JP4772704B2 - アンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、通信やレーダに用いられるアンテナ装置であって、特に、直交する偏波を送受信するアンテナ装置に関する。

従来の直交２偏波共用導波管スロットアレーアンテナは、放射導波管の管軸に垂直な偏波を第１の放射導波管から放射し、放射導波管の管軸に平行な偏波を第１の放射導波管の下に配置された第２の放射導波管から第１の放射導波管を通過して放射させる構造としている（例えば、特許文献１参照）。このように、直交する２つの偏波を１つの放射導波管から放射させることで、放射導波管の数を減らし、アンテナ装置の製造コストを低減することができる。

特開平２００３−１３３８５０号公報

しかしながら、従来技術には次のような課題がある。
特許文献１におけるアンテナ装置は、上述のように導波管を組み合わせて構成されている。このため、管軸方向に偏波面が平行な電波を励振するためには、１層目の放射導波管を給電する必要がある。しかしながら、特許文献１には、その具体的な方法は開示されていない。導波管の両端から給電することが考えられるが、一列の放射導波管に多くのスロットがつくこととなり、長線路効果により周波数特性が大きくなる。

また、スロットの外側に給電用の回路を設ける必要があるため、実質上、開口面積が小さくなり、指向性利得の劣化等の問題が生じる。

通常、導波管の管内波長（λｇ）は、自由空間波長（λ０）より大きくなる。導波管スロットアレーでは、導波管の管軸に対して垂直に置かれたスロットは、各スロットを同位相で励振するには、λｇ間隔で配置する必要がある。このため、特許文献１におけるアンテナ装置のスロットの間隔は、λ０以上となる。一方、グレーティングローブ抑圧の観点からは、素子間隔をλ０以下としなければならない。

特許文献１におけるアンテナ装置としては、素子間隔をλ０以下とする方法として、誘電体を充填する方法が記載されている。しかしながら、この方法では、製造が困難になるという問題、あるいは誘電体損失を増加させるという問題がある。

本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、給電回路が容易に配置でき、開口面積の減少を防ぐことができるアンテナ装置を得ることを目的とする。

本発明に係るアンテナ装置は、断面矩形を成し第１の幅広側面に複数の放射スロットが形成された方形導波管であって、第１の幅広側面に、導波管の管軸に平行なＨ偏波を放射する第１の放射スロットと、管軸に垂直なＶ偏波を放射する第２の放射スロットとが形成され、第１の幅広側面に対向する第２の幅広側面に、第１の放射スロットに平行な第１の給電スロットと、第２の放射スロットに平行な第２の給電スロットとが形成された放射導波管と、放射導波管よりも下段に配置され、第１の給電スロットおよび放射導波管を介して第１の放射スロットを励振し、第２の給電スロットおよび放射導波管を介して第２の放射スロットを励振する給電回路とを備えたものである。

本発明によれば、放射導波管よりも下段に設けられた給電回路から、互いに直交する偏波を放射導波管に給電する構造を有することにより、給電回路が容易に配置でき、開口面積の減少を防ぐことができるアンテナ装置を得ることができる。

以下、本発明のアンテナ装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１におけるアンテナ装置の構成を示す斜視図である。また、図２は、本発明の実施の形態１における図１のアンテナ装置の上面図である。また、図３は、本発明の実施の形態１における図１のアンテナ装置において、放射導波管の管軸に対して垂直な偏波（以下、Ｖ偏波と呼ぶ）を放射する場合の説明図である。さらに、図４は、本発明の実施の形態１における図１のアンテナ装置において、放射導波管の管軸に対して平行な偏波（以下、Ｈ偏波と呼ぶ）を放射する場合の説明図である。

これら図１〜図４に示した本実施の形態１のアンテナ装置は、放射導波管１ａ、１ｂを上段に備え、第１の給電導波管１１ａ、１１ｂおよび第２の給電導波管２１を中段に備え、第３の給電導波管３１ａ、３１ｂを下段に備えている。ここで、第１の給電導波管１１ａ、１１ｂ、第２の給電導波管２１、および第３の給電導波管３１ａ、３１ｂは、給電回路に相当し、放射導波管１ａ、１ｂよりも下に設けられている。

そして、上段に設けられた放射導波管１ａ、１ｂのそれぞれは、互いの管軸が平行となるように配置されている。また、中段に設けられた第１の給電導波管１１ａ、１１ｂおよび第２の給電導波管２１のそれぞれは、互いの管軸が平行であり、上段の放射導波管１ａ、１ｂの管軸とはそれぞれの管軸が垂直の位置関係となるように配置されている。

さらに、下段に設けられた第３の給電導波管３１ａ、３１ｂのそれぞれは、互いの管軸が平行であり、上段の放射導波管１ａ、１ｂの管軸とはそれぞれの管軸が平行の位置関係となるように、そして中段の第１の給電導波管１１ａ、１１ｂおよび第２の給電導波管２１の管軸とはそれぞれの管軸が垂直の位置関係となるように配置されている。

