JPH066588Y2 - Waveguide slot antenna - Google Patents

Waveguide slot antenna

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JPH066588Y2
JPH066588Y2 JP5277590U JP5277590U JPH066588Y2 JP H066588 Y2 JPH066588 Y2 JP H066588Y2 JP 5277590 U JP5277590 U JP 5277590U JP 5277590 U JP5277590 U JP 5277590U JP H066588 Y2 JPH066588 Y2 JP H066588Y2
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waveguide
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俊雄 武川
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八重洲無線株式会社
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Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この考案は特に船舶や移動車輌での使用に適する、SH
F(極超短波)帯の無線電磁波の送信受信用アンテナに
関するものである。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial field of application] This invention is suitable for use in ships and mobile vehicles.
The present invention relates to an antenna for transmitting and receiving radio electromagnetic waves in the F (ultra high frequency) band.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

導波管スロットアンテナは、従来は船舶レーダアンテナ
として使われる程度であるため、一般には目に触れる機
会が無いので殆んど知られていない形式のアンテナであ
る。以下に簡単に説明する。
The waveguide slot antenna is a type of antenna that is rarely known because it is generally used as a ship radar antenna and is not generally visible. A brief description will be given below.

「アンテナ工学ハンドブック」(電子通信学会編・オー
ム社発行・昭和55年10月30日初版)223頁より
抜粋転載 「図8・2(省略する)は直列給電回路の最も簡単な構
造の一例である導波管スロットアンテナである。主線路
である導波管からの電力結合部がそのまま素子アンテナ
を形成しており、スロットの傾斜角により結合度が決定
されている。なおスロットの間隔は導波管内波長の1/
2にとってあり、傾斜方向を素子ごとに反転させること
により共相励振の条件を満たしている。」249頁より
抜粋転載 「7・6・3航海用レーダアンテナ 〔1〕船舶搭載用レーダアンテナ (b)スロット形レーダアンテナ (前略)現在は開口面が小さくできるスロットアンテナ
が航海用レーダに用いられている。スロットアンテナは
図6・19(省略)に示すように導波管壁に溝(スロッ
ト)を切り、スロットから放射される電波をアレーとし
て利用するもので、重量が軽く、風の抵抗が少なく、さ
らにアンテナ上の電流分布を任意に選び易いなどの利点
がある。利用される電流分布としては、与えられたアン
テナ長においてビーム幅とサイドロープレベルをともに
最小にするチェビシエフ分布か、ビーム幅は少し広くな
るがサイドロープが低く高利得パターンを得るテイラー
分布が用いられる。スロット長はλg/2より僅かに短
いかまたは長い非共振形スロットとして広帯域性をもた
せる。このためビームの方向がブロードサイド方向から
僅かにずれる。(後略)」 前記引用文中で省略した図面の導波管スロットアンテナ
の形状は第6図とほぼ同じであって、終端面を閉鎖した
角形導波管の1側面にスロットa〜nを設け、開放端よ
り給電すると各スロットより同相の電磁波が放射される
ので、スロットの1個1個が放射エレメントであるアレ
ーアンテナとして動作するものである。ただしレーダ用
としてアンテナを回転するためには、この形状は不便な
ので、第7図のようにスロット面と平行で導波管を直角
に貫通する給電プローブ3を設け、この給電プローブ3
を中心に回転する構造が実用化されている。給電プロー
ブ3の設置位置は導波管スロットアンテナの中央に限定
する必要はないが、回転アンテナでは中央に設置するの
が回転機構上から便利である。
"Antenna Engineering Handbook" (edited by The Institute of Electronics and Communication Engineers, published by Ohmsha, first edition October 30, 1955), excerpted from page 223. "Figure 8.2 (omitted) is an example of the simplest structure of the series power supply circuit. A waveguide slot antenna in which the power coupling part from the waveguide, which is the main line, forms the element antenna as it is, and the coupling degree is determined by the inclination angle of the slot. 1 / wavelength in the wave tube
2, and the condition of co-phase excitation is satisfied by reversing the tilt direction for each element. Excerpt from page 249 Reprinted "7.6.3-3 Radar antenna for navigation [1] Radar antenna for ship installation (b) Slot-type radar antenna (Omitted) Currently, slot antennas with a small aperture can be used for navigation radar. As shown in Figure 6-19 (omitted), the slot antenna cuts a groove in the waveguide wall and uses the radio waves radiated from the slot as an array. And the current distribution on the antenna is easy to select arbitrarily.The current distribution to be used may be the Chebyshev distribution that minimizes both the beam width and the side rope level for a given antenna length, or the beam distribution. The width is slightly wider, but the Taylor distribution is used to obtain a high gain pattern with a low side rope.Slot length is slightly shorter than λg / 2. It has a wide band property as a long or non-resonant slot. Therefore, the direction of the beam is slightly deviated from the broadside direction. (Omitted) "The shape of the waveguide slot antenna of the drawing omitted in the above quote is shown in FIG. The slots a to n are provided on one side of the rectangular waveguide whose end face is closed, and when the power is supplied from the open end, electromagnetic waves of the same phase are radiated from each slot. Is an array antenna that is a radiating element. However, in order to rotate the antenna for radar, this shape is inconvenient. Therefore, as shown in FIG. 7, a feeding probe 3 which is parallel to the slot surface and penetrates the waveguide at a right angle is provided.
A structure that rotates around is being put to practical use. The installation position of the feeding probe 3 does not need to be limited to the center of the waveguide slot antenna, but it is convenient to install it in the center of the rotating antenna from the viewpoint of the rotation mechanism.

