JP4164807B2 - スロットアレーアンテナ - Google Patents

Description

本発明は主にレーダ装置に使用される導波管スロットアレーアンテナに関する。

船舶用レーダなどレーダ装置では比較的簡単にシャープな水平面指向特性の得られる導波管によるスロットアレーアンテナが多用されている。

図２に従来のスロットアレーアンテナの一例としてアンテナ単体で防水筐体（レドーム）に納めた所謂オープン形スロットアレーアンテナの断面図を示す。
図２においてスロット導波管（１１）は、標準寸法導波管のＥ面に、アレーを構成する複数の交互傾斜スロット（図示せず）が設けられている。
導波管押さえ（１２ｂ）はスロット導波管（１１）を挟み込み固定すると共に、（整合部）を形成し、フレア（１２ａ）空間との整合を行うと共に、水平偏波モードの安定化を行う。
交叉偏波抑圧用のスクリーン（１３）はわずかに残った傾斜スロットに起因する垂直偏波成分を除去するもので、波長に対して十分狭い垂直の格子（図７参考）である。本例では金属板に多数のスリットを設けたものを折り曲げ、導波管押さえ（１２ｂ）にネジまたはリベットで固定している。
なお、スクリーンは省略されたり、筐体輻射部の内側に設置されることもある。
以上の輻射部に、本例では板金で折り曲げ加工された導波管押さえ（１２ｂ）でスロット導波管を保持し、更に（整合部）を構成すると共にフレア（１２ａ）を形成し、垂直面の指向性を絞っている。
数本のフレアステイ（１８）は主に上部のフレア（１２ａ）を支持するもので、フレアの厚みが十分厚いなど堅固な場合は省略することもある。

一般に全長が長く、水平ビーム幅の狭いオープン形スロットアレーアンテナではスロット導波管の一端から給電し、もう一端を整合終端器（図示せず）で無反射に終端する。
このため、長手方向のほぼ中央に別部材の給電口としてコーナベンドまたは同軸導波管変換器または導波管フランジ（図示せず）等による給電器（１６）が設けられ、端部までの伝送には給電器に接続された給電導波管（１４）が使われる。

図１０にコーナーベンドを使用した給電器の一例を示す。同図で給電器（１６）は補強板（１５）の上に取り付けられ、給電導波管（１４）を溶接等で接続している。
給電導波管（１４）は一般に標準寸法導波管が使われ、端部まで適宜補強板（１５）に支持し、端部で曲線に折り曲げて、または端部折り返し用ベンド（図示せず）を使ってスロット導波管に接続される。
補強板（１５）はほぼアンテナの長手方向全長に渡って配置され、レドーム（１９ｂ）や中央付近でスキャナ本体に取り付けるためのペデスタル（６）にネジ固定される。
防水筐体の輻射面（１９ａ）以外を金属製の筐体とする場合は補強板（１５）が省略されることもある。
下部のフレアと補強板とはネジまたはリベット接続され、補強接続板（１７）はスロット導波管押さえ（１２ｂ）の締め付け部分と、および補強板と、ネジまたはリベットで接続され、アンテナ内の重量を支持し筐体内部を補強している。なお、本例のように輻射面（５ａ）と筐体（５ｂ）を樹脂製の一体レドームとする場合、一般的には紫外線等による強度の時間劣化があるので、レドーム自体をを補強の用に供することはできない。また、短い小型のアンテナと送受信部をまとめて防水筐体に納めた所謂ドーム形小型レーダの場合（図示せず）は水平ビーム幅が広いため簡略化を優先し、スロット導波管長手方向の中央から直接給電する。
この場合は一般的に給電導波管や補強板、ペデスタル等は省略し、導波管押さえ（１２ｂ）やスロット導波管の中央に同軸形の回転軸を直接取り付け、スロット導波管中央内部で同軸導波管変換を行って給電するものが多い。

しかしながら、このように構成されたスロットアレーアンテナでは、スロット導波管（１１）と導波管押さえ（１２ｂ）との（接触面）に部分的に隙間が生じ、（整合部）が満足に機能せず、結果として指向性が乱れる恐れがあった。