ここで、中段に設けられた第１の給電導波管１１ａ、１１ｂおよび第２の給電導波管２１は、Ｈ偏波励振用の給電導波管に相当する。また、下段に設けられた第３の給電導波管３１ａ、３１ｂは、Ｖ偏波励振用の給電導波管に相当する。また、上段、中段、下段のそれぞれの導波管は、いずれも断面矩形を成した方形導波管である。

そして、図１において、放射導波管１ａ、１ｂの上面に当たる第１の幅広側面には、放射導波管１ａ、１ｂの管軸に平行なＨ偏波を放射する第１の放射スロット４１ａ〜４１ｆと、管軸に垂直なＶ偏波を放射する第２の放射スロット４２ａ〜４２ｆとが形成されている。すなわち、第１の放射スロット４１ａ〜４１ｆは、Ｈ偏波用放射スロットに相当し、第２の放射スロット４２ａ〜４２ｆは、Ｖ偏波用放射スロットに相当し、放射導波管１ａ、１ｂの第１の幅広側面からは、互いに直交する偏波が放射される。

さらに、図１において、放射導波管１ａ、１ｂの下面に当たり、第１の幅広側面に対向する第２の幅広側面には、第１の放射スロット４１ａ〜４１ｆに平行な第１の給電スロット５１ａ〜５１ｆと、第２の放射スロット４２ａ〜４２ｆに平行な第２の給電スロット５２ａ、５２ｂとが形成されている。

この図１の構成では、第１の放射スロット４１ａ〜４１ｆと第１の給電スロット５１ａ〜５１ｆとが対向する位置に設けられ、第２の放射スロット４２ａ〜４２ｆと第２の給電スロット５２ａ、５２ｂとが対向する位置に設けられている。

そして、第１の給電導波管１１ａは、第１の給電スロット５１ａ、５１ｄを介して、放射導波管１ａ、１ｂと接続されている。同様に、第１の給電導波管１１ｂは、第１の給電スロット５１ｃ、５１ｆを介して、放射導波管１ａ、１ｂと接続されている。

一方、第２の給電導波管２１は、第１の給電スロット５１ｂ、５１ｅ、および第２の給電スロット５２ａ、５２ｂを介して、放射導波管１ａ、１ｂと接続されている。さらに、第２の給電導波管２１は、放射導波管１ａ、１ｂと接続される面と反対側の面の、第２の給電スロット５２ａ、５２ｂと対向する位置に、第３の給電スロット５３ａ、５３ｂを有している。

そして、第３の給電導波管３１ａは、第３の給電スロット５３ａを介して、第２の給電導波管２１と接続されている。同様に、第３の給電導波管３１ｂは、第３の給電スロット５３ｂを介して、第２の給電導波管２１と接続されている。

ここで、放射導波管１ａ、１ｂの管軸方向に平行な第１の放射スロット４１ａ〜４１ｆと平行に配置された給電スロットである第１の給電スロット５１ａ〜５１ｆは、Ｈ偏波用給電スロットに相当する。一方、放射導波管１ａ、１ｂの管軸方向に垂直な第２の放射スロット４２ａ〜４２ｆと平行に配置された給電スロットである第２の給電スロット５２ａ、５２ｂ、および第３の給電スロット５３ａ、５３ｂは、Ｖ偏波用給電スロットに相当する。

次に、本実施の形態１におけるアンテナ装置の動作について説明する。まず始めに、Ｖ偏波の電波を放射する場合について説明する。図３に示すように、第３の給電導波管３１ａに入射された電波は、第３の給電導波管３１ａを伝搬し、第３の給電スロット５３ａを励振する。第３の給電スロット５３ａは、放射導波管１ａの管軸に平行な電流を切断するように配置されている。このため、第３の給電導波管３１ａの管軸に垂直な偏波面を有する電波が励振される。

第３の給電スロット５３ａで励振された電波は、第２の給電導波管２１を介して、第２の給電スロット５２ａを励振する。このとき、第２の給電導波管２１を通過する電波の偏波面は、第２の給電導波管２１の基本モード（ＴＥ１０モード）の偏波面と直交するため結合せず、第２の給電導波管２１の管軸方向には伝搬しない。また、第２の給電導波管２１は、高さがおよそ自由空間波長の１／２となっているため、第３の給電スロット５３ａと第２の給電スロット５２ａでは、ほぼ同じ振幅となる。

第２の給電スロット５２ａで励振された電波の一部は、放射導波管１ａを介して第２の放射スロット４２ｂを励振し、空中に放射される。その他の電波は、放射導波管１ａを伝搬し、第２の放射スロット４２ａ、４２ｃを励振し、空中に放射される。すなわち、Ｖ偏波に関しては、放電導波管１ａを介して第２の給電スロット５２ａの直上にある第２の放射スロット４２ｂを励振するとともに、放電導波管１ａの中を伝搬し、第２の給電スロット５２ａの直上にはない第２の放射スロット４２ａ、４２ｃを励振することにより空中に放射される。

