KR20070077464A - 원형 도파관 안테나 및 원형 도파관 어레이 안테나 - Google Patents

원형 도파관 안테나 및 원형 도파관 어레이 안테나 Download PDF

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KR20070077464A
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circular
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후오르 오우 호크
세이지 니시
히로요 오가와
기요시 하마구치
요조 쇼지
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오끼 덴끼 고오교 가부시끼가이샤
도쿠리츠 교세이 호진 죠호 츠신 켄큐 키코
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Abstract

과제
안테나의 반사 손실 특성을 개선함과 함께 방사 특성, 특히 방사 이득의 향상을 도모하고, 저가격인 소형의 원형 도파관 어레이 안테나를 제공한다.
해결 수단
원형 도파관의 편측에 전자파를 급전하는 급전부 (17) 를 가지고, 반대측에 전자파를 방사하는 방사 개구면 (10) 을 갖는 원형 도파관 안테나에 있어서, 원형 도파관을 상기 급전부측의 급전측 개구면의 직경이 a, 방사 개구면 (10) 의 직경이 급전측 개구면의 직경 a 보다 큰 d, 열림각이 2α 인 원추 호온 (11) 으로 하고, 사용 주파수 대역의 중심 주파수 파장을 λ 로 했을 때, 열림각 2α 의 1/2 인 α 값을 0.8×Arcsin(0.1349114/(d/λ)) 내지 1.2Arcsin(0.1349114 (d/λ)) 사이로 했다.
원형 도파관 어레이 안테나

Description

원형 도파관 안테나 및 원형 도파관 어레이 안테나{CIRCULAR WAVEGUIDE ANTENNA AND CIRCULAR WAVEGUIDE ARRAY ANTENