JP6522247B2 - アレーアンテナ装置及びアレーアンテナ装置の製造方法 - Google Patents
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Description
以下の特許文献1には、直交する2偏波の信号を送受信することが可能なアレーアンテナ装置が開示されている。
第1アンテナにより送受信される電磁波は水平偏波であり、第2アンテナにより送受信される電磁波は垂直偏波である。
そして、第1の導波管における管内の断面形状は、長手方向が管幅方向、短手方向が高さ方向であり、第2の導波管における管内の断面形状は、長手方向が高さ方向、短手方向が管幅方向である。
このため、送受信する電磁波の波長によっては、第1の導波管の管幅が広くなり、第2の導波管の管高が高くなってしまうことがある。この結果、アレーアンテナ装置全体の外形寸法が大きくなってしまうことがあるという課題があった。
なお、第1の導波管の管幅が広くなることで、複数の第1アンテナの配置間隔が、第1アンテナにより送受信される電磁波の1波長以上になることがある。同様に、複数の第2アンテナの配置間隔が、第2アンテナにより送受信される電磁波の1波長以上になることがある。第1アンテナの配置間隔や第2アンテナの配置間隔が、送受信する電磁波の1波長以上になると、不要な方向への電磁波の放射であるグレーティングローブが発生してしまうことがある。
また、この発明は、上記のアレーアンテナ装置の製造方法を得ることを目的とする。
図1はこの発明の実施の形態1によるアレーアンテナ装置を示す斜視図であり、図2は図1のAから見たアレーアンテナ装置を示す断面透視図である。
図1及び図2において、x方向は導波管スロットアレーアンテナ10,20の管軸方向、y方向は導波管スロットアレーアンテナ10,20の管幅方向、z方向は導波管スロットアレーアンテナ10,20の高さ方向である。
導波管スロットアレーアンテナ10と導波管スロットアレーアンテナ20はy方向に交互に配列されている。
第1の導波管である導波管11は外周部13が金属などの導体であり、内部である管内14が中空や誘電体などの絶縁体である。
なお、導波管11の外周部13としては、アルミニウムを用いることが一般的であるが、送受信する信号の無線周波数に対して導体として動作するものであればよく、アルミニウム以外の金属などを用いるようにしてもよい。
この実施の形態1では、スロット12aとスロット12bは、互いにy方向にずれて配列されている。
スロット12aとスロット12bが一直線上に配列されている場合には、スロット12aにより送受信される主偏波と、スロット12bにより送受信される主偏波とが互いに打ち消し合ってしまうことがあるからである。
リッジ部15は導波管11における管内14の底部14aから導波管11の表面11a側に伸びている第1の突起物である。
したがって、導波管スロットアレーアンテナ10における導波管11は、内部に第1の突起物が形成されているリッジ導波管である。
第2の導波管である導波管21は外周部23が金属などの導体であり、内部である管内24が中空や誘電体などの絶縁体である。
なお、導波管21の外周部23としては、アルミニウムを用いることが一般的であるが、送受信する信号の無線周波数に対して導体として動作するものであればよく、アルミニウム以外の金属などを用いるようにしてもよい。
第2のスロットであるスロット22はx方向を主偏波とする信号を送受信するために、導波管21の表面21aに設けられている開口部であり、この開口部の長手方向はy方向である。
リッジ部26は導波管21における管内24の側部24bから側部24a側に伸びている第2の突起物である。
したがって、導波管スロットアレーアンテナ20における導波管21は、内部に第2の突起物が形成されているリッジ導波管である。
即ち、リッジ部15における平面15aと、リッジ部25,26における平面25a,26aとが、図2のBが示す面内である。
なお、リッジ部25,26が有している平面25c,26cについても、導波管21の表面21aと平行な平面であるため、平面25c,26cが、図2のBが示す面内であるものであってもよい。しかし、この実施の形態1では、平面25a,26aが、図2のBが示す面内である方が、後述する第1の部材31の加工が容易であるため、平面25a,26aが、図2のBが示す面内になっている。
即ち、導波管11における管内14の底部14aは、導波管21における管内24の底部24cより、+z方向の位置に設けられている。
第2の部材32は、アレーアンテナ装置を構成している複数の部材のうち、分割面Bより−z側の部材であり、かつ、図2のCが示す面(以下、「分割面C」と称する)より+z側の部材である。
第3の部材33は、アレーアンテナ装置を構成している複数の部材のうち、分割面Cより−z側の部材である。
このため、例えば、導波管スロットアレーアンテナ10及び導波管スロットアレーアンテナ20を10ずつ配列する態様が考えられる。
図1及び図2では、図面の簡単化のために、導波管スロットアレーアンテナ10と、導波管スロットアレーアンテナ20とが4つずつ配列されている例を示している。
導波管スロットアレーアンテナ10,20が信号を送信する送信アンテナとして用いられる場合、送信対象の信号は、例えば、導波管11,21における+x方向又は−x方向の端部から入力される。
導波管11,21における+x方向又は−x方向の端部から入力された信号は、導波管11,21の管内14,24を伝搬される。
導波管11の管内14を伝搬された信号は、導波管11の表面11aに形成されているスロット12a,12bから、y方向を主偏波とする信号として外部に放射される。
また、導波管21の管内24を伝搬された信号は、導波管21の表面21aに形成されているスロット22から、x方向を主偏波とする信号として外部に放射される。
また、外部から到来して来たx方向を主偏波とする信号は、導波管21の表面21aに形成されているスロット22から入射される。
スロット12a,12bから入射された信号は、導波管11の管内14を伝搬され、例えば、導波管11の+x方向又は−x方向の端部から出力される。
また、スロット22から入射された信号は、導波管21の管内24を伝搬され、例えば、導波管21の+x方向又は−x方向の端部から出力される。
