JP3941349B2 - Beam scanning antenna - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、無線信号の送信方向もしくは到来波の受信方向を、機械的な駆動装置を用いることなく電気的に変化させることが可能なビーム走査アンテナに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図11は従来のビーム走査アンテナを示す外観図であり、図12は従来のビーム走査アンテナの動作原理を説明する外観図である。これらは特開平8−321710号公報に記載された例である。
【0003】
図11 及び図12において、26は放物線形反射器、27は回動可能なミラー、28は放射器、29は下部板、30は上部板、31は上記下部板29と上記上部板30とで構成される平行平板導波管、32は上記放物線形反射器26の焦点、33は上記平行平板導波管31の内部で上記焦点32の位置に置かれた給電ホーン、34は上記回動可能なミラー27の中央部に配置した回転軸、35は上記回動可能なミラー27の裏面の端部に装着されたボール、36は上記ボール35に接触するように設けられたカム、37は上記放射器28の入力ポート、38は上記放射器28の出力開口、39と40はそれぞれ上記放射器における一方のポート側部と他方のポート側部、41は上記一方のポート側部39から上記他方のポート側部40へと上記上部板30上を横切るように且つ上記平行平板導波管31の管内波長の整数倍の間隔で設けられた複数の矩形開口、42は上記給電ホーン33から放射されて放物線形反射器26に入射するマイクロ波信号の入射光線経路、43は上記放物線反射器26で反射されたマイクロ波信号の反射光線経路、44は反射光線の波面、45は上記回動可能なミラー27で反射された反射光線経路、46は反射光線経路の波面、47は上記矩形開口41からの放射マイクロ波の経路、48は放射マイクロ波の波面である。
【0004】
次に動作について説明する。マイクロ波信号は、給電ホーン33によって誘導され、入射光線経路42を経て、放物線形反射器26に入射する。入射したマイクロ波信号は反射光線経路43に沿って照準されたマイクロ波エネルギーとして反射される。放物線形反射器26の放物線形により、反射された反射光線の波面44は反射光線経路43と直交する面に位置する。図11において、回動可能なミラー27は45°の角度に設定される。入射角度αは反射角度βに等しくなくてはならないのでマイクロ波エネルギーは垂直方向の反射光線経路45に沿って、図中で水平方向になる反射光線の波面46で再指向される。再指向されたマイクロ波エネルギーは、放射器28の入力ポート37へ供給される。さらにマイクロ波エネルギーは放射器28中を紙面の上方に向かって伝搬し、出力開口38の矩形開口41から放射マイクロ波の経路47の方向に放射される。矩形開口41は入力ポート37と平行しているので、放射マイクロ波の波面48は矩形開口41と平行している。生成されるビームは放射マイクロ波の波面48に対して直交しているのでアンテナのビームは紙面に対して垂直な方向を向く。
【0005】
図12のように、回動可能なミラー27を裏面に配置されたカム36を駆動することによって、元の45°の位置から角度δ=3.75°だけ反時計回りに回動する。したがって、入射角度αは48.75°になり、反射角度も48.75°になる。回動可能なミラー27の反射によって再指向された反射光線経路45と反射光線の波面46は元の位置から7.5°回転する。反射光線の波面46と放射マイクロ波の波面48との間の放射マイクロ波の経路47に沿う経路距離はすべて等しいので、放射マイクロ波の波面48も7.5°傾斜する。これによって放射器28から放射されるビームは紙面に対して垂直な方向から7.5°回転した方向を向く。したがって、カム36の機械的駆動によりビームを走査することができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
従来のビーム走査アンテナは以上のように構成されているため、機械的な駆動装置を具備する必要があり、その耐候性、耐久性、精度、信頼性がアンテナ装置全体に与える影響が大きいという問題があった。また、入力ポートが一つしかないため、一つの開口でビームは一つであり、複数方向のビームを同時に構成するのは困難であるという問題もあった。
【0007】
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたものであり、機械的な駆動を用いることなくアンテナのビーム走査を実現することを目的としている。また、一つの開口で複数方向のビームの同時発生を実現させることも目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】
第1の発明のビーム走査アンテナは、第1の導波管部と第2の導波管部を複数個の結合孔で結合した構造のビーム走査アンテナであって、上記第1の導波管部は、ロットマンレンズを有し、上記ロットマンレンズの各アレー給電ポートに対応した複数の結合孔により上記第2の導波管部に形成した複数のスロットを励振するようにしたものである。