放射導波管１ａを基本モード（ＴＥ１０モード）が伝搬した場合、幅広側面の中央部分には、放射導波管１ａの管軸に平行な電流しか流れない。このため、この電流を切断する向きに配置されていない第１の放射スロット４１ａ〜４１ｃ、および第１の給電スロット５１ａ〜５１ｃは、放射導波管１ａ内を伝搬する電波とは結合しない。

次に、Ｈ偏波の電波を放射する場合について説明する。図４に示すように、第１の給電導波管１１ａ、１１ｂ、および第２の給電導波管２１に入射された電波は、それぞれ第１の給電スロット５１ａ、５１ｃ、５１ｂを励振し、放射導波管１ａを通過して、第１の放射スロット４１ａ〜４１ｃを励振する。第１の放射スロット４１ａ〜４１ｃは、第２の放射スロット４２ａ〜４２ｃと直交する偏波を放射する。

ここで、第１の給電スロット５１ａ〜５１ｃを励振した電波は、放射導波管１ａを通過して、直上にある第１の放射スロット４１ａ〜４１ｃを励振するが、上述したＶ偏波と同じ理由により、放射導波管１ａ内を伝搬するモードとなり得ず、２つの直交する偏波のアイソレーションは保たれる。すなわち、Ｈ偏波に関しては、放電導波管１ａを介して第１の給電スロット５１ａ〜５１ｃのそれぞれの直上にある第１の放射スロット４１ａ〜４１ｃのみを励振することにより空中に放射される。

以上のように、実施の形態１によれば、放射導波管よりも下の層に設けられた給電回路から、放射導波管に給電する構造を有することにより、同一面上から給電する場合と比べ、開口面積の減少を防ぐことができる。また、サブアレー分割をした場合にも、下の層から給電する構造であるため、同一面上から給電する場合と比べ、給電回路が容易に配置できることとなる。

なお、上述の実施の形態１では、Ｖ偏波用給電導波管である第３の給電導波管３１ａ、３１ｂに対して、Ｖ偏波用給電スロットである第３の給電スロット５３ａ、５３ｂを１対１で設けた場合について説明したが、これに限定されるものではない。第３の給電スロット５３ａ、５３ｂを、第３の給電導波管３１ａ、３１ｂの管軸に対して直角方向に複数配列することにより、アレーアンテナを構成することができる。

また、例えば、図１、２に示したように、第１の放射スロットと第２の放射スロット、あるいは第１の給電スロットと第２の給電スロットは、同じ位置に配置してクロススロットを構成することが可能であり、同一の位置から互いに直交する２つの偏波を放射あるいは励振することができる。

実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２におけるアンテナ装置の構成を示す斜視図である。また、図６は、本発明の実施の形態２における図５のアンテナ装置の上面図である。さらに、図７は、本発明の実施の形態２における図５のアンテナ装置において、放射導波管の管軸に対して垂直な偏波（以下Ｖ偏波とする）を放射する場合の説明図である。

これら図５〜図７に示した本実施の形態２のアンテナ装置は、放射導波管１ａ、１ｂを上段に備え、第１の給電導波管１１ａ、１１ｂおよび第２の給電導波管２１を中段に備え、第３の給電導波管３２を下段に備えている。先の実施の形態１におけるアンテナ装置と比較すると、本実施の形態２におけるアンテナ装置は、下段に設けられた第３の給電導波管の構成が異なっている。

本実施の形態２において下段に設けられた第３の給電導波管３２は、その管軸方向が、上段の放射導波管１ａ、１ｂの管軸とは垂直の位置関係となるように、そして中段の第１の給電導波管１１ａ、１１ｂおよび第２の給電導波管２１の管軸とは平行の位置関係となるように配置されている。そして、図５〜図７において、第３の給電導波管３２は、Ｖ偏波用給電スロットに相当する第３の給電スロット５３ａ、５３ｂを介して、第２の給電導波管２１と接続されている。

本実施の形態２において下段に設けられた第３の給電導波管３２は、Ｖ偏波励振用の給電導波管に相当する。一方、上段に設けられた放射導波管１ａ、１ｂ、および中段に設けられた第１の給電導波管１１ａ、１１ｂ、第２の給電導波管２１は、先の実施の形態１のアンテナ装置と同様の構成である。このため、Ｈ偏波に関しては、先の実施の形態１と同様の動作であり、説明を省略する。

次に、本実施の形態２のアンテナ装置においてＶ偏波の電波を放射する場合について説明する。図７に示すように、第３の給電導波管３２に入射された電波は、第３の給電導波管３２を伝搬し、第３の給電スロット５３ａ（５３ｂ）を励振する。第３の給電スロット５３ａ（５３ｂ）は、放射導波管１ａ（１ｂ）の管軸に垂直な電流を切断するように配置されている。このため、第３の給電導波管３２の管軸に平行な偏波面を有する電波が励振される。

