JP3848866B2 - アンテナ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば通信やレーダに用いられるアンテナ装置であって、特に直交する偏波を送受信するアンテナ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１１は例えば特開平５−４８３２３号公報に示された従来のアンテナ装置の斜視図である。図１２は従来のアンテナ装置の正面図である。図１２ではアレー時の構成がわかるよう、放射導波管の数を増やして示している。図１１及び図１２において、１は第１の放射導波管５の幅広側面に設けられた第１の放射スロットである。第１の放射スロット１から放射される放射電波は、第１の放射導波管５の管軸と平行な偏波面を有している。２は第２の放射導波管６の幅広側面に設けられた第２の放射スロットで、第１の放射スロット１とは直交する偏波を放射する。
【０００３】
３は第１の放射スロット１が存在する第１の放射導波管５とそれに電波を送り込む第１の給電導波管７との間に形成された第１の給電スロット、４は第２の放射スロット２が存在する第２の放射導波管６とそれに電波を送り込む第２の給電導波管８との間に形成された第２の給電スロットである。
【０００４】
５は第１の放射スロット１が形成された第１の放射導波管、６は第２の放射スロット２が形成された第１の放射導波管である。７は第１の放射導波管５に電波を送り込む第１の給電導波管、８は第２の放射導波管６に電波を送り込む第２の給電導波管である。９は導波管５，６の管軸である。ｄ1は１つ置きに設けられた第１の放射導波管５の間隔または１つ置きに設けられた第２の放射導波管６の間隔、ｄ2は隣接する第１の放射導波管５と第２の放射導波管６との間隔、ｄ3は２つの第１の放射スロット１の間隔または２つの第２の放射スロット２の間隔である。１３は第１の給電導波管７から第１の放射スロット１までの電波の経路、１４は第２の給電導波管８から第２の放射スロット２までの電波の経路である。
【０００５】
次に動作について説明する。電波の経路１３に示すように第１の給電導波管７を伝搬する電波の一部は第１の給電スロット３を通じて第１の放射導波管５に進行する。残りの電波は第１の給電導波管７を直進し、さらに先にある第１の給電スロット３から第１の放射導波管５に進行する。進行した電波は第１の放射導波管５内を伝搬し、これに複数存在する第１の放射スロット１を励振する。第１の放射スロット１は管軸９に平行な向きの電流を切断する向きに配置してあるので、管軸９に平行な偏波面を有する電波を空中に放射する。
【０００６】
一方、電波の経路１４に示すように第２の給電導波管８を伝搬する電波も同様に第２の給電スロット４、第２の放射導波管６を介して第２の放射スロット２から放射される。第２の放射スロット２は管軸９に垂直な向きの電流を切断するよう、管軸９からずれた位置に、管軸９に平行に配置されているため、第１の放射スロット１とは直交する偏波面を有する電波を空中に放射する。以上の動作により、従来例のアンテナは、偏波面が直交する２種の電波を送信することができる。また、アンテナの可逆性から偏波面が直交する２種の電波を受信することができる。
【０００７】
アレーアンテナでは、例えば正面方向にビームを形成する場合、全部の第１の放射スロット１を同相で励振する必要があり、第２の放射スロット２も同じである。したがって、第１の放射スロット１及び第２の放射スロット２は、第１の放射導波管５及び第２の放射導波管６上に、導波管の管内波長の間隔で配置する必要がある。
【０００８】
一方、グレーティングローブを抑圧するために、第１の放射スロット１どうし、または第２の放射スロット２どうしの間隔ｄ1，ｄ3を自由空間の１波長以下にしなければならない。導波管の管内波長は一般に自由空間の波長より長くなるので、従来例では第１の放射導波管５及び第２の放射導波管６の内部に図示しない誘電体を充填し、管内波長を短縮してグレーティングローブを抑圧している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来例のアンテナは上述のように導波管の組み合わせで構成されている。そのため、同じように直交偏波を送受信する反射鏡アンテナに比べて、より薄形に構成できるという利点を有する。また、同じように平面形で直交偏波を送受信するアンテナとして、マイクロストリップアンテナとストリップ線路（またはマイクロストリップ線路）を組み合わせたアレーアンテナがあるが、これらは給電損失が大きく、特に周波数が高くなるほど、その傾向が顕著になる。導波管を使用する上述のアンテナは、損失の点でもマイクロストリップアレーアンテナに比べて大きな利点を有する。
【００１０】
しかしながら、従来例のアンテナでは、直交偏波を形成するために、それぞれの偏波に対応する第１の放射導波管５及び第２の放射導波管６を交互に配置しなければならないという欠点があった。すなわち、１偏波のみを扱う同種のアンテナに比べて、放射導波管の数が倍になり、製造コストが増加するという問題があった。さらに、グレーティングローブ抑圧の観点から、放射導波管間隔ｄ2を１／２自由空間波長以下にしなければならない（１偏波のみなら１自由空間波長以下で良い）。このことは、導波管の管幅が小さくなり、製造精度確保を困難にするという問題を発生していた。さらに、導波管間幅が小さくなると、導波管の管内波長はより大きくなるので、これを短縮するために誘電率の大きな誘電体を必要とするが、これは誘電体損失を増加させるという問題を発生していた。
【００１１】
この発明は上述の課題を解決するためになされたもので、直交する偏波を１つの放射導波管から放射させることで、放射導波管の数を減じ、アンテナ装置の製造コストを低減することを目的としている。
