JPH04358405A - 導波管スロットアレーアンテナ - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、特に衛星放送受信用ア
ンテナなどのマイクロ波帯アンテナの構造に関し、詳し
くは、放射用のスロットが設けられた導波管を複数本並
べてアレー化した、導波管スロットアレーアンテナに関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】マイクロ波帯など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
トアレーアンテナが知られており、このようなアンテナ
の１つに漏洩波型の導波管スロットアレーアンテナがあ
る。

【０００３】かかる漏洩波型の導波管スロットアレーア
ンテナとして、例えば、Ｗ．Ｊ．ＧＥＴＳＩＮＧＥＲに
よる文献、“Ｅｌｌｉｐｔｉｃａｌｌｙ　　Ｐｏｌａｒ
ｉｚｅｄ　　Ｌｅａｋｙ−Ｗａｖｅ　　Ａｒｒａｙ”，
ＩＲＥ　　ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳＯＮ　　ＡＮＴＥ
ＮＡＳ　　ＡＮＤ　　ＰＲＯＰＡＧＡＴＩＯＮ，ｐｐ１
６５−１７２，Ｍａｒｃｈ，１９６２に開示されたもの
が知られている。このアンテナは１本の一様断面を有す
る矩形導波管の幅広面（Ｈ面）の管軸中心線からずれた
位置に、十字型のスロットを長手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を介し
て高周波を投入するようにしたもので、他端を無反射終
端構造とした、円偏波用１次元アレーアンテナである。

【０００４】このアンテナは基本的にはビームチルト型
となるもので、また、逐次給電型でありながら帯域幅も
比較的広くとれるという特徴を持っており、これを平面
状（２次元）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開口面アンテナとする
ことができる。

【０００５】すなわち漏洩波型の導波管スロットアレー
アンテナは、導波管構造を有するため給電損失が小さく
、従ってアンテナ全体を小型化でき、またビームのチル
ト角を適切に設定することによって、静止衛星放送の電
波を受信するに際して垂直あるいは水平に設置すること
が可能となる。更にまた、家屋等においては壁に沿って
設置できる外車両等への搭載の場合は、屋根に水平に設
置して背を低くできるので外観や風の抵抗などの面で大
きな利点がある。

【０００６】ところで、かかる漏洩波型の導波管スロッ
トアレーアンテナを２次元化する場合の重要な課題とし
て給電構造をいかに構成するかがある。発明者はその好
適な構造の一つとして先にマイクロストリップ線路を用
いた回路を提案した（特開平２−５８９０６号参照）。

【０００７】この方式は、帯域特性が比較的良好である
上、サスペンデッドライン構造を採用することによって
給電損失をもかなり小さくすることが可能であり、特に
大量生産時の製造コストを安くできるという最大の利点
がある。しかし、例えば列車に搭載するアンテナのよう
な業務用途などでは、いかに給電損失を低く押さえ、ア
ンテナ全体の大きさを小さくし、あるいは軽くするかと
いったことがコストに優先する場合があり、このような
場合には給電回路に、より損失の小さい導波管を用いる
方が有利であると考えられる。

【０００８】発明者はかかる構造のものをすでに提案し
ており、これを図５および図６に示す。図５において１
は、放射用の導波管であり、本例では８本のかかる導波
管１がそれぞれその幅広面（Ｈ面）の一方を表にし、幅
狭面１Ｄに相互に接して並べられており、その表の面で
ある放射面１Ａに放射用のスロット１Ｃが多数設けられ
、これによって放射部が形成されている。また、２本の
導波管１を一組として、その導波管１同士が接する幅狭
面１Ｄが管端から所定の長さにわたり切除されて連通窓
７が形成されており、管端は短絡板２によって閉塞され
ている。図６は裏面の構造を示す。図６において、導波
管分岐回路６は、給電管６Ａから分岐部６Ｂで第１分岐
管６Ｃに分岐され、さらにここから分岐部６Ｄで第２分
岐管６Ｅに分岐されるまでがすべて矩形の導波管で構成
されており、その幅広面が前記放射用の導波管１の背面
（裏面１Ｂ）に密接して設けられている。また、分岐さ
れたこれら第２分岐管６Ｅの両端は短絡板６Ｆで閉塞さ
れており、この短絡板６Ｆの近傍にあたる連通窓７の所
定の位置に、導波管１および第２分岐管６Ｅの幅広面を
貫ぬいて貫通孔３が設けられ、ここに誘導体スリーブ５
を介して給電プローブ４が上下双方の導波管に突出する
ように固定されている。

