JP4822262B2 - 円形導波管アンテナ及び円形導波管アレーアンテナ - Google Patents

Description

この発明は、円形導波管アンテナ及び円形導波管アレーアンテナに関する。

一般にアンテナには可逆定理が成立しているため送信特性と受信特性はまったく同じなので、以下に述べる説明は断りがない限り送信の場合の説明とし、受信の場合も同様なので、説明を省略する。
近年、無線通信技術の目覚ましい発展に伴って各種通信機器に割り当てられた周波数帯域が不足しがちで、これを補うために周波数の有効利用とさらなる高域への移動に必要な技術開発が緊急課題になってきた。例えば、従来ほとんど基礎研究にしか用いられていないミリ波は高度道路交通システム（ITS:Intelligent Transport System）に用いられるようになり、近い将来、日本や欧米のような車社会においてミリ波関連通信機器は家電並みに爆発的に利用されると予測できる。

上述したようなミリ波通信の分野において、各種部品と装置のミリ波化が必要不可欠になることは当然である。この中でミリ波通信を担う最重要装置のひとつはアンテナである。ミリ波信号を送受信できるアンテナなしではミリ波通信は成立しない。現在、ミリ波通信の研究開発に参加している世界中の研究機関、メーカは競って高性能なミリ波アンテナを開発しており、今まで開発されたミリ波アンテナの構成はさまざまあるが、この中で特性的にかなり優れているミリ波アンテナのひとつは円形導波管アレーアンテナである。

次に、従来の円形導波管アレーアンテナの一例を説明するが、その前に、円形導波管アレーアンテナを構成する一般的な円形導波管アンテナの一例を説明する。

円形導波管アンテナは給電部と放射部で構成され、給電部はいろいろな種類あるが、放射部は導体の円筒形でできており、その直径および高さが使用周波数、給電部との整合状態および放射指向性で決定される。使用周波数が高くになるに連れて、すなわち、波長λが短くなると前記放射部の円筒の直径が小さくなり、給電部および放射部の加工が難しくなる。
図３０は従来の円形導波管アンテナの構成の一例を示し、図３０（ａ）は斜視図、図３０（ｂ）は断面斜視図である。円形導波管３１はある長さに切断され、導体箔を備えた誘電体シート３２と電気的に接続され、接地している。また、誘電体シート３３は誘電体シート３２と伝送路であるストリップライン３４を挟み、ストリップライン３４を形成している。ストリップライン３４は電気信号を伝送する役割を持っており、円形導波管３１の中まで伸び、円形導波管アンテナを構成している。

ストリップライン３４のストリップライン先端３６が円形導波管３１の中心部に露出し、露出する長さと円形導波管３１の直径でアンテナのインピーダンスが決定される。円形導波管３１の下部開口に合わせて導体箔を除去した前記導体箔を備えた誘電体シート３２の誘電体露出部がストリップライン先端３６を覆っており給電部３７を構成している。
通常、ストリップライン先端３６から上下に電磁波が放射するので、円形導波管３１の上部開口から半分の電磁波しか放射しないことにならないように円形導波管３１の下部開口に合わせて、その真下に設けられた導体プレート３５に円形導波管３１と同じ直径の円筒形の空洞３８が設けられ、空洞３８の表面は使用電磁波をよく反射するように表面処理を施されている。

空洞３８の深さは、使用周波数帯域の中心周波数の管内波長λｇの略４分の１である。従って、ストリップライン先端３６から下方に放射する電磁波がλｇ／４の距離を伝播してから、空洞３８の底面に達すと全反射し、１８０°の位相反転を起こしてからさらにλｇ／４の距離を伝播してストリップライン先端３６に戻ってくることになる。
すなわち、３６から下方に放射する電磁波の伝播距離はλｇ／２（＝λｇ／４＋λｇ／４）で、全反射による１８０°の位相反転はさらにλｇ／２の伝播に相当するので、空洞３８の底面に全反射して戻ってくる電磁波はストリップライン先端３６から上方に放射する電磁波と同相となり、効率よく円形導波管３１の上部開口から放射する結果になる。
一方、放射電磁波偏波面と安定度を考慮すると円形導波管３１内の電磁波の伝播モードは基本モードＴＥ₁₁になるように中心周波数の波長λと円形導波管３１の直径ａを選択する。ちなみに、ＴＥ₁₁モードを維持するためには使用波長λはＴＥ₁₁モードの遮断波長λｃ（＝３．４１２ａ）より小さくなければならない。

このような構成において、ストリップライン先端３６を加工することによって円形導波管アンテナは直線偏波の円形導波管アンテナまたは円偏波の円形導波管アンテナにすることが可能である。
また、以上のような従来の円形導波管アンテナを一つプレートに形成したものもある（例えば、非特許文献１参照）。
また、このような円形導波管アンテナを複数アレー素子として配置すれば円形導波管アレーアンテナが得られる。例えば、等間隔で平面上に配置すればこの配置面積に相当する開口面をもつ開口面アンテナとほぼ同等の放射特性のアンテナを得ることができる。
また、アレーアンテナは複数のアンテナをあるパターンに配置し、単一アンテナで得られない特性をもたせることのできるアンテナ系である。また、アレーアンテナを構成する各素子アンテナの位相を制御することによってアンテナ系全体の指向性を制御することが可能なのでアンテナ本体を機械的に動かすことなくビーム走査アンテナとしても利用することができる。

円形導波管アレーアンテナはその名の通り、従来の複数の円形導波管アンテナを素子アンテナとして、あるパターンに配置したアレーアンテナである。円形導波管アンテナは切り離し円形導波管をある寸法に加工し、これに励振部を設け、切り離し口を開口面とするアンテナである。
各円形導波管アンテナの寸法と配置によってある領域内に所望の電界分布を得ることができる。例えば、複数の前記円形導波管アンテナを二次元的に平面領域内に配置し、一様な方向、位相と振幅の電界分布を得ることができる。このようなアンテナの放射特性は一様な電界分布を有する開口面アンテナの放射特性と理論的にほぼ同じであるが、構成の自由度や電界分布の均一性が開口面アンテナより優れている点がある。

従来の二次元的なアレーアンテナは、アレーアンテナを構成する素子アンテナは各素子アンテナと信号源を結ぶ伝送路で接続され、伝送路がアレーアンテナの信号源または給電口に接続されている。
伝送路であると同時に位相器の役割も果たし、信号源からそれぞれの素子アンテナまでの伝送路の長さはそれぞれの素子アンテナから放射される電磁波の位相を決定し、アレーアンテナ全体の放射特性に影響を及ぼし、場合によってさらに位相調整を必要とするときに各伝送路に直列に位相器が追加されることもある（例えば、特許文献１参照）。

次に、上述の円形導波管アンテナを複数アレー素子として配置した従来の円形導波管アレーアンテナの一例を説明する。
図３１（ａ）は円形導波管アレーアンテナの斜視図、図３１（ｂ）は分解斜視図である。
アンテナの放射面は、アレー素子の上部開口となる円形導波管が等間隔で正方形領域内に加工される円形導波管プレート４１である。円形導波管プレート４１には、アレー素子の開口４２、アンテナを組み立てるときおよび他の装置と固定するときに必要なネジ穴４３が設けられている。
円形導波管プレート４１の放射面の裏側には、円形導波管を給電するためのストリップライン回路のシート４４、アレー素子の開口４２を給電するときにストリップライン回路のシート４４の（給電）ストリップライン４７の先端から放射する電磁波を上部の開口に戻す電磁波反射プレート４５及び給電ストリップラインの統一端子に給電する給電口のプレート４６が設けられ、各々がネジ等で電気的に接続されている。

ストリップライン回路のシート４４はこの上に設けられたストリップライン４７は誘電体のシートに挟まれ、直接に円形導波管プレート４１と電磁波反射プレート４５と電気的に接続しない。円形導波管プレート４１のそれぞれの円形導波管４１０の下部にある上部の誘電体のシートが、ちょうど円形導波管４１０と同じ寸法の部分が除去されるのでストリップライン４７の先端の一部だけが露出し、電磁波を容易に放射できる。
これは図３０で説明した円形導波管アンテナと同じ構造であり、また、円形導波管プレート４１のすべての円形導波管４１０の下部に導かれたすべてのストリップライン４７の給電端子は参考文献１で説明したような構造になっており、ある統一端子から枝分かれし、その統一端子からみれば同じ物理的条件で構成されるので、それぞれのストリップライン４７の給電端子から放射される電磁波の偏波面、電力および位相は同じである。統一端子はプレート４６の給電口から同軸線路を通して給電を受ける。

電磁波反射プレート４５は、ストリップライン４７の給電端子から下方に放射する電磁波を上方に反射するための電磁波反射プレートで、円形導波管プレート４１のすべての円形導波管４１０と同じ位置と同じ直径の不貫通円筒形空洞４８が加工され、それぞれの深さは管内波長λｇの略４分の１である。ただし不貫通円筒形空洞４８の底面が完全に平らで、電磁波をよく反射するように処理しなければならない。プレート４６はアンテナの給電口４９を有するプレートで、これを通して他の装置と電気的に接続する。この給電口４９に高周波信号を給電すると、ストリップライン回路のシート４４にあるストリップライン４７の統一端子がこれを受信し、すべてのストリップライン４７の給電端子に等配分する仕組みになっている。

図３２は図３１の円形導波管プレート４１の詳細図であり、図３２（ａ）は円形導波管プレート４１の斜視断面図、図３２（ｂ）は正面からみた断面図である。円形導波管プレート４１は厚み数ミリの導体プレートで、中心部の正方形領域内に、電磁波の伝播モードＴＥ₁₁を考慮して決めた直径の円筒形穴が加工されアレー素子の開口４２を構成する。アレー素子の開口４２は円筒形の貫通穴で、円形導波管プレート４１と垂直である。
なお、円形導波管を選択する理由は高い加工精度およびドリル等で容易に円筒形の穴を開けることができることであるが、アレー素子の上部開口における伝播モードＴＥ₁₁の電界分布は決して最適な電界分布と言えない。

図３１に示した従来の円形導波管アレーアンテナは、ある意味で図３０に示した円形導波管アンテナをコンパクトな形で構成したものである。また、アレー素子となる円形導波管アンテナをこのように加工すると、アレー素子の高い配置精度、高い寸法精度および加工の容易さが一度に実現可能である。
一方、前記円形導波管アレーアンテナは直線偏波の円形導波管アンテナまたは円偏波の円形導波管アンテナにするためには、アンテナを構成するアレー素子が直線偏波の円形導波管アンテナまたは円偏波の円形導波管アンテナで決まる（例えば、非特許文献２、３参照）。

