JP6386182B2 - 導波管スロットアレイアンテナ - Google Patents

Description

本発明は超高周波用送受信アンテナに関して、特に導波管スロットアレイアンテナに関する。

超高周波用送受信アンテナとして、パラボリックタイプのアンテナ、マイクロストリップアンテナ、及び導波管スロットアレイアンテナ等がある。これらアンテナのうち、マイクロストリップアレイアンテナ又は導波管スロットアレイアンテナは、主に厚さを縮めて小型化するために使用されている。

マイクロストリップアレイアンテナは、誘電体基板を用いるマイクロストリップパッチアレイ構造を有し、誘電体基板の特性による誘電体の損失係数に従って、送信又は受信される信号の損失が大きく、導体の抵抗損失が発生し、特に周波数が上昇するにつれて損失が大きくなるため、超高周波帯域では止揚されている。

導波管スロットアレイアンテナは、このような誘電体基板を使用せず、一般的な導波管にスロット形状の穴を形成する構造を有する。一般に、導波管は、中空の金属管であって、一種のハイパスフィルタとして導波モード（guided mode）は一定の遮断波長を有し、基本モードは、導波管のサイズに従って決定される。また、導波管は、平行２線式線路や同軸ケーブルより減衰が少ない利点があるので、マイクロ波伝送線路において主に高出力用として使用されてきた。導波管は、多様な断面形状を有し、このような断面形状に基づいて円形導波管、方形導波管、楕円形導波管のように分けられる。

このような導波管スロットアレイアンテナに関する技術は、先出願された韓国特許出願番号第２００６-１８１４７号(名称:“積層型スロットアレイアンテナ”、出願人：(株)モトニクス、発明者：Ｔａｅｋｗａｎ Ｃｈｏら、出願日：２００６年０２月２４日)、あるいは先出願された韓国特許出願番号第２００７-７０００１８２号(名称：“平面アンテナモジュール、トリプレート型平面アレイアンテナ、及びトリプレート線路-導波管変換器”、出願人：日立化成工業株式会社、発明者：太田雅彦ら、出願日：２００７年０１月０４日)に開示されている。

図１Ａは、従来の一実施形態による導波管スロットアレイアンテナの各レイヤが一部切断された斜視図であって、積層型多重構造を有する導波管スロットアレイアンテナ構造を示す。図１Ａを参照すれば、従来の導波管スロットアレイアンテナは、入力給電スロット１１２が形成される給電板１１、給電板１１上に設置され、分配部とカップリングスロット１２２が形成される分配板１２、分配板１２上に設置され、キャビティ構造と励起(excitation)スロット(又は放射スロット）１３２が形成される主放射板１３、及び主放射板１３上に設置され、偏波面が４５度傾いた偏波を発生するための偏波スロット１３２が形成される補助放射板１４を含む。

給電板１１の給電スロット１１２から信号が入力される場合、入力された信号は、分配板１２を通じて、例えば、均等な割合で分配され、各々分配された信号は、カップリングスロット１２２を通じて主放射板１３に形成された各キャビティに配信される。主放射板１３のキャビティに配信された信号は、各キャビティに、例えば各々４個ずつ形成される励起スロット１３２を通じて同一の割合で分配され放射される。励起スロット１３２は、動作周波数によって相互に所定の間隔及び配置を有するように配列される。

このとき、主放射板１３上に設置される補助放射板１４には、主放射板１３のそれぞれの励起スロット１３２と一対一対応の形態で偏波スロット１４２が形成され、偏波スロット１４２に配信される信号は、偏波面が励起スロット１３２から放射される場合に比べて、４５度回転して空間に放射される。すなわち、このような補助放射板１４により垂直/水平対比４５度の偏波を発生する。励起スロット１３２のスロット形状を説明すると、励起スロット１４２のスロット形状は、例えばほぼ長方形であり、垂直/水平方向を基準として直立位の形状に形成され、偏波スロット１４２のスロット形状は、このような略長方形の励起スロット１３２とスロット形状に類似した長方形を有するが、励起スロット１３２のスロット形状に比べて長方形の形状が垂直/水平対比機構的に４５度回転した形態に形成される構造を有することによって、全体的にひし形と同様に形成され得る。このような構造は、励起スロット１３２と偏波スロット１４２との組み合わせにより一つの放射スロットを形成する構造と見なされる。

このように、従来の導波管スロットアレイアンテナを垂直/水平偏波で動作させるために、補助放射板１４が使用され、補助放射板１４の偏波スロット１４２は、励起スロット１３２から放射される信号の偏波面を４５度回転させるために励起スロット１３２に比べて４５度回転した方形を有することができる。この構造により、サイドローブ成分は、水平/垂直面の総長により相当に抑圧されるという長所がある。

しかしながら、補助放射板１４に形成される長方形の偏波スロット１４２がひし形に類似した形状を有するように垂直/水平対比４５度回転した形態に形成され、それによって、垂直/水平面での偏波スロット１４２間の配列間隔は、動作周波数の波長が考慮される場合に要求される適切な距離基準を満たさないことがある。すなわち、図１Ａにおいて、間隔を‘ａ’で表示するように、特に、相互に対角線上に位置した偏波スロット１４２間の距離が遠くなる可能性がある。このような構造は、グレーティングローブ(grating lobe)を発生させ得る。

