JP4612559B2 - Waveguide slot array antenna - Google Patents
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Description
本発明は、特にマイクロ波、ミリ波帯において用いられる導波管スロットアレーアンテナの技術分野に属する。 The present invention belongs to the technical field of waveguide slot array antennas used particularly in the microwave and millimeter wave bands.
従来、Ｈ面管壁に、長手方向に沿って多数のスロットを設けた矩形導波管を同一平面上で平行に多数並べて各導波管へ給電するようにした導波管スロットアレーアンテナ、或いは板状導電性部材の１面に断面矩形状の溝を平行に多数設けたベース体に、溝に対応するように多数のスロットが設けられたスロット板を被せて各溝へ給電するようにした構造の導波管スロットアレーアンテナにおいては、給電した際の各スロットから給電側への反射を少なくするために、矩形導波管のＨ面管壁に、管軸方向に沿って、スロットを配列した放射用導波管のＥ面片側管壁に、スロット毎に対応させて管軸方向に対して垂直な面を有する壁板（誘導性壁）を設け、以て、スロット部分からの反射波を壁板面からの反射波によって相殺・低減するようにしている。 Conventionally, a waveguide slot array antenna in which a large number of rectangular waveguides provided with a number of slots along the longitudinal direction on the H-plane tube wall are arranged in parallel on the same plane and fed to each waveguide, or A base body provided with a large number of grooves having a rectangular cross section on one surface of a plate-like conductive member is covered with a slot plate provided with a large number of slots so as to correspond to the grooves, and power is supplied to each groove. In a waveguide slot array antenna having a structure, in order to reduce reflection from each slot when power is supplied to the power supply side, slots are arranged on the H-plane tube wall of the rectangular waveguide along the tube axis direction. A wall plate (inductive wall) having a surface perpendicular to the tube axis direction corresponding to each slot is provided on the E-side one-side tube wall of the radiating waveguide so that the reflected wave from the slot portion is provided. Is canceled and reduced by the reflected wave from the wall plate surface. There.
図８はその構造を示す図である。（ａ）は斜視図、（ｂ）は管軸方向図、（ｃ）は（ａ）の図を上から見た平面図である。
スロット９に対応させて、管軸中心を挟んで反対側の狭壁面に壁板（誘導性壁）２０を設けて、ここでも反射させ、その反射波ＷＰで、スロット９での反射波ＷＳをできるだけ相殺させ、全体としての反射波を低減させるようにしている。
一方、導波管スロットアレーアンテナの各放射導波管では、スロットは管軸方向に管内波長の２分の１の間隔で配列されており、且つ管幅中心から管幅方向に左右交互にオフセットしている。いわゆる千鳥状配置となっている。
FIG. 8 shows the structure. (A) is a perspective view, (b) is a pipe axis direction view, and (c) is a plan view of the view of (a) as viewed from above.
In correspondence with the slots 9, provided with a wall plate (inductive wall) 20 on the narrow wall of the opposite side of the tube axis center, it is reflected again at the reflected wave W P, reflected waves W of the slot 9 S is canceled as much as possible, and the reflected wave as a whole is reduced.
On the other hand, in each radiating waveguide of the waveguide slot array antenna, the slots are arranged in the tube axis direction at intervals of one-half of the tube wavelength, and offset from the center of the tube width to the left and right alternately in the tube width direction. is doing. So-called staggered arrangement.
従って、スロット９に対応する壁板（誘導性壁）２０も管軸方向では両側の狭壁面に交互に設けられるので、片側だけで見ると管内波長の１波長間隔で配列されていることになる。
交互オフセットの理由は、２分の１波長間隔の各スロットから放射される電磁波が同相になるようにするためである。そして、このオフセット量は、各スロットからの放射電力ができるだけ均一になるように、給電端側から終端側へ行くにつれて段々大きくなっている。
Accordingly, since the wall plates (inductive walls) 20 corresponding to the slots 9 are also alternately provided on the narrow wall surfaces on both sides in the tube axis direction, when viewed from only one side, they are arranged at one wavelength interval of the in-tube wavelength. .