第３の給電スロット５３ａ（５３ｂ）で励振された電波は、第２の給電導波管２１を介して、第２の給電スロット５２ａを励振する。このとき、第２の給電導波管２１を通過する電波の偏波面は、第２の給電導波管２１の基本モード（ＴＥ１０モード）の偏波面と直交するため結合せず、第２の給電導波管２１の管軸方向には伝搬しない。

ここで、本実施の形態２において、第３の給電スロット５３ａ（５３ｂ）の励振振幅は、第３の給電導波管３２の配置のオフセット量を変化させることにより制御できる（図７参照）。このため、実際に設計を行う際に、設計の自由度が増すというメリットがある。

第２の給電スロット５２ａ（５２ｂ）で励振された電波の一部は、放射導波管１ａ（１ｂ）を介して第２の放射スロット４２ｂを励振し、外側（空中）に放射される。その他の電波は、放射導波管１ａ（１ｂ）を伝搬し、第２の放射スロット４２ａ、４２ｃを励振し、外側（空中）に放射される。

放射導波管１ａ（１ｂ）を基本モード（ＴＥ１０モード）が伝搬した場合、幅広側面の中央部分には、放射導波管１ａ（１ｂ）の管軸に平行な電流しか流れない。このため、この電流を切断する向きに配置されていない第１の放射スロット４１ａ〜４１ｃ（４１ｄ〜４１ｆ）と第１の給電スロット５１ａ〜５１ｃ（５１ｄ〜５１ｆ）は、放射導波管１ａ（１ｂ）内を伝搬する電波とは結合しない。

すなわち、第１の放射スロット４１ａ〜４１ｃ（４１ｄ〜４１ｆ）と第１の給電スロット５１ａ〜５１ｃ（５１ｄ〜５１ｆ）は、放射導波管１ａ（１ｂ）の管軸上に、管軸に平行に形成されている。そして、放射導波管１ａ（１ｂ）内を伝搬する電波において、管軸上には管軸に平行な電流しか流れない。このため、この電流を切断する向きに配置されていない第１の放射スロット４１ａ〜４１ｃ（４１ｄ〜４１ｆ）と第１の給電スロット５１ａ〜５１ｃ（５１ｄ〜５１ｆ）は、放射導波管１ａ（１ｂ）内を伝搬する電波とは結合しないこととなる。

以上のように、実施の形態２によれば、先の実施の形態１と同様の効果が得られ、さらに、中段に設けた第２の給電導波管の管軸と平行な位置関係となるように、第３の給電導波管を設けることにより、第３の給電導波管のオフセット量を変化させることにより第３の給電スロットの励振振幅が制御できる。この結果、実際に設計を行ううえで、自由度が増えることとなり、設計が容易となる。

なお、上述の実施の形態２では、Ｖ偏波用給電導波管である第３の給電導波管３２に対して、Ｖ偏波用給電スロットである第３の給電スロット５３ａ、５３ｂを管軸に対して一列で設けた場合について説明したが、これに限定されるものではない。第３の給電導波管３２の管軸に対して直角方向に複数列にわたって第３の給電スロットを配列することにより、アレーアンテナを構成することができる。

実施の形態３．
図８は、本発明の実施の形態３におけるアンテナ装置の構成を示す斜視図である。この図８に示した本実施の形態３のアンテナ装置は、放射導波管２ａ、２ｂを上段に備え、第１の給電導波管１２ａ、１２ｂおよび第２の給電導波管２２を中段に備え、第３の給電導波管３２を下段に備えている。

基本構成は、先の実施の形態２におけるアンテナ装置と同一である。ただし、本実施の形態３におけるアンテナ装置は、上段に設けられた放射導波管２ａ、２ｂの高さ、および中段に設けられた第１の給電導波管１２ａ、１２ｂ、第２の給電導波管２２の高さを、先の実施の形態２におけるアンテナ装置よりも小さくしている点が異なっている。

先の実施の形態２におけるアンテナ装置では、放射導波管１ａ、１ｂ、および第１の給電導波管１２ａ、１２ｂ、第２の給電導波管２２のそれぞれの高さをおよそ自由空間波長の１／２としていた。このため、使用周波数帯域において不要モードであるＴＥ０１モードが伝搬する恐れがあり、また、使用周波数帯域においてカットオフである場合にもＴＥ０１モードの減衰量が小さくなる。

