JPH02152307A - 漏洩波型導波管スロットアンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は導波管に多数の放射用スロットを形成してアレ
ー化した漏洩波型導波管スロットアンテナに関するもの
である。

［従来の技術］ マイクロ波帯等の比較的高い周波数の電波を高効率で送
受信するアンテナとして導波管スロットアンテナが知ら
れている。

従来、漏洩波型の導波管スロットアンテナとしては、例
えば、Ｗ、Ｊ、ＧＥＴＳＩＮＧＥＲ，”Ｅｌｌｉ９ｔｉ
ｃａｌｌｙＰｏｌａｒｉｚｅｄ　　Ｌｅａｋｙ−Ｗａｖ
ｅ　　Ａｒｒａｙ”、ＩＲＥ　　ＴｎＡＮＳＡＣＴＩＯ
ＮＳＯＮ　ＡＮＮＴＥＮＡＳ　ＡＮＤ　ＰＲＯＰＡＧＡ
ＴｌＯＮ、ｐｐ１６５−１７２゜Ｍａｒｃｈ、１９６２
　　に示されたものがある。このアンテナは−様な断面
を有する１木の矩形導波管の幅広面（Ｈ面）の中心から
ずれた位置に、十字形のスロットを長平方向に所定の間
隔で多数形成し、矩形導波管の一端から導波管アダプタ
によって高周波を没入し、他端は無反射終端構造として
円偏波１次元アレーアンテナとしている。このアンテナ
は基本的にビームチルト型となるほか、直列逐次給電型
でありながら、帯域幅も比較的広く取ることができると
いう特徴を持っており、これを平面状にアレー化するこ
とによって例えば衛星放送受信用の高性能かつ高機能の
アンテナを構成することができる。すなわち、漏洩波型
の導波管スロットアンテナは、導波管構造を有するため
、損失が小さくアンテナ全体を小型化でき、また、ビー
ムのチルト角を適正に設定することによフて、静止衛星
からの電波に対して、垂直または水平に近い設置が可能
となり、家屋においては壁に比較的密着して設置でき、
また、車両への搭載ではその屋根に平に設置できるなど
の利点を有する。

［発明が解決しようとする課題］ 漏洩波型の導波管スロットアンテナにおいて、使用する
電波の空間波長をλ。とじ、放射用スロットを形成した
放射用導波管の管内波長をλ□とすると、放射用スロッ
トの間隔が約０，５λ。よりも小さければ、その間隔と
関係な（、式（１）を満足するθの方向に主ビームが放
射される。

ｃｏｓ　　θ＝λ０　／λ、　　　・（１）ただし、 θ：放射用導波管の管軸方向のうち給電電力の進行方向
に対してなす角度 こねは、管内波長λ、が管内のいたるところで実質的に
一様であることを前提としている。

一方、放射用導波管に複数の放射用スロットを形成して
少なくとも１次元アレーアテナを構成したとき、給電電
力の全てを放射用スロットから放射し、放射用スロット
各々から放射される電力が一様である場合、最大の開口
効率が得られることは原則的な事実である。

しかし、放射用導波管内の電力は各放射用スロットから
の電力放射によって、給電側から遠ざかるにつれて漸次
低下してゆくため、各放射用スロットからの放射電力を
一様とするためには、給電側から遠ざかって管内電力が
低下した分だけ放射用スロットと放射用導波管内の電磁
界との結合を強くしていく必要がある。ちなみに、この
結合の強さは、実際には、放射用スロットのサイズや放
射用導波管にそれを形成する位置などによフてほぼ任意
に設定することができることが知られている。