特開２０００−３５３９１６（段落００１４〜００１９、図１） Seiji Nishi and Hiroyo Ogawa:"Millimeter-Wave Ad-Hoc Wireless Access System II:(7)70GHz Circular Polarizatioin Antenna,"Technical Digest 5rd Topical Symposium on Millimeter Waves TSMMW2003,pp.35-68,March 2003,Kanagawa,Japan Seiji Nishi, Kiyoshi Hamaguti, Toshiaki Matui, Hiroyo Ogawa:"A Wireless Video Home-Link Using 60GHz Band:a Proposal of Antenna Structure,"Proc.30th European Microwave Conference,Volume 1, pp.305-308, October 2000,Paris,France Seiji Nishi,Kiyoshi Hamaguti,Toshiaki Matui,Hiroyo Ogawa:"Development of Millimeter-Wave Video Transmission System II:Antenna Development,"Technical Digest 3rd Topical Symposium on Millimeter Waves TSMMW2001,pp.207-210,March 2001,Kanagawa,Japan

非特許文献１、または、図３０に示された従来の円形導波管アンテナは、ある意味では円錐ホーンアンテナと考えても差し支えない。すなわち、円形導波管アンテナは開き角０°の円錐ホーンアンテナである。そして、このような従来の円形導波管アンテナの円形導波管は、電磁波を放射する開口２０が一般的に切り離し円形導波管のままで使用されているので、決して最適な放射特性を得ることができないという問題があった。
また、非特許文献１に示された従来の円形導波管アンテナは、アンテナの反射損失特性がよくなく、放射利得が低いという問題があった。
また、特許文献１に示された従来のアレーアンテナは、電磁ホーン素子の数を減らして放射特性をよくしたものであるが、電磁ホーン素子の形状が大きくなり小型化できないという問題があった。また、放射利得を最大にするための電磁ホーン素子の形状が明かでないという問題があった。
また、非特許文献２、３に示された従来の円形導波管アレーアンテナは、アンテナの反射損失特性がよくなく、放射利得が低いという問題があった。

また、高周波回路では、反射波の悪影響で装置の特性が劣化したり、動作しなくなったりする場合があり、反射波を遮断する場合は、給電端子に整合回路や遮断フィルタを設ける必要がある。例えば、給電口の前に整合回路やフィルタまたはアイソレータ等を設置してアンテナのインピーダンスを調整する必要があった。そのため、アンテナが大きくなり、コストも高くなるという問題があった。
従って、アンテナの反射損失特性を改善するとともに放射特性、特に放射利得の向上を図り、低価格な小型の円形導波管アレーアンテナを提供することが望まれていた。

この発明の円形導波管アンテナは、円形導波管の片側に電磁波を給電する給電部を有し、反対側に前記電磁波を放射する放射開口面を有する円形導波管アンテナにおいて、前記円形導波管を、前記給電部側の給電側開口面の直径がａ、前記放射開口面の直径が前記給電側開口面の直径ａより大きいｄ、開き角が２αの円錐ホーンとし、使用周波数帯域の中心周波数の波長をλとしたとき、前記電磁波を放射する開口面の直径ｄと前記中心周波数の波長λの比ｄ／λの値を略１以下にし、前記開き角２αの１／２であるα値（以降、開き角α値と称す）を、
0.8×Arcsin（0.1349114／（ｄ／λ））から1.2×Arcsin（0.1349114（ｄ／λ））の間にしたものである。

この発明は、前記円形導波管を、前記給電部側の給電側開口面の直径がａ、前記放射開口面の直径が前記給電側開口面の直径ａより大きいｄ、開き角が２αの円錐ホーンとし、使用周波数帯域の中心周波数の波長をλとしたとき、前記開き角α値を、0.8×Arcsin（0.1349114／（ｄ／λ））から1.2×Arcsin（0.1349114（ｄ／λ））の間にしたので、アンテナ反射損失特性が改善され、放射特性、特に放射利得を向上させえることができ、また、低価格で小型にすることができる。

実施の形態１．
まず、この発明の実施の形態１に係る円形導波管アンテナの基本的な構造について説明しておく。この発明の円形導波管アンテナにおいて、従来の円形導波管アンテナと比較しての相違点は電磁波を放射する開口の形状である。
すなわち、従来の円形導波管アンテナの開口は、切り離し円形導波管であるが、この発明の円形導波管アンテナの開口は使用周波数によって所定の開き角を設け、なるべく放射利得を最大にし、給電部との反射損失を最小限にすることである。

図１はこの発明の実施の形態１を示す円形導波管アンテナの構成図であり、図１（ａ）はホーン型円形導波管アンテナの斜視図、図１（ｂ）は断面斜視図、図２は円形導波管アンテナの平面図である。
構造的には図３０に示された円形導波管アンテナとほぼ同じであるが、異なるのはアンテナの開口面を円筒形のままではなく、円錐形としている点である。

図１（ａ）（ｂ）において、円形導波管アンテナは、円錐ホーン１１の片側に電磁波を給電する給電部１７を有し、反対側に電磁波を放射する放射開口面１０を備え、円錐ホーン１１は所定の長さに切断され、円錐ホーン１１の下部開口に合わせて導体箔を除去した導体箔を備えた誘電体シート１２と電気的に接続され、接地している。また、誘電体シート１３は誘電体シート１２と伝送路であるストリップライン１４を挟んでいる。
ストリップライン１４は高周波信号を伝送する役割を持っており、円錐ホーン１１の中まで伸びている。誘電体シート１２の誘電体露出部はストリップライン１４のストリップライン先端１６を覆っており、給電部１７を構成している。

図２において、１Ａは電界の方向を示す矢印で、円形導波管に露出しているストリップライン先端１６と同じ方向である。

導体１５は、アンテナの台であると同時にストリップライン１４から放射する電磁波を放射開口面１０から放射するように設けた電磁波反射用円筒形空洞１８を内蔵している。円錐ホーン１１の内側には、円形導波管を円錐ホーンに加工した後にできた円形導波管と円錐ホーンの境界線１９がある。

ここで、ホーン型円形導波管アンテナは、図４、図５に示す一般的なホーンアンテナと基本的に同じ特性であるので、このホーンアンテナについて、放射利得が最大になり、反射損失が最小限抑制される条件について調べた結果を説明する。
図４はホーンアンテナの斜視図、図５はホーンアンテナの側面断面図である。
図において、円錐形のホーンアンテナ本体５１に給電口である円形導波管５２が接続されており、５３は開口面であり、５４はＴＥ₁₁モードの電界分布を示す。
開口面５３の直径をｄ、円形導波管５２を直径はａ、フレアをＬ、開口面５３と給電口の円形導波管先端までの距離をｂ、開き角は２αとする。

まず、ホーンアンテナの放射利得Ｇは式（１）で示される。
Ｇ＝２０ｌｏｇ（πｄ／λ）＋η（ｄＢ） …（１）
λは使用周波数帯域の中心周波数の波長、ηはホーンアンテナの開口能率で、一般的にデシベルの単位で表されている。
ホーンアンテナの開口能率ηの特性を図６に示す。これを用いて、放射利得Ｇを計算すると図７に示すような一般的なホーンアンテナの放射利得特性が得られる。この特性は、ｄ／λをパラメータとし、放射利得Ｇとホーンアンテナの開き角の半分であるαとの関係を計算して、グラフ化したものである。
図７（ａ）と図７（ｂ）はそれぞれｄ／λが１より小さい場合と１より大きい場合に分けて示されている放射利得特性である。

図７（ａ）に示すようにｄ／λが１．０のときに放射利得Ｇが大きく、ｄ／λが１．０以下になるに従ってと放射利得Ｇが小さくなり、それぞれのｄ／λの値に対してＧが最大となるαの値が存在している。
図７（ａ）において、それぞれのｄ／λの値に対してＧが最大となる値を点線で示したのが６１でＧの最大値特性カーブである。このαの値はホーンアンテナの設計の基本となるものである。
ｄ／λが大きければ大きいほど放射利得Ｇが高くなり、例えば、ｄ／λ＝１のとき、ホーンアンテナの開き角２αの１／２のαが7.7530°のときアレー素子の放射利得Ｇは最大となり、9.171486ｄＢである。
αが7.7530°のとき最も好ましいが、略7.7530°でも好ましく、または、この値の±２°でも十分と考えられるので、開き角αを7.7530°−２°から7.7530°＋２°の間を好ましい範囲としたものである。

Ｇが最大になると、反射損失は最小になり、すなわち、給電する電磁波の電力は最大に開口面から放射されるわけである。しかし、図７（ａ）に示すようにＧが最大になるαの値より小さく、もしくは大きくなるにつれて放射利得Ｇは最大値から減少していく。
一方、図７（ｂ）に示すように、αが約１５°から４５°の範囲で、ｄ／λが約２．０から６．０の範囲では、利得特性は略１８±５．０ｄＢｉの領域（６２）内に密集し、利得の変動は約２７％前後になっていることが明らかになった。
また、ｄ／λが約１以下では、ｄ／λが小さくなるに連れて利得特性はほとんど安定し、あまりαの影響を受けなくなることもわかった。

図８（ａ）はＧが常に最大になるようなｄ／λとαの関係を示しており、図７（ａ）において、それぞれのｄ／λの値に対し放射利得Ｇが最大となるαの値をプロットしたものに相当し、計算によりグラフ化したものである。
このように、ｄ／λまたはαが与えられれば放射利得Ｇが最大になるようなホーンアンテナの寸法が一義的に決まることがわかる。
この図８（ａ）に示すｄ／λとαの関係は計算結果から式（２）で示される。
α＝Arcsin（0.1349114／（ｄ／λ）） …（２）
式（２）からわかるようにαが存在し得るためには、ホーンアンテナ開口面の直径は式（３）に示すような条件を満足しなければならない。すなわち、
ｄ＞0.1349114λ …（３）

また、図８（ｂ）は、ｄ／λが与えられたときに、どれくらいのαにすればどれだけの最大利得を得るかを示す特性である。この特性から明らかなようにｄ／λの値が約３以上になればαの値はあまり変動しなくなるが、利得だけが増加することがわかった。
この発明は、ホーンの放射利得が最大になるように、前記開き角の半分であるαの値を式（２）で示したものとしたものである。式（２）で示したものが最も好ましいが、この値の±２０％でも十分と考えられるので、開き角α値を、
0.8×Arcsin（0.1349114／（ｄ／λ））から1.2×Arcsin（0.1349114（ｄ／λ））の間のものを好ましい範囲としたものである。

