JP5424954B2 - 導波管スロットアレーアンテナ - Google Patents

Description

この発明は、例えばレーダ装置等に適用される導波管スロットアレーアンテナに関する。

従来から、レーダ装置等に適用される一般的な導波管スロットアレーアンテナとして、図１５に示すような定在波励振型の導波管スロットアレーアンテナが知られている。図１５において、この導波管スロットアレーアンテナは、個々の導波管スロットアレーアンテナ５１をサブアレーとして、サブアレーが縦横に４つ配列されて構成されている。

なお、サブアレーとしての導波管スロットアレーアンテナ５１も、サブアレーが複数配列されて構成された図１５の導波管スロットアレーアンテナも、ともに導波管スロットアレーアンテナと称される。そこで、以下の説明では、符号を付した導波管スロットアレーアンテナをサブアレーとしての導波管スロットアレーアンテナとし、符号を付さない導波管スロットアレーアンテナをサブアレーが複数配列されて構成された導波管スロットアレーアンテナとする。

各導波管スロットアレーアンテナ５１は、それぞれ導波管５２と、導波管５２の１つの壁面に設けられた複数の放射スロット５３と、導波管５２内に固定されて電力を供給する給電プローブ５４とを備えている。なお、図１５において、破線は、導波管５２の内壁面を示している。

この導波管スロットアレーアンテナでは、各放射スロット５３を定在波で励振するために、各放射スロット５３は、導波管５２内での波長（導波管管内波長）をλｇとすると、導波管短絡面（導波管５２内側の軸方向端面）からλｇ／４離れた位置を基準として、λｇ／２間隔で等間隔に配置される。

しかしながら、この導波管スロットアレーアンテナでは、図１５に示されるように、導波管５２の軸方向に隣接する導波管スロットアレーアンテナ５１どうしが接触する部分において、それぞれの導波管壁厚ｔ分だけ放射スロット５３の間隔が広がる。すなわち、この部分において、放射スロット５３の間隔がλｇ／２＋２ｔとなり、導波管スロットアレーアンテナから放射された電磁波の放射特性に劣化が生じるという問題があった。

そこで、上記の問題を解決するために、図１６に示すような導波管スロットアレーアンテナ５５をサブアレーとして用いた定在波励振型の導波管スロットアレーアンテナが提案されている。図１６において、この導波管スロットアレーアンテナでは、各放射スロット５３は、導波管外形端面（導波管５２外側の軸方向端面）からλｇ／４離れた位置を基準として、λｇ／２間隔で等間隔に配置される。なお、その他の構成は、図１５に示したものと同様なので、説明を省略する。

これにより、導波管５２の軸方向に隣接する導波管スロットアレーアンテナ５１どうしが接触する部分において、各放射スロット５３の間隔をλｇ／２とすることができる。
しかしながら、この導波管スロットアレーアンテナでは、図１６に示されるように、導波管短絡面から最初の放射スロット５３の中心位置までの距離がλｇ／４−ｔとなり、適切に定在波で励振することができないという問題があった。

そこで、上記の問題を解決するために、図１７に示すような導波管スロットアレーアンテナ５６をサブアレーとして用いることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
図１７において、この導波管スロットアレーアンテナ５６は、導波管５７と、導波管５７の１つの壁面に設けられた複数の放射スロット５８と、放射スロット５８が設けられた導波管５７の壁面と対向する壁面に接続された給電導波管５９とを備えている。ここで、導波管５７の軸方向の両端部には、導波管５７が下方（放射スロット５８から給電導波管５９の方向）に折り曲げられた折り曲げ構造６０が形成されている。

このように、折り曲げ構造６０を形成することにより、導波管５７の軸方向の長さを等価的に長くして、導波管短絡面から最初の放射スロット５３までの距離を等価的にλｇ／４とすることができる。また、導波管スロットアレーアンテナ５６の軸方向の各寸法を、図１６に示した導波管スロットアレーアンテナ５５の軸方向の各寸法と同一として、導波管５７の軸方向に隣接する導波管スロットアレーアンテナ５６どうしが接触する部分において、放射スロット５８の間隔をλｇ／２とすることができる。
そのため、導波管スロットアレーアンテナから放射された電磁波の放射特性に劣化が生じることを防止しながら、各放射スロット５８を定在波で励振することができる。