これを避けるには導波管押さえ（１２ｂ）の板厚を厚くすると共に交叉偏波除去スクリーン（１３）と導波管押さえ（１２ｂ）との固定点を増やし、（接触面）に均一な圧力を加える必要があるが、いずれも軽量化と組み立て作業の簡略化の妨げになっている。
また、補強関係もこれ以上縮小できないため、軽量化・簡略化には新たな発想が求められていた。
本発明は上記の課題を解決することを目的とするもので、部品点数の大幅削減と軽量化および組立て簡略化と共に安定した品質の得られるスロットアレーアンテナを提供する。

上記目的を達成するために本発明のスロットアレーアンテナは、フレア（４）を保持するフレア保持部（１ｂ）とスロット導波管（１ａ）および被支持部をアルミ押し出し一体 成形とし、各部の厚さを同一にして成形したことを特徴とする。また、フレア保持部（１ｂ）に交叉偏波抑圧用のスクリーン（４）の保持用であるスクリーン保持部（１ｃ）を一体化したことを特徴とする。

オープン形スロットアレーアンテナの場合には給電導波管（２ａ）と補強部（２ｂ）および輻射部を支える補強接続部（２ｃ）とを一体化した補強給電部とし、この補強給電部の長手方向中央の給電導波管部分に給電口を構成したことを特徴とする。また、給電口として、給電導波管内に傾斜駒（７ａ）と導波管開口（７ｂ）によるＨベンドや短絡駒（９ａ）や丸穴（９ｂ）による同軸導波管変換機を構成したことを特徴とする。このように構成することにより、本発明のスロットアレーアンテナは輻射部（１）と補強給電部（２）はそれぞれ一体化押出し成型が可能になると共に、前記課題を解決できる。

一般に押出し成形のためには均一な厚みが望ましいが、本発明の導波管スロットアレーアンテナは輻射部（１）と補強給電部（２）はそれぞれ多くの機能を一体化しても均一な厚みを設定でき、押し出し成形が容易である。またスロット導波管（１ａ）とフレア保持部（１ｂ）を一体化したことにより、従来のようなスロット導波管（１１）と導波管押さえ（１２ｂ）との接触不安定の心配がないほか、スクリーン保持部（１ｃ）も含めた省略構造になっているため材料の重複が少なく、フレア（３）やスクリーン（４）も薄いまたは軽い素材が使用でき、かつ組立ては差し込むだけで完了するため、輻射部の軽量化、組立て簡便化が達成できる。

オープン形スロットアレーアンテナの場合に必要な補強部（２ｂ），給電導波管（２ａ），補強接続部（２ｃ）が一体化されたことにより、これらが協調して補強機能を高めるため、素材を薄く軽量にすることができる。また、補強部（２ｂ）と給電導波管（２ａ）を一体化したことにより、従来別途必要であった給電器（１６）を給電導波管内に構成することができ、省略化に寄与する。また、一体化と省略化により、組み立て接続に必要なネジまたはリベット固定部分が大幅に削減されるため、補強給電部の軽量化、組立て簡便化が達成できる。
このように、本発明によれば、部品点数が大幅に削減され、軽量化されると共に、品質の安定した、組立て簡便な導波管スロットアレーアンテナを実現できる。

以下、本発明のスロットアレーアンテナを実施するための最良な形態について、図面を参照して説明する。

図１に本発明のスロットアレーアンテナの一実施例の断面図を示す。
本実施例ではレドーム輻射部（５ａ）と防水筐体（５ｂ）はＡＢＳ系樹脂による一体押し出し成形のレドームとし、輻射部と筐体との境目には小さな突起をフレア支え（５ｃ）としてを設けている。

図１においてスロット導波管（１ａ），フレア保持部（１ｂ），交叉偏波除去スクリーン保持部（１ｃ），被支持部（１ｄ）はアルミ押出し成形などにより、例えば図３に示すような断面を有する輻射部（１）としている。
なお、被支持部（１ｄ）は輻射部（１）を防水筐体（５ｂ）およびペデスタル（６）に固 定するための部分であり、例えば後述のレドームおよびペデスタルに固定された接続補強 部（２ｃ）に結合して輻射部（１）が支持される。

図１においてフレア保持部（１ｂ）はフレア（３）の一端を挟み込む構造になっており、ネジやリベットを使うことなく例えば薄いアルミ板のフレアを差し込むだけで固定することができる。
フレアの他端はレドーム（５）に設けたフレア支え（５ｃ）に差込んで支えている。
フレア（３）は補強の用には供してなく、上記のように薄い軽量素材を使うことができるため、フレア支え（５ｃ）には無理がかからず、単にフレアの振れ止めとして機能している。
従ってフレア材料や開口角度の都合によっては図２のフレアステイを使用しても良い。
なお、軽量素材として樹脂板に導電塗料を塗布したものを使用することもできる。