The reason for the alternating offset is to make the electromagnetic waves radiated from the slots at the half-wavelength intervals in phase. The offset amount is gradually increased from the power feeding end side to the terminal end side so that the radiated power from each slot is as uniform as possible.
その理由は、給電端から入力した電磁波は順次スロットから放射されて行くため、導波管内を伝搬していく電磁波のレベルは終端へ近付くにつれて低下して行く。
しかし、各スロットからの放射強度はできるだけ均一にすることが望ましいから、低下した管内電磁波レベルから、給電端側のスロット同一レベルの放射を行うため管幅中心からのオフセット量を段々と大きくして行っている。
オフセット量が大きくなると、スロット９での反射波ＷＳも大きくなるので、これを相殺するための反射波ＷＰを大きくするために終端側へ行くにつれ壁板（誘導性壁）２０の反射面積も大きくしている。
The reason is that the electromagnetic wave input from the feeding end is sequentially emitted from the slot, so that the level of the electromagnetic wave propagating in the waveguide decreases as the end approaches.
However, since it is desirable to make the radiation intensity from each slot as uniform as possible, the amount of offset from the center of the tube width is gradually increased in order to perform radiation at the same level as the slot on the feeding end side from the reduced electromagnetic wave level in the tube. Is going.
When the offset amount increases, the reflection area of the so also increases the reflected wave W S of the slot 9, the wall plate (inductive wall) 20 As going to the terminating side in order to increase the reflected wave W P to offset this It is also bigger.
ところが、板壁（誘導性壁）２０が大きくなると管内波長が長くなる。
従って、管内波長の２分の１の間隔で配列されているスロットは、終端側に行くにつれ間隔が大きくなっている。
その結果、放射導波管のスロット配列は終端側に進むにつれてオフセット量が大きくなるとともにスロット間隔が大きくなっている（例えば、特許文献１参照）。
Therefore, the slots arranged at intervals of one-half of the guide wavelength become larger as going toward the end side.
As a result, in the slot arrangement of the radiating waveguide, the offset amount increases and the slot interval increases as proceeding toward the end side (see, for example, Patent Document 1).
以上のように、従来の導波管スロットアレーアンテナでは放射導波管の終端側に進むにつれてスロットのオフセット量が大きくなるとともにスロット間隔が大きくなって行くため次のような問題を生ずる。
第１に、スロット間隔が大きくなって行くことは、誘導性壁を設けない場合に較べて放射導波管の長さが長くなりその結果アンテナの開口面積が大きくなり、開口効率が低下するという問題がある。
As described above, the conventional waveguide slot array antenna has the following problems because the slot offset increases and the slot interval increases as it proceeds toward the end of the radiation waveguide.
First, the increase in slot spacing means that the length of the radiating waveguide is increased compared to the case where no inductive wall is provided, resulting in an increase in the aperture area of the antenna and a decrease in aperture efficiency. There's a problem.
第２に、スロットのオフセットが大きくなって行くことにより、不要な方向への放射が大きくなるという問題がある。
第３に、スロットの間隔が均一でなく段々広がって行くことによる放射指向性への悪影響という問題がある。
Secondly, there is a problem that radiation in an unnecessary direction increases as the offset of the slot increases.
Thirdly, there is a problem that the radiation directivity is adversely affected by the slot interval not being uniform and gradually expanding.
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて、放射導波管の終端側へ進んでもスロットの間隔が広がらず、且つスロットオフセット量が大きくならない放射導波管による導波管スロットアレーアンテナを実現することを課題とする。 In view of the above-described problems of the prior art, the present invention provides a waveguide slot array antenna using a radiating waveguide in which the slot interval does not increase and the slot offset amount does not increase even when proceeding to the end of the radiating waveguide. The challenge is to achieve this.
本発明は、上記の課題を達成するために次の各構成を有する。
本発明の第１の構成は、広壁面に管軸方向に複数のスロットを配列した放射導波管をスロット面を揃えて複数平行に配列した導波管スロットアレーアンテナにおいて、
放射導波管内のスロット面とは反対側の広壁面内側が、給電端側から終端側へ進むにつれて、スロット面側へ階段状に近付いていく構造となっており、
階段構造の段差の位置は、給電側から終端側までの全スロットの配列において、隣り合うスロットそれぞれの管軸方向中央位置から中央位置までの各間に各１つであり、各段差寸法はその合計がスロット面内面と反対側広壁内面間の寸法未満であることを特徴とする導波管スロットアレーアンテナである。
The present invention has the following configurations in order to achieve the above-described problems.
