JP2022032423A

JP2022032423A - 導波管スロットアンテナ

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Publication number: JP2022032423A
Application number: JP2020136169A
Authority: JP
Inventors: 康明小田; Yasuaki Oda; 直敬石村; Naotaka Ishimura
Original assignee: JRC Mobility Inc
Current assignee: JRC Mobility Inc
Priority date: 2020-08-12
Filing date: 2020-08-12
Publication date: 2022-02-25

Abstract

【課題】本開示は、導波管スロットアンテナの指向性を制御するにあたり、導波管スロットアンテナの導波方向と垂直面内の指向性が、グレーティングローブ及びヌル点を意図せず生じさせることをなくすとともに、導波管スロットアンテナが、電源の分配器に起因する損失及び周波数特性を生じさせないことを目的とする。【解決手段】本開示は、導波管２２の広壁面にスロット２３－１、２３－２が形成される導波管スロットアンテナ２であって、単一の導波管２２の導波方向と垂直方向に複数のスロット２３－１、２３－２が配列されることを特徴とする導波管スロットアンテナ２である。具体的には、単一の導波管２２の広壁面の中心軸２４上に１個のスロット２３－１が形成されることを特徴とする導波管スロットアンテナ２である。【選択図】図２

Description

本開示は、導波管スロットアンテナの指向性を制御する技術に関する。

導波管スロットアンテナの指向性を制御する技術が、特許文献１等に開示されている。従来技術の導波管スロットアンテナを図１に示す。導波管スロットアンテナ１は、電源１１及び２本の導波管１２－１、１２－２を備える。各々の導波管１２－１、１２－２の広壁面の各々の中心軸１４－１、１４－２に対して一方側に、各々のスロット１３－１、１３－２が形成される。電源１１の分配器から各々の導波管１２－１、１２－２への給電線路の長さの差分に応じて、各々の導波管１２－１、１２－２の励振位相の差分が制御され、導波管スロットアンテナ１の導波方向と垂直面内のアジマス指向性が制御される。

特開２０１５－２２６１５９号公報

ここで、各々の導波管１２－１、１２－２の広壁面の幅は、基本モードのみを励振させるため、λ／２（λは真空中の使用波長）より広い。すると、各々のスロット１３－１、１３－２の間の間隔は、各々の導波管１２－１、１２－２の狭壁面の厚さを考慮して、λ程度に広がる。よって、導波管スロットアンテナ１の導波方向と垂直面内のアジマス指向性は、グレーティングローブ及びヌル点を意図せず生じさせる。そして、導波管スロットアンテナ１は、電源１１の分配器に起因する損失及び周波数特性を生じさせる。

そこで、前記課題を解決するために、本開示は、導波管スロットアンテナの指向性を制御するにあたり、導波管スロットアンテナの導波方向と垂直面内の指向性が、グレーティングローブ及びヌル点を意図せず生じさせることをなくすとともに、導波管スロットアンテナが、電源の分配器に起因する損失及び周波数特性を生じさせないことを目的とする。

前記課題を解決するために、単一の導波管の導波方向と垂直方向に、複数のスロットが配列されるようにした。よって、各々のスロットの間の間隔は、λ程度（λは真空中の使用波長）に広がらない。そして、導波管スロットアンテナは、電源の分配器を備えない。

具体的には、本開示は、導波管の広壁面にスロットが形成される導波管スロットアンテナであって、単一の前記導波管の導波方向と垂直方向に複数の前記スロットが配列されることを特徴とする導波管スロットアンテナである。

この構成によれば、導波管スロットアンテナの導波方向と垂直面内の指向性が、グレーティングローブ及びヌル点を意図せず生じさせることをなくすとともに、導波管スロットアンテナが、電源の分配器に起因する損失及び周波数特性を生じさせないことができる。