第３の給電スロット５３ａ（５３ｂ）で励振され、第２の給電導波管２２を通過して第２の給電スロット５２ａ（５２ｂ）を励振する電波は、第２の給電導波管２２のＴＥ０１モードと結合する。また、第１の給電スロット５１ｂ、５１ｅで励振され、第２の給電導波管２２を通過して第１の放射スロット４１ｂ、４１ｅを励振する電波は、放射導波管１ａ（１ｂ）のＴＥ０１モードと結合する。このため、第２の給電導波管２２および放射導波管１ａ（１ｂ）を伝搬する場合に、電波の特性劣化が生じる恐れがある。

そこで、本実施の形態３におけるアンテナ装置では、第２の給電導波管２２および放射導波管１ａ、１ｂの高さを、自由空間波長の１／２より小さくしている。この結果、ＴＥ０１モードが伝搬することはなく、また、減衰量も大きくなるため、ＴＥ０１モードによる特性劣化を防ぐことができる。

ただし、導波管の高さを、自由空間波長の１／２より小さくした場合には、第１の放射スロット４１ａ〜４１ｆのスロット長さに対する第１の給電スロット５１ａ〜５１ｆのスロット長さと、第２の給電スロット５２ａ〜５２ｆのスロット長さに対する第３の給電スロット５３ａ、５３ｂのスロット長さの両方、あるいはいずれか一方を異ならせることが考えられる。これにより、導波管の高さを低くしたことに伴う共振長のずれを補償することができる。

以上のように、実施の形態３によれば、上段に設けた放射導波管１ａ、１ｂ、および中段に設けた第１の給電導波管１２ａ、１２ｂ、第２の給電導波管２２のそれぞれの高さをおよそ自由空間波長の１／２よりも小さくしている。この結果、先の実施の形態２と同様の効果が得られ、さらに、ＴＥ０１モードによる特性劣化を防ぐことができる。

実施の形態４．
図９は、本発明の実施の形態４におけるアンテナ装置の構成を示す斜視図である。この図９に示した本実施の形態４のアンテナ装置は、放射導波管３ａ、３ｂを上段に備え、第１の給電導波管１１ａ、１１ｂおよび第２の給電導波管２１を中段に備え、第３の給電導波管３２を下段に備えている。

基本構成は、先の実施の形態２あるいは実施の形態３におけるアンテナ装置と同一である。ただし、本実施の形態４におけるアンテナ装置は、上段に設けられた放射導波管３ａ、３ｂにおいて、第２の幅広側面に設けられた第２の給電スロット５２ａ、５２ｂに対向する第２の放射スロット４２ｂ、４２ｅが、第１の幅広側面上に設けられていない点が異なっている。

すなわち、本実施の形態４では、放射導波管１ａ（１ｂ）の第１の幅広側面において、第２の給電導波管２１の上部に相当する位置には、第１の放射スロット４１ｂ（４１ｅ）のみが設けられている。そして、第２の放射スロット４２ａ、４２ｄ（４２ｃ、４２ｆ）が、第１の給電導波管１１ａ（１１ｂ）の上部に相当する位置に設けられている。

例えば、先の実施の形態２におけるアンテナ装置では、第２の給電スロット５２ａ（５２ｂ）を励振した電波の一部は、放射導波管１ａ（１ｂ）を通過して、第２の放射スロット４２ｂ（４２ｅ）を励振し、その他は放射導波管１ａ（１ｂ）を伝搬して第２の放射スロット４２ａ、４２ｃ（４２ｄ、４２ｆ）を励振することとなる。

しかしながら、実際の設計においては、励振する手段が異なり、これらの第２の放射スロット４２ａ〜４２ｃ（４２ｄ〜４２ｆ）から放射される電波を同振幅同位相、かつ整合をとれた状態に設計することは困難である。

そこで、本実施の形態４におけるアンテナ装置では、第２の給電スロット５２ａ（５２ｂ）から放射導波管１ａ（１ｂ）を通過して励振される第２の放射スロット４２ｂ（４２ｅ）を設けていない。このため、先の実施の形態２に係るアンテナ装置と比べ、利得の劣化等が生じることとはなるが、第２の放射スロット４２ｂ（４２ｅ）がないことにより、実際に存在する第２の放射スロット４２ａ、４２ｃ（４２ｄ、４２ｆ）から放射される電波を同振幅同位相、かつ整合をとれた状態に設計することが容易となる。

以上のように、実施の形態４によれば、放射導波管に設けられる第２の放射スロットの配置を、第２の給電導波管に対向する位置には設けない構成としている。この結果、先の実施の形態２あるいは実施の形態３と同様の効果が得られる上に、第２の放射スロットから放射される電波を同振幅同位相、かつ整合をとれた状態に設計することが容易にできる。

実施の形態５．
図１０は、本発明の実施の形態５におけるアンテナ装置の構成を示す斜視図である。この図１０に示した本実施の形態５のアンテナ装置は、放射導波管４ａ、４ｂを上段に備え、第１の給電導波管１１ａ、１１ｂおよび第２の給電導波管２１を中段に備え、第３の給電導波管３２を下段に備えている。

