JP7161817B2 - 導波管、導波管スロットアレーアンテナ、および直交二偏波導波管スロットアレーアンテナ - Google Patents

Description

本発明は、上部材と下部材とを嵌合させて構成された導波管、導波管スロットアレーアンテナ、および直交二偏波導波管スロットアレーアンテナに関する。

導波管の内部構造を加工するためには、導波管を上部材と下部材とに分割することが有効である。上部材と下部材とを嵌合させることで製造された導波管を放射導波管として使用した導波管スロットアレーアンテナに関する従来技術がある（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１では、反射特性を改善するために、上部材と下部材とに分割された導波管スロットアレーアンテナに、絞り部、誘導性壁、または凹部を設ける構造が提案されている。

特開２０１７－８５３１１号公報

上部材と下部材とに分割された導波管を嵌合させるためには、圧入、接着、溶着、止具など、種々の手法が利用される。ねじ等の止具を使用して上部材と下部材とを嵌合させる場合には、締結部を導波管に設ける必要がある。

一般的には、導波管の外部に締結部が設けられる。しかしながら、このような構造を採用する場合には、導波管を管幅方向へ密に配置することができず、所望のスロット配列を得ることができない。さらに、スロットから放射された電磁波が、導波管の外部に設けられた締結部で散乱してしまい、所望の放射パターンが得られないという課題がある。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、分割された上部材と下部材とを締結部により締結して構成される導波管を、管幅方向へ密に配置することを可能にするとともに、締結部による高周波信号の反射特性の劣化および通過位相の変動を抑制することのできる導波管、導波管スロットアレーアンテナ、および直交二偏波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。

本発明に係る導波管は、内面に導波路層を有するＵ字状として形成された上部材および下部材を備え、上部材と下部材とが嵌合されることで構成された導波管であって、上部材および下部材には、導波管の内側に張り出すように、上部材と下部材とを嵌合させるための締結部が設けられ、上部材および下部材の少なくともいずれか一方の締結部が設けられている面と交差する面には、管軸方向において締結部と等しい位置に、管路断面積を部分的に縮小させる縮小構造部が設けられているものである。

また、本発明に係る導波管スロットアレーアンテナは、本発明に係る導波管の広壁面に、導波管から電磁波を漏洩させる第１のスロットが設けられているか、または、本発明に係る導波管の狭壁面に、導波管から電磁波を漏洩させる第２のスロットが設けられているものである。

また、本発明に係るおよび直交二偏波導波管スロットアレーアンテナは、第１のスロットを有する導波管スロットアレーアンテナと、第２のスロットを有する導波管スロットアレーアンテナとを、互いの管軸方向が平行となるように隣接配置して構成され、第１スロットおよび第２スロットは、第１スロットにより漏洩された電磁波の偏波と、第２スロットにより漏洩された電磁波の偏波とが互いに直交するように設けられているものである。

本発明によれば、上部材と下部材との締結部を導波管の内側に張り出すように設けるとともに、管軸方向において締結部と等しい位置に、管路断面積を部分的に縮小させる縮小構造部を設けた構成を備えている。この結果、分割された上部材と下部材とを締結部により締結して構成される導波管を、管幅方向へ密に配置することを可能にするとともに、締結部による高周波信号の反射特性の劣化および通過位相の変動を抑制することのできる導波管、導波管スロットアレーアンテナ、および直交二偏波導波管スロットアレーアンテナを得ることができる。

本発明の実施の形態１における導波管を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１における導波管を示す断面図である。 本発明の実施の形態１における導波管の反射特性に関する周波数特性を示した図である。 本発明の実施の形態１における導波管の通過位相に関する周波数特性を示した図である。 本発明の実施の形態１における導波管の変形例を示す斜視図であり、絞り部を上部材に設けた場合を示した図である。 本発明の実施の形態１における導波管の変形例を示す断面図である。 本発明の実施の形態１における導波管の別の変形例を示す斜視図であり、締結部の一部を導波管の内部に張り出すように設けた構造を示した図である。 本発明の実施の形態２における導波管を示す斜視図である。 本発明の実施の形態２における導波管を示す断面図である。 本発明の実施の形態２における導波管の反射特性に関する周波数特性を示した図である。 本発明の実施の形態２における導波管の通過位相に関する周波数特性を示した図である。 本発明の実施の形態２における導波管の変形例を示す斜視図であり、締結部の一部を導波管の内部に張り出すように設けた構造を示した図である。 本発明の実施の形態３における導波管を示す斜視図である。 本発明の実施の形態３における導波管を示す断面図である。 本発明の実施の形態３における導波管の変形例を示す斜視図であり、絞り部を上部材に設けた場合を示した図である。 本発明の実施の形態３における導波管の変形例を示す断面図である。 本発明の実施の形態３における導波管の別の変形例を示す斜視図であり、締結部の一部を導波管の内部に張り出すように設けた構造を示した図である。 本発明の実施の形態４における導波管スロットアレーアンテナを示す斜視図である。 本発明の実施の形態４における導波管スロットアレーアンテナを示す断面図である。 本発明の実施の形態４における導波管スロットアレーアンテナの反射特性に関する周波数特性を示した図である。 本発明の実施の形態４における導波管スロットアレーアンテナの励振分布を示した図である。 本発明の実施の形態４における、図１８とは異なる構成を備えた導波管スロットアレーアンテナを示す斜視図である。 本発明の実施の形態４における導波管スロットアレーアンテナの別の変形例を示す斜視図であり、締結部の一部を導波管の内部に張り出すように設けた構造を示した図である。 本発明の実施の形態５における導波管スロットアレーアンテナを示す斜視図である。 本発明の実施の形態５における導波管スロットアレーアンテナを示す断面図である。 本発明の実施の形態５における導波管スロットアレーアンテナの反射特性に関する周波数特性を示した図である。 本発明の実施の形態５における導波管スロットアレーアンテナの励振分布を示した図である。 本発明の実施の形態５における導波管スロットアレーアンテナの変形例を示す斜視図であり、絞り部を上部材に設けた場合を示した図である。 本発明の実施の形態５における導波管スロットアレーアンテナの変形例を示す断面図である。 本発明の実施の形態５における導波管スロットアレーアンテナの別の変形例を示す斜視図であり、締結部の一部を導波管内部に張り出すように設けた構造を示した図である。 本発明の実施の形態６における導波管スロットアレーアンテナを示す斜視図である。 本発明の実施の形態６における導波管スロットアレーアンテナを示す断面図である。 本発明の実施の形態６における直交二偏波導波管スロットアレーアンテナに関して、目標サイドローブレベルを－３２ｄＢとして設計した場合の放射パターンを示す図である。 本発明の実施の形態６に係る直交二偏波導波管スロットアレーアンテナの変形例を示す斜視図であり、締結部の一部を導波管内部に張り出すように設けた構造を示した図である。