このように構成したので、従来の漏洩波型導波管スロッ
トアンテナは次のような問題点があった。

すなわち、放射用導波管内の実質的な波長が放射用スロ
ットの形成によって影響されるという問題点である。さ
らに詳しくは、放射用スロットの形成によって、それを
設けた放射用導波管の中の電磁界が影響され、放射用ス
ロットの近傍において、管内波長が実質的に短縮し、そ
の短縮の程度が、放射用スロットと放射用導波管内の電
磁界との結合量が増加するほど大きくなる。このため、
各放射用スロットからの放射電力量を一様にしようとす
ると、放射用導波管内の波長は給電側から遠ざかるにつ
れて実質的に短くなり、いわゆる漏洩波型の導波管スロ
ットアンテナにおける位相合わせの原理そのものが成立
しなくなり、開口効率が低下してしまうことになる。漏
洩波型の導波管スロットアンテナではスロット間隔の調
整によってこの位相ずれの問題点を解決することはでき
ない。これを避けるため、放射用導波管内の実質的な波
長を一定とするため、放射用スロットの結合量を一定に
すると、位相の問題はなくなるが、放射用スロットから
放射される電力が給電側から遠ざかるにつれて低下し、
明らかに、これも開口効率を低下させる。

本発明の目的は上記のような問題点を解決し、開口効率
をより増大させることができる漏洩波型導波管スロット
アンテナを提供するにある。

［課題を解決するための手段］ このような目的を達成するため、本発明は、幅広方向の
管幅を管軸方向に沿って変化させた矩形の放射用導波管
を備えたことを特徴とする特１作　用Ｊ 本発明では、幅広方向の背幅を管軸方向に沿って変化さ
せ、開口効率をより増大させる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する
。

一般に、矩形の導波管内の管内波長がその導波管の幅広
方向の背幅の関数となることはよく知られていることで
あるが、この原理を活用する。すなわち、放射用スロッ
トの結合量を変えたとき、管内波長が変化しようとする
のを、背幅を変えることによって補正するわけである。

従って、１木の放射用導波管に着目し、その１次元アレ
ーアンテナの開口効率を最大にしようとするには、放射
用スロット全てが−様に励振されるべく、それらの結合
量を、給電側から遠ざかるにつれて漸次増大するが、こ
れによって管内波長が給電側から遠ざかるにつれて漸次
短縮しようとするのを、背幅を徐々に狭くすることによ
って一定に保ち、励振分布、位相の双方について好まし
い状態を得るものである。

第１図は本発明の一実施例を示す。図において、ｌは矩
形の放射用導波管で、幅広面１ａと幅狭面１ｂとからな
っており、幅広面１ａには十字形の放射用スロット１１
〜１６が管軸方向に所定の間隔をおいて設けられている
。端部２は開口させて描いであるが、給電用の導波管に
接続されるか、あるいは、同軸−導波管変換構造等によ
って給電される。他端の端部３は好ましくは無反射終端
構造をとったり、電波吸収体を充填したりするが、開放
または短絡することも実用的には可能な場合がある。

全体的にはこのような構造であるが、１次元のアレー化
が適正になされ、中心周波数に対して高効率を得るため
に、放射用スロット１１〜１６の所定の間隔は、空間波
長の略０．５倍以下として、いわゆる漏洩波アレーアン
テナとするほか、前述のよ゛）に各放射用スロワ１〜１
１〜１６からの放射電力を−様とずべく各放射用スロッ
ト１１〜１６の結合量を番号の若い順に順次増加させて
あり、通常、放射用スロット１１〜１６の縦、横の長さ
を順次長くすることによってこれを実現している。そし
て、放射用導波管１の幅広面１ａの背幅（内寸）は、端
部２から端部３に向かうに従って次第に狭くなっている
。かかる構成において、端部２の側から所定周波数の高
周波を投入すると、各放射用スロット１１〜１６から−
様な強さの円偏波が放射され、また、放射用導波管１内
の管内波長は実質的に一定となっている。実質的な管内
波長をλ１、自由空間の波長をλ。とすると、ＣＯＳ　
θ＝λ０／λ□　（θは放射用導波管１の管軸方向で管
内電波の進行する向きと主ビームとのなす角）を満たす
θの向きにおいて、各放射用スロット１１−１６から放
射された電波の位相が全て一致し、その方向に強い円偏
波ビームを放射し、高効率アンテナとして機能する。