【0009】
また、第2の発明のビーム走査アンテナは、第1の導波管部と第2の導波管部のそれぞれ一方の端部を複数個の結合孔で結合した構造のビーム走査アンテナであって、上記第1の導波管部内部において上記結合孔と反対側の端部に複数個配置された給電部と、上記第1の導波管部の伝搬路に設けられた平行平板導波路及び複数個の導波管からなるロットマンレンズと、上記第2の導波管部の外側に向いた広壁面上で且つ第1の方向(Y軸)に上記結合孔と反対側の短絡終端された導体壁からの距離が概ね半波長である位置から上記結合孔側に概ね1波長間隔で配列された複数個のスロットからなるものである。
【0010】
第3の発明のビーム走査アンテナは、第2の導波管部内部において、各結合孔の周囲を電磁波の電界面に概ね平行な導体壁で囲み、且つ第1の方向(Y軸)であるスロットが配置されている側に上記導体壁の開口部を設けるものである。
【0011】
また、第4の発明のビーム走査アンテナは、第2の導波管部内部において、伝搬する電磁波の電界面に概ね平行で且つ第1の方向(Y軸)に沿った導体壁を自由空間波長より小さい間隔で第2の方向(X軸)に複数個配置するものである。
【0012】
第5の発明のビーム走査アンテナは、第2の導波管部内部において、各結合孔と第1の方向(Y軸)で相対する端部の導体壁に反射波抑圧手段を具備し、且つ上記スロットを第1の方向(Y軸)にビームのチルト角に応じた素子間隔で配列するものである。
【0013】
また、第6の発明のビーム走査アンテナは、第1の導波管部と第2の導波管部のそれぞれ一方の端部を複数個の結合孔で結合した構造のビーム走査アンテナであって、上記第1の導波管部内部において上記結合孔と反対側の端部に複数個配置された給電部と、上記第1の導波管部の伝搬路に設けられた平行平板導波路及び複数個の導波管からなるロットマンレンズとを備え、さらに第2の導波管部における外側の広壁面上に誘電体を配置し、上記広壁面と相対する上記誘電体における他方の面に複数個の放射導体を形成すると共に、上記第2の導波管部内部と上記放射導体とをプローブで接続するものである。
【0014】
第7の発明のビーム走査アンテナは、第6の発明の構成に加え、第2の導波管部内部において、伝搬する電磁波の電界面に概ね平行で且つ第1の方向(Y軸)に沿った導体壁を自由空間波長より小さい間隔で第2の方向(X軸)に複数個配置するものである。
【0015】
また、第8の発明のビーム走査アンテナは、第2の導波管部内部において、各結合孔と第1の方向(Y軸)で相対する端部の導体壁に反射波抑圧手段を具備し、且つ上記プローブ接続の放射導体を第1の方向(Y軸)にビームのチルト角に応じた素子間隔で配列するものである。
【0016】
第9の発明のビーム走査アンテナは、第1の導波管部及び第2の導波管を誘電体多層基板で構成し、且つ厚さ方向における導体壁をビアホールなどの接続用導体で構成するものである。
【0017】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
図1はこの実施の形態1におけるビーム走査アンテナを示す上平面透視図(a)及び下平面透視図(b)、図2は接続構成を補足する説明図であり、図3は内部構造及びビーム走査状態を説明するためのA−A‘断面視図(a)及びB−B‘断面視図(b)である。
【0018】
図において、1は第1の導波管部、2a〜2cは上記第1の導波管部1の端部に設けられた給電部、3a〜3cはそれぞれ上記給電部2a〜2cに接続されたビームポート、4a〜4cは焦点あるいは焦点近傍に位置する上記ビームポート3a〜3cに接続されたアレー給電ポート、5a〜5cはそれぞれ上記アレー給電ポート4a〜4cに接続された結合孔、6は上記第1の導波管部1の内部で且つ伝搬する電磁波の電界面に概ね平行に設けられた導体壁、7は上記第1の導波管部1内部であって上記導体壁6により上記ビームポート3と上記アレー給電ポート4を通る軌跡で導波路領域を形成した平行平板導波路、8は上記ビームポート3と上記アレー給電ポート4の間での伝搬路を構成する上記平行平板導波路7と上記アレー給電ポート4と上記結合孔5との伝搬路を構成する導波管領域からなるロットマンレンズ、9は上記結合孔5によって上記第1の導波管部1と接続された第2の導波管部、10は上記第2の導波管部9の外側に向いた広壁面上で且つ第1の方向(Y軸)に概ね1波長間隔で複数個配列されたスロット、11aと11bは上記第2の導波管部9の第1の方向(Y軸)と概ね直交する導体壁、12a〜12cはそれぞれ上記ビームポート3a〜3cに対応し上記第2の導波管部9の内部を伝搬する波面、13a〜13cは上記第1の導波管部1から上記結合孔5を介して上記第2の導波管部9の内部を伝搬する電磁波の伝搬方向、14a〜14cはそれぞれ上記波面12a〜12cに対応し概ねXZ面上に放射するビームである。
【0019】
