JPH053405A - 導波管結合構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 幅狭面１０Ｄを密着させて配設した２本の導
波管の裏面１０Ｂに１本の給電用導波管１２Ｃを、互い
にその幅広面同士を密着させて配置し、それぞれの管端
を短絡板で閉塞すると共に、この短絡板に近接して幅広
面にＴ字型の結合スロット１８を形成し、この結合スロ
ット１８に接する部分の幅狭面１０Ｄに２本の導波管間
を連通する窓１７を設けて、１本の導波管１２Ｃから２
本の導波管１に電力を分岐させるように構成する。 【効果】 コンパクトで、振動などに対して強く、製作
の容易な導波管の電力分岐構造が得られた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、マイクロ波などの高周
波送受信用に使用される導波管スロットアレーアンテナ
等に好適な導波管結合構造に関し、詳しくは、１本の給
電用導波路から２本の導波管に電力を等分配するように
した電力分岐回路の給電構造を有する導波管結合構造に
関する。

【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 Ｐｏｌａｒｉ
ｚｅｄ Ｌｅａｋｙ−Ｗａｖｅ Ａｒｒａｙ”，ＩＲＥ
ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳＯＮ ＡＮＴＥＮＡＳ Ａ
ＮＤ ＰＲＯＰＡＧＡＴＩＯＮ，ｐｐ１６５−１７２，
Ｍａｒｃｈ，１９６２に開示されたものがある。このア
ンテナは一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】発明者はかかる結合構造のものをすでに提
案しており、これを図３および図４に示す。図３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が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本のこれらの導波管１を一組として、これらの導波管
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４は裏面の構造を示す。
図４において、給電用の導波管分岐回路６は、給電管６
Ａ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
うな導波管結合構造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共通
の給電用導波路から２本の放射用導波管に対して等分に
電力の分配が可能な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
トアレーアンテナ等に好適な導波管結合構造を提供する
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、幅狭面を介して連設された２本毎の導
波管の放射スロットが形成されていない側の幅広面の中
央に１本の給電用導波管の幅広面を互いに密着させて接
合し、それぞれの一方の管端を短絡板で閉塞すると共
に、接合させた前記幅広面同士の中央で前記短絡板近傍
の位置に導波管の管軸方向の長孔およびこれに直角な長
孔よりなる結合スロットを穿設し、該結合スロット近傍
の前記幅狭面に前記２本毎の導波管間の連通窓を設け
て、前記結合スロットおよび前記連通窓を介し、前記１
本の給電用導波管から前記２本の導波管に電力を等分に
分配可能としたことを特徴とする。

【００１６】

【作用】本発明によれば、１本の給電用導波管から、短
絡板近傍の幅広面同士を共に穿設して形成されたほぼＴ
字型の結合スロットと、この結合スロットの位置に対応
する幅狭面に結合スロットと連続して設けられた連通窓
とを介して２本の放射用導波管に等分に電力が分配され
るもので、振動に強く、安定した高性能，高信頼性の給
電損失が少ない導波管スロットアレーアンテナの提供に
貢献できるばかりでなく、製作上の課題であった結合ス
ロットおよび連通窓の形成が容易となり、量産に適した
構造の電力分岐回路の提供が可能となった。

【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１を幅狭面（Ｅ面）１０Ｄ
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
管構造部分を導波管１と呼ぶこととする。そしてこの放
射面１０Ａには、各導波管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。また、１０Ｄは隣接する
導波管１同士間の共有幅狭面である。

【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，および第２の分岐路１２Ｂを経て、
４本のそれぞれ独立した分岐回路１２Ｃ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４本の分岐回路１２Ｃはその
端部１２Ｄ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の分岐回路１２Ｃが閉塞された端部１２Ｄとが重ね
合わされた状態で接合固定される。更に、図２の（Ａ）
において、１７は互いに隣接する導波管１同士間を仕切
る形で設けられている幅狭面１０Ｄを切欠いて形成した
連通窓である。また、１８は各分岐回路１２Ｃの端部１
２Ｄに２本の導波管１に跨って穿設され、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】ここで、結合スロット１８と連通窓１７と
の相対的な関係を図１および図２を参照して詳述してお
く。結合スロット１８は図１および図２の（Ｂ）に示す
ようにほぼＴ字型をなすもので、各分岐回路１２Ｃにお
いてはその幅方向が長手となる長円型の第１スロット部
１８Ａとして形成されると共に第１スロット部１８Ａの
中央部から上述の連通孔１７上に分岐回路１２Ｃの回路
形成方向に沿って延在された形で第２スロット部１８Ｂ
が形成される。

【００２２】そこで、これらの結合スロット１８および
連通窓１７を介して各分岐回路１２Ｃに導かれた電力を
放射管体１０の各第１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導波管１を介して短
絡板１６で閉塞されたその端部に導き、更に連通窓１７
および結合スロット１８を介して給電回路１２により給
電口１５に導いて、電力として取出す受信用アンテナと
して機能させることができる。

【００２３】なお、かかる作用が順調に行われるために
は各部の設計がそれぞれ適切になされる必要がある。

【００２４】そこ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。

【００２５】かかる結合スロット１８の第１スロット部
１８Ａ，第２スロット部１８Ｂおよび連通窓１７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、導波管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。

