JP5261628B2 - Waveguide slot array antenna - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、給電導波路溝および放射導波路溝の設けられたベース体と、前記放射導波路溝に対応する位置にアンテナ素子としてのスロットが列状に穿たれたスロット板とがねじ止め或いは接着等の手段により密着され、主としてミリ波帯或いはマイクロ波帯で用いられる導波管スロットアレーアンテナの技術分野に属する。 According to the present invention, a base body provided with a feeding waveguide groove and a radiation waveguide groove and a slot plate in which slots as antenna elements are formed in rows at positions corresponding to the radiation waveguide groove are screwed or It belongs to the technical field of a waveguide slot array antenna that is in close contact by means of adhesion or the like and is mainly used in the millimeter wave band or the microwave band.
このような導波管スロットアレーアンテナは、周波数帯域幅が比較的狭い。
従って、使用中心周波数が１つに限定されてしまう。しかし、それでは使用中心周波数が異なる毎にアンテナを用意せざるを得ず経済的に問題がある。そこで、製造コストの高価なベース体は変えずに、スロット板だけを付け替えることによって使用中心周波数をシフトさせることができる導波管スロットアレーアンテナが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
Such a waveguide slot array antenna has a relatively narrow frequency bandwidth.
Therefore, the use center frequency is limited to one. However, there is an economical problem because an antenna must be prepared for each different use center frequency. Therefore, a waveguide slot array antenna has been proposed that can shift the center frequency of use by changing only the slot plate without changing the expensive base body (for example, see Patent Document 1).
図２は、そのような導波管スロットアレーアンテナの、スロット板装着前の斜視図であり、図３は中心周波数の異なる３枚のスロット板（図の（ａ）、（ｂ）、（ｃ））とベース体（図の（ｄ））の平面図である。
所望の中心周波数のスロット板をベース体に取り付けることにより、その周波数帯の導波管スロットアレーアンテナが得られることになる。
FIG. 2 is a perspective view of such a waveguide slot array antenna before the slot plate is mounted. FIG. 3 shows three slot plates having different center frequencies ((a), (b) and (c) in FIG. )) And a plan view of the base body ((d) in the figure).
By attaching a slot plate having a desired center frequency to the base body, a waveguide slot array antenna of the frequency band can be obtained.
（ｄ）のベース体は下辺横方向に給電導波路４が設けられその中央に給電口７を有している。
この給電導波路４から直角方向（上方）に向かって放射導波路５が隔壁８に隔されて複数列設けられている。給電導波路溝がベース体の片側に設けられているところから片側給電と呼ばれる。
The base body (d) is provided with a feed waveguide 4 in the lateral direction of the lower side and has a feed port 7 in the center thereof.
A plurality of rows of radiating waveguides 5 are provided in the direction perpendicular to the feeding waveguide 4 (upward) with a partition wall 8 therebetween. This is called one-sided power feeding because the feeding waveguide groove is provided on one side of the base body.
このようなアンテナにおいて、給電口７から給電すると各スロットから空間へ電磁波が放射される。
このとき電磁波の一部がスロットから空間へ放射されないで給電導波路の方へ反射する。この反射は損失となるのでできるだけ小さくなるような方策が講じられる。
In such an antenna, when power is supplied from the power supply port 7, an electromagnetic wave is radiated from each slot to the space.
At this time, a part of the electromagnetic wave is reflected toward the feed waveguide without being radiated from the slot to the space. Since this reflection is a loss, measures are taken to make it as small as possible.
その方策としては、スロット板１のスロットの長手方向間隔を使用中心周波数の管内波長λｇの２分の１より大きくしたり小さくしたりする方策と、スロットの間隔は使用中心周波数における管内波長λｇの２分の１とし、その替わり各スロットに対応させて当該スロットのオフセットと反対側の隔壁面に誘導性壁を設け、これによる反射でスロットからの反射を相殺するという方策である。
この場合、誘導性壁の導波路軸方向の間隔もスロットと同様に使用周波数における管内波長λｇによって定まる。
As a countermeasure, the longitudinal interval of the slots of the slot plate 1 is set to be larger or smaller than a half of the guide wavelength λ g of the use center frequency, and the slot interval is set to the guide wavelength λ at the use center frequency. Instead, it is set to be 1/2 of g , and instead, an inductive wall is provided on the partition wall surface opposite to the offset of the slot so as to correspond to each slot, and the reflection from this cancels the reflection from the slot.