米国特許第５４７３３３４号明細書

しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
特許文献１の導波管スロットアレーアンテナでは、導波管の軸方向の両端部に形成された折り曲げ構造が大きく下方に張り出しているので、導波管の後段に接続され、給電導波管、アンプ、増幅器等を含む給電回路の形状によっては、折り曲げ構造と干渉する恐れ、すなわち折り曲げ構造の影響によって取り付けに支障をきたす恐れがある。そのため、給電回路の設計自由度が低下するという問題がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、放射された電磁波の放射特性に劣化が生じることを防止しながら、各放射スロットを定在波で励振することができるとともに、後段に接続される給電回路の設計自由度の低下を防止することができる導波管スロットアレーアンテナを得ることを目的とする。

この発明に係る導波管スロットアレーアンテナは、導波管と、導波管の１つの壁面に設けられた複数の放射スロットと、導波管外側の軸方向端面から導波管管内波長の１／４波長分離れた位置と、導波管内側の軸方向端面との間に、放射スロットが設けられた導波管の壁面と対向する面から、導波管内側に張り出して形成された張り出し部を有する複数段のステップ構造とを備えたものである。

この発明に係る導波管スロットアレーアンテナによれば、導波管外側の軸方向端面から導波管管内波長の１／４波長分離れた位置と、導波管内側の軸方向端面との間に、放射スロットが設けられた導波管の壁面と対向する面から、導波管内側に張り出した張り出し部が形成されている。
そのため、放射された電磁波の放射特性に劣化が生じることを防止しながら、各放射スロットを定在波で励振することができるとともに、後段に接続される給電回路の設計自由度の低下を防止することができる。

この発明の実施の形態１に係る導波管スロットアレーアンテナを示す斜視図である。 図１に示した導波管スロットアレーアンテナを示す平面図である。 図２に示した導波管スロットアレーアンテナを、Ｉ−Ｉ線に沿って切断した断面図である。 （ａ）は、この発明の実施の形態１に係る導波管スロットアレーアンテナにおいて、導波管外形端面よりλｇ／４の位置から、導波管短絡面側を見たときの等価回路を示す回路図であり、（ｂ）は、理想的な導波管スロットアレーアンテナにおいて、導波管短絡面よりλｇ／４の位置から、導波管短絡面側を見たときの等価回路を示す回路図である。 この発明の実施の形態１に係る導波管スロットアレーアンテナにおいて、導波管外形端面よりλｇ／４の位置から導波管短絡面側を見たときの、インピーダンス特性の算出結果を示す説明図である。 この発明の実施の形態２に係る導波管スロットアレーアンテナを示す斜視図である。 図６に示した導波管スロットアレーアンテナを示す平面図である。 図７に示した導波管スロットアレーアンテナを、ＩＩ−ＩＩ線に沿って切断した断面図である。 この発明の実施の形態２に係る導波管スロットアレーアンテナにおいて、導波管外形端面よりλｇ／４の位置から導波管短絡面側を見たときの等価回路を示す回路図である。 この発明の実施の形態３に係る導波管スロットアレーアンテナを示す斜視図である。 図１０に示した導波管スロットアレーアンテナを示す平面図である。 図１１に示した導波管スロットアレーアンテナを、ＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿って切断した断面図である。 この発明の実施の形態５に係る導波管スロットアレーアンテナを示す平面図である。 図１３に示した導波管スロットアレーアンテナを、Ｖ−Ｖ線に沿って切断した断面図である。 一般的な導波管スロットアレーアンテナを示す平面図である。 別の一般的な導波管スロットアレーアンテナを示す平面図である。 従来の導波管スロットアレーアンテナを示す斜視図である。

