JPH0324805B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の技術分野 本発明は、平面アレイアンテナ、特に２種類の
導波管を共有Ｈ面に設けた軸方向スリツトにより
電磁結合させた平面アレイアンテナに関するもの
である。

従来技術と問題点 通常ダイポールアレイ域はスロツトアレイを励
振する為に、第１図に示すようにダイポールdp
或はスロツトを給電線spによりコーポレートフイ
ード方式により励振する構成が一般に採用されて
いる。しかし、このような平面アレイアンテナで
は、構成が複雑となり、且つ大型となる欠点があ
つた。又数10GHz以上の超高周波帯では、給電線
の損失が大きくなつて効率が低下が、且つ給電線
の寸法の精度が厳しいものとなり、製作が困難と
なると共に高価になる欠点があつた。

発明の目的 本発明は、構成が簡単で且つ小型化が可能であ
ると共に低コストの平面アレイアンテナを提供す
ることを目的とするものである。以下実施例につ
いて詳細に説明する。

発明の実施例 第２図は本発明の実施例の平面アレイアンテナ
の概略斜視図であり、１は低次モード例えば
TE₁₀モードを伝搬させる標準寸法の方形導波管、
２は高次モードのTEn₀モード（ｎ＞１）を伝搬
させる大型の導波管であつて、その両端は遮蔽さ
れている。第２図に於ては、大型の導波管２とし
て、TE₃₀モードを伝搬させる導波管を示してい
る。又３はスロツトであり、軸方向のスロツト間
隔は管内波長（λ）で、各スロツトがアンテナエ
レメントを構成している。導波管１と大型の導波
管２とのそれぞれ一つのＨ面を、大型の導波管２
の全長にわたつて共用されている。大型の導波管
２の軸方向の長はビーム幅で定まり、軸方向と垂
直な長さは波長により定まる。

第３図は導波管１のみの概略斜視図を示し、４
は共有Ｈ面に形成された軸方向のスリツトであ
り、導波管１の全長にわたつて形成されている。
なお図示されていないが、大型の導波管２の共有
Ｈ面にもスリツトが形成されているものである。

第４図は第２図のＡ−A′線の断面、第５図は
第４図のＢ−B′線の断面図であつて、第２図及
び第３図と同一符号は同一部分を示すものであ
る。第５図に於て、５は無反射終端素子であり、
導波管１の一端から給電し、他端を無反射終端と
することにより導波管１と大型の導波管２とがス
リツト４によつて電磁結合されているから、大型
の導波管２に形成されたアンテナエレメントを容
易に励振することができる。

ガン発振器等の高周波発振器を用いて、導波管
１の開口部にTE₁₀モードの高周波電力を供給す
ると、このTE₁₀モードは、スリツト４を介して
大型の導波管２に供給され、その際TE₁₀モード
（ｎ＞１）に変換され、軸方向にｎ列に形成され
たスロツト３から電波が放射される。第２図に於
ては、ｎ＝３の場合を示している。

導波管１と大型の導波管２との共有Ｈ面にスリ
ツト４を形成した第７図に示す断面構成に於て、
導波管２は幅ａ、高さｂの大きさ、導波管１は幅
ｃ、高さｄの大きさで、スリツト４の幅を₃とす
ると導波管２の位相定数β₂は、 β₂＝2π／λ₂＝ω₀ ²・ε・μ−（ｎ・π／ａ）²……(
イ) であらわされる。（λ₂：管内波長） 導波管１の位相定数β₁は上式でｎ＝１として β₁＝2π／λ₁＝ω₀ ²・ε₁・μ₁−（π／ｃ）²……(ロ) であらわされる。（λ₁：管内波長） 従つてこれらの導波管１，２の位相定数が中心
周波数で等しいように寸法を定めるものであり、
β₁＝β₂即ち次式(1)が成立するようにａ，ｃを定め
るものであり、中心角周波数ω₀に於て次式が導
波管２の全長にわたつて成立するように、ａ，ｃ
を定める。

ω₂₀・ε・μ−（ｎ・π／ａ）²＝ω² ₀・ε₁・μ₁−（
π／ｃ）² ……(1) 但し、ε，μは導波管２内の誘電率及び透磁率、
ε₁，μ₁は導波管１内の誘電率及び透磁率である。

このような結合導波管の伝搬モードは、電界と
磁界との両方が軸方向成分をもつハイブリツド・
モードとなり、無限個の次数のTEモードとTM
モードとの和で表現され、又一つの共通の位相定
数をもつことになる。しかし、導波管１には高次
モードが入り難く、TE₁₀モードが他のモードに
比較して極めて強いものとなる。一方導波管２の
全長にわたつて(1)式が成立するので、導波管１の
TE₁₀モードの位相定数に近い値を位相定数とし
てもつTEn₀モードが特に強く結合され、他のモ
ードより強勢となる。なお第７図に於て、スリツ
ト４の中心を座標中心として各部の位置を示すも
ので、ｅ，は導波管１，２の中心の位置ずれ量
を示すものである。

第８図は、ａ＝28.02mm、ｂ＝3.175mm、Ｃ＝
7.11mm、ｄ＝3.55mm、ｅ＝〓＝０、ｓ＝4.0mm、ε
＝2.56ε₀，ε₁＝ε₀，μ＝μ₁＝μ₀として、位相定数
の周波数に対する変化（分散特性）の計算結果を
示すもので、導波管１単独のTE₁₀モードについ
ては曲線Ａ、導波管２単独のTE₉₀モードについ
ては曲線Ｂで示すものである。従つて曲線Ａ，Ｂ
が交差する近傍の周波数を中心周波数とすれば良
いことになる。

