JPH0613815A

JPH0613815A - ラジアルラインスロットアンテナ

Info

Publication number: JPH0613815A
Application number: JP4414593A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Okazaki; 康弘岡崎; Hisashi Yoshimoto; 尚志吉本; Masanori Suzuki; 正則鈴木; Yuji Numano; 雄司沼野
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 1992-03-06
Filing date: 1993-03-04
Publication date: 1994-01-21

Abstract

(57)【要約】【目的】誘電体遅波回路を用いることなく、グレーテ
ィングローブを抑制することができ、誘電体損失のない
高効率なラジアルラインスロットアンテナを提供する。【構成】ラジアルラインスロットアンテナは、多数の
スロットＳが形成されたスロット板３を有している。こ
のスロット板３には、各スロットＳがスパイラル状の線
Ｌ上に配置されている。前記スパイラル状の線Ｌは、そ
の径方向の間隔Ｐが空間波長λ₀よりも短くなっている
ことによってグレーティングローブを抑制している。ま
た、各スロットＳは、互いの励振位相を合わせるよう
に、それぞれ異なった角度（結合角θ）で配置されてい
る。さらに、前記結合角θが０〜π／２となるにつれて
スロットＳの周長を増加させ、アンテナ開口面前面で放
射波を同振幅とするようになっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＳＨＦ、ＥＨＦ帯にお
いて用いられるラジアル導波路を利用したラジアルライ
ンスロットアンテナに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ラジアルラインスロットアンテナ
（以下、アンテナと略す場合がある）としては、例えば
特公昭６４−１９６５号公報に示されるものが知られて
いる。このラジアルラインスロットアンテナは、等間隔
で対設された上下の円板型導体から構成されるものであ
る。この上下の円板型導体の間がラジアル導波路となっ
ている。

【０００３】そして、上側の円板型導体には、多数の放
射素子が配設されている。この放射素子は、上側円板型
導体にハ字状に形成された一対のスロットからなってい
る。該スロットは、円板型導体に形成された矩形状の貫
通孔であり、一対のスロットの一方が円板型導体の径方
向に対して約４５度の傾きをなし、一対のスロット同士
が互いに直交線上に配置されるように形成されている。

【０００４】また、これらの放射素子の配設位置は、ス
パイラル状の線上となっており、このスパイラル状の線
上での各スロット間の距離がλ_g／４とされている。前
記スパイラル状の線とは、前記ラジアル導波路において
最も基本になる伝搬モードの波長をλ_g（管内波長）と
したとき、上側円板型導体の径方向の軸上に、上側円板
型導体の中心よりδの距離にある第１の点、前記軸と直
角な径方向の軸上に前記中心からδ＋λ_g／４の距離に
ある第２の点、第１の点と同軸上で該中心から第１の点
と反対側にδ＋λ_g／２の距離にある第３の点、第２の
点と同軸上で前記中心から第２の点と反対側にδ＋３λ
_g／４の距離にある第４の点、第１の点と同軸上かつ同
方向に該中心からδ＋λ_gの距離にある第５の点、及び
以下同様にして定められる点群を順次通るものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来のアンテナにおいては、スロットの径方向の配置間隔
Ｐを管内波長λ_gと等しくすることにより、各スロット
の位相を揃えている。また、前記管内波長λ_gは、アン
テナの開口効率を上げると共にグレーティングローブを
抑制する目的で前記配置間隔Ｐを空間波長λ₀よりも短
くしてスロット密度を高めるために、誘電体遅波回路を
用いて空間波長λ₀の７５％〜８０％程度に短くされて
いる。従って、誘電体遅波回路による誘電体損失が生じ
てアンテナの効率を減少させていた。