また、本開示は、単一の前記導波管の広壁面の中心軸上に１個の前記スロットが形成されることを特徴とする導波管スロットアンテナである。

この構成によれば、単一の導波管の広壁面の中心軸上の１個のスロットでは、横切る電流は０であるものの、単一の導波管の広壁面の中心軸から外れた残りのスロットでは、横切る電流は有限である。そして、残りのスロットから放射される電界と、残りのスロットと空間結合する１個のスロットから再放射される電界と、が合成される。よって、導波管スロットアンテナの導波方向と垂直面内の指向性が、正面方向に関して非対称性を有し、グレーティングローブ及びヌル点を意図せず生じさせることをなくせる。

また、本開示は、単一の前記導波管の広壁面の中心軸に対して一方側に複数の前記スロットが形成されることを特徴とする導波管スロットアンテナである。

この構成によれば、単一の導波管の広壁面の中心軸に対して一方側の複数のスロットでは、横切る電流は同方向である。そして、各々のスロットから放射される電界と、各々のスロットと空間結合する他のスロットから再放射される電界と、が合成される。よって、導波管スロットアンテナの導波方向と垂直面内の指向性が、正面方向に関して非対称性を有し、グレーティングローブ及びヌル点を意図せず生じさせることをなくせる。

また、本開示は、単一の前記導波管の広壁面の中心軸に対して両方側に複数の前記スロットが形成されることを特徴とする導波管スロットアンテナである。

この構成によれば、単一の導波管の広壁面の中心軸に対して両方側の複数のスロットでは、横切る電流は逆方向である。そして、各々のスロットから放射される電界と、各々のスロットと空間結合する他のスロットから再放射される電界と、が合成される。よって、導波管スロットアンテナの導波方向と垂直面内の指向性が、所定方向においてヌル点を意図して生じさせ、グレーティングローブを意図せず生じさせることをなくせる。

また、本開示は、単一の前記導波管の導波方向に複数の前記スロットが同一の又は異なる長さを有することを特徴とする導波管スロットアンテナである。

この構成によれば、単一の導波管の広壁面上の一のスロットに対する、単一の導波管の広壁面上の他のスロットのコンダクタンス又はサセプタンスが、一の及び他のスロットの長さの差分に応じて調整される。そして、一の及び他のスロットから放射される電界と、一の及び他のスロットと空間結合する他の及び一のスロットから再放射される電界と、が合成される。よって、導波管スロットアンテナの導波方向と垂直面内の指向性が、グレーティングローブ及びヌル点を意図せず生じさせることをなくせる。

また、本開示は、単一の前記導波管の導波方向と垂直方向に配列される複数の前記スロットが、単一の前記導波管の導波方向に単一の前記導波管の管内波長と等しい間隔で配列されることを特徴とする導波管スロットアンテナである。

この構成によれば、上記の課題を解決するための手段に示した複数のスロットのパターンを、単一の導波管の導波方向に単一の導波管の管内波長と等しい間隔で配列することにより、導波管スロットアンテナから放射される電界の強度を高くすることができる。

また、本開示は、単一の前記導波管の導波方向と垂直面内の指向性が正面方向に関して非対称性を有することを特徴とする導波管スロットアンテナである。

この構成によれば、上記の課題を解決するための手段に示したように、導波管スロットアンテナの導波方向と垂直面内の指向性が、正面方向に関して非対称性を有し、グレーティングローブ及びヌル点を意図せず生じさせることをなくせる。

また、本開示は、単一の前記導波管の導波方向と垂直面内の指向性が所定方向においてヌル点を有することを特徴とする導波管スロットアンテナである。

この構成によれば、上記の課題を解決するための手段に示したように、導波管スロットアンテナの導波方向と垂直面内の指向性が、所定方向においてヌル点を意図して生じさせ、グレーティングローブを意図せず生じさせることをなくせる。

このように、本開示は、導波管スロットアンテナの指向性を制御するにあたり、導波管スロットアンテナの導波方向と垂直面内の指向性が、グレーティングローブ及びヌル点を意図せず生じさせることをなくすとともに、導波管スロットアンテナが、電源の分配器に起因する損失及び周波数特性を生じさせないことができる。

従来技術の導波管スロットアンテナを示す図である。本開示の第１の導波管スロットアンテナを示す図である。本開示の第２の導波管スロットアンテナを示す図である。本開示の第３の導波管スロットアンテナを示す図である。本開示の第４の導波管スロットアンテナを示す図である。本開示の第５の導波管スロットアンテナを示す図である。