【００１２】
また、放射導波管の管幅を大きくすることで製造精度の確保をより容易にすることを目的としている。
【００１３】
また、給電導波管の配置を容易にし、アンテナ開口の大きさを小さくすることを目的としている。
【００１４】
また、周波数が異なる２つの直交偏波を送受信するアンテナ装置を得ることを目的としている。
【００１５】
また放射導波管内の誘電体の誘電率を低くする、または誘電体の体積を小さくすることで、アンテナの損失を低減することを目的としている。
【００１６】
また、直交する２つの円偏波を送受信するアンテナ装置を得ることを目的としている。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るアンテナ装置は、断面矩形を成し第１の幅広側面に複数の放射スロットが形成された方形導波管であって、第１の幅広側面に、導波管の管軸に垂直な第１の放射スロットと、導波管の管軸上に設けられ管軸に平行な第２の放射スロットとが形成され、第１の幅広側面に対向する第２の幅広側面の導波管の管軸上の、第１の幅広側面に形成された第２の放射スロットと対向する位置に、第２の放射スロットを励振するように管軸に平行な給電スロットが形成されている放射導波管を有する。
【００１８】
また、第１の放射スロットと第２の放射スロットの長さが異なる。
【００２１】
また、放射導波管が管軸と直角方向に複数配列されてアレーアンテナを構成している。
【００２２】
また、放射導波管の内部に誘電体が充填されている。
【００２３】
さらに、放射導波管の放射面から所定の距離離れた位置に、直線偏波−円偏波変換板が設けられている。
【００２４】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本発明のアンテナ装置の実施の形態１を示す斜視図である。図２は図１のアンテナ装置において、放射導波管の管軸と平行な偏波面を有する電波の放射を説明する説明図である。図３は図２のものと直交する偏波を放射する場合を説明する説明図である。図１において、１５は放射導波管１７に形成され放射導波管１７の管軸と平行な偏波面を有する電波を放射する第１の放射スロット、１６は同じく放射導波管１７に形成され第１の放射スロット１５とは直交する偏波面を有する電波を放射する第２の放射スロット、１７は第１の放射スロット１５及び第２の放射スロット１６を備えた放射導波管、１８は第２の放射スロット１６を励振する給電スロット、１９は第２の放射スロット１６に電波を送り込む給電導波管、２０は放射導波管１７の管軸である。
【００２５】
図２において、２１は第１の放射スロット１５を励振する場合の電波の経路、図３において、２２は第２の放射スロット１６を励振する場合の電波の経路である。
【００２６】
次に本実施の形態の動作について説明する。図２の電波の経路２１に示すように、放射導波管１７の中を進行した電波は第１の放射スロット１５を励振する。第１の放射スロット１５は放射導波管１７の管軸２０に平行な電流を切断するように配置されているため、管軸２０に平行な偏波面を有する電波を放射する。なお、放射導波管１７に進行する電波は、放射導波管１７の端から図示しない他の導波管等の給電手段で供給されている。
【００２７】
一方、図３の電波の経路２２に示すように、給電導波管１９を伝搬する電波は給電スロット１８を通じて、第２の放射スロット１６を励振する。第２の放射スロット１６は第１の放射スロット１５と直交する偏波を放射する。
【００２８】
第２の放射スロット１６と給電スロット１８は放射導波管１７の管軸２０上に、管軸２０に平行に形成されている。放射導波管１７内を伝搬する電波において、管軸２０上には管軸２０に平行な電流しか流れない。このためこの電流を切断する向きに配置されていない第２の放射スロット１６と給電スロット１８は、放射導波管１７内を伝搬する電波とは結合しない。
【００２９】
一方、給電スロット１８を介して給電導波管１９から放射導波管１７内に進行した電波は、直上にある第２の放射スロット１６を励振するが、上述と同じ理由により放射導波管１７内を伝搬するモードとなり得ず、２つの直交する偏波のアイソレーションは保たれる。
【００３０】
以上のように本発明の実施の形態１に示すアンテナ装置は、偏波面が直交する第１の放射スロット１５及び第２の放射スロット１６を同一の放射導波管１７上に設けた構造であり、２つの直交偏波を送信し、かつ両者のアイソレーションを保つことができる。このため、従来例に比べて放射導波管の数が１／２になり製造コストを低減し得るという効果を有する。
【００３１】
さらに、放射導波管１７の幅が従来例に比べて大きくできるので、製造精度の確保が容易になるという効果を有する。
【００３２】
尚、本実施の形態の放射導波管１７を管軸２０に対して直角方向に複数配列してアレーアンテナを構成することができる。このような構成とすることにより、放射導波管１７の数が減らせる効果がより大きなものとなり、アンテナ装置の製造コストをさらに低減することができる。
【００３３】
実施の形態２．
図４は本発明のアンテナ装置の実施の形態２を示す正面図である。図４において、図１に示した実施の形態１と同一または相当部分には同一符号を付し、その説明を省略する。図４において、２３はクロススロット、２４は放射導波管１７の内部を伝搬する電波を励振する給電スロットである。また、２５は給電スロット２４を通じて、放射導波管１７の内部を伝搬する電波を供給する給電導波管である。なお、本実施の形態と比較して説明を行うために、前述の実施の形態１において、放射導波管１７の端に他の給電導波管を接続した例を図５に示す。図５において、２６は放射導波管１７の内部を伝搬する電波を励振する他の給電導波管、２７は給電する電波の経路である。