【０００６】また、誘電体遅波回路として用いられる誘
電体材料のコストが、アンテナの生産コストを引き上げ
る要因となっていた。本発明は、上記事情に鑑みて提案
されたものであって、誘電体遅波回路を用いることな
く、グレーティングローブを抑制することができるラジ
アルラインスロットアンテナを提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のラジアルライン
スロットアンテナは、多数のスロットを有する導体から
なるスロット板と、このスロット板に対向する導体とで
ラジアル導波路を形成され、この導波路内に電力を供給
する給電手段を具備してなるものであり、前記スロット
の中心は、前記スロット板上のスパイラル状の線上であ
って、その極座標を（Ｒ、φ）とし、最も中心側に配置
されたスロットと前記極座標の中心となるラジアル導波
路の給電点との距離をＡ、該スパイラル線の径方向の間
隔をＰとしたとき、Ｒ＝Ａ＋Ｐφ／２πで表されるスパ
イラル線上に配置され、前記間隔Ｐは、定数Ｋを０≦Ｋ
＜１、空間波長をλ₀としたとき、Ｐ＝（１−Ｋ）λ₀と
設定され、前記最も中心側に配置されたスロットの中心
と径方向とのなす結合角をθ₁、このスロットの中心の
極座標を（Ａ、０）、前記スパイラル線上沿って順次配
置されたｎ番目のスロットと、このｎ番目のスロットの
中心と径方向とのなす結合角をθ_n、前記ｎ番目のスロ
ットの中心の極座標を（Ｒ、φ）としたとき、θ_n＝θ₁
−Ｋφとして配置され、各スロットの結合係数は、前記
結合角θ_nがπ／２〜０となるにつれて増加されて、ラ
ジアル導波路内に遅波回路を用いないことを前記課題の
解決手段とした。

【０００８】また、本発明のラジアルラインスロットア
ンテナは、前記各スロットの周長が、前記結合角θ_nが
０〜π／２となるにつれて増加されていることを前記課
題の解決手段とした。

【０００９】

【作用】上記構成によれば、前記間隔Ｐ＝（１−Ｋ）λ
₀と設定され、定数Ｋが０＜Ｋ＜１であることから、各
スロットを配置するスパイラル線の径方向の間隔Ｐは空
間波長よりも短く設定されているので、ラジアル導波路
内に遅波回路を用いなくてもグレーティングローブを抑
制することができる。このとき、間隔Ｐをラジアル導波
路内の管内波長よりも短くしているので、各スロットか
ら放射される励振波の位相がずれることになるが、各ス
ロットの径方向とのなす角度θを極座標のφに対応して
変更していくことで、位相を補正することができ、さら
に、各スロットの結合係数は、前記角度θ_nがπ／２〜
０となるにつれて増加されているので、アンテナから放
射される電波はアンテナの開口面で同振幅となる。

【００１０】

【実施例】以下に、本発明の一実施例を図面を参照して
説明する。図１ないし図４は、本実施例のラジアルライ
ンスロットアンテナ１を説明するための図面であって、
図１は、該アンテナ１の斜視断面図を示すものである。

【００１１】図１において、アンテナ１は、アンテナ１
の後面側を構成するフレーム２と、後述する多数のスロ
ットＳ…が配設される円形スロット板３と、フレーム２
と円形スロット板３との間に形成されるラジアル導波路
４の中心に給電するように配設された同軸線路５と、ア
ンテナ１の前面を覆うレドーム６とを主体として構成さ
れている。

【００１２】前記フレーム２は、正面視円形を呈する導
体であって、上部が広く開口された偏平容器形状をなし
ている。前記円形スロット板３は、フレーム２に対して
平行かつ同軸芯に配置されると共に、フレーム２と略同
径に形成され、その周縁が、フレーム２の周縁によって
支持されている。

【００１３】前記同軸線路５の中心導体は、ラジアル導
波路４内まで伸張し、アンテナ１の給電点となるプロー
ブ５ａを形成しており、該同軸線路５から給電される伝
送波をラジアル導波路４の中心から周辺部へ放射状に伝
搬させている。前記レドーム６は、アンテナ１を密閉構
造とするものである。なお、このレドーム６と円形スロ
ット板３との間には、誘電率が空気と略等しい発泡材の
スペーサを充填してもよい。

【００１４】また、本実施例のアンテナ１においては、
円形スロット板３とレドーム６との間に形成されるラジ
アル導波路４には、誘電体材料からなる誘電体遅波回路
が形成されていない。従って、ラジアル導波路４内の管
内波長λ_gは空間波長λ₀と同程度（等しいか又は短い）
になっている。

【００１５】次に、前記円形スロット板３を示す平面図
である図２を参照して前記スロットＳ…の配置について
順に説明する。まず、本実施例の円形スロット板３にお
いては、図２に示すスパイラル状の線Ｌ上にスロットＳ
…を配置するにあたって、グレーティンローブを防止す
るために、スパイラル状の線Ｌと径方向に沿った軸との
各交点の間隔Ｐを空間波長λ0より短くしている。