The first configuration of the present invention is a waveguide slot array antenna in which a plurality of slots arranged on a wide wall surface in the tube axis direction are arranged in parallel with a plurality of slots arranged in parallel.
The wide wall inner side opposite to the slot surface in the radiation waveguide has a structure that approaches a stepped shape toward the slot surface side as it advances from the feeding end side to the terminal end side.
The position of the step of the staircase structure, in the sequence of the entire slot from the feed side to the end side and in each one between each of the tube axis direction central position of the respective adjacent slot to the center position, the level difference thereof total is the waveguide slot array antenna, characterized in dimensions less than der Rukoto between opposite wide walls inner surface with the slot surface inner surface.
本発明の第２の構成は、前記第１の構成において、放射用導波管が、板状導電性部材の１面に断面矩形状の溝を設けたベース体と、この溝の上に被せるように配置され溝に沿ってスロットが配列されているスロット板とから成るものであることを特徴とする導波管スロットアレーアンテナである。 According to a second configuration of the present invention, in the first configuration, the radiating waveguide covers a base body in which a groove having a rectangular cross section is provided on one surface of the plate-like conductive member and the groove. The waveguide slot array antenna is characterized by comprising a slot plate arranged in this manner and having slots arranged along the grooves.
本発明の導波管スロットアレーアンテナの放射導波管は、スロットからの反射を相殺して減少させる手段として、スロット面と反対側の広壁面内側が、給電端側から終端へ進むにつれて、スロット面側へスロット１個当り１段ずつの上り階段状の構造となっているため、次の段への立ち上り段差面での反射が対応するスロットの反射を相殺するようになる。このような導波管内広壁面での階段構造では、従来の狭壁面に誘導性壁を設けた場合のように管内波長が長くなるということは生じない。 The radiating waveguide of the waveguide slot array antenna of the present invention is a means for canceling and reducing reflection from the slot as the inner side of the wide wall surface opposite to the slot surface advances from the feeding end side to the terminal end. Since it has an ascending staircase structure with one step per slot toward the surface side, the reflection on the rising step surface to the next step cancels the reflection of the corresponding slot. In such a staircase structure with the wide wall surface in the waveguide, the in-tube wavelength does not increase as in the case where the inductive wall is provided on the conventional narrow wall surface.
その理由は、管内波長は広壁面の幅が小さくなると長くなるところ、従来は狭壁面に誘導性壁が設けられ終端の方へ行くにつれ等価的に広壁面幅を狭める方向であったため管内波長が長くなっていったのに対し、本発明においては、広壁面に階段構造が設けられているのであって広壁面の幅はなんら変化していないため、管内波長に影響を与えないからである。 The reason for this is that the in-tube wavelength becomes longer as the width of the wide wall becomes smaller, but in the past, an inductive wall was provided on the narrow wall, and the width of the in-tube was equivalently narrowed toward the end. In contrast, in the present invention, the staircase structure is provided on the wide wall surface, and the width of the wide wall surface does not change at all, so that the wavelength in the tube is not affected.
その結果、従来のような、放射導波管の終端に近付くにつれて誘導性壁が大きくなるため管内波長が長くなりその結果、２分の１管内波長間隔で設けているスロットの間隔が長くなり、アンテナサイズが大きくなって開口効率が低下したり、放射指向性に悪影響を与えるというようなことがなくなるという利点がある。 As a result, the inductive wall becomes larger as approaching the end of the radiating waveguide, as in the conventional case, so that the wavelength in the tube becomes longer. There is an advantage that the antenna size is not increased, the aperture efficiency is lowered, and the radiation directivity is not adversely affected.