【０００９】そこで、このように構成されたスロットア
レーアンテナにおいては、給電管６Ａから高周波電力を
投入すると、この電力は先ず分岐部６Ｂで等位相、等振
幅の２つの電力に分けられ、そのそれぞれが分岐部６Ｄ
で再度等位相、等振幅の２つの電力に分けられて、結局
導波管分岐回路６において４つの等しい電力に分けられ
る。そしてこれらの電力は、給電プローブ４を経てそれ
ぞれ８本の放射用導波管１に導かれ、これらの放射用導
波管１が等しい電力で励振されるのでこの電力が放射用
のスロット１Ｃから放射され、所定の開口面アンテナと
して作用する。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うな構成による導波管スロットアレーアンテナにおいて
は、給電回路として２段の分岐部と、４本の給電プロー
ブによって８本の放射用導波管を励振できるという有利
な特色があるものの、実際の作製にあたっていくつかの
点で難しさがあった。

【００１１】第１は、対の導波管１同士間に設けられる
連通窓７を形成するための加工、すなわち導波管１の幅
狭面１Ｄを切除する加工が、特定の形態のものから行な
うとすると非常に難しかったり、手順によっては時に不
可能な場合があるという問題があった。例えば、個別に
形成された導波管を並べて一体の導波管を構成する場合
は、まず個々の導波管１の端部における幅狭面１Ｄの一
部を切除した上で並べれば良く、この場合の切除加工は
比較的容易である。しかし、アンテナの構造剛性あるい
は強度を増すために、スロット１Ｃが形成される放射部
を例えば８本の導波管の配列による一体のものの構造体
（以下連管と呼ぶ）として構成することが考えられるが
、かかる場合には、先の幅狭面の切除のためには切削刃
物を前記連管の端部側から挿入しなければならず、特定
の工作機械が必要になる。あるいは、上述のアンテナを
縦に２台連結し、しかもアンテナ全体の剛性を保持する
ために、構造上は先に述べたような連管をアンテナ単体
として使用した上、機能上は中間に短絡板を設置して独
立した２台のアンテナとして使用するというケース（詳
細は省略するが、帯域の劣化を避けながら、利得を倍増
するための手段）では、先の連管の長手方向においてそ
の中ほどの位置の幅狭面を切除しなければならず、実際
上不可能である。

【００１２】第２の問題は、給電プローブ４の固定作業
についてである。前述のごとく、給電プローブ４は誘電
体スリーブ５を介して貫通孔３に固定され、２つの導波
管１の双方にまたがって中途まで突出する構造となって
おり、この結合部が好ましい性能（低反射）であるため
には、これら双方への突出量を精度良く保たなければな
らないが、これが加工、組み立てをきわめて難しくして
いる。また給電プローブ４を支える誘電体スリーブ５の
材質は剛性の低いプラスチック材料（シフッ化エチレン
樹脂（ＰＴＦＥ）など）であるため、かかるアンテナを
列車などのように強い振動を受ける用途に使用するとき
の不安点として指摘されてきた。

【００１３】また、以上に示したような、放射管の一端
側から電力を投入する構造のアンテナにおいては一般的
に、電力を投入する構造部分そのものがなるべくコンパ
クトであることが要求される。すなわち、放射管におい
て実質的にアンテナとして作用する部分はスロットが設
けられる放射部の範囲であり、またスロットはその導波
管の安定なモード（矩形導波管では、ＴＥ０１モード）
を生じている領域に形成するべきであって、これまでに
述べてきた従来の電力を投入する構造部分は一般にこの
ような条件を十分に満足しているとはいえない。特にこ
の部分はアンテナの実効面積として算入できない領域で
あり、この部分をいかに小さく（一本の放射管でいえば
、いかに短く）できるかはこの種のアンテナで高い開口
効率を実現する上での共通した課題であった。