次に、このビーム走査アンテナの動作について説明する。給電部2aに供給されたエネルギーは第1の導波管部1の内部において導体壁6により構成された導波管内を伝搬しビームポート3aに到達する。ビームポート3aは平行平板導波路7における焦点あるいは焦点近傍に位置するためビームポート3aから出た電磁波は平行平板導波路7内を伝搬し、アレー給電ポート4a〜4cに分配・伝搬される。これらの各アレー給電ポート4a〜4cに到達した電磁波は物理長あるいは電気長の異なる導波管伝搬路を伝搬し、各結合孔5a〜5cを介して第2の導波管部9に導かれ、傾斜した波面12aの平面波として第2の導波管部9内部を第1の方向(Y軸)に伝搬しながら複数個のスロット10を励振するため、空間に電磁波として放射される。
【0020】
ここで、スロット10は共振スロットであり、且つ短絡終端された導体壁11aからの距離aが管内波長の概ね半波長である位置から結合孔5側に管内波長の概ね1波長の素子間隔Dyで配列されているため、共振型のスロットアレーとして動作する。また、XZ面内においてグレーティングローブを発生させないために第2の方向(X軸)での素子間隔Dxは自由空間波長より小さい値に設定される。したがって、放射されるビーム14は、概ねXZ面上で且つZ軸からチルトしたビーム14aとなる。また、スロット10は第1の方向(Y軸)に対して45度傾斜しているため、斜め45度偏波となる。
【0021】
これまで、エネルギーが一つの給電部2aから供給される場合の動作例を述べたが、給電部2b及び2cから供給される場合は、第2の導波管部9内での平面波がそれぞれ波面12bと12cとなるため、ビームは各波面12bと12cに対応したビーム14bと14cのように異なった指向方向に放射される。したがって、各給電部2a〜2cに接続する送信回路もしくは受信回路をRFスイッチで電気的に切り替えれば、概ねXZ面内において電気的にビーム14を走査することができる。概ねXZ面内とは、例えば波面12aと12bでは各スロット10の励振方向が異なるため、結果として波面12aに対応したビーム14aの指向方向がXZ面上より若干外れてしまうことを意味する。また、各結合孔5a〜5cの寸法により結合量を制御できるため、第2の方向(X軸)でのスロット10に対する励振分布を任意の値に設定できる。さらに、第1の導波管部1と放射部であるスロット10を有する第2の導波管部9を積み重ねた構成としているのでアンテナを小形化することができる。
【0022】
実施の形態2.
図4はこの発明の実施の形態2を示すビーム走査アンテナの上平面透視図である。この実施の形態2は、第2の導波管部9内部において、各結合孔5の周囲を電磁波の電界面に概ね平行な導体壁15で囲み、且つ第1の方向(Y軸)であるスロット10が配置されている側に上記導体壁15の開口部を設けるものである。なお、この実施の形態2におけるビーム走査アンテナを示す第1の導波管部1の下平面透視図は図1(b)と同様であり、接続構成を補足する説明図は図2と同様である。また、内部構造及びビーム走査状態を示すA−A‘断面視図とB−B‘断面視図はそれぞれ図3(a)及び図3(b)と同様である。
【0023】
以上説明したように、この実施の形態2によるビーム走査アンテナによれば、各結合孔5の周囲を電磁波の電界面に概ね平行な導体壁15で囲み、且つ第1の方向(Y軸)であるスロット10が配置されている側に上記導体壁15の開口部を設けているため、各結合孔5a〜5c間でのポート間結合を低減でき、所望の波面12a〜12cを形成できると共に、各結合孔5a〜5cでのスロット10に対する第2の方向(X軸)での設定励振分布の劣化を低減できる。ビーム走査については実施の形態1と同様な原理で実現できる。
【0024】
実施の形態3.
図5はこの発明の実施の形態3を示すビーム走査アンテナの上平面透視図(a)及び斜め透視図(b)である。この実施の形態3は、第2の導波管部9内部において、伝搬する電磁波の電界面に概ね平行で且つ第1の方向(Y軸)に沿った導体壁16を自由空間波長より小さい間隔で第2の方向(X軸)に複数個配置するものである。なお、この実施の形態3におけるビーム走査アンテナを示す第1の導波管部1の下平面透視図は図1(b)と同様であり、接続構成を補足する説明図は図2と同様である。また、内部構造及びビーム走査状態を示すA−A‘断面視図とB−B‘断面視図はそれぞれ図3(a)及び図3(b)と同様である。
【0025】
以上説明したように、この実施の形態3によるビーム走査アンテナによれば、導体壁16を自由空間波長より小さい間隔で第2の方向(X軸)に複数個配置しているため、第1の方向(Y軸)における複数個のスロット10からなるサブアレー単位で第2の導波管部9内部を電気的に分離することができ、各結合孔5a〜5cから所望の励振振幅・位相で各サブアレーを励振できる。さらに、各スロット10への励振方向は指向方向の異なるビーム14a〜14cによらず一定[第1の方向(Y軸)]であるため、XZ面内から指向方向が外れることなくビーム走査できる。ビーム走査については実施の形態1あるいは2のいずれかと同様な原理で実現できる。
【0026】
実施の形態4.
