JPH0834381B2 - プレーナアレイアンテナ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 発明の利用分野 本発明はプレーナアレイアンテナに関するものであ
る。

本発明は特定の適用に対する実施例に関してここに述
べられるが、それに制限されないことを理解すべきであ
る。当業者は技術的範囲内での付加的な変更、適用、お
よび実施例を理解するであろう。

関連する技術の説明 プレーナアレイアンテナは幅広い種々のレーダ応用に
使用されている。そのようなプレーナアレイアンテナは
平板アンテナである。それは一連の共振スロット放射開
口をそれぞれ含む典型的な１群の共面線形アレイであ
る。マイクロ波エネルギは入力導波管により供給される
フィード導波管によって放射導波管に供給される。

スロット結合は最も多くの適用に対してフィード導波
管から放射導波管にエネルギを結合するための好ましい
技術である。単一のフィードに対するスロットは長方形
のフィード導波管の広い壁内のスロットおよび長方形の
放射導波管の広い壁内のスロットを通じてエネルギ結合
を伴う。エネルギは典型的には、フィード導波管の片側
端部、またはフィード導波管に沿った適当な場所に位置
された入力導波管によってフィード導波管に供給され
る。

フィード導波管の端部における入力導波管の位置はシ
ステムの帯域幅を制限し、或は、関連するフィード導波
管の端部に到達しにくいため問題である。

フィード導波管の中心部への供給は、フィード導波管
のフィードスロットに対する入力導波管の入力スロット
の位置に関して問題がある。すなわち、普通、入力スロ
ットおよびフィードスロットは、導波管中において1/4
の波長の間隔をあけてフィード導波管の反対側の広い壁
に位置するが、設計上修正しなければならないインピー
ダンス反転が、フィード導波管のそれぞれ半分において
生じる。インピーダンス反転を補正するための共通の技
術は、結合スロットを大きな角度で構成することを含
む。残念ながら、この方法は典型的に大きな結合接合位
相エラーを生じる。

フィード導波管に沿ってフィードスロットと同一の位
置で反対側の広い壁上に入力スロットを位置させること
は従来は避けられていた。なぜなら、入力スロットと反
対側のフィードスロットとを独立して結合させることが
困難なためである。

したがって、導波管の端部間に位置された入力スロッ
トを有するが、任意の関連するインピーダンス反転を生
じないプレーナアレイアンテナフィード導波管の技術が
必要とされている。

発明の概要 結合接合位相エラーを減少させるフィード導波管構造
の技術の必要性は、本発明のフィード導波管によって満
足できる。本発明のプレーナアレイアンテナは、その中
心を通る第１の縦軸を有する第１の細長いスロットを備
えた第１の広い壁を有する少なくとも１個の放射導波管
と、その長手方向に沿って第１および第２の平行壁を有
し、前記第１の平行壁は、前記第１の細長いスロットに
隣接して配置された第２の細長いスロットと、前記第２
の細長いスロットの中心を通り前記第１の縦軸と平行な
第２の縦軸とを備え、前記第２の平行壁は、前記第２の
細長いスロットと対向して配置された第３の細長いスロ
ットと、前記第３の細長いスロットの中心を通る第３の
縦軸とを備えているフィード導波管と、前記第３の細長
いスロットと隣接して配置された第４の細長いスロット
と、前記第４の細長いスロットの中心を通る第４の縦軸
とを備えている第２の広い壁を有する入力導波管とを具
備し、前記第１、第２、第３および第４の細長いスロッ
トが整列することにより、インピーダンス反転すること
なく前記入力導波管から前記フィード導波管へのエネル
ギ結合できるように、前記第１、第２、第３および第４
の細長いスロットの中心が垂直なＺ軸に沿って一致して
おり、前記入力導波管の前記第４の細長いスロットの第
４の縦軸が、前記フィード導波管の前記第２の細長いス
ロットの前記第２の縦軸と直交していることを特徴とし
ている。本発明では、入力導波管のスロットは放射導波
管のスロットと対向する位置に直交して配置される。こ
の配置によりインピーダンス反転が軽減され、アレイア
ンテナの最良な特性を与える。