【００３４】
次に本実施の形態の動作を説明する。本実施の形態では、実施の形態１と異なり、図１の第１の放射スロット１５及び第１の放射スロット１６の代わりにクロススロット２３を用いている。クロススロット２３は、実施の形態１の第１の放射スロット１５と第２の放射スロット１６とを合わせた動作を行うものであり、放射導波管１７中を伝搬する電波によって管軸２０に垂直な部分が励振され、図１の第１の放射スロット１５と同様の働きをする。
【００３５】
一方、クロススロットの管軸２０に平行な部分は、給電スロット１８によって励振され、図１の第２の放射スロット１６と同様の働きをする。２つの直交する偏波のアイソレーションが保たれるのは、実施の形態１と同じである。
【００３６】
もう１点、本実施の形態が、実施の形態１と異なる点は、放射導波管１７内を伝搬する電波が、給電導波管２５から給電スロット２４を通じて励振されることである。実施の形態１では、この電波は図５に示すように、放射導波管１７の端に接続する給電導波管２６によって、経路２７のように供給される。これは次の理由による。
【００３７】
実施の形態１では、直交する２つの偏波を放射するスロットが、第１の放射スロット１５及び第２の放射スロット１６に分離している。このため放射導波管１７内を伝搬する電波を、図４のように放射導波管１７の背面にある給電導波管２５で給電すると、給電スロット２４が、図５の第１の放射スロット１５の直下に来てしまう。給電スロット１８は、第２の放射スロット１６を直接励振するが、給電スロット２４は、放射導波管１７内に伝搬する電波を励振するのが目的である。給電スロット２４の直上に第１の放射スロット１５が存在すると、この直上にある第１の放射スロット１５のみが強く励振され、他の第１の放射スロット１５の励振が弱くなる等、所望の励振分布を得るのが困難になる。このため、実施の形態１では、放射導波管１７の端に他の給電手段を設けている。
【００３８】
しかしながら、本実施の形態のように、クロススロット２３を用いれば、給電スロット２４の直上に放射スロットを配置せずにすむ。このため、放射導波管１７内を伝搬する電波を、背面の給電導波管２５で供給できる。そして、放射導波管１７の端に給電手段を設けずに済むので、アンテナの開口面積をより小さくできるという効果を得ることができる。もちろん実施の形態１の効果も合わせ持っている。
【００３９】
尚、本実施の形態の放射導波管１７を管軸２０に対して直角方向に複数配列してアレーアンテナを構成することができる。このような構成とすることにより、放射導波管１７の数が減らせる効果がより大きなものとなり、アンテナ装置の製造コストをさらに低減することができる。
【００４０】
実施の形態３．
図６は本発明のアンテナ装置の実施の形態３を示す正面図である。
本実施の形態の動作について説明する。本実施の形態の動作は、基本的に実施の形態１と同様である。ただし、第１の放射スロット１５と第２の放射スロット１６の長さが異なり、それぞれ異なる周波数で動作するようになっている。
【００４１】
したがって、本実施の形態によれば、周波数が異なる２つの直交偏波を送受信できるという効果を有する。もちろん実施の形態１の効果も合わせ持っている。
【００４２】
実施の形態４．
図７は本発明のアンテナ装置の実施の形態４を示す正面図である。
本実施の形態の動作について説明する。本実施の形態の動作は、基本的に実施の形態２と同様である。ただし、クロススロット２３の導波管１７の管軸２０方向の長さと管軸２０に直交する方向の長さが異なるものとされている。そして、２つの直交偏波が、それぞれ異なる周波数で動作するようになっている。
【００４３】
したがって、本実施の形態によれば、周波数が異なる２つの直交偏波を送受信できるという効果を有する。もちろん実施の形態２の効果も合わせ持っている。
【００４４】
実施の形態５．
図８及び図９は本発明のアンテナ装置の実施の形態５を示す部分断面図である。図８は放射導波管内全体に誘電体を充填したもの、図９は放射導波管内の一部に誘電体を充填したものを示す。図８及び図９において、２８は放射導波管１７内に充填された誘電体である。
【００４５】
本実施の形態の動作について説明する。実施の形態１から４で示したアンテナ装置において各放射スロットを同相で励振し、かつグレーティングローブを抑圧する（同一偏波の放射スロット間隔を１自由空間波長以下にする）には、従来例で説明したとおり、放射導波管１７内の波長を短縮しなければならない。そのために、本実施の形態においては放射導波管１７内の全体または一部に誘電体２８を充填する。前述のように、本発明のアンテナ装置は、従来例より放射導波管１７の管幅が広くなるため、自由空間波長に比べた管内波長の増加率は小さくなる。このため、充填する誘電体２８も、誘電率をより低くしたもので済み、また充填する体積も小さくすることができる。
【００４６】
そして、本実施の形態の構成においては、誘電体損失がより小さいアンテナ装置を得るという効果を得ることができる。もちろん実施の形態１から４の効果も合わせ持つものである。
【００４７】
実施の形態６．
図１０は本発明のアンテナ装置の実施の形態６を示す部分断面図である。図１０において、２９は放射導波管１７の放射面から所定の距離離れた位置に設けられた直線偏波−円偏波変換板としてのメアンダラインポラライザである。
【００４８】
次に本実施の形態の動作について説明する。本実施の形態は実施の形態１から５において、放射導波管１７の上部にメアンダラインポラライザ２９を配置している。メアンダラインポラライザ２９に直線偏波を入射すると入射偏波面に応じて円偏波を発生する。入射する直線偏波が直交している場合は、それぞれに対応した２つの直交した円偏波（右旋円偏波と左旋円偏波）を発生する。