In this case, the distance between the inductive walls in the waveguide axis direction is also determined by the guide wavelength λ g at the operating frequency in the same manner as the slot.
前記図２、図３のアンテナでは、スロット間隔の異なるスロット板を取り替えることによって使用中心周波数が変化するから当然管内波長λｇも異なる。
しかし、誘導性壁は隔壁に成形されたものであり、λｇに合わせて変えるということはできないから、誘導性壁による反射相殺策は採用し得ず、スロットの間隔を使用中心周波数における管内波長λｇの２分の１よりも小さくすることによって、スロットにおける反射を抑制している。その結果、スロット板からの放射ビームが、図５に示すように、スロット板１の面の法線方向から給電導波路側へ傾くことになる。
FIG 2, the antenna of FIG. 3, also different course guide wavelength lambda g from central frequency used is changed by replacing the different slot plate slotted interval.
However, since the inductive wall is formed in the partition wall and cannot be changed in accordance with λ g , the reflection canceling measure by the inductive wall cannot be adopted, and the slot interval is set to the guide wavelength at the center frequency used. by less than one-half of the lambda g, thereby suppressing reflection at the slot. As a result, the radiation beam from the slot plate is inclined from the normal direction of the surface of the slot plate 1 toward the feed waveguide as shown in FIG.
しかし、放射ビームが所望の方向を向くように設定しさえすれば、図２、図３のアンテナの使用上は特に問題ない。
この他、スロットの配置に関しては、給電導波路の幅の中心線を境にして、幅方向に左右交互にオフセットしたいわゆる千鳥配置となっている。
However, there is no particular problem in using the antenna of FIGS. 2 and 3 as long as the radiation beam is set so as to be directed in a desired direction.
In addition, the slot arrangement is a so-called staggered arrangement in which the width of the feed waveguide is offset alternately left and right with respect to the center line of the width of the feed waveguide.
その理由は、隣り合うスロットの放射位相が、放射導波路の長さ方向の２分の１波長弱の距離でπラジアン弱異なり、中心線の反対側に位置することでπラジアン異なり、合わせて２πラジアン近く即ち同相近くで放射するようにするためである。 The reason is that the radiation phase of adjacent slots differs slightly by π radians at a distance of a little less than a half wavelength in the length direction of the radiation waveguide, and differs by π radians by being located on the opposite side of the center line. The reason is to emit near 2π radians, that is, near in-phase.
そして、このオフセット量は、放射導波路の給電端側から終端側へ行くにつれて段々大きくなっている。
その理由は、給電端から入力した電磁波は順次スロットから放射されて行くため、導波管内を伝搬していく電磁波のレベルは終端へ近付くにつれて低下して行く。
しかし、各スロットからの放射強度はできるだけ均一にすることが望ましいから、低下した管内電磁波レベルから、給電端側のスロットと同一レベルの放射を行うため管幅中心からのオフセット量を段々と大きくして行っている。
しかし、オフセット量の大きいスロットが多くなると、不要方向への放射が大きくなるという問題を孕んでいる。
And this offset amount becomes large gradually as it goes to the termination | terminus side from the electric power feeding end side of a radiation waveguide.
The reason is that the electromagnetic wave input from the feeding end is sequentially emitted from the slot, so that the level of the electromagnetic wave propagating in the waveguide decreases as the end approaches.
However, since it is desirable to make the radiation intensity from each slot as uniform as possible, the amount of offset from the center of the tube width is gradually increased in order to perform radiation at the same level as the slot on the feeding end side from the reduced electromagnetic wave level in the tube. Is going.