より詳細に説明すれば、アレイアンテナにおいて、各アレイ間の距離が一つの波長を超える場合、各放射スロットから放射された信号の位相が同一になる一定の放射角度が発生する。この場合に発生するローブはグレーティングローブと称し、一種のメインローブである。グレーティングローブは、アレイアンテナでのアレイ素子の位相により発生し、この位相は、素子間距離により制御される。

図１Ｂは、例えば、図１Ａで相互に対角線上に位置した(距離：ｄ)２個の偏波スロットの位置Ｐ１，Ｐ２で、メインローブとグレーティングローブの発生状態を示す。図１Ｂを参照すると、メインローブとそれからθだけ回転した角度で２経路間の位相差が一つの波長λである場合、グレーティングローブが発生する。発生した角度は、以下の式で簡単に示すことができる。

グレーティングローブによって、該当国で制限しているＲＰＥ(Radiation Pattern Envelope)規格を満足させないようになる。したがって、このようなグレーティングローブを抑制する方案が要求される。

さらに、その他にも励起スロットの配列間隔を狭めて同一のアンテナ面積に複数の励起スロットを配置させるので、グレーティングローブを抑制する方案を考慮する余地もあるが、既存の構造では、分配板及び主放射板で信号を分配するキャビティ構造により励起スロットが２の累乗にアレイの数が増加するので、励起スロットの配置設計において制限があるという問題があった。

したがって、上記した従来技術の問題点を解決するために本発明の目的は、グレーティングローブをより効果的に抑制しつつ、偏波を発生させるための導波管スロットアレイアンテナを提供することにある。

本発明の他の目的は、スロットアレイの設計自由度を高めて全体的なアンテナ構造をより自由に実現させるための導波管スロットアレイアンテナを提供することにある。

上記のような目的を達成するために、本発明の一態様によれば、主放射板で動作周波数に対応する信号を放射する励起スロットアレイを有する導波管スロットアレイアンテナであって、主放射板上に設置され、主放射板の励起スロットアレイで放射される信号の偏波面を回転させる第１の補助放射板と、第１の補助放射板上に設置され、第１の補助放射板で偏波面が回転される信号を分配して放射する第２の補助放射板とを含む。

上記第１の補助放射板は、主放射板の励起スロットアレイに対応する構造に形成される第１の偏波スロットのアレイが形成され、第１の偏波スロットは、対応する励起スロットで放射される信号の偏波面を回転させる構造を有する。

上記第２の補助放射板は、第１の補助放射板の第１の偏波スロットに各々複数個が対応するように形成される第２の偏波スロットのアレイを有し、第１の補助放射板の第１の偏波スロットに各々放射される信号を対応する複数の第２の偏波スロットに分配する分配構造が形成される。

上記で、入力信号を受信するための導波管の少なくとも一部を形成する給電板と、給電板と結合されて入力信号を複数のカップリングスロットに分配するための分配導波管構造を有する分配板と、をさらに含み、主放射板は、分配板上に設置され、分配板の各カップリングスロットを通じて入力された信号を同一の割合で分配し、分配した信号を各々励起スロットアレイを通じて励起させるための複数のキャビティ構造を有する。

本発明の他の態様によれば、導波管スロットアレイアンテナであって、入力信号を複数のカップリングスロットに分配するための分配導波管構造を有する分配板と、分配板上に設置され、分配板の複数のカップリングスロットを通じて入力された信号を同一の割合で分配し、分配した信号を各々複数の励起スロットアレイを通じて励起させるために複数のカップリングスロットに対応するように構成される複数のキャビティ構造を有する放射板と、を含み、複数のキャビティ構造は、各々分配板の対応するカップリングスロットに提供される信号を４部分に分配するための４個の領域に区分するように設計され、４個の領域に各々複数の励起スロットが形成される。

本発明の一実施形態による導波管スロットアレイアンテナは、グレーティングローブをより効果的に抑制しつつ偏波を発生させ、それによって隣接固定型通信装置で隣接装備に与える影響を減少することができる。

さらに、本発明の一実施形態による導波管スロットアレイアンテナは、スロット配列の設計自由度を高めることによって、全体的なアンテナ構造をより自由に実現するようになる。それによって、不要なアンテナサイズの増加を防止し、適した配列水準を維持して加工複雑性を緩和して時間費用の損失を減少することができる。