なお、図３０に示した従来の円形導波管アンテナは、ある意味ではホーンアンテナと考えても差し支えなく、円形導波管アンテナは開き角が０°のホーンアンテナである。開き角が０°の場合は、式（２）から放射利得Ｇは最大にならず、円形導波管アンテナの反射損失特性や放射特性は最適なものでない。

以上の結果から、図１に示した円形導波管アンテナの円錐ホーン１１の放射開口面１０は、中心周波数の波長λおよび円錐ホーン１１の直径ａを定め、開き角の１／２をαとしたとき式（２）を満足するように円錐ホーン１１の放射開口面１０を直径ｄ、そのフレアをＬになるように形成している。
また、この発明の実施の形態１に係るホーン型の円形導波管アンテナを給電するのは直線のストリップライン１４のストリップライン先端１６であり、放射電界の方向は前記ストリップライン１４と同じ方向になる。従って、この発明の実施の形態１の円形導波管アンテナは前記ストリップライン１４と同じ方向の偏波を有する直線偏波の円形導波管アンテナになる。

次に、この発明の実施の形態１を示す円形導波管アンテナの動作を図１〜３を用いて説明する。図３は試作６９ＧＨｚホーン型の円形導波管アンテナの利得特性図である。
ここで、ホーン型の円形導波管アンテナの放射開口面１０の半径と放射利得の関係を確認するために、中心周波数６９ＧＨｚのホーン型の円形導波管アンテナ試作した結果を説明する。
放射開口面１０の半径を１．４ｍｍから３．５ｍｍに広げて放射利得を調べた結果、図３に示すように、放射利得が６．５ｄＢｉから１２．５ｄＢｉに変化し（１４１）、放射利得が約６．０ｄＢｉ高くなった。
このように、放射開口面１０の半径を１．４ｍｍから３．５ｍｍに広げたことによって放射利得がほぼ最大値に達し、ホーンアンテナの放射利得Ｇを求める式（１）で予測した値に近い結果を得た。

円形導波管アンテナにおいて、ストリップライン１４から所定の高周波信号を入力すると、信号は放射端子１６に伝搬し、円錐ホーン１に給電される。放射端子１６の露出長さや円錐ホーン１１の寸法および形状は最適化されたので、ストリップライン１４に給電電力はほとんど反射せずに放射開口面１０から直線偏波として放射される。

以上のように、円錐ホーン１１の給電部側の給電側開口面の直径がａ、放射開口面１０の直径が給電側開口面の直径ａより大きいｄ、開き角が２αの円錐ホーンとし、使用周波数帯域の中心周波数の波長をλとしたとき、開き角α値を、略Arcsin（0.1349114／（ｄ／λ））にし、従来の円形導波管アンテナの開口面を広げて円錐形にしたので、次の効果がある。
（１）円形導波管アンテナの放射利得を最大で、反射損失を最小にすることができる。
（２）図３に示すように、中心周波数６９．０ＧＨｚの円形導波管アンテナを試作した結果、開口面を広げたことによって、放射利得が約６．０ｄＢｉも高くなった。
（３）前述のように放射利得が増加するということは給電される電磁波は効率よくアンテナの放射開口面１０から放射されるので、アンテナ内部に伝播する過程で反射されて元のストリップライン１４に戻る電力が少なくなる。すなわち、アンテナの反射損失特性、いわゆるＳ１１パラメータは従来の円形導波管アンテナの反射損失特性より改善され、本実施の形態では約１０ｄＢ改善することができた。

（４）高周波回路では、反射波の悪影響で装置の特性が劣化したり、動作しなくなったりしたときは、反射波を遮断しなければならない場合は、給電端子に整合回路を設けたり、遮断フィルタを設けたりする必要がある。例えば、この発明の場合では、給電口の前に整合回路やフィルタまたはアイソレータ（Isolator）等を設置する必要がある。しかし、効果（３）で述べたように、アンテナのＳ１１パラメータが改善されれば、前述したような整合回路やフィルタまたはアイソレータが不要になるので、これらの装置を不要にすることができる。従って、円形導波管アンテナを低価格化を図ることができる。
（５）効果（４）で述べたように、アンテナの給電口に整合回路やフィルタまたはアイソレータを設ける必要がなくなるので、これらの装置を設置するための空間も必要としないから円形導波管アンテナの小型化することができる。
このように、この発明の実施の形態１に係る円形導波管アンテナの高性能化、低価格化および小型化を図ることができる。

また、利用形態としては、本実施の形態の円形導波管は直線偏波であるが、このアンテナの利用形態としては、ミリ波、準ミリ波通信用に利用され、近年ＥＴＣや屋内無線ＬＡＮのアンテナとして使われることが可能である。
また、直線偏波の円形導波管アンテナなのでこの特性を生かして、水平偏波または垂直偏波あるいは特定方向の偏波面を有する直線偏波の円形導波管アンテナとの通信に用いることができる。

実施の形態２．
実施の形態１において、円錐ホーン１１に給電するのは単純な切り離しの直線ストリップライン先端１６なので、得られた円形導波管アンテナは直線偏波の円形導波管アンテナである。
しかし、給電用直線の切り離しストリップラインを加工すれば、円形導波管アンテナを直線偏波の円形導波管アンテナから円偏波の円形導波管アンテナに変えることが可能で、放射利得や反射損失特性がほとんど劣化せずに円偏波の円形導波管アンテナを得ることができる。本実施の形態は、円偏波の円形導波管アンテナのうち、左旋円偏波の円形導波管アンテナを示すものである。

図９はこの発明の実施の形態２を示す円形導波管アンテナの構成を示す平面図である。
本実施の形態は実施の形態１の図１と構成はほとんど同じなので、この構成の説明は省略し、異なる部分だけを説明する。
図９において、真上からみた円形導波管アンテナの開口面８０は、単なる円筒ではなく実際は開き角をもっている。ここでは円偏波を励振するために、本実施の形態は実施の形態１の図２に示された直線偏波励振用の一本の切り離したストリップライン１４の代わりに、図９に示されるように、入力端子から続くストリップライン８４が、２本の伝送路８４１と８４２に分岐する。伝送路８４１と８４２の特性インピーダンスは基本的にストリップライン８４の特性インピーダンスの２倍なので、線路幅は約半分細くなり抵抗損失を増加させる要因になってしまう。そのために、伝送路８４１と８４２の線路幅をストリップライン８４の線路幅に戻すために、所定の長さのところに特性インピーダンス変換用段差８４１ａと８４２ａを設けた。

伝送路８４１と８４２の線路幅はストリップライン８４の線路幅と同じように戻るが、放射電界方向調整のために伝送路８４１を円形導波管の中心に向かうように９０°曲げたが、伝送路の伝送路先端８５１は円形導波管アンテナの開口面８０の中心に達していない。これを曲げた過程で、伝送路の特性インピーダンスの不連続による信号の反射を十分考慮して設計したので反射特性は良好である。同じように、反対側の伝送路８４２も前記円形導波管の中心に向かうように９０°曲げたが、円形導波管アンテナの開口面８０の中心に達していない。また、伝送路８４２の伝送路先端８５２は伝送路８４１の伝送路先端８５１と直角になるように配置するが、それぞれの先端から円形導波管アンテナの開口面８０の中心までの距離は同じである。

本実施の形態の円形導波管アンテナは左旋円偏波となるので、ストリップライン８４がインピーダンス変換分岐回路と交差する点からそれぞれの伝送路先端８５１と８５２までの距離は、伝送路先端８５２側はλｇ／４長くなるようにした。ただし、λｇは基板上の伝送路の高周波信号波長である。そうすることによって、伝送路先端８５１と８５２から放射する電界の強度は同じであるが、方向は互いに直角で、位相は、伝送路先端８５２側の方が９０°遅れることになる。結果的に、図９に示すような時計周りの矢印８６は左旋円偏波の回る方向で、真上からみたので右に回るように見えるが、電磁波は見ている方に向かってくるので、裏からみれば反時計回り、すなわち、放射電界が左回りすることがわかる。
従って、本実施の形態に係る円形導波管アンテナは実施の形態１の直線偏波の円形導波管アンテナの給電部を変えることによって、直線偏波の円形導波管アンテナから左旋円偏波の円形導波管アンテナに変えることができる。

次に、この発明の実施の形態２に係る左旋円偏波の円形導波管アンテナの動作を図９を用いて説明する。
動作は実施の形態１に係る直線偏波の円形導波管アンテナと類似するが、図９に示すように給電部だけが異なる。
例えば、ストリップライン８４から所定の高周波信号を入力すると、前記高周波信号は進行方向に伝搬し、前記分岐回路に達すと前記高周波信号が電力的に二等分しそれぞれ前記伝送路８４１と８４２に入力され、さらに進行方向に伝搬する。
伝送路８４１側の長さは、伝送路８４２の長さよりλｇ／４短いから、分配された前記高周波信号はインピーダンス変換回路８４１に届くと、ストリップライン８４と同じ特性インピーダンスおよび伝送路幅の伝送路に伝搬し、伝送路先端８５１に早く到達する。同様に、伝送路８４２側の分配された高周波信号も同じ過程で伝送路先端８５２に位相的に９０°遅れて到達することになる。
伝送路先端８５１と８５２から放射する電界８７１と８７２の方向はそれぞれの先端の伝送路と同じ方向なので、互いに直交し、電界８７１の方は位相的に９０°進んでいる。また、それぞれの伝送路先端８５１と８５２から放射される電界強度は等しいので、円形導波管アンテナの開口面８０から放射する電磁波は左旋円偏波になる。

以上のように、給電部１７はストリップライン８４を備え、ストリップライン８４は、入力伝送路と、この入力伝送路から円錐ホーン１１の電磁波を放射する開口面８０側から見て円錐ホーン１１の給電側の開口面の外側に沿って左右に分岐し、それぞれの先端が円形導波管の中心に向かって直角に延設され、所定の長さに突設された右伝送路である伝送路８４２、８５２及び左伝送路である伝送路８４１、８５１とを備え、円偏波の電磁波を放射するようにしたので、通常、直線偏波を円偏波に変えると電界強度が約７０％（約１．５ｄＢ）低下するが、従来の円形導波管アンテナの開口面に開口角を持たすことによって、従来の円筒形の場合と比べて、アンテナの放射利得が円偏波に変えたときの低下分以上に（数デシベル）改善することができ、円偏波の円形導波管アンテナの高性能化、低価格化および小型化を図ることができる。