輻射部（１）をアルミ押出し成形とした場合、成形の都合でフレア保持部の間隙をあまり小さく、または深くできないという事情がある。もし、フレアの開口角度や整合部の設計形状などに必要な間隙や深さが得られない場合は図６に示すようにスペーサ（８ａ）を全長に渡って、または部分的に差し込んで必要な保持力を得ることもできる。なお、仮に保持力が弱く、振動・衝撃などで図６の（間隙）に示す位置の接触が悪くなった場合や、極端には隙間ができてしまった場合でも指向性等、特性にはほとんど影響しない。
これは（整合部）の外側にあるので、垂直偏波成分がほとんどないためで、公知の通り水平偏波成分は垂直方向に１／２波長以上の隙間がないと通れないためである。

図１でフレア保持部（１ｂ）の都合から（整合部）は図２に示す従来の（整合部）のような方形断面形状にはなっていないが、図３の（垂直寸法）に示す寸法が使用周波数の１／２波長以上として水平偏波基本モードの通過を許し、要求程度は低いができれば１波長以下として高次モードの発生を抑えるようにしてあれば良い。また図３では、交叉偏波抑圧用のスクリーン保持部（１ｃ）が一体化されており、図１に示すように交叉偏波抑圧用のスクリーン（４）を挟み込んで固定できるようにしてある。

スクリーンの例を図７に示す。図７（ａ）はフィルムスクリーン（４ａ）の例で、マイラフィルムやポリエステルフィルム等の誘電体板に導電塗料を垂直格子状に印刷したものまたは印刷配線基板にエッチングにて格子を形成したものであり、同図（ｂ）は打ち抜きスクリーン（４ｂ）の例で例えばアルミ板に打ち抜き加工などで格子状になるようにスリット加工したものである。

スクリーン（４）の固定の方法としては、スクリーンが薄い場合は図１に示すように撓ませて挟み込み、比較的厚い場合は図５に示すように撓ませないで差し込めば良い。
なお、スクリーンの垂直方向の長さが使用周波数の１波長以上であれば、格子とスクリーン保持部の接触の有無は交叉偏波抑圧特性などにほとんど影響しない。
但し、図５（距離）に示すスロット導波管とスクリーンの距離は交叉偏波抑圧特性やスロット導波管の輻射特性に影響するので、固定方法に応じてスクリーン保持部の位置に注意を払う必要がある。また、公知の通り交叉偏波成分すなわち垂直偏波成分はスロット導波管に設けた交互に傾斜するスロットに起因しており、アンテナ長が比較的長くスロット数が多い場合は相対的にスロットの傾斜が少なくなり、交叉偏波成分が減少とするので、スクリーンを設けなくとも良い場合もある。

また、スクリーンの位置は本例のようにスロット導波管の近傍に限定されず、例えば図１の輻射部レドーム（５ａ）の内側に設けても良い（図示せず）。
送受信部とアンテナをまとめてレドーム防水筐体に納めるドーム形小型レーダの場合は従来と同様に輻射部（１）に直接回転軸を取り付けるが、固定には被支持部（１ｄ）を利用すればよい。（図示せず）

アンテナのみを防水筐体に納めるオープン形アンテナの場合は図１および図２に示すように長手方向の補強や給電線路を設けなければならない。
この場合、本発明では押出し成形可能な図４に示す補強給電部（２）を使用する。
補強部（２ｂ）および補強接続部（２ｃ）は、アンテナの長手方向に例えば全長２／３程 度など防水筐体（５ｂ）の補強に必要な長さに伸びており、適宜設けられたかしめナット または押し出しネジ（２ｄ）で防水筐体に固定される。
図１で給電導波管（２ａ）は補強部（２ｂ）と一体にしてあり、給電導波管にも補強用リブと同様な機能をもたせている。
また、スロット導波管などを支持するため、例えば前述の被支持部（１ｄ）に結合する補強接続部（２ｃ）も一体化して、補強リブの機能を持たせると共に被支持部（１ｄ）との接続を少数のネジまたはリベットで済むようにしている。
なお、ペデスタル（６）との接続は従来と同様にかしめナットまたは押出しネジ（２ｄ）を設けてネジ止めしている。
また、フレアとして薄い素材を使用したとき、振動による振れを防止する必要がある場合は上部フレアと筐体間や、下部フレアと給電導波管間に少量のポリスチレン発泡材などを配置してもよい。

