JP4727568B2 - Waveguide array antenna - Google Patents

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Description

この発明は、主に、通信、レーダ等に使用するマイクロ波送受信用の導波管アレーアンテナに関するものである。   The present invention mainly relates to a waveguide array antenna for microwave transmission and reception used for communication, radar, and the like.

ピン給電による導波管との電磁界結合を利用した同軸導波管変換器について図８を参照しながら説明する。図８は、従来の同軸導波管変換器を示す図である（例えば、非特許文献１参照）。   A coaxial waveguide converter using electromagnetic field coupling with a waveguide by pin feed will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a diagram showing a conventional coaxial waveguide converter (see, for example, Non-Patent Document 1).

図８において、ピン給電部２の給電ピン３またはプローブと、導波管１を管軸方向に切断した場合の断面を見た状態が図示されている。なお、以降、プローブ給電のプローブを給電ピン３として説明する。   In FIG. 8, the state which looked at the cross section at the time of cut | disconnecting the feed pin 3 or the probe of the pin feed part 2, and the waveguide 1 to a pipe-axis direction is illustrated. Hereinafter, the probe for feeding the probe will be described as the feed pin 3.

本発明において、導波管への給電方式として、ピン給電に着目している。アンテナ後段の構成機器との接続インタフェースとして、ピン給電を採用する場合、入力インタフェースを変換する機器が不要となり、省スペース化を図ることができる。   In the present invention, attention is paid to pin feeding as a feeding method to the waveguide. When pin feeding is adopted as a connection interface with a component device subsequent to the antenna, a device for converting the input interface is not necessary, and space can be saved.

まず、ピン給電による給電方法の基礎技術に関する説明をする。図８に示す同軸導波管変換器のように、ピン給電部２から入射する電界と導波管１内部の電界とを結合させる場合、給電ピン３は導波管１の内部電界の強い場所に設ける。   First, the basic technology of the power feeding method by pin power feeding will be described. As in the coaxial waveguide converter shown in FIG. 8, when the electric field incident from the pin feeding unit 2 and the electric field inside the waveguide 1 are coupled, the feeding pin 3 is a place where the internal electric field of the waveguide 1 is strong. Provided.

図９は、従来の導波管アレーアンテナの外観を示す斜視図である。この図９は、同軸給電を用いた導波管アレーアンテナの例として、シャントスロット型の導波管アレーアンテナを示す。図９において、導波管１は、中空の両端を短絡した方形導波管であり、上面１ａと、底面１ｂと、上側面１ｃと、下側面１ｄと、左端面１ｅと、右端面１ｆとを有する。   FIG. 9 is a perspective view showing the appearance of a conventional waveguide array antenna. FIG. 9 shows a shunt slot type waveguide array antenna as an example of a waveguide array antenna using coaxial feeding. In FIG. 9, a waveguide 1 is a hollow rectangular waveguide with both ends short-circuited, and includes an upper surface 1a, a bottom surface 1b, an upper side surface 1c, a lower side surface 1d, a left end surface 1e, and a right end surface 1f. Have

この導波管アレーアンテナは、底面１ｂの下部に設けられたピン給電部２と、このピン給電部２から底面１ｂを経て導波管１の中空の内部へ突き出た給電ピン３と、上面１ａの管軸方向に配列された複数の放射素子（スロット）４とから構成されている。放射素子（スロット）４は、両端面１ｅ、１ｆからλｇ／４の距離に設けられ、素子間隔がλｇ／２で配列されている。ここで、λｇは導波管管内波長を示す。   The waveguide array antenna includes a pin feeding portion 2 provided at the lower portion of the bottom surface 1b, a feeding pin 3 protruding from the pin feeding portion 2 through the bottom surface 1b into the hollow interior of the waveguide 1, and an upper surface 1a. And a plurality of radiating elements (slots) 4 arranged in the tube axis direction. The radiating elements (slots) 4 are provided at a distance of λg / 4 from both end faces 1e and 1f, and the element spacing is arranged at λg / 2. Here, λg represents the wavelength in the waveguide.

まず、ピン給電部２から給電された電力は、導波管内部の電界と結合し、導波管内部の電界に変換される。導波管１には、放射素子４が、導波管端面からλｇ／４間隔、かつ放射素子間はλｇ／２間隔で配置されている。この放射素子４は、導波管内部の電界を変換し、外部に放射する仕組みとなっている。   First, the electric power fed from the pin feeder 2 is combined with the electric field inside the waveguide and converted into the electric field inside the waveguide. In the waveguide 1, the radiating elements 4 are arranged at λg / 4 intervals from the end face of the waveguide, and between the radiating elements at λg / 2 intervals. The radiating element 4 has a mechanism for converting an electric field inside the waveguide and radiating it outside.

つぎに、導波管の管軸方向に直交する方向に放射素子（スロット）が設けられた導波管アレーアンテナについて説明する。図１０は、従来の別の導波管アレーアンテナの外観を示す斜視図である（例えば、非特許文献２参照）。   Next, a waveguide array antenna in which radiating elements (slots) are provided in a direction orthogonal to the tube axis direction of the waveguide will be described. FIG. 10 is a perspective view showing the appearance of another conventional waveguide array antenna (see, for example, Non-Patent Document 2).

図１０において、導波管アレーアンテナは、狭壁面である上面１ａの管軸方向に直交する方向に設けられた放射素子（スロット）４Ａと、上側面１ｃの中空内部側に設けられたアイリス５と、下側面１ｄの中空内部側に設けられたアイリス５とから構成されている。   In FIG. 10, the waveguide array antenna includes a radiating element (slot) 4A provided in a direction orthogonal to the tube axis direction of the upper surface 1a, which is a narrow wall surface, and an iris 5 provided on the hollow inner side of the upper side surface 1c. And an iris 5 provided on the hollow inner side of the lower surface 1d.