また、左側伝送路の全長を前記右側伝送路の全長よりストリップライン上の波長λｇの１／４短くし、左旋円偏波の電磁波を放射するようにしたので、左旋円偏波の円形導波管アンテナ同士との通信だけに用いることができて、同じ周波数帯域でも直線偏波または右旋円偏波の円形導波管アンテナからの悪影響を受け難い特徴を活かし、周波数を有効に利用できる。

また、利用形態としては、左旋円偏波の円形導波管アンテナはミリ波、準ミリ波通信用に適し、近年ＥＴＣや屋内無線ＬＡＮのアンテナとして使われることが可能である。

実施の形態３．
実施の形態２では、円形導波管アンテナのうち、左旋円偏波の円形導波管アンテナを示したが、本実施の形態は右旋円偏波の円形導波管アンテナに関するものである。
図１０はこの発明の実施の形態３を示す円形導波管アンテナの構成を示す平面図である。本実施の形態は実施の形態２を示す図９と構成はほとんど同じであり、放射電磁波の偏波を右回りにするように伝送路先端から放射する電界の位相を調整したものなので、全体の構成の説明は省略し、異なる部分だけを説明する。
図１０において、真上からみた円形導波管アンテナの開口面９０は、単なる円筒ではなく実際は開き角をもっている。入力端子から続くストリップライン９４が、分岐回路と接続し、２本の伝送路９４１と９４２に分岐する。伝送路９４１と９４２の特性インピーダンスは基本的にストリップライン９４の特性インピーダンスの２倍なので、線路幅は約半分細くなり抵抗損失を増加させる要因になってしまう。そのために、前記伝送路９４１と９４２の線路幅を前記ストリップライン９４の線路幅に戻すために、所定の長さのところに特性インピーダンス変換用段差９４１ａと９４２ａを設けた。

伝送路９４１と９４２の線路幅はストリップライン９４の線路幅と同じように戻り、放射電界方向調整のために伝送路９４１を円形導波管アンテナの開口面９０の中心に向かうように９０°曲げたが、伝送路の先端９５１は円形導波管アンテナの開口面９０の中心に達していない。これを曲げた過程で、伝送路の特性インピーダンスの不連続による信号の反射を十分考慮して設計したので反射特性は良好である。同じように、反対側の伝送路９４２も円形導波管アンテナの開口面９０の中心に向かうように９０°曲げたが、円形導波管アンテナの開口面９０の中心に達していない。また、伝送路９４２の伝送路先端９５２は伝送路９４１の伝送路先端９５１と直角になるように配置するが、それぞれの先端から前形導波管の開口面９０の中心までの距離は同じである。

本実施の形態に係る円偏波の円形導波管アンテナは右旋円偏波にするので、ストリップライン９４がインピーダンス変換分岐回路と交差する点からそれぞれの伝送路先端９５１と９５２までの距離は、実施の形態２と反対に伝送路先端９５１側はλｇ／４長くなるように設計した。そうすることによって、伝送路先端９５１と９５２から放射する電界の強度は同じであるが、方向は互いに直角で、位相は、伝送路先端９５１側の方が９０°遅れることになる。結果的に、図１０に示すような反時計周りの矢印９６は右旋円偏波の回る方向で、真上からみたので左に回るように見えるが、電磁波は見ている方に向かってくるので、裏からみれば時計回り、すなわち放射電界が右回りすることがわかる。
従って、本実施の形態の円形導波管アンテナは実施の形態２の給電部を調整することによって、左旋円偏波の円形導波管アンテナから右旋円偏波の円形導波管アンテナに変えることができる。

次に、この発明の実施の形態３に係る右旋円偏波の円形導波管アンテナの動作を図１０を用いて説明する。
動作は実施の形態２に係る左旋円偏波の円形導波管アンテナと類似するが、図１０に示すように給電部だけが異なる。
例えば、ストリップライン９４から所定の高周波信号を入力すると、前記高周波信号は進行方向に伝搬し、前記分岐回路に達すと前記高周波信号が電力的に二等分しそれぞれ伝送路９４１と９４２に入力され、さらに進行方向に伝搬する。
伝送路９４２側の長さは、伝送路９４１の長さよりλｇ／４短いから、分配された前記高周波信号はインピーダンス変換回路９４２ａに到達し、ストリップライン９４と同じ特性インピーダンスおよび伝送路幅の伝送路に伝搬し、伝送路先端９５２に早く届く。同様に、伝送路９４１側の分配された前記高周波信号も同じ過程で伝送路先端９５１に位相的に９０°遅れて到達することになる。
伝送路先端９５１と９５２から放射する電界９７１と９７２の方向はそれぞれの先端の伝送路と同じ方向なので、互いに直交し、電界９７２の方は位相的に９０°進んでいる。 また、それぞれの先端から放射される電界強度は等しいので、円形導波管の開口から放射する電磁波は右旋円偏波になる。

以上のように、右側伝送路である伝送路９４２の全長を前記左側伝送路である伝送路９４１の全長より前記ストリップライン上の波長λｇの１／４短くし、右旋円偏波の電磁波を放射するようにしたので、通常、直線偏波を円偏波に変えると電界強度が約７０％（約１．５ｄＢ）低下するが、従来の円形導波管アンテナの開口面に開口角を持たすことによって、従来の円筒形の場合と比べて、アンテナの放射利得が円偏波に変えたときの低下分以上に（数デシベル）改善することができ、円形導波管アンテナの高性能化、低価格化および小型化を図ることができる。

また、右旋円偏波の円形導波管アンテナ同士との通信だけに用いることができ、同じ周波数帯域でも直線偏波または左旋円偏波の円形導波管アンテナからの悪影響を受け難い特徴を活かし、周波数を有効に利用できる。

また、右旋円偏波の円形導波管アンテナは利用形態としては、ミリ波、準ミリ波通信用に適し、近年ＥＴＣや屋内無線ＬＡＮのアンテナとして使われることが可能である。

実施の形態４．
実施の形態１の場合では、独立に使用しても良いが、どちらかと言えば他の装置に組み込むような使い方に向いている。しかし、本実施の形態は、実施の形態１における直線偏波の円形導波管アンテナを単独で使用しやすいような構造に改良したものである。

図１１はこの発明の実施の形態４を示す円形導波管アンテナの外観図である。
本実施の形態は、実施の形態１に係る円形導波管アンテナ同様、直線偏波の円形導波管アンテナであるので、直線偏波を励振する回路は、電磁波を放射するホーン型円形導波管の中心に向かっている直線ストリップラインで、真上からみれば実施の形態１の図２と同じであるが、異なる点は円錐ホーン１１をそのまま円筒状にするのではなく、円錐ホーン１１の長さに相当する厚みの導体板を用いて、前記導体板にホーン型円形導波管を切削加工等で形成し、これをアンテナ台にネジ等で固定する。すなわち、アンテナの放射面となる導体プレートに円錐ホーンを加工し、単独で使用しやすいようにするものである。

図１１において、円形導波管アンテナは、アンテナの放射面１０４と開口面１０５ａを有する円錐ホーン１０５が設けられ、上部開口となるホーン型円形導波管プレート１００と、円錐ホーン１０５に電磁波を給電するストリップライン回路のシート１０３と、電磁波反射用空洞が設けられ、給電部や外部回路との接続に必要なネジ穴等を施す導体板からなるアンテナ台１０２から構成される。
このストリップライン回路のシート１０３のストリップライン先端部分は図示されていないが、実施の形態１の図２と同じものである。
また、ホーン型円形導波管プレート１００には、プレート１００をアンテナ台１０２に固定するためのネジを通すネジ穴１０６、アンテナ台１０２との位置合わせに用いるピン穴１０７が設けられている。このピン穴１０７はプレート１００を貫通し、ストリップライン回路のシート１０３およびアンテナ台１０２にも同じ位置に同じピン穴が設けられ、別の棒状のピンで位置合わせを行ってから、ネジ穴１０６にネジで、プレート１００をアンテナ台１０２に固定する。
このように構成すると、この発明の実施の形態４は単独で使用しやすい直線偏波の円形導波管アンテナになる。

次に、このような構成において、ホーン型円形導波管プレート１００とアンテナ台１０２を一体化すると実施の形態１の直線偏波の円形導波管アンテナのようになるため本実施の形態の直線偏波の円形導波管アンテナの動作は実施の形態１の直線偏波の円形導波管アンテナとまったく同じ動作をする。
例えば、ストリップライン回路のシート１０３から所定の高周波信号を入力すると、前記信号は放射端子（図示してないが、図１の１６に相当）に伝搬し、円錐ホーン１０５に給電する。放射端子の露出長さや円錐ホーン１０５の寸法および形状は実施の形態１に述べたように最適化されているので、ストリップライン回路のシート１０３のストリップラインに給電電力はほとんど反射せずに開口面１０５ａから直線偏波として放射される。

以上のように、実施の形態１で示した円錐ホーンを所定の厚みを有する導体プレートに形成したホーン型円形導波管プレート１００と、実施の形態１で示したストリップラインをホーン型円形導波管の円錐ホーンに対応して形成したストリップライン回路のシート１０３、電磁波反射用円筒空洞を形成したアンテナ台１０２を備えたので、実施の形態１に示した直線偏波の円形導波管アンテナと同じ効果を有する上に、構造的に丈夫なので単独で使用しやすい利点がある。
従って、本実施の形態の円形導波管アンテナは単独部品として量産可能であり、部品として供給ができ、結果的に本実施の形態は直線偏波の円形導波管アンテナの高性能化と低価格化を図ることができる。

また、本実施の形態の直線偏波の円形導波管アンテナも実施の形態１の直線偏波の円形導波管アンテナと同じ特性なので、利用形態は、実施の形態１と同じである上に、単独で利用することもできる。

実施の形態５．
実施の形態４は、アンテナの放射面となるホーン型円形導波管プレート１００に円錐ホーンを加工し、単独で使用しやすいようにし、ストリップライン回路のシート１０３を直線偏波を励振するものとして直線円偏波の円形導波管アンテナを示したが、本実施の形態は、ストリップライン回路のシート１０３を左旋偏波を励振する給電部として左旋偏波の円形導波管アンテナとしたものである。

本実施の形態は実施の形態４の図１１と同じ外観なので外観の説明は省略する。
この構成において、ストリップライン回路のシート１０３のストリップラインを実施の形態２の図９に示した左旋偏波を励振する給電部とした。