However, there is a problem that radiation in an unnecessary direction increases as the number of slots having a large offset amount increases.
一方、このような導波管スロットアレーアンテナの周波数帯域幅を広くする技術として、図２、図３のような片側給電ではなく、給電導波路を図４のようにベース体の中央に置き、その両側に放射導波路を設けるといういわゆる中央給電方式が知られている（例えば、非特許文献１参照）。
但し、図４のものは、スロット板の付け替えによる中心周波数のシフトは考えていないので、スロットからの反射の抑圧は融壁に誘導性壁を設けることによって行いスロット間隔は管内波長の２分の１としている。従ってビームが傾くという問題はない。
On the other hand, as a technique for widening the frequency bandwidth of such a waveguide slot array antenna, the feeding waveguide is placed at the center of the base body as shown in FIG. 4 instead of the one-side feeding as shown in FIGS. A so-called central feeding system in which radiation waveguides are provided on both sides is known (for example, see Non-Patent Document 1).
However, in FIG. 4, since the shift of the center frequency due to the replacement of the slot plate is not considered, the reflection from the slot is suppressed by providing an inductive wall on the melting wall, and the slot interval is two times the guide wavelength. 1 is assumed. Therefore, there is no problem that the beam is tilted.
そこで、発明者らは、図２、図３のアンテナのような、スロット間隔の異なるスロット板を付け替えることによって、使用中心周波数をシフトできる導波管スロットアレーアンテナの選択された各中心周波数での周波数帯域幅を広くした中央給電型の導波管スロットアレーアンテナの実現を目指した。
しかしながら、スロット板を付け替えることによって使用中心周波数をシフトさせるということであるから、スロットでの反射を抑制する手段としては、図２、図３のアンテナと同様、各スロット板のスロット間隔を使用中心周波数における管内波長λｇの２分の１よりも小さくするという手法を採用せざるを得ない。
その結果、中央給電型における、給電導波路の両側のスロット板それぞれで形成される放射ビームの向きは背景技術で述べたところから図６に示すように、スロット板の法線の向きよりも給電導波路側へ寄り合うように傾くことになる。しかしながらこのようなビームの傾きはアンテナ全体としての放射指向性に悪影響を及ぼすという問題がある。
However, since the use center frequency is shifted by changing the slot plate, as a means for suppressing reflection at the slot, the slot interval of each slot plate is used as the center of use as in the antenna of FIGS. It must be employed a technique called smaller than the guide wavelength lambda 1 half of g in the frequency.
As a result, in the central feed type, the direction of the radiation beam formed by the slot plates on both sides of the feed waveguide is fed from the normal direction of the slot plate as shown in FIG. It tilts so as to be close to the waveguide side. However, there is a problem that such a beam tilt adversely affects the radiation directivity of the entire antenna.
もう１つの問題は、スロットのオフセット量の問題である。
図２、図３のように片側給電の場合には、１本の放射導波路の終端は１つであるが、この１本の導波路が中央給電方式の採用により２分されて終端が２箇所になると、オフセット量の大きいスロット数が２倍となり、不要方向への放射が増大するためサイドローブが増大し開口効率が低下するという問題がある。
Another problem is the amount of slot offset.
In the case of single-side power feeding as shown in FIGS. 2 and 3, there is one termination of one radiation waveguide. However, this one waveguide is divided into two by adopting the central feeding system, and the termination is 2 At the location, there is a problem that the number of slots with a large offset amount is doubled, and radiation in an unnecessary direction increases, so that side lobes increase and aperture efficiency decreases.
本発明の解決課題は、上記従来技術の問題点に鑑みて、ビームの傾きや、不要放射の増大という問題のない、中央給電型でスロット板の付け替えにより使用中心周波数をシフトさせることができ、且つそれぞれの周波数を中心にして帯域幅の広い導波管スロットアレーアンテナを実現することにある。 The problem to be solved by the present invention is that, in view of the above-mentioned problems of the prior art, there is no problem of beam tilt and unnecessary radiation increase, and the center frequency can be shifted by replacing the slot plate with a central feed type, In addition, a waveguide slot array antenna having a wide bandwidth around each frequency is realized.