ここでは、導波管スロットアレーアンテナ10,20における導波管11,21の+x方向又は−x方向の端部から信号が入出力される例を示しているが、例えば、導波管11,21の底部などに接続されている導波管等に対して信号が入出力されるものであってもよい。
即ち、導波管スロットアレーアンテナ10は、複数の導波管スロットアレーアンテナ10の配置間隔が、y方向を主偏波とする信号の1波長以上である場合、グレーティングローブを発生する。
また、導波管スロットアレーアンテナ20は、複数の導波管スロットアレーアンテナ20の配置間隔が、x方向を主偏波とする信号の1波長以上である場合、グレーティングローブを発生する。
また、導波管スロットアレーアンテナ20から発生されるグレーティングローブを抑えるには、複数の導波管スロットアレーアンテナ20の配置間隔を、x方向を主偏波とする信号の1波長未満とする必要がある。
複数の導波管スロットアレーアンテナ10の配置間隔及び複数の導波管スロットアレーアンテナ20の配置間隔を信号の1波長未満とするには、導波管スロットアレーアンテナ10,20における導波管11,21の管幅であるy方向の寸法を短くする必要がある。
また、図3Bは導波管11の内部にリッジ部15が設けられておらず、導波管21の内部にリッジ部25,26が設けられていない場合の導波管11,21におけるy方向及びz方向の寸法を示す説明図である。
図3A及び図3Bでは、図面の簡単化のため、導波管スロットアレーアンテナ10と、導波管スロットアレーアンテナ20とが2つずつ配列されている例を示している。
この実施の形態1では、導波管11,21がリッジ導波管であるものとしているが、以下、内部にリッジ部15又はリッジ部25,26が設けられていない導波管は、方形導波管であるものとして説明する。
このため、導波管11における管内14の断面形状は、仮に、導波管11が方形導波管であるとすれば、図3Bに示すように、長手方向がy方向、短手方向がz方向の方形となる。
ここで、リッジ導波管である導波管11は、方形導波管よりも、送受信する信号のカットオフ周波数が下がることが知られている。
したがって、リッジ導波管である導波管11は、方形導波管と比べて、図3A及び図3Bに示すように、管内14におけるy方向の寸法を短くすることができる。管内14におけるy方向の寸法を短くすることができれば、導波管11の管幅であるy方向の寸法を短くすることができる。
この場合、導波管スロットアレーアンテナ10からのグレーティングローブの発生を抑えることができる。
また、複数の導波管スロットアレーアンテナ20の配置間隔は、導波管11におけるy方向の寸法が短くなることで、x方向を主偏波とする信号の1波長未満になる場合がある。
この場合、導波管スロットアレーアンテナ20からのグレーティングローブの発生を抑えることができる。
この場合、導波管スロットアレーアンテナ10からのグレーティングローブの発生を抑えることができない。
また、複数の導波管スロットアレーアンテナ20の配置間隔は、導波管11におけるy方向の寸法が短くなっても、x方向を主偏波とする信号の波長によっては、x方向を主偏波とする信号の1波長以上となる場合がある。
この場合、導波管スロットアレーアンテナ20からのグレーティングローブの発生を抑えることができない。
また、リッジ導波管である導波管11は、リッジ部15の形状や大きさを変えることで、カットオフ周波数の低下量が変化する。
このため、リッジ導波管である導波管11は、リッジ部15の形状や大きさを変えることで、複数の導波管スロットアレーアンテナ10の配置間隔を、y方向を主偏波とする信号の1波長未満にすることが可能である。また、複数の導波管スロットアレーアンテナ10の配置間隔を、y方向を主偏波とする信号の1波長未満にすることができれば、その結果として、複数の導波管スロットアレーアンテナ20の配置間隔を、x方向を主偏波とする信号の1波長未満にすることも可能である。
複数の導波管スロットアレーアンテナ10の配置間隔を、y方向を主偏波とする信号の1波長未満にすることができれば、y方向を主偏波とする信号が、不要な方向へ放射されることを抑えることができる。
また、複数の導波管スロットアレーアンテナ20の配置間隔を、x方向を主偏波とする信号の1波長未満にすることができれば、x方向を主偏波とする信号が、不要な方向へ放射されることを抑えることができる。
このため、導波管21における管内24の断面形状は、仮に、導波管21が方形導波管であるとすれば、図3Bに示すように、長手方向がz方向、短手方向がy方向の方形となる。
ここで、リッジ導波管である導波管21は、方形導波管よりも、送受信する信号のカットオフ周波数が下がることが知られている。
したがって、リッジ導波管である導波管21は、方形導波管と比べて、図3A及び図3Bに示すように、管内24におけるz方向の寸法を短くすることができる。管内24におけるz方向の寸法を短くすることができれば、導波管21の管高であるz方向の寸法を短くすることができる。
図2及び図3の例では、導波管21におけるy方向の構造の対称性を良くするために、2つのリッジ部25,26を対称に設けているが、リッジ部25又はリッジ部26の一方だけを設けているものであってもよい。
また、スロット22の長手方向の寸法は、概ね、自由空間波長の2分の1の寸法に設計される。
このため、スロット22は、長手方向の両端がz方向に折り曲げられており、y方向の寸法が2分の1以下の寸法になっている。
したがって、スロット22における両端部分でのz方向の寸法は、導波管21におけるy方向の寸法を短くするほど、長くなる。
スロット22におけるz方向の寸法が長くなるほど、導波管スロットアレーアンテナ10における導波管11の表面11aと、導波管スロットアレーアンテナ20における導波管21の表面21aとの高低差が増加して、表面11a,21aに対する加工の手間が増える。
よって、導波管21における管内24のy方向の寸法は、自由空間波長の2分の1の寸法よりも若干短い寸法であることが望ましい。
ただし、リッジ部15におけるz方向の寸法が短いために、リッジ部15が有している平面15aにおけるz方向の位置が低くなる場合には、スロット12a,12bのy方向の位置変化に対する導波管11の電気的な変化が少なくなる。このため、スロット12a,12bのy方向の位置を変えても、導波管スロットアレーアンテナ10のインピーダンス整合を調整できなくなることがある。