この発明の実施の形態５の動作は実施の形態２の左旋偏波の円形導波管アンテナと同じなので説明を省略する。

この構成において、実施の形態２に示した左旋偏波の円形導波管アンテナと同じ効果を有する上に、構造的に丈夫なので単独で使用しやすい利点がある。
従って、本実施の形態の左旋偏波の円形導波管アンテナは単独部品として量産可能であり、部品として供給ができ、結果的に本実施の形態は左旋偏派波形導波管アンテナの高性能化と低価格化を図ることができる。

また、本実施の形態の左旋偏波の円形導波管アンテナも実施の形態２の左旋偏波の円形導波管アンテナと同じ特性なので、利用形態は、実施の形態２と同じである上に、単独で利用することもできる。

実施の形態６．
実施の形態５は、アンテナの放射面となる導体プレートにホーン型円形導波管を加工し、単独で使用しやすいようにし、ストリップライン回路のシート１０３を左旋偏波を励振するものとして左旋円偏波の円形導波管アンテナを示したが、本実施の形態は、ストリップライン回路のシート１０３のストリップラインを右旋偏波を励振する給電部として右旋偏波の円形導波管アンテナとしたものである。

本実施の形態は実施の形態４の図１１と同じ外観なので外観の説明は省略する。
この構成において、ストリップライン回路のシート１０３のストリップラインを実施の形態３の図１０に示した右旋偏波を励振する給電部とした。

この発明の実施の形態６の動作は実施の形態３の右旋偏波の円形導波管アンテナと同じなので説明を省略する。

この構成において、実施の形態３に示した右旋偏波の円形導波管アンテナと同じ効果を有する上に、構造的に丈夫なので単独で使用しやすい利点がある。
従って、本実施の形態の右旋偏波の円形導波管アンテナは単独部品として量産可能であり、部品として供給ができ、結果的に本実施の形態は右旋偏波の円形導波管アンテナの高性能化と低価格化を図ることができる。

また、本実施の形態の右旋偏波の円形導波管アンテナも実施の形態２の右旋偏波の円形導波管アンテナと同じ特性なので、利用形態は、実施の形態３と同じである上に、単独で利用することもできる。

実施の形態７．
実施の形態１〜６はホーン型円形導波管アンテナについて示したが、本実施の形態以降は上述にのホーン型円形導波管アンテナををアレー素子として複数配列したアレーアンテナの実施の形態を示す。

図１２はこの発明の実施の形態７を示す円形導波管アレーアンテナの構成図であり、図１２（ａ）は円形導波管アレーアンテナの斜視図、図１２（ｂ）は分解斜視図である。図１３はホーン型円形導波管アレーアンテナのプレート構成図であり、図１３（ａ）はホーン型円形導波管プレートの斜視断面図、図１３（ｂ）は正面から見た断面図である。

アンテナの放射面は、アレー素子の上部開口となるホーン型円形導波管が等間隔で正方形領域内に加工されるホーン型円形導波管プレート１１１である。ホーン型円形導波管プレート１１１には、アレー素子の開口１１２、アンテナを組み立てるときおよび他の装置と固定するときに必要なネジ穴１１３が設けられている。
ホーン型円形導波管プレート１１１、厚み数ミリの導体プレートで、中心部の正方形領域内に、円筒形の貫通穴が加工され、この貫通穴の開口面を、円錐形に形成し、アレー素子の開口１１２が構成されている。
このように、従来の円形導波管アレーアンテナと比較するとアレー素子の開口面が広くなっている。

ホーン型円形導波管プレート１１１の放射面の裏側には、給電部を構成する円形導波管を給電するためのストリップライン回路のシート１１４、アレー素子の開口１１２を給電するときにストリップライン回路のシート１１４のストリップライン１２１の先端から放射する電磁波を上部の開口に戻す電磁波反射プレート１１５及び給電ストリップラインの統一端子に給電する給電口のプレート１１６が設けられ、各々がネジ等で電気的に接続されている。

ストリップライン回路のシート１１４はこの上に設けられたストリップライン１２１は誘電体シートに挟まれている。ホーン型円形導波管プレート１１１のそれぞれのホーン型円形導波管１３１下部の誘電体シートが、ホーン型円錐ホーン１１２と同じ形状の部分が除去されておりストリップライン１２１の先端の一部だけが露出し、電磁波を放射する。
これは図１で説明したホーン型円形導波管アンテナと同じ構造であり、また、ホーン型円形導波管プレート１１１のすべてのホーン型円形導波管１１２の下部に導かれたすべてのストリップライン１２１の給電端子は統一端子から枝分かれしている。統一端子はプレート１１６の給電口１２３から同軸線路を通して給電を受ける。

電磁波反射プレート１１５は、ストリップライン１２１の給電端子から下方に放射する電磁波を上方に反射するための電磁波反射プレートで、ホーン型円形導波管プレート１１１のすべてのホーン型円形導波管１１２と同じ位置と同じ直径の不貫通円筒形空洞１２２が設けられている。プレート１１６はアンテナの給電口１２３を有するプレートで、これを通して他の装置と電気的に接続する。

このように、この発明の実施の形態７では、ホーン型円形導波管プレート１１１が従来の円形導波管アレーアンテナと異なり、他は同じである。
なお、ホーン型円形導波管プレート１１１、電磁波反射プレート１１５及び給電口のプレート１１６は黄銅材、アルミニウム材または導電性プラスティック材を使用している。

ホーン型円形導波管プレート１１１の各アレー素子の開口１１２はストリップライン１２１の給電端子から給電を受け、図１に示したホーン型円形導波管アンテナと同じ構成であり、アレー素子の開口１１２は、中心周波数の波長λおよび円形導波管５２の直径ａを定め、開き角の１／２をαとしたとき式（２）を満足するように円形導波管の開口面を直径ｄ、そのフレアをＬになるように形成されている。
従って、ホーン型円形導波管アンテナである各アレー素子の放射利得が最大で、反射損失が最小になり、この発明の円形導波管アレーアンテナの放射利得を最大で、反射損失を最小にすることができる。

次に、この発明の実施の形態７を示す円形導波管アレーアンテナの動作を図１２を用いて説明する。
プレート１１６の給電口１２３から電磁波を給電すると、円形導波管を給電するためのストリップライン回路のシート１１４に設けたストリップラインの統一端子と直結同軸線路の先端が受信し、これをストリップラインの統一端子に給電される。そこからすべての円形導波管を給電するストリップラインの先端までの物理的な形状と条件が同じなので、前記ストリップラインの統一端子から電力的に、位相的に同等の電磁波がそれぞれのストリップラインの先端に給電される。

各ストリップライン先端の方向も同方向なので、ストリップライン先端から給電を受けた各ホーン型円形導波管の開口面１１２の電界分布も同じ方向になり、アンテナの放射面であるホーン型円形導波管プレート１１１上の偏波面が揃うことになる。従って、アンテナの放射特性の劣化は生じない。
給電口１２３から給電された電磁波は最終的にホーン型円形導波管プレート１１１に設けたすべてのホーン型円形導波管の開口面１１２に等分に給電され、そこから放射される。

このとき、ホーン型円形導波管プレート１１１のホーン型円形導波管１１２の開き角が０°から増加すると、図７（ｂ）に示すように、例えば、ｄ／λ＝３のとき、開口の直径ｄもそれに伴って増加し、式（２）に示された最適値になるまでアンテナの放射利得Ｇが増加し続ける。

以上のように、ホーン型円形導波管１１２が、導電体のプレートに形成され、ホーン型円形導波管プレート１１１を構成するようにし、各円錐ホーンが式（２）を満足するようにしたので、放射特性、特に放射利得を増加させることができる。
また、放射利得が増加するということは給電される電磁波は効率よく、アレーアンテナから放射されるので、アンテナ内部に伝播する過程で反射されて元の給電口１２３に戻る電磁波の電力が少なくなることを意味することであり、アンテナの反射損失特性、いわゆるＳ１１パラメータを改善することができる。
また、Ｓ１１パラメータを改善することができるので、高周波回路で反射波の悪影響で装置の特性が劣化したり、動作しなくなったりすしたときに、給電口１２３の前に整合回路やフィルタまたはアイソレータ等を設置する必要がなくなる。従って、小型で低価格にすることができる。

なお、アレー素子の開口１１２は、開き角の１／２をαとしたとき式（２）を満足するように形成した場合は最も好ましいが、0.8×Arcsin（0.1349114／（ｄ／λ））から1.2×Arcsin（0.1349114（ｄ／λ））の間としてもよい。
また、利用形態については、この発明の円形導波管アレーアンテナはミリ波、準ミリ波通信用に適し、近年ＥＴＣやＩＴＳのアンテナとして使われることは従来のスロットアレーアンテナと同じように可能である。
また、円形導波管アレー素子の数を増やせば放射利得がさらに高くなり、主ビーム幅も鋭くなるのでパラボラアンテナのような高利得アンテナを必要とするシステムにも利用できる。例えば、電話通信基地局中継用アンテナ、テレビ基地局中継用アンテナ、衛星通信用アンテナ、電波天文学の電波望遠鏡用アンテナ等が挙げられる。

実施の形態８．
本実施の形態は実施の形態７のアレー素子の上部開口となるホーン型円形導波管のプレ
ート１１１をさらに改良し、より小型な円形導波管アレーアンテナとするものである。
図１４は実施の形態８を示すホーン型円形導波管のプレートの構成図であり、図１４（ａ）はホーン型円形導波管プレートの斜視断面図、図１４（ｂ）は正面から見た断面図である。
本実施の形態の円形導波管アレーアンテナの構成は基本的に実施の形態７と同じであり 全体構成の説明は省略し、構成が異なるホーン型円形導波管のプレートについて説明する。

図１４において、アンテナの放射面は、アレー素子の上部開口となるホーン型円形導波管が等間隔で正方形領域内に加工されるホーン型円形導波管プレート１１１１には、アレー素子の開口面１１１２、アレー素子のホーン型円形導波管１１１３、アンテナを組み立てるときおよび他の装置と固定するときに必要なネジ穴１１３が設けられている。
ホーン型円形導波管１１１３は、円錐形の貫通穴である。実施の形態７の図１３では、ホーン型円形導波管プレート１１１に設けたアレー素子のホーン型円形導波管１３１は円筒形の部分１３１ｂと円錐形の部分１３１ａで一体に構成されているが、本実施の形態では、図１４に示すように円筒形の部分１３１ｂに相当するものがない。従って、この円筒形の部分１３１ｂに相当する厚みだけ、ホーン型円形導波管プレート１１１１が薄くなっている。