図面の簡単な説明 第１（ａ）図は、本発明の原理にしたがって平板スロ
ットアレイアンテナの１部の上面図である。

第１（ｂ）図は、本発明の原理にしたがった平板スロ
ットアレイアンテナを横から見た断面図である。

第１（ｃ）図は、本発明の原理にしたがった平板スロ
ットアレイアンテナの部分にあるフィード導波管の側面
図である。

第２図（ａ）図は、フィード導波管の一方の壁上に設
けられているフィードスロット列の間であって、フィー
ド導波管の反対側の壁上に配置されている入力スロット
を通してエネルギが供給される来のフィード導波管を示
す。

第２図（ｂ）図は、第２図（ａ）のフィード導波管の
端面図である。

第３図は、フィード導波管の一方の壁上において、フ
ィード導波管の反対側の壁上に設けられているフィード
スロットのうちの一つと対向する場所に配置されている
入力スロットを通してエネルギが供給される本発明のフ
ィード導波管を示す。

第４図は、本発明のフィード導波管における、入力ス
ロットと対向する同じ位置に配置されたフィードスロッ
トの位置を示す拡大図である。

発明の説明 第１（ａ）図は本発明の原理にしたがった平板スロッ
トアレイアンテナ10の１部の上面図である。アンテナ10
は、広い壁から広い壁に放射するフィード導波管15に対
して直角に取付けられた第１、第２および第３の放射導
波管17,19,21を含む。各導波体は通常の構造からなる。
例えば、金属またはその他の適切な導電材料から形成さ
れている。放射導波管17,19,21は、フィード導波管15の
縦軸に沿って一定の間隔で設けられ、複数の傾斜したス
ロット25,27,29（破線で示されている）によってフィー
ド導波管15にそれぞれ結合される。放射導波管17,19,21
は互いに直接隣接して位置するように設けられている。

第１（ｂ）図の断面図で示されているように、各放射
導波管17,19,21は第１および第２の広い壁と第１および
第２の側壁を有する長方形である。例えば、第２の放射
導波管19は、第１および第２の広い壁35,50と第１およ
び第２の側壁51,52とを有する。同様に、フィード導波
管15は前面の広い壁35aおよび裏側の広い壁37aと側壁4
6,48とを含む（第１（ｃ）図の端面図参照）。長方形入
力導波管23はフィード導波管15の裏側の広い壁37aに取
付けられ、前面の広い壁37と裏側の広い壁43と側壁38,4
0を含む。

放射導波管17,19,21は、フィード導波管15の広い壁35
aに取付けられる。フィード導波管15は、その前面の広
い壁35aの複数の細長い傾斜フィードスロット25,27,29
によって放射導波管に結合される。第１（ｂ）図に示さ
れているように、複数の細長い傾斜したスロット25r,27
r,29rが、それぞれ放射導波管17,19,21に形成されてお
り、フィードスロット25,27,29と、スロット25r,27r,29
rはそれぞれ一致している。各放射導波管17,19,21は、
それぞれのフィードスロット25,27,29からのエネルギを
受ける複数の放射スロットを含む。各放射スロットは、
各隣接した放射スロットから1/2波長の間隔をあけて設
けられている。放射導波管17は放射スロット71,72,73,7
4,75,76を含む。放射導波管19は放射スロット77,78,79,
80,81,82を含む。放射導波管21は放射スロット83,84,8
5,86,87,88を含む。各フィードスロット25,27,29は２個
の放射スロットの間に等距離で位置する。したがって、
各フィードスロットと最も近い放射スロットは、1/4波
長の間隔となる。各フィードスロット25,27,29はフィー
ド導波管15の縦軸39に対して傾斜しており、それぞれ縦
軸41,42,45を有する。フィードスロット25,27,29は第１
（ａ）図において破線で示されている。