また、階段状の構造となっているため、放射導波管の終端側へ行く程、スロット面と反対側の面との距離が近くなり、スロットへの結合量が大きくなる。その結果、導波管内の電磁波伝搬量が終端へ近付くにつれ低下して来ても、結合量の大きさが低下分を補ってスロットからの放射量を、給電端に近い方のスロットと均一にすることができる。
このため、従来のような、スロットからの放射量を均一にするために、終端側に行くにつれオフセット量を大きくするということが必要なくなり、スロットオフセットに起因していた不要な方向への放射を低減することができるという利点がある。
Further, since the structure is stepped, the distance from the slot surface to the opposite surface becomes closer as the distance from the end of the radiation waveguide increases, and the amount of coupling to the slot increases. As a result, even if the amount of electromagnetic wave propagation in the waveguide decreases as it approaches the end, the amount of coupling compensates for the decrease, and the amount of radiation from the slot is made uniform with the slot closer to the feed end. can do.
For this reason, it is not necessary to increase the amount of offset as it goes to the end side in order to make the amount of radiation from the slot uniform as in the prior art, and radiation in an unnecessary direction caused by the slot offset is eliminated. There is an advantage that it can be reduced.
本発明においては、階段構造の段差部分をスロットに対してどの位置に置くのがよいかという点であるが、最終的には放射導波管の入力端側から見たときの反射が最も小さくなる位置にするのが最良の実施形態である。
２つの反射波が相殺し合うということは、両者の位相が１８０度異なるときである。反射波同士が同振幅で１８０度異なるときは完全にゼロになる。
しかしながら、スロットからの反射波はある１つの位置からのみ反射されるわけではなく、反射強度とその位相の分布はある拡がりをもっている。
In the present invention, the position of the stepped portion of the staircase structure should be placed with respect to the slot. Ultimately, the reflection is the smallest when viewed from the input end side of the radiation waveguide. It is the best embodiment to be in the position.
Two reflected waves cancel each other when their phases are 180 degrees different. When the reflected waves have the same amplitude and differ by 180 degrees, they become completely zero.
However, the reflected wave from the slot is not reflected only from one position, and the distribution of the reflection intensity and its phase has a certain spread.
一方、段差面からの反射波も、段差面自体が有限寸法であるところから理想的な反射とは言えずその振幅および位相の分布は、スロットの場合程ではないにしても、拡がりを有する。
従って、およその見当としては、スロットからの反射波ＷＳの振幅が大きい成分の位相と、段差面からの反射波の振幅の大きい成分の位相が１８０度異なるように段差面の位置決めをすることにより、相殺の効果を高めることができる。
On the other hand, the reflected wave from the stepped surface is not ideal reflection because the stepped surface itself has a finite size, and its amplitude and phase distribution is widened even if it is not as in the case of the slot.
Therefore, the approximate idea, that the amplitude is large component of the phase of the reflected wave W S of the slot, the positioning of the phase difference of 180 degrees as in the step surface of the large component of the amplitude of the reflected waves from the stepped surface Thus, the offset effect can be enhanced.
また振幅については、段差面の大小によって異なるので、スロットからの反射波の振幅に近づけるような幅にすることにより相殺効果を高めることができる。最終的には導波管入射口での反射波の強度を測定あるいはシミュレーションしつつ、段差の位置や高さを定めることになるが、段差の位置は、スロットの中央位置からほぼ管内波長の４分の１の距離だけ終端側にあるのが最良の実施形態である。スロットからの反射の反射源が等価的にスロットの中央にあるとすれば、その位置より管内波長の４分の１だけ終端側寄りの位置からの反射の距離は往復で２分の１波長だけ長くなり、丁度逆相となって位相的に最も相殺し易い位置となるからである。 Since the amplitude varies depending on the size of the stepped surface, the canceling effect can be enhanced by making the width close to the amplitude of the reflected wave from the slot. Eventually, the position and height of the step are determined while measuring or simulating the intensity of the reflected wave at the waveguide entrance. The position of the step is approximately 4 from the center position of the slot. It is the best embodiment to be at the end side by a fraction of a distance. If the reflection source from the slot is equivalently in the center of the slot, the reflection distance from the position closer to the end side by a quarter of the guide wavelength than that position is only a half wavelength in the round trip. This is because the position becomes longer and is just in the opposite phase and is the most easily offset in phase.