次に、この発明の実施の形態８を示す円形導波管アレーアンテナの動作は、実施の形態７の円形導波管アレーアンテナの動作と同じであり、説明を省略する。実施の形態７の場合は円筒形の部分１３１ｂがあり、円筒形の部分１３１ｂは無損失導波管なので、存在するとその分だけ電磁波が伝播し、その距離に相当する位相だけが遅れるが、アンテナ特性への影響はない。また、実施の形態８の場合は円筒形の部分１３１ｂがなく、アンテナ内部に伝播する電磁波の位相の遅れはないが、アンテナ特性にはなんの影響もない。
実施の形態７の境界線１３２の形状に相当する部分が円形で、直径が円筒形の部分１３１ｂの直径と同じであれば、円筒形の部分１３１ｂがなくてもよい。

以上のように、ホーン型円形導波管プレート１１１１のホーン型円形導波管から円筒形の部分を除き、円錐形状のホーンのみの構成したので、ホーン型円形導波管プレート１１１の厚みがアレー素子のホーン型円形導波管の円筒形分だけ薄くなり、円形導波管アレーアンテナをさらに小型化と軽量化を図ることができる。

なお、本実施の形態の円形導波管アレーアンテナは、実施の形態７の円形導波管アレーアンテナと同様な特性なので、利用形態は実施の形態７で述べた利用形態と同じである。

実施の形態９．
本実施の形態は、実施の形態７のアレー素子の上部開口となるホーン型円形導波管のプレート１１１（図１３）を従来の円形導波管アレーアンテナのアレー素子の上部開口となる円形導波管プレート４１（図３１）の上に追加し、１台のアンテナを必要に応じて、従来のような円形導波管アレーアンテナとしても、または、実施の形態７のようなホーン型円形導波管アレーアンテナとしても使用可能にしたものである。

図１５は円形導波管アレーアンテナの分解斜視図、図１６は図１５のホーン型円形導波管プレートの斜視図であり、図１６（ａ）は実施の形態７のホーン型円形導波管プレート、図１６（ｂ）は従来の円形導波管アレーアンテナの円形導波管のプレートの斜視断面図、図１７は組立後の円形導波管のプレートの斜視断面図である。

図１６、図１７において、実施の形態７の図１３従来例の図３１と同一または相当部分には同一の符号を付し説明を省略する。
図１７では、実施の形態７のホーン型円形導波管プレート１１１を、従来の円形導波管アレーアンテナの円形導波管プレート４１の上に配置し、円形導波管プレート４１のアレー素子の開口４２、ホーン型円形導波管プレート１１１に設けたアレー素子のホーン型円形導波管１３１の配置が一致するように固定のネジ穴１１３と４３を通してネジで固定し、ホーン型円形導波管プレート１１１と円形導波管プレート４１が一体化し、実施の形態７のホーン型円形導波管プレート１１１と同様にしたものである。

このような構成においては、実施の形態７のホーン型円形導波管プレート１１１のようになるため、実施の形態９の円形導波管アレーアンテナの動作は実施の形態７の円形導波管アレーアンテナとまったく同じ動作をする。

以上のように、本実施の形態の円形導波管アレーアンテナは、従来の円形導波管アレーアンテナの構造を残して、実施の形態７で示したホーン型円形導波管プレート１１１を取り付けたので、従来の円形導波管アレーアンテナとして使用する必要があるときにホーン型円形導波管プレート１１１をを取り外せばよい。
従って、本実施の形態の円形導波管アレーアンテナは、使用都合によって、実施の形態７の円形導波管アレーアンテナと従来の円形導波管アレーアンテナの機能を担うことができるので、円形導波管アレーアンテナの高性能化と低価格化を図ることができる。

なお、本実施の形態の円形導波管アレーアンテナも実施の形態７の円形導波管アレーアンテナと同様な特性なので、利用形態は実施の形態７で述べた利用形態と同じである。

実施の形態１０．
本実施の形態は、実施の形態８のアレー素子の上部開口となるホーン型円形導波管のプレート１１１１（図１４）を従来の円形導波管アレーアンテナのアレー素子の上部開口となる円形導波管プレート４１（図３１）の上に追加し、１台のアンテナを必要に応じて、従来のような円形導波管アレーアンテナとしても、または、実施の形態７のようなホーン型円形導波管アレーアンテナとしても使用可能にしたものである。

図１８はこの発明の実施の形態８を示す円形導波管アレーアンテナの分解斜視図、図１９は図１８のホーン型円形導波管プレートの斜視図であり、図１９（ａ）は実施の形態８のホーン型円形導波管プレート、図１９（ｂ）は従来の円形導波管アレーアンテナの円形導波管のプレートの斜視断面図、図２０は組立後の円形導波管のプレートの斜視断面図である。

図１８、図１９において、実施の形態８の図１４、従来例の図３１と同一または相当部分には同一の符号を付し説明を省略する。
図１９において、実施の形態８のホーン型円形導波管プレート１１１１を、従来の円形導波管アレーアンテナの円形導波管プレート４１の上に配置し、円形導波管プレート４１のアレー素子の開口４２、ホーン型円形導波管プレート１１１１に設けたアレー素子のホーン型円形導波管１１１３の配置が一致するように固定のネジ穴１１３と４３を通してネジで固定し、ホーン型円形導波管１１１３と円形導波管プレート４１が一体化し、実施の形態８のホーン型円形導波管１１１３と同様にして、ホーン型円形導波管アレーアンテナとして使用可能にしたものである。

このような構成においては、実施の形態８のホーン型円形導波管１１１３のようになるため、本実施の形態の円形導波管アレーアンテナの動作は実施の形態７の円形導波管アレーアンテナと同じ動作をする。

以上のように、本実施の形態の円形導波管アレーアンテナは、従来の円形導波管アレーアンテナの構造を残して、実施の形態８で示したホーン型円形導波管プレート１１１１を取り付けたので、従来の円形導波管アレーアンテナとして使用する必要があるときにホーン型円形導波管プレート１１１１を取り外せばよい。
従って、本実施の形態の円形導波管アレーアンテナは、使用都合によって、実施の形態８の円形導波管アレーアンテナと従来の円形導波管アレーアンテナの機能を担うことができるので、円形導波管アレーアンテナの高性能化と低価格化を図ることができる。

なお、本実施の形態の円形導波管アレーアンテナも実施の形態８の円形導波管アレーアンテナと同様な特性なので、利用形態は実施の形態８で述べた利用形態と同じである。

実施の形態１１．
従来、アレーアンテナを構成するとき、アレー素子列またはアレー素子が配置している平面に対してアンテナ全体の放射指向性の主ロープが垂直になるように、しかもグレーティングローブ発生しないようにするためには隣接しているアレー素子の間隔が波長λ以下でなければならない。
図２２は一様表面位相分布と電力分布アレーアンテナの放射指向性の例を示しており、図２２（ａ）は隣接しているアレー素子間隔が波長λ以下の放射指向性で、主ロープから離れるにつれてロープレベルは下がっていくことがわかる。図２２（ｂ）は隣接しているアレー素子間隔が波長λ以上の放射指向性で、主ロープから離れるにつれてロープレベルは下がっていくが、サイドロープを１番目とすれば５番目のロープレベルが高くなって、そのレベルによってアンテナ全体の放射指向性に悪影響を及ぼすことがある。１４１は前述のグレーティングローブである。

しかし、図７（ａ）から明らかなように、ｄ／λ（ｄ／λ≦１）が大きければ大きいほど放射利得Ｇが高くなり、ｄ／λ＝１のときが大きく、ホーンアンテナの開き角αが7.7530°のときアレー素子の放射利得Ｇは最大となり、9.171486ｄＢである。
従って、この発明の円形導波管アレー素子開口面直径ｄをできるだけλに近づけるようにすれば、アンテナ全体の放射利得Ｇが高くなる一方、図２２（ａ）に示すように、放射指向性に特性劣化の原因のひとつであるグレーティングローブの発生もない。仮に、ｄの値はλより少々大きくても、グレーティングローブは発生するが、放射指向性に悪影響を及ぼすほどのレベルでなければ問題はない。

本実施の形態は実施の形態７のアレー素子であるホーン型円形導波管を上述した条件に満たすように形成したものである。
図２１は実施の形態１１を示すホーン型円形導波管のプレートの構成図であり、図２１（ａ）はホーン型円形導波管プレートの斜視断面図、図２１（ｂ）は斜めから見た断面図である。

図２１において、アンテナの放射面は、アレー素子の上部開口となるホーン型円形導波管が等間隔で正方形領域内に加工されるホーン型円形導波管プレート１５１には、アレー素子の開口１５２、アレー素子のホーン型円形導波管１５４、アンテナを組み立てるときおよび他の装置と固定するときに必要なネジ穴１５３が設けられている。
ホーン型円形導波管１５４は、円筒形の部分１５４ｂと円錐形の部分１５４ａで一体に構成されている。

ホーン型円形導波管プレート１５１にホーン型円形導波管プレート１５１に設けあるホーン型円形導波管１５４も上述の図７（ａ）で示した特性と同じになるので、以下のように形状を定めた。
（１）隣接しているアレー素子であるホーン型円形導波管１５４（アレー素子の開口１５２）の間隔は波長λに等しい、またはほぼ等しい。
（２）アレー素子であるホーン型円形導波管１５４の開口面のアレー素子の開口１５２の直径ｄは波長λに等しい、またはほぼ等しい。
（３）アレー素子であるホーン型円形導波管１５４の開き角２αは略２×7.7530°である。

グレーティングローブの発生しない限界は隣接しているアレー素子の間隔がλまでであるが、アレー素子であるホーン型円形導波管１５４の開口面のアレー素子の開口１５２の直径ｄもλになると、ホーン型円形導波管プレート１５１の切削は困難であるので、わずかに隣接しているアレー素子の間隔をλより数十ミクロン大きくしても差し支えない。理論的に隣接しているアレー素子の間隔がλを超えるとグレーティングローブは発生するが、数十ミクロン程度ではまだアンテナ全体の放射指向性に悪影響を及ぼすほどのレベルに高くなっていない。

この構成において、ホーン型円形導波管プレート１５１上に設けたアレー素子の間隔およびアレー素子の開口面直径ｄは波長λに等しい、またはほぼ等しくしたので、グレーティングローブはほとんど発生しない。動作は実施の形態１の円形導波管アレーアンテナとまったく同じなので説明を省略する。