通常、導波管狭壁面において、管軸方向に直交する放射素子（スロット）４Ａを設けても、電波を放射しない。これは、導波管壁面を流れる電流とスロットが並行で、スロット間に電位差を生じさせる電流が存在しないためである。図１０に示すように、導波管１の狭壁面にスロット４Ａを設け、このスロット４Ａの管軸方向の両端にアイリス５を交互に設置する。これにより、導波管１の狭壁面を流れる電流は、アイリス５によって乱され、スロット４Ａを横切る電流が発生し、管軸方向に直交するスロット４Ａであっても、電波を放射する。   Usually, even if a radiation element (slot) 4A orthogonal to the tube axis direction is provided on the narrow wall surface of the waveguide, it does not radiate radio waves. This is because the current flowing through the waveguide wall and the slot are parallel, and there is no current that causes a potential difference between the slots. As shown in FIG. 10, slots 4A are provided on the narrow wall surface of the waveguide 1, and the irises 5 are alternately installed at both ends of the slot 4A in the tube axis direction. As a result, the current flowing through the narrow wall surface of the waveguide 1 is disturbed by the iris 5, and a current crossing the slot 4A is generated. Even in the slot 4A orthogonal to the tube axis direction, radio waves are radiated.

導波管狭壁面にスロット４Ａを設けるのは、導波管１の管軸方向に直交する方向へのビーム走査によって生じる可能性のある、グレーティングローブ抑圧を目的とする、素子間隔短縮のためである。   The slot 4A is provided on the narrow wall surface of the waveguide for the purpose of shortening the element spacing for the purpose of suppressing the grating lobe, which may occur by beam scanning in the direction orthogonal to the tube axis direction of the waveguide 1. is there.

Robert E. Collin 「Foundations for Microwave Engineering」 McGraw-Hill, 1992, pp.277Robert E. Collin “Foundations for Microwave Engineering” McGraw-Hill, 1992, pp.277 Wei Wang 「An untilted edge-slotted waveguide antenna array design」 2004, International Conference on Computational Electromagnetics and Its Applications ProceedingsWei Wang “An untilted edge-slotted waveguide antenna array design” 2004, International Conference on Computational Electromagnetics and Its Applications Proceedings

給電ピン３による給電を用いた定在波励振型の導波管アレーアンテナを設計した場合、図８に示す同軸導波管変換器と同様に、ピン給電部２は導波管アレーアンテナの内部電界の強い点に設置する。但し、導波管アレーアンテナにおける放射素子４も、一般的に内部電界の強い点（定在波の腹）に設置する。このとき、ピン給電部２と放射素子４が近接した場所では、ピン給電部２が導波管１の内部電界と結合する前に、近接する放射素子４と直接結合することにより、導波管アレーアンテナの励振振幅位相を乱す。このとき、導波管アレーアンテナの励振振幅位相が、導波管中央において、管軸方向に直交する面に対して、左右非対称になると、主ビームがチルトするという問題点が発生する。   When a standing wave excitation type waveguide array antenna using power feeding by the power feeding pins 3 is designed, the pin feeding unit 2 is arranged inside the waveguide array antenna as in the coaxial waveguide converter shown in FIG. Install at a point with strong electric field. However, the radiating element 4 in the waveguide array antenna is also generally installed at a point having a strong internal electric field (antinode of standing wave). At this time, in a place where the pin feeding unit 2 and the radiating element 4 are close to each other, the pin feeding unit 2 is directly coupled to the neighboring radiating element 4 before being coupled to the internal electric field of the waveguide 1, thereby the waveguide. Disturb the excitation amplitude phase of the array antenna. At this time, if the excitation amplitude phase of the waveguide array antenna is asymmetrical with respect to a plane perpendicular to the tube axis direction at the center of the waveguide, there arises a problem that the main beam tilts.

また、ピン給電部２を導波管アレーアンテナの管軸方向に対して、放射素子４の中間に設置すると、放射素子４との結合は減少するが、この場所は、定在波の節にあたり、放射効率が劣化するという問題点があった。   Further, when the pin feeder 2 is installed in the middle of the radiating element 4 with respect to the tube axis direction of the waveguide array antenna, the coupling with the radiating element 4 is reduced, but this place is a node of a standing wave. There was a problem that the radiation efficiency deteriorated.

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、放射素子の整合状態を調整することにより、ピン給電部の近傍のみに定在波を励振させないようにすることができ、これにより、通常、定在波の節にあたる位置に、ピン給電部を設置しても、放射効率を劣化させずに導波管へ給電することができ、かつ、結合による影響を考慮せずに、放射素子とピン給電部の設計を独立に可能とする導波管アレーアンテナを得るものである。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to prevent a standing wave from being excited only in the vicinity of the pin feeder by adjusting the matching state of the radiating elements. Thus, even if a pin feeder is installed at a position corresponding to the node of the standing wave, it is possible to feed the waveguide without degrading the radiation efficiency, and the influence of coupling can be reduced. A waveguide array antenna is obtained that allows independent design of the radiating element and the pin feeder without consideration.

この発明に係る導波管アレーアンテナは、両端を短絡した方形導波管の上面に、両端面から管内波長の１／４の距離で管軸方向に平行に配置され、管内波長の半分の間隔で管軸方向に平行に配置されたスロットである複数の放射素子と、前記複数の放射素子を配置した面と対向した面である前記導波管の底面に、隣接する２つの放射素子の中間位置に設けた先端が開放している給電ピンとを設け、前記給電ピンを境として、前記放射素子の数が一方の側より他方の側が多く、かつ前記導波管の上面における管軸方向に平行な第１の導波管中心線から前記一方の側の放射素子までの第１の距離が、前記第１の導波管中心線から前記他方の側の放射素子までの第２の距離よりも長く、前記複数の放射素子は、前記第１の導波管中心線に対して片側とその反対側に交互に配置され、前記給電ピンは、前記第１の導波管中心線上に位置し、かつ管軸方向に垂直な第２の導波管中心線上に位置しているものである。 The waveguide array antenna according to the present invention is arranged on the upper surface of a rectangular waveguide whose both ends are short-circuited, and is arranged in parallel to the tube axis direction at a distance of 1/4 of the tube wavelength from both end surfaces, and is spaced at half the tube wavelength. in a plurality of radiating elements are arranged parallel to slots in the tube axis direction, the bottom surface of said plurality of radiating elements which is a surface opposite to the surface which is disposed said waveguide, intermediate two adjacent radiating element A feed pin having an open end provided at a position, and with the feed pin as a boundary, the number of the radiating elements is larger on the other side than on one side and parallel to the tube axis direction on the upper surface of the waveguide A first distance from the first waveguide centerline to the one side radiating element is greater than a second distance from the first waveguide centerline to the other radiating element. The plurality of radiating elements are long on one side with respect to the first waveguide center line Are arranged alternately on the opposite side, the feed pins are those located in the first located on the waveguide center line and the pipe axis direction perpendicular to the second waveguide centerline .