【００１６】すなわち、スパイラル状の線Ｌ上の点を極
座標（Ｒ、φ）で示した場合に、スパイラル状の線Ｌ上
の点は、Ｐ＜λ₀として次式で表わされる。Ｒ＝（Ｐφ／２π）＋Ａ……（１）ここで、式（１）におけるＡは、円形スロット板の中心
Ｏ（アンテナ１の給電点）に最も近いスロットＳ１の中
心Ｏからの距離である。そして、本実施例において、間
隔Ｐは、空間波長λ₀の７７％の距離、すなわち、Ｐ＝
０．７７λ₀とされている。

【００１７】なお、本実施例においては、間隔Ｐを０．
７７λ₀としたが、間隔Ｐは空間波長λ₀の７０〜９０％
の程度が好ましい。すなわち、間隔Ｐを、空間波長λ₀
の７０％よりも小さくすると、スロットが接近して干渉
し、不都合である。また、間隔Ｐを空間波長λ₀の９０
％よりも大きくすると、グレーティングローブを防止す
る効果が少ない。そして、間隔Ｐと管内波長λ_gの長さ
が異なった状態で、各スロットＳ…の位相を揃えるため
に、各スロットＳ…の中心点（各スロットＳ…の給電
点）を中心にして後述する結合角度を変えた回転させた
状態で配置している。

【００１８】ここで、図３に示すように、前記スパイラ
ル状の線Ｌ上にその中心点ｃがくるように配置された各
スロットＳ…は、その中心点ｃを通る径方向に沿った軸
ＲとＸ軸とのなす中心角が、スパイラル状の線Ｌ上の点
を表わす極座標のφとなっている。また、各スロットＳ
…の中心点ｃを通る径方向に沿った軸ＲとスロットＳの
角度を結合角θとする。

【００１９】そして、円形スロット板３の中心点Ｏ（給
電点）に最も近いスロットＳをスロットＳ１とし、順次
スパイラル状の線に沿って配置されたスロットＳをスロ
ットＳ２、スロットＳ３、…、スロットＳｎとし、各ス
ロットＳの結合角θをスロットＳ１〜スロットＳｎに対
応してθ₁〜θ_nとする。

【００２０】そして、これら各スロットｓ…の結合角θ
は、以下のようにして決められる。まず、スロットＳ１
をＸ軸上にあるものとした場合にスロットＳ１の中心の
極座標が（Ａ、０）となる。そして、このスロットＳ１
に対して、同軸上にあるスロットＳ８の場合には、スロ
ットＳ８の中心角φが３６０度となり、また、Ｘ軸上に
あるスロットＳ１からスロットＳ８までの距離は、前記
間隔Ｐとなる。間隔Ｐは、本実施例において、前述した
ように０．７７λ₀となる。従って、スロットＳ１から
スロットＳ８までの径方向の距離は、空間波長λ₀より
も０．２３λ₀（１−０．７７＝０．２３）だけ短いこ
とになる。

【００２１】すなわち、スロットＳ８は、スロットＳ１
に対する径方向の距離がλ₀よりも２３％とだけ短いこ
とになり、スロットＳ８の給電点における励振位相とス
ロットＳ１の給電点における励振位相との差が、位相角
３６０°の２３％となる。そこで、スロットＳ８の結合
角θ₈を、スロットＳ１の結合角θ₁に対して３６０°×
０．２３＝８２．８°だけ回転させることにより、スロ
ットＳ１の位相に対してスロットＳ８の位相を合わせる
ことができる。

【００２２】従って、θ₁−θ₈＝３６０°×０．２３と
なる。そして、スロットＳ８の結合角θ₈を４５°とし
た場合に、スロットＳ１の結合角θ₁は、１２７．８と
なる。また、スロットＳ８に対して、−１４°の中心角
をなす位置にあるスロットＳ７の場合には、結合角θ₁
と結合角θ₇との差を、θ₁−θ₇＝（３６０°−１４
°）×０．２３＝７９．６°とすることにより、スロッ
トＳ１に位相を合わせることができる。従って、スロッ
トＳ７の結合角θ₇は、θ₇＝１２７．８°−７９．６°
＝４８．２°となる。