図6はこの発明の実施の形態4を示すビーム走査アンテナの上平面透視図(a)及びA−A‘断面視図(b)である。この実施の形態4は、第2の導波管部9における外側の広壁面上に誘電体19を配置し、上記広壁面と相対する上記誘電体19における他方の面に複数個の放射導体17を形成すると共に、上記第2の導波管部9内部と上記放射導体17とをプローブ18で接続するものである。なお、この実施の形態4におけるビーム走査アンテナを示す第1の導波管部1の下平面透視図は図1(b)と同様であり、接続構成を補足する説明図は図2と同様である。また、ビーム走査状態を示すB−B‘断面視図は図3(b)と同様である。
【0027】
以上説明したように、この実施の形態4によるビーム走査アンテナによれば、誘電体19上に構成した複数の放射導体17からなる例えばパッチアンテナなどの放射素子への励振を、第2の導波管部9内部に挿入したプローブ18により励振電力をピックアップするため、プローブ18の挿入長により励振電力の強さを可変することができる。放射素子としてスロット10を用いた場合、各スロット10への励振電力を個々に可変するには斜めスロットを個々に異なった回転角度で配置したり、あるいは非共振スロットを用いて個々のスロット長を異なった長さにすることによって放射抵抗の値を個々に可変しなければならず、前者の場合は交差偏波の発生、後者の場合は進行波給電によるアンテナ効率低下の問題があるが、放射導体17の偏波方向とプローブ18の挿入長に依存するピックアップ電力強度は無関係であるため、所望の偏波を有し、且つ交差偏波の発生を回避しつつ第1の方向(Y軸)での励振振幅を効率良く任意に設定可能なビーム走査アンテナを実現できる。ビーム走査については実施の形態1あるいは3のいずれかと同様な原理で実現できる。
【0028】
実施の形態5.
図7はこの発明の実施の形態5を示すビーム走査アンテナの上平面透視図であり、図8はビームチルト状態を示すC―C‘断面視図である。この実施の形態5は、第2の導波管部9内部において、各結合孔5と第1の方向(Y軸)で相対する端部の導体壁11aに反射波抑圧手段である電波吸収体20を具備し、且つ各スロット10を上記第1の方向(Y軸)にビーム14のチルト角θに応じた素子間隔Dyで配列するものである。なお、この実施の形態5におけるビーム走査アンテナを示す第1の導波管部1の下平面透視図は図1(b)と同様であり、接続構成を補足する説明図は図2と同様である。また、ビーム走査状態を示すB−B‘断面視図は図3(b)と同様である。
【0029】
以上説明したように、この実施の形態5によるビーム走査アンテナによれば、第2の導波管部9内部の導体壁11aに電波吸収体20を具備し、各スロット10を第1の方向(Y軸)にビーム14のチルト角θに応じた素子間隔Dyで配列するため、第1の方向(Y軸)において進行波給電のスロットアレーを構成することができ、各給電部2a〜2cに接続する送信回路もしくは受信回路をRFスイッチで電気的に切り替えることによりXZ面を第1の方向(Y軸の正あるいは負の方向)に傾けた平面内に各ビーム14a〜14cをチルトさせた状態で電気的にビーム走査できる。ビーム走査については実施の形態1から4のいずれかと同様な原理で実現できる。
【0030】
ここで、上記実施の形態5では、スロット10を放射素子として用いているが、実施の形態4に示されるようなプローブ18接続の放射導体17を放射素子として用いても良い。
【0031】
また、反射波抑圧手段として電波吸収体20を用いているが、電波吸収塗料などの電波吸収材を用いても良い。
【0032】
また、以上の実施の形態1〜4における各結合孔5の代わりに、導波管コーナーや導波管ベンドなどの屈曲導波管を用いて第1の導波管部1と第2の導波管部9を連結する構造としても良い。
【0033】
実施の形態6.
図9はこの発明の実施の形態6を示すビーム走査アンテナの上平面透視図(a)及び下平面透視図(b)であり、図10はビアホール(インナービア、ブラインドビア、スルーホール)などの接続用導体23aと23bによる内部接続状態を示す斜め透視図である。この実施の形態6は、第1の導波管部1及び第2の導波管9を誘電体25a、25b及び導体板21,22,24からなる多層構造の基板として構成し、且つ厚さ方向における導体壁をビアホールなどの接続用導体23a,23bとするものである。なお、この実施の形態6におけるビーム走査アンテナの接続構成を補足する説明図は図2と同様であり、ビーム走査状態を示すB−B‘断面視図は図3(b)と同様である。
【0034】
以上説明したように、この実施の形態6によるビーム走査アンテナによれば、第1の導波管部1及び第2の導波管部9を誘電体25aと25bを用いた多層基板で構成し、さらに厚さ方向と平行な導体壁を動作周波数における管内波長の概ね半波長以下の間隔で配置したビアホールなどの接続用導体23aと23bで構成しているため、接続用導体23間を電磁波は通過することができず、導体壁と同様な効果を得ることができると共に、量産性に優れた誘電体基板を用いてビーム走査アンテナを構築できる。ビーム走査については実施の形態1から5のいずれかと同様な原理で実現できる。
【0035】
ここで、上記実施の形態6では、第2の導波管部9の全ての側壁を接続用導体23で構成しているが、第1の方向(Y軸)での端部に反射波抑圧手段として電波吸収体20を装着、あるいは端部における誘電体内部に抵抗体を設けて、第1の方向(Y軸)に進行波給電する構成としても良い。
【0036】
また、以上の実施の形態1〜3、5,6におけるのスロット10は導波管広壁面に構成した斜めスロットとしているが、これに限らず如何なるスロット10を用いても良い。
【0037】
また、以上の実施の形態1〜6におけるビーム走査アンテナは、第1の導波管部と第2の導波管部を積み重ねた構造としているが、 共平面構造としても良い。
【0038】
【発明の効果】
この発明によれば、第1の導波管部に設けたロットマンレンズの各アレー給電ポートに対応した複数個の結合孔により第2の導波管部に形成した複数のスロットを励振するため、ロットマンレンズの各ビームポートに対応した給電部をRFスイッチで電気的に切り替えれることにより、概ねXZ面内において電気的にビームを走査できる効果が得られる。
【0039】
また、この発明によれば、各結合孔の間を導体壁で遮蔽しているため、各結合孔間でのポート間結合を低減でき、所望の波面を形成できると共に、各結合孔でのスロットに対する第2の方向(X軸)での設定励振分布の劣化を低減できる効果が得られる。
【0040】
この発明によれば、管壁にスロットが設けられている導波管内部を、その内部を伝搬する電磁波の電界面と平行に導体壁でスロットを一列あるいは複数列毎に仕切ることで第2の方向(X軸)に複数配置したサブアレーでアンテナ開口を構成できるため、各サブアレーを所望の励振振幅・位相で励振できると共に、磁界面方向のスロット間結合を低減できる効果が得られる。さらに、各スロットへの励振方向は指向方向の異なるビームによらず各結合孔で一定[第1の方向(Y軸)]であるため、XZ面内から指向方向が外れることなくビーム走査できる効果も得られる。
【0041】