従来の一実施形態による導波管スロットアレイアンテナの各レイヤが一部切断された斜視図である。 図１Ａの導波管スロットアレイアンテナでグレーティングローブの発生状態を示す例示図である。 本発明の第１の実施形態による導波管スロットアレイアンテナの各レイヤが一部切断された斜視図である。 図２に示した第２の補助放射板の一側を示す斜視図である。 図２に示した第２の補助放射板の他側を示す斜視図である。 図２に示した第２の補助放射板の第２の偏波スロットと第１の補助放射板の第１の偏波スロットとの接続関係を示す斜視図である。 図２に示した第２の補助放射板の第２の偏波スロットと第１の補助放射板の第１の偏波スロットとの接続関係を示す側面構造図である。 図２に示した第２の補助放射板の第２の偏波スロットと第１の補助放射板の第１の偏波スロットとの変形構造による接続関係を示す側面構造図である。 図２に示した第１の補助放射板の一側を示す斜視図である。 図２に示した放射板の一側方向の斜視図である。 図２に示した放射板の他側方向の斜視図である。 図２に示した分配板の一側方向の斜視図である。 図２に示した分配板の他側方向の斜視図である。 図２に示した給電板の平面図である。 本発明の第１の実施形態による導波管スロットアレイアンテナの内部信号の導波経路を示す構造図である。 図１４の導波管スロットアレイアンテナのグレーティングローブ特性を示すグラフである。 図１４の導波管スロットアレイアンテナの交差偏波特性を示すグラフである。 本発明の実施形態と比較するための導波管スロットアレイアンテナの主部を示す斜視図である。 図１７の導波管スロットアレイアンテナの内部信号導波経路を示す構造図である。 本発明の第２の実施形態による導波管スロットアレイアンテナの主部を示す斜視図である。 図１９の導波管スロットアレイアンテナの内部信号導波経路を示す構造図である。 本発明の第３の実施形態による導波管スロットアレイアンテナの主部を示す斜視図である。 図２１の導波管スロットアレイアンテナの内部信号導波経路を示す構造図である。 本発明の第４の実施形態による導波管スロットアレイアンテナの主部の一側時点を示す分離斜視図である。 図２３に示した導波管スロットアレイアンテナの他側時点の分離斜視図である 図２３に示した放射板の一側時点を示す斜視図である。 図２３に示した放射板の他側時点を示す斜視図である。 図２３に示した分配板の一側時点を示す斜視図である。 図２３に示した分配板の他側時点を示す斜視図である。 本発明の第５の実施形態による導波管スロットアレイアンテナの主部を示す斜視図である。 本発明の第６の実施形態による導波管スロットアレイアンテナの主部を示す斜視図である。

以下、本発明の望ましい実施形態を添付の図面を参照して詳細に説明する。

次の説明において、具体的な構成及び構成要素のような特定詳細は、ただ本発明の実施形態の全般的な理解を助けるために提供されるだけである。したがって、本発明の範囲及び趣旨を逸脱することなく、以下に説明される本発明の様々な変形及び変更が可能であることは、当該技術分野における通常の知識を持つ者には明らかである。

図２は、本発明の第１の実施形態による導波管スロットアレイアンテナの各レイヤが一部切断された斜視図であって、積層型多重構造を有する導波管スロットアレイアンテナ構造を示す。図２を参照すると、本発明の第１の実施形態による導波管スロットアレイアンテナは、従来と同様に、入力給電スロット１１２が形成される給電板１１と、給電板１１上に設置され、分配部とカップリングスロット１２２が形成される分配板１２と、分配板１２上に設置され、キャビティ構造と励起スロット(又は放射スロット）１３２が形成される主放射板１３を基本的に含む。さらに、本発明の特徴によって、上記アンテナは、主放射板１３上に設置され、偏波面が４５度傾いた偏波を発生するための第１の偏波スロット１４２が形成される第１の補助放射板１４と、第１の補助放射板１４上に設置され、第１の補助放射板１４で発生した偏波を分配して放射するための第２の偏波スロット１５２が形成される第２の補助放射板１５とを含む。

従来のように、給電板１１の給電スロット１１２から信号が入力される場合、これは、分配板１２を通じて同一の割合で分配され、各々分配された信号は、カップリングスロット１２２を通じて主放射板１３に形成された各キャビティに配信される。主放射板１３のキャビティに配信された信号は、各キャビティ別に、例えば、各々４個ずつ形成される励起スロット１３２を通じて、例えば均等な割合で分配され放射される。このような励起スロット１３２は、動作周波数に従って相互に所定の間隔及び配置を有するように配列される。

第１の偏波スロット１４２は、主放射板１３上に設置される第１の補助放射板１４に、従来と同様に、主放射板１３の各々の励起スロット１３２と一対一対応形態に形成される。第１の偏波スロット１４２は、ほぼ(長)方形のスロットが励起スロット１３２に比べて機構的に４５度回転される形態に形成される構造を有する。このような構造を通じて、第１の偏波スロット１４２に配信される信号は、偏波面が励起スロット１３２から放射される場合に比べて４５度回転される偏波信号が発生する。

本発明の第１の実施形態により、第１の補助放射板１４上に設置される第２の補助放射板１５に第１の補助放射板１４の各々の第１の偏波スロット１４２に複数個(例えば、２個)ずつ対応するように形成される第２の偏波スロット１５２と、第１の偏波スロット１４２別に信号を対応する複数の第２の偏波スロット１５２に分配するための分配構造が形成される。第１の偏波スロット１４２と複数の第２の偏波スロット１５２の形状(及び様子）は、相互に同一である。このような構造を通じて、第１の偏波スロット１４２で発生した偏波は、第２の偏波スロット１５２を通じて分配され放射される。

第１の補助放射板１４及び第２の補助放射板１５は、全体的に、主放射板１３の励起スロット１３２により励起された信号を偏波面が４５度傾くように回転させる構造と、電界面又は磁界面信号分配構造を用いる拡張したスロットアレイ構造をさらに形成することがわかる。