この発明に係る導波管アレーアンテナは、放射素子の整合状態を調整することにより、ピン給電部の近傍のみに定在波を励振させないようにすることができ、これにより、通常、定在波の節にあたる位置に、ピン給電部を設置しても、放射効率を劣化させずに導波管へ給電することができ、かつ、結合による影響を考慮せずに、放射素子とピン給電部の設計を独立に可能とするという効果を奏する。   The waveguide array antenna according to the present invention can prevent the standing wave from being excited only in the vicinity of the pin feeding portion by adjusting the matching state of the radiating element. Even if a pin feeder is installed at a position corresponding to the node, power can be fed to the waveguide without degrading the radiation efficiency, and the radiation element and the pin feeder can be There is an effect that the design is possible independently.

実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係る導波管アレーアンテナについて図１を参照しながら説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係る導波管アレーアンテナの外観を示す斜視図である。なお、以降では、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。 Embodiment 1 FIG.
A waveguide array antenna according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIG. 1 is a perspective view showing an appearance of a waveguide array antenna according to Embodiment 1 of the present invention. In the following, in each figure, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.

図１において、この実施の形態１に係る導波管アレーアンテナ１０Ａは、導波管の上面１ａの管軸方向に所定の間隔で配置した複数の放射素子（スロット）４と、放射素子４を配置した面と対向した面である底面１ｂに、隣接する２つの放射素子４の概略中間に位置し、先端が開放している給電ピン３とが設けられている。   In FIG. 1, a waveguide array antenna 10A according to the first embodiment includes a plurality of radiating elements (slots) 4 arranged at predetermined intervals in the tube axis direction of the upper surface 1a of the waveguide, and the radiating elements 4. On a bottom surface 1b that is a surface facing the disposed surface, a power feed pin 3 that is located approximately in the middle of two adjacent radiating elements 4 and that has an open tip is provided.

放射素子４は、導波管の両端面からλｇ／４の距離で配置され、各放射素子４はλｇ／２の間隔で配置される。ここで、λｇは導波管の管内波長を示す。   The radiating elements 4 are arranged at a distance of λg / 4 from both end faces of the waveguide, and the radiating elements 4 are arranged at an interval of λg / 2. Here, λg represents the in-tube wavelength of the waveguide.

ここで、本実施の形態１に係る導波管アレーアンテナ１０Ａ及びピン給電は、以下の設計条件を満足しているものとする。   Here, it is assumed that the waveguide array antenna 10A and the pin feed according to the first embodiment satisfy the following design conditions.

１つの導波管を管軸方向に対して、給電ピン３の設置位置で、導波管を２分割する。つまり、図１において、管軸方向に直交する方向の線ＶＣＬで導波管を２分割する。分割したそれぞれの導波管が、片側給電のアレーアンテナとみなし、各々で入力した電力が全て放射素子４から放射し、反射波がない整合状態であると仮定する。かつ、ピン給電部も入力された電力を全て左右の導波管に等分配する整合状態であるとする。つまり、１つの導波管アレーアンテナは、分割した導波管アレーアンテナが２つと、ピン給電部で構成される。   One waveguide is divided into two at the installation position of the feed pin 3 with respect to the tube axis direction. That is, in FIG. 1, the waveguide is divided into two by the line VCL in the direction orthogonal to the tube axis direction. It is assumed that each of the divided waveguides is regarded as a single-side fed array antenna, and that all the input power is radiated from the radiating element 4 and is in a matching state without a reflected wave. In addition, it is assumed that the pin feeding unit is also in a matching state in which all input power is equally distributed to the left and right waveguides. That is, one waveguide array antenna is composed of two divided waveguide array antennas and a pin feeder.

なお、本明細書中で、導波管に入力した電力が、全て放射素子４から放射され、反射波がない状態、または、ピン給電部において、給電部に入力された電力が全て給電部の左右に接続する導波管に等分配する状態を整合状態と呼ぶ。   In this specification, all the power input to the waveguide is radiated from the radiating element 4 and there is no reflected wave, or in the pin power feeding unit, all the power input to the power feeding unit is the power feeding unit. A state of equal distribution to the waveguides connected to the left and right is called a matching state.

図１において、ｄ１は、給電ピン３（線ＶＣＬ）を境として、放射素子４の素子数が少ない導波管側の、管軸方向に平行な導波管中心線ＨＣＬからの距離、ｄ２は、給電ピン３を境として、放射素子４の素子数が多い導波管側の、管軸方向に平行な導波管中心線ＨＣＬからの距離を示す。 In FIG. 1, d 1 is the distance from the waveguide center line HCL parallel to the tube axis direction on the waveguide side where the number of the radiating elements 4 is small, with the feed pin 3 (line VCL) as a boundary, 2 indicates the distance from the waveguide center line HCL parallel to the tube axis direction on the waveguide side where the number of the radiating elements 4 is large with the feed pin 3 as a boundary.

また、このとき、距離ｄ１と距離ｄ２は、次の式（１）の関係がある。 At this time, the distance d 1 and distance d 2 are related in the following equation (1).

ｄ１＞ｄ２ 式（１） d 1 > d 2 formula (1)

ここで、導波管アレーアンテナ１０Ａと、ピン給電部とが上記の設計条件を満足するとき、本来ならば、定在波の節となり、導波管との結合が困難である、放射素子４間の中間部分に、給電ピン３（ピン給電部）を設置しても、導波管からの反射波が存在しないため、ピン給電部の近傍では、定在波が発生しないので、放射効率を劣化することなくピン給電部から導波管に給電可能となる機能を有する。   Here, when the waveguide array antenna 10A and the pin feeder satisfy the above-described design conditions, the radiation element 4 is originally a node of a standing wave and is difficult to be coupled to the waveguide. Even if the power supply pin 3 (pin power supply part) is installed in the middle part between them, there is no reflected wave from the waveguide, so no standing wave is generated in the vicinity of the pin power supply part. It has a function that can supply power to the waveguide from the pin power supply unit without deterioration.