【００４９】
このような構成の本実施の形態によれば、直交する２つの円偏波を送受信できるという効果を得ることができる。もちろん実施の形態１から５の効果も合わせ持つものである。
【００５０】
以上の説明では、送信アンテナとして説明をした実施の形態もあったが、アンテナの可逆性から、受信アンテナとして用いても同様の効果を得ることができる。
【００５１】
また、以上の実施の形態では、２つの直交する偏波を送受信するアンテナとして説明したが、一方の偏波を送信専用、他方の偏波を受信専用に用いることもできる。
【００５２】
また、以上の実施の形態では、２つの直交する偏波を送受信するアンテナとして説明したが、両方の偏波を、振幅差や位相差を設けて合成する手段を備えて、円偏波や楕円偏波、任意の偏波面を持つ直線偏波を合成することも可能である。
【００５３】
また、上記では放射導波管内に誘電体を充填する例を示したが、波長の関係から給電導波管内に誘電体を充填してもかまわないことは言うまでもない。
【００５４】
【発明の効果】
この発明に係るアンテナ装置は、断面矩形を成し第１の幅広側面に複数の放射スロットが形成された方形導波管であって、第１の幅広側面に、導波管の管軸に垂直な第１の放射スロットと、導波管の管軸上に設けられ管軸に平行な第２の放射スロットとが形成され、第１の幅広側面に対向する第２の幅広側面の導波管の管軸上の、第１の幅広側面に形成された第２の放射スロットと対向する位置に、第２の放射スロットを励振するように管軸に平行な給電スロットが形成されている放射導波管を有する。そのため、直交する偏波を１つの放射導波管から放射させることで、放射導波管の数を減じ、アンテナ装置の製造コストを低減することができる。また、放射導波管の幅を従来例に比べて大きくすることができ、製造精度の確保を容易なものとすることができる。
【００５５】
また、第１の放射スロットと第２の放射スロットの長さが異なる。そのため、周波数が異なる２つの直交偏波を送受信できる。
【００５６】
また、この発明に係るアンテナ装置は、断面矩形を成し第１の幅広側面に複数の放射スロットが形成された方形導波管であって、第１の幅広側面に、導波管の管軸上に設けられ導波管の管軸方向と管軸に直交する方向に延びるクロススロットが形成され、第１の幅広側面に対向する第２の幅広側面の導波管の管軸上のクロススロットと対向する位置に管軸に平行な給電スロットが形成されている放射導波管を有する。そのため、給電スロットの対向する位置に放射スロットを配置せずにすみ、放射導波管内を伝搬する電波を、背面の給電導波管で供給することができ、放射導波管の端に給電手段を設けずに済むので、アンテナの開口面積をより小さくすることができる
【００５７】
また、クロススロットの導波管の管軸方向の長さと管軸に直交する方向の長さが異なる。そのため、周波数が異なる２つの直交偏波を送受信できる。
【００５８】
また、放射導波管が管軸と直角方向に複数配列されてアレーアンテナを構成している。そのため、放射導波管の数が減らせる効果がより大きなものとなり、アンテナ装置の製造コストをさらに低減することができる。
【００５９】
また、放射導波管の内部に誘電体が充填されている。そのため、誘電体損失がより小さいアンテナ装置とすることができる。
【００６０】
さらに、放射導波管の放射面から所定の距離離れた位置に、直線偏波−円偏波変換板が設けられている。そのため、直交する２つの円偏波を送受信できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のアンテナ装置の実施の形態１を示す斜視図である。
【図２】 図１のアンテナ装置において、放射導波管の管軸と平行な偏波面を有する電波の放射を説明する説明図である。
【図３】 図１のアンテナ装置において、放射導波管の管軸と直交する偏波面を有する電波の放射を説明する説明図である。
【図４】 本発明のアンテナ装置の実施の形態２を示す正面図である。
【図５】 実施の形態１において、放射導波管の端に他の給電導波管を接続した例を示す正面図である。
【図６】 本発明のアンテナ装置の実施の形態３を示す正面図である。
【図７】 本発明のアンテナ装置の実施の形態４を示す正面図である。
【図８】 本発明のアンテナ装置の実施の形態５を示す部分断面図である。
【図９】 本発明のアンテナ装置の実施の形態５を示す部分断面図である。
【図１０】 本発明のアンテナ装置の実施の形態６を示す部分断面図である。
【図１１】 従来のアンテナ装置の斜視図である。
【図１２】 従来のアンテナ装置の正面図である。
【符号の説明】
１５ 第１の放射スロット、１６ 第２の放射スロット、１７ 放射導波管、１８，２４ 給電スロット、２３ クロススロット、２８ 誘電体、２９ メアンダラインポラライザ（直線偏波−円偏波変換板）。
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば通信やレーダに用いられるアンテナ装置であって、特に直交する偏波を送受信するアンテナ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１１は例えば特開平５−４８３２３号公報に示された従来のアンテナ装置の斜視図である。図１２は従来のアンテナ装置の正面図である。図１２ではアレー時の構成がわかるよう、放射導波管の数を増やして示している。図１１及び図１２において、１は第１の放射導波管５の幅広側面に設けられた第１の放射スロットである。第１の放射スロット１から放射される放射電波は、第１の放射導波管５の管軸と平行な偏波面を有している。２は第２の放射導波管６の幅広側面に設けられた第２の放射スロットで、第１の放射スロット１とは直交する偏波を放射する。