以下、この発明の導波管スロットアレーアンテナの好適な実施の形態につき図面を用いて説明するが、各図において同一、または相当する部分については、同一符号を付して説明する。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る導波管スロットアレーアンテナ１を示す斜視図である。また、図２は、図１に示した導波管スロットアレーアンテナ１を示す平面図である。また、図３は、図２に示した導波管スロットアレーアンテナ１を、Ｉ−Ｉ線に沿って切断した断面図である。

図１〜３において、導波管スロットアレーアンテナ１は、方形の導波管２と、複数の放射スロット３と、インピーダンスステップ構造４と、給電導波管５とを備えている。
複数の放射スロット３は、導波管２の１つの壁面に設けられている。また、各放射スロット３は、導波管２内での波長（導波管管内波長）をλｇとすると、導波管外形端面（導波管２外側の軸方向端面）からλｇ／４離れた位置を基準として、λｇ／２間隔で等間隔に配置されている。また、給電導波管５（給電回路）は、放射スロット３が設けられた導波管２の壁面と対向する壁面に接続されている。

インピーダンスステップ構造４は、導波管外形端面からλｇ／４離れた位置と、導波管短絡面（導波管２内側の軸方向端面）との間で、放射スロット３が設けられた導波管２の壁面と対向する壁面に設けられている。また、インピーダンスステップ構造４は、導波管２内側に張り出して形成された張り出し部を有している。

具体的には、インピーダンスステップ構造４は、導波管外形端面からλｇ／４離れた位置と、導波管短絡面との間の導波管断面を、３段階（特に、図３参照）に変化させた構造を有している。これにより、この部分における導波管２の特性インピーダンスに変化をつけることができる。ここで、インピーダンスステップ構造４は、導波管外形端面よりλｇ／４の位置から導波管短絡面側を見たときのインピーダンスが無限大となるように、その形状が設定されている。

続いて、図４を参照しながら、上記構成の導波管スロットアレーアンテナ１において、各放射スロット３を定在波で励振するための条件について説明する。
図４（ａ）は、この発明の実施の形態１に係る導波管スロットアレーアンテナ１において、導波管外形端面よりλｇ／４の位置から、導波管短絡面側を見たときの等価回路を示す回路図である。図４（ａ）において、Ｔ０−Ｔ０’は導波管外形端面からλｇ／４の位置を示し、Ｔ１−Ｔ１’は放射スロット３に近い側のインピーダンスステップ位置を示し、Ｔ２−Ｔ２’は導波管短絡面に近い側のインピーダンスステップ位置を示している。

一方、図４（ｂ）は、理想的な導波管スロットアレーアンテナにおいて、導波管短絡面よりλｇ／４の位置から、導波管短絡面側を見たときの等価回路を示す回路図である。すなわち、図４（ｂ）は、各放射スロットを定在波で励振できる場合として、例えば導波管端部の放射スロットの中心位置と導波管短絡面との距離がλｇ／４となるような導波管スロットアレーアンテナについての等価回路を示している。図４（ｂ）において、Ｔ０−Ｔ０’は導波管外形端面からλｇ／４の位置を示している。

図４（ｂ）において、各放射スロットを理想的に定在波で励振できる場合には、Ｔ０−Ｔ０’から導波管短絡面側を見たときのインピーダンスＺ_ｉｎは、次式（１）で表される。

式（１）において、Ｚ_０は導波管の特性インピーダンスを示し、βは導波管の伝搬定数を示し、λｇは導波管管内波長を示している。
式（１）より、各放射スロットを理想的に定在波で励振できる導波管スロットアレーアンテナにおいて、導波管短絡面よりλｇ／４の位置から導波管短絡面側を見たときのインピーダンスは、無限大となることが分かる。