以上のように、本実施の形態の円形導波管アレーアンテナのホーン型円形導波管プレート１５１上に設けたホーン型円形導波管１５４を、上述の条件で形成したので、それぞれのアレー素子の放射利得Ｇは略最大とすることができる。従って、本実施の形態の円形導波管アレーアンテナは、実施の形態７の円形導波管アレーアンテナのもっている効果に加えて、放射利得を最大限に引き上げることができ、アンテナの反射損失も最小限に抑制することができる。

また、放射特性および反射損失特性が改善された分だけ、例えば、通信距離が長くなったり、同じ放射利得であれば形状が小さくなったりする利点があるので、本実施の形態は円形導波管アレーアンテナの低価格化および小型化ばかりでなく、性能をさらに向上させることができる。

なお、本実施の形態の円形導波管アレーアンテナの利用形態は実施の形態７で述べた利用形態と同じである。

実施の形態１２．
本実施の形態は実施の形態１１のアレー素子の上部開口となるホーン型円形導波管プレート１５１をさらに改良し、より小型な円形導波管アレーアンテナとするものである。
図２３は実施の形態１２を示すホーン型円形導波管のプレートの構成図であり、図２３（ａ）はホーン型円形導波管プレートの斜視外観図、図２３（ｂ）は斜めから見た断面図である。
本実施の形態の円形導波管アレーアンテナの構成は基本的に実施の形態１１と同じであり全体構成の説明は省略し、構成が異なるホーン型円形導波管のプレートについて説明する。

図２３において、アンテナの放射面は、アレー素子の上部開口となるホーン型円形導波管が等間隔で正方形領域内に加工されるホーン型円形導波管プレート１６１には、アレー素子の開口１６２、アレー素子のホーン型円形導波管１６４、アンテナを組み立てるときおよび他の装置と固定するときに必要なネジ穴１６３が設けられている。
ホーン型円形導波管１６４は、円錐形の貫通穴である。実施の形態１１の図２１では、ホーン型円形導波管プレート１５１に設けたアレー素子のホーン型円形導波管１５４は円筒形の部分１５４ｂと円錐形の部分１５４ａが境界線１５５において結合して構成されているが、本実施の形態では、図２３に示すように円筒形の部分１５４ｂに相当するものがない。従って、この円筒形の部分に相当する厚みだけ、ホーン型円形導波管プレート１６１が薄くなっている。

次に、この発明の実施の形態１２を示す円形導波管アレーアンテナの動作は、実施の形態１１の円形導波管アレーアンテナの動作と同じであり、説明を省略するが、実施の形態１１の場合は円筒形の部分１５４ｂがあり、円筒形の部分１５４ｂは無損失導波管なので、存在するとその分だけ電磁波が伝播し、その距離に相当する位相だけが遅れるが、アンテナ特性への影響はない。また、実施の形態５の場合は円筒形の部分がなく、アンテナ内部に伝播する電磁波の位相の遅れはないが、アンテナ特性にはなんの影響もない。
すなわち、実施の形態１１の境界線１５５の形状に相当する部分が円形で、直径が円筒形の部分の直径と同じであれば、円筒形の部分がなくてもよい。

以上のように、ホーン型円形導波管プレート１６１のホーン型円形導波管から円筒形の部分を除き、円錐形状のホーンのみの構成したので、ホーン型円形導波管プレート１６１の厚みがアレー素子のホーン型円形導波管の円筒形分だけ薄くなり、円形導波管アレーアンテナをさらに小型化と軽量化を図ることができる。
また、円形導波管アレーアンテナの高性能化、低価格化を図ることができる。

なお、本実施の形態の円形導波管アレーアンテナは、実施の形態１１の円形導波管アレーアンテナと同様な特性なので、利用形態は実施の形態１１で述べた利用形態と同じである。

実施の形態１３．
本実施の形態は、実施の形態１１のアレー素子の上部開口となるホーン型円形導波管プレート１５１（図２１）を従来の円形導波管アレーアンテナのアレー素子の上部開口となる円形導波管プレート４１（図３１）の上に追加し、１台のアンテナを必要に応じて、従来のような円形導波管アレーアンテナとしても、または、実施の形態１１のようなホーン型円形導波管アレーアンテナとしても使用可能にしたものである。

図２４は円形導波管アレーアンテナの分解斜視図、図２５は図２４のホーン型円形導波管プレートの斜視図であり、図２５（ａ）は実施の形態５のホーン型円形導波管プレート、図２５（ｂ）は従来の円形導波管アレーアンテナの円形導波管のプレートの斜視断面図、図２６は組立後の円形導波管のプレートの斜視断面図である。

図２４〜２６において、実施の形態１１の図２１と従来例の図３１と同一または相当部分には同一の符号を付し説明を省略する。
図２４において、実施の形態１１のホーン型円形導波管プレート１５１を、従来の円形導波管アレーアンテナの円形導波管プレート４１の上に配置し、円形導波管プレート４１のアレー素子の開口４２、ホーン型円形導波管プレート１５１に設けたアレー素子のホーン型円形導波管１５２の配置が一致するように固定のネジ穴１５３と４３を通してネジで固定し、ホーン型円形導波管プレート１５１と円形導波管プレート４１をホーン型円形導波管アレーアンテナとして使用可能にしたものである。

このような構成においては、実施の形態１１のホーン型円形導波管プレート１５１のようになるため、実施の形態１３の円形導波管アレーアンテナの動作は実施の形態１１の円形導波管アレーアンテナとまったく同じ動作をする。

以上のように、本実施の形態の円形導波管アレーアンテナは、従来の円形導波管アレーアンテナの構造を残して、に実施の形態１１で示したホーン型円形導波管プレート１５１を取り付けたので、従来の円形導波管アレーアンテナとして使用する必要があるときにホーン型円形導波管プレート１５１をを取り外せばよい。
従って、本実施の形態の円形導波管アレーアンテナは、使用都合によって、実施の形態１１の円形導波管アレーアンテナと従来の円形導波管アレーアンテナの機能を担うことができるので、円形導波管アレーアンテナの高性能化と低価格化を図ることができる。

なお、本実施の形態の円形導波管アレーアンテナも実施の形態１１の円形導波管アレーアンテナと同様な特性なので、利用形態は実施の形態１１で述べた利形態と同じである。

実施の形態１４
本実施の形態は、実施の形態１２のアレー素子の上部開口となるホーン型円形導波管プレート１６１（図２３）を従来の円形導波管アレーアンテナのアレー素子の上部開口となる円形導波管プレート４１（図３１）の上に追加し、１台のアンテナを必要に応じて、従来のような円形導波管アレーアンテナとしても、または、実施の形態１１のようなホーン型円形導波管アレーアンテナとしても使用可能にしたものである。

図２７は円形導波管アレーアンテナの分解斜視図、図２８はホーン型円形導波管プレートの斜視図であり、図２８（ａ）は本実施の形態１４のホーン型円形導波管プレート、図２８（ｂ）は従来の円形導波管アレーアンテナの円形導波管のプレートの斜視断面図、図２９は組立後の円形導波管のプレートの斜視断面図である。

図２７〜２９において、実施の形態１２の図２３、従来例の図３１と同一または相当部分には同一の符号を付し説明を省略する。
図２７において、実施の形態１４のホーン型円形導波管プレート１６１を、従来の円形導波管アレーアンテナの円形導波管プレート４１の上に配置し、円形導波管プレート４１のアレー素子の開口４２、ホーン型円形導波管プレート１６１に設けたアレー素子のホーン型円形導波管１６２の配置が一致するように固定のネジ穴１６３と４３を通してネジで固定し、ホーン型円形導波管プレート１６１と円形導波管プレート４１が一体化し、本実施の形態１１のホーン型円形導波管プレート１５１と同様にして、ホーン型円形導波管アレーアンテナとして使用可能にしたものである。

このような構成においては、実施の形態１１のホーン型円形導波管プレート１５１のようになるため、本実施の形態の円形導波管アレーアンテナの動作は実施の形態１１の円形導波管アレーアンテナと同じ動作をする。

以上のように、本実施の形態の円形導波管アレーアンテナは、従来の円形導波管アレーアンテナの構造を残して、実施の形態１４で示したホーン型円形導波管プレート１６１を取り付けたので、従来の円形導波管アレーアンテナとして使用する必要があるときにホーン型円形導波管プレート１６１をを取り外せばよい。
従って、本実施の形態の円形導波管アレーアンテナは、使用都合によって、本実施の形態１１の円形導波管アレーアンテナと従来の円形導波管アレーアンテナの機能を担うことができるので、円形導波管アレーアンテナの高性能化と低価格化を図ることができる。

なお、本実施の形態の円形導波管アレーアンテナも本実施の形態１１の円形導波管アレーアンテナと同様な特性なので、利用形態は本実施の形態１１で述べた利用形態と同じである。

実施の形態１５．
本実施の形態では、実施の形態７〜１４は、この発明の円形導波管アレーアンテナのアレー素子の開口となるホーン型円形導波管のプレートを、黄銅材、アルミニウム材や導電性プラスティック材を旋盤やボール盤等の機械加工で製作したものであるが、本実施の形態は、導電性を付加したプラスティック成型、または、プラスティック成型後に導電性の付加をして作製したものである。

導電性を付加したプラスティック成型では、機械的強度、耐熱性および経時変化に極めて優れた特性のエンジニアリングプラスティック材、例えば、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアリレート、ポリエーテルイミド等、を採用する。また、導電性の付加については、プラスティック成型で作製した前記アレー素子ホーン型円形導波管プレートにカーボン剤や導電性塗料を塗布したり、アルミニウムや金等の金属皮膜を蒸着またはメッキしたりする。
なお、導電性プラスティック材、例えばポリアセチレン、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロール、その他の重合体等、を成型によって前記アレー素子ホーン型円形導波管プレートを作製し、導電性の付加の後加工を不要にすることもできる。

また、前述したように、本実施の形態は実施の形態７〜１４においてこの発明の円形導波管アレーアンテナのアレー素子の上部開口となるホーン型円形導波管のプレートを、黄銅材、アルミニウム材や導電性プラスティック材を成型可能な材料に変えただけなので、円形導波管アレーアンテナの動作はそれぞれの実施の形態の円形導波管アレーアンテナとまったく同じである。