【００２６】発明者の実験では以下のような条件で好適
な結果を得た。

【００２７】前記放射用導波管のサイズ：幅１８ｍｍ、
高さ９．５ｍｍ 前記結合構造部付近の溝１２のサイズ：幅１８．５ｍ
ｍ、深さ５ｍｍ 第１スロット部１８Ａのサイズ：幅２〜５ｍｍ、長さ１
４〜１８．５ｍｍ 第２スロット部１８Ｂのサイズ：幅２〜４ｍｍ、長さ１
０ｍｍ前後 連通窓１７のサイズ：その長さは第１スロット部１８Ａ
の幅と第２スロット部１８Ｂの長さとの和、深さは６ｍ
ｍ前後 このような寸法で、短絡板１６を第１スロット部１８Ａ
とわずかに重なる位置とした時、衛星放送の受信帯域で
ある１１．７乃至１２ＧＨｚの周波数帯域で良好な結合
を得た。

【００２８】以上に述べたように、本発明によれば、第
１に、本発明者が先に提案した１本の給電用導波路から
２本の導波管に給電できるという利点を生かしつつ、加
工上の問題点の解決を図ることができる。すなわち、第
１スロット部１８Ａおよび第２スロット部１８Ｂと連通
窓１７とは、共に通常のフライス盤で上板１３の取付前
に容易に精度良く加工，形成できる。しかもこれらの開
口スロットは前記放射管体１０と給電回路体１１との双
方に跨って形成されるものであり、両者の寸法および位
置を精度良く一致させなくてはならず、一見困難に見え
るが、いわゆるＮＣ制御のフライス盤を用いることで両
者を別々に加工したとしても十分な精度が得られる。ま
た、放射管体１０および給電回路体１１を予め密着した
状態に組み立てた上で、同時に加工（一般に共加工と呼
ぶ）することも可能で、この場合はより容易に好ましい
結果が得られる。

【００２９】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、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形成部分は剛性
の高い（断面２次モーメントの大きい）矩形断面構造と
しており、アンテナ全体としても元来振動に強い構造を
持っているもので、本発明はその特性を十分に活かした
ものといえる。

【００３０】第３に、結合スロット１８および連通窓１
７が形成される結合構造部分が占めるスペースはわずか
であり、有効な放射面積をほとんど減じることがない。
因みに、連通窓１７の長さは前記の通り１５ｍｍ以下で
あり、また短絡板１６あるいは溝端１２Ｄが、第１スロ
ット部１８Ａに密接して設けられることにより良好な透
過特性が得られる。実際に前記短絡板１６の厚さ等を加
えたこの結合構造部分の占める長さは、高々管内波長の
１／２程度にしかならず、開口効率の高いアンテナを実
現することができた。

【００３１】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、幅狭面を介して連設された２本毎の導波管の放射ス
ロットが形成されていない側の幅広面の中央に１本の給
電用導波管の幅広面を互いに密着させて接合し、それぞ
れの一方の管端を短絡板で閉塞すると共に、接合させた
前記幅広面同士の中央で前記短絡板近傍の位置に導波管
の管軸方向の長孔およびこれに直角な長孔よりなる結合
スロットを穿設し、該結合スロット近傍の前記幅狭面に
前記２本毎の導波管間の連通窓を設けて、前記結合スロ
ットおよび前記連通窓を介し、前記１本の給電用導波管
から前記２本の導波管に電力を等分に分配可能としたこ
とにより、開口効率が高く、振動などに強いアンテナを
安定に製造できるため、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有す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更に大きく
開くことができる。なお、本発明が、アンテナの給電回
路としてだけでなく導波管の一般的な電力分岐回路とし
て利用できることはいうまでもない。

【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’断面（Ａ）およびその（Ａ）に
おけるＹ−Ｙ’断面（Ｂ）をそれぞれ示す結合構造部分
の説明用断面図である。

【図３】従来例の構成を一部破砕して示す斜視図であ
る。

【図４】図３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 １Ｄ，１０Ｄ 幅狭面 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 １２Ａ 第１分岐路 １２Ｂ 第２分岐路 １２Ｃ 分岐回路 １２Ｄ 端部 １３ 上板 １６ 短絡板 １７ 連通窓 １８ 結合スロット １８Ａ 第１スロット部 １８Ｂ 第２スロット部

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 幅狭面を介して連設された２本毎の導波
   管の放射スロットが形成されていない側の幅広面の中央
   に１本の給電用導波管の幅広面を互いに密着させて接合
   し、それぞれの一方の管端を短絡板で閉塞すると共に、
   接合させた前記幅広面同士の中央で前記短絡板近傍の位
   置に導波管の管軸方向の長孔およびこれに直角な長孔よ
   りなる結合スロットを穿設し、該結合スロット近傍の前
   記幅狭面に前記２本毎の導波管間の連通窓を設けて、前
   記結合スロットおよび前記連通窓を介し、前記１本の給
   電用導波管から前記２本の導波管に電力を等分に分配可
   能としたことを特徴とする導波管結合構造。