以下、本発明の導波管、導波管スロットアレーアンテナ、および直交二偏波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。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における導波管を示す斜視図である。図２は、本発明の実施の形態１における導波管を示す断面図である。より具体的には、図２（ａ）は、図１における平面Ａの断面図であり、図２（ｂ）は、図１における平面Ｂの断面図であり、図２（ｃ）は、図１における平面Ｃの断面図である。

図１および図２に示すように、本実施の形態１における導波管３は、互いに分割された上部材１および下部材２を備えて構成されている。ここで、上部材１および下部材２は、各々内面に導波路層を有するＵ字状として形成されている。図２（ｂ）および図２（ｃ）からも明らかなように、本実施の形態１における導波管３は、嵌合面８により上部材１と下部材２とが嵌合されて構成されている。その結果、嵌合面８と平行な方向に広壁面４が形成され、嵌合面８と垂直な方向に狭壁面５が形成される。すなわち、狭壁面５は、上部材１と下部材２とが嵌合することで形成される。導波管３は、断面が横長の矩形になっている。また、嵌合面８は、Ｈ面分割となっている。

上部材１および下部材２には、導波管３の内側に張り出すように、上部材１と下部材２とを嵌合させるための締結部６が各々一対設けられている。図１、図２（ａ）、および図２（ｃ）の記載からも明らかなように、本実施の形態１における一対の締結部６は、全体が導波管３の内部に張り出すように、導波管３の狭壁面５に相対して設けられている。本実施の形態１では、上部材１の一対の締結部６には貫通穴が設けられ、下部材２の一対の締結部６にはねじ穴が設けられている。締結部６と止具を使用して上部材１と下部材２とを嵌合させることで、導波管３が形成される。

導波管３の長手方向、すなわち管軸方向において締結部６と等しい位置に、絞り部７が設けられている。ここで、等しい位置とは、導波管３の長手方向の一端部からの管軸方向における距離が等しい位置、あるいはほぼ等しい位置をいう。図１および図２（ｃ）から明らかなように、本実施の形態１に係る絞り部７は、方形形状を有している。絞り部７は、一対の締結部６に渡って下部材２の狭壁面５間に設けられている。絞り部７の管軸方向の幅は、締結部６の幅より広くなっている。絞り部７は、下部材２から導波管３の広壁面４に対して垂直になるように、導波管３の内部へ管軸方向に対して垂直に突出して設けられている。すなわち、絞り部７は、導波管３の管路断面積を部分的に縮小させる縮小構造部として機能する。

次に、本実施の形態１における、絞り部７の動作について説明する。導波管３の内部に設けられた縮小構造部に相当する絞り部７は、アドミタンスで表されることが知られている。導波管３の狭壁面５から導波管３の内部へ突出するように設けられた締結部６により、導波管３の内部に磁気的エネルギーが蓄積される。その結果、アドミタンスの虚数部であるサセプタンスが負となる誘導性として動作し、高周波電流の管内波長が変動することが知られている。そのため、図１の締結部６により、高周波電流の反射特性が劣化し、通過位相が変動する。

本実施の形態１に示されているように、導波管３の広壁面４において導波管３の内部へ突出するように設けられた絞り部７は、導波管３の内部に電気的エネルギーを蓄積する働きをする。このため、絞り部７は、アドミタンスの虚数部であるサセプタンスが正となる容量性として動作する。この結果、絞り部７により締結部６のサセプタンスをキャンセルすることができ、高周波電流の反射特性および通過位相の変動を抑制することができる。

図３は、本発明の実施の形態１における導波管３の反射特性に関する周波数特性を示した図である。実線［１］は締結部６および絞り部７がない場合の周波数特性を、破線［２］は締結部６のみがある場合の周波数特性を、破線［３］は締結部６および絞り部７がある場合の周波数特性を示している。締結部６および絞り部７がない場合の周波数特性と締結部６のみがある場合の周波数特性とを比較すると、締結部６により反射波が発生し、高周波電流の反射特性が劣化していることがわかる。管軸方向において締結部６と等しい位置に絞り部７を設けることで、反射波が低減され、高周波電流の反射特性が改善されていることがわかる。

図４は、本発明の実施の形態１における導波管３の通過位相に関する周波数特性を示した図である。実線［１］は締結部６および絞り部７がない場合の周波数特性を、破線［２］は締結部６のみがある場合の周波数特性を、破線［３］は締結部６および絞り部７がある場合の周波数特性を示している。締結部６および絞り部７がない場合の周波数特性と締結部６のみがある場合の周波数特性とを比較すると、締結部６により管内波長が変動し、高周波電流の通過位相が変化していることがわかる。管軸方向において締結部６と等しい位置に絞り部７を設けることで、管内波長の変動が抑えられ、高周波電流の通過位相が改善されていることがわかる。

なお、図１では、縮小構造部に相当する絞り部７を下部材２に設けたが、絞り部７を上部材１に、導波管３の内部へ突出するように設けることも可能である。図５は、本発明の実施の形態１における導波管の変形例を示す斜視図であり、絞り部７を上部材に設けた場合を示した図である。図６は、本発明の実施の形態１における導波管の変形例を示す断面図である。より具体的には、図６（ａ）は、図５における平面Ａの断面図であり、図６（ｂ）は、図５における平面Ｂの断面図であり、図６（ｃ）は、図５における平面Ｃの断面図である。図５、図６に示しように、縮小構造部に相当する絞り部７を上部材１に設けた場合にも、絞り部７は、容量性として動作するため、同様の効果が得られる。

また、図１では、締結部６の全体が導波管３の内部に張り出すように設けられ、導波管の外壁面は平坦であった。しかしながら、締結部６の一部を導波管３の内部に張り出すように設けた構造も考えられる。図７は、本発明の実施の形態１における導波管の別の変形例を示す斜視図であり、締結部６の一部を導波管３の内部に張り出すように設けた構造を示した図である。