【００２３】以上のスロットＳの結合角θの決め方を一
般化すると以下のようになる。まず、前記間隔Ｐをこの
間隔Ｐが空間波長λ₀に対して短くなっている割合Ｋで
表わすと、次式のようになる。Ｐ＝（１−Ｋ）λ₀……（２）また、スロットＳ１の中心角を０°として、各スロット
ＳのスロットＳ１に対する中心各をφとすると、スロッ
トＳ１とスロットＳｎの結合角の差は、θ₁−θ_n＝φ×
Ｋとなる。従って、ｎ番目のスロットＳｎの結合角θ_n
は、次式で表わされる。 θ_n＝θ₁−Ｋφ……（３）なお、ここで、最初に配置するスロットは、最内周側の
スロットに限られるものではない。本実施例では、ま
ず、θ₈＝４５°とした。次に、θ₁＝４５°＋８２．８
＝１２７．８（ただし３６０×０．２３＝８２．８）と
した。

【００２４】また、スロットは前記結合角θがπ／２の
とき、放射される電波の振幅が最大であり、結合角θが
小さくなるにつれて放射波の振幅が小さくなっていくこ
とは知られている。そこで、前述のごとくスロットを順
次回転して配置することによって、放射波の振幅がアン
テナ開口面前面で揃わなくなり、結果としてアンテナの
性能を上げることができなくなってしまう。そこで、前
記結合角θがπ／２〜０となるにつれて放射波の振幅が
減少するのを防ぎ、アンテナ開口面前面で放射波を同振
幅とすることが必要となる。

【００２５】そこで、ラジアル導波路内の電力に対して
放射される電力（放射波の電力）の比例係数である結合
係数を前記結合角θがπ／２〜０となるにつれて増加さ
せる。すなわち、結合係数が一定であれば、前述したよ
うに結合角θが小さくなるにつれて放射波の振幅が小さ
くなってしまうが、結合係数を結合角θが小さくなるに
つれて増加させ放射波の振幅が小さくなってしまうのを
防ぐのである。

【００２６】具体的には、図４ａに示すように、スロッ
トの周長を結合角θに対応して大きくする。すなわち、
０≦θ＜３０°ではピン付きスロットＳａとし、３０°
≦θ＜４５°では直線スロットＳｂ、４５°≦θ＜７５
°ではトラックスロットＳｃ、７５°≦θ≦９０°では
ダンベルスロットＳｄとして配置する。ここで、ピン付
きスロットＳａは図４ｂに示すようにラジアル導波路４
内に突き出したピン７をもつ直線状のスロットＳであ
り、直線スロットＳｂは長方形すなわち一般に用いられ
ている形状のスロットＳであり、トラックスロットＳｃ
はスロットＳの中心に円弧状のふくらみをもち、両終端
が円弧状の形状をもつスロットＳであり、ダンベルスロ
ットＳｄは両終端に円形状のふくらみをもつ形状のスロ
ットＳである。このような形状のスロットＳとすること
によって、スロットＳｂ、スロットＳｃ、スロットＳｄ
の周長は、各スロットＳの長さｄを一定とすると、Ｓｂ
＜Ｓｃ＜Ｓｄの関係をもつことになり、各スロットの結
合係数α（Ｓｂ）、α（Ｓｃ）、α（Ｓｄ）は、α（Ｓ
ｂ）＞α（Ｓｃ）＞α（Ｓｄ）の関係をもつことにな
る。

【００２７】また、０≦θ＜３０°では、本実施例のよ
うにピン付きスロットＳａを用いることが好ましい。こ
れは、特に結合角θが小さいときは、スロットの周長の
変化による結合係数の制御効果が期待できず、３０°以
上の他のスロットＳとの放射波の振幅を等しくするため
に、さらに結合係数を増加させるためである。すなわ
ち、ピン７がラジアル導波路４内に突き出した状態であ
るため、結合係数が数倍増加し、結合角が３０°未満と
小さくてもスロットＳからの放射波の振幅を充分に大き
くできる。よって、各スロットＳの結合係数α（Ｓ
ａ）、α（Ｓｂ）、α（Ｓｃ）、α（Ｓｄ）は、α（Ｓ
ａ）＞α（Ｓｂ）＞α（Ｓｃ）＞α（Ｓｄ）の関係をも
つことになり、各スロットＳからの放射波の振幅Ｒ（Ｓ
ａ）、Ｒ（Ｓｂ）、Ｒ（Ｓｃ）、Ｒ（Ｓｄ）は、結合角
θを考慮すると、Ｒ（Ｓａ）≒Ｒ（Ｓｂ）≒Ｒ（Ｓｃ）
≒Ｒ（Ｓｄ）となる。このように、各スロットＳの長さ
ｄを一定としたとき、周長を変化させて結合係数を制御
することにより、アンテナ開口面全面で放射波を同振幅
とすることができる。