基本構成は、先の実施の形態２〜４におけるアンテナ装置と同一である。ただし、本実施の形態５におけるアンテナ装置は、第１の給電スロット５１ｂ、５１ｅ、第１の放射スロット４１ｂ、４１ｅ、および第２の放射スロット４２ｂ、４２ｅが設けられていない点が異なっている。

すなわち、本実施の形態５では、放射導波管１ａ（１ｂ）の第１の幅広側面において、第２の給電導波管２１の上部に相当する位置には、第１の放射スロット４１ｂ（４１ｅ）および第２の放射スロット４２ｂ（４２ｅ）が設けられていない。そして、放射導波管１ａ（１ｂ）と第２の給電導波管２１とは、第１の給電スロット５１ｂ（５１ｅ）を介することなく、第２の給電スロット５２ａ（５２ｂ）のみを介して接続されている。

先の実施の形態４におけるアンテナ装置では、Ｖ偏波用の放射スロットの数が４個であるのに対し、Ｈ偏波用の放射スロットの数が６個であり、お互いのスロット数が異なるため、それぞれの偏波で利得等が異なる問題が生じる。

そこで、本実施の形態５におけるアンテナ装置では、先の実施の形態４におけるアンテナ装置で取り除いたＶ偏波用放射スロットである第２の放射スロット４２ｂ、４２ｅに対応して、Ｈ偏波用放射スロットである第１の放射スロット４１ｂ、４１ｅも合わせて取り除いている。この結果、それぞれの放射スロット数が同一となり、Ｖ偏波とＨ偏波で利得等をそろえることができる。

以上のように、実施の形態５によれば、放射導波管に設けられる第１の放射スロットおよび第２の放射スロットの配置を、第２の給電導波管に対向する位置には設けない構成とし、第１の放射スロットと第２の放射スロットのスロット数を同一にしている。この結果、先の実施の形態４と同様の効果が得られる上に、Ｖ偏波とＨ偏波で利得等をそろえた状態に設計することが容易にできる。

実施の形態６．
図１１は、本発明の実施の形態６におけるアンテナ装置の構成を示す斜視図である。この図１１に示した本実施の形態６のアンテナ装置は、放射導波管５ａ、５ｂを上段に備え、第１の給電導波管１１ａ、１１ｂおよび第２の給電導波管２１を中段に備え、第３の給電導波管３２を下段に備えている。

基本構成は、先の実施の形態２、３におけるアンテナ装置と同一である。ただし、本実施の形態６におけるアンテナ装置は、放射導波管５ａ、５ｂ内に遅波効果を有する遅波回路をさらに備えている点が異なっている。

図１２〜図１４は、本発明の実施の形態６におけるアンテナ装置の放射導波管部分の詳細構成を示した斜視図である。これら図１２〜図１４には、１つの放射導波管５ａの内部構成が図示されている。そして、遅波回路は、図１２〜図１４に示したように、管軸方向に設けられた複数の放射スロットの各スロット間に配置されている。

図１２においては、遅波効果を有するポスト構造の遅波回路６１ａ、６１ｂが、各スロット間に設けられている。また、図１３においては、遅波効果を有するリッジ構造の遅波回路６２ａ、６２ｂが、各スロット間に設けられている。さらに、図１４においては、遅波効果を有するコルゲート構造の遅波回路６３ａ、６３ｂが、各スロット間に設けられている。

導波管スロットアレーアンテナでは、グレーティングローブ抑圧のため、放射スロットの間隔を自由空間波長以下とする必要がある。一方、導波管の管軸に平行な偏波を励振する各スロットを同位相同振幅で励振するためには、放射スロットは、管内波長間隔で並べる必要がある。この場合、通常は、導波管の管内波長が自由空間波長より長くなるため、放射スロットを自由空間波長以下で配置することができない。

そこで、本実施の形態６におけるアンテナ装置では、各放射スロットの間に遅波効果を有する遅波線路を設けることにより、等価的に、管内波長を自由空間波長以下とすることができる。この結果、放射スロットを自由空間波長以下で配置することが可能となり、グレーティングローブを抑圧する効果が得られ、利得等の大幅な改善を図ることができる。

図１２においては、遅波線路としてポスト構造を用いているが、図１３、図１４に示すようなリッジ構造あるいはコルゲート構造を遅波線路として用いた場合にも、同様の効果を得ることができる。

また、ポスト構造やリッジ構造のように、放射導波管５ａ、５ｂの管軸に対して垂直な方向に薄い構造を有する遅波回路を用いた場合には、第１の給電スロット５１ａ〜５１ｆで励振されたそれぞれの電波が放射導波管５ａ、５ｂを通過して第１の放射スロット４１ａ〜４１ｆから放射されるＶ偏波の電波に対する影響、あるいは、第３の給電スロット５３ａ、５３ｂで励振されたそれぞれの電波が第２の給電導波管２１を通過して第２の給電スロット５２ａ、５２ｂを励振し、放射導波管１ａ、１ｂを伝搬するＨ偏波の電波に対する影響を小さくすることができる。