図７に示す構造を備えることで、従来の導波管と比較して、導波管３の外部に張り出す部分が少なくなる。この結果、締結部６に起因した導波管３の内部への影響が少なくなるため、絞り部７を小さくすることができる。

以上のように、実施の形態１によれば、上部材および下部材から構成される導波管は、締結部および絞り部を有している。上部材と下部材との嵌合面は、Ｈ面分割であり、導波管広壁面に平行で、導波管狭壁面を分割する面となっている。締結部は、全体もしくは一部が導波管内へ張り出すように、導波管狭壁面に設けられている。絞り部は、管軸方向において締結部と等しい位置に設けられ、かつ、下部材もしくは上部材の導波管広壁面に対して垂直に、導波管の内部へ突出するように設けられている。

締結部に止具を使用して上部材と下部材とを嵌合させることで、本実施の形態１に係る導波管が形成される。ここで、締結部は、誘導性として動作するため、高周波電流の反射特性が劣化し、管内波長が変動することで通過位相が変動する。しかしながら、管軸方向において締結部と等しい位置に絞り部を設けることで、管内波長の変動が抑えられ、高周波電流の通過位相が改善される。

このような構造を構えることで、導波管外部に締結部の張り出しがなくなる、あるいは張り出しが少なくなる。このため、導波管を密に配列することが可能で、さらに軽量化につながる。その結果、導波管スロットアレーアンテナの放射導波管に適した導波管を実現できる。このような構造を備える導波管を、樹脂上に金属メッキ被膜が施された状態として加工した場合、縮小構造部に相当する絞り部が導波管の管壁に対して、梁と同様の働きをする。このため、管壁の内倒れを防止する効果も実現することができる。

実施の形態２．
図８は、本発明の実施の形態２における導波管を示す斜視図である。図９は、本発明の実施の形態２における導波管を示す断面図である。より具体的には、図９（ａ）は、図８における平面Ａの断面図であり、図９（ｂ）は、図８における平面Ｂの断面図であり、図９（ｃ）は、図８における平面Ｃの断面図である。

図８および図９に示すように、本実施の形態２における導波管３は、互いに分割された上部材１および下部材２を備えて構成されている。上部材１および下部材２は、各々内面に導波路層を有している。図９（ｂ）および図９（ｃ）からも明らかなように、本実施の形態２における導波管３は、嵌合面８により上部材１と下部材２とが嵌合されて構成されている。その結果、嵌合面８と平行な方向に広壁面４が形成され、嵌合面８と垂直な方向に狭壁面５が形成される。すなわち、狭壁面５は、上部材１と下部材２とが嵌合することで形成される。導波管３は、断面が横長の矩形になっている。また、嵌合面８は、Ｈ面分割となっている。

上部材１および下部材２には、導波管３の内側に張り出すように、上部材１と下部材２とを嵌合させるための締結部６が各々一対設けられている。図８、図９（ａ）、および図９（ｃ）の記載からも明らかなように、本実施の形態２における一対の締結部６は、全体が導波管３の内部に張り出すように、導波管３の狭壁面５に相対して設けられている。本実施の形態２では、上部材１の一対の締結部６には貫通穴が設けられ、下部材２の一対の締結部６にはねじ穴が設けられている。締結部６と止具を使用して上部材１と下部材２とを嵌合させることで、導波管３が形成される。

導波管３の広壁面４に対して垂直になるように、かつ、下部材２から導波管３の内部へ突出するように、リッジ９が設けられている。リッジ９は、導波管３の全長に渡って管軸方向と平行に配置されている。さらに、導波管３の管軸方向において締結部６と等しい位置のリッジ９上には、金属構造物１０が設けられている。すなわち、金属構造物１０は、導波管３の管路断面積を部分的に縮小させる縮小構造部として機能する。

次に、本実施の形態２における、金属構造物１０の動作について説明する。導波管３の狭壁面５から導波管３の内部へ突出するように設けられた締結部６は、導波管３の内部に磁気的エネルギーを蓄積するため誘導性として動作する。その結果、高周波電流の管内波長が変動することが知られている。そのため、図８の締結部６により、高周波電流の反射特性が劣化し、通過位相が変動する。

本実施の形態２に示されているように、リッジ９上に設けられた金属構造物１０は、リッジ９と、導波管３の広壁面４とに集中する電界に沿って設けられている。このため、金属構造物１０は、電気エネルギーを蓄積し、容量性として動作する。従って、金属構造物１０により締結部６のサセプタンスをキャンセルすることができ、高周波電流の反射特性および通過位相の変動を抑制することができる。

図１０は、本発明の実施の形態２における導波管３の反射特性に関する周波数特性を示した図である。実線［１］は締結部６および金属構造物１０がない場合の周波数特性を、破線［２］は締結部６のみがある場合の周波数特性を、破線［３］は締結部６および金属構造物１０がある場合の周波数特性を示している。締結部６および金属構造物１０がない場合の周波数特性と締結部６のみがある場合の周波数特性とを比較すると、締結部６により反射波が発生し、反射特性が劣化していることがわかる。管軸方向において締結部６と等しい位置に金属構造物１０を設けることで、反射波が低減され、高周波電流の反射特性が改善されていることがわかる。

図１１は、本発明の実施の形態２における導波管３の通過位相に関する周波数特性を示した図である。実線［１］は締結部６および金属構造物１０がない場合の周波数特性を、破線［２］は締結部６のみがある場合の周波数特性を、破線［３］は締結部６および金属構造物１０がある場合の周波数特性を示している。

締結部６および金属構造物１０がない場合の周波数特性と締結部６のみがある場合の周波数特性とを比較すると、締結部６により管内波長が変動し、高周波電流の通過位相が変化していることがわかる。管軸方向において締結部６と等しい位置に金属構造物１０を設けることで、管内波長の変動が抑えられ、高周波電流の通過位相が改善されていることがわかる。

なお、図８では、縮小構造部に相当する金属構造物１０を下部材２側に設けたが、リッジ９および金属構造物１０を上部材１側に設けることも可能であり、同様の効果が得られる。