したがって、平面15aにおけるz方向の位置は、リッジ部15におけるz方向の寸法をなるべく長くして、z方向の位置を高くすることで、導波管11における管内14の上部に近くなることが望ましい。
リッジ部25,26におけるz方向の寸法を長くした場合には、リッジ部25,26とアイリス40とが近接あるいは接触することがある。リッジ部25,26とアイリス40とが近接あるいは接触することで、導波管スロットアレーアンテナ20の特性が劣化することがある。
また、リッジ部25,26におけるz方向の寸法を長くした場合には、導波管スロットアレーアンテナ20の重量が増加する。
したがって、リッジ部25,26が有している平面25a,26aにおけるz方向の位置は、リッジ部25,26におけるz方向の寸法をなるべく短くすることで、低くなることが望ましい。
この実施の形態1では、その設計例として、リッジ部15が有している平面15aと、リッジ部25,26が有している平面25a,26aとが同一面である例を示している。
なお、導波管11におけるy方向の寸法が短くなることで、複数の導波管スロットアレーアンテナ10の配置間隔が、y方向を主偏波とする信号の1波長未満になり、また、複数の導波管スロットアレーアンテナ20の配置間隔が、x方向を主偏波とする信号の1波長未満になれば、グレーティングローブの発生を抑えることができる。
図4はこの発明の実施の形態1によるアレーアンテナ装置の製造方法を示すフローチャートである。
アレーアンテナ装置は、図2に示すように、第1の部材31と、第2の部材32と、第3の部材33とを備えている。
この実施の形態1では、第1の部材31、第2の部材32、第3の部材33のそれぞれを図2に示す形状に加工してから、第1の部材31と、第2の部材32と、第3の部材33とを接合することで、アレーアンテナ装置を製造することを想定している。
図5Aは第1の部材31の表面側を示し、図5Bは第1の部材31の裏面側を示している。
第1の部材31の表面とは、図2において、第1の部材31における上側の面であり、第1の部材31の裏面とは、図2において、第1の部材31における下側の面である。
第1の部材31における導波管21の管内24には、図5Bに示すように、アイリス40が設けられている。
図2及び図3では、図面の記載が煩雑にならないように、アイリス40の記載を省略している。
アイリス40は、x方向を主偏波とする信号がスロット22から放射されるようにするために、管内24の電磁界を擾乱する金属板である。
また、図5の例では、アイリス40を導波管21の管内24に設けているが、スロット22からx方向を主偏波とする信号を放射することができればよく、アイリス40を設けるものに限るものではない。したがって、例えば、導波管21の管内24に導体などを挿入するものであってもよい。
図6Aは第2の部材32の表面側を示し、図6Bは第2の部材32の裏面側を示している。
図7はアレーアンテナ装置における第3の部材33を示す斜視図である。図7は第3の部材33の表面側を示している。第3の部材33は平板である。
第2の部材32の表面とは、図2において、第2の部材32における上側の面であり、第2の部材32の裏面とは、図2において、第2の部材32における下側の面である。
また、第3の部材33の表面とは、図2において、第3の部材33における上側の面である。
第1の部材31の表面は、導波管21の表面21aを基準にすると、−z方向に凹んでいる部分がある。即ち、導波管11の表面11aは、導波管21の表面21aより−z方向に凹んでいる。
このため、例えば、第1の部材31を加工する前の部材(以下、「元部材P1」と称する)が平板である場合には、図2に示すように、元部材P1の上側を部分的に切削することで、導波管11の表面11aを形成する(図4のステップST1)。
次に、導波管11の表面11aに対して、長手方向がx方向である線状の溝を掘る溝加工を行うことで、スロット12a,12bを形成する(図4のステップST2)。
また、導波管21の表面21aに対して、長手方向がy方向である線状の溝を掘る溝加工を行うことで、スロット22を形成する(図4のステップST2)。
このため、図2に示すように、元部材P1の下側を部分的に切削することで、導波管11の管内14と、導波管21の管内24とを形成する(図4のステップST3)。ここでは、導波管11の管内14と導波管21の管内24とが、中空の絶縁体である例を示している。
ただし、導波管21の管内24にアイリス40を設ける場合には、元部材P1の下側を部分的に切削して、導波管21の管内24を形成する際、図5Bに示すように、アイリス40が残るように、元部材P1の下側を切削する。
ここでは、第1の部材31の表面側の加工を行ってから、第1の部材31の裏面側の加工を行う例を示しているが、第1の部材31の裏面側の加工を行ってから、第1の部材31の表面側の加工を行うようにしてもよい。
図8は第2の部材32の加工方法を示す説明図である。
第2の部材32の表面は、管内14と管内24とが設けられるため、分割面Bを基準にすると、−z方向に凹んでいる部分がある。
このため、例えば、第2の部材32を加工する前の部材(以下、「元部材P2」と称する)が平板である場合には、図2に示すように、元部材P2の上側を部分的に切削することで、導波管11の管内14を形成するとともに、導波管21の管内24の一部を形成する(図4のステップST4)。
このため、第2の部材32における管内24の断面形状は、y方向の幅が広い下側の矩形部と、y方向の幅が狭い上側の矩形部とが重なっている形状になっている。
管内24におけるy方向の幅が狭い上側の矩形部の加工は、第2の部材32の表面側からの切削によって容易に加工することができるが、管内24におけるy方向の幅が広い下側の矩形部の加工は、第2の部材32の表面側からの切削を行うよりも、第2の部材32の裏面側からの切削を行う方が容易である。
よって、ステップST4では、管内24におけるy方向の幅が狭い上側の矩形部の加工だけを行っている。
この平面研削加工は、加工面積が大きい平面研削盤などを用いることができるため、リッジ部15の平面15a及びリッジ部25,26の平面25a,26aを容易に加工することができる。
即ち、加工面積が大きい平面研削盤などを用いることで、リッジ部15の平面15aと、リッジ部25,26の平面25a,26aとを同時に加工できるため、加工時間を短縮することができる。
このため、図2に示すように、元部材P2の下側を部分的に切削することで、導波管21の管内24を形成する(図4のステップST6)。