〔考案が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the device]

前記で明らかなように導波管スロットアンテナは角形導
波管の1側面にスロットを設けただけの外形であるから
構造的に丈夫であり、SHF帯で多く使用されるパラポ
ラアンテナやホーンアンテナのように特種な曲面や大き
な体積を必要としない利点があるが、船舶用レーダアン
テナ以外にはほとんど使用されないのは次の理由による
と思われる。
As is clear from the above, the waveguide slot antenna is structurally robust because it has an outer shape in which a slot is provided on one side surface of a rectangular waveguide, and is a parapolar antenna or horn antenna that is often used in the SHF band. It has the advantage that it does not require a special curved surface or large volume, but it is thought that it is rarely used for anything other than marine radar antennas for the following reason.

すなわち、導波管スロットアンテナは個々のスロットが
放射エレメントに該当するので、導波管の中心軸を含み
スロット面と直角の面方向の指向性は良いが、導波管の
中心軸と直交する面での指向性はあまり期待できないの
で、導波管の中心軸を水平方向として水平回転し、反射
波の方向と強度を観測するレーダ用には利用価値がある
が、一般の送信・受信用途には全方向指向性のアンテナ
に比べて利得・雑音除去性能において劣るという弱点が
ある。
That is, since each slot of the waveguide slot antenna corresponds to a radiating element, the directivity in the plane direction including the central axis of the waveguide and perpendicular to the slot surface is good, but orthogonal to the central axis of the waveguide. Since directivity in the plane cannot be expected so much, it is useful for radars that rotate horizontally with the center axis of the waveguide as the horizontal direction and observe the direction and intensity of the reflected wave, but for general transmission and reception applications Has a weakness in that it is inferior in gain and noise rejection performance to an omnidirectional antenna.

従って、機構面で優れたところのある導波管スロットア
ンテナを一般用アンテナとして使用するためには、全方
向指向性を向上させることが望まれていた。
Therefore, in order to use a waveguide slot antenna, which has an excellent mechanical aspect, as a general-purpose antenna, it has been desired to improve the omnidirectional directivity.