これに対して、図４（ａ）において、Ｔ２−Ｔ２’から導波管短絡面側を見たときのインピーダンスＺ_ｉｎ２は、次式（２）で表される。

また、図４（ａ）において、Ｔ１−Ｔ１’から導波管短絡面側を見たときのインピーダンスＺ_ｉｎ１は、次式（３）で表される。

さらに、図４（ａ）において、Ｔ０−Ｔ０’から導波管短絡面側を見たときのインピーダンスＺ_ｉｎは、次式（４）で表される。

式（２）〜（４）において、ｌ_０、ｌ_１およびｌ_２は、それぞれＴ０−Ｔ０’からＴ１−Ｔ１’までの距離、Ｔ１−Ｔ１’からＴ２−Ｔ２’までの距離およびＴ２−Ｔ２’から導波管短絡面までの距離を示し、ｌ_０、ｌ_１およびｌ_２の間には、次式（５）で表される関係が成立する。なお、式（５）において、ｔは導波管２の壁厚を示している。

また、式（２）〜（４）において、Ｚ_０、Ｚ_１およびＺ_２は、それぞれｌ_０、ｌ_１およびｌ_２の各区間における導波管２の特性インピーダンスを示している。

ここで、上記式（４）が無限大となれば、上記式（１）と等価となり、各放射スロット３を定在波で励振することができると考えられる。すなわち、ｌ_０≠０のとき、次式（６）が成立すれば、上記式（４）が無限大となり、各放射スロット３を定在波で励振することができる。

したがって、上記式（２）〜（６）を満たすようにｌ_０、ｌ_１およびｌ_２、並びにＺ_０、Ｚ_１およびＺ_２を設定することにより、この発明の実施の形態１に係る導波管スロットアレーアンテナ１において、Ｔ０−Ｔ０’から導波管短絡面側を見たときのインピーダンスＺ_ｉｎ（式（４））を無限大とすることができる。すなわち、導波管２の軸方向の長さを等価的に長くすることができる。

なお、この発明の実施の形態１に係る導波管スロットアレーアンテナ１では、例えばインピーダンスステップ構造４の各区間における導波管断面の短辺寸法（張り出し部の張り出し長さ）を調整することにより、所望の特性インピーダンスＺ_０、Ｚ_１およびＺ_２を実現することができる。

次に、図５を参照しながら、この発明の実施の形態１に係る導波管スロットアレーアンテナ１におけるインピーダンス特性の算出結果について説明する。
図５は、この発明の実施の形態１に係る導波管スロットアレーアンテナ１において、導波管外形端面よりλｇ／４の位置から導波管短絡面側を見たときの、インピーダンス特性の算出結果を示す説明図である。図５において、インピーダンス特性内の四角点は、設計周波数におけるインピーダンス特性を示している。

各放射スロット３を定在波で励振するためには、上述したように、導波管外形端面よりλｇ／４の位置から導波管短絡面側を見たときのインピーダンスが理想的に無限大になればよい。ここで、図５において、この発明の実施の形態１に係る導波管スロットアレーアンテナ１の設計周波数におけるインピーダンスは、十分大きな値となっており、理想的な特性に近い特性を有していることがわかる。すなわち、この発明の実施の形態１に係る導波管スロットアレーアンテナ１により、各放射スロット３を適切に定在波で励振することができる。

以上のように、実施の形態１によれば、導波管外側の軸方向端面から導波管管内波長の１／４波長分離れた位置と、導波管内側の軸方向端面との間で、放射スロットが設けられた導波管の壁面と対向する面に、３段階のインピーダンスステップ構造が設けられている。また、インピーダンスステップ構造は、導波管内側に張り出して形成された張り出し部を有している。
そのため、導波管の軸方向の長さを等価的に長くして、放射された電磁波の放射特性に劣化が生じることを防止しながら、各放射スロットを定在波で励振することができるとともに、後段に接続される給電回路の設計自由度の低下を防止することができる。

なお、上記実施の形態１の図１〜３では、インピーダンスステップ構造４が導波管２の下方に多少張り出しているが、完全に張り出しがなく、かつ上記式（２）〜（６）を満たすようにｌ_０、ｌ_１およびｌ_２、並びにＺ_０、Ｚ_１およびＺ_２を設定することもできる。

実施の形態２．
図６は、この発明の実施の形態２に係る導波管スロットアレーアンテナ１Ａを示す斜視図である。また、図７は、図６に示した導波管スロットアレーアンテナ１Ａを示す平面図である。また、図８は、図７に示した導波管スロットアレーアンテナ１Ａを、ＩＩ−ＩＩ線に沿って切断した断面図である。