管内24におけるy方向の幅が狭い上側の矩形部の加工は既に行われているので、ステップST6では、管内24におけるy方向の幅が広い下側の矩形部の加工だけを行う。
ここでは、第2の部材32の表面側の加工を行ってから、第2の部材32の裏面側の加工を行う例を示しているが、第2の部材32の裏面側の加工を行ってから、第2の部材32の表面側の加工を行うようにしてもよい。
また、ここでは、第1の部材31の加工を行ってから、第2の部材32の加工を行う例を示しているが、第2の部材32の加工を行ってから、第1の部材31の加工を行うようにしてもよい。
第1の部材31と第2の部材32とを接合する方法、第2の部材32と第3の部材33とを接合する方法としては、例えば、導電性接着剤によって接着する方法が考えられる。
第1の部材31と第2の部材32との接合面は、1面のみであり、第2の部材32と第3の部材33との接合面は、1面のみである。
このため、導電性接着剤を用いて、第1の部材31〜第3の部材33を接合する場合、1つの方向、即ち、z方向から第1の部材31〜第3の部材33に圧力をかけるだけで、第1の部材31〜第3の部材33を接合することができる。
ここでは、導電性接着剤を用いて、第1の部材31〜第3の部材33を接合する方法を示したが、導電性接着剤を用いる方法に限るものではなく、例えば、拡散接合、ろう付け、ネジ止めなどの方法によって、第1の部材31〜第3の部材33を接合するようにしてもよい。ネジ止めによって接合する場合でも、ネジをz方向に挿入するネジ止めを行えば、第1の部材31〜第3の部材33間の導通を得ることができる。
また、この実施の形態1では、第2の部材32と第3の部材33との分割面Cが、導波管21における管内24の底部24cの位置であるものを示している。これにより、第2の部材32における裏面側の加工が容易になる。
アレーアンテナ装置の分割面が分割面B’,C’である場合には、アレーアンテナ装置の分割面が分割面B,Cである場合よりも、第2の部材32における表面側及び裏面側の凹凸の数が増える。また、第3の部材33における表面側に凹凸が生じる。
このため、アレーアンテナ装置の分割面が分割面B’,C’である場合には、アレーアンテナ装置の分割面が分割面B,Cである場合よりも、第2の部材32に対する切削加工の手間が増加する。また、第3の部材33に対する切削加工も必要となる。
即ち、この実施の形態1のように、第1の部材31と第2の部材32との分割面Bが、導波管11におけるリッジ部15の平面15a及び導波管21におけるリッジ部25,26の平面25a,26aであり、かつ、第2の部材32と第3の部材33との分割面Cが、導波管21における管内24の底部24cの位置である場合よりも、第2の部材32及び第3の部材33に対する切削加工の手間が増加する。
このため、分割面Bが、導波管11におけるリッジ部15の平面15aより−z方向である場合には、第1の部材31と第2の部材32とを接合する際、分断されているリッジ部15がずれないように接合する必要がある。
したがって、第1の部材31と第2の部材32との分割面Bが、導波管11におけるリッジ部15の平面15aである場合よりも、接合面が増えるため、接合の工程が面倒になり、かつ、接合精度が劣化する可能性がある。その結果、接合不良による歩留まりの低下が想定される。
また、第2の部材32と第3の部材33との分割面Cが、導波管11における管内14の底部14aと、導波管21における管内24の底部24cとの間の位置であってもよい。
上記実施の形態1では、y方向を主偏波とする信号を送受信する導波管スロットアレーアンテナ10と、x方向を主偏波とする信号を送受信する導波管スロットアレーアンテナ20とを備えたアレーアンテナ装置について説明した。
この実施の形態2では、y方向を主偏波とする信号を送受信する導波管スロットアレーアンテナ10と、y方向を主偏波とする信号を送受信する導波管スロットアレーアンテナ50とを備えたアレーアンテナ装置について説明する。
図10及び図11において、図1及び図2と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
図11では、図面の簡単化のため、2つの導波管スロットアレーアンテナ10と、2つの導波管スロットアレーアンテナ50とが配列されている例を示している。
第2の導波管である導波管51は外周部53が金属などの導体であり、内部である管内54が中空や誘電体などの絶縁体である。
なお、導波管51の外周部53としては、アルミニウムを用いることが一般的であるが、送受信する信号の無線周波数に対して導体として動作するものであればよく、アルミニウム以外の金属などを用いるようにしてもよい。
この実施の形態2では、スロット52aとスロット52bは、互いにy方向にずれて配列されている。
スロット52aとスロット52bが一直線上に配列されている場合には、スロット52aにより送受信される主偏波と、スロット52bにより送受信される主偏波とが互いに打ち消し合ってしまうことがあるからである。
リッジ部55は導波管51における管内54の底部54aから導波管51の表面51a側に伸びている第2の突起物である。
したがって、導波管スロットアレーアンテナ50における導波管51は、内部に第2の突起物が形成されているリッジ導波管である。
即ち、リッジ部15における平面15aと、リッジ部55における平面55aとが、図11のBが示す面内である。
導波管スロットアレーアンテナ10,50が信号を送信する送信アンテナとして用いられる場合、送信対象の信号は、例えば、導波管11,51における+x方向又は−x方向の端部から入力される。
導波管11,51における+x方向又は−x方向の端部から入力された信号は、導波管11,51の管内14,54を伝搬される。
導波管11の管内14を伝搬された信号は、導波管11の表面11aに形成されているスロット12a,12bから、y方向を主偏波とする信号として外部に放射される。
また、導波管51の管内54を伝搬された信号は、導波管51の表面51aに形成されているスロット52a,52bから、y方向を主偏波とする信号として外部に放射される。
また、外部から到来して来たy方向を主偏波とする信号は、導波管51の表面51aに形成されているスロット52a,52bから入射される。