〔課題を解決するための手段〕[Means for Solving the Problems]

本考案では第1図に示すように、同形の導波管スロット
アンテナ1と導波管スロットアンテナ2とからなり、指
向性と位相を一致させるためにスロット面を同一平面上
に同一方向に向けて一体に固定し、両導波管スロットア
ンテナ1,2の夫々のスロットの中心線間を略4分の1
波長の長さに設定したスタックとし、導波管スロットア
ンテナ1と導波管スロットアンテナ2とを串刺し状に下
部から略2分の1波長の長さの給電プローブ3を挿通し
て装着した構造である。
In the present invention, as shown in FIG. 1, the waveguide slot antenna 1 and the waveguide slot antenna 2 having the same shape are used, and the slot surfaces are oriented in the same plane and in the same direction in order to match the directivity and the phase. And fix them integrally with each other, and approximately 1/4 between the center lines of the respective slots of the waveguide slot antennas 1 and
A structure in which a stack having a wavelength length is set, and a waveguide slot antenna 1 and a waveguide slot antenna 2 are inserted in a skewered shape and a feeding probe 3 having a length of about a half wavelength is inserted from the lower side. Is.

〔作用〕[Action]

第3図は導波管スロットアンテナ1,2をスタックした
状態の指向特性の概念図である。導波管スロットアンテ
ナ1と導波管スロットアンテナ2の指向特性はそれぞれ
点線で示した通りであり、この両者を合成した指向特性
は実線による合成指向特性となりビームが鋭くなる。そ
の実線に相当した利得の増加分がスタックによる効果で
ある。
FIG. 3 is a conceptual diagram of directional characteristics when the waveguide slot antennas 1 and 2 are stacked. The directional characteristics of the waveguide slot antenna 1 and the waveguide slot antenna 2 are shown by dotted lines, respectively, and the directional characteristics obtained by combining the two become the combined directional characteristics indicated by the solid line, and the beam becomes sharp. The gain increase corresponding to the solid line is the effect of the stack.

〔実施例〕〔Example〕

導波管スロットアンテナの全方位指向性を向上するため
には、特に指向性の弱い導波管の中心軸と直交する面で
の指向性を改善するのが最も有効である。アンテナの指
向性向上の手段としては輻射エレメントを輻射方向と直
角にスタックする技術が良く知られており、導波管スロ
ットアンテナについても適用可能であるが、そのために
導波管スロットアンテナの長所である機構の強度やレー
ダ用回転アンテナに適当であるという利点を失うことは
避けなければならない。
In order to improve the omnidirectional directivity of the waveguide slot antenna, it is most effective to improve the directivity in a plane orthogonal to the central axis of the waveguide having a weak directivity. As a method of improving the directivity of the antenna, the technology of stacking the radiating element at right angles to the radiation direction is well known, and it is also applicable to the waveguide slot antenna, but for that reason it has the advantage of the waveguide slot antenna. One must avoid losing the strength of certain mechanisms and the advantage of being suitable for rotary antennas for radar.

本考案の導波管スロットアンテナの構造を第1図、第2
図によって詳細に説明する。1と2は同形の導波管スロ
ットアンテナである。導波管スロットアンテナ1には1
1a〜11nの複数のスロットを設けてある。又導波管
スロットアンテナ2には21a〜21nの複数のスロッ
トを設けてある。
The structure of the waveguide slot antenna of the present invention is shown in FIGS.
This will be described in detail with reference to the drawings. 1 and 2 are waveguide slot antennas of the same shape. 1 for the waveguide slot antenna 1
A plurality of slots 1a to 11n are provided. The waveguide slot antenna 2 is provided with a plurality of slots 21a to 21n.