以上のように、実施の形態６によれば、放射導波管の各スロット間に、遅波回路を設けた構成としており、等価的に、管内波長を自由空間波長以下とすることができ、放射スロットを自由空間波長以下で配置することが可能となる。この結果、グレーティングローブを抑圧する効果が得られ、利得等の大幅な改善を図ることができる。

なお、上述の説明におけるポスト構造およびリッジ構造について、管軸に直交する方向に２つ並べた構造を有する場合について例示したが、１つの場合または３つ以上の場合にも同様の効果が得られる。

実施の形態７．
図１５は、本発明の実施の形態７におけるアンテナ装置の断面図である。図１５に示した本実施の形態７におけるアンテナ装置は、放射導波管６ａ、６ｂを上段に備え、第１の給電導波管１１ａ、１１ｂおよび第２の給電導波管２１を中段に備え、第３の給電導波管３２を下段に備えている。

基本的な構成は、先の実施の形態２における図７と同様である。ただし、本実施の形態７におけるアンテナ装置は、放射導波管６ａ、６ｂのそれぞれの内部に誘電体が充填された構造をしている。

それぞれの導波管に誘電体を充填した場合には、管内波長を短くすることができ、管内波長を自由空間波長以下とすることが可能となる。したがって、本実施の形態７におけるアンテナ装置は、スロットの間隔を自由空間波長以下とすることができ、グレーティングローブを抑圧する効果がある。

以上のように、実施の形態７によれば、導波管に、誘電体を充填した構成としており、等価的に、管内波長を自由空間波長以下とすることができ、放射スロットを自由空間波長以下で配置することが可能となる。この結果、グレーティングローブを抑圧する効果が得られ、利得等の大幅な改善を図ることができる。

なお、ここでは、放射導波管に誘電体を充填した構造について示したが、給電導波管に誘電体を充填してもかまわない。

本発明の実施の形態１におけるアンテナ装置の構成を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１における図１のアンテナ装置の上面図である。 本発明の実施の形態１における図１のアンテナ装置において、放射導波管の管軸に対して垂直な偏波（以下Ｖ偏波とする）を放射する場合の説明図である。 本発明の実施の形態１における図１のアンテナ装置において、放射導波管の管軸に対して平行な偏波（以下Ｈ偏波とする）を放射する場合の説明図である。 本発明の実施の形態２におけるアンテナ装置の構成を示す斜視図である。 本発明の実施の形態２における図５のアンテナ装置の上面図である。 本発明の実施の形態２における図５のアンテナ装置において、放射導波管の管軸に対して垂直な偏波（以下Ｖ偏波とする）を放射する場合の説明図である。 本発明の実施の形態３におけるアンテナ装置の構成を示す斜視図である。 本発明の実施の形態４におけるアンテナ装置の構成を示す斜視図である。 本発明の実施の形態５におけるアンテナ装置の構成を示す斜視図である。 本発明の実施の形態６におけるアンテナ装置の構成を示す斜視図である。 本発明の実施の形態６におけるアンテナ装置の放射導波管部分の詳細構成を示した斜視図である。 本発明の実施の形態６におけるアンテナ装置の放射導波管部分の詳細構成を示した斜視図である。 本発明の実施の形態６におけるアンテナ装置の放射導波管部分の詳細構成を示した斜視図である。 本発明の実施の形態７におけるアンテナ装置の断面図である。

符号の説明

１ａ、１ｂ、２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂ、４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂ 放射導波管、１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂ 第１の給電導波管、２１、２２ 第２の給電導波管、３１ａ、３１ｂ、３２ 第３の給電導波管、４１ａ〜４１ｆ 第１の放射スロット、４２ａ〜４２ｆ 第２の放射スロット、５１ａ〜５１ｆ 第１の給電スロット、５２ａ〜５２ｆ 第２の給電スロット、５３ａ、５３ｂ 第３の給電スロット、６１ａ、６１ｂ、６２ａ、６２ｂ、６３ａ、６３ｂ 遅波回路。

Claims (17)