図３は、第２の補助放射板１５の上側(例えば、信号放射方向を基準として前方側)を示す斜視図であり、図４は、第２の補助放射板１５の下側(例えば、信号放射方向を基準として後方側)を示す斜視図であり、図５及び図６は、第２の補助放射板１５の第２の偏波スロット１５２及び第１の補助放射板１４の第１の偏波スロット１４２との接続関係を示す斜視図及び側面図である。図３乃至図６を参照して、第２の補助放射板１５及び第２の偏波スロット１５２の構成及び動作をより詳細に説明すると、主放射板１３の励起スロット１３２から配信される信号の電界は、第１の補助放射板１４の第１の偏波スロット１４２で４５度回転後固定され、第２の補助放射板１５の第２の偏波スロット１５２側に配信される。

第２の補助放射板１５に配信された信号は、第２の偏波スロット１５２の下側に形成された分配構造を通じて分配されて各々複数の第２の偏波スロット１５２に提供される。このような分配構造は、電界面に垂直又は水平方向に分岐される分配構造を有することができる。第２の偏波スロット１５２に分配され提供される信号は、空間に放射され、全体的なアンテナの放射パターンで表現され得る。

第２の補助放射板１５の上側から見る場合、第２の偏波スロット１５２の配列間隔は、例えば、分岐された面に従って第１の補助放射板１４の第１の偏波スロット１４２の配列間隔に比べて半分間隔である。すなわち、このような構造により、第２の補助放射板１５に形成される第２の偏波スロット１５２の垂直/水平面での配列間隔は、動作周波数対比一つの波長以内を十分に満足させるようになることで、グレーティングローブが十分に抑制される。

図７は、図２に示した第２の補助放射板１５の第２の偏波スロット１５２及び第１の補助放射板１４の第１の偏波スロット１４２の変形構造を示す。図７に示す変形構造を説明すると、第２の補助放射板１５に第２の偏波スロット１５２-１が同様に形成されるが、第２の偏波スロット１５２の下側に分配構造が形成されない。この分配構造は、第１の補助放射板１４の第１の偏波スロット１４２-１の上側に形成される。すなわち、図７に示す変形構造では、第２の補助放射板１５には第２の偏波スロット１５２-１のみが形成され、第１の補助放射板１４は、第１の偏波スロット１４２-１及びその上側に形成される分配構造を有する。

第１の補助放射板１４及び第２の補助放射板１５が相互に結合される場合、第１の偏波スロット１４２-１、分配構造、及び第２の偏波スロット１５２-１により形成される内部信号が配信される導波経路の形状は、図２乃至図６に示す構造により形成される導波経路の形状と実際に同一であり、信号の配信特性は同一である。

図８は、図２に示した第１の補助放射板１４の一側を示す斜視図であり、図９は、図２に示した放射板１３の上側(例えば、信号放射方向を基準として前方側)を示す斜視図であり、図１０は、図２に示した放射板１３の下側(例えば、信号放射方向を基準として後方側)を示す斜視図であり、図１１及び図１２は図２に示した分配板１２の上側及び一側を示す斜視図であり、図１３は、図２に示した給電板１１の平面図である。図８乃至図１２を参照して、導波管スロットアレイアンテナの基本的な構成及び動作についてより詳細に説明する。図８乃至図１２は、上側から下側へ各板が設置された順序に従って示すが、下記の説明では信号入力及び導波経路を基準として説明する。

まず、入力コネクタ(図示せず)等を通じて入力された信号を案内するための導波管(図示せず）は、給電板１１の底面を基準として一側に適切な形態に形成される。給電板１１の底面は、例えば、数ミリメートルから数十ミリメートルに形成され得る。給電スロット１１２は、給電板１１の導波管の末端に形成され、給電スロット１１２は、対応する分配板１２に形成される分配導波管の大きさに従って整合するために多段で構成されてもよい。給電板１１の背面は、正規化された導波管フランジの締結部に対応する穴又はタブ(tab)が加工できる。

給電板１１と接続する分配板１２は、給電板１１の給電スロット１１２を通じて入力された信号を複数のカップリングスロット１２２に分配するための分配導波管構造を有する。このような分配導波管構造の最終分岐されるブランチの数は２の累乗の数に分配される構造を有し、上下左右対称の構造を有する。このような分配導波管構造は、電界又は磁界分配構造を有することができる。電界又は磁界の分配構造は、整合特性を考慮してアイリス(iris)と隔壁(septum)構造をさらに含むことができる。分配導波管構造において、カップリングスロット１２２は、各々分岐される最終ブランチの末端に形成される。このとき、カップリングスロット１２２は、分配導波管構造の最終ブランチの末端で導波管構造の中心からオフセットされて一側に偏るように位置し、それによって強いカップリングを起こす。分配板１２に接続される主放射板１３は、分配板１２の各カップリングスロット１２２を通じて入力された信号を均等又は不均等な割合で分配し、分配した信号を各々励起スロット１３２を通じて励起させるためのキャビティ構造を有する。分配板１２の各カップリングスロット１２２は、主放射板１３の各々の対応するキャビティの中央に位置するように設計される。各キャビティは、例えば４個の励起スロット１３２が形成されるように構成され、４個の励起スロット１３２のそれぞれの共振条件を適切に形成するために、キャビティの各面に垂直方向に一定の長さの隔壁が形成される。