【０００３】
３は第１の放射スロット１が存在する第１の放射導波管５とそれに電波を送り込む第１の給電導波管７との間に形成された第１の給電スロット、４は第２の放射スロット２が存在する第２の放射導波管６とそれに電波を送り込む第２の給電導波管８との間に形成された第２の給電スロットである。
【０００４】
５は第１の放射スロット１が形成された第１の放射導波管、６は第２の放射スロット２が形成された第１の放射導波管である。７は第１の放射導波管５に電波を送り込む第１の給電導波管、８は第２の放射導波管６に電波を送り込む第２の給電導波管である。９は導波管５，６の管軸である。ｄ1は１つ置きに設けられた第１の放射導波管５の間隔または１つ置きに設けられた第２の放射導波管６の間隔、ｄ2は隣接する第１の放射導波管５と第２の放射導波管６との間隔、ｄ3は２つの第１の放射スロット１の間隔または２つの第２の放射スロット２の間隔である。１３は第１の給電導波管７から第１の放射スロット１までの電波の経路、１４は第２の給電導波管８から第２の放射スロット２までの電波の経路である。
【０００５】
次に動作について説明する。電波の経路１３に示すように第１の給電導波管７を伝搬する電波の一部は第１の給電スロット３を通じて第１の放射導波管５に進行する。残りの電波は第１の給電導波管７を直進し、さらに先にある第１の給電スロット３から第１の放射導波管５に進行する。進行した電波は第１の放射導波管５内を伝搬し、これに複数存在する第１の放射スロット１を励振する。第１の放射スロット１は管軸９に平行な向きの電流を切断する向きに配置してあるので、管軸９に平行な偏波面を有する電波を空中に放射する。
【０００６】
一方、電波の経路１４に示すように第２の給電導波管８を伝搬する電波も同様に第２の給電スロット４、第２の放射導波管６を介して第２の放射スロット２から放射される。第２の放射スロット２は管軸９に垂直な向きの電流を切断するよう、管軸９からずれた位置に、管軸９に平行に配置されているため、第１の放射スロット１とは直交する偏波面を有する電波を空中に放射する。以上の動作により、従来例のアンテナは、偏波面が直交する２種の電波を送信することができる。また、アンテナの可逆性から偏波面が直交する２種の電波を受信することができる。
【０００７】
アレーアンテナでは、例えば正面方向にビームを形成する場合、全部の第１の放射スロット１を同相で励振する必要があり、第２の放射スロット２も同じである。したがって、第１の放射スロット１及び第２の放射スロット２は、第１の放射導波管５及び第２の放射導波管６上に、導波管の管内波長の間隔で配置する必要がある。
【０００８】
一方、グレーティングローブを抑圧するために、第１の放射スロット１どうし、または第２の放射スロット２どうしの間隔ｄ1，ｄ3を自由空間の１波長以下にしなければならない。導波管の管内波長は一般に自由空間の波長より長くなるので、従来例では第１の放射導波管５及び第２の放射導波管６の内部に図示しない誘電体を充填し、管内波長を短縮してグレーティングローブを抑圧している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来例のアンテナは上述のように導波管の組み合わせで構成されている。そのため、同じように直交偏波を送受信する反射鏡アンテナに比べて、より薄形に構成できるという利点を有する。また、同じように平面形で直交偏波を送受信するアンテナとして、マイクロストリップアンテナとストリップ線路（またはマイクロストリップ線路）を組み合わせたアレーアンテナがあるが、これらは給電損失が大きく、特に周波数が高くなるほど、その傾向が顕著になる。導波管を使用する上述のアンテナは、損失の点でもマイクロストリップアレーアンテナに比べて大きな利点を有する。
【００１０】
しかしながら、従来例のアンテナでは、直交偏波を形成するために、それぞれの偏波に対応する第１の放射導波管５及び第２の放射導波管６を交互に配置しなければならないという欠点があった。すなわち、１偏波のみを扱う同種のアンテナに比べて、放射導波管の数が倍になり、製造コストが増加するという問題があった。さらに、グレーティングローブ抑圧の観点から、放射導波管間隔ｄ2を１／２自由空間波長以下にしなければならない（１偏波のみなら１自由空間波長以下で良い）。このことは、導波管の管幅が小さくなり、製造精度確保を困難にするという問題を発生していた。さらに、導波管間幅が小さくなると、導波管の管内波長はより大きくなるので、これを短縮するために誘電率の大きな誘電体を必要とするが、これは誘電体損失を増加させるという問題を発生していた。
【００１１】
この発明は上述の課題を解決するためになされたもので、直交する偏波を１つの放射導波管から放射させることで、放射導波管の数を減じ、アンテナ装置の製造コストを低減することを目的としている。
【００１２】
また、放射導波管の管幅を大きくすることで製造精度の確保をより容易にすることを目的としている。
【００１３】
また、給電導波管の配置を容易にし、アンテナ開口の大きさを小さくすることを目的としている。
【００１４】
また、周波数が異なる２つの直交偏波を送受信するアンテナ装置を得ることを目的としている。
【００１５】
また放射導波管内の誘電体の誘電率を低くする、または誘電体の体積を小さくすることで、アンテナの損失を低減することを目的としている。
【００１６】