図６〜８において、導波管スロットアレーアンテナ１Ａは、方形の導波管２と、複数の放射スロット３と、インピーダンスステップ構造６と、給電導波管５とを備えている。
複数の放射スロット３は、導波管２の１つの壁面に設けられている。また、各放射スロット３は、導波管外形端面からλｇ／４離れた位置を基準として、λｇ／２間隔で等間隔に配置されている。また、給電導波管５は、放射スロット３が設けられた導波管２の壁面と対向する壁面に接続されている。

インピーダンスステップ構造６は、導波管外形端面からλｇ／４離れた位置と、導波管短絡面との間で、放射スロット３が設けられた導波管２の壁面と対向する壁面に設けられている。また、インピーダンスステップ構造６は、導波管２内側に張り出して形成された張り出し部を有している。

なお、上記実施の形態１では、導波管外形端面からλｇ／４離れた位置と、導波管短絡面との間の導波管断面を、３段階に変化させるインピーダンスステップ構造４を示している。これに対して、この発明の実施の形態２において、インピーダンスステップ構造６は、導波管外形端面からλｇ／４離れた位置と、導波管短絡面との間の導波管断面を、２段階（特に、図８参照）に変化させた構造を有している。ここで、インピーダンスステップ構造６は、導波管外形端面よりλｇ／４の位置から導波管短絡面側を見たときのインピーダンスが無限大となるように、その形状が設定されている。

続いて、図９を参照しながら、上記構成の導波管スロットアレーアンテナ１Ａにおいて、各放射スロット３を定在波で励振するための条件について説明する。
図９は、この発明の実施の形態２に係る導波管スロットアレーアンテナ１Ａにおいて、導波管外形端面よりλｇ／４の位置から、導波管短絡面側を見たときの等価回路を示す回路図である。

図９に示した等価回路は、図４（ａ）に示した等価回路において、ｌ_０＝０とした場合に相当し、図９に示した各記号は、図４（ａ）に示した各記号と同様である。このとき、ｌ_１およびｌ_２の間には、次式（７）で表される関係が成立する。

また、図９において、Ｔ０−Ｔ０’から導波管短絡面側を見たときのインピーダンスＺ_ｉｎは、上記式（３）と同一の式となる。
ここで、上記式（３）が無限大となれば、上記式（１）と等価となり、各放射スロット３を定在波で励振することができると考えられる。すなわち、次式（８）が成立すれば、上記式（３）が無限大となり、各放射スロット３を定在波で励振することができる。

したがって、上記式（２）、（３）、（７）、（８）を満たすようにｌ_１およびｌ_２、並びにＺ_１およびＺ_２を設定することにより、この発明の実施の形態２に係る導波管スロットアレーアンテナ１Ａにおいて、Ｔ０−Ｔ０’から導波管短絡面側を見たときのインピーダンスＺ_ｉｎ（式（３））を無限大とすることができる。すなわち、導波管２の軸方向の長さを等価的に長くすることができる。

このとき、上記式（２）、（８）より、次式（９）が成立し、式（９）を変形させることにより、次式（１０）が得られる。

式（１０）の右辺において、ｔａｎβｌ_１ｔａｎβｌ_２＜１なので、Ｚ_１＜Ｚ_２となることから、導波管外形端面よりλｇ／４の位置から導波管短絡面側に向けて、特性インピーダンスが大きな値から小さな値になるようにインピーダンスを変化させればよいことが分かる。このことは、例えばインピーダンスステップ構造６の各区間における導波管断面の短辺寸法（張り出し部の張り出し長さ）を、長い寸法から短い寸法へとステップ状に変化させることにより実現することができる。

以上のように、実施の形態２によれば、導波管外側の軸方向端面から導波管管内波長の１／４波長分離れた位置と、導波管内側の軸方向端面との間で、放射スロットが設けられた導波管の壁面と対向する面に、２段階のインピーダンスステップ構造が設けられている。また、インピーダンスステップ構造は、導波管内側に張り出して形成された張り出し部を有している。
そのため、導波管の軸方向の長さを等価的に長くして、放射された電磁波の放射特性に劣化が生じることを防止しながら、各放射スロットを定在波で励振することができるとともに、後段に接続される給電回路の設計自由度の低下を防止することができる。