スロット12a,12bから入射された信号は、導波管11の管内14を伝搬され、例えば、導波管11の+x方向又は−x方向の端部から出力される。
また、スロット52a,52bから入射された信号は、導波管51の管内54を伝搬され、例えば、導波管51の+x方向又は−x方向の端部から出力される。
ここでは、導波管スロットアレーアンテナ10,50における導波管11,51の+x方向又は−x方向の端部から信号が入出力される例を示しているが、例えば、導波管11,51の底部などに接続されている導波管等に対して信号が入出力されるものであってもよい。
ただし、図10及び図11の例では、導波管スロットアレーアンテナ10の導波管11におけるy方向の寸法と、導波管スロットアレーアンテナ50の導波管51におけるy方向の寸法とが異なるため、導波管スロットアレーアンテナ10により送受信される信号の周波数帯域と、導波管スロットアレーアンテナ50により送受信される信号の周波数帯域とが異なっている。
この場合、導波管スロットアレーアンテナ10により送受信される信号の周波数帯域と、導波管スロットアレーアンテナ50により送受信される信号の周波数帯域とが同じになるが、同じ周波数帯域において、導波管スロットアレーアンテナ10,50が、互いに異なる周波数の信号を送受信するようにしてもよい。
即ち、導波管スロットアレーアンテナ10は、複数の導波管スロットアレーアンテナ10の配置間隔が、自己が送受信するy方向を主偏波とする信号の1波長以上である場合、グレーティングローブを発生する。
また、導波管スロットアレーアンテナ50は、複数の導波管スロットアレーアンテナ50の配置間隔が、自己が送受信するy方向を主偏波とする信号の1波長以上である場合、グレーティングローブを発生する。
また、導波管スロットアレーアンテナ50から発生されるグレーティングローブを抑えるには、複数の導波管スロットアレーアンテナ50の配置間隔を、導波管スロットアレーアンテナ50により送受信されるy方向を主偏波とする信号の1波長未満とする必要がある。
複数の導波管スロットアレーアンテナ10の配置間隔及び複数の導波管スロットアレーアンテナ50の配置間隔を信号の1波長未満とするには、導波管スロットアレーアンテナ10,50の管幅であるy方向の寸法を短くする必要がある。
リッジ導波管である導波管11,51は、方形導波管と比べて、管幅であるy方向の寸法を短くすることができる。
この場合、導波管スロットアレーアンテナ10からのグレーティングローブの発生を抑えることができる。
また、複数の導波管スロットアレーアンテナ50の配置間隔は、導波管11,51におけるy方向の寸法が短くなることで、導波管スロットアレーアンテナ50により送受信されるy方向を主偏波とする信号の1波長未満になる場合がある。
この場合、導波管スロットアレーアンテナ50からのグレーティングローブの発生を抑えることができる。
この場合、導波管スロットアレーアンテナ10からのグレーティングローブの発生を抑えることができない。
また、複数の導波管スロットアレーアンテナ50の配置間隔は、導波管11,51におけるy方向の寸法が短くなっても、導波管スロットアレーアンテナ50により送受信されるy方向を主偏波とする信号の波長によっては、y方向を主偏波とする信号の1波長以上となる場合がある。
この場合、導波管スロットアレーアンテナ50からのグレーティングローブの発生を抑えることができない。
また、リッジ導波管である導波管11,51は、リッジ部15,55の形状や大きさを変えることで、カットオフ周波数の低下量が変化する。
このため、リッジ導波管である導波管11,51は、リッジ部15,55の形状や大きさを変えることで、複数の導波管スロットアレーアンテナ10の配置間隔を、導波管スロットアレーアンテナ10により送受信されるy方向を主偏波とする信号の1波長未満にすることが可能である。同様に、複数の導波管スロットアレーアンテナ50の配置間隔を、導波管スロットアレーアンテナ50により送受信されるy方向を主偏波とする信号の1波長未満にすることが可能である。
複数の導波管スロットアレーアンテナ10の配置間隔を、導波管スロットアレーアンテナ10により送受信されるy方向を主偏波とする信号の1波長未満にすることができれば、y方向を主偏波とする信号が、不要な方向へ放射されることを抑えることができる。
また、複数の導波管スロットアレーアンテナ50の配置間隔を、導波管スロットアレーアンテナ10により送受信されるy方向を主偏波とする信号の1波長未満にすることができれば、y方向を主偏波とする信号が、不要な方向へ放射されることを抑えることができる。
なお、導波管11,51におけるy方向の寸法が短くなることで、複数の導波管スロットアレーアンテナ10の配置間隔が、導波管スロットアレーアンテナ10により送受信されるy方向を主偏波とする信号の1波長未満になり、また、複数の導波管スロットアレーアンテナ50の配置間隔が、導波管スロットアレーアンテナ50により送受信されるy方向を主偏波とする信号の1波長未満になれば、グレーティングローブの発生を抑えることができる。
アレーアンテナ装置は、図11に示すように、第1の部材31と、第2の部材32とを備えている。
この実施の形態2では、第1の部材31、第2の部材32のそれぞれを図11に示す形状に加工してから、第1の部材31と、第2の部材32とを接合することで、アレーアンテナ装置を製造することを想定している。
ここでは、第1の部材31を加工する前の部材(以下、「元部材P1」と称する)が平板であるものとする。
第1の部材31の表面の一部である導波管11の表面11aに対して、長手方向がx方向である線状の溝を掘る溝加工を行うことで、スロット12a,12bを形成する。
また、第1の部材31の表面の一部である導波管51の表面51aに対して、長手方向がx方向である線状の溝を掘る溝加工を行うことで、スロット52a,52bを形成する。
このため、図11に示すように、元部材P1の下側を部分的に切削することで、導波管11の管内14と、導波管51の管内54とを形成する。
ここでは、導波管11の管内14及び導波管51の管内54が、中空の絶縁体である例を示している。
また、ここでは、第1の部材31の表面側の加工を行ってから、第1の部材31の裏面側の加工を行う例を示しているが、第1の部材31の裏面側の加工を行ってから、第1の部材31の表面側の加工を行うようにしてもよい。
第2の部材32の表面は、管内14と管内54とが設けられるため、分割面Bを基準にすると、−z方向に凹んでいる部分がある。