添付の図面を参照して本開示の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本開示の実施の例であり、本開示は以下の実施形態に制限されるものではない。

本開示の第１の導波管スロットアンテナを図２に示す。導波管スロットアンテナ２は、電源２１及び単一の導波管２２を備える。ここで、単一の導波管２２の導波方向と垂直方向に、２個のスロット２３－１、２３－２が配列される。そして、単一の導波管２２の広壁面の中心軸２４上に、１個のスロット２３－１が形成される。さらに、単一の導波管２２の広壁面の中心軸２４に対して一方側に、１個のスロット２３－２が形成される。

スロット２３－２は、単一の導波管２２の広壁面の中心軸２４から、０．２６λ（λは真空中の使用波長）だけ離れた位置に形成される。スロット２３－１、２３－２は、それぞれ、単一の導波管２２の導波方向に、０．４９λ、０．４９λの長さを有する。つまり、スロット２３－１、２３－２の間の間隔は、λ程度に広がらずλ／４程度となる。そして、導波管スロットアンテナ２は、電源２１の分配器を備えない。

すると、スロット２３－１では、横切る電流は０であるものの、スロット２３－２では、横切る電流Ｉ_２は有限である。そして、スロット２３－２から放射される電界と、スロット２３－２と空間結合するスロット２３－１から再放射される電界と、が合成される。

よって、図２の第２段に示したように、導波管スロットアンテナ２の導波方向と垂直面内のアジマス指向性が、正面方向に関してビームチルトを有し、グレーティングローブ及びヌル点を意図せず生じさせることをなくせる。そして、導波管スロットアンテナ２が、電源２１の分配器に起因する損失及び周波数特性を生じさせないことができる。

本開示の第２の導波管スロットアンテナを図３に示す。導波管スロットアンテナ３は、不図示の電源及び単一の導波管３１を備える。図３の第１段では、図２の第１段と比べて、単一の導波管３１、スロット３２－１、３２－２及び中心軸３３は、それぞれ、単一の導波管２２、スロット２３－１、２３－２及び中心軸２４に対応する。

図３の第２段では、図３の第１段と同様に、単一の導波管３１の導波方向と垂直方向に、２個のスロット３２－１、３２－２が配列される。ただし、単一の導波管３１の広壁面の中心軸３３に対して一方側に、２個のスロット３２－１、３２－２が形成される。

スロット３２－１は、単一の導波管３１の広壁面の中心軸３３から、０．０５λ（λは真空中の使用波長）だけ離れた位置に形成される。スロット３２－２は、単一の導波管３１の広壁面の中心軸３３から、０．２６λだけ離れた位置に形成される。スロット３２－１、３２－２は、それぞれ、単一の導波管３１の導波方向に、０．４９λ、０．４９λの長さを有する。つまり、スロット３２－１、３２－２の間の間隔は、λ程度に広がらずλ／４程度となる。そして、導波管スロットアンテナ３は、電源の分配器を備えない。

すると、スロット３２－１、３２－２では、横切る電流Ｉ_１、Ｉ_２は同方向である。そして、スロット３２－１、３２－２から放射される電界と、スロット３２－１、３２－２と空間結合するスロット３２－２、３２－１から再放射される電界と、が合成される。

よって、図３の第４段に示したように、導波管スロットアンテナ３の導波方向と垂直面内のアジマス指向性が、正面方向に関してビームチルトを有し、グレーティングローブ及びヌル点を意図せず生じさせることをなくせる。そして、導波管スロットアンテナ３が、電源の分配器に起因する損失及び周波数特性を生じさせないことができる。

図３の第３段では、図３の第１段と同様に、単一の導波管３１の導波方向と垂直方向に、２個のスロット３２－１、３２－２が配列される。ただし、単一の導波管３１の広壁面の中心軸３３に対して両方側に、２個のスロット３２－１、３２－２が形成される。

すると、スロット３２－１、３２－２では、横切る電流Ｉ_１、Ｉ_２は逆方向である。そして、スロット３２－１、３２－２から放射される電界と、スロット３２－１、３２－２と空間結合するスロット３２－２、３２－１から再放射される電界と、が合成される。