また、放射素子４と、ピン給電部とを近接して設置する必要がないので、相互の結合の影響が軽減され、各部位の設計結果を大きく変更することなく、導波管アレーアンテナを設計することが可能となる機能を有する。   In addition, since it is not necessary to install the radiating element 4 and the pin feeder close to each other, the influence of mutual coupling is reduced, and the waveguide array antenna can be designed without greatly changing the design result of each part. It has a function that can be done.

また、ピン給電部（線ＶＣＬ）を境に、放射素子４の配置数を変化させることにより、振幅分布を変化させ、アレーアンテナの放射パターン形状を変化させる機能を有する。   In addition, it has a function of changing the amplitude distribution and changing the radiation pattern shape of the array antenna by changing the number of the radiating elements 4 with the pin feeding portion (line VCL) as a boundary.

なお、図１では、ピン給電部を境として、片側の導波管毎で、等振幅、等位相としているため、各放射素子４の寸法は等しいものとしているが、図１の寸法及び形状に限定されない。   In FIG. 1, the radiating elements 4 have the same dimensions because the waveguides on one side have the same amplitude and the same phase with the pin feeder as the boundary. It is not limited.

なお、図１での放射素子４の配置は、ピン給電部の左右の導波管への電力の位相状態により変化するため、ピン給電部の形状、及び放射素子４の寸法、配置、形状等は、図１に示したものに限定されない。   The arrangement of the radiating element 4 in FIG. 1 changes depending on the phase state of the power to the left and right waveguides of the pin feeding unit, so the shape of the pin feeding unit and the dimensions, arrangement, shape, etc. of the radiating element 4 Is not limited to that shown in FIG.

実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る導波管アレーアンテナについて図２を参照しながら説明する。図２は、この発明の実施の形態２に係る導波管アレーアンテナの外観を示す斜視図である。 Embodiment 2. FIG.
A waveguide array antenna according to Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a perspective view showing an appearance of a waveguide array antenna according to Embodiment 2 of the present invention.

この実施の形態２は、上記の実施の形態１において、給電ピン３を境として、両側の放射素子４の素子数が等しい場合である。また、この実施の形態２においても、上記実施の形態１の整合条件を満足しているものとする。   This Embodiment 2 is a case where the number of elements of the radiating elements 4 on both sides is the same as that of Embodiment 1 above, with the feed pin 3 as a boundary. Also in the second embodiment, it is assumed that the matching condition of the first embodiment is satisfied.

言い換えると、給電ピン３は、管軸方向に平行な導波管中心線ＨＣＬ上に位置し、かつ管軸方向に垂直な導波管中心線ＶＣＬ上に位置している。   In other words, the feed pin 3 is located on the waveguide center line HCL parallel to the tube axis direction and on the waveguide center line VCL perpendicular to the tube axis direction.

ここで、ピン給電部２から、導波管の左右に同相で電力を供給する場合、複数の放射素子４は、管軸方向に直交し、給電ピン３を含む面の上面１ａ上の導波管中心線ＶＣＬに対して、線対称に配置される。また、複数の放射素子４は、給電ピン３上部の上面１ａ上の給電ピン３に対応する点（中心点）に対して、点対称に配置してもよい。   Here, when power is supplied from the pin feeder 2 to the left and right sides of the waveguide in the same phase, the plurality of radiating elements 4 are guided on the upper surface 1 a of the surface that is orthogonal to the tube axis direction and includes the feeder pins 3. They are arranged symmetrically with respect to the tube center line VCL. The plurality of radiating elements 4 may be arranged point-symmetrically with respect to a point (center point) corresponding to the power supply pin 3 on the upper surface 1 a above the power supply pin 3.

図２において、本来ならば、定在波の節となり、導波管との結合が困難である、放射素子４間の中間部分にピン給電部２を設置しても、導波管からの反射波が存在しないため、ピン給電部２の近傍では、定在波が発生しないので、放射効率を劣化することなくピン給電部２から導波管に給電可能となる機能を有する。   In FIG. 2, even if the pin feeder 2 is installed in the middle part between the radiating elements 4 which is normally a node of a standing wave and is difficult to couple with the waveguide, reflection from the waveguide Since no wave is present, no standing wave is generated in the vicinity of the pin power supply unit 2, and thus the power can be supplied from the pin power supply unit 2 to the waveguide without deteriorating the radiation efficiency.

また、放射素子４と、ピン給電部２とを近接して設置する必要がないので、相互の結合の影響が軽減され、各部位の設計結果を大きく変更することなく、導波管アレーアンテナ１０Ｂを設計することが可能となる機能を有する。   Further, since there is no need to install the radiating element 4 and the pin feeder 2 close to each other, the influence of mutual coupling is reduced, and the waveguide array antenna 10B can be obtained without greatly changing the design result of each part. It has a function that can be designed.

また、この時、ピン給電部２は、導波管の管軸方向に対して、導波管の中央に位置するため、励振振幅、励振位相が左右対称であるとき、主ビームのビームチルトを抑圧する機能を有する。   At this time, since the pin feeder 2 is located in the center of the waveguide with respect to the tube axis direction of the waveguide, when the excitation amplitude and the excitation phase are symmetrical, the beam tilt of the main beam is reduced. It has a function to suppress.

また、放射素子４の寸法及び設置位置を調整することにより、振幅、位相を変化させ、導波管アレーアンテナ１０Ｂの放射パターンを変化させる機能を有する。   Further, by adjusting the size and installation position of the radiating element 4, the amplitude and phase are changed, and the radiation pattern of the waveguide array antenna 10 </ b> B is changed.