このため、例えば、第2の部材32を加工する前の部材(以下、「元部材P2」と称する)が平板である場合には、図11に示すように、元部材P2の上側を部分的に切削することで、導波管11の管内14と、導波管51の管内54とを形成する。
この平面研削加工は、加工面積が大きい平面研削盤などを用いることができるため、リッジ部15の平面15a及びリッジ部55の平面55aを容易に加工することができる。
即ち、加工面積が大きい平面研削盤などを用いることで、リッジ部15の平面15aと、リッジ部55の平面55aとを同時に加工できるため、加工時間を短縮することができる。
ここでは、第1の部材31の加工を行ってから、第2の部材32の加工を行う例を示しているが、第2の部材32の加工を行ってから、第1の部材31の加工を行うようにしてもよい。
第1の部材31と第2の部材32とを接合する方法としては、例えば、導電性接着剤によって接着する方法が考えられる。第1の部材31と第2の部材32との接合面は、1面のみである。
このため、導電性接着剤を用いて、第1の部材31と第2の部材32とを接合する場合、1つの方向、即ち、z方向から第1の部材31と第2の部材32とに圧力をかけるだけで、第1の部材31と第2の部材32とを接合することができる。
ここでは、導電性接着剤を用いて、第1の部材31と第2の部材32とを接合する方法を示したが、導電性接着剤を用いる方法に限るものではなく、例えば、拡散接合、ろう付け、ネジ止めなどの方法によって、第1の部材31と第2の部材32とを接合するようにしてもよい。ネジ止めによって接合する場合でも、ネジをz方向に挿入するネジ止めを行えば、第1の部材31と第2の部材32間の導通を得ることができる。
これにより、第1の部材31における裏面側の加工が容易になり、また、第2の部材32における表面側の加工が容易になる。
上記実施の形態1では、y方向を主偏波とする信号を送受信する導波管スロットアレーアンテナ10と、x方向を主偏波とする信号を送受信する導波管スロットアレーアンテナ20とを備えたアレーアンテナ装置について説明した。
この実施の形態3では、x方向を主偏波とする信号を送受信する導波管スロットアレーアンテナ60と、x方向を主偏波とする信号を送受信する導波管スロットアレーアンテナ20とを備えたアレーアンテナ装置について説明する。
図12及び図13において、図1及び図2と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
図13では、図面の簡単化のため、2つの導波管スロットアレーアンテナ60と、2つの導波管スロットアレーアンテナ20とが配列されている例を示している。
第1の導波管である導波管61は外周部63が金属などの導体であり、内部である管内64が中空や誘電体などの絶縁体である。
なお、導波管61の外周部63としては、アルミニウムを用いることが一般的であるが、送受信する信号の無線周波数に対して導体として動作するものであればよく、アルミニウム以外の金属などを用いるようにしてもよい。
第1のスロットであるスロット62はx方向を主偏波とする信号を送受信するために、導波管61の表面61aに設けられている開口部であり、この開口部の長手方向はy方向である。
リッジ部66は導波管61における管内64の側部64bから側部64a側に伸びている第1の突起物である。
したがって、導波管スロットアレーアンテナ60における導波管61は、内部に第1の突起物が形成されているリッジ導波管である。
即ち、リッジ部65,66における平面65a,66aと、リッジ部25,26における平面25a,26aとが、図13のBが示す面内である。
しかし、この実施の形態3では、平面65a,66a,25a,26aが、図13のBが示す面内である方が、後述する第1の部材31の加工が容易であるため、平面65a,66a,25a,26aが、図13のBが示す面内になっている。
導波管スロットアレーアンテナ60,20が信号を送信する送信アンテナとして用いられる場合、送信対象の信号は、例えば、導波管61,21における+x方向又は−x方向の端部から入力される。
導波管61,21における+x方向又は−x方向の端部から入力された信号は、導波管61,21の管内64,24を伝搬される。
導波管61の管内64を伝搬された信号は、導波管61の表面61aに形成されているスロット62から、x方向を主偏波とする信号として外部に放射される。
また、導波管21の管内24を伝搬された信号は、導波管21の表面21aに形成されているスロット22から、x方向を主偏波とする信号として外部に放射される。
また、外部から到来して来たx方向を主偏波とする信号は、導波管21の表面21aに形成されているスロット22から入射される。
スロット62から入射された信号は、導波管61の管内64を伝搬され、例えば、導波管61の+x方向又は−x方向の端部から出力される。
また、スロット22から入射された信号は、導波管21の管内24を伝搬され、例えば、導波管21の+x方向又は−x方向の端部から出力される。
ここでは、導波管スロットアレーアンテナ60,20における導波管61,21の+x方向又は−x方向の端部から信号が入出力される例を示しているが、例えば、導波管61,21の底部などに接続されている導波管等に対して信号が入出力されるものであってもよい。
ただし、図12及び図13の例では、導波管スロットアレーアンテナ60の導波管61におけるz方向の寸法と、導波管スロットアレーアンテナ20の導波管21におけるz方向の寸法とが異なるため、導波管スロットアレーアンテナ60により送受信される信号の周波数帯域と、導波管スロットアレーアンテナ20により送受信される信号の周波数帯域とが異なっている。
この場合、導波管スロットアレーアンテナ60により送受信される信号の周波数帯域と、導波管スロットアレーアンテナ20により送受信される信号の周波数帯域とが同じになるが、同じ周波数帯域において、導波管スロットアレーアンテナ60,20が、互いに異なる周波数の信号を送受信するようにしてもよい。
このため、導波管61,21における管内64,24の断面形状は、仮に、導波管61,21が方形導波管であるとすれば、長手方向がz方向、短手方向がy方向の方形となる。
ここで、リッジ導波管である導波管61,21は、方形導波管よりも、送受信する信号のカットオフ周波数が下がることが知られている。