なお、上記実施の形態２の図６〜８では、インピーダンスステップ構造６が導波管２の下方に多少張り出しているが、完全に張り出しがなく、かつ上記式（２）、（３）、（７）、（８）を満たすようにｌ_１およびｌ_２、並びにＺ_１およびＺ_２を設定することもできる。

また、上記実施の形態１、２では、給電導波管５を用いて導波管２に給電する方法を示したが、これに限定されず、例えばスロット結合を用いた給電方法や、給電プローブを用いた給電方法等によって、導波管２に給電してもよい。
これらの場合も、上記実施の形態１、２と同様の効果を得ることができる。

実施の形態３．
図１０は、この発明の実施の形態３に係る導波管スロットアレーアンテナ１１を示す斜視図である。また、図１１は、図１０に示した導波管スロットアレーアンテナ１１を示す平面図である。また、図１２は、図１１に示した導波管スロットアレーアンテナ１１を、ＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿って切断した断面図である。

図１０〜１２において、導波管スロットアレーアンテナ１１は、方形の導波管の内部にリッジ１２が形成されたリッジ導波管１３と、複数の放射スロット１４と、リッジ１２に形成されたインピーダンスステップ構造１５と、給電プローブ１６とを備えている。
複数の放射スロット１４は、リッジ導波管１３の１つの壁面に設けられている。また、各放射スロット１４は、導波管外形端面からλｇ／４離れた位置を基準として、λｇ／２間隔で等間隔に配置されている。また、給電プローブ１６（給電回路）は、放射スロット１４が設けられたリッジ導波管１３の壁面と対向する壁面から挿入されている。

インピーダンスステップ構造１５は、リッジ１２における、導波管外形端面からλｇ／４離れた位置と、導波管短絡面との間に設けられている。また、インピーダンスステップ構造１５は、リッジ導波管１３内側に張り出して形成された張り出し部を有している。

具体的には、インピーダンスステップ構造１５は、導波管外形端面からλｇ／４離れた位置と、導波管短絡面との間の導波管断面を、リッジ１２の高低差により３段階（特に、図１２参照）に変化させた構造を有している。ここで、インピーダンスステップ構造１５は、導波管外形端面よりλｇ／４の位置から導波管短絡面側を見たときのインピーダンスが無限大となるように、その形状が設定されている。

なお、上記実施の形態１では、インピーダンスステップ構造４の各区間における導波管断面の短辺寸法（張り出し部の張り出し長さ）を調整することにより、各区間の特性インピーダンスを変化させているが、この発明の実施の形態３では、リッジ１２の高さを変化させることにより、インピーダンスステップ構造１５の各区間の特性インピーダンスを変化させている。

続いて、上記構成の導波管スロットアレーアンテナ１１において、各放射スロット１４を定在波で励振するための条件について説明する。
この発明の実施の形態３に係る導波管スロットアレーアンテナ１１においては、インピーダンスステップ構造１５の各区間における軸方向の長さおよび特性インピーダンスを、上記実施の形態１の図４（ａ）で示した等価回路のものと同様とすると、上記式（２）〜（６）が成立すると考えられる。

したがって、上記式（２）〜（６）を満たすようにｌ_０、ｌ_１およびｌ_２、並びにＺ_０、Ｚ_１およびＺ_２を設定することにより、この発明の実施の形態３に係る導波管スロットアレーアンテナ１１において、導波管外形端面よりλｇ／４の位置から、導波管短絡面側を見たときのインピーダンスＺ_ｉｎ（式（４））を無限大とすることができる。すなわち、リッジ導波管１３の軸方向の長さを等価的に長くすることができる。