本発明は、上記の課題を解決するために以下の手段構成を有する。
本発明の構成は、直線状に延びる給電導波路溝と、該給電導波路溝の両側に該給電導波路溝の長手方向に対して直角方向に延びるように結合窓で結合した放射導波路溝が複数本形成され、隣り合う放射導波路溝を隔する隔壁の高さが、前記結合部で最も高く放射導波路溝の終端部で最も低く隔壁頂部が終端部へ向かって下り傾斜となっているベース体と、前記ベース体の前記導波路溝全体を覆うようにして隔壁頂部に密着するように取付け、取外し可能のスロット板であって、各放射導波路溝に対応する位置に放射用スロット列を有し、該スロットの放射導波路方向の間隔は、当該スロット板に定められた使用中心周波数における放射導波路内波長の２分の１より短く、列方向に隣り合うスロットは放射導波路幅中心軸に対して互いに反対側にオフセットし、そのオフセット量は、放射導波路溝の終端部へ近付くにつれ漸増するスロット板と、からなることを特徴とする導波管スロットアレーアンテナである。
The present invention has the following means in order to solve the above problems.
The configuration of the present invention includes a feed waveguide groove extending linearly and a radiation waveguide groove coupled to both sides of the feed waveguide groove by a coupling window so as to extend in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the feed waveguide groove. Are formed, and the height of the partition wall separating the adjacent radiation waveguide grooves is highest at the coupling portion and lowest at the end portion of the radiation waveguide groove, and the top portion of the partition wall is inclined downward toward the termination portion. A base plate, and a slot plate that can be attached and removed so as to be in close contact with the top of the partition wall so as to cover the entire waveguide groove of the base body, and the slot for radiation at a position corresponding to each radiation waveguide groove The slot has an interval in the direction of the radiation waveguide that is shorter than one half of the wavelength in the radiation waveguide at the center frequency of use defined in the slot plate, and slots adjacent to each other in the column direction are radiation waveguides. Opposite sides of the width center axis Offset, the offset amount is a waveguide slot array antenna, wherein the slot plate gradually increasing as it approaches to the end portion of the radiation waveguide trench, in that it consists of.
本発明導波管スロットアレーアンテナは課題解決手段で述べたように、スロット板が、中央の給電導波路部分から放射導波路の終端に向かって下り傾斜となっているので、図６のように給電導波路側へ傾いている放射ビームの向きを正面向きに近付けることができ、スロット板の傾斜角を図６における放射ビームの傾き角に一致させることにより、放射ビームを正面方向（ボアサイト）に向けることができ、傾いていることにより放射指向性への悪影響を大幅に改善することができるという効果がある。 In the waveguide slot array antenna of the present invention, as described in the problem solving means, the slot plate is inclined downward from the central feeding waveguide portion toward the end of the radiation waveguide. The direction of the radiation beam tilted toward the feeding waveguide can be made closer to the front direction, and by making the inclination angle of the slot plate coincide with the inclination angle of the radiation beam in FIG. The tilting has an effect that the adverse effect on the radiation directivity can be greatly improved.
また、スロット板が放射導波路の終端に向かって下り傾斜になっているので、スロット板と放射導波路溝の底面との間隔が終端に近づくにつれて小さくなりその結果、導波路とスロットとの結合度が強くなり、スロットからの放射電力が大きくなる。スロットアレーアンテナにおいてスロットのオフセット量が終端へ進むにつれて大きくなっている理由は、放射導波路内の電磁波は、並んでいるスロットから放射しながら進んでいるのでその強度は終端に近付くにつれ低下していく。この低下した電磁波レベルから、給電端側のスロットと同一レベルの放射を行うためである。 Further, since the slot plate is inclined downward toward the end of the radiation waveguide, the distance between the slot plate and the bottom surface of the radiation waveguide groove decreases as the end approaches, and as a result, the coupling between the waveguide and the slot is reduced. The intensity increases and the radiation power from the slot increases. In the slot array antenna, the reason why the offset amount of the slot increases as it advances toward the end is that the electromagnetic wave in the radiation waveguide advances while radiating from the side-by-side slots, so its strength decreases as it approaches the end. Go. This is because radiation with the same level as the slot on the feeding end side is performed from the lowered electromagnetic wave level.