よって、図３の第４段に示したように、導波管スロットアンテナ３の導波方向と垂直面内のアジマス指向性が、所定方向においてヌル点を意図して生じさせ、グレーティングローブを意図せず生じさせることをなくせる。そして、導波管スロットアンテナ３が、電源の分配器に起因する損失及び周波数特性を生じさせないことができる。

本開示の第３の導波管スロットアンテナを図４に示す。導波管スロットアンテナ４は、不図示の電源及び単一の導波管４１を備える。図４の第１段では、図２の第１段と比べて、単一の導波管４１、スロット４２－１、４２－２及び中心軸４３は、それぞれ、単一の導波管２２、スロット２３－１、２３－２及び中心軸２４に対応する。

図４の第２段では、図４の第１段と同様に、単一の導波管４１の導波方向と垂直方向に、２個のスロット４２－１、４２－２が配列される。そして、単一の導波管４１の広壁面の中心軸４３上に、１個のスロット４２－１が形成される。さらに、単一の導波管４１の広壁面の中心軸４３に対して一方側に、１個のスロット４２－２が形成される。

スロット４２－２は、単一の導波管４１の広壁面の中心軸４３から、０．２６λ（λは真空中の使用波長）だけ離れた位置に形成される。スロット４２－１、４２－２は、それぞれ、単一の導波管４１の導波方向に、０．５１λ、０．４９λの長さを有する。つまり、スロット４２－１、４２－２の間の間隔は、λ程度に広がらずλ／４程度となる。そして、導波管スロットアンテナ４は、電源の分配器を備えない。

すると、スロット４２－１では、横切る電流は０であるものの、スロット４２－２では、横切る電流Ｉ_２は有限である。そして、スロット４２－１に対する、スロット４２－２のコンダクタンス又はサセプタンスが、スロット４２－１、４２－２の長さの差分０．０２λに応じて調整される。そして、スロット４２－２から放射される電界と、スロット４２－２と空間結合するスロット４２－１から再放射される電界と、が合成される。

よって、図４の第４段に示したように、導波管スロットアンテナ４の導波方向と垂直面内のアジマス指向性が、正面方向に関してビームチルトを有するとともに、図４の第１段と比べて、ビームチルトの度合を小さくできる。そして、導波管スロットアンテナ４が、電源の分配器に起因する損失及び周波数特性を生じさせないことができる。

図４の第３段では、図４の第２段と同様に、単一の導波管４１の導波方向と垂直方向に、２個のスロット４２－１、４２－２が配列される。そして、単一の導波管４１の広壁面の中心軸４３上に、１個のスロット４２－１が形成される。さらに、単一の導波管４１の広壁面の中心軸４３に対して一方側に、１個のスロット４２－２が形成される。

スロット４２－２は、単一の導波管４１の広壁面の中心軸４３から、０．２６λ（λは真空中の使用波長）だけ離れた位置に形成される。スロット４２－１、４２－２は、それぞれ、単一の導波管４１の導波方向に、０．５４λ、０．４９λの長さを有する。つまり、スロット４２－１、４２－２の間の間隔は、λ程度に広がらずλ／４程度となる。そして、導波管スロットアンテナ４は、電源の分配器を備えない。

すると、スロット４２－１では、横切る電流は０であるものの、スロット４２－２では、横切る電流Ｉ_２は有限である。そして、スロット４２－１に対する、スロット４２－２のコンダクタンス又はサセプタンスが、スロット４２－１、４２－２の長さの差分０．０５λに応じて調整される。そして、スロット４２－２から放射される電界と、スロット４２－２と空間結合するスロット４２－１から再放射される電界と、が合成される。

よって、図４の第４段に示したように、導波管スロットアンテナ４の導波方向と垂直面内のアジマス指向性が、正面方向に関してビームチルトを有するとともに、図４の第２段と比べて、ビームチルトの度合を小さくできる。そして、導波管スロットアンテナ４が、電源の分配器に起因する損失及び周波数特性を生じさせないことができる。