また、図８では、締結部６の全体が導波管３の内部に張り出すように設けられ、導波管の外壁面は平坦であった。しかしながら、締結部６の一部を導波管３の内部に張り出すように設けた構造も考えられる。図１２は、本発明の実施の形態２における導波管の変形例を示す斜視図であり、締結部６の一部を導波管３の内部に張り出すように設けた構造を示した図である。

図１２に示す構造を備えることで、従来の導波管と比較して、導波管３の外部に張り出す部分が少なくなる。この結果、締結部６に起因した導波管３の内部への影響が少なくなるため、金属構造物１０を小さくすることができる。

以上のように、本実施の形態２によれば、上部材および下部材から構成される導波管は、締結部、リッジ、および金属構造物を有している。上部材と下部材との嵌合面は、Ｈ面分割であり、導波管広壁面に平行で、導波管狭壁面を分割する面となっている。締結部は、全体もしくは一部が導波管の内部に張り出すように、導波管狭壁面に設けられている。

リッジは、導波管広壁面に対して垂直になるように、下部材から突出して設けられている。さらに、金属構造物は、管軸方向において締結部と等しい位置のリッジ上に設けられている。

締結部に止具を使用して上部材と下部材とを嵌合させることで、本実施の形態２に係る導波管が形成される。ここで、締結部は、誘導性として動作するため、高周波電流の反射特性が劣化し、管内波長が変動することで通過位相が変動する。しかしながら、管軸方向において締結部と等しい位置のリッジ上に金属構造物を設けることで、管内波長の変動が抑えられ、高周波電流の通過位相が改善される。

本実施の形態２ではリッジが設けられているため、先の実施の形態１の効果に加え、管幅を狭めることができる。この結果、先の実施の形態１の構造と比較して、導波管をさらに密に配列することが可能となる。

実施の形態３．
図１３は、本発明の実施の形態３における導波管を示す斜視図である。図１４は、本発明の実施の形態３における導波管を示す断面図である。より具体的には、図１４（ａ）は、図１３における平面Ａの断面図であり、図１４（ｂ）は、図１３における平面Ｂの断面図であり、図１４（ｃ）は、図１３における平面Ｃの断面図である。

図１３および図１４に示すように、本実施の形態３における導波管３は、互いに分割された上部材１および下部材２を備えて構成されている。上部材１および下部材２は、各々内面に導波路層を有している。図１４（ｂ）および図１４（ｃ）からも明らかなように、本実施の形態３における導波管３は、嵌合面８により上部材１と下部材２とが嵌合されて構成される。その結果、嵌合面８と平行な方向に狭壁面５が形成され、嵌合面８と垂直な方向に広壁面４が形成される。すなわち、広壁面４は、上部材１と下部材２とが嵌合することで形成される。導波管３は、断面が縦長の矩形になっている。また、嵌合面８は、Ｅ面分割となっている。

上部材１および下部材２には、導波管３の内側に張り出すように、上部材１と下部材２とを嵌合させるための締結部６が各々一対設けられている。図１３、図１４（ａ）、および図１４（ｃ）の記載からも明らかなように、本実施の形態３における一対の締結部６は、全体が導波管３の内部に張り出すように、導波管３の広壁面４に相対して設けられている。本実施の形態３では、上部材１の一対の締結部６には貫通穴が設けられ、下部材２の一対の締結部６にはねじ穴が設けられている。締結部６と止具を使用して上部材１と下部材２を嵌合させることで、導波管３が形成される。

導波管３の管軸方向において締結部６と等しい位置に、絞り部７が設けられている。図１３および図１４（ｃ）から明らかなように、本実施の形態３に係る絞り部７は、方形形状を有している。絞り部７は、一対の締結部６に渡って下部材２の広壁面４間に設けられている。絞り部７の管軸方向の幅は、締結部６の幅と同一、あるいはほぼ同一になっている。絞り部７は、下部材２から導波管狭壁面５に対して垂直になるように突出するように設けられている。すなわち、絞り部７は、導波管３の管路断面積を部分的に縮小させる縮小構造部として機能する。

次に、本実施の形態３における、絞り部７の動作について説明する。導波管３の広壁面４から導波管３の内部へ突出するように設けられた締結部６は、導波管３の内部に磁気的エネルギーを蓄積し、容量性として動作することが知られている。そのため、図１３の締結部６により、高周波電流の反射特性が劣化する。

一方、本実施の形態３に示されているように導波管３の狭壁面５において、導波管３の内部に突出するように設けられた絞り部７は、誘導性の絞りとして動作する。そのため、絞り部７により締結部６のサセプタンスをキャンセルすることができ、高周波電流の反射特性および通過位相の変動を抑制することができる。

なお、図１３では、縮小構造部に相当する絞り部７を下部材２に設けたが、絞り部７を上部材１に、導波管３の内部へ突出するように設けることも可能である。図１５は、本発明の実施の形態３における導波管の変形例を示す斜視図であり、絞り部７を上部材に設けた場合を示した図である。図１６は、本発明の実施の形態３における導波管の変形例を示す断面図である。より具体的には、図１６（ａ）は、図１５における平面Ａの断面図であり、図１６（ｂ）は、図１５における平面Ｂの断面図であり、図１６（ｃ）は、図１５における平面Ｃの断面図である。図１５、図１６に示すように、縮小構造部に相当する絞り部７を上部材１に設けた場合にも、絞り部７は、容量性として動作するため、絞り部７を下部材２に設けた場合と同様の効果が得られる。

また、図１３および図１５では、締結部６の全体が導波管３の内部に張り出すように設けられ、導波管の外壁面は平坦であった。しかしながら、締結部６の一部を導波管３の内部に張り出すように設けた構造も考えられる。図１７は、本発明の実施の形態３における導波管の別の変形例を示す斜視図であり、締結部６の一部を導波管３の内部に張り出すように設けた構造を示した図である。

図１７に示す構造を備えることで、従来の導波管と比較して、導波管３の外部に張り出す部分が少なくなる。この結果、締結部６に起因した導波管３の内部への影響が少なくなるため、絞り部７を小さくすることができる。

以上のように、本実施の形態３によれば、上部材および下部材から構成される導波管は、締結部および絞り部を有している。上部材と下部材との嵌合面は、Ｅ面分割であり、導波管狭壁面に平行で、導波管広壁面を分割する面となっている。締結部は、全体もしくは一部が導波管の内部に張り出すように、導波管広壁面に設けられている。絞り部は、管軸方向において締結部と等しい位置に設けられ、かつ、下部材もしくは上部材の導波管狭壁面に対して垂直に、導波管の内部へ突出するように設けられている。