次に、放射用導波管１内における管内波長をいたるとこ
ろ一定とするための幅広面】ａの背幅設定方法を説明す
る。

第２図は放射用スロワ）・の結合の大きさと、それによ
って放射用スロットの近傍において、管内波長か影響さ
れる具合を示すやや概念的な図である。図において、横
軸は放射用スロットの結合の程度を示す愈として放射率
がとっである。ここでいう放射率は、放射用導波背中を
進む電波の電力に対する、放射用スロットを形成したと
き、その放射用スロットから放射される電波の電力の比
率をいう。また、縦軸には実質管内波長がとっであるが
、これは上述のように、放射用スロットの形成によって
、その近傍の放射用導波管の中の実質的な波長が変わる
が、その影響は当該放射用スロットから雛れるにつれて
弱まるため、一定の間隔で放射用スロットを形成したと
ぎ、隣接する２つの放射用スロットの位相関係を調べる
ことによってその間の実質的な（あるいは、見掛は上の
）波長として得たものである。また、第２図において、
ａ、ｂ、ｃの３木の線を描いたが、それらは放射用導波
管の幅広面の背幅（内寸）の異なるものの挙動を示して
おり、ａ、ｂ、ｃの順に管幅が狭くなったものの挙動で
ある。

このように、放射用スロットの間隔を決めた上で、放射
率と実質管内波長との関係を、放射用導波管の管幅につ
いて得ることができれば、幅広面１ａの管幅を次のよう
にして設定することができる。

すなわち、まず、中心周波数とビームチルト角が決まれ
ば、式（１）によって設定すべき管内波長が定まる。つ
いで、各放射用スロットの結合量、すなわち、放射率を
決める。第２図には、−点鎖線で、設定すべぎ管内波長
の水準を示したが、この図から、例えば、ある放射用ス
ロットの放射率が定まれば、その放射率で、設定すべぎ
管内波長とするような管幅を求めることができる。ここ
で得た管幅を放射用スロットと、その次の（給電側から
遠い側の隣）放射用スロットの間の管幅とすればよい。

この場合、放射用導波管の管幅は階段状に不連続的に変
化することになるが、第１図に示すように、滑らかにつ
なぐこともできる。

さて、このように、管幅を変化させた場合、般に放射用
導波管のインピーダンスが変化するため、電力の反射を
生じることが懸念されるが、管幅の変化がごくわずかづ
つであるため、実用上はとんど問題ないことが発明者等
によって確認されている。

なお、万全を期するためには、管幅の変化に応して幅狭
面１ｂの高さ（内寸）を変化させて整合をとることも可
能である。

ところで、本発明の効果は以上の実施例のごとく各放射
用スロットからの放射電力を一様として中心周波数にお
ける開口効率を最大にすることを目的とする場合、顕著
であるが、発明者等の検討では、従来に比して、２０零
〜３０９６の効率上昇が得られた。

場合によっては、中心周波数における開口効率をやや犠
牲にして、周波数帯域幅の拡大に重点をおくこともある
。この場合、各放射用スロワ［・からの放射電力に分布
を持たせ、それに応じて、先の要領で管幅を変化させる
方法があり、この場合、放射電力の分布の持たせ方によ
っては、管幅が給電側から遠ざかる方向に部分的に広が
ってゆくことがある。あるいは、各放射用スロットから
それに応じて先の要領で管幅を変化させる方法もあるが
、各放射用スロットからの放射電力を一様としておき、
それに対する管幅の調整を実質的な管内波長がちょうど
一定となるほどには変化をつけす、若干管内波長が変化
（短縮してゆく）する程度に押えることも可能であるし
、また、これら２つの方法を併用することも可能である
。

いずれにしても、管幅を変化させるという自由度を加え
ることによって、より効率の高いアンテナが構成できる
ことに変わりはない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の茹洩波型導波管スロットアンテ
ナの外観を示す図、 第２図は放射用スロットの管内波長への影響をやや概念
的に示す図である。 １・−・放射用導波管、 １１〜１６・・・放射用スロット、 ｌａ・・・幅広面。 ［発明の効果コ 以上説明したように、本発明によれば、上記のように構
成したので、漏洩波型の導波管スロットアンテナの開口
効率を改善する構造を提供することができ、同アンテナ
の実用化の可能性を著しく高めることができるいう効果
がある。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 幅広方向の管幅を管軸方向に沿って変化させた矩形の放
   射用導波管を備えたことを特徴とする漏洩波型導波管ス
   ロットアンテナ。