導波管スロットアンテナ1及び導波管スロットアンテナ
2に対する給電は第2図の1部断面図に示すように導波
管スロットアンテナ2側から、導波管スロットアンテナ
1側迄貫通する略2分の1波長の給電プローブ3を設け
てあり、その為の貫通孔を導波管スロットアンテナ1,
2に設けてある。この給電プローブ3上の電流分布は第
2図の点線で示してある。又、電流位相は図の矢印で示
したように導波管スロットアンテナ1も導波管スロット
アンテナ2も同相であるから、両導波管スロットアンテ
ナ1,2は同相で励振されるスタックアンテナとしての
条件を満足するものである。
Feeding to the waveguide slot antenna 1 and the waveguide slot antenna 2 is carried out for about two minutes from the waveguide slot antenna 2 side to the waveguide slot antenna 1 side as shown in the partial sectional view of FIG. Is provided with a 1-wavelength feeding probe 3, and a through hole for that is provided in the waveguide slot antenna 1,
It is provided in 2. The current distribution on the feeding probe 3 is shown by the dotted line in FIG. Further, the current phase is the same in both the waveguide slot antenna 1 and the waveguide slot antenna 2 as shown by the arrows in the figure, so that both waveguide slot antennas 1 and 2 are stack antennas excited in the same phase. The condition of is satisfied.

ただし極めて短かい波長で動作するスタックアンテナに
おいては、両導波管スロットアンテナ1,2の干渉によ
り、個々の輻射特性から合成した計算値と実測値とは一
致しないのが普通である。そこで実用設計においては導
波管スロットアンテナ1,2間のスタック間隔となる2
組のスロットの中心線間を微調整しながら輻射特性を実
測してスタックの中心間隔を決定している。
However, in a stack antenna operating at an extremely short wavelength, it is usual that the calculated value synthesized from the individual radiation characteristics does not match the actually measured value due to the interference between the waveguide slot antennas 1 and 2. Therefore, in practical design, the stack spacing between the waveguide slot antennas 1 and 2 is 2
The center spacing of the stack is determined by measuring the radiation characteristics while finely adjusting the centerlines of the slots of the set.

第4図は本考案を適用した導波管スロットアンテナ1,
2による船舶用レーダアンテナの外形例である。
FIG. 4 shows a waveguide slot antenna 1 to which the present invention is applied.
2 is an example of the outer shape of a radar antenna for a ship according to 2.

導波管スロットアンテナ1,2は従来から長手方向の中
央部を軸にして回転する構造が用いられているが、第4
図からも明らかなように2つの導波管スロットアンテナ
1,2を上下に重ねて長手方向の両端で金具を用いて固
定してある。この状態にスタックした場合でも、アンテ
ナ部分の厚さと重量が約2倍となっているが、元々の厚
さも重量もそれ程大きくないから、回転支持部の強度補
強の必要はない。
The waveguide slot antennas 1 and 2 have conventionally been structured to rotate about a central portion in the longitudinal direction.
As is apparent from the figure, the two waveguide slot antennas 1 and 2 are vertically stacked and fixed at both ends in the longitudinal direction using metal fittings. Even when the antenna is stacked in this state, the thickness and weight of the antenna portion are approximately doubled, but since the original thickness and weight are not so large, it is not necessary to reinforce the rotation support portion.

一方、給電プローブ3は、導波管スロットアンテナ1と
2の中心部を垂直に貫通した形状であるので、導波管ス
ロットアンテナ1と2は給電プローブ3を軸として水平
回転できるので、給電ラインの回転接続機構が最も簡単
に構成できる便宜がある。
On the other hand, since the feed probe 3 has a shape that vertically penetrates the central portions of the waveguide slot antennas 1 and 2, the waveguide slot antennas 1 and 2 can rotate horizontally with the feed probe 3 as an axis. It is convenient that the rotary connection mechanism can be configured most easily.

〔他の実施例〕[Other Examples]

第5図は導波管スロットアンテナ1と同形の導波管スロ
ットアンテナ2とをスタックした本考案の導波管スロッ
トアンテナのスロット面に電磁ホーン4を付加した構造
である。
FIG. 5 shows a structure in which the electromagnetic wave horn 4 is added to the slot surface of the waveguide slot antenna of the present invention in which the waveguide slot antenna 1 and the waveguide slot antenna 2 having the same shape are stacked.

