JP4065722B2 - スロットアンテナ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は請求項１中の上位概念に示す構成のスロットアンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
スロットアンテナにおいては、電磁波を導入するためと、電磁波の一部を放射する目的で導波管の一方の壁面（広壁面）に形成したスロットを励起するために、方形又はウエブ式の導波管が用いられる。
【０００３】
偏波方向、即ち放射波の遠方界での電界ベクトルの方向は、添付図面の図１に示すようにスロットの方向によって決められる。符号２で示すスロットの主放射方向においては遠方界がスロット平面に対して直角に、即ちＥｙ成分として位置する。符号１で示す導波管は方形導波管として構成されている。偏波の回転のために、公知技術によれば、スロット２を回転させるか、又はスロット２の上へアンテナ技術において周知の偏波格子を設けることが必要である。これらの方法はいずれも難点を有している。即ち、導波管１の壁面におけるスロットの回転は、スロットの半波間隔での共振アレイ配置において、多くの順次に続くスロットにおける放射波の位相反転を生じ、その結果再び反転させる必要があり、従って偏波方向の回転の効果はこのようなアレイ配置においては有用ではない。また、偏波格子を付加的に備えることはコスト高であり、付加的な減衰損失にもつながる。
【０００４】
ＵＳ６，０２８，５６２Ａ及びＵＳ６，１２７，９８５Ａによれば、偏波方向の回転が各１つの入口間隙及び出口間隙を有する空胴によって可能になる。出口間隙は放射源として役立てられる。入口間隙と出口間隙との相互の角度は、放射波の偏波を回転させる角度に相当する。この公知例の難点は偏波方向の連続的な回転が不可能な点にある。
【０００５】
本発明は、公知のスロットアンテナとして、電磁波を導くために縦方向に延びる給電導波管から成っており、給電導波管内に導入された電磁波の一部を放射するために給電導波管の一方の第１の壁部に形成された少なくとも１つのスロットを有しており、スロットから放射された電磁波の偏波方向を回転させるための機構が設けられている形式のものから出発する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、スロットから放射される電磁波の偏波方向の連続的かつ無段階の回転が可能であって、簡単かつコスト的に有利に製作可能であるスロットアンテナを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この課題を本発明は請求項１に示す構成のスロットアンテナによって解決した。
【０００８】
本発明のスロットアンテナの有利な実施の形態は請求項２以降に開示されている。
【０００９】
本発明によれば、電磁波を導くために縦方向に延びた給電導波管から成っていて、給電導波管の一方の広壁面に電磁波を放射するために形成された少なくとも１つのスロットを有している形式の新規なスロットアンテナが得られる。この場合、スロットは、給電導波管の外側で、スロットから放射された電磁波の偏波方向を回転させる１つの機構によって包囲されている。このスロットアンテナにおいて、本発明によれば、スロットは給電導波管の縦方向に形成されており、スロットを包囲する機構は１つの方形の偏波導波管であり、この偏波導波管はその一方の開口部が給電導波管の一方の広壁面に結合されていて、他方の開口部が１つの空所を有しており、この空所を介してスロットから偏波導波管内で励起された導波管波が放射される。偏波導波管はスロットに対して、偏波導波管の一方の横軸がスロットの長軸との間に角度をなすように向きを定められており、この場合に角度は、スロットから偏波導波管内へ放射された電磁波の偏波が回転される角度に相当する。
【００１０】
このような本発明によるスロットアンテナの重要な利点は、付加的な減衰損失を伴うようなことなく、簡単に製作することができることである。
【００１１】
本発明の有利な実施の形態の場合、偏波導波管は一方の第１の横軸の方向で第１の寸法を有し、他方の第２の横軸の方向で第２の寸法を有しており、第１の寸法はスロットから放射される電磁放射線の半分の自由空間波長λ／２よりも大であり、第２の寸法はそれよりも小である。
【００１２】
このような構成によれば、偏波導波管内では第２の横軸の方向での偏波を有するＨ₁₀波のみが減衰なしに伝搬され、偏波導波管の外方端部において角度αだけ回転された偏波方向で空所から放射されることになる。第１の横軸の方向での残りのＨ₀₁波部分は偏波導波管内で無視し得る程度まで減衰される。