図４の実施形態では、図２の第１段及び図３の第１段に示した導波管スロットアンテナ２、３において、２個のスロットが同一の又は異なる長さを有するようにしている。図４の変形例として、図３の第２、３段に示した導波管スロットアンテナ３において、２個のスロットが同一の又は異なる長さを有するようにしてもよい。

本開示の第４の導波管スロットアンテナを図５に示す。導波管スロットアンテナ５は、不図示の電源及び単一の導波管５１を備える。単一の導波管５１の導波方向と垂直方向に、３個（一般に複数）のスロット５２－１、５２－２、５２－３が配列される。

図５の第１段では、単一の導波管５１の広壁面の中心軸５３上に、１個のスロット５２－１が形成される。そして、単一の導波管５１の広壁面の中心軸５３に対して一方側に、２個のスロット５２－２、５２－３が形成される。すると、スロット５２－１では、横切る電流は０であるものの、スロット５２－２、５２－３では、横切る電流Ｉ_２、Ｉ_３は同方向である。そして、スロット５２－２、５２－３から放射される電界と、スロット５２－２、５２－３と空間結合するスロットから再放射される電界と、が合成される。

図５の第２段では、単一の導波管５１の広壁面の中心軸５３上に、１個のスロット５２－２が形成される。そして、単一の導波管５１の広壁面の中心軸５３に対して両方側に、２個のスロット５２－１、５２－３が形成される。すると、スロット５２－２では、横切る電流は０であるものの、スロット５２－１、５２－３では、横切る電流Ｉ_１、Ｉ_３は逆方向である。そして、スロット５２－１、５２－３から放射される電界と、スロット５２－１、５２－３と空間結合するスロットから再放射される電界と、が合成される。

図５の第３段では、単一の導波管５１の広壁面の中心軸５３に対して一方側に、３個のスロット５２－１、５２－２、５２－３が形成される。すると、スロット５２－１、５２－２、５２－３では、横切る電流Ｉ_１、Ｉ_２、Ｉ_３は全て同方向である。そして、スロット５２－１、５２－２、５２－３から放射される電界と、スロット５２－１、５２－２、５２－３と空間結合するスロットから再放射される電界と、が合成される。

図５の第４段では、単一の導波管５１の広壁面の中心軸５３に対して両方側に、３個のスロット５２－１、５２－２、５２－３が形成される。すると、スロット５２－１、５２－２、５２－３では、横切る電流Ｉ_１、Ｉ_２、Ｉ_３は一部逆方向である。そして、スロット５２－１、５２－２、５２－３から放射される電界と、スロット５２－１、５２－２、５２－３と空間結合するスロットから再放射される電界と、が合成される。

このように、導波管スロットアンテナ５の導波方向と垂直面内の指向性が、グレーティングローブ及びヌル点を意図せず生じさせることをなくすとともに、導波管スロットアンテナ５が、電源の分配器に起因する損失及び周波数特性を生じさせないことができる。

図５の変形例として、図５の第１～４段に示した導波管スロットアンテナ５において、３個（一般に複数）のスロットが同一の又は異なる長さを有するようにしてもよい。

本開示の第５の導波管スロットアンテナを図６に示す。導波管スロットアンテナ６は、不図示の電源及び単一の導波管６１を備え、単一の導波管６１の導波方向と垂直方向のみならず、単一の導波管６１の導波方向においても、複数のスロットを配列される。

まず、単一の導波管６１の広壁面の中心軸６３上に、１個のスロット６２－１が形成される。そして、単一の導波管６１の広壁面の中心軸６３に対して一方側（図６では、右方側）に、１個のスロット６２－２が形成される。さらに、単一の導波管６１の導波方向と垂直方向に配列される２個のスロット６２－１、６２－２の組み合わせが、単一の導波管６１の導波方向に単一の導波管６１の管内波長λ_ｇと等しい間隔で配列される。

一方、単一の導波管６１の広壁面の中心軸６３上に、１個のスロット６２－４が形成される。そして、単一の導波管６１の広壁面の中心軸６３に対して他方側（図６では、左方側）に、１個のスロット６２－３が形成される。さらに、単一の導波管６１の導波方向と垂直方向に配列される２個のスロット６２－３、６２－４の組み合わせが、単一の導波管６１の導波方向に単一の導波管６１の管内波長λ_ｇと等しい間隔で配列される。