また、直交する２つの円偏波を送受信するアンテナ装置を得ることを目的としている。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るアンテナ装置は、断面矩形を成し第１の幅広側面に複数の放射スロットが形成された方形導波管であって、第１の幅広側面に、導波管の管軸に垂直な第１の放射スロットと、導波管の管軸上に設けられ管軸に平行な第２の放射スロットとが形成され、第１の幅広側面に対向する第２の幅広側面の導波管の管軸上の、第１の幅広側面に形成された第２の放射スロットと対向する位置に、第２の放射スロットを励振するように管軸に平行な給電スロットが形成されている放射導波管を有する。
【００１８】
また、第１の放射スロットと第２の放射スロットの長さが異なる。
【００２１】
また、放射導波管が管軸と直角方向に複数配列されてアレーアンテナを構成している。
【００２２】
また、放射導波管の内部に誘電体が充填されている。
【００２３】
さらに、放射導波管の放射面から所定の距離離れた位置に、直線偏波−円偏波変換板が設けられている。
【００２４】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本発明のアンテナ装置の実施の形態１を示す斜視図である。図２は図１のアンテナ装置において、放射導波管の管軸と平行な偏波面を有する電波の放射を説明する説明図である。図３は図２のものと直交する偏波を放射する場合を説明する説明図である。図１において、１５は放射導波管１７に形成され放射導波管１７の管軸と平行な偏波面を有する電波を放射する第１の放射スロット、１６は同じく放射導波管１７に形成され第１の放射スロット１５とは直交する偏波面を有する電波を放射する第２の放射スロット、１７は第１の放射スロット１５及び第２の放射スロット１６を備えた放射導波管、１８は第２の放射スロット１６を励振する給電スロット、１９は第２の放射スロット１６に電波を送り込む給電導波管、２０は放射導波管１７の管軸である。
【００２５】
図２において、２１は第１の放射スロット１５を励振する場合の電波の経路、図３において、２２は第２の放射スロット１６を励振する場合の電波の経路である。
【００２６】
次に本実施の形態の動作について説明する。図２の電波の経路２１に示すように、放射導波管１７の中を進行した電波は第１の放射スロット１５を励振する。第１の放射スロット１５は放射導波管１７の管軸２０に平行な電流を切断するように配置されているため、管軸２０に平行な偏波面を有する電波を放射する。なお、放射導波管１７に進行する電波は、放射導波管１７の端から図示しない他の導波管等の給電手段で供給されている。
【００２７】
一方、図３の電波の経路２２に示すように、給電導波管１９を伝搬する電波は給電スロット１８を通じて、第２の放射スロット１６を励振する。第２の放射スロット１６は第１の放射スロット１５と直交する偏波を放射する。
【００２８】
第２の放射スロット１６と給電スロット１８は放射導波管１７の管軸２０上に、管軸２０に平行に形成されている。放射導波管１７内を伝搬する電波において、管軸２０上には管軸２０に平行な電流しか流れない。このためこの電流を切断する向きに配置されていない第２の放射スロット１６と給電スロット１８は、放射導波管１７内を伝搬する電波とは結合しない。
【００２９】
一方、給電スロット１８を介して給電導波管１９から放射導波管１７内に進行した電波は、直上にある第２の放射スロット１６を励振するが、上述と同じ理由により放射導波管１７内を伝搬するモードとなり得ず、２つの直交する偏波のアイソレーションは保たれる。
【００３０】
以上のように本発明の実施の形態１に示すアンテナ装置は、偏波面が直交する第１の放射スロット１５及び第２の放射スロット１６を同一の放射導波管１７上に設けた構造であり、２つの直交偏波を送信し、かつ両者のアイソレーションを保つことができる。このため、従来例に比べて放射導波管の数が１／２になり製造コストを低減し得るという効果を有する。
【００３１】
さらに、放射導波管１７の幅が従来例に比べて大きくできるので、製造精度の確保が容易になるという効果を有する。
【００３２】
尚、本実施の形態の放射導波管１７を管軸２０に対して直角方向に複数配列してアレーアンテナを構成することができる。このような構成とすることにより、放射導波管１７の数が減らせる効果がより大きなものとなり、アンテナ装置の製造コストをさらに低減することができる。
【００３３】
実施の形態２．
図４は本発明のアンテナ装置の実施の形態２を示す正面図である。図４において、図１に示した実施の形態１と同一または相当部分には同一符号を付し、その説明を省略する。図４において、２３はクロススロット、２４は放射導波管１７の内部を伝搬する電波を励振する給電スロットである。また、２５は給電スロット２４を通じて、放射導波管１７の内部を伝搬する電波を供給する給電導波管である。なお、本実施の形態と比較して説明を行うために、前述の実施の形態１において、放射導波管１７の端に他の給電導波管を接続した例を図５に示す。図５において、２６は放射導波管１７の内部を伝搬する電波を励振する他の給電導波管、２７は給電する電波の経路である。
【００３４】
次に本実施の形態の動作を説明する。本実施の形態では、実施の形態１と異なり、図１の第１の放射スロット１５及び第１の放射スロット１６の代わりにクロススロット２３を用いている。クロススロット２３は、実施の形態１の第１の放射スロット１５と第２の放射スロット１６とを合わせた動作を行うものであり、放射導波管１７中を伝搬する電波によって管軸２０に垂直な部分が励振され、図１の第１の放射スロット１５と同様の働きをする。
【００３５】
一方、クロススロットの管軸２０に平行な部分は、給電スロット１８によって励振され、図１の第２の放射スロット１６と同様の働きをする。２つの直交する偏波のアイソレーションが保たれるのは、実施の形態１と同じである。