なお、図２では、等振幅、等位相とするために、各放射素子４の寸法は等しいものとしているが、図２の寸法及び形状に限定されない。また、図２における、ピン給電部２は一例であり、図２の形状に限定されない。   In FIG. 2, the radiating elements 4 have the same dimensions in order to have the same amplitude and the same phase, but are not limited to the dimensions and shapes in FIG. 2. Moreover, the pin electric power feeding part 2 in FIG. 2 is an example, and is not limited to the shape of FIG.

実施の形態３．
この発明の実施の形態３に係る導波管アレーアンテナについて図３及び図４を参照しながら説明する。図３は、この発明の実施の形態３に係る導波管アレーアンテナの外観を示す斜視図である。 Embodiment 3 FIG.
A waveguide array antenna according to Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a perspective view showing an appearance of a waveguide array antenna according to Embodiment 3 of the present invention.

この実施の形態３は、上記の実施の形態２の導波管にリッジ導波管を適用したものである。   In the third embodiment, a ridge waveguide is applied to the waveguide of the second embodiment.

図３において、この実施の形態３に係る導波管アレーアンテナ１０Ｃは、導波管内部の底面１ｂにリッジ（仕切り板）６を設け、このリッジ６の一部を切り欠いた部分６ａに給電ピン３を設けたものである。給電ピン３の下部は、ピン給電部（図示せず）から伸延したスリーブ（筒）に囲まれている。   In FIG. 3, a waveguide array antenna 10C according to the third embodiment is provided with a ridge (partition plate) 6 on the bottom surface 1b inside the waveguide, and feeds a portion 6a in which a part of the ridge 6 is cut out. A pin 3 is provided. The lower part of the power supply pin 3 is surrounded by a sleeve (cylinder) extended from a pin power supply unit (not shown).

図３において、リッジ導波管の内部に、導波管の管軸方向に平行にリッジ６を設けることにより、管軸方向に直交する方向の寸法を短縮することができる。   In FIG. 3, by providing a ridge 6 in the ridge waveguide parallel to the tube axis direction of the waveguide, the dimension in the direction perpendicular to the tube axis direction can be shortened.

導波管アレーアンテナ１０Ｃを用いて、直交２偏波機能を持つアンテナを構成する場合、垂直偏波用導波管アレーアンテナと水平偏波用導波管アレーアンテナを、管軸方向に直交する方向に、それぞれの導波管の管軸方向を平行に配列する。   When an antenna having orthogonal two-polarization functions is configured using the waveguide array antenna 10C, the vertically polarized waveguide array antenna and the horizontally polarized waveguide array antenna are orthogonal to the tube axis direction. The tube axis direction of each waveguide is arranged in parallel with the direction.

このとき、導波管の管軸方向に直交する方向にビーム走査する際に、管軸方向に直交する方向の素子間隔が広い場合、グレーティングローブが発生し、アンテナの利得が底下する。従って、導波管アレーアンテナにリッジ導波管を適用し、管軸方向に直交する素子間隔を短縮できれば、グレーティングローブの発生を抑圧することができる。   At this time, when beam scanning is performed in the direction orthogonal to the tube axis direction of the waveguide, if the element spacing in the direction orthogonal to the tube axis direction is wide, a grating lobe is generated, and the antenna gain is lowered. Therefore, if a ridge waveguide is applied to the waveguide array antenna and the element interval perpendicular to the tube axis direction can be shortened, the generation of grating lobes can be suppressed.

また、この実施の形態３においても、上記の実施の形態１の整合条件を満足しているものとする。   Also in the third embodiment, it is assumed that the matching condition of the first embodiment is satisfied.

放射素子（スロット）４は、導波管の管軸方向に直交し、給電ピン３（線ＶＣＬ）上の面に対して、左右線対称に配置する。リッジ導波管の両端に位置する放射素子４は、導波管の両端面から、λｇ／４離れた位置に設置され、その他の放射素子４は、λｇ／２間隔で配置する。   The radiating element (slot) 4 is orthogonal to the tube axis direction of the waveguide, and is arranged symmetrically with respect to the surface on the feed pin 3 (line VCL). The radiating elements 4 located at both ends of the ridge waveguide are placed at positions separated from the both end faces of the waveguide by λg / 4, and the other radiating elements 4 are arranged at intervals of λg / 2.

給電ピン３は、リッジ導波管の内部電界との結合を容易にするため、リッジ６の切り欠き部分６ａに設ける。また、給電ピン３は、リッジ導波管とのインピーダンス変換を容易にするため、スリーブ（筒）７を設ける。   The feed pin 3 is provided in the notch portion 6a of the ridge 6 in order to facilitate coupling with the internal electric field of the ridge waveguide. Further, the feeding pin 3 is provided with a sleeve (cylinder) 7 in order to facilitate impedance conversion with the ridge waveguide.

つぎに、この実施の形態３に係る導波管アレーアンテナの動作について説明する。   Next, the operation of the waveguide array antenna according to the third embodiment will be described.

図３において、本来ならば、定在波の節となり、導波管との結合が困難である、放射素子４の中間部分に給電ピン３を設置しても、導波管からの反射波が存在しないため、給電ピン３近傍では、定在波が発生しないので、放射効率を劣化することなく給電ピン３（ピン給電部）からリッジ導波管に給電可能となる機能を有する。   In FIG. 3, even if the feed pin 3 is installed in the middle portion of the radiating element 4 which is originally a standing wave node and is difficult to couple with the waveguide, the reflected wave from the waveguide is not generated. Since it does not exist, no standing wave is generated in the vicinity of the power supply pin 3, so that the power supply from the power supply pin 3 (pin power supply unit) to the ridge waveguide can be performed without degrading the radiation efficiency.

また、放射素子４と、給電ピン３と、を近接して設置する必要がないので、相互の結合の影響が軽減され、各部位の設計結果を大きく変更することなく、導波管アレーアンテナ１０Ｃを設計することが可能となる機能を有する。   Further, since there is no need to install the radiating element 4 and the feed pin 3 close to each other, the influence of mutual coupling is reduced, and the waveguide array antenna 10C is greatly changed without greatly changing the design result of each part. It has a function that can be designed.