したがって、リッジ導波管である導波管61,21は、方形導波管と比べて、管内64,24におけるz方向の寸法を短くすることができる。管内64,24におけるz方向の寸法を短くすることができれば、導波管61,21の管高であるz方向の寸法を短くすることができる。
図13の例では、導波管61におけるy方向の構造の対称性を良くするために、2つのリッジ部65,66を対称に設けているが、リッジ部65又はリッジ部66の一方だけを設けているものであってもよい。
同様に、導波管21におけるy方向の構造の対称性を良くするために、2つのリッジ部25,26を対称に設けているが、リッジ部25又はリッジ部26の一方だけを設けているものであってもよい。
アレーアンテナ装置は、図13に示すように、第1の部材31と、第2の部材32と、第3の部材33とを備えている。
この実施の形態3では、第1の部材31、第2の部材32、第3の部材33のそれぞれを図13に示す形状に加工してから、第1の部材31と、第2の部材32と、第3の部材33とを接合することで、アレーアンテナ装置を製造することを想定している。
第1の部材31の表面は、導波管21の表面21aを基準にすると、−z方向に凹んでいる部分がある。即ち、導波管61の表面61aは、導波管21の表面21aより−z方向に凹んでいる。
このため、例えば、第1の部材31を加工する前の部材(以下、「元部材P1」と称する)が平板である場合には、図13に示すように、元部材P1の上側を部分的に切削することで、導波管61の表面61aを形成する。
次に、導波管61の表面61aに対して、長手方向がy方向である線状の溝を掘る溝加工を行うことで、スロット62を形成する。
また、導波管21の表面21aに対して、長手方向がy方向である線状の溝を掘る溝加工を行うことで、スロット22を形成する。
このため、図13に示すように、元部材P1の下側を部分的に切削することで、導波管61の管内64と、導波管21の管内24とを形成する。ここでは、導波管61の管内64と導波管21の管内24とが、中空の絶縁体である例を示している。
ただし、導波管61,21の管内64,24にアイリスを設ける場合には、元部材P1の下側を部分的に切削して、導波管61,21の管内64,24を形成する際、アイリスが残るように、元部材P1の下側を切削する。
ここでは、第1の部材31の表面側の加工を行ってから、第1の部材31の裏面側の加工を行う例を示しているが、第1の部材31の裏面側の加工を行ってから、第1の部材31の表面側の加工を行うようにしてもよい。
第2の部材32の表面は、管内64と管内24とが設けられるため、分割面Bを基準にすると、−z方向に凹んでいる部分がある。
このため、例えば、第2の部材32を加工する前の部材(以下、「元部材P2」と称する)が平板である場合には、図13に示すように、元部材P2の上側を部分的に切削することで、導波管61の管内64の一部を形成するとともに、導波管21の管内24の一部を形成する。
このため、第2の部材32における管内64,24の断面形状は、y方向の幅が広い下側の矩形部と、y方向の幅が狭い上側の矩形部とが重なっている形状になっている。
管内64,24におけるy方向の幅が狭い上側の矩形部の加工は、第2の部材32の表面側からの切削によって容易に加工することができるが、管内64,24におけるy方向の幅が広い下側の矩形部の加工は、第2の部材32の表面側からの切削を行うよりも、第2の部材32の裏面側からの切削を行う方が容易である。
よって、ここでは、管内64,24におけるy方向の幅が狭い上側の矩形部の加工だけを行う。
この平面研削加工は、加工面積が大きい平面研削盤などを用いることができるため、リッジ部65,66の平面65a,66a及びリッジ部25,26の平面25a,26aを容易に加工することができる。
即ち、加工面積が大きい平面研削盤などを用いることで、リッジ部65,66の平面65a,66aと、リッジ部25,26の平面25a,26aとを同時に加工できるため、加工時間を短縮することができる。
このため、図13に示すように、元部材P2の下側を部分的に切削することで、導波管61,21の管内64,24を形成する。
管内64,24におけるy方向の幅が狭い上側の矩形部の加工は既に行われているので、管内64,24におけるy方向の幅が広い下側の矩形部の加工だけを行う。
ここでは、第2の部材32の表面側の加工を行ってから、第2の部材32の裏面側の加工を行う例を示しているが、第2の部材32の裏面側の加工を行ってから、第2の部材32の表面側の加工を行うようにしてもよい。
第3の部材33の表面は、管内64が設けられるため、分割面Cを基準にすると、−z方向に凹んでいる部分がある。
このため、例えば、第3の部材33を加工する前の部材(以下、「元部材P3」と称する)が平板である場合には、図13に示すように、元部材P3の上側を部分的に切削することで、導波管61の管内64を形成する。
ここでは、第1の部材31、第2の部材32、第3の部材33の順番で加工を行っているが、第1の部材31、第2の部材32、第3の部材33の加工順は問わず、例えば、第3の部材33、第2の部材32、第1の部材31の順番で加工を行うようにしてもよい。
第1の部材31と第2の部材32とを接合する方法、第2の部材32と第3の部材33とを接合する方法としては、例えば、導電性接着剤によって接着する方法が考えられる。
第1の部材31と第2の部材32との接合面は、1面のみであり、第2の部材32と第3の部材33との接合面は、1面のみである。
このため、導電性接着剤を用いて、第1の部材31〜第3の部材33を接合する場合、1つの方向、即ち、z方向から第1の部材31〜第3の部材33に圧力をかけるだけで、第1の部材31〜第3の部材33を接合することができる。
ここでは、導電性接着剤を用いて、第1の部材31〜第3の部材33を接合する方法を示したが、導電性接着剤を用いる方法に限るものではなく、例えば、拡散接合、ろう付け、ネジ止めなどの方法によって、第1の部材31〜第3の部材33を接合するようにしてもよい。ネジ止めによって接合する場合でも、ネジをz方向に挿入するネジ止めを行えば、第1の部材31〜第3の部材33間の導通を得ることができる。
また、この実施の形態3では、第2の部材32と第3の部材33との分割面Cが、導波管21における管内24の底部24cの位置であるものを示している。これにより、第2の部材32における裏面側の加工が容易になる。