締結部に止具を使用して上部材と下部材とを嵌合させることで、本実施の形態３に係る導波管が形成される。ここで、締結部は、容量性の絞りとして動作し、高周波電流の反射特性が劣化し、管内波長が変動することで通過位相が変動する。しかしながら、管軸方向において締結部と等しい位置に絞り部を設けることで、管内波長の変動が抑えられ、高周波電流の通過位相が改善される。

このような構造を構えることで、実施の形態１および実施の形態２とは異なる嵌合面を有する導波管により、実施の形態１および実施の形態２と同様の効果を得ることができる。

実施の形態４．
図１８は、本発明の実施の形態４におけ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１９は、本発明の実施の形態４における導波管スロットアレーアンテナを示す断面図である。より具体的には、図１９（ａ）は、図１８における平面Ａの断面図であり、図１９（ｂ）は、図１８における平面Ｂの断面図であり、図１９（ｃ）は、図１８における平面Ｃの断面図である。

図１８および図１９に示すように、本実施の形態４における導波管スロットアレーアンテナ１２は、互いに分割された上部材１および下部材２を備え、かつ、上部材１にスロット１１が形成されることで構成されている。上部材１および下部材２は、各々内面に導波路層を有している。図１９（ｂ）および図１９（ｃ）からも明らかなように、本実施の形態４における導波管スロットアレーアンテナ１２は、嵌合面８により上部材１と下部材２とが嵌合されて構成される。その結果、嵌合面８と平行な方向に広壁面４が形成され、嵌合面８と垂直な方向に狭壁面５が形成される。すなわち、狭壁面５は、上部材１と下部材２とが嵌合することで形成される。導波管３は、断面が横長の矩形になっている。また、嵌合面８は、Ｈ面分割となっている。

上部材１および下部材２には、導波管スロットアレーアンテナ１２の内側に張り出すように、上部材１と下部材２とを嵌合させるための締結部６が各々一対設けられている。図１８、図１９（ａ）、および図１９（ｃ）の記載からも明らかなように、本実施の形態４における一対の締結部６は、全体が導波管スロットアレーアンテナ１２の内部に張り出すように、導波管スロットアレーアンテナ１２の狭壁面５に相対して設けられている。本実施の形態４では、上部材１の一対の締結部６には貫通穴が設けられ、下部材２の一対の締結部６にはねじ穴が設けられている。締結部６と止具を使用して、スロット１１を有する上部材１と下部材２とを嵌合させることで、導波管スロットアレーアンテナ１２が形成される。

導波管の広壁面４に対して垂直になるように、かつ、下部材２から導波管スロットアレーアンテナ１２の内部へ突出するように、リッジ９が設けられている。リッジ９は、導波管３の全長に渡って管軸方向と平行に配置されている。さらに、導波管３の管軸方向において締結部６と等しい位置のリッジ９上には、金属構造物１０が設けられている。すなわち、リッジ上に設けられた金属構造物１０は、管路断面積を部分的に縮小させる縮小構造部として機能する。

さらに、導波管スロットアレーアンテナ１２を構成する上部材１の広壁面４には、第１スロットに相当するスロット１１が複数個設けられている。図１８では、スロット１１が２個設けられている場合を例示している。スロット１１は、図１８に示すように、１／２管内波長ごとに配置されている。スロット１１は、広壁面４における管軸方向の中心線からオフセットさせて、かつ中心線に対して互い違いに配置されている。すなわち、図１８および図１９に示す導波管スロットアレーアンテナ１２は、図８および図９に示した導波管３に対して、スロット１１をさらに備えた構成となっている。

次に、本実施の形態４における導波管スロットアレーアンテナ１２の動作原理について説明する。導波管の管壁にスロット１１を設け、電磁波を漏洩させて、導波管スロットアレーアンテナ１２を構成する場合、スロット１１に遮られる電流が生ずるように、スロット１１を配置する必要がある。そのため、導波管の広壁面４にスロット１１を設ける場合には、広壁面４における管軸方向の中心線からスロット１１をオフセットさせて配列させることが一般的である。また、各スロット１１を同位相で励振するために、１／２管内波長ごとに互い違いにスロット１１を配置する必要がある。

導波管の狭壁面５から導波管の内部へ突出するように設けられた締結部６は、磁気的エネルギーを蓄積するため、絞りとして動作する。その結果、高周波電流の管内波長が変動することが知られている。そのため、図１８の締結部６により、高周波電流の反射特性が劣化し、通過位相が変動する。さらに、スロット１１上の励振分布が乱れ、高周波電流の放射パターンに影響を与える。

本実施の形態４に示されているように、リッジ９上に設けた金属構造物１０は、リッジ９と導波管の広壁面４に集中する電界に沿って設けられている。このため、金属構造物１０は、電気エネルギーを蓄積し、容量性として動作する。従って、金属構造物１０により締結部６のサセプタンスをキャンセルすることができ、高周波電流の反射特性の劣化が抑制され、かつ、通過位相の変動による励振分布の劣化が抑制される。

図２０は、本発明の実施の形態４における導波管スロットアレーアンテナ１２の反射特性に関する周波数特性を示した図である。実線［１］は締結部６および金属構造物１０がない場合の周波数特性を、破線［２］は締結部６のみがある場合の周波数特性を、破線［３］は締結部６および金属構造物１０がある場合の周波数特性を示している。締結部６および金属構造物１０がない場合の周波数特性と締結部６のみがある場合の周波数特性とを比較すると、締結部６により反射波が発生し、高周波電流の反射特性が劣化していることがわかる。管軸方向において締結部６と等しい位置に金属構造物１０を設けることで、反射波が低減され、高周波電流の反射特性が改善されていることがわかる。

図２１は、本発明の実施の形態４における導波管スロットアレーアンテナ１２の励振分布を示した図である。より具体的には、図２１（ａ）は、振幅を示しており、図２１（ｂ）は、位相を示している。また、図２１（ａ）および図２１（ｂ）において、実線［１］は締結部６および金属構造物１０がない場合の励振分布を、破線［２］は締結部６のみがある場合の励振分布を、破線［３］は締結部６および金属構造物１０がある場合の励振分布を示している。