【００１４】本発明の目的は、上述したような従来の問
題点に着目し、その解決を図るべく、作製および組立が
容易で特に給電部から放射部に高周波電力を導くための
給電プローブに代えて、導波管端部の短絡板近傍にスロ
ットを設けるようになして、コンパクトでしかも十分な
剛性が保証される導波管スロットアレーアンテナを提供
することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、本発明は、一方の幅広面に複数の放射用スロット
が形成され、少なくとも一端が短絡板で閉塞された矩形
断面の導波管の複数を前記放射用スロットが同一面側に
配列されるように並列させて一体に形成した導波管体と
、該導波管体の前記放射用スロットが形成されていない
他方の面に接合され、更に上板との重ね合わせにより、
前記導波管の幅広面に平行して１対１で対応して形成さ
れた複数の給電用導波路を有し、該導波路の一端がそれ
ぞれ短絡板により前記導波管にならって閉塞された給電
回路体と、前記短絡板で閉塞された端部近傍の前記導波
管と該導波管に対応する前記給電用導波路の閉塞された
端部近傍との間の接合面を貫通して設けられ、前記導波
管および前記給電用導波路の管軸方向の寸法が該管軸方
向とは直角の方向の寸法より短い結合スロットとを具備
したことを特徴とする。

【００１６】

【作用】本発明によれば、一体に形成した導波管体とそ
の放射用スロットが形成されない面に接合される給電回
路体とを重ね合わせた状態で、閉塞された側の端部近傍
に容易に給電用の結合スロットを穿設することができる
ので、そのあと上板を重ねるようにして、給電回路体に
給電用導波路を形成することができ、信頼性の高い作業
により安定した製品が得られる。

【００１７】

【実施例】以下に、図面を参照しつつ本発明の実施例を
具体的に説明する。

【００１８】図１は本発明の１実施例を示す。ここで、
放射管体１０は矩形の導波管を幅狭面（Ｅ面）が隣接す
るように８本並べた形態のものを１体に形成したもので
、通常の押出し成形によって容易に得ることができる。 なお、以下でこの放射管体１０の放射スロット１Ｃが設
けられる側の面を放射面１０Ａと呼び、他方の面を裏面
１０Ｂと呼ぶことにし、形成されている各導波管構造部
分を放射管１と呼ぶこととする。そしてこの放射面１０
Ａには、各放射管１に沿って所定の放射スロット１Ｃが
多数配設されている。

【００１９】１１は板状の金属で形成された給電回路体
であり、給電回路体１１には深さに比して幅の方が広い
矩形状の溝１２が形成されていて、このような給電回路
体１１を放射管体１０の裏面１０Ｂ側に密着接合した上
、更にその外側にこれも金属製の上板１３を密着接合し
てその間に上記溝１２による給電回路が形成される。 すなわち、上板１３上に固定されるフランジ１４には給
電口１５が設けられていて、ここから給電された電力は
Ｅ曲りにより下方の給電回路の溝１２に導かれ、更に第
１の分岐路１２Ａ，第２の分岐路１２Ｂおよび第３の分
岐路１２Ｃを経て、８本のそれぞれ独立した分岐回路１
２Ｄに分配されるもので、これによって給電回路では実
質線路長が等しく保たれる。

【００２０】なお、これら８本の分岐回路１２Ｄはその
端部１２Ｅが閉塞されており、図２に示すように放射管
体１０の短絡板１６が設けられる側の端部と給電回路体
１１の回路１２Ｄが閉塞された端部１２Ｅとが重ね合わ
された状態で固定ねじ１７によって締結される。１８は
各分岐回路１２Ｄの端部１２Ｅに穿設され、更に、放射
管体１０の裏面１０Ｂを貫通させる形で設けられた結合
スロットである。

【００２１】そこで、これらの結合スロット１８を介し
て各分岐回路１２Ｄに導かれた電力を放射管体１０の各
導波管１に導いた上各放射スロット１０Ｃを介して放射
させることができ、また、放射スロット１０Ｃからの受
信電波を各放射管１を介して短絡板１６で閉塞されたそ
の端部に導き、更に結合スロット１８を介して給電回路
１２により給電口１５に導いて、電力として取出す送受
信用アンテナとして機能させることができる。

【００２２】ついで、本発明にかかる上述の結合スロッ
ト１８について、詳述する。

【００２３】かかる結合スロット１８を高周波電力がス
ムーズ（反射無く）に通過するためには、その大きさお
よび位置を、放射管１ならびにこの結合スロット１８近
傍の給電回路１２（給電用導波管）のサイズに応じて適
切に設定する必要がある。