【００３６】
もう１点、本実施の形態が、実施の形態１と異なる点は、放射導波管１７内を伝搬する電波が、給電導波管２５から給電スロット２４を通じて励振されることである。実施の形態１では、この電波は図５に示すように、放射導波管１７の端に接続する給電導波管２６によって、経路２７のように供給される。これは次の理由による。
【００３７】
実施の形態１では、直交する２つの偏波を放射するスロットが、第１の放射スロット１５及び第２の放射スロット１６に分離している。このため放射導波管１７内を伝搬する電波を、図４のように放射導波管１７の背面にある給電導波管２５で給電すると、給電スロット２４が、図５の第１の放射スロット１５の直下に来てしまう。給電スロット１８は、第２の放射スロット１６を直接励振するが、給電スロット２４は、放射導波管１７内に伝搬する電波を励振するのが目的である。給電スロット２４の直上に第１の放射スロット１５が存在すると、この直上にある第１の放射スロット１５のみが強く励振され、他の第１の放射スロット１５の励振が弱くなる等、所望の励振分布を得るのが困難になる。このため、実施の形態１では、放射導波管１７の端に他の給電手段を設けている。
【００３８】
しかしながら、本実施の形態のように、クロススロット２３を用いれば、給電スロット２４の直上に放射スロットを配置せずにすむ。このため、放射導波管１７内を伝搬する電波を、背面の給電導波管２５で供給できる。そして、放射導波管１７の端に給電手段を設けずに済むので、アンテナの開口面積をより小さくできるという効果を得ることができる。もちろん実施の形態１の効果も合わせ持っている。
【００３９】
尚、本実施の形態の放射導波管１７を管軸２０に対して直角方向に複数配列してアレーアンテナを構成することができる。このような構成とすることにより、放射導波管１７の数が減らせる効果がより大きなものとなり、アンテナ装置の製造コストをさらに低減することができる。
【００４０】
実施の形態３．
図６は本発明のアンテナ装置の実施の形態３を示す正面図である。
本実施の形態の動作について説明する。本実施の形態の動作は、基本的に実施の形態１と同様である。ただし、第１の放射スロット１５と第２の放射スロット１６の長さが異なり、それぞれ異なる周波数で動作するようになっている。
【００４１】
したがって、本実施の形態によれば、周波数が異なる２つの直交偏波を送受信できるという効果を有する。もちろん実施の形態１の効果も合わせ持っている。
【００４２】
実施の形態４．
図７は本発明のアンテナ装置の実施の形態４を示す正面図である。
本実施の形態の動作について説明する。本実施の形態の動作は、基本的に実施の形態２と同様である。ただし、クロススロット２３の導波管１７の管軸２０方向の長さと管軸２０に直交する方向の長さが異なるものとされている。そして、２つの直交偏波が、それぞれ異なる周波数で動作するようになっている。
【００４３】
したがって、本実施の形態によれば、周波数が異なる２つの直交偏波を送受信できるという効果を有する。もちろん実施の形態２の効果も合わせ持っている。
【００４４】
実施の形態５．
図８及び図９は本発明のアンテナ装置の実施の形態５を示す部分断面図である。図８は放射導波管内全体に誘電体を充填したもの、図９は放射導波管内の一部に誘電体を充填したものを示す。図８及び図９において、２８は放射導波管１７内に充填された誘電体である。
【００４５】
本実施の形態の動作について説明する。実施の形態１から４で示したアンテナ装置において各放射スロットを同相で励振し、かつグレーティングローブを抑圧する（同一偏波の放射スロット間隔を１自由空間波長以下にする）には、従来例で説明したとおり、放射導波管１７内の波長を短縮しなければならない。そのために、本実施の形態においては放射導波管１７内の全体または一部に誘電体２８を充填する。前述のように、本発明のアンテナ装置は、従来例より放射導波管１７の管幅が広くなるため、自由空間波長に比べた管内波長の増加率は小さくなる。このため、充填する誘電体２８も、誘電率をより低くしたもので済み、また充填する体積も小さくすることができる。
【００４６】
そして、本実施の形態の構成においては、誘電体損失がより小さいアンテナ装置を得るという効果を得ることができる。もちろん実施の形態１から４の効果も合わせ持つものである。
【００４７】
実施の形態６．
図１０は本発明のアンテナ装置の実施の形態６を示す部分断面図である。図１０において、２９は放射導波管１７の放射面から所定の距離離れた位置に設けられた直線偏波−円偏波変換板としてのメアンダラインポラライザである。
【００４８】
次に本実施の形態の動作について説明する。本実施の形態は実施の形態１から５において、放射導波管１７の上部にメアンダラインポラライザ２９を配置している。メアンダラインポラライザ２９に直線偏波を入射すると入射偏波面に応じて円偏波を発生する。入射する直線偏波が直交している場合は、それぞれに対応した２つの直交した円偏波（右旋円偏波と左旋円偏波）を発生する。
【００４９】
このような構成の本実施の形態によれば、直交する２つの円偏波を送受信できるという効果を得ることができる。もちろん実施の形態１から５の効果も合わせ持つものである。
【００５０】
以上の説明では、送信アンテナとして説明をした実施の形態もあったが、アンテナの可逆性から、受信アンテナとして用いても同様の効果を得ることができる。
【００５１】
また、以上の実施の形態では、２つの直交する偏波を送受信するアンテナとして説明したが、一方の偏波を送信専用、他方の偏波を受信専用に用いることもできる。
【００５２】