以上のように、実施の形態３によれば、内部にリッジが形成されたリッジ導波管のリッジにおける、導波管外側の軸方向端面から導波管管内波長の１／４波長分離れた位置と、導波管内側の軸方向端面との間で、放射スロットが設けられた導波管の壁面と対向する面に、リッジ高さを変化させた３段階のインピーダンスステップ構造が設けられている。また、インピーダンスステップ構造は、導波管内側に張り出して形成された張り出し部を有している。
そのため、導波管の軸方向の長さを等価的に長くして、放射された電磁波の放射特性に劣化が生じることを防止しながら、各放射スロットを定在波で励振することができるとともに、後段に接続される給電回路の設計自由度の低下を防止することができる。

実施の形態４．
上記実施の形態３では、リッジ導波管の導波管外形端面からλｇ／４離れた位置と、導波管短絡面との間に、３段階のインピーダンスステップ構造としてリッジ高さを変化させることで、等価的に導波管長を長くした。これに対して、上記実施の形態２の場合と同様に、導波管外形端面からλｇ／４離れた位置と、導波管短絡面との間で、放射スロットが設けられた導波管の壁面と対向する面に、２段階のインピーダンスステップ構造としてリッジ高さを変化させることで、実施の形態３と同様の効果を得ることができる。

このとき、インピーダンスステップ構造の各区間における軸方向の長さおよび特性インピーダンスを、上記実施の形態２の図９で示した等価回路のものと同様とすると、上記式（２）、（３）、（７）、（８）が成立すると考えられる。

したがって、上記式（２）、（３）、（７）、（８）を満たすようなインピーダンスステップ構造を設定することで、導波管外形端面よりλｇ／４の位置から、導波管短絡面側を見たときのインピーダンスＺ_ｉｎ（式（３））を無限大とすることができる。すなわち、リッジ導波管の軸方向の長さを等価的に長くすることができる。

また、上記実施の形態２の場合と同様に、この発明の実施の形態４においても、上記式（１０）が成立し、Ｚ_１＜Ｚ_２となることから、導波管外形端面よりλｇ／４の位置から導波管短絡面側に向けて、特性インピーダンスが大きな値から小さな値になるようにインピーダンスを変化させればよいことが分かる。このことは、例えばインピーダンスステップ構造の各区間におけるリッジの高さ（張り出し部の張り出し長さ）を、長い寸法から短い寸法へとステップ状に変化させることにより実現することができる。

以上のように、実施の形態４によれば、内部にリッジが形成されたリッジ導波管のリッジにおける、導波管外側の軸方向端面から導波管管内波長の１／４波長分離れた位置と、導波管内側の軸方向端面との間で、放射スロットが設けられた導波管の壁面と対向する面に、リッジ高さを変化させた２段階のインピーダンスステップ構造が設けられている。また、インピーダンスステップ構造は、導波管内側に張り出して形成された張り出し部を有している。
そのため、導波管の軸方向の長さを等価的に長くして、放射された電磁波の放射特性に劣化が生じることを防止しながら、各放射スロットを定在波で励振することができるとともに、後段に接続される給電回路の設計自由度の低下を防止することができる。

実施の形態５．
図１３は、この発明の実施の形態５に係る導波管スロットアレーアンテナを示す平面図である。また、図１４は、図１３に示した導波管スロットアレーアンテナを、Ｖ−Ｖ線に沿って切断した断面図である。

図１３、１４において、この導波管スロットアレーアンテナは、上記実施の形態１で示した導波管スロットアレーアンテナ１（図１〜３参照）をサブアレー２１として、Ｎ個のサブアレー２１−ｎ（ｎ＝１，２，３，・・・，Ｎ）が、導波管外形端面どうしが接触し、かつ導波管軸方向の側壁面どうしが接触するように、平面状に配列されて構成されている。

各サブアレー２１−ｎは、それぞれ方形の導波管２−ｎ（ｎ＝１，２，３，・・・，Ｎ）と、複数の放射スロット３−ｎ（ｎ＝１，２，３，・・・，Ｎ）と、インピーダンスステップ構造４−ｎ（ｎ＝１，２，３，・・・，Ｎ）と、給電導波管５−ｎ（ｎ＝１，２，３，・・・，Ｎ）とを備えている。具体的な各サブアレー２１−ｎの構成は、上記実施の形態１の導波管スロットアレーアンテナ１と同様なので、説明を省略する。