1. 断面矩形を成し第１の幅広側面に複数の放射スロットが形成された方形導波管であって、前記第１の幅広側面に、導波管の管軸に平行なＨ偏波を放射する第１の放射スロットと、前記管軸に垂直なＶ偏波を放射する第２の放射スロットとが形成され、前記第１の幅広側面に対向する第２の幅広側面に、前記第１の放射スロットに平行な第１の給電スロットと、前記第２の放射スロットに平行な第２の給電スロットとが形成された放射導波管と、
   前記放射導波管よりも下段に配置され、前記第１の給電スロットおよび前記放射導波管を介して前記第１の放射スロットを励振し、前記第２の給電スロットおよび前記放射導波管を介して前記第２の放射スロットを励振する給電回路と
   を備えたことを特徴とするアンテナ装置。
2. 請求項１に記載のアンテナ装置において、
   前記給電回路は、
   前記第１の給電スロットの少なくとも１つを介して前記放射導波管と接続され、入射した電波により前記第１の給電スロットを励振する第１の給電導波管と、
   前記第１の給電スロットの少なくとも１つ、および前記第２の給電スロットの少なくとも１つを介して前記放射導波管と接続され、入射した電波により前記第１の給電スロットを励振するとともに、前記第２の給電スロットの少なくとも１つと対向する位置に第３の給電スロットを有する第２の給電導波管と、
   前記第２の給電導波管よりも下段に配置され、前記第３の給電スロットの少なくとも１つを介して前記第２の給電導波管と接続され、入射した電波により前記第３の給電スロットを励振する第３の給電導波管と
   を備えたことを特徴とするアンテナ装置。
3. 請求項１に記載のアンテナ装置において、
   前記給電回路は、
   前記第１の給電スロットの少なくとも１つを介して前記放射導波管と接続され、入射した電波により前記第１の給電スロットを励振する第１の給電導波管と、
   前記第２の給電スロットの少なくとも１つを介して前記放射導波管と接続され、前記第２の給電スロットの少なくとも１つと対向する位置に第３の給電スロットを有する第２の給電導波管と、
   前記第２の給電導波管よりも下段に配置され、前記第３の給電スロットの少なくとも１つを介して前記第２の給電導波管と接続され、入射した電波により前記第３の給電スロットを励振する第３の給電導波管と
   を備えたことを特徴とするアンテナ装置。
4. 請求項２または３に記載のアンテナ装置において、
   前記第２の給電導波管と前記第３の給電導波管は、互いの管軸が平行であり、かつ前記第２の給電導波管の管軸に対して前記第３の給電導波管の管軸が対向する位置からオフセットして配置されることを特徴とするアンテナ装置。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載のアンテナ装置において、
   前記放射導波管に形成される前記第２の放射スロットは、前記第２の給電スロットと対向する位置以外に配置されることを特徴とするアンテナ装置。
6. 請求項５に記載のアンテナ装置において、
   前記放射導波管に形成される前記第１の放射スロットは、前記第２の給電スロットと対向する位置以外に配置され、前記第２の放射スロットと同数が形成されることを特徴とするアンテナ装置。
7. 請求項１ないし６のいずれか１項に記載のアンテナ装置において、
   前記第１の放射スロットおよび前記第２の放射スロットは、互いに交差して形成されるクロススロットを含むことを特徴とするアンテナ装置。
8. 請求項２に記載のアンテナ装置において、
   前記放射導波管と前記第２の給電導波管の接続に用いられる前記第１の給電スロットおよび前記第２の給電スロットは、互いに交差して形成されるクロススロットを含むことを特徴とするアンテナ装置。
9. 請求項２ないし４のいずれか１項に記載のアンテナ装置において、
   前記放射導波管、前記第２の給電導波管の少なくとも１つの導波管の高さを、使用する周波数における自由空間波長の略１／２波長以下としたことを特徴とするアンテナ装置。
10. 請求項２ないし４のいずれか１項に記載のアンテナ装置において、
    前記放射導波管、前記第２の給電導波管の少なくとも１つの導波管の高さを、使用する周波数における自由空間波長の略１／２波長よりも低くするとともに、前記第１の放射スロットの長さに対する前記第１の給電スロットの長さ、または前記第２の給電スロットの長さに対する前記第３の給電スロットの長さの少なくともいずれか一方の長さを異ならせたことを特徴とするアンテナ装置。
11. 請求項１ないし１０のいずれか１項に記載のアンテナ装置において、
    前記放射導波管は、管軸と直交方向に複数配列されてアレーアンテナを構成することを特徴とするアンテナ装置。
12. 請求項１ないし１１のいずれか１項に記載のアンテナ装置において、
    前記放射導波管は、管軸方向に設けられた複数の放射スロットの間に遅波回路をさらに備えたことを特徴とするアンテナ装置。
13. 請求項１２に記載のアンテナ装置において、
    前記遅波回路は、コルゲート構造を有することを特徴とするアンテナ装置。
14. 請求項１２に記載のアンテナ装置において、
    前記遅波回路は、リッジ構造を有することを特徴とするアンテナ装置。
15. 請求項１４に記載のアンテナ装置において、
    前記リッジ構造は、コの字型をしていることを特徴とするアンテナ装置。
16. 請求項１２に記載のアンテナ装置において、
    前記遅波回路は、導波管に複数のポストを設けた構造を有することを特徴とするアンテナ装置。
17. 請求項１ないし１１のいずれか１項に記載のアンテナ装置において、
    前記放射導波管は、導波管内部に誘電体が充填されることを特徴とするアンテナ装置。

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