図８乃至図１２に示すように、給電板１１、分配板１２、及び主放射板１３が設計され、これに対応して第１の補助放射板１４及び第２の補助放射板１５が設計される。また、給電板１１、分配板１２、主放射板１３、第１の補助放射板１４、及び第２の補助放射板１５は、設計構造に合うように整列されて相互結合される。このとき、各板の結合方式は、スクリューを用いるネジ締結方式や、はんだ付け方式又は高周波熔接方式を適用できる。

図１４は、本発明の第１の実施形態による導波管スロットアレイアンテナの内部信号導波経路(のうち一部）の構造図であって、図１４の(ｂ)には本発明の一実施形態による構造を示し、図１４の(ａ)には、比較のために、図１に示したような従来の導波管スロットアレイアンテナに該当する内部信号導波経路(又はその一部)を示す。図１５は、図１４の導波管スロットアレイアンテナのグレーティングローブ特性を示すグラフであり、図１６は、図１４の導波管スロットアレイアンテナの交差偏向特性を示すグラフである。図１６の(ｂ)に、本発明の第１の実施形態による特性グラフを示し、これに対して図１６の(ａ)には、図１に示したような従来の導波管スロットアレイアンテナに該当する特性グラフを示す。

図１４乃至図１６を参照すると、本発明による導波管スロットアレイアンテナは、従来に比べて、第２の補助放射板１５がさらに含むと見なされ、物理的に一つのレイヤ(板）がさらに積層される構造や、アンテナの全体的な高さは従来と同一に実現できる。すなわち、図１４に示すように、従来のアンテナの全体高さｈ１と本発明によるアンテナの全体高さｈ２は同一に設計できる。このような設計の際にも、図１５に示すように、１次及び２次のサイドローブの大きさは既存と類似するが、本発明によるアンテナのグレーティングローブ特性がさらに改善されることがわかる。

さらに、導波管スロットアレイアンテナで、交差偏波の決定要因は最終端の放射スロットの高さが支配的に作用する。図１４に示すように、従来のアンテナ最終端の放射スロット(第１の偏波スロット）の高さｈ１１に比べて、本発明によるアンテナの最終端の放射スロット(第２の偏波スロット）の高さｈ２１がより低く設計されることがわかる。これは、本発明によるアンテナの全体高さを従来と同一に設計することによる結果であるが、図１６に示すように、このような設計時にも交差偏波特性の劣化現状はないことを確認できる。さらに、一般的に主偏波と交差偏差の差が大きいほど性能が優れると見なされるが、図１６のように、本発明によるアンテナは交差偏波特性が大幅改善されることを確認できる。このように、本発明では、アンテナの最終端の放射スロットの高さを最適化するように設計できる。

図１７は、本発明の実施形態と比較するための導波管スロットアレイアンテナの主部を示す斜視図であり、図１８は、図１７の導波管スロットアレイアンテナの内部信号導波経路を示す構造図である。図１７及び図１８に示す導波管スロットアレイアンテナは、図２に示した第１の実施形態の構造のように、給電板２１、分配板２２、及び放射板２３が順に積層される構造を基本的に有することができる。また、図１７及び図１８に示してはいないが、補助放射板が、放射板２３上には図２に示した構造のように偏波発生のためにさらに設置されてもよい。

一方、図２と他の図面に示す構造では、給電板の給電スロットを通じて入力信号が提供される構造を例として開示しているが、図１７及び図１８では、例えば分配板２２の一側面に信号入力のための開口簡が形成される給電導波管２１２を通じて入力信号が提供される構造を示す。このとき、分配板２２は、給電導波管２１２及び該当給電導波管２１２を介して入力された信号を分配するための分配導波管構造の空き領域を形成し、給電板２１は、単に平板形状で構成されることができる。

図１７及び図１８に示す構造において、信号が給電導波管２１２に入力される場合、この信号は、分配板２２を通じて同一の割合で分配され、各々分配された信号は、放射板２３に形成された各キャビティ２２０に配信される。放射板２３のキャビティ２２０に配信された信号は、各キャビティ２２０に対して、例えば各々４個ずつ形成される励起スロット２３２を通じて、例えば均等な割合で分配され放射される。この励起スロット２３２は、動作周波数により所定の間隔及び配置を有するように配列される。

一方、図１７及び図１８に示すように、一般的に導波管スロットアレイアンテナ(及び他の平面形アンテナ)において、入力信号が、分配板２２で２の累乗で、例えば均等に分配され、放射板２３で分配され、最終放射される励起スロット２３２を通じて放射される信号が２の累乗の数に分配される構造を有するので、励起スロット２３２は、２×２、４×４の配列のように２の累乗の形態で配列される。例えば、図１７及び図１８に示す放射板２３では、分配板２２の一つのカップリングスロットを通じて入力され、放射板２３の一つのキャビティに配信される信号は、キャビティ別に４個ずつ形成される励起スロット２３２を通じて放射されるように構成される。したがって、このような構造は、励起スロット２３２が総４×４、８×８、１６×１６などのアレイを有することがわかる。