また、この時、給電ピン３は、導波管の管軸方向に対して、導波管の中央に位置するため、励振振幅及び励振位相が左右対称であるとき、主ビームのビームチルトを抑圧する機能を有する。   At this time, since the feed pin 3 is located in the center of the waveguide with respect to the tube axis direction of the waveguide, the beam tilt of the main beam is suppressed when the excitation amplitude and the excitation phase are symmetrical. It has the function to do.

また、放射素子４の寸法及び設置位置を調整することにより、振幅、位相を変化させ、導波管アレーアンテナ１０Ｃの放射パターンを変化させる機能を有する。   Further, by adjusting the size and installation position of the radiating element 4, the amplitude and phase are changed to change the radiation pattern of the waveguide array antenna 10 </ b> C.

なお、図３では、等振幅、等位相とするために、各放射素子４の寸法は等しいものとしているが、図３の寸法及び形状に限定されない。   In FIG. 3, the dimensions of the radiating elements 4 are the same in order to obtain equal amplitude and equal phase, but are not limited to the dimensions and shape of FIG. 3.

また、図３に示す、給電ピン３、リッジ６、このリッジ６に設けた切り欠き部分６ａ、及びスリーブ７は、一例であり、図３に示す寸法、形状、及び設置位置に限定されない。   Further, the power supply pin 3, the ridge 6, the cutout portion 6a provided in the ridge 6, and the sleeve 7 shown in FIG. 3 are examples, and are not limited to the dimensions, shape, and installation position shown in FIG.

図４は、この発明の実施の形態３に係る導波管アレーアンテナの放射特性を示す図である。この図４は、導波管の管軸方向のカット面の放射特性を示す。給電ピン３の位置が、横軸の角度（Ａｎｇｌｅ）０度に対応し、給電ピン３の右側がプラスの角度に対応し、給電ピン３の左側がマイナスの角度に対応する。   FIG. 4 is a diagram showing the radiation characteristics of the waveguide array antenna according to Embodiment 3 of the present invention. FIG. 4 shows the radiation characteristic of the cut surface in the tube axis direction of the waveguide. The position of the power supply pin 3 corresponds to an angle (Angle) of 0 degrees on the horizontal axis, the right side of the power supply pin 3 corresponds to a positive angle, and the left side of the power supply pin 3 corresponds to a negative angle.

実施の形態４．
この発明の実施の形態４に係る導波管アレーアンテナについて図５及び図６を参照しながら説明する。図５は、この発明の実施の形態４に係る導波管アレーアンテナの外観を示す斜視図である。この実施の形態４においても、上記の実施の形態１の整合条件を満足しているものとする。 Embodiment 4 FIG.
A waveguide array antenna according to Embodiment 4 of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a perspective view showing the appearance of a waveguide array antenna according to Embodiment 4 of the present invention. In the fourth embodiment, it is assumed that the matching condition of the first embodiment is satisfied.

図５において、この実施の形態４に係る導波管アレーアンテナ１０Ｄは、狭壁面である上面１ａの管軸方向に直交する方向に設けられた複数の放射素子（スロット）４Ａと、上側面１ｃの中空内部側（内側）に設けられた複数のアイリス５と、下側面１ｄの中空内部側（内側）に設けられた複数のアイリス５と、狭壁面である底面１ｂから挿入され、Ｌ字状に曲がって広壁面である上側面１ｃの内側に短絡（接触）する給電ピン３Ａとから構成されている。   5, a waveguide array antenna 10D according to the fourth embodiment includes a plurality of radiating elements (slots) 4A provided in a direction orthogonal to the tube axis direction of the upper surface 1a, which is a narrow wall surface, and an upper side surface 1c. A plurality of irises 5 provided on the hollow inner side (inner side) of the lens, a plurality of irises 5 provided on the hollow inner side (inner side) of the lower side surface 1d, and a bottom surface 1b that is a narrow wall surface, and are L-shaped. And a power supply pin 3A which is short-circuited (contacted) inside the upper side surface 1c which is a wide wall surface.

また、給電ピン３Ａの先端が、導波管の広壁面である上側面１ｃに短絡している場合、給電ピン３Ａに対し、左右の導波管へ、逆相の電力が供給される為、各放射素子４Ａから放射される電界の方向を揃えるために、放射素子４Ａ近傍に設けられたアイリス５は、導波管の管軸方向に直交し、給電ピン３Ａ上を通る面に対し、点対称に配置される。   In addition, when the tip of the power feed pin 3A is short-circuited to the upper side surface 1c, which is a wide wall surface of the waveguide, power in reverse phase is supplied to the left and right waveguides with respect to the power feed pin 3A. In order to align the direction of the electric field radiated from each radiating element 4A, the iris 5 provided in the vicinity of the radiating element 4A is perpendicular to the tube axis direction of the waveguide, Arranged symmetrically.

つぎに、この実施の形態４に係る導波管アレーアンテナの動作について説明する。   Next, the operation of the waveguide array antenna according to the fourth embodiment will be described.

図５に示すように、本来ならば、定在波の節となり、導波管との結合が困難である、放射素子４Ａの中間部分に給電ピン３Ａを設置しても、導波管からの反射波が存在しないため、給電ピン３Ａ近傍では、定在波が発生しないので、放射効率を劣化することなく給電ピン３Ａから導波管に給電可能となる機能を有する。   As shown in FIG. 5, even if the feed pin 3A is installed in the middle portion of the radiating element 4A, which is originally a standing wave node and is difficult to couple with the waveguide, Since there is no reflected wave, no standing wave is generated in the vicinity of the power feed pin 3A, so that the power can be fed from the power feed pin 3A to the waveguide without deteriorating the radiation efficiency.

なお、図５に示す放射素子４Ａ及びアイリス５の形状は一例であり、図５の形状及び設置位置は限定されない。また、図５に示す給電ピン３Ａの形状は一例であり、図５の形状に限定されない。   Note that the shapes of the radiation element 4A and the iris 5 illustrated in FIG. 5 are examples, and the shape and the installation position of FIG. 5 are not limited. Further, the shape of the power supply pin 3A shown in FIG. 5 is an example, and is not limited to the shape of FIG.