締結部６および金属構造物１０がない場合の励振分布と締結部６のみがある場合の励振分布とを比較すると、締結部６により管内波長が変動し、励振分布が変化していることがわかる。管軸方向において締結部６と等しい位置に金属構造物１０を設けることで、管内波長の変動が抑えられ、励振分布が改善されていることがわかる。

図２２は、本発明の実施の形態４における、図１８とは異なる構成を備えた導波管スロットアレーアンテナを示す斜視図である。図１８では、下部材２側に、リッジ９および金属構造物１０を設ける場合について説明した。これに対して、図２２では、リッジ９および金属構造物１０を設けず、下部材２の管軸方向において締結部６と等しい位置に、絞り部７を設けることで、導波管スロットアレーアンテナ１２を構成している。すなわち、図２２に示す導波管スロットアレーアンテナ１２は、図１に示した導波管３に対して、スロット１１をさらに備えた構成となっている。

このように、縮小構造部として、金属構造物１０の代わりに絞り部７を設けることによっても、図１８に示した導波管スロットアレーアンテナ１２と同様の効果を得ることができる。

また、図１８および図２２では、締結部６の全体が導波管の内部に張り出すように設けられ、導波管の外壁面は平坦であった。しかしながら、締結部６の一部を導波管の内部に張り出すように設けた構造も考えられる。図２３は、本発明の実施の形態４における導波管スロットアレーアンテナ１２の別の変形例を示す斜視図であり、締結部６の一部を導波管の内部に張り出すように設けた構造を示した図である。

図２３に示す構造を備えることで、従来の導波管スロットアレーアンテナと比較して、導波管の外部に張り出す部分が少なくなる。この結果、締結部６に起因した導波管の内部への影響が少なくなるため、絞り部７を小さくすることができる。

以上のように、本実施の形態４によれば、本発明に係る導波管の広壁面に対して、スロットを形成することで、導波管スロットアレーアンテナが構成されている。スロットは、導波管広壁面において、管軸方向に対して平行になるよう、上部材に設けられている。上部材と下部材との嵌合面は、Ｈ面分割であり、導波管広壁面に平行で、導波管狭壁面を分割する面となっている。締結部は、全体もしくは一部が導波管の内部に張り出すように、導波管狭壁面に設けられている。

リッジは、導波管広壁面に対して垂直になるように、下部材から突出して設けられている。さらに、金属構造物は、管軸方向において締結部と等しい位置のリッジ上に設けられている。

締結部に止具を使用して上部材と下部材とを嵌合させることで、本実施の形態４に係る導波管スロットアレーアンテナが形成される。ここで、締結部は、誘導性として動作するため、高周波電流の反射特性が劣化し、管内波長が変動することで通過位相が変動する。しかしながら、管軸方向において締結部と等しい位置のリッジ上に金属構造物を設けることで、管内波長の変動が抑えられ、高周波電流の通過位相が改善される。

このような構造を構えることで、本発明に係る導波管を、放射導波管として使用することができる。さらに、通過位相の変動が抑制されることで、スロット上の励振分布が改善され、締結部による励振分布の劣化が抑圧される。そして、励振分布の改善に伴い、締結部による散乱がなくなることで、放射パターンを改善することが可能な導波管スロットアレーアンテナを実現することが可能となる。

実施の形態５．
先の実施の形態４では、導波管の広壁面４に対してスロット１１を設けた導波管スロットアレーアンテナについて説明した。これに対して，本実施の形態５では、導波管の狭壁面５に対してスロット１１を設けた導波管スロットアレーアンテナについて説明する。

図２４は、本発明の実施の形態５におけ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２５は、本発明の実施の形態５における導波管スロットアレーアンテナを示す断面図である。より具体的には、図２５（ａ）は、図２４における平面Ａの断面図であり、図２５（ｂ）は、図２４における平面Ｂの断面図であり、図２５（ｃ）は、図２４における平面Ｃの断面図である。

図２４および図２５に示すように、本実施の形態５おける導波管スロットアレーアンテナ１２は、互いに分割された上部材１および下部材２を備え、かつ、上部材１にスロット１１が形成されることで構成されている。上部材１および下部材２は、各々内面に導波路層を有している。図２５（ｂ）および図２５（ｃ）からも明らかなように、本実施の形態５における導波管スロットアレーアンテナ１２は、嵌合面８により上部材１と下部材２とが嵌合されて構成される。その結果、嵌合面８と平行な方向に狭壁面５が形成され、嵌合面８と垂直な方向に広壁面４が形成される。すなわち、広壁面４は、上部材１と下部材２とが嵌合することで形成される。導波管３は、断面が縦長の矩形になっている。また、嵌合面８は、Ｅ面分割となっている。

上部材１および下部材２には、導波管スロットアレーアンテナ１２の内側に張り出すように、上部材１と下部材２とを嵌合させるための締結部６が各々一対設けられている。図２４、図２５（ａ）、および図２５（ｃ）の記載からも明らかなように、本実施の形態５における一対の締結部６は、全体が導波管スロットアレーアンテナ１２の内部に張り出すように、導波管スロットアレーアンテナ１２の広壁面４に相対して設けられている。本実施の形態５では、上部材１の一対の締結部６には貫通穴が設けられ、下部材２の一対の締結部６にはねじ穴が設けられている。締結部６と止具を使用して、スロット１１を有する上部材１と下部材２とを嵌合させることで、導波管スロットアレーアンテナ１２が形成される。

導波管３の管軸方向において締結部６と等しい位置に、絞り部７が設けられている。図２４および図２５（ｃ）から明らかなように、本実施の形態５に係る絞り部７は、方形形状を有している。絞り部７は、一対の締結部６に渡って下部材２の広壁面４間に設けられている。絞り部７の管軸方向の幅は、締結部６の幅と同一、あるいはほぼ同一になっている。絞り部７は、下部材２から導波管狭壁面５に対して垂直になるように突出するように設けられている。すなわち、絞り部７は、導波管３の管路断面積を部分的に縮小させる縮小構造部として機能する。

さらに、導波管スロットアレーアンテナ１２を構成する上部材１の狭壁面５には、第２スロットに相当するスロット１１が複数個設けられている。図２４では、スロット１１が２個設けられている場合を例示している。スロット１１は、図２４に示すように、１／２管内波長ごとに配置されている。スロット１１は、広壁面４における管軸方向に対して傾斜角を有するように互い違いに配置されている。すなわち、図２４および図２５に示す導波管スロットアレーアンテナ１２は、図１３および図１４に示した導波管３に対して、スロット１１をさらに備えた構成となっている。