このように、一般的に導波管スロットアレイアンテナでは、信号分配構造がＨ-ジャンクション(junction)構造を使用して対称的で効率的な給電網構造を実現可能になる。しかしながら、このような構造により、水平及び垂直ビームパターンの制限があり、利得に対するフレキシブルな設計が難しくなり、必要以上の体積を有する可能性がある。また、場合によっては、非対称構造のアレイ設計の場合、このようなＨ-ジャンクション構造は採用することが難しく、所望する構造のアレイを実現するためには別途の追加レイヤが必要であり、全体的な厚さが厚くなることによって薄型構造(low profile)設計に制限を有する。

また、図１７及び図１８に示す放射板の構造では、励起スロットの配列間隔が図２に示した他の実施形態より狭くすることができ、場合によっては、図２に示したような第１の補助放射板を具備する場合に、その上側に別の第２の補助放射板などを具備せずにもグレーティングローブが抑制され得る。

図１９は、本発明の第２の実施形態による導波管スロットアレイアンテナの主部を示す斜視図であり、図２０は、図１９の導波管スロットアレイアンテナの内部信号導波経路の構造図であって、励起スロットが最小アレイ単位(例えば、４×２）で配列される基本構造の一例を示す。図１９及び図２０を参照すると、本発明の第２の実施形態による導波管スロットアレイアンテナは、図１７及び図１８に示した構造と同様に、給電板３１と、給電板３１上に積層するように設置され、給電導波管３１２及び給電導波管３１２を通じて入力された信号をカップリングスロット(図示せず)を通じて放射板３３に配信するための導波管構造を有する分配板３２と、分配板３２上に積層するように設置され、複数の励起スロット３３２(３３２-１，３３２-２，３３２-３，３３２-４，３３２-５，３３２-６，３３２-７，３３２-８）が形成され、分配板３２のカップリングスロットを通じて入力された信号を分配し、励起スロット３３２を通じて励起させるキャビティ構造３３０を有する放射板３３を含む。また、図１８及び図１９に示していないが、補助放射板が、放射板３３上に偏波発生のためにさらに設置され得る。

放射板３３の構造をより詳細に説明すると、放射板３３のキャビティ構造３３０は、分配板３２から提供された信号を４部分に、例えば、均等に分配するために４個の領域ａ、ｂ、ｃ、ｄに区分されるように設計し、それによってキャビティの各面に垂直方向に一定の長さの隔壁が形成される。このとき、キャビティ構造３３０の４個の各領域ａ、ｂ、ｃ、ｄには、図１７及び図１８に示す構造とは異なり、各々２個の励起スロットが形成される。例えば、キャビティ構造３３０において、第１の領域ａには第１及び第２の励起スロット３３２-１，３３２-２が形成されるが、第１及び第２の励起スロット３３２-１，３３２-２はアレイ基準軸(例えば、縦軸)に比べてその中心が相反するようにオフセットされるように設計される。このような励起スロットのアレイ構造は、各励起スロットに提供される信号の強さが可能な限り強く、均等に分配するためのものである。同様に、第２の領域ｂには、第３及び第４の励起スロット３３２-３，３３２-４が形成され、第３の領域ｃには第５及び第６の励起スロット３３２-５，３３２-６が形成され、第４の領域ｄには第７及び第８の8励起スロット３３２-７，３３２-８が形成される。

一方、図１９及び図２０に示す構造において、分配板３２は、給電導波管３１２を通じて入力された信号を実際に分配なしにその通りに一つのカップリングスロットを通じて放射板３３に配信する構造を有することがわかる。これは、図１９及び図２０に示す励起スロットアレイ構造が説明の便宜のために、例えば４×２(横×縦）の最小アレイ単位を有することを示すためである。このような最小アレイ単位構造を重複して構成する場合、分配板３２は、重複構成される最小アレイ単位で入力信号を分配する構成を有することが理解できる。

図２１は、本発明の第３の実施形態による導波管スロットアレイアンテナの主部を示す斜視図であり、図２２は、図２１の導波管スロットアレイアンテナの内部信号の導波経路を示す斜視図であって、励起スロットが最小アレイ単位(例えば、６×２）で配列される基本構造の一例を示す。図２１及び図２２を参照すれば、本発明の第３の実施形態による導波管スロットアレイアンテナは、図１９及び図２１に示す第２の実施形態による構造と同様に、給電板４１と、給電板４１上に積層されるように設置され、給電導波管４１２及び給電導波管４１２を通じて入力された信号をカップリングスロット(図示せず)を通じて放射板４３に伝達するための導波管構造を有する分配板４２と、分配板４２上に積層されるように設置され、複数の励起スロット４３２(４３２-１，４３２-２，４３２-３，４３２-４，４３２-５，４３２-６，４３２-７，４３２-８，４３２-９，４３２-１０，４３２-１１，４３２-１２）が形成され、分配板４２のカップリングスロットを通じて入力された信号を分配し、励起スロット４３２を通じて励起させるキャビティ構造４３０を有する放射板４３を含む。さらに、その他にも放射板４３上には偏波発生のための補助放射板(図示せず)が追加して設置され得る。