これによりアンテナの輻射ビームを一層鋭くして中心利
得は向上する。また不要なサイドローブを減ずることが
出来るので、使用目的に応じて適用するのが良い。
This sharpens the radiation beam of the antenna to improve the center gain. Moreover, since unnecessary side lobes can be reduced, it is suitable to be applied according to the purpose of use.

〔考案の効果〕[Effect of device]

本考案の導波管スロットアンテナは従来より機械的強度
の重視される、船舶用レーダに用いられている導波管ス
ロットアンテナをスタックしたものであるから、重量の
増加を除けば、強度はさらに増加し全方位指向性と利得
の向上により、特に移動車輌の屋根や側面に設置するに
好適である。さらに12GHz帯以上で運用されている衛
星放送受信用としても今後の運用が期待されるものであ
る。前記において、アンテナとしての動作や輻射特性に
ついては主として送信状態として説明してあるが、アン
テナにおいては送信特性と受信特性は可逆であるので、
本考案のアンテナは一般通信用として送信にも受信にも
適用できるものである。
The waveguide slot antenna of the present invention is a stack of waveguide slot antennas used in ship radars, where mechanical strength has been emphasized in the past. Due to the increased omnidirectional directivity and improved gain, it is particularly suitable for installation on the roof or side of a moving vehicle. Furthermore, it is expected to be used in the future for satellite broadcasting reception operating in the 12 GHz band or higher. In the above description, the operation as an antenna and the radiation characteristic are mainly described in the transmission state, but since the transmission characteristic and the reception characteristic are reversible in the antenna,
The antenna of the present invention can be applied to both transmission and reception for general communication.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本考案の導波管スロットアンテナの外形見取
図。第2図は一部断面構造図。第3図は本考案の導波管
スロットアンテナにおける指向特性の改善を示す概念
図。第4図は本考案の実施例の船舶用レーダアンテナの
外形図。第5図は本考案の別の実施例のスタックした導
波管スロットアンテナに電磁ホーンを組み合わせた外形
図。第6図は導波管スロットアンテナの基本的外形図。
第7図は給電形式の異なる導波管スロットアンテナの外
形図である。 1・2…導波管スロットアンテナ、3…給電プローブ、
11a〜11n・21a〜21n…スロット。
FIG. 1 is a sketch drawing of the waveguide slot antenna of the present invention. FIG. 2 is a partial sectional structural view. FIG. 3 is a conceptual diagram showing an improvement in directional characteristics of the waveguide slot antenna of the present invention. FIG. 4 is an outline view of a radar antenna for a ship according to an embodiment of the present invention. FIG. 5 is an external view of an electromagnetic horn combined with a stacked waveguide slot antenna according to another embodiment of the present invention. FIG. 6 is a basic external view of a waveguide slot antenna.
FIG. 7 is an outline view of a waveguide slot antenna with different feeding types. 1-2 waveguide slot antenna, 3 feeding probe,
11a to 11n, 21a to 21n ... Slots.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 【請求項1】無線装置用の導波管スロットアンテナであ
って、2組の同一形状の導波管スロットアンテナを上下
にスロット面を揃えて配設し、かつ、両導波管スロット
アンテナのスロットの中心距離を略1/4波長にスタッ
クした導波管スロットアンテナ部と、両導波管スロット
アンテナに一方の側から挿通装着して両導波管スロット
アンテナに同位相の電流を供給する略1/2波長の給電
プローブとで構成したことを特徴とする導波管スロット
アンテナ。
1. A waveguide slot antenna for a wireless device, wherein two sets of waveguide slot antennas of the same shape are arranged with their slot surfaces aligned vertically, and both of the waveguide slot antennas are arranged. The waveguide slot antenna part in which the center distance of the slot is stacked to approximately 1/4 wavelength and the both waveguide slot antennas are inserted and mounted from one side to supply currents of the same phase to both waveguide slot antennas. A waveguide slot antenna, characterized in that the waveguide slot antenna is configured with a feeding probe of approximately 1/2 wavelength.
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