図６は、この発明の実施の形態４に係る導波管アレーアンテナの放射特性を示す図である。この図６は、導波管の管軸方向のカット面の放射特性を示す。給電ピン３Ａの位置が、横軸の角度（Ａｎｇｌｅ）０度に対応し、給電ピン３Ａの右側がプラスの角度に対応し、給電ピン３Ａの左側がマイナスの角度に対応する。   FIG. 6 is a diagram showing the radiation characteristics of the waveguide array antenna according to Embodiment 4 of the present invention. FIG. 6 shows the radiation characteristic of the cut surface in the tube axis direction of the waveguide. The position of the power supply pin 3A corresponds to an angle (angle) of 0 degrees on the horizontal axis, the right side of the power supply pin 3A corresponds to a positive angle, and the left side of the power supply pin 3A corresponds to a negative angle.

実施の形態５．
この発明の実施の形態５に係る導波管アレーアンテナについて図７を参照しながら説明する。図７は、この発明の実施の形態５に係る導波管アレーアンテナの外観を示す斜視図である。 Embodiment 5 FIG.
A waveguide array antenna according to Embodiment 5 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a perspective view showing the appearance of a waveguide array antenna according to Embodiment 5 of the present invention.

図７において、上記の実施の形態３で示した導波管アレーアンテナ１０Ｃと、上記の実施の形態４で示した導波管アレーアンテナ１０Ｄとを、導波管の管軸方向に直交する方向に、それぞれの管軸方向を平行に、交互に配列する。   In FIG. 7, the waveguide array antenna 10C shown in the third embodiment and the waveguide array antenna 10D shown in the fourth embodiment are orthogonal to the tube axis direction of the waveguide. In addition, the tube axis directions are alternately arranged in parallel.

このとき、それぞれの導波管アレーアンテナ１０Ｃ、１０Ｄが直交する偏波を送受信するアンテナとして動作することにより、直交２偏波用の導波管アレーアンテナとしての機能を有する。   At this time, each of the waveguide array antennas 10C and 10D operates as an antenna that transmits and receives orthogonal polarized waves, thereby having a function as a waveguide array antenna for orthogonal two polarizations.

なお、図７に示す導波管形状は、実施の一例であり、リッジ導波管、通常の導波管の形状、並びに、放射素子（スロット）４Ａ、アイリス５の形状及び設置位置は限定されない。また、給電ピン３Ａ、リッジ６、リッジ６に設けた切り欠き部分６ａ、スリーブ７の形状は、一例であり、図７の形状に限定されない。   The waveguide shape shown in FIG. 7 is an example of implementation, and the shapes of the ridge waveguide and the normal waveguide, and the shapes and installation positions of the radiating element (slot) 4A and the iris 5 are not limited. . Further, the shapes of the power feed pin 3A, the ridge 6, the cutout portion 6a provided in the ridge 6 and the sleeve 7 are merely examples, and are not limited to the shapes shown in FIG.

以上の各実施の形態では、放射素子４、４Ａとして、スロットを説明したが、このスロットの代りに、ダイポールアンテナなどを使用してもよい。   In each of the above embodiments, a slot has been described as the radiating element 4, 4A. However, a dipole antenna or the like may be used instead of this slot.

この発明の実施の形態１に係る導波管アレーアンテナの外観を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the external appearance of the waveguide array antenna which concerns on Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態２に係る導波管アレーアンテナの外観を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the external appearance of the waveguide array antenna which concerns on Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態３に係る導波管アレーアンテナの外観を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the external appearance of the waveguide array antenna which concerns on Embodiment 3 of this invention. この発明の実施の形態３に係る導波管アレーアンテナの放射特性を示す図である。It is a figure which shows the radiation characteristic of the waveguide array antenna which concerns on Embodiment 3 of this invention. この発明の実施の形態４に係る導波管アレーアンテナの外観を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the external appearance of the waveguide array antenna which concerns on Embodiment 4 of this invention. この発明の実施の形態４に係る導波管アレーアンテナの放射特性を示す図である。It is a figure which shows the radiation characteristic of the waveguide array antenna which concerns on Embodiment 4 of this invention. この発明の実施の形態５に係る導波管アレーアンテナの外観を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the external appearance of the waveguide array antenna which concerns on Embodiment 5 of this invention. 従来の同軸導波管変換器を示す図である。It is a figure which shows the conventional coaxial waveguide converter. 従来の導波管アレーアンテナの外観を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the external appearance of the conventional waveguide array antenna. 従来の別の導波管アレーアンテナの外観を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the external appearance of another conventional waveguide array antenna.

符号の説明Explanation of symbols

１ 導波管、２ ピン給電部、３、３Ａ 給電ピン、４、４Ａ 放射素子、５ アイリス、６ リッジ、７ スリーブ、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ 導波管アレーアンテナ。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Waveguide, 2 pin feed part, 3, 3A Feed pin, 4, 4A Radiation element, 5 Iris, 6 Ridge, 7 Sleeve, 10A, 10B, 10C, 10D Waveguide array antenna.

Claims (5)