【００１３】
第２の実施の形態の場合、偏波導波管は第１の横軸の方向で第１の寸法を有し、第２の横軸の方向で第２の寸法を有しており、第１の寸法も第２の寸法も、スロットから放射される電磁放射線の半分の自由空間波長α／２よりも大である。この場合には、放射された電磁放射線の任意の「楕円」偏波が得られる。
【００１４】
この第２の実施の形態の場合、第１の寸法と第２の寸法とが等しく、偏波方向の回転の角度αがα＝４５°であるようにしてもよい。この場合には、偏波導波管の両方の基本モードＨ_1O、Ｈ₀₁が等しく強く励起される。
【００１５】
この第２の実施の形態の変形例として、特に、直交偏波された両方の振動モードＨ_1O、Ｈ₀₁相互の９０°の位相偏移を想定して、偏波導波管の直交偏波された振動モードの位相を互いにずらすために位相偏移用の付加的な手段を設けるならば、放射された電磁放射線の真円偏波が発生する。この、偏波もしくはモードに関連した位相偏移のための手段自体は公知技術において知られている。
【００１６】
偏波導波管が、放射される電磁放射線の四分の一の自由空間波長λ／４よりも大である長さＨを有していると有利である。この場合には、有効偏波（Ｈ_1O波）を得るために干渉偏波（Ｈ₀₁波）の十分大きな減衰が生ずることになる。さらに、放射の帯域幅を意図に合わせて影響を与えて広い限度幅で変化させることもできる。偏波導波管の長さＨを四分の一の自由空間波長λ／４を大幅に上回る寸法にすると、干渉偏波の抑圧に必要な程度を上回る長さになる。
【００１７】
本発明のスロットアンテナの有利な実施の形態によれば、給電導波管の広壁面に形成された単数又は複数のスロットが給電導波管の縦方向に延びていて、かつその中心線内に位置している。
【００１８】
別の実施の形態によれば、給電導波管の広壁面に形成された単数又は複数のスロットが給電導波管の縦方向に延びていて、かつその中心線からずらされて位置している（オフセットスロット）。
【００１９】
さらに別の実施の形態として、給電導波管がウエブ式導波管として構成されていてもよい。
【００２０】
本発明の有利な実施の形態によれば、スロットアンテナが、スロットをそれぞれ有する同等の多くのスロット放射エレメントから成るアレイアンテナとして構成されている。
【００２１】
スロットアンテナは金属化されたプラスチックから有利に作製することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
次に、図面に示す実施の形態に従って本発明を詳述する。
【００２３】
図２ａ及び図２ｂに示すスロットアンテナ部分において、符号１は縦方向に延びる給電導波管であって、内部で電磁波が導かれる。この給電導波管１は方形導波管の形に構成されており、一方の広壁面４には、給電導波管１内に導入された電磁波の一部を放射するために給電導波管の縦方向に延びたスロット２が少なくとも１つ形成されている。給電導波管１の裏側は他方の広壁面９から成っている。図２ｂ中に給電導波管１の狭壁面８を平面図で見ることができる。
【００２４】
給電導波管１の外側、要するにスロット２から放射される電磁波の方向で見て下流側に１つの偏波導波管１１が設けられている。この偏波導波管１１は方形導波管の形に構成されていて、第１の横軸ａ及びこれと直角の第２の横軸ｂを有する。両方の横軸ａ、ｂはスロット２から放射される電磁放射線の放射方向に対して直角をなしている。偏波導波管１１は第１の横軸ａがスロット２の方向に対して角度αだけ回転されている。この角度αはスロット２の偏波方向への偏波方向の所望の回転に相当する。
【００２５】
図２ａ及び図２ｂに示す実施の形態の場合、第１の横軸ａの方向での偏波導波管１１の第１の寸法Ｌａはスロット２から放射される電磁放射線の半分の自由空間波長λ／２よりも大である。これに対して、第２の横軸ｂの方向での第２の寸法Ｌｂは放射される電磁放射線の半分の自由空間波長λ／２よりも小である。これによって、第２の横軸ｂの方向での偏波を有するＨ₁₀ 波だけが減衰なしに偏波導波管内を外部へ伝搬されて放射されることになり、これに対して、Ｈ₁₀ 波に対して直角をなす第１の横軸ａの方向でのＨ₀₁波は減衰される。
【００２６】
偏波導波管１１は、放射される電磁放射線の少なくとも四分の一の自由空間波長λ／４の長さＨを有している。これによって、不都合な干渉偏波の電磁波部分（Ｈ₀₁波）のための減衰が十分わずかな程度でなされる。この偏波導波管１１の長さＨが四分の一の自由空間波長λ／４を大幅に上回る大きさであると、干渉偏波の波部分Ｈ₀₁へのより強い減衰が生じ、放射の帯域幅への限度幅の大きい影響が生ずる。
【００２７】