次に、本実施の形態５における導波管スロットアレーアンテナ１２の動作原理について説明する。導波管の管壁にスロット１１を設け、電磁波を漏洩させて、導波管スロットアレーアンテナ１２を構成する場合、スロット１１に遮られる電流が生ずるように、スロット１１を配置する必要がある。そのため、導波管の狭壁面５にスロット１１を設ける場合には、管軸方向に対してある傾斜角を有するようにスロット１１を斜めに配置させることが一般的である。また、各スロット１１を同位相で励振するために、１／２管内波長ごとに互い違いにスロット１１を配置する必要がある。

導波管の広壁面４から導波管の内部へ突出するように設けられた締結部６は、導波管の内部に電気的エネルギーを蓄積するため、容量性の絞りとして動作する。その結果、高周波電流の管内波長が変動することが知られている。そのため、図２４の締結部６により、高周波電流の反射特性が劣化し、通過位相が変動する。さらに、スロット１１上の励振分布が乱れ、放射パターンに影響を与える。

本実施の形態５に示されているように、導波管狭壁面５において導波管内部に突出するように設けられた絞り部７は、磁気的エネルギーを蓄積し、誘導性の絞りとして動作する。そのため、絞り部７により締結部６のサセプタンスをキャンセルすることができ、高周波電流の反射特性の劣化が抑制され、かつ、通過位相の変動による励振分布の劣化が抑制される。

図２６は、本発明の実施の形態５における導波管スロットアレーアンテナ１２の反射特性に関する周波数特性を示した図である。実線［１］は締結部６および絞り部７がない場合の周波数特性を、破線［２］は締結部６のみがある場合の周波数特性を、破線［３］は締結部６および絞り部７がある場合の周波数特性を示している。締結部６および絞り部７がない場合の周波数特性と締結部６のみがある場合の周波数特性とを比較すると、締結部６により反射波が発生し、高周波電流の反射特性が劣化していることがわかる。管軸方向において締結部６と等しい位置に絞り部７を設けることで、反射波が低減され、高周波電流の反射特性が改善されていることがわかる。

図２７は、本発明の実施の形態５における導波管スロットアレーアンテナ１２の励振分布を示した図である。より具体的には、図２７（ａ）は、振幅を示しており、図２７（ｂ）は、位相を示している。また、図２７（ａ）および図２７（ｂ）において、実線［１］は締結部６および絞り部７がない場合の励振分布を、破線［２］は締結部６のみがある場合の励振分布を、破線［３］は締結部６および絞り部７がある場合の励振分布を示している。

締結部６および絞り部７がない場合の励振分布と締結部６のみがある場合の励振分布とを比較すると、締結部６により管内波長が変動し、励振分布が変化していることがわかる。管軸方向において締結部６と等しい位置に絞り部７を設けることで、管内波長の変動が抑えられ、励振分布が改善されていることがわかる。

なお、図２４では、縮小構造部に相当する絞り部７を下部材２に設けたが、絞り部７を上部材１に、導波管の内部へ突出するように設けることで、導波管スロットアレーアンテナ１２を構成することも可能である。図２８は、本発明の実施の形態５における導波管スロットアレーアンテナの変形例を示す斜視図であり、絞り部７を上部材１に設けた場合を示した図である。

図２９は、本発明の実施の形態５における導波管スロットアレーアンテナの変形例を示す断面図である。より具体的には、図２９（ａ）は、図２８における平面Ａの断面図であり、図２９（ｂ）は、図２８における平面Ｂの断面図であり、図２９（ｃ）は、図２８における平面Ｃの断面図である。図２８、図２９に示すように、縮小構造部に相当する絞り部７を上部材１に設けた場合にも、絞り部７は、容量性として動作するため、絞り部７を下部材２に設けた場合と同様の効果が得られる。

また、図２４から図２９では、締結部６全体を導波管内部に張り出させたが、締結部６の一部だけを導波管内部に張り出させる構造とすることも可能である。図３０は、本発明の実施の形態５における導波管スロットアレーアンテナの別の変形例を示す斜視図であり、締結部６の一部を導波管内部に張り出すように設けた構造を示した図である。

以上のように、本実施の形態５によれば、本発明に係る導波管の狭壁面に対して、スロットを形成することで、導波管スロットアレーアンテナが構成されている。スロットは、導波管狭壁面において、管軸方向に対して斜めになるよう、上部材に設けられている。上部材と下部材との嵌合面は、Ｅ面分割であり、導波管狭壁面に平行で、導波管広壁面を分割する面となっている。締結部は、全体もしくは一部が導波管の内部に張り出すように、導波管広壁面に設けられている。

絞り部は、管軸方向において締結部と等しい位置に、導波管狭壁面から突出するように設けられている。締結部に止具を使用して上部材と下部材とを嵌合させることで、本実施の形態５に係る導波管スロットアレーアンテナが形成される。ここで、締結部は、容量性の絞りとして動作するため、高周波電流の反射特性が劣化し、管内波長が変動することで通過位相が変動する。しかしながら、管軸方向において締結部と等しい位置に絞り部を設けることで、管内波長の変動が抑えられ、高周波電流の通過位相が改善される。

このような構造を構えることで、本発明に係る導波管を、放射導波管として使用することができる。さらに、通過位相の変動が抑制されることで、スロット上の励振分布が改善され、締結部による励振分布の劣化が抑圧される。そして、励振分布の改善に伴い、締結部による散乱がなくなることで、放射パターンを改善することが可能な導波管スロットアレーアンテナを実現することが可能となる。さらに、本実施の形態５によれば、先の実施の形態４とは異なる偏波を有する導波管スロットアレーアンテナを構成することが可能となる。

実施の形態６．
本実施の形態６では、実施の形態４に係る導波管スロットアレーアンテナと、実施の形態５に係る導波管スロットアレーアンテナとを組合せることで構成された直交二偏波導波管スロットアレーアンテナについて説明する。

図３１は、本発明の実施の形態６におけ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３２は、本発明の実施の形態６における導波管スロットアレーアンテナを示す断面図である。より具体的には、図３２（ａ）は、図３１における平面Ａの断面図であり、図３２（ｂ）は、図３１における平面Ｂの断面図であり、図３２（ｃ）は、図３１における平面Ｃの断面図である。