第９図は導波管１，２のモード振幅の計算結果
の比較を示すもので、曲線Ａは導波管１、曲線Ｂ
は導波管２についてのものであり、導波管１は
TE₁₀モードの振幅が最大となり、導波管２は
TE₉₀モードの振幅が最大となる。

第１０図は導波管１のスリツト３の影響を含め
た電界分布の計算結果を示すもので、スリツト４
は前述の如く中心に対して±2.0mmの幅、ｓを有
し、又導波管１は中心に対して±3.55mmの幅ｃを
有するものである。ｚ方向の電界｜Ez｜の曲線
で示されるようにTE₁₀モードが強勢であること
が判る。又ｘ方向は｜Ex｜の曲線で示されてい
る。

又第１１図は導波管２の電界分布の計算結果を
示すもので、導波管２は中心に対して±14.01mm
の幅ａを有するもので、ｚ方向の電界は｜E_z｜の
曲線で示され、９次モードが伝搬されることが判
る。又ｘ方向の電界は｜E_x｜の曲線で示されて
いる。

前述の実施例は導波管２の伝搬モードのTEn₀
のｎ＝９の場合についてのものであるが、(1)式の
条件からも判るように、任意の次数とすることが
できるものである。従つて本発明によれば、平面
アレイアンテナを、導波管１の一端より給電し、
他端を無反射終端とすることにより、大型の導波
管２に形成した各アンテナエレメントを容易に励
振することができ、超高周波帯に於ても、直線状
の導波管１をスリツト４により結合させる構成で
あるから、低損失の給電を行なうことができると
共に、製作も容易となり、低コストの平面アレイ
アンテナを提供することができる。

第６図は本発明の他の実施例の断面図であり、
大型の導波管として、プリント基板６即ち誘電体
７の外部をとりまく導体８，８′，８″を有する構
成を用いたものである。導波管１のＨ面と大型の
導波管を構成するプリント基板６の一方のＨ面即
ち導体８′とを、プリント基板６の全長にわたつ
て共有するように設け、その共有Ｈ面にスリツト
４を形成して電磁結合させ、プリント基板６の他
のＨ面即ち導体８にスロツト３を形成したもので
ある。この実施例によると、誘電体７を用いるこ
とによつて、第３図〜第５図に示す実施例の大型
の導波管２に比較して、その高さを低くすること
ができ、小型の平面アレイアンテナを構成するこ
とができる。

発明の効果 以上説明したように、本発明は、低次モードを
伝搬させる方形導波管１の一端より給電し、他端
を無反射終端とし、その方形導波管１のＨ面とそ
のＨ面とを共有する大型の導波管２（プリント基
板６）を設けて、その共有Ｈ面に大型の導波管の
全長にわたるスリツト４を形成して電磁結合さ
せ、方形導波管１に伝搬される低次モードを高次
モードに変換して大型の導波管に伝搬させ、この
大型の導波管の他のＨ面に形成したスロツト３か
ら電波を放射させるものであり、第１図に示すよ
うなアレイアンテナと同一の特性を示す低コスト
の平面アレイアンテナを提供することができる。
又(1)式を満足させることにより、導波管１から大
型の導波管２（プリント基板６）をTE_o0モード
の振幅が他のモードの振幅に比較して充分大きく
なるように励振することができる。なお前述の実
施例に於ては、低次モードとしてTE₁₀モード、
高次モードとしてTEn₀モードとして説明したが、
低次モードとしては例えばTE₃₀モード、高次モ
ードとしてTE₅₀モードとすることも勿論可能で
あり、その他のモードとすることもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図はコーポレートフイード方式による給電
の説明図、第２図は本発明の実施例の概略斜視
図、第３図はTE₁₀モードを伝搬させる導波管の
概略斜視図、第４図は第２図のＡ−A′線の断面
図、第５図は第４図のＢ−B′線の断面図、第６
図は本発明の他の実施例の断面図、第７図は導波
管の説明用の断面図、第８図は計算による分散特
性曲線図、第９図は計算によるモード振幅比較特
性曲線図、第１０図及び第１１図は計算による電
界分布曲線図である。 １は導波管、２は大型の導波管、３はスロツ
ト、４はスリツト、５は無反射終端素子、６はプ
リント基板、７は誘電体である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 一端から給電して低次モードを伝搬させ、他
   端に無反射終端を有する方形導波管と、該方形導
   波管により伝搬される低次モードを高次モードに
   変換し、該高次モードを伝搬させる中心周波数で
   該方形導波管と位相定数の等しい大型の導波管と
   のそれぞれの一つのＨ面を該大型の導波管の全長
   にわたつて共有させ、該共有させたＨ面に軸方向
   のスリツトを設けて前記方形導波管と前記大型の
   導波管とを電磁結合させると共に、前記方形導波
   管の幅をｃ、前記大型の導波管の幅をａとしたと
   き、中心周波数ω₀で次式 ω₀ ²・ε・μ−（ｎ・π／ｅ）²＝ω₀ ²・ε₁・μ₁− （ｍ・π／ｃ）² （ｍ＜ｎ） 但し、ε，μは大型の導波管内の誘電率及び透磁
   率、ε₁，μ₁は方形導波管内の誘電率及び透磁率が
   前記大型の導波管の全長にわたつて成立するよう
   に両導波管の幅ａ，ｃを定め、前記大型の導波管
   の他のＨ面にスロツトを複数設け、該スロツトか
   ら電磁波を放射する構成としたことを特徴とする
   平面アレイアンテナ。 ２ 前記低次モードがTE₁₀モードであり、前記
   高次モードがTE_o0モード（ｎ＞１）であること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の平面ア
   レイアンテナ。 ３ 前記大型の導波管は、誘電体の外部を導体が
   とりまく構成であることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の平面アレイアンテナ。