フィード導波管15は，またその裏側の広い壁37a上に
ある入力スロット32を含む。入力スロット32は、フィー
ド導波管15のスロット32fおよび入力導波管23のスロッ
ト32iにより設けられる。入力スロット32もまたフィー
ド導波管15の縦軸39に対して傾斜しており、縦軸44を有
する。放射導波管17,19,21、フィード導波管15および入
力導波管23内の細長い傾斜したスロットは、それぞれ長
軸と短軸を有している。例えば、第２の放射導波管19の
放射スロット82は、交点がスロット82の中心82cとなっ
ている長軸82aと短軸82bを有している。任意のスロット
の長軸は、そのスロットの縦軸と一致している。下記に
示されるように、本発明の特定の新しい特徴は、フィー
ド導波管15の縦軸39に沿って、フィードスロット27の入
力スロット32とを対面する同じ位置に配置することであ
る。フィードスロット27と入力スロット32とを対面する
同じ位置に配置すると、インピーダンス反転することな
く入力導波管23からフィード導波管15へのエネルギの結
合が可能となる。フィードスロット27に対して入力スロ
ット32を直交して配置することによって、フィードスロ
ット27と入力スロット32とを対向する同じ位置に配置す
ることが実現できる。すなわち、入力スロット32の縦軸
44はフィードスロット27の縦軸42に直交している（これ
は第１（ａ）図において破線でより明瞭に示されてい
る。）。したがって、エネルギは入力導波管23からスロ
ット32を通り、フィード導波管15に供給される。フィー
ド導波管15は広い壁35a上のスロット25,27,29を通し
て、エネルギを放射導波管17,19,21のスロット25r,27r,
29rに結合させる。エネルギは通常の方法で放射導波管1
7,19,21によって周囲に放射される。

本発明のフィード技術の有利な構造は、第２図（ａ）
図の通常のフィード配列に関連して理解される。第２
（ａ）図はフィード導波管15の端部間に位置された入力
スロット32′を通って供給される通常のフィールド導波
管15′を示す。第２（ｂ）図は広い壁および裏側の広い
壁35′,37′を示す通常のフィード導波管15′の側面図
である。通常のフィード導波管15′は、裏側の広い壁3
7′の入力スロット32′（破線で示されている）と、縦
軸39′に対して傾斜された広い壁35′上の複数のフィー
ドスロット25′,27′,29′とを含む。入力スロット32′
はフィード導波管15′の縦軸39′にほぼ垂直な縦軸70を
有する。一般的にその２個のフィードスロット25′,2
7′は、動作周波数の波長の1/2の距離だけ分離される。
入力スロット32′は、前面の広い壁35′上の２個のフィ
ードスロット25′,27′間であって、フィード導波管1
5′の裏側の広い壁37′上に位置されている。入力スロ
ット32′は２個のフィードスロット25′,27′間に等距
離で位置される。したがって、入力スロット32′と２個
のフィードスロット25′,27′とは、各々の1/4波長の間
隔があいている。２個のフィードスロット25′,27′と
入力スロット32′との間に1/4波長の間隔があいている
と、フィード導波管15′のそれぞれ半分の導波管の特性
インピーダンスにおいて1/4の波長反転が生じる。これ
が従来多数の通常のプレーナアレイアンテナにおいて、
フィード導波管がセンサーフィードするのを妨げた理由
である。

発明の背景で述べられたように、導波管15′にエネル
ギを供給する通常の別の方法は、フィード導波管15′の
どちらか１方の端部を通じてなされる。その構造の利点
は、インピーダンス反転を避けることである。しかし、
前述のように、フィード導波管15′の１端部に入力導波
管を配置すると、システムの帯域幅を制限し、またフィ
ード導波管15′の端部に比較的アクセスしにくいため問
題である。