また、この発明によれば、第2の導波管部内部と放射導体とをプローブで接続するため、所望の偏波を有し、且つ交差偏波の発生を回避しつつ第1の方向(Y軸)での励振振幅を効率良く任意に設定可能なビーム走査アンテナを実現できる効果が得られる。
【0042】
この発明によれば、管壁上のスロットを第1の方向(Y軸)において進行波給電のスロットアレーとして動作させるため、マルチビームを形成する第2の方向(X軸)だけでなく、第1の方向(Y軸)へもビームチルトが可能なビーム走査アンテナを実現できる効果が得られる。
【0043】
また、この発明によれば、導波管を積み重ねた構造の代わりに多層構造の誘電体基板で構成し、さらに厚さ方向と平行な導体壁を動作周波数における管内の半波長以下の間隔で配置した接続用導体で構成するため、多層基板と同様な量産性に優れたビーム走査アンテナを実現することができる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明によるビーム走査アンテナの実施の形態1を示す上平面透視図及び下平面透視図である。
【図2】 接続構成を補足する説明図である。
【図3】 内部構造及びビーム走査状態を説明するためのA−A‘断面視図及びB−B‘断面視図である。
【図4】 この発明によるビーム走査アンテナの実施の形態2を示す上平面透視図である。
【図5】 この発明によるビーム走査アンテナの実施の形態3を示す上平面透視図及び斜め透視図である。
【図6】 この発明によるビーム走査アンテナの実施の形態4を示す上平面透視図及びA−A‘断面視図である。
【図7】 この発明によるビーム走査アンテナの実施の形態5を示す上平面透視図である。
【図8】 ビームチルト状態を説明するためのC―C‘断面視図である。
【図9】 この発明によるビーム走査アンテナの実施の形態6を示す上平面透視図及び下平面透視図である。
【図10】 接続用導体による内部接続状態を示す斜め透視図である。
【図11】 従来のビーム走査アンテナを示す外観図である。
【図12】 従来のビーム走査アンテナの動作原理を示す外観図である。
【符号の説明】
1 第1の導波管部、2 給電部、3 ビームポート、4 アレー給電ポート、 5 結合孔、6 導体壁、7 平行平板導波路、8 ロットマンレンズ、9 第2の導波管部、10 スロット、11 導体壁、12 波面、13 伝搬方向、14 ビーム、15 導体壁、16 導体壁、17 放射導体、18 プローブ、19 誘電体、20 電波吸収体、21 導体板、22 導体板、23 接続用導体、24 導体板、25 誘電体。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a beam scanning antenna capable of electrically changing a transmission direction of a radio signal or a reception direction of an incoming wave without using a mechanical driving device.
[0002]
[Prior art]
FIG. 11 is an external view showing a conventional beam scanning antenna, and FIG. 12 is an external view for explaining the operation principle of the conventional beam scanning antenna. These are examples described in JP-A-8-321710.
[0003]
11 and 12, 26 is a parabolic reflector, 27 is a rotatable mirror, 28 is a radiator, 29 is a lower plate, 30 is an upper plate, 31 is the lower plate 29 and the
[0004]
Next, the operation will be described. The microwave signal is guided by the
[0005]
As shown in FIG. 12, the
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Since the conventional beam scanning antenna is configured as described above, it is necessary to provide a mechanical driving device, and the problem is that the weather resistance, durability, accuracy, and reliability have a large influence on the entire antenna device. was there. In addition, since there is only one input port, there is a problem that there is only one beam per aperture, and it is difficult to simultaneously construct beams in a plurality of directions.
[0007]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to realize beam scanning of an antenna without using a mechanical drive. Another object is to realize simultaneous generation of beams in a plurality of directions with one aperture.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
A beam scanning antenna according to a first aspect of the present invention is a beam scanning antenna having a structure in which a first waveguide portion and a second waveguide portion are coupled by a plurality of coupling holes. The section has a Rotman lens, and a plurality of slots formed in the second waveguide section are excited by a plurality of coupling holes corresponding to the array power supply ports of the Rotman lens.