本発明のスロットアレーアンテナの一実施例を示す断面図である。 従来技術によるスロットアレーアンテナの一例を示す断面図である。 輻射部の断面図である。 補強給電部の断面図である。 スクリーン固定方法の一実施例を示す図である。 フレア固定方法の一実施例を示す図である。 スクリーンの一実施例を示す図である。 コーナーベンドの一実施例を示す図である。 同軸導波管変換器の一実施例を示す図である。 従来技術による給電器の構成例を示す図である。

符号の説明

１ ；輻射部
１ａ；スロット導波管
１ｂ；フレア保持部
１ｃ；スクリーン保持部
１ｄ；被支持部
２ ；補強給電部
２ａ；給電導波管
２ｂ；補強部
２ｃ；補強接続部
２ｄ；かしめナットまたは押出しネジ
３ ；フレア
４ ；スクリーン
４ａ；フィルムスクリーン
４ｂ；スリット打ち抜きスクリーン
５ａ；筐体輻射面
５ｂ；防水筐体
５ｃ；フレア支え
６ ；ペデスタル
７ ；コーナーベンド
７ａ；傾斜駒
７ｂ；導波管開口
８ ；スペーサ
９ ；同軸導波管変換器
９ａ；短絡駒
９ｂ；丸穴
９ｃ；変換プローブ
１１ ；従来技術のスロット導波管
１２ａ；フレア
１２ｂ；導波管押さえ
１３ ；スクリーン
１４ ；給電導波管
１５ ；補強板
１６ ；給電器
１７ ；補強接続板
１８ ；フレアステイ
１９ａ；筐体輻射部
１９ｂ；防水筐体

Claims (6)

1. 水平に配置された導波管のＥ面に複数のスロットを設けたスロット導波管（１ａ）と、垂直断面にホーン状に連続的に広がる導体のフレア（３）を設け、交叉偏波除去用スクリーン（４）を有し、かつ、アンテナ単独で防水筐体（５ａ，５ｂ）に納め、アンテナ全体を補強する補強部（２ｂ）と給電導波管（２ａ）を有し、前記スロット導波管に接続補強するスロットアレーアンテナにおいて、フレア（３）を挟み込んで保持する交叉偏波除去用のスクリーン（４）の保持部（１ｃ）とフレア保持部（１ｂ）と、スロット導波管（１ａ）およびこれらが支えられるように設けた被支持部（１ｄ）とをアルミ押し出し一体成形品とした輻射部（１）を有することを特徴とする導波管スロットアレーアンテナ。
2. 「請求項１」において記載したスロットアレーアンテナにおいて、フレア保持部（１ｂ）に交叉偏波除去用のスクリーン（４）の保持部（１ｃ）を一体構造で設けた輻射部（１）を有することを特徴とする特許請求範囲１のスロットアレーアンテナ。
3. 「請求項１」において記載したスロットアレーアンテナにおいて、給電導波管（２ａ）と補強部（２ｂ）および補強接続部（２ｃ）とをアルミ押し出し一体成形品とし、各部の厚さを同一にして成形すると共に、この給電導波管の長手方向中央部に給電器を構成したことを特徴とするスロットアレーアンテナ。
4. 「請求項１」において記載したスロットアレーアンテナにおいて、給電器として傾斜駒（７ａ）と導波管開口（７ｂ）によるＨベンドを構成したことを特徴とする特許請求範囲３のスロットアレーアンテナ。
5. 「請求項１」において記載したスロットアレーアンテナにおいて、給電器として短絡と駒（９ａ）丸穴（９ｂ）とを設け、プローブ（９ｃ）が挿入されることによって、同軸導波管変換器を構成したことを特徴とする特許請求範囲３のスロットアレーアンテナ。
6. 「請求項１」において記載したスロットアレーアンテナにおいて、特許請求範囲１の輻射部と特許請求範囲３の補強給電部を組み合わせたスロットアレーアンテナ。