第３図は本発明の原理にしたがて構成されたフィード
導波管15の平面図である。上述のように、スロット32f,
32iから構成される入力スロット32は、フィードスロッ
ト27およびこのフィードスロット27と一致している放射
導波管スロット27rと対向する同じ位置に配置され、フ
ィードスロット27および放射導波管スロット27rに直交
する。すなわち、第１（ａ）図、第１（ｂ）図および第
３図に示されているように、フィードスロット27と放射
スロット27rの長軸および短軸が一致しているため、こ
れらのスロットの中心は一致している。同様に、入力ス
ロット32f,32iの長軸および短軸も一致しているため、
これらのスロットの中心も一致している。さらに、互い
に一致しているスロット27,27rの長軸および短軸は、互
いに一致しているスロット32f,32iの長軸および短軸と
直交しているため、第１（ａ）図に示すように、各スロ
ット27,27r,32f,32iの中心は、垂直なＺ軸に沿って一致
している。これはインピーダンス反転を軽減させるのに
効果がある。より小さい値の結合スロット角度が使用で
きる直接の結果として、結合接合位相エラーを減少させ
ることができる。

第４図の拡大図は、本発明のフィード導波管15の１部
分である入力スロット32と、対向する同じ位置に配置さ
れたフィードスロット27の好ましい位置を示す。入力ス
ロット32がフィード導波管15の底部の広い壁37aに位置
することを示すために破線で示されている。フィードス
ロット27はフィード導波管15の前面の広い壁35aに位置
する。入力スロット32とフィードスロット27の両者は、
フィード導波管15の縦軸39に対して傾斜している。入力
スロット32は、フィードスロット27の縦軸42に直交する
縦軸44を有する。入力スロット32は，入力導波管からの
エネルギをフィード導波管15に結合する。フィードスロ
ット27は，フィード導波管15からのエネルギを放射導波
管19に結合する。

当業者はフィード導波管構造が、結合接合位相エラー
を減少させることを理解するであろう。本発明は特定の
適用に対する実施例に関して述べられたが、本発明に関
わる当業者は技術的範囲内の付加的な変更、適用および
実施を理解すべきである。例えば、傾斜されたスロット
の数および方向は本発明に対して重要ではない。本発明
はプレーナアレイアンテナに関して述べてきたが、それ
に限定されるものではない。本発明のフィード装置はま
た小さいKaバンド平板アンテナなどの線形アレイアンテ
ナに有効である。加えて、入力スロット励振の共通な形
態は本発明にしたがって利用される。

本発明の技術的範囲内の任意および全ての変更、適応
および実施は添付の請求の範囲に含まれるべきである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】その中心を通る第１の縦軸を有する第１の
   細長いスロットを備えた第１の広い壁を有する少なくと
   も１個の放射導波管と、 その長手方向に沿って第１および第２の平行壁を有し、
   前記第１の平行壁は、前記第１の細長いスロットに隣接
   して配置された第２の細長いスロットと、前記第２の細
   長いスロットの中心を通り前記第１の縦軸と平行な第２
   の縦軸とを備え、前記第２の平行壁は、前記第２の細長
   いスロットと対向して配置された第３の細長いスロット
   と、前記第３の細長いスロットの中心を通る第３の縦軸
   とを備えているフィード導波管と、 前記第３の細長いスロットと隣接して配置された第４の
   細長いスロットと、前記第４の細長いスロットの中心を
   通る第４の縦軸とを備えている第２の広い壁を有する入
   力導波管とを具備し、 前記第１、第２、第３および第４の細長いスロットが整
   列することにより、インピーダンス反転することなく前
   記入力導波管から前記フィード導波管へのエネルギ結合
   できるように、前記第１、第２、第３および第４の細長
   いスロットの中心が垂直なＺ軸に沿って一致しており、 前記入力導波管の前記第４の細長いスロットの第４の縦
   軸が、前記フィード導波管の前記第２の細長いスロット
   の前記第２の縦軸と直交しているプレーナアレイアンテ
   ナ。