放射板４３の構造をより詳細に説明すると、放射板４３のキャビティ構造４３０は、分配板４２から提供された信号を４部分に、例えば、均等分配するために４個の領域ａ，ｂ，ｃ，ｄに区分されるように設計され、それによって、キャビティの各面に垂直方向に一定の長さの隔壁が形成される。このとき、キャビティ構造４３０の４個の各領域ａ，ｂ，ｃ，ｄには、図１９及び図２０に示した構造とは違い、各々３個の励起スロットが形成される。すなわち、キャビティ構造４３０で第１の領域ａには第１乃至第３の励起スロット４３２-１，４３２-２，４３２-３が形成され、第１乃至第３の励起スロット４３２-１，４３２-２，４３２-３は、アレイ基準軸(例えば、縦軸)に比べてその中心が隣接した励起スロットに比べて相反するようにオフセットされるように設計される。もちろん、このような励起スロットのアレイ構造は、各励起スロットに提供される信号強さが可能な限り強く、均等に分配させるためのものである。同様に、第２の領域ｂに第４乃至第６の励起スロット４３２-４，４３２-５，４３２-６が形成され、第３の領域ｃには第７及び第９の励起スロット４３２-７，４３２-８，４３２-９が形成され、第４の領域ｄには第１０及び第１２の励起スロット４３２-１０，４３２-１１，４３２-１２が形成される。

図１９乃至図２２に示すように、本発明の第２及び第３の実施形態による導波管スロットアレイアンテナでは、一般的な方式である２の累乗で配列される構造に比べて放射板の励起スロットアレイ構造をフレキシブルに設計できる。さらに、それによって、全体的なアンテナ構造が任意の大きさで最大指向性を実現でき、全体的に薄型構造を維持できる。特に、このような第２及び第３の実施形態による構造を適切に並行して適用することによって、多様なアレイ構造を有する導波管スロットアレイアンテナを容易に実現できる。

図２３は、本発明の第４の実施形態による導波管スロットアレイアンテナの主部の一側(例えば、上側)時点を示す分離斜視図であり、図２４は、図２３の導波管スロットアレイアンテナの他側(例えば、下側)時点を示す分離斜視図であり、図２５及び図２６は、図２３のうち放射板５３の一側及び他側時点の斜視図であり、図２７及び図２８は図２３のうち分配板５２の一側及び他側時点の斜視図であり、励起スロットが、例えば１０×４(縦×横）のアレイ構造を有することを示す。

図２３乃至図２８を参照すれば、本発明の第４の実施形態による導波管スロットアレイアンテナは、他の実施形態の構造のように、給電板５１と、給電板５１上に積層されるように設置され、給電導波管５１２及び給電導波管５１２を通じて入力された信号を、例えば２の累乗の数に設計される複数のカップリングスロット５２２を通じて均等又は不均等に分配して放射板５３に配信するための分配導波管構造を有する分配板５２と、分配板５２上に積層されるようように設置され、励起スロットが形成され、分配板５２の複数のカップリングスロット５２２を通じて入力された信号を分配し、励起スロットを通じて励起させるキャビティ構造を有する放射板５３を含んで構成される。さらに、補助放射板(図示せず)は、放射板５３上に偏波発生のために追加して設置され得る。

放射板５３の構造をより詳細に説明すれば、本発明の第４の実施形態による放射板５３は、実際に以前の他の実施形態による放射板の構造を重複使用して適切に配置及び接続する構造であることがわかる。例えば、図２３に示すように、実際に１０×４アレイ構造の放射板５３は、図１９及び図２０に示す第２の実施形態による４×２の最小アレイ単位構造がａ領域及びｃ領域の２箇所に適用(それによって、例えば４×４アレイ構造が形成)され、図２１及び図２２に示す第３の実施形態による６×２最小アレイ単位の構造がｂ領域及びｄ領域の２箇所に適用(それによって、例えば６×４アレイ構造を形成)される。すなわち、図２３で示す放射板５３は、第２及び第４の実施形態による最小アレイ単位の構造が各々２個ずつ、総４個の最小アレイ単位の構造を適用して実現し、このとき、分配板５２は、このような４個の最小アレイ単位構造の各々に入力信号を均等又は不均等に分配する構造を有する。

図２９は、本発明の第５の実施形態による導波管スロットアレイアンテナの主部を示す斜視図であって、励起スロットが例えば、８×４(縦×横）のアレイ構造を有することを示す。図２９を参照すれば、本発明の第５の実施形態による導波管スロットアレイアンテナは、図２３乃至図２８に示す第４の実施形態の構造と同様に、給電板６１と、分配板６２及び放射板６３が積層される構造を有する。

このとき、図２９に示すように、実際に８×４アレイ構造の放射板６３は、図１９及び図２０に示す第２の実施形態による４×２最小アレイ単位の構造を４個使用して相互接続して実現できる。

図３０は、本発明の第６の実施形態による導波管スロットアレイアンテナの主部を示す斜視図であって、励起スロットが、例えば１０×８(縦×横）のアレイ構造を有することを示す。図３０を参照すれば、本発明の第６の実施形態による導波管スロットアレイアンテナは、図２３乃至図２８に示す第４の実施形態の構造のように、給電板７１、分配板７２、及び放射板７３が積層される構造を有する。

このとき、図３０に示す１０×８アレイ構造の放射板７３は、図１９及び図２０に示す第２の実施形態による４×２最小アレイ単位構造と、図２１及び図２２に示す第３の実施形態による６×２最小アレイ単位構造と、各々４個ずつ使用して相互接続して実現できる。

上記のように、本発明の実施形態による導波管スロットアレイアンテナの構成及び動作がなされることができ、上記した本発明の説明では具体的な実施形態に関して説明したが、多様な変形が本発明の範囲を逸脱することなく実施できる。