【００２８】さらに、スロットＳ…の長さｄを中心側か
ら外側に向かうにしたがって空間波長λ₀の２５％〜４
５％の範囲で増加させ、さらに中心側から外側に向かう
にしたがって管内波長λ_gの波長短縮率を考慮して間隔
Ｐを減少させることが好ましい。このようにすることに
よって、さらに高性能とすることができる。

【００２９】以上のように、各スロットＳ…をＰ≦λ₀
として前記式（１）で示されるスパイラル状の線Ｌ上に
配置し、また、各スロットＳの結合角θを式（２）で示
す結合角とし、さらに、各スロットＳの形状を前記結合
角θによって変化させて結合係数を制御することによっ
て、円偏波が得られ、ラジアル導波路４内に誘電体遅波
回路を用いずに、グレーティングローブを抑制した放射
指向性パターンとなり、高性能で低コストのラジアルラ
インスロットアンテナを得ることができる。

【００３０】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明の
ラジアルラインスロットアンテナは、スロットの径方向
の配置間隔を管内波長よりも短くしても各スロットで位
相差を揃えた円偏波を放射することができることによっ
て、誘電体遅波回路を用いることなく、グレーティング
ローブを抑制することができる。従って、本発明のラジ
アルラインスロットアンテナは、誘電体遅波回路を設け
る必要がないことによって、誘電体遅波回路による誘電
体損失がない効率のよい高性能アンテナとすることがで
きる。また、本発明のラジアルラインスロットアンテナ
は、誘電体材料を用いた誘電体遅波回路が必要ないた
め、その生産コストを低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】上記実施例のラジアルラインスロットアンテナ
を示す斜視断面図である。

【図２】上記ラジアルラインスロットアンテナの円形ス
ロット板を示す平面図である。

【図３】上記円形スロット板に形成されたスロットの中
心角φと結合角θを説明するための平面図である。

【図４】上記円形スロット板に形成されたスロットにお
いて、結合角θの違いにより形状を変更したスロットを
示す斜視図及び断面図である。

【符号の説明】

１アンテナ（ラジアルラインスロットアンテナ）２フレーム（スロット板に対向する導体）３円形スロット板（スロット板）４ラジアル導波路Ｌスパイラル状の線Ｓスロット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者沼野雄司東京都台東区台東一丁目５番１号凸版印刷株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】多数のスロットを有する導体からなるス
ロット板と、このスロット板に対向する導体とでラジア
ル導波路が形成され、この導波路内に電力を供給する給
電手段を具備してなるラジアルラインスロットアンテナ
において、前記スロットの中心は、前記スロット板上のスパイラル
状の線上であって、その極座標を（Ｒ、φ）とし、最も
中心側に配置されたスロットと前記極座標の中心となる
ラジアル導波路の給電点との距離をＡ、該スパイラル線
の径方向の間隔をＰとしたとき、Ｒ＝Ａ＋Ｐφ／２πで
表されるスパイラル線上に配置され、前記間隔Ｐは、定数Ｋを０≦Ｋ＜１、空間波長をλ₀と
したとき、Ｐ＝（１−Ｋ）λ₀と設定され、前記最も中心側に配置されたスロットの中心と径方向と
のなす結合角をθ₁、このスロットの中心の極座標を
（Ａ、０）、前記スパイラル線上沿って順次配置された
ｎ番目のスロットと、このｎ番目のスロットの中心と径
方向とのなす結合角をθ_n、前記ｎ番目のスロットの中
心の極座標を（Ｒ、φ）としたとき、θ_n＝θ₁−Ｋφと
して配置され、各スロットの結合係数は、前記結合角θ
_nがπ／２〜０となるにつれて増加されて、ラジアル導
波路内に遅波回路を用いないことを特徴とするラジアル
ラインスロットアンテナ。
【請求項２】前記各スロットの周長は、前記結合角θ_n
が０〜π／２となるにつれて増加されていることを特徴
とする請求項１記載のラジアルラインスロットアンテ
ナ。