【００２４】具体的には、まず放射管１と結合スロット
１８近傍の給電用分岐回路１２Ｄとにおける相対特性イ
ンピーダンス（数１参照）を比べる。

【００２５】

【数１】 Ｚｒ＝（ｂ／ａ）／｛１−（λ／２ａ）｝１／２ただし
、Ｚｒ：導波管の相対特性インピーダンスλ：空間波長 ａ：導波管の幅（幅広面） ｂ：導波管の高さ（幅狭面） そして、ここで、双方の相対特性インピーダンスＺｒが
等しい場合には結合スロット１８のサイズを以下のよう
に設定する。つまり、結合スロット１８は、分岐回路１
２Ｄの幅方向に相当する長さ（長辺）と、これに対する
幅（短辺）とからなる長方形の孔（加工を容易にするた
めに角部に丸みを付けることは可能である）であって、
この長さと幅をそれぞれ式数１における導波管の幅ａ、
および導波管の高さｂに見立て、その相対特性インピー
ダンスが、放射管１あるいは結合スロット１８近傍の分
岐回路１２Ｄのそれに等しくなるように、あるいは、そ
れらの中間の値になるように、前記長さと幅を設定する
。ただし、これは概略の値であって精度良い寸法は実験
的に求めればよい。

【００２６】次に、前記結合スロット１８の位置として
は、まずその一方の長辺が、短絡板として作用している
溝端１２Ｅにほぼ接するようにし、他方の放射管１側で
は短絡板１６の一部が図２に示すように結合スロット１
８にやや重なるような位置とする。発明者の検討ではこ
の重なり量が、結合スロット１８の幅の概ね半分程度の
ときに、極めて良好な透過特性を得た。

【００２７】次に、放射管１と結合スロット１８近傍の
分岐回路１２Ｄとの相対特性インピーダンスが異なる場
合、例えば、放射管１の方の相対特性インピーダンスが
分岐回路１２Ｄのそれよりも大きい場合には、結合スロ
ット１８の長さと幅とを、相対特性インピーダンスが先
に述べたように分岐回路１２Ｄのそれと等しくなるよう
に定める。かくして、図３に示すように、短絡板１６に
隣接して絞り部１９を設けることにより、前記結合スロ
ット１８の位置は前述と同様に保つことで良好な透過特
性が得られる。なおこのときの絞り部１９は、それによ
って狭められた放射管１の方の相対特性インピーダンス
が、結合スロット１８近傍の分岐回路１２Ｄのそれと、
放射管１の方のそれとの相乗平均となるようにその厚さ
を設定し、長さの方はその部分の管内波長のほぼ１／４
となるように設定する。

【００２８】また逆に、放射管１の方の相対特性インピ
ーダンスが結合スロット１８近傍の分岐回路１２Ｄのそ
れよりも小さい場合には、前述の逆の構造とする。つま
り図示はしないが、この場合は絞り部１９に相当するも
のを分岐回路１２Ｄの側に設けるようにする。

【００２９】以上の構造から分かるように、本発明によ
るスロットアレーアンテナは、第１に加工が容易であり
従って安定した精度の製品を得ることができる。具体的
に云うと、先の結合スロット１８の加工には、給電回路
体１１と放射管体１０との双方に設けなければならずそ
れらを精度良く一致させることは一見難しく見えるが、
実際にはＮＣフライス盤などの数値制御の加工機械によ
って十分な精度で加工できるため、両者を別々に加工し
組立てても十分満足な製品を得られる。また、図４の（
Ａ）に示すようにして、給電回路体１１と前記放射管体
１０とをねじ１７によって予め仮組立てしておき、双方
を一体の状態とした上で結合スロット１８を切削、形成
する（一般に共加工と呼ぶ）ことによってより安定な精
度が確保できるほか、仮に給電回路体１１と放射管体１
０との間にわずかな隙間があったとしても、加工時の切
削屑あるいはわずかな変形がこの隙間を埋め、より好ま
しい通路を形成することができる。なおこの場合は、同
図に示したように、短絡板１６に設けた、ねじ孔１６Ａ
を、ねじ１７の外径よりやや大きめかあるいは長孔にし
ておき、短絡板１６を、結合スロット１８の切削加工時
に一緒に削られない位置にずらしておき、加工後、図４
の（Ｂ）に示すように所定の位置に設定し直すようにし
てもよい。なお、結合スロット１８を切削加工する際に
、短絡板１６の代わりに適当なスペーサを挿入し、加工
後、所定の短絡板１６を挿入し直すようにすることもで
きる。