図３１および図３２に示すように、本実施の形態６おける直交二偏波導波管スロットアレーアンテナ１６は、互いに分割された上部材１および下部材２を備え、かつ、上部材１に垂直偏波スロット１３ａおよび水平偏波スロット１３ｂが形成されることで構成されている。

より具体的には、先の実施の形態４で説明した導波管スロットアレーアンテナと、先の実施の形態５で説明した導波管スロットアレーアンテナとが隣接配置された状態として、一体化して形成することで、本実施の形態６に係る直交二偏波導波管スロットアレーアンテナ１６が構成されている。すなわち、実施の形態４で説明したスロット１１が、垂直偏波スロット１３ａとして機能し、実施の形態５で説明したスロット１１が、水平偏波スロット１３ｂとして機能することで、本実施の形態６に係る直交二偏波導波管スロットアレーアンテナ１６が構成されている。

換言すると、第１スロットに相当する垂直偏波スロット１３ａにより漏洩される電磁波の偏波と、第２スロットに相当する水平偏波スロット１３ｂにより漏洩される電磁波の偏波とが互いに直交することとなる。

図３１に示したように、下部材２は、垂直偏波用放射導波管１４と水平偏波用放射導波管１５とにより構成されている。垂直偏波用放射導波管１４は、導波管広壁面４に対して垂直になるように、下部材２からリッジ９が導波管内部に向けて突出している。リッジ上部には、管軸方向において締結部６と等しい位置に、金属構造物１０が設けられている。一方、水平偏波用放射導波管１５は、導波管狭壁面５に対して垂直になるように、下部材２から絞り部７が導波管内部に向けて突出している。

図３３は、本発明の実施の形態６における直交二偏波導波管スロットアレーアンテナ１６に関して、目標サイドローブレベルを－３２ｄＢとして設計した場合の放射パターンを示す図である。図３３では、締結部６を導波管内部に張り出させた場合の放射パターンを実線で示し、締結部６を導波管外部に設けた場合の放射パターンを実線に黒丸を付して示している。締結部６を導波管外部に設けた場合には、サイドローブレベルが劣化して、－３２ｄＢ以上となっている。これに対して、本実施の形態６の構造を備える直交二偏波導波管スロットアレーアンテナ１６では、サイドローブレベルが－３２ｄＢ以下となっており、サイドローブレベルの劣化が抑制されている。

また、図３１および図３２では、締結部６全体を導波管内部に張り出させたが、締結部６の一部だけを導波管内部に張り出させる構造とすることも可能である。図３４は、本発明の実施の形態６に係る直交二偏波導波管スロットアレーアンテナの変形例を示す斜視図であり、締結部６の一部を導波管内部に張り出すように設けた構造を示した図である。

以上のように、実施の形態６によれば、導波管広壁面に垂直偏波スロットを設けた導波管スロットアレーアンテナと、導波管狭壁面に水平偏波スロットを設けた導波管スロットアレーアンテナとを一体に組み合わせた構造を有している。このような構造を構えることで、直交二偏波導波管スロットアレーアンテナを実現できる。また、締結部を導波管の内部に張り出させることで、締結部による散乱を抑圧でき、サイドローブ特性を改善した直交二偏波導波管スロットアレーアンテナを実現できる。

１ 上部材、２ 下部材、３ 導波管、４ 広壁面、５ 狭壁面、６ 締結部、７ 絞り部、８ 嵌合面、９ リッジ、１０ 金属構造物、１１ スロット、１２ 導波管スロットアレーアンテナ、１３ スロット、１３ａ 垂直偏波スロット、１３ｂ 水平偏波スロット、１４ 垂直偏波用放射導波管、１５ 水平偏波用放射導波管、１６ 直交二偏波導波管スロットアレーアンテナ。

Claims (8)

1. 内面に導波路層を有するＵ字状として形成された上部材および下部材を備え、前記上部材と前記下部材とが嵌合されることで構成された導波管であって、
   前記上部材および前記下部材には、前記導波管の内側に張り出すように、前記上部材と前記下部材とを嵌合させるための締結部が設けられ、
   前記上部材および前記下部材の少なくともいずれか一方の前記締結部が設けられている面と交差する面には、管軸方向において前記締結部と等しい位置に、管路断面積を部分的に縮小させる縮小構造部が設けられている
   導波管。
2. 前記上部材および前記下部材は、樹脂の上に金属メッキ被膜が施された状態で形成されている
   請求項１に記載の導波管。
3. 前記締結部は、前記上部材および前記下部材が嵌合することで形成される導波管狭壁面に設けられており、
   前記縮小構造部は、方形形状を有し、導波管広壁面から前記導波管の内側へ突出して設けられている
   請求項１または２に記載の導波管。
4. 前記締結部は、前記上部材および前記下部材が嵌合することで形成される導波管狭壁面に設けられており、
   前記縮小構造部は、導波管広壁面に対して垂直に、かつ前記導波管の内側へ突出して設けられたリッジ上の、前記管軸方向において前記締結部と等しい位置に設けられた金属構造物を有する
   請求項１または２に記載の導波管。
5. 前記締結部は、前記上部材および前記下部材が嵌合することで形成される導波管広壁面に設けられており、
   前記縮小構造部は、方形形状を有し、導波管狭壁面から前記導波管の内側へ突出して設けられている
   請求項１または２に記載の導波管。
6. 請求項３または４に記載の導波管の前記導波管広壁面に、前記導波管から電磁波を漏洩させる第１スロットが設けられている
   導波管スロットアレーアンテナ。
7. 請求項５に記載の導波管の前記導波管狭壁面に、前記導波管から電磁波を漏洩させる第２スロットが設けられている
   導波管スロットアレーアンテナ。
8. 請求項６に記載の導波管スロットアレーアンテナと、
   請求項７に記載の導波管スロットアレーアンテナと
   を、互いの管軸方向が平行となるように隣接配置して構成され、
   前記第１スロットおよび前記第２スロットは、前記第１スロットにより漏洩された電磁波の偏波と、前記第２スロットにより漏洩された電磁波の偏波とが互いに直交するように設けられている
   直交二偏波導波管スロットアレーアンテナ。

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