また本発明アンテナ基本構成としては、一方の広壁面にスロット列が設けられ他方の広壁面内側に階段構造を有する導波管を同一平面に平行に並べた構成のものであるが１本１本の導波管が独立したものである必要はなく、隣り同士の導波管の狭壁面側壁は、境界壁として共通のものであってもよい。
また、階段構造も、導波管内に設けられるものであるから管として出来上がったものに後から設けるのは困難なことである。
The basic configuration of the antenna of the present invention is a configuration in which one wide wall surface is provided with slot rows and the other wide wall surface has a staircase structure arranged in parallel on the same plane. The waveguides need not be independent, and the narrow wall surfaces of the adjacent waveguides may be common as the boundary wall.
Further, since the staircase structure is also provided in the waveguide, it is difficult to provide it later on the completed tube.
従って、本アンテナの製造という観点からすれば金属導体板に、底面が階段状になっている溝（導波路）を複数平行に形成し、その上から各導波路に対応させてあらかじめスロットが切ってあるスロット板を被せるという構成が望ましい構成である。 Therefore, from the viewpoint of manufacturing this antenna, a plurality of grooves (waveguides) whose bottom surfaces are stepped are formed in parallel on the metal conductor plate, and slots are cut in advance corresponding to the respective waveguides. It is desirable that the slot plate is covered.
更に、好ましい実施の形態としては、上記構成のうちスロット板以外の部分をダイキャストで製造することである。
ダイキャストによれば導波路溝、階段構造を１工程で精度よく形成できるからである。
Furthermore, as a preferred embodiment, a portion other than the slot plate in the above configuration is manufactured by die casting.
This is because according to die casting, the waveguide groove and the staircase structure can be accurately formed in one step.
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
図１は、板状金属体に設けられた放射導波路１５に、スロットが設けられたスロット板１４を被せて形成した放射導波管１の一部斜視図である。
底面側には階段構造２が形成されており、第１段差面３は第１スロット５に対応しており、第２段差面４は第２スロット６に対応している。
階段構造２は終端側８行く程、スロット板１４に近付くようになっている。
給電端側７から給電した場合の第１スロット５からの反射波は、第１段差面３からの反射波によって相殺され、第２スロット６からの反射は第２段差面４からの反射波によって相殺されるようになっている。
なお、第１スロット５は管幅中心より右側へオフセットしており、第２スロット６は左側へオフセットしている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a partial perspective view of a radiation waveguide 1 formed by covering a
A
The
The reflected wave from the first slot 5 when power is supplied from the feeding end side 7 is canceled by the reflected wave from the first step surface 3, and the reflection from the second slot 6 is reflected by the reflected wave from the second step surface 4. It is to be offset.
The first slot 5 is offset to the right side from the tube width center, and the second slot 6 is offset to the left side.
図２は、本発明アンテナの放射導波管１の内部を側面方向から見た図である。
左側の給電端１１から右側の終端１２へ向けて階段構造２が形成されている。
スロット板１４には、階段構造２の段差面１０と対応するように管軸方向に沿ってスロット９が配列されている。
FIG. 2 is a view of the inside of the radiation waveguide 1 of the antenna of the present invention as viewed from the side.
A
Slots 9 are arranged in the slot plate 14 along the tube axis direction so as to correspond to the stepped
図３は、スロット板１４を上方から見た平面図である。
スロット９は管幅中心から交互に左右にオフセットしている。
誘導性壁を用いた従来の放射導波管では、終端の方へ行くにつれて、スロットの管軸方向間隔およびオフセット量が大きくなって行くが、本発明における放射導波管ではスロット９のオフセット量も管軸方向もあまり変化しない。
その結果、本発明の導波管スロットアレーアンテナでは、スロットオフセットに起因する不要方向への放射やスロット間隔が広がることによる放射指向性への悪影響が従来の導波管スロットアレーアンテナより少なくなる。
FIG. 3 is a plan view of the slot plate 14 as viewed from above.
The slots 9 are offset to the left and right alternately from the center of the tube width.
In the conventional radiation waveguide using inductive walls, the distance between the slots in the tube axis direction and the offset amount increase toward the end, but the offset amount of the slot 9 in the radiation waveguide according to the present invention. The tube axis direction does not change much.