ところが、本発明では、前述のように、スロット板が傾斜していることにより、終端に近付くにつれてスロットの結合度が大きくなるので、その分だけ、オフセット量を少なくすることができ、その結果、オフセット量が大きいことによって生ずる不要方向への電磁波放射が少なくなり、アンテナの低サイドローブ化・高効率化が可能になるという効果がある。 However, in the present invention, as described above, since the slot plate is inclined, the degree of coupling of the slot increases as it approaches the end, so that the amount of offset can be reduced accordingly, and as a result, There is an effect that electromagnetic radiation in an unnecessary direction caused by a large offset amount is reduced, and the antenna can be made low in side lobe and highly efficient.
本発明の導波管スロットアレーアンテナにおいては、放射ビームの傾きは、送信時における、スロットでの反射による損失をどの程度に抑えるかによって定まる。一方、スロット板の傾斜角は、スロットのオフセット量を終端の方に行くにつれどの程度の増加傾向にするかによって定まる。従って、放射ビームの傾き角とスロット板の傾斜角とをどの程度一致させるかという点と、許容し得る反射損とオフセット量によって定まる不要方向への放射がどの程度許容し得るかという点のかね合いで定めたものが最良の実施形態となる。 In the waveguide slot array antenna of the present invention, the inclination of the radiation beam is determined by how much the loss due to reflection at the slot during transmission is suppressed. On the other hand, the inclination angle of the slot plate is determined depending on how much the offset amount of the slot is increased toward the end. Therefore, the extent to which the inclination angle of the radiation beam and the inclination angle of the slot plate are matched, and the extent to which the radiation in the unnecessary direction determined by the allowable reflection loss and offset amount is allowable. The best embodiment is the one determined together.
また、スロット板のベース体への取り付けは、スロット板の交換によって、使用周波数帯域をシフトさせる場合のあることから、交換可能なねじ止めが最良の実施形態である。 In addition, since the use frequency band may be shifted by replacing the slot plate when the slot plate is attached to the base body, replaceable screwing is the best embodiment.
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
図１は、本発明実施例の導波管スロットアレーアンテナの、給電導波路の管軸方向から見た側断面図である。
板状のベース体の中央には直線状に延びる給電導波路４が形成されており、その両側に該給電導波路の長手方向に対して直交する方向に放射導波路５が複数本平行して設けられ給電導波路４と結合している。紙面垂直方向に隣り合う放射導波路５は隔壁８によって隔されている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a side sectional view of a waveguide slot array antenna according to an embodiment of the present invention as viewed from the tube axis direction of a feed waveguide.
A feeding waveguide 4 extending in a straight line is formed in the center of the plate-like base body, and a plurality of radiation waveguides 5 are parallel to each other in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the feeding waveguide. It is provided and coupled to the feed waveguide 4. The radiation waveguides 5 adjacent to each other in the direction perpendicular to the paper surface are separated by a partition wall 8.