また、以上の実施の形態では、２つの直交する偏波を送受信するアンテナとして説明したが、両方の偏波を、振幅差や位相差を設けて合成する手段を備えて、円偏波や楕円偏波、任意の偏波面を持つ直線偏波を合成することも可能である。
【００５３】
また、上記では放射導波管内に誘電体を充填する例を示したが、波長の関係から給電導波管内に誘電体を充填してもかまわないことは言うまでもない。
【００５４】
【発明の効果】
この発明に係るアンテナ装置は、断面矩形を成し第１の幅広側面に複数の放射スロットが形成された方形導波管であって、第１の幅広側面に、導波管の管軸に垂直な第１の放射スロットと、導波管の管軸上に設けられ管軸に平行な第２の放射スロットとが形成され、第１の幅広側面に対向する第２の幅広側面の導波管の管軸上の、第１の幅広側面に形成された第２の放射スロットと対向する位置に、第２の放射スロットを励振するように管軸に平行な給電スロットが形成されている放射導波管を有する。そのため、直交する偏波を１つの放射導波管から放射させることで、放射導波管の数を減じ、アンテナ装置の製造コストを低減することができる。また、放射導波管の幅を従来例に比べて大きくすることができ、製造精度の確保を容易なものとすることができる。
【００５５】
また、第１の放射スロットと第２の放射スロットの長さが異なる。そのため、周波数が異なる２つの直交偏波を送受信できる。
【００５６】
また、この発明に係るアンテナ装置は、断面矩形を成し第１の幅広側面に複数の放射スロットが形成された方形導波管であって、第１の幅広側面に、導波管の管軸上に設けられ導波管の管軸方向と管軸に直交する方向に延びるクロススロットが形成され、第１の幅広側面に対向する第２の幅広側面の導波管の管軸上のクロススロットと対向する位置に管軸に平行な給電スロットが形成されている放射導波管を有する。そのため、給電スロットの対向する位置に放射スロットを配置せずにすみ、放射導波管内を伝搬する電波を、背面の給電導波管で供給することができ、放射導波管の端に給電手段を設けずに済むので、アンテナの開口面積をより小さくすることができる
【００５７】
また、クロススロットの導波管の管軸方向の長さと管軸に直交する方向の長さが異なる。そのため、周波数が異なる２つの直交偏波を送受信できる。
【００５８】
また、放射導波管が管軸と直角方向に複数配列されてアレーアンテナを構成している。そのため、放射導波管の数が減らせる効果がより大きなものとなり、アンテナ装置の製造コストをさらに低減することができる。
【００５９】
また、放射導波管の内部に誘電体が充填されている。そのため、誘電体損失がより小さいアンテナ装置とすることができる。
【００６０】
さらに、放射導波管の放射面から所定の距離離れた位置に、直線偏波−円偏波変換板が設けられている。そのため、直交する２つの円偏波を送受信できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のアンテナ装置の実施の形態１を示す斜視図である。
【図２】 図１のアンテナ装置において、放射導波管の管軸と平行な偏波面を有する電波の放射を説明する説明図である。
【図３】 図１のアンテナ装置において、放射導波管の管軸と直交する偏波面を有する電波の放射を説明する説明図である。
【図４】 本発明のアンテナ装置の実施の形態２を示す正面図である。
【図５】 実施の形態１において、放射導波管の端に他の給電導波管を接続した例を示す正面図である。
【図６】 本発明のアンテナ装置の実施の形態３を示す正面図である。
【図７】 本発明のアンテナ装置の実施の形態４を示す正面図である。
【図８】 本発明のアンテナ装置の実施の形態５を示す部分断面図である。
【図９】 本発明のアンテナ装置の実施の形態５を示す部分断面図である。
【図１０】 本発明のアンテナ装置の実施の形態６を示す部分断面図である。
【図１１】 従来のアンテナ装置の斜視図である。
【図１２】 従来のアンテナ装置の正面図である。
【符号の説明】
１５ 第１の放射スロット、１６ 第２の放射スロット、１７ 放射導波管、１８，２４ 給電スロット、２３ クロススロット、２８ 誘電体、２９ メアンダラインポラライザ（直線偏波−円偏波変換板）。
Claims (5)
- 断面矩形を成し第１の幅広側面に複数の放射スロットが形成された方形導波管であって、前記第１の幅広側面に、導波管の管軸に垂直な第１の放射スロットと、導波管の管軸上に設けられ前記管軸に平行な第２の放射スロットとが形成され、前記第１の幅広側面に対向する第２の幅広側面の導波管の管軸上の、前記第１の幅広側面に形成された前記第２の放射スロットと対向する位置に、前記第２の放射スロットを励振するように前記管軸に平行な給電スロットが形成されている放射導波管を有する
ことを特徴とするアンテナ装置。 - 前記第１の放射スロットと前記第２の放射スロットの長さが異なる
ことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。 - 前記放射導波管が管軸と直角方向に複数配列されてアレーアンテナを構成している
ことを特徴とする請求項１または２に記載のアンテナ装置。 - 前記放射導波管の内部に誘電体が充填されている
ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のアンテナ装置。 - 前記放射導波管の放射面から所定の距離離れた位置に、直線偏波−円偏波変換板が設けられている
ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のアンテナ装置。
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