この導波管スロットアレーアンテナにおいて、各放射スロット３−ｎは、全てλｇ／２間隔で等間隔に配置されており、導波管壁厚ｔの影響によって、サブアレー２１−ｎ間の放射スロット３−ｎの間隔が拡大することはない。

また、上記実施の形態１で説明したように、各導波管２−ｎの導波管外形端面からλｇ／４離れた位置と導波管短絡面との間には、上記式（２）〜（６）を満たすようなインピーダンスステップ構造４−ｎが設けられている。これにより、各放射スロット３−ｎを定在波で励振することができるので、導波管短絡面からサブアレー２１−ｎ両端の放射スロット３−ｎの中心位置までの距離がλｇ／４よりも導波管壁厚ｔ分だけ短くなることで、放射スロット３−ｎの励振に乱れが生じることもない。

以上のように、実施の形態５によれば、従来のように、導波管の軸方向の両端部に折り曲げ構造が形成された導波管スロットアレーアンテナをサブアレーとして用いることなく、導波管外形端面からλｇ／４離れた位置と導波管短絡面との間にインピーダンスステップ構造が設けられた導波管スロットアレーアンテナをサブアレーとして用いている。
そのため、導波管の軸方向の長さを等価的に長くして、放射された電磁波の放射特性に劣化が生じることを防止しながら、各放射スロットを定在波で励振することができるとともに、後段に接続される給電回路の設計自由度の低下を防止することができる導波管スロットアレーアンテナを得ることができる。

なお、上記実施の形態５では、サブアレー２１−ｎとして、上記実施の形態１で示した導波管スロットアレーアンテナ１を用いているが、これに限定されず、サブアレーとして、上記実施の形態２〜４で示した導波管スロットアレーアンテナを用いてもよい。
これらの場合にも、上記実施の形態５と同様の効果を得ることができる。

また、上記実施の形態１〜５における導波管スロットアレーアンテナを示した図では、各導波管に放射スロットを６個設けた場合を示しているが、これに限定されず、放射スロットの数は、任意の個数であってよい。
この場合にも、上記実施の形態１〜５と同様の効果を得ることができる。

また、上記実施の形態１〜５における導波管スロットアレーアンテナを示した図では、導波管の軸方向と各放射スロットの長手方向とが一致している場合を示しているが、これに限定されず、導波管の軸方向と各放射スロットの長手方向とは、一致していなくてもよい。
この場合にも、上記実施の形態１〜５と同様の効果を得ることができる。

１、１Ａ、１１、１１Ａ 導波管スロットアレーアンテナ、２ 導波管、３、１４ 放射スロット、４、６、１５、１７ インピーダンスステップ構造（張り出し部）、５ 給電導波管、１２ リッジ、１３ リッジ導波管、１６ 給電プローブ、２１ サブアレー。

Claims (4)

1. 導波管と、
   前記導波管の１つの壁面に設けられた複数の放射スロットと、
   前記導波管外側の軸方向端面から導波管管内波長の１／４波長分離れた位置と、前記導波管内側の軸方向端面との間に、前記放射スロットが設けられた前記導波管の壁面と対向する面から、前記導波管内側に張り出して形成された張り出し部を有する複数段のステップ構造と、
   を備えたことを特徴とする導波管スロットアレーアンテナ。
2. 前記導波管は、方形導波管であり、
   前記ステップ構造は、前記方形導波管の短辺寸法をステップ状に変化させた構造を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の導波管スロットアレーアンテナ。
3. 前記導波管は、内部にリッジが形成されたリッジ導波管であり、
   前記ステップ構造は、前記リッジの高さをステップ状に変化させた構造を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の導波管スロットアレーアンテナ。
4. 請求項１から請求項３までの何れか１項に記載された導波管スロットアレーアンテナをサブアレーとし、複数個の前記サブアレーを平面状に配列した
   ことを特徴とする導波管スロットアレーアンテナ。

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