本発明では、この隔壁８の高さが、結合部１０から終端部９にかけて下り傾斜となっている。この傾斜により、図６のように給電導波路４側に傾斜しているビーム方向を図１のビームのようにボアサイトの方向へ向けることができることになる。
In the present invention, the height of the partition wall 8 is a downward slope from the coupling portion 10 to the
次に、スロット板１が傾斜していることによって、スロット板１と放射導波路の底面との距離ｈは、結合部１０から終端部９へ進むにつれて小さくなる。距離が小さくなるということは、スロット２の結合度が大きくなり、放射導波路内の電磁界強度に対するスロットからの放射強度の割合が大きくなることである。
Next, since the slot plate 1 is inclined, the distance h between the slot plate 1 and the bottom surface of the radiation waveguide decreases as the distance from the coupling portion 10 to the
従って、従来ｈが一定であったときに、終端に近付くにつれ放射導波路内の電磁波強度が低下していくにもかかわらず、なおスロットからは同じ強度の放射電磁界強度を得ようとして、終端に近付くにつれスロットのオフセット量を大きくしていたのが、距離ｈが小さくなって行くことに肩替わりされ、オフセット量を従来程大きくして行く必要がなくなる。
その結果、オフセット量が大きいことに起因する不要方向への電磁波放射を抑制できることになり、低サイドローブ化・高効率化を実現できることになる。
Therefore, when the conventional h is constant, the electromagnetic wave intensity in the radiating waveguide decreases as the terminal approaches the terminal, but the terminal tries to obtain the same radiated electromagnetic field intensity from the slot. Although the offset amount of the slot is increased as the distance approaches, the distance h is changed to become smaller, and it is not necessary to increase the offset amount as much as in the prior art.
As a result, electromagnetic radiation in an unnecessary direction due to a large offset amount can be suppressed, and low side lobe and high efficiency can be realized.
以上のように、本発明の導波管スロットアレーアンテナは、図１のようにスロット板１を傾斜させることによって、周波数帯域幅の広い中央給電型で且つ、スロット配列の異なるスロット板を付け替えることによって、中心周波数をシフトさせることのできる導波管スロットアレーアンテナが得られる。 As described above, the waveguide slot array antenna of the present invention can be replaced with a central feed type having a wide frequency bandwidth and a slot plate having a different slot arrangement by tilting the slot plate 1 as shown in FIG. Thus, a waveguide slot array antenna capable of shifting the center frequency is obtained.
ベース体３は、鋳型へ溶融合金を圧入するダイキャストで製造されたものであり、スロット板１は金属板にスロット２が打ち抜きで設けられており、打ち抜きの後ベース体３の傾斜に合うように折り曲げ加工したものである。
The
１ スロット板
２ スロット
３ ベース体
４ 給電導波路
５ 放射導波路
６ 誘導性壁
７ 給電口
８ 隔壁
９ 終端部
１０ 結合部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (1)
前記ベース体の前記導波路溝全体を覆うようにして隔壁頂部に密着するように取付け、取外し可能のスロット板であって、各放射導波路溝に対応する位置に放射用スロット列を有し、該スロットの放射導波路方向の間隔は、当該スロット板に定められた使用中心周波数における放射導波路内波長の２分の１より短く、列方向に隣り合うスロットは放射導波路幅中心軸に対して互いに反対側にオフセットし、そのオフセット量は、放射導波路溝の終端部へ近付くにつれ漸増するスロット板と、
からなることを特徴とする導波管スロットアレーアンテナ。
A plurality of linear waveguide feed waveguide grooves and a plurality of radiation waveguide grooves coupled with coupling windows so as to extend in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the feed waveguide groove on both sides of the feed waveguide groove; The height of the partition wall separating adjacent radiation waveguide grooves is the highest at the coupling portion, the lowest at the end portion of the radiation waveguide groove, and the top of the partition wall is inclined downward toward the termination portion; and
A slot plate that can be attached and removed so as to be in close contact with the top of the partition wall so as to cover the entire waveguide groove of the base body, and has a slot slot for radiation at a position corresponding to each radiation waveguide groove, The distance between the slots in the direction of the radiation waveguide is shorter than one half of the wavelength in the radiation waveguide at the use center frequency defined for the slot plate, and the slots adjacent in the column direction are relative to the central axis of the radiation waveguide width. The slot plate is offset to the opposite side, and the amount of the offset gradually increases as it approaches the terminal end of the radiation waveguide groove ,
A waveguide slot array antenna comprising:
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