[0009]
The beam scanning antenna of the second invention is a beam scanning antenna having a structure in which one end of each of the first waveguide section and the second waveguide section is coupled by a plurality of coupling holes. A plurality of power supply portions arranged at the end opposite to the coupling hole inside the first waveguide portion, a parallel plate waveguide provided in the propagation path of the first waveguide portion, and A Rotman lens composed of a plurality of waveguides and a short-circuit termination on the wide wall facing the outside of the second waveguide section and in the first direction (Y axis) opposite to the coupling hole. It consists of a plurality of slots arranged at intervals of approximately one wavelength from the position where the distance from the conductor wall is approximately half a wavelength to the coupling hole side.
[0010]
A beam scanning antenna according to a third aspect of the present invention is the first direction (Y axis) in the second waveguide section, wherein each coupling hole is surrounded by a conductor wall substantially parallel to the electric field surface of the electromagnetic wave. The opening of the conductor wall is provided on the side where the slot is disposed.
[0011]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a beam scanning antenna having a free-space wavelength inside a second waveguide portion, the conductor wall being substantially parallel to the electric field surface of the propagating electromagnetic wave and along the first direction (Y-axis). A plurality of them are arranged in the second direction (X axis) at smaller intervals.
[0012]
A beam scanning antenna according to a fifth aspect of the present invention includes reflected wave suppression means on a conductor wall at an end facing each coupling hole in the first direction (Y axis) inside the second waveguide section, and The slots are arranged in the first direction (Y axis) with an element interval corresponding to the tilt angle of the beam.
[0013]
A beam scanning antenna according to a sixth aspect of the present invention is a beam scanning antenna having a structure in which one end of each of the first waveguide section and the second waveguide section is coupled by a plurality of coupling holes. A plurality of power supply portions arranged at the end opposite to the coupling hole inside the first waveguide portion, a parallel plate waveguide provided in the propagation path of the first waveguide portion, and A Rotman lens comprising a plurality of waveguides, a dielectric disposed on the outer wide wall surface of the second waveguide section, and a plurality of dielectrics disposed on the other surface of the dielectric material facing the wide wall surface. A plurality of radiation conductors are formed, and the inside of the second waveguide section and the radiation conductor are connected by a probe.
[0014]
In addition to the configuration of the sixth invention, the beam scanning antenna of the seventh invention is substantially parallel to the electric field surface of the propagating electromagnetic wave and along the first direction (Y axis) in the second waveguide section. A plurality of conductor walls are arranged in the second direction (X axis) at intervals smaller than the free space wavelength.
[0015]
According to an eighth aspect of the present invention, the beam scanning antenna includes reflection wave suppression means on a conductor wall at an end facing each coupling hole in the first direction (Y axis) inside the second waveguide section. In addition, the probe-connected radiation conductors are arranged in the first direction (Y-axis) at an element interval corresponding to the tilt angle of the beam.
[0016]
In the beam scanning antenna of the ninth invention, the first waveguide section and the second waveguide are formed of a dielectric multilayer substrate, and the conductor wall in the thickness direction is formed of a connecting conductor such as a via hole. Is.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is an upper plan perspective view (a) and a lower plan perspective view (b) showing the beam scanning antenna in the first embodiment, FIG. 2 is an explanatory diagram supplementing the connection configuration, and FIG. They are AA 'sectional view (a) and BB' sectional view (b) for demonstrating a scanning state.
[0018]
In the figure, 1 is a first waveguide section, 2a to 2c are power supply sections provided at the end of the
[0019]
Next, the operation of this beam scanning antenna will be described. The energy supplied to the
[0020]
Here, the
[0021]
So far, the operation example in the case where the energy is supplied from one
[0022]
FIG. 4 is a top plan perspective view of the beam scanning antenna according to the second embodiment of the present invention. In the second embodiment, each
[0023]
As described above, according to the beam scanning antenna according to the second embodiment, each
[0024]
5A and 5B are a top plan perspective view (a) and a diagonal perspective view (b) of a beam scanning antenna according to
[0025]
As described above, according to the beam scanning antenna according to the third embodiment, the plurality of
[0026]
6A and 6B are a top plan perspective view (a) and an AA ′ cross-sectional view (b) of the beam scanning antenna according to the fourth embodiment of the present invention. In the fourth embodiment, a dielectric 19 is disposed on the outer wide wall surface of the
[0027]
As described above, according to the beam scanning antenna according to the fourth embodiment, excitation to a radiating element such as a patch antenna composed of a plurality of radiating
[0028]
FIG. 7 is a top plan perspective view of a beam scanning antenna according to
[0029]
As described above, according to the beam scanning antenna of the fifth embodiment, the
[0030]
Here, in the fifth embodiment, the
[0031]
Further, although the radio wave absorber 20 is used as the reflected wave suppression means, a radio wave absorber such as a radio wave absorbing paint may be used.