ここで、２個のスロット６２－１、６２－２の組み合わせと、２個のスロット６２－３、６２－４の組み合わせとは、単一の導波管６１の導波方向に単一の導波管６１の管内波長λ_ｇの半分の間隔で隣接して配列される。すると、スロット６２－１、６２－４では、横切る電流は０であるものの、スロット６２－２、６２－３では、横切る電流Ｉ_２、Ｉ_３は同方向である。そして、スロット６２－２、６２－３から放射される電界と、スロット６２－２、６２－３と空間結合するスロットから再放射される電界と、が合成される。

このように、複数のスロット（６２－１、６２－２）、（６２－３、６２－４）のパターンを、単一の導波管６１の導波方向に単一の導波管６１の管内波長λ_ｇと等しい間隔で配列することにより、導波管スロットアンテナ６から放射される電界の強度を高くすることができる。なお、一のスロット（６２－１、６２－２）のパターンのみを配列してもよい。また、他のスロット（６２－３、６２－４）のパターンのみを配列してもよい。

図６の実施形態では、図２の第１段、図３の第１段及び図４の第１～３段に示した導波管スロットアンテナ２、３、４において、単一の導波管２２、３１、４１の導波方向においても、複数のスロットを配列するようにしている。図６の変形例として、図３の第２、３段及び図５の第１～４段に示した導波管スロットアンテナ３、５において、単一の導波管３１、５１の導波方向においても、複数のスロットを配列するようにしてもよい。

本開示の導波管スロットアンテナは、導波方向と垂直面内の指向性が正面方向に関して非対称性を有するときには、チルト方向に存在する物標を検知するレーダ等に適用することができる。本開示の導波管スロットアンテナは、導波方向と垂直面内の指向性が所定方向においてヌル点を有するときには、振幅モノパルス方式（和差ビームの間の強度差分に基づいて物標を検知するにあたり、正面方向にヌル点を有する差ビームを発生させる。）のレーダや、ヌル点方向に存在する物標を検知しないレーダ等に適用することができる。

１、２、３、４、５、６：導波管スロットアンテナ
１１、２１：電源
１２－１、１２－２、２２、３１、４１、５１、６１：導波管
１３－１、１３－２、２３－１、２３－２、３２－１、３２－２、４２－１、４２－２、５２－１、５２－２、５２－３、６２－１、６２－２、６２－３、６２－４：スロット
１４－１、１４－２、２４、３３、４３、５３、６３：中心軸

Claims

導波管の広壁面にスロットが形成される導波管スロットアンテナであって、
単一の前記導波管の導波方向と垂直方向に複数の前記スロットが配列される
ことを特徴とする導波管スロットアンテナ。
単一の前記導波管の広壁面の中心軸上に１個の前記スロットが形成される
ことを特徴とする、請求項１に記載の導波管スロットアンテナ。
単一の前記導波管の広壁面の中心軸に対して一方側に複数の前記スロットが形成される
ことを特徴とする、請求項１に記載の導波管スロットアンテナ。
単一の前記導波管の広壁面の中心軸に対して両方側に複数の前記スロットが形成される
ことを特徴とする、請求項１に記載の導波管スロットアンテナ。
単一の前記導波管の導波方向に複数の前記スロットが同一の又は異なる長さを有する
ことを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の導波管スロットアンテナ。
単一の前記導波管の導波方向と垂直方向に配列される複数の前記スロットが、単一の前記導波管の導波方向に単一の前記導波管の管内波長と等しい間隔で配列される
ことを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載の導波管スロットアンテナ。
単一の前記導波管の導波方向と垂直面内の指向性が正面方向に関して非対称性を有する
ことを特徴とする、請求項１から６のいずれかに記載の導波管スロットアンテナ。
単一の前記導波管の導波方向と垂直面内の指向性が所定方向においてヌル点を有する
ことを特徴とする、請求項１又は４に記載の導波管スロットアンテナ。