両端を短絡した方形導波管の上面に、両端面から管内波長の１／４の距離で管軸方向に平行に配置され、管内波長の半分の間隔で管軸方向に平行に配置されたスロットである複数の放射素子と、
前記複数の放射素子を配置した面と対向した面である前記導波管の底面に、隣接する２つの放射素子の中間位置に設けた先端が開放している給電ピンと
を備え、
前記給電ピンを境として、前記放射素子の数が一方の側より他方の側が多く、かつ
前記導波管の上面における管軸方向に平行な第１の導波管中心線から前記一方の側の放射素子までの第１の距離が、前記第１の導波管中心線から前記他方の側の放射素子までの第２の距離よりも長く、
前記複数の放射素子は、前記第１の導波管中心線に対して片側とその反対側に交互に配置され、
前記給電ピンは、前記第１の導波管中心線上に位置し、かつ管軸方向に垂直な第２の導波管中心線上に位置している
ことを特徴とする導波管アレーアンテナ。 Slots arranged on the upper surface of a rectangular waveguide whose both ends are short-circuited, parallel to the tube axis direction at a distance of 1/4 of the tube wavelength from both end surfaces, and parallel to the tube axis direction at intervals of half the tube wavelength A plurality of radiating elements,
A feed pin having an open end provided at an intermediate position between two adjacent radiating elements on a bottom surface of the waveguide, which is a surface facing the surface on which the plurality of radiating elements are disposed;
With
With the feed pin as a boundary, the number of the radiating elements is greater on the other side than on one side, and the first waveguide center line parallel to the tube axis direction on the upper surface of the waveguide is disposed on the one side. first distance to radiating elements, rather long than the second distance from the first waveguide centerline to the radiating element of the other side,
The plurality of radiating elements are alternately arranged on one side and the opposite side with respect to the first waveguide center line,
The waveguide array antenna , wherein the feed pin is located on a second waveguide center line that is located on the first waveguide center line and perpendicular to the tube axis direction . 両端を短絡した方形導波管の上面に、両端面から管内波長の１／４の距離で管軸方向に平行に配置され、管内波長の半分の間隔で管軸方向に平行に配置されたスロットである複数の放射素子と、
前記複数の放射素子を配置した面と対向した面である前記導波管の底面に、隣接する２つの放射素子の中間位置に設けた先端が開放している給電ピンと
を備え、
前記給電ピンを境として、前記放射素子の数が一方の側と他方の側とが同じであり、
前記複数の放射素子は、前記導波管の上面における管軸方向に平行な第１の導波管中心線に対して片側とその反対側に交互に配置され、
前記給電ピンは、前記第１の導波管中心線上に位置し、かつ管軸方向に垂直な第２の導波管中心線上に位置し、
前記給電ピンから、前記導波管の左右に同相で電力を供給する場合、前記複数の放射素子は、前記第２の導波管中心線に対して、線対称に配置される
ことを特徴とする導波管アレーアンテナ。 Slots arranged on the upper surface of a rectangular waveguide whose both ends are short-circuited, parallel to the tube axis direction at a distance of 1/4 of the tube wavelength from both end surfaces, and parallel to the tube axis direction at intervals of half the tube wavelength A plurality of radiating elements,
A feed pin having an open end provided at an intermediate position between two adjacent radiating elements on a bottom surface of the waveguide, which is a surface facing the surface on which the plurality of radiating elements are disposed;
With
As a boundary said feed pin, Ri the same number der and the one side and the other side of said radiating element,
The plurality of radiating elements are alternately arranged on one side and the opposite side with respect to the first waveguide center line parallel to the tube axis direction on the upper surface of the waveguide,
The feed pin is located on the first waveguide center line and on the second waveguide center line perpendicular to the tube axis direction;
When supplying electric power in the same phase to the left and right of the waveguide from the feed pin, the plurality of radiating elements are arranged symmetrically with respect to the second waveguide center line. Waveguide array antenna. 前記導波管内部の底面に管軸方向に平行にリッジを設け、このリッジの一部を切り欠いた部分に前記給電ピンを設け、前記給電ピンの下部は、スリーブに囲まれている
ことを特徴とする請求項２記載の導波管アレーアンテナ。 A ridge is provided in parallel to the tube axis direction on the bottom surface inside the waveguide, and the power supply pin is provided in a portion where a part of the ridge is cut out, and a lower portion of the power supply pin is surrounded by a sleeve. The waveguide array antenna according to claim 2, wherein: 両端を短絡した方形導波管の狭壁面である上面に、両端面から管内波長の１／４の距離で管軸方向に直交する方向に配置され、かつ管内波長の半分の間隔で管軸方向に直交する方向に配置されたスロットである複数の放射素子と、
前記複数の放射素子を配置した面と対向した面である前記導波管の狭壁面である底面に、この底面から挿入され、Ｌ字状に曲がって管軸方向に平行な一方の広壁面である側面の内側に短絡し、隣接する２つの放射素子の中間位置に設けた給電ピンと、
前記一方の側面の中空内部側に設けられ、かつ管軸方向に平行な他方の広壁面である側面の中空内部側に設けられた複数のアイリスと
を備え、
前記複数のアイリスは、管軸方向に直交し、前記給電ピン上を通る面に対し、点対称に配置され、
前記給電ピンは、前記導波管の上面における管軸方向に平行な第１の導波管中心線上に位置し、かつ管軸方向に垂直な第２の導波管中心線上に位置している
ことを特徴とする導波管アレーアンテナ。 Located on the upper surface, which is the narrow wall of a rectangular waveguide with both ends short-circuited, in a direction perpendicular to the tube axis direction at a distance of 1/4 of the tube wavelength from both end surfaces, and in the tube axis direction at intervals of half the tube wavelength A plurality of radiating elements which are slots arranged in a direction orthogonal to
Inserted into the bottom surface, which is the narrow wall surface of the waveguide, which is the surface opposite to the surface on which the plurality of radiating elements are disposed, from one bottom surface, bent in an L shape and parallel to the tube axis direction. A power supply pin that is short-circuited inside a certain side surface and provided at an intermediate position between two adjacent radiating elements;
A plurality of irises provided on the hollow inner side of the side surface which is provided on the hollow inner side of the one side surface and which is the other wide wall surface parallel to the tube axis direction;
With
The plurality of irises are arranged in point symmetry with respect to a plane perpendicular to the tube axis direction and passing on the power supply pin,
The feed pin is located on the first waveguide center line parallel to the tube axis direction on the upper surface of the waveguide and on the second waveguide center line perpendicular to the tube axis direction. A waveguide array antenna characterized by the above. 導波管の管軸方向の偏波を放射する請求項３記載の第１の導波管アンテナと、
導波管の管軸方向に直交する方向の偏波を放射する請求項４記載の第２の導波管アンテナとを備え、
前記管軸方向に直交する方向に、前記第１及び第２の導波管アンテナ交互に配置する
ことを特徴とする導波管アレーアンテナ。 The first waveguide antenna according to claim 3, which emits polarized light in the tube axis direction of the waveguide;
The second waveguide antenna according to claim 4, wherein the second waveguide antenna radiates polarized waves in a direction orthogonal to a tube axis direction of the waveguide.
The waveguide array antenna, wherein the first and second waveguide antennas are alternately arranged in a direction orthogonal to the tube axis direction.
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