[0032]
In addition, instead of each
[0033]
FIG. 9 is an upper plan perspective view (a) and a lower plan perspective view (b) of the beam scanning antenna according to the sixth embodiment of the present invention, and FIG. 10 shows via holes (inner vias, blind vias, through holes) and the like. It is an oblique perspective figure which shows the internal connection state by the
[0034]
As described above, according to the beam scanning antenna according to the sixth embodiment, the
[0035]
Here, in the sixth embodiment, all the side walls of the
[0036]
In addition, the
[0037]
In addition, the beam scanning antennas in the first to sixth embodiments described above have a structure in which the first waveguide portion and the second waveguide portion are stacked, but may have a coplanar structure.
[0038]
【The invention's effect】
According to this invention, in order to excite a plurality of slots formed in the second waveguide portion by a plurality of coupling holes corresponding to each array feeding port of the Rotman lens provided in the first waveguide portion, By electrically switching the power feeding unit corresponding to each beam port of the Rotman lens with an RF switch, it is possible to obtain an effect that the beam can be electrically scanned substantially in the XZ plane.
[0039]
Further, according to the present invention, since the gaps between the coupling holes are shielded by the conductor walls, the coupling between the ports between the coupling holes can be reduced, a desired wavefront can be formed, and the slots at the coupling holes can be formed. As a result, it is possible to reduce the deterioration of the set excitation distribution in the second direction (X axis).
[0040]
According to the present invention, the inside of the waveguide provided with the slot on the tube wall is partitioned by the conductor wall in parallel with the electric field surface of the electromagnetic wave propagating through the inside, so that the second or second row of slots is partitioned. Since the antenna aperture can be formed by a plurality of subarrays arranged in the direction (X axis), each subarray can be excited with a desired excitation amplitude and phase, and the effect of reducing the coupling between slots in the magnetic field plane direction can be obtained. Furthermore, the excitation direction to each slot is constant [first direction (Y-axis)] in each coupling hole regardless of the beams having different directivity directions, so that the beam can be scanned without deviating the directivity direction from within the XZ plane. Can also be obtained.
[0041]
According to the present invention, since the inside of the second waveguide section and the radiation conductor are connected by the probe, the first direction (with the desired polarization and avoiding the generation of cross polarization) ( It is possible to realize a beam scanning antenna that can set the excitation amplitude on the Y axis) efficiently and arbitrarily.
[0042]
According to the present invention, since the slot on the tube wall is operated as a traveling wave feeding slot array in the first direction (Y-axis), not only the second direction (X-axis) forming the multi-beam but also the second direction (X-axis). The effect of realizing a beam scanning antenna capable of beam tilting in the direction 1 (Y-axis) can be obtained.
[0043]
Further, according to the present invention, instead of a structure in which waveguides are stacked, a multilayer dielectric substrate is used, and conductor walls parallel to the thickness direction are arranged at intervals of less than a half wavelength in the tube at the operating frequency. Since the connection conductor is used, an effect of realizing a beam scanning antenna having excellent mass productivity similar to that of the multilayer substrate can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A and 1B are an upper plan perspective view and a lower plan perspective view, respectively, showing
FIG. 2 is an explanatory diagram supplementing a connection configuration.
FIGS. 3A and 3B are an AA ′ sectional view and a BB ′ sectional view for explaining an internal structure and a beam scanning state; FIGS.
FIG. 4 is a top plan perspective view showing a beam scanning antenna according to a second embodiment of the present invention.
FIGS. 5A and 5B are an upper perspective view and an oblique perspective view showing a third embodiment of the beam scanning antenna according to the present invention. FIGS.
FIGS. 6A and 6B are an upper plan perspective view and an AA ′ sectional view showing a beam scanning antenna according to a fourth embodiment of the present invention. FIGS.
FIG. 7 is a top plan perspective view showing a beam scanning antenna according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the line CC ′ for explaining a beam tilt state.
FIGS. 9A and 9B are an upper plane perspective view and a lower plane perspective
FIG. 10 is an oblique perspective view showing an internal connection state by a connection conductor.
FIG. 11 is an external view showing a conventional beam scanning antenna.