スロットアンテナは、それぞれスロット２を有する同等の多くのスロット放射エレメントから成るアレイアンテナとして特に適している。
【００２８】
スロットアンテナは金属化されたプラスチックから有利に作製される。
【００２９】
本発明の別の実施の形態として、偏波導波管１１が第１の横軸ａの方向で、放射される電磁放射線の半分の自由空間波長λ／２よりも大である第１の寸法Ｌａを有していて、第１の横軸に対して直角をなす第２の横軸ｂの方向での第２の寸法Ｌｂも半分の自由空間波長λ／２よりも大であるように構成することもできる。この場合、スロットアンテナは「楕円」偏波での放射に適する。偏波導波管１１の第１の寸法Ｌａと第２の寸法Ｌｂとが等しくて（方形導波管の特殊形）、偏波方向の回転の角度αがα＝４５°である特別な実施の形態の場合には、放射電力の円偏波を得ることができる。そのためには、直交偏波された振動モードを互いに９０°ずらす位相偏移用の手段を付加的に備えるとよい。
【００３０】
給電導波管１の広壁面４に形成される単数又は複数のスロット２は図２ａ及び図２ｂに示す実施の形態におけるように給電導波管１の中心線上に延びているとよい。
【００３１】
あるいはまた、スロット２を給電導波管１の中心線からずらして形成することもできる（オフセットスロット）。
【００３２】
給電導波管１はウエブ式導波管として構成することもできる。
【００３３】
本発明によれば、簡単かつコスト的に有利に作製可能であって、付加的な減衰損失を伴うようなことなしに、偏波された電磁放射線の放射に適用できるアンテナ構造が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】放射される電磁波の偏波方向の説明のために示すスロットアンテナの概略図。
【図２ａ】本発明のスロットアンテナの一実施の形態の一部を示す平面図。
【図２ｂ】図２ａ中のＡ−Ａ’線による断面図。
【符号の説明】
１ 給電導波管
２ スロット
４ 広壁面
８ 狭壁面
９ 広壁面
１１ 偏波導波管

Claims (6)

1. スロットアンテナであって、電磁波を導くために縦方向に延びた給電導波管（１）から成っていて、電磁波を放射するために給電導波管（１）の一方の広壁面（４）に形成された少なくとも１つのスロット（２）を有しており、このスロット（２）は、給電導波管（１）の外側で、スロット（２）から放射された電磁波の偏波方向を回転させる１つの機構によって包囲されている形式のものにおいて、スロット（２）は給電導波管（１）の縦方向に形成されていて、スロット（２）を包囲する機構は１つの方形の偏波導波管（１１）であり、この偏波導波管（１１）はその一方の開口部が給電導波管（１）の一方の広壁面（４）に結合されていて、他方の開口部が１つの空所を有しており、この空所を介してスロット（２）から偏波導波管（１１）内で励起された導波管波が放射され、偏波導波管（１１）はスロット（２）に対して、偏波導波管（１１）の一方の横軸（ａ）がスロット（２）の長軸との間に角度（α）をなすように向きを定められており、この場合に角度（α）は、スロット（２）から偏波導波管（１１）内へ放射される電磁波の偏波が回転される角度に相当し、偏波導波管（１１）の長さ（Ｈ）がスロット（２）から放射される電磁波の四分の一の自由空間波長λ／４よりも大であることを特徴とするスロットアンテナ。
2. 偏波導波管（１１）は一方の横軸（ａ）の方向で第１の寸法（Ｌａ）を有し、他方の横軸（ｂ）の方向で第２の寸法（Ｌｂ）を有しており、第１の寸法（Ｌａ）はスロット（２）から放射される電磁波の半分の自由空間波長λ／２よりも大であり、第２の寸法（Ｌｂ）はそれよりも小であることを特徴とする、請求項１に記載のスロットアンテナ。
3. スロット（２）は給電導波管（１）の広壁面（４）の中央に形成されている、請求項１または２に記載のスロットアンテナ。
4. スロット（２）は給電導波管（１）の広壁面（４）の中央からずらされて形成されていることを特徴とする、請求項１または２に記載のスロットアンテナ。
5. スロットアンテナはスロット（２）をそれぞれ有する同等の多くのスロット放射エレメントから成るアレイエレメントとして構成されていることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のスロットアンテナ。
6. スロットアンテナは金属化されたプラスチックから成っていることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のスロットアンテナ。

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