また、第2の部材32と第3の部材33との分割面Cが、導波管61における管内64の底部64cと、導波管21における管内24の底部24cとの間の位置であってもよい。
また、この発明は、導波管の表面に電磁波を送受信するスロットが形成されているアレーアンテナ装置の製造方法に適している。
Claims (5)
- 電磁波を送受信する第1のスロットが、第1の導波管の表面に形成されている第1のアンテナと、
電磁波を送受信する第2のスロットが、第2の導波管の表面に形成されている第2のアンテナとを備え、
前記第1のアンテナと前記第2のアンテナとが交互に配列されており、
前記第1の導波管は、内部に第1の突起物が形成されているリッジ導波管、
前記第2の導波管は、内部に第2の突起物が形成されているリッジ導波管であり、
前記第1の突起物が有している複数の面の中で、前記第1の導波管が有する面のうち、前記第1のスロットが形成された前記第1の導波管の表面と平行な平面と、
前記第2の突起物が有している複数の面の中で、前記第2の導波管が有する面のうち、前記第2のスロットが形成された前記第2の導波管の表面と平行な平面とが同一面内であり、
前記第1のスロットは、長手方向が前記第1の導波管における管軸方向の開口部、
前記第2のスロットは、長手方向が前記第2の導波管における管幅方向の開口部であり、
前記第1の突起物は、前記第1の導波管における管内の底部から前記第1の導波管の表面側に伸びている突起物、
前記第2の突起物は、前記第2の導波管における管内の一方の側部から他方の側部側に伸びている突起物であることを特徴とする、アレーアンテナ装置。 - 電磁波を送受信する第1のスロットが、第1の導波管の表面に形成されている第1のアンテナと、
電磁波を送受信する第2のスロットが、第2の導波管の表面に形成されている第2のアンテナとを備え、
前記第1のアンテナと前記第2のアンテナとが交互に配列されており、
前記第1の導波管は、内部に第1の突起物が形成されているリッジ導波管、
前記第2の導波管は、内部に第2の突起物が形成されているリッジ導波管であり、
前記第1の突起物が有している複数の面の中で、前記第1の導波管が有する面のうち、前記第1のスロットが形成された前記第1の導波管の表面と平行な平面と、
前記第2の突起物が有している複数の面の中で、前記第2の導波管が有する面のうち、前記第2のスロットが形成された前記第2の導波管の表面と平行な平面とが同一面内であり、
前記第1のスロットは、長手方向が前記第1の導波管における管軸方向の開口部、
前記第2のスロットは、長手方向が前記第2の導波管における管軸方向の開口部であり、
前記第1の突起物は、前記第1の導波管における管内の底部から前記第1の導波管の表面側に伸びている突起物、
前記第2の突起物は、前記第2の導波管における管内の底部から前記第2の導波管の表面側に伸びている突起物であり、
前記第1の導波管における管内の一方の側部から他方の側部までの長さと、前記第2の導波管における管内の一方の側部から他方の側部までの長さとが異なることを特徴とする、アレーアンテナ装置。 - 電磁波を送受信する第1のスロットが、第1の導波管の表面に形成されている第1のアンテナと、
電磁波を送受信する第2のスロットが、第2の導波管の表面に形成されている第2のアンテナとを備え、
前記第1のアンテナと前記第2のアンテナとが交互に配列されており、
前記第1の導波管は、内部に第1の突起物が形成されているリッジ導波管、
前記第2の導波管は、内部に第2の突起物が形成されているリッジ導波管であり、
前記第1の突起物が有している複数の面の中で、前記第1の導波管が有する面のうち、前記第1のスロットが形成された前記第1の導波管の表面と平行な平面と、
前記第2の突起物が有している複数の面の中で、前記第2の導波管が有する面のうち、前記第2のスロットが形成された前記第2の導波管の表面と平行な平面とが同一面内であり、
前記第1のスロットは、長手方向が前記第1の導波管における管幅方向の開口部、
前記第2のスロットは、長手方向が前記第2の導波管における管幅方向の開口部であり、
前記第1の突起物は、前記第1の導波管における管内の一方の側部から他方の側部側に伸びている突起物、
前記第2の突起物は、前記第2の導波管における管内の一方の側部から他方の側部側に伸びている突起物であり、
前記第1の導波管における管内の底部から前記第1の導波管の表面までの長さと、前記第2の導波管における管内の底部から前記第2の導波管の表面までの長さとが異なることを特徴とする、アレーアンテナ装置。 - 電磁波を送受信する第1のスロットが、第1の導波管の表面に形成されている第1のアンテナと、
電磁波を送受信する第2のスロットが、第2の導波管の表面に形成されている第2のアンテナとが交互に配置されており、
前記第1の導波管に形成されている第1の突起物が有している複数の面の中で、前記第1の導波管の表面と平行な平面と、
前記第2の導波管に形成されている第2の突起物が有している複数の面の中で、前記第2の導波管の表面と平行な平面とが同一面内であるアレーアンテナ装置を製造する際、
前記アレーアンテナ装置が高さ方向に分割されている第1の部材と、第2の部材とを接合することで、前記アレーアンテナ装置を製造する方法であり、
前記第1の部材と前記第2の部材との分割面が、
前記第1の導波管が有する面のうち、前記第1のスロットが形成された前記第1の導波管の表面と平行な前記第1の突起物における平面、及び、
前記第2の導波管が有する面のうち、前記第2のスロットが形成された前記第2の導波管の表面と平行な前記第2の突起物における平面であり、
前記アレーアンテナ装置が高さ方向に分割されている前記第1の部材と、前記第2の部材と、第3の部材とを接合することで、前記アレーアンテナ装置を製造する方法であり、
前記第2の部材と前記第3の部材との分割面が、前記第1の導波管における管内の底部、前記第2の導波管における管内の底部、あるいは、前記第1の導波管における管内の底部と前記第2の導波管における管内の底部との間の位置であることを特徴とする、アレーアンテナ装置の製造方法。 - 前記第1の導波管の表面と平行な前記第1の突起物における平面及び前記第2の導波管の表面と平行な前記第2の突起物における平面を平面研削によって加工することを特徴とする請求項4記載のアレーアンテナ装置の製造方法。
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