FIG. 12 is an external view showing the operating principle of a conventional beam scanning antenna.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (7)
上記第1、第2の導波管部は上記結合孔の設けられた中底導体壁で間仕切りされて互いに積重なって配置され、
上記第1の導波管部は、内部の上記中底導体壁との対向面において上記結合孔と反対側の端部周辺に複数個配置された給電部と、電磁波の伝搬路に設けられた平行平板導波路及び複数個の導波管からなり、導波管を介して上記各結合孔にそれぞれ接続された複数のアレー給電ポート及び導波管を介して上記各給電部にそれぞれ接続された複数のビームポートを有したロットマンレンズとを有し、
上記第2の導波管部は、伝搬する電磁波の電界面に概ね平行な第1の方向(Y軸)に沿って複数個並べられるとともに、第1の方向(Y軸)に直交し結合孔の配列される第2の方向(X軸)に向かって複数列配列された複数個のスロットが形成され、
上記第2の導波管部内部において、各結合孔の周囲及び第1の方向(Y軸)に沿って配列された各スロットを囲み伝搬する電磁波の電界面に概ね平行な導体壁を設け、且つ当該導体壁を第2の方向(X軸)に向かって複数列配置し、
上記第2の方向に向かう各列に配置されたスロットは、ロットマンレンズの各アレー給電ポートに対応した上記それぞれの結合孔により導波管を介して励振され、
上記各給電部は送信回路もしくは受信回路との接続が電気的に切り替えられることを特徴とするビーム走査アンテナ。A beam scanning antenna having a structure in which one end of each of the first and second waveguide portions having a waveguide formed therein is vertically fed by a plurality of coupling holes,
The first and second waveguide portions are partitioned by an insole conductor wall provided with the coupling hole and are stacked on each other,
The first waveguide section is provided in the electromagnetic wave propagation path, and a plurality of power feeding sections arranged around the end opposite to the coupling hole on the surface facing the inner bottom conductor wall inside. A parallel plate waveguide and a plurality of waveguides , each of which is connected to each of the feeding portions via a plurality of array feeding ports and a waveguide respectively connected to the coupling holes via the waveguide. A Rotman lens having a plurality of beam ports;
It said second waveguide section, with aligned plurality along a first direction generally parallel to the electric field plane of the propagating electromagnetic wave (Y-axis) orthogonal to the coupling hole in a first direction (Y-axis) a plurality of slots in a plurality of rows arranged is formed toward the second direction being the sequence (X-axis),
Provided inside the second waveguide section is a conductor wall that is substantially parallel to the electric field surface of the electromagnetic wave that propagates around each coupling hole and around each slot arranged along the first direction (Y-axis), And the conductor walls are arranged in a plurality of rows in the second direction (X axis),
The slots arranged in each row in the second direction are excited through the waveguide by the respective coupling holes corresponding to the respective array feeding ports of the Rotman lens,
A beam scanning antenna, wherein each of the power feeding units is electrically switched between a transmission circuit and a reception circuit.
上記第1、第2の導波管部は上記結合孔の設けられた中底導体壁で間仕切りされて互いに積重なって配置され、
上記第1の導波管部は、内部の上記中底導体壁との対向面において上記結合孔と反対側の端部周辺に複数個配置された給電部と、電磁波の伝搬路に設けられた平行平板導波路及び複数個の導波管からなり、導波管を介して上記各結合孔にそれぞれ接続された複数のアレー給電ポート及び導波管を介して上記各給電部にそれぞれ接続された複数のビームポートを有したロットマンレンズとを有し、
上記第2の導波管部は、外側の広壁面上に誘電体を配置し、上記広壁面と相対する上記誘電体における他方の面に複数個の放射導体を形成するとともに、上記第2の導波管部内部と上記放射導体とをプローブで接続し、
上記プローブは、ロットマンレンズの各アレー給電ポートに対応した上記それぞれの結合孔により導波管を介してそれぞれ励振され、伝搬する電磁波の電界面に概ね平行な第1の方向(Y軸)に沿って複数個並べられるとともに、第1の方向(Y軸)に直交し結合孔の配列される第2の方向(X軸)に向かって複数列配列され、
上記第2の導波管部内部において、各結合孔の周囲及び第1の方向(Y軸)に沿って配列された各プローブを囲み伝搬する電磁波の電界面に概ね平行な導体壁を設け、且つ当該導体壁を第2の方向(X軸)に向かって複数列配置し、
上記各給電部は送信回路もしくは受信回路との接続が電気的に切り替えられることを特徴とするビーム走査アンテナ。A beam scanning antenna having a structure in which one end of each of the first and second waveguide portions having a waveguide formed therein is vertically fed by a plurality of coupling holes,
The first and second waveguide portions are partitioned by an insole conductor wall provided with the coupling hole and are stacked on each other,
The first waveguide section is provided in the electromagnetic wave propagation path, and a plurality of power feeding sections arranged around the end opposite to the coupling hole on the surface facing the inner bottom conductor wall inside. A parallel plate waveguide and a plurality of waveguides , each of which is connected to each of the feeding portions via a plurality of array feeding ports and a waveguide respectively connected to the coupling holes via the waveguide. A Rotman lens having a plurality of beam ports;
The second waveguide portion includes a dielectric disposed on an outer wide wall surface, and a plurality of radiation conductors are formed on the other surface of the dielectric facing the wide wall surface. Connect the inside of the waveguide section and the radiation conductor with a probe,
The probes are excited through the waveguides by the respective coupling holes corresponding to the array feed ports of the Rotman lens, and are along a first direction (Y axis) substantially parallel to the electric field surface of the propagating electromagnetic wave. converting mechanism are arranged a plurality, a plurality of rows arranged towards the second direction are arranged in the first direction perpendicular to the coupling hole (Y-axis) (X axis),
Provided inside the second waveguide section is a conductor wall that is substantially parallel to the electric field surface of the electromagnetic wave that surrounds and propagates around each coupling hole and around each probe arranged in the first direction (Y-axis), And the conductor walls are arranged in a plurality of rows in the second direction (X axis),
A beam scanning antenna, wherein each of the power feeding units is electrically switched between a transmission circuit and a reception circuit.
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