As a result, the waveguide slot array antenna of the present invention has less adverse effects on the radiation directivity due to radiation in the unnecessary direction due to the slot offset and widening of the slot interval than the conventional waveguide slot array antenna.
図４は、ダイキャストにより底面が階段構造２の溝状の放射導波路１５を、横方向に延びる給電路１７の上下に各１６本ずつ形成したベース体１３の平面図である。
給電路１７側から終端１２へ進むにつれて段差１６の位置で底面が段々浅くなって行く階段構造となっている。
FIG. 4 is a plan view of the
A staircase structure in which the bottom surface becomes gradually shallower at the position of the step 16 as it proceeds from the feeding path 17 side to the terminal end 12.
図５は、金属板に図４のベース体１３の放射導波路１５に対応させてスロット９を設けたスロット板１４である。
このスロット板１４を図４のベース体１３の上に被せて固定すると、各放射導波路１５は放射導波管を形成することになる。
FIG. 5 shows a slot plate 14 in which slots 9 are provided in a metal plate so as to correspond to the
When the slot plate 14 is placed on the
図６は、スロット板１４をベース体１３に被せた場合におけるスロット９の位置関係を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing the positional relationship of the slots 9 when the slot plate 14 is put on the
図７は、図４のベース体１３に図５のスロット板１４を被せて構成した導波管スロットアレーアンテナの中心軸（紙面に垂直）を含む左上から右下への４５度垂直面内における、中心垂直軸（Ｚ軸）を基準した角度方向における相対振幅（ｄＢ）を実線グラフで表した指向特性である。
点線グラフは、従来の誘導性壁によって反射を軽減する方式の導波管スロットアレーアンテナの指向特性である。
7 shows a 45-degree vertical plane from the upper left to the lower right including the central axis (perpendicular to the paper surface) of the waveguide slot array antenna configured by covering the
The dotted line graph is a directivity characteristic of a waveguide slot array antenna that reduces reflection by a conventional inductive wall.
両者を比較すると、中心軸方向（０度）の主ビーム以外の角度範囲では、実線のレベルが点線のレベルより下がっており、不要方向への放射が少ないことを現している。
特に、マイナス６０度および６０度付近では１０ｄＢ以上の改善が認められる。
When both are compared, in the angle range other than the main beam in the central axis direction (0 degree), the level of the solid line is lower than the level of the dotted line, indicating that there is little radiation in the unnecessary direction.
In particular, an improvement of 10 dB or more is recognized at minus 60 degrees and around 60 degrees.
１ 放射導波管
２ 階段構造
３ 第１段差面
４ 第２段差面
５ 第１スロット
６ 第２スロット
７ 給電端側
８ 終端側
９ スロット
１０ 段差面
１１ 給電端
１２ 終端
１３ ベース体
１４ スロット板
１５ 放射導波路
１６ 段差
１７ 給電路
１８ 管壁
１９ 矩形導波管
２０ 壁板（誘導性壁）
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (2)
放射導波管内のスロット面とは反対側の広壁面内側が、給電端側から終端側へ進むにつれて、スロット面側へ階段状に近付いていく構造となっており、
階段構造の段差の位置は、給電側から終端側までの全スロットの配列において、隣り合うスロットそれぞれの管軸方向中央位置から中央位置までの各間に各１つであり、各段差寸法はその合計がスロット面内面と反対側広壁内面間の寸法未満であることを特徴とする導波管スロットアレーアンテナ。 In a waveguide slot array antenna in which a plurality of slots arranged in the tube axis direction on a wide wall surface and a plurality of slots arranged in parallel with the slot surfaces aligned,
The wide wall inner side opposite to the slot surface in the radiation waveguide has a structure that approaches a stepped shape toward the slot surface side as it advances from the feeding end side to the terminal end side.
The position of the step of the staircase structure, in the sequence of the entire slot from the feed side to the end side and in each one between each of the tube axis direction central position of the respective adjacent slot to the center position, the level difference thereof waveguide slot array antenna sum and said dimension less than der Rukoto between opposite wide walls inner surface with the slot surface inner surface.
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2006
- 2006-02-24 JP JP2006047677A patent/JP4612559B2/en active Active
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