【００３０】第２に、本発明になるアンテナは強固であ
り、強い振動を受けるような用途において特に有効であ
る。すなわち、本発明では一般に柔らかいとされるプラ
スチック製の誘電体を必ずしも使用する必要がないこと
、そして付加的な部品を組合わせる必要のない単純な構
造であるために、振動でずれを生じるなどの問題が起こ
りにくく、強い振動の中で初期の性能を安定に維持する
ことができる。特に本アンテナの放射管１を形成してい
る部分には構造剛性の高い（断面２次モーメントの大き
い）矩形管を使用しており、アンテナ全体として要求さ
れる振動に強い構造に答えて、本発明はその特性を十分
に活かしたものといえる。

【００３１】第３に、結合スロット１８およびこれに付
帯する構造が占有するスペースがわずかですみ、有効な
放射面積をほとんど減じることがない。因みに、結合ス
ロット１８の幅は１／１０波長（放射管１の管内波長）
程度であり、また短絡板１６および溝端２Ｅが、結合ス
ロット１８に密接していることにより良好な透過特性が
得られるため、実際に短絡板１６の厚さ等を加えたこの
結合構造の占める長さは、高々１／４波長程度にしかな
らず、開口効率の高いアンテナを実現することができる
。

【００３２】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれば
、一方の幅広面に複数の放射用スロットが形成され、少
なくとも一端が短絡板で閉塞された矩形断面の導波管の
複数を前記放射用スロットが同一面側に配列されるよう
に並列させて一体に形成した導波管体と、該導波管体の
前記放射用スロットが形成されていない他方の面に接合
され、更に上板との重ね合わせにより、前記導波管の幅
広面に平行して１対１で対応して形成された複数の給電
用導波路を有し、該導波路の一端がそれぞれ短絡板によ
り前記導波管にならって閉塞された給電回路体と、前記
短絡板で閉塞された端部近傍の前記導波管と該導波管に
対応する前記給電用導波路の閉塞された端部近傍との間
の接合面を貫通して設けられ、前記導波管および前記給
電用導波路の管軸方向の寸法が該管軸方向とは直角の方
向の寸法より短い結合スロットとを具備したことにより
開口効率が高く、しかも振動などに強いアンテナを安定
した製法および精度を保って製造できるため、特にもと
もと車載用途に適した性能的あるいは構造的特徴を持っ
ている漏洩波型導波管スロットアレーアンテナの同用途
への活用の道をより一層大きく開くことに貢献できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成の一例を一部破砕して裏面側から
見て示す斜視図である。

【図２】図１のＸ−Ｘ´線断面図である。

【図３】本発明の他の一例を示す部分断面図である。

【図４】本発明になるアンテナの製造工程の一例を断面
で示す説明図である。

【図５】従来例の構成を一部破砕して示す斜視図である
。

【図６】図５に示す従来例を裏面側から見て示す斜視図
である。

【符号の説明】

１　　導波管 １Ｃ　　スロット １０　　放射管体 １０Ａ　　放射面 １０Ｂ　　裏面 １０Ｃ　　放射スロット １１　　給電回路体 １２　　溝（給電回路） １２Ａ　　第１分岐路 １２Ｂ　　第２分岐路 １２Ｃ　　第３分岐路 １２Ｄ　　分岐回路 １３　　上板 １５　　給電口 １６　　短絡板 １６Ａ　　ねじ孔 １７　　ねじ １８　　結合スロット １９　　絞り部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　一方の幅広面に複数の放射用スロット
   が形成され、少なくとも一端が短絡板で閉塞された矩形
   断面の導波管の複数を前記放射用スロットが同一面側に
   配列されるように並列させて一体に形成した導波管体と
   、該導波管体の前記放射用スロットが形成されていない
   他方の面に接合され、更に上板との重ね合わせにより、
   前記導波管の幅広面に平行して１対１で対応して形成さ
   れた複数の給電用導波路を有し、該導波路の一端がそれ
   ぞれ短絡板により前記導波管にならって閉塞された給電
   回路体と、前記短絡板で閉塞された端部近傍の前記導波
   管と該導波管に対応する前記給電用導波路の閉塞された
   端部近傍との間の接合面を貫通して設けられ、前記導波
   管および前記給電用導波路の管軸方向の寸法が該管軸方
   向とは直角の方向の寸法より短い結合スロットとを具備
   したことを特徴とする導波管スロットアレーアンテナ。