内の電磁界がキャビティ48内の電磁界に結合している。
以上のように形成された貫通孔36は、溝24,34からなる第1の中空導波路の後端部から放射面42に向かってキャビティ48まで延設されるよう第2の導体部材30の内部に形成された第2の中空導波路である。
貫通孔36内を上向きに進行した電磁波がキャビティ48内にて共振した上で、各放射スロット47に分配される。そして、電磁波が各放射スロット47を通じて外部に放射される。
なお、スロットアレイアンテナ1は受信にも利用できる。つまり、外部から各放射スロット47に入射した電磁波の電力がキャビティ48内にて合成されて、更にその電磁波がキャビティ48内にて共振する。その電磁波が貫通孔36内を下向きに進行した上で、その電磁波の進行方向がH面コーナー及び導電性突出部26によって前向きに変換される。そして、電磁波が溝24,34からなる第1の中空導波路の後端部から前向きに進行して、給電ポート11及び開口61から出力される。
以上の実施形態によれば、キャビティ48が導電性ボディ10の放射面下において、つまり第1の導体部材40の上面42下において前後左右に広がった状態に形成されている。それゆえ、導電性ボディ10の前面を左右に大きくすることができる。また、貫通孔36からなる第2の中空導波路が上下方向に延設されるよう導電性ボディ10の内部に、具体的には第2の導体部材30の内部に形成されている。それゆえ、導電性ボディ10の前面を上下に大きくすることができる。従って、フランジ60を導電性ボディ10の前面に取り付けやすい。具体的には、雌ねじの設置スペースを導電性ボディ10の前面に確保することができ、雄ねじによってフランジ60を導電性ボディ10の前面に締結することができる。
凹部44が第1の導体部材40の下側接合面41に形成されているため、第1の導体部材40と第2の導体部材30を組み立てるだけで、キャビティ48を導電性ボディ10の内部に簡単に形成することができる。第1の導体部材40を切削加工すれば、凹部44や放射スロット47を第1の導体部材40に簡単に形成することができる。
貫通孔36の上端が第2の導体部材30の上側接合面32で開口しているため、第1の導体部材40と第2の導体部材30を組み立てるだけで、キャビティ48に通じた第2の中空導波路を導電性ボディ10の内部に簡単に形成することができる。第2の導体部材30を切削加工すれば、貫通孔36及び導電性突出部37,38を第2の導体部材30に簡単に形成することができる。
溝34が第2の導体部材30の下側接合面31に形成され、溝24が第3の導体部材20の上側接合面22に形成されているため、第2の導体部材30と第3の導体部材20を組み立てるだけで、第1の中空導波路を導電性ボディ10の内部に簡単に形成することができる。第2の導体部材30を切削加工すれば、溝34及び導電性突出部35を第2の導体部材30に簡単に形成することができる。第3の導体部材20を切削加工すれば、溝24及び導電性突出部25を第3の導体部材20に簡単に形成することができる。
切削加工と組立作業によりスロットアレイアンテナ1を簡単に製造することができる。
溝24,34からなる第1の中空導波路の断面形状が縦長の長方形状であるため、導電性ボディ10の前面を上下に大きくすることができ、フランジ60を導電性ボディ10の前面に取り付けやすい。
第1の中空導波路と第2の中空導波路が成す角部がH面コーナーであるため、第1の中空導波路の断面形状を縦長とした上で、第2の中空導波路を上下に延設することができる。これは、導電性ボディ10の前面を上下に大きくすることに寄与する。よって、フランジ60を導電性ボディ10の前面に取り付けやすい。
1…スロットアレイアンテナ
10…導電性ボディ
20…第3の導体部材
24,34…溝(一対の溝、第1の中空導波路)
30…第2の導体部材
36…貫通孔(第2の中空導波路)
40…第1の導体部材
42…上面(放射面)
44…凹部
45,46…導電性突出部
47…放射スロット
48…キャビティ

Claims (8)

  1. 部材が取り付けられる取付面とそれに垂直な放射面とを表面に有した導電性ボディと、
    前記放射面下において前記導電性ボディの内部に形成されたキャビティと、
    前記放射面に形成され、前記キャビティに通じた複数の放射スロットと、
    一方の端部が前記取付面において開口し、その開口から前記放射面に対して平行な方向に延設されるよう前記導電性ボディの内部に形成された第1の中空導波路と、
    前記第1の中空導波路の他方の端部から前記放射面に向かって前記キャビティまで延設されるよう前記導電性ボディの内部に形成された第2の中空導波路と、を備えるスロットアレイアンテナ。
  2. 一対の導電性突出部が前記キャビティの互いに対向する側面から互いに向かい合う方向に突出する
    請求項1に記載のスロットアレイアンテナ。
  3. 前記導電性ボディが、前記放射面を有するとともに前記放射面の反対側の表面に凹部が形成された板状の導体部材と、前記凹部に覆い被さるように前記凹部が形成された前記導体部材の表面に接合されることによって前記凹部を前記キャビティに形成するとともに、前記取付面を有する導電性本体部と、を有し、
    前記第1の中空導波路の一方の端部が前記取付面において開口し、前記第1の中空導波路がその開口から前記取付面に対して垂直な方向に延設されるよう前記導電性本体部の内部に形成され、
    前記第2の中空導波路が前記第1の中空導波路の他方の端部から前記導電性本体部の前記導体部材との接合面に向かって延設されるよう前記導電性本体部の内部に形成され、
    前記第2の中空導波路の前記キャビティに近い方の端部が前記キャビティ内において前記導電性本体部の前記導体部材との接合面に開口する
    請求項1に記載のスロットアレイアンテナ。
  4. 一対の導電性突出部が前記凹部の互いに対向する側面から互いに向かい合う方向に突出する
    請求項3に記載のスロットアレイアンテナ。
  5. 前記一対の導電性突出部が前記導電性本体部に接触する
    請求項4に記載のスロットアレイアンテナ。
  6. 前記導電性本体部が、前記放射面の反対側の前記導体部材の表面に接合される第2の導体部材と、前記第2の導体部材に関して前記導体部材の反対側において前記第2の導体部材に接合される第3の導体部材と、を有し、
    一対の溝が前記第2の導体部材と前記第3の導体部材のそれぞれの接合面に凹設され、
    前記一対の溝の各々が互いに向き合った状態で前記第2の導体部材と前記第3の導体部材が接合されることによって前記一対の溝が前記第1の中空導波路となる
    請求項3から5の何れか一項に記載のスロットアレイアンテナ。
  7. 前記一対の溝の各々が断面矩形状であり、前記一対の溝の各々の幅が互いに等しく、前記一対の溝の各々の深さが互いに等しく、前記一対の各々の溝の深さは前記一対の溝の各々の幅の2分の1よりも大きい
    請求項6に記載のスロットアレイアンテナ。
  8. 前記第2の中空導波路が前記一対の溝のうち前記第2の導体部材の前記接合面に形成された溝の底から前記第2の導体部材と前記導体部材との接合面まで貫通している
    請求項6又は7に記載のスロットアレイアンテナ。
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