以上のように、本実施の形態によれば、アレー素子ホーン型円形導波管プレートを、黄銅材、アルミニウム材や導電性プラスティック材を用い、手間のかかる旋盤加工で作製する必要がなくなるので、より量産性が容易になり、低価格化、軽量化を図ることができる。

この発明の実施の形態１を示す円形導波管アンテナの構成図である。 この発明の実施の形態１を示す円形導波管アンテナの平面図である。 この発明の実施の形態１を示す円形導波管アンテナの試作結果の利得特性図である。 ホーンアンテナの斜視図である。 ホーンアンテナの側面断面図である。 ホーンアンテナの開口能率ηの特性図である。 ホーンアンテナの放射利得特性図である。 ホーンアンテナの最大放射利得特性図である。 この発明の実施の形態２を示す円形導波管アンテナの平面図である。 この発明の実施の形態３を示す円形導波管アンテナの平面図である。 図１１は実施の形態４を示す円形導波管アンテナの外観図である。 この発明の実施の形態７を示す円形導波管アレーアンテナの構成図である。 この発明の実施の形態７を示す円形導波管アレーアンテナのホーン型円形導波管プレート構成図である。 この発明の実施の形態８を示す円形導波管アレーアンテナのホーン型円形導波管プレート構成図である。 この発明の実施の形態９を示す円形導波管アレーアンテナの分解斜視図である。 この発明の実施の形態９を示す円形導波管アレーアンテナのホーン型円形導波管プレートの組み立て前の斜視図である。 この発明の実施の形態９を示す円形導波管アレーアンテナのホーン型円形導波管プレートの組み立て後の斜視図である。 この発明の実施の形態１０を示す円形導波管アレーアンテナの分解斜視図である。 この発明の実施の形態１０を示す円形導波管アレーアンテナのホーン型円形導波管プレートの組み立て前の斜視図である。 この発明の実施の形態１０を示す円形導波管アレーアンテナのホーン型円形導波管プレートの組み立て後の斜視図である。 この発明の実施の形態１１を示す円形導波管アレーアンテナのホーン型円形導波管プレートの斜視図である。 一様表面位相分布と電力分布アレーアンテナの放射指向性図である。 この発明の実施の形態１２を示す円形導波管アレーアンテナのホーン型円形導波管プレート構成図である。 この発明の実施の形態１３示す円形導波管アレーアンテナの分解斜視図である。 この発明の実施の形態１３を示す円形導波管アレーアンテナのホーン型円形導波管プレートの組み立て前の斜視図である。 この発明の実施の形態１３を示す円形導波管アレーアンテナのホーン型円形導波管プレートの組み立て後の斜視図である。 この発明の実施の形態１４を示す円形導波管アレーアンテナの分解斜視図である。 この発明の実施の形態１４を示す円形導波管アレーアンテナのホーン型円形導波管プレートの組み立て前の斜視図である。 この発明の実施の形態１４を示す円形導波管アレーアンテナのホーン型円形導波管プレートの組み立て後の斜視図である。 従来の円形導波管アンテナの構成図である。 従来の円形導波管アレーアンテナの構成図である。 従来の円形導波管アレーアンテナの円形導波管プレート構成図である。

符号の説明

１、１１ 円錐ホーン、１７ 給電部、１０ 放射開口面、１４ ストリップライン、１６ ストリップライン先端、３５ 導体プレート、３６ ストリップライン先端、８０ 開口面、８４ ストリップライン、９０ 開口面、９４ ストリップライン、１００ ホーン型円形導波管プレート、１０５ 円錐ホーン、８４１、８４２、８５１、９４２ 伝送路、１００ ホーン型円形導波管プレート、１０３ ストリップライン回路のシート、１０５ 円錐ホーン、１０５ａ 開口面、１１１、１５１、１６１、１１１１ ホーン型円形導波管プレート、１１２、１５２、１６２、１１１２ 開口面、１１４ ストリップライン回路のシート、１１５ 反射プレート、１１６ 給電口のプレート、１３１、１５４、１６４、１１１３ ホーン型円形導波管、１３１ａ、１５４ａ 円錐形の部分、１３１ｂ、１５４ｂ 円筒形の部分、４１０ 円形導波管。

Claims (15)

1. 円形導波管の片側に電磁波を給電する給電部を有し、反対側に前記電磁波を放射する放射開口面を有する円形導波管アンテナにおいて、
   前記円形導波管を、前記給電部側の給電側開口面の直径がａ、前記放射開口面の直径が前記給電側開口面の直径ａより大きいｄ、開き角が２αの円錐ホーンとし、使用周波数帯域の中心周波数の波長をλとしたとき、
   前記電磁波を放射する開口面の直径ｄと前記中心周波数の波長λの比ｄ／λの値を略１以下にし、
   前記開き角２αの１／２であるα値を、
   0.8×Arcsin（0.1349114／（ｄ／λ））から1.2×Arcsin（0.1349114（ｄ／λ））の間にしたことを特徴とする円形導波管アンテナ。
2. 円形導波管の片側に電磁波を給電する給電部を有し、反対側に前記電磁波を放射する放射開口面を有する円形導波管アンテナにおいて、
   前記円形導波管を、前記給電部側の給電側開口面の直径がａ、前記放射開口面の直径が前記給電側開口面の直径ａより大きいｄ、開き角が２αの円錐ホーンとし、使用周波数帯域の中心周波数の波長をλとしたとき、
   前記開き角２αの１／２であるα値を、
   略Arcsin（0.1349114／（ｄ／λ））にしたことを特徴とする円形導波管アンテナ。
3. 円形導波管の片側に電磁波を給電する給電部を有し、反対側に前記電磁波を放射する放射開口面を有する円形導波管アンテナにおいて、
   前記円形導波管を、前記給電部側の給電側開口面の直径がａ、前記放射開口面の直径が前記給電側開口面の直径ａより大きいｄ、開き角が２αの円錐ホーンとし、使用周波数帯域の中心周波数の波長をλとしたとき、
   前記電磁波を放射する開口面の直径ｄと前記中心周波数の波長λの比ｄ／λの値を略１以下にし、前記開き角２αの値にかかわらず放射利得がほとんど変動せずに、安定な放射利得を得ることを特徴とする円形導波管アンテナ。
4. 前記給電部はストリップラインを備え、前記ストリップラインは、前記円形導波管の給電側の開口面の中心に向かって所定の長さに突設された１本の伝送路を備え、直線偏波の電磁波を放射するようにしたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の円形導波管アンテナ。
5. 前記給電部はストリップラインを備え、
   前記ストリップラインは、
   入力伝送路と、
   この入力伝送路から前記円形導波管の前記電磁波を放射する前記開口面側から見て前記円形導波管の給電側の開口面の外側に沿って前記入力伝送路より細くした幅で左右に分岐し、それぞれの先端が前記円形導波管の中心に向かって直角に延設され、所定の長さに突設された左伝送路及び右伝送路とを備え、
   円偏波の電磁波を放射するようにしたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の円形導波管アンテナ。
6. 前記給電部はストリップラインを備え、
   前記ストリップラインは、
   入力伝送路と、
   この入力伝送路から前記円形導波管の前記電磁波を放射する前記開口面側から見て前記円形導波管の給電側の開口面の外側に沿って左右に分岐し、それぞれの先端が前記円形導波管の中心に向かって直角に延設され、所定の長さに突設された左伝送路及び右伝送路とを備え、
   前記左分岐伝送路及び前記右伝送路は、前記入力伝送路との分岐点から所定の長さの位置にインピーダンス変換用段差を設け、前記分岐点から前記インピーダンス変換用段差までを前記入力伝送路の幅の略１／２の幅とし、前記インピーダンス変換用段差から先端までの幅を前記入力伝送路の幅と同じ幅としたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の円形導波管アンテナ。
7. 前記左側伝送路の全長を前記右側伝送路の全長より前記ストリップライン上の波長λｇの１／４短くし、左旋円偏波の電磁波を放射するようにしたことを特徴とする請求項５、または、６記載の円形導波管アンテナ。
8. 前記右側伝送路の全長を前記左側伝送路の全長より前記ストリップライン上の波長λｇの１／４短くし、右旋円偏波の電磁波を放射するようにしたことを特徴とする請求項５、または、６記載の円形導波管アンテナ。
9. 前記請求項１乃至８のいずれかに記載の前記円錐ホーンを所定の厚みを有する導体プレートに形成したホーン型円形導波管プレートと、
   前記請求項４乃至８のいずれかに記載のストリップラインを前記ホーン型円形導波管プレートの前記円錐ホーンに対応して形成したストリップライン回路のシート、電磁波反射用円筒空洞を形成した反射プレート及び給電口を形成した給電口プレートを有する給電部と、
   を備えたことを特徴とする円形導波管アンテナ。
10. 請求項９記載の前記ホーン型円形導波管プレートの前記円錐ホーンを複数配列し、前記ストリップライン回路のシートの前記ストリップラインを前記円錐ホーンに対応させて複数形成したことを特徴とする円形導波管アレーアンテナ。
11. 隣接した円錐ホーンの間隔を波長λと略等しくしたことを特徴とする請求項１０記載の円形導波管アレーアンテナ。
12. 前記円錐ホーンを一列または二次元的に平面上に配置したことを特徴とする請求項１０、または、１１に記載の円形導波管アレーアンテナ。
13. 放射開口面を有する複数の円形導波管を所定の厚みを有する導体プレートに形成した円形導波管プレートと、この円形導波管プレートの前記円形導波管に対応して形成したストリップライン回路のシート、電磁波反射用円筒空洞を形成した反射プレート及び給電口を形成した給電口プレートを有する給電部とを備えた円形導波管アレーアンテナにおいて、
    請求項１２記載のホーン型円形導波管プレートを、このホーン型円形導波管プレートの各円錐ホーンが前記円形導波管プレートの各円形導波管と合致するようにして、前記円形導波管プレートの前記放射開口面側に、着脱可能に取り付けたことを特徴とする円形導波管アレーアンテナ。
14. ホーン型円形導波管プレートの円錐ホーンの円筒部を除いた形状としたことを特徴とする請求項１０〜１３のいずれかに記載の円形導波管アレーアンテナ。
15. ホーン型円形導波管のプレート及び給電部の導体の構成部材を、それぞれ金属、導電性を有するプラスチック材、導電性を有する樹脂材の成形材、表面に導電性を有する被膜を形成した誘電体、または、表面に導電性を有する被膜を形成した絶縁材料を単独で、または、複数併用したことを特徴とする請求項１０〜１３のいずれかに記載の円形導波管アレーアンテナ。

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