例えば、上記の説明では、第１の実施形態による補助放射板が適用される給電板１１、分配板１２、及び主放射板１３の具体的な構造に対して説明したが、このような構造以外にも、放射スロットアレイを有する多様な構造の導波管スロットアレイアンテナでも本発明の補助放射板が適用できる。すなわち、多様な構造を有する導波管スロットアレイアンテナにおいて、本発明の第１の実施形態による構造のように、偏波を発生するために、該当放射スロットアレイに対応して第１の偏波スロット及び第２の偏波スロットが形成される第１及び第２の補助放射板を設置する構成が可能である。

さらに、上記の説明では、第２及び第３の実施形態による最小アレイ単位構造を複数個使用して第４乃至第６の実施形態のように拡張したアレイ構造を有することを一部の例として説明したが、その他にも第２及び第３の実施形態による最小アレイ単位構造を複数個使用して他の任意のアレイ構造を適切に実現できる。

また、第２乃至第６の実施形態の構造では、例えば、分配板に給電導波管が形成されることを例として挙げたが、それ以外にも第１の実施形態の構造のように、給電板に給電スロットが形成される構造を採用できることはもちろんである。

以上、本発明の詳細な説明においては具体的な実施形態に関して説明したが、特許請求の範囲を外れない限り、様々な変更が可能であることは、当該技術分野における通常の知識を持つ者には明らかである。したがって、本発明の範囲は、前述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載及びこれと均等なものに基づいて定められるべきである。

Claims (7)

1. 主放射板で動作周波数に対応する信号を放射する励起スロットアレイを有する導波管スロットアレイアンテナであって、
   前記主放射板上に設置され、前記主放射板の励起スロットアレイで放射される信号の偏波面を回転させる第１の補助放射板と、
   前記第１の補助放射板上に設置され、前記第１の補助放射板で偏波面が回転される信号を分配して放射する第２の補助放射板とを含み、
   前記第１の補助放射板は、前記主放射板の前記励起スロットアレイに対応する構造に形成される第１の偏波スロットのアレイが形成され、
   前記第１の偏波スロットは、対応する励起スロットで放射される信号の偏波面を回転させる構造を有し、
   前記第２の補助放射板は、前記第１の補助放射板の第１の偏波スロットに各々複数個が対応するように形成される第２の偏波スロットのアレイを有し、
   前記第１の補助放射板の第１の偏波スロットに各々放射される信号を対応する複数の前記第２の偏波スロットに分配する分配構造が形成され、
   前記第１の偏波スロットと前記第２の偏波スロットの形状は相互に同一であることを特徴とする導波管スロットアレイアンテナ。
2. 前記第１の偏波スロットは前記励起スロットに類似したスロット形状を有し、前記第１の偏波スロットのスロット形状は、前記励起スロットのスロット形状に比べて垂直/水平対比４５度回転した形状に形成され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イアンテナ。
3. 入力信号を受信するための導波管の少なくとも一部を形成する給電板と、
   前記給電板と結合されて前記入力信号を複数のカップリングスロットに分配するための分配導波管構造を有する分配板と、をさらに含み、
   前記主放射板は、前記分配板上に設置され、前記分配板の各カップリングスロットを通じて入力された信号を同一の割合で分配し、分配した信号を各々前記励起スロットアレイを通じて励起させるための複数のキャビティ構造を有することを特徴とする請求項１または２に記載の導波管スロットアレイアンテナ。
4. 前記主放射板の前記複数のキャビティ構造は、前記分配板の対応するカップリングスロットに提供された信号を４部分に分配するための４個の領域に区分するように設計され、前記４個の領域に各々複数の励起スロットが形成されることを特徴とする請求項３に記載の導波管スロットアレイアンテナ。
5. 入力信号を複数のカップリングスロットに分配するための分配導波管構造を有する分配板と、
   前記分配板上に設置され、前記分配板の前記複数のカップリングスロットを通じて入力された信号を同一の割合で分配し、分配した信号を各々複数の励起スロットアレイを通じて励起させるために前記複数のカップリングスロットに対応するように構成される複数のキャビティ構造を有する放射板と、を含み、
   前記複数のキャビティ構造は、各々前記分配板の対応するカップリングスロットに提供される信号を４部分に分配するための４個の領域に区分するように設計され、前記４個の領域に各々複数の励起スロットが形成され、
   前記キャビティ構造の前記４個の領域に各々形成される前記複数の励起スロットは、前記４個の領域に各々２個又は３個が形成されることを特徴とする導波管スロットアレイアンテナ。
6. 前記キャビティ構造の前記４個の領域に各々形成される前記複数の励起スロットは、アレイ基準軸に比べてその中心が隣接した励起スロットに相反するようにオフセットされることを特徴とする請求項５に記載の導波管スロットアレイアンテナ。
7. 前記放射板上に設置され、前記放射板の前記励起スロットアレイで放射される信号の偏波面を回転させる第１の補助放射板と、
   前記第１の補助放射板上に設置され、前記第１の補助放射板で偏波面が回転される信号を分配して放射する第２の補助放射板と、
   を含むことを特徴とする請求項５または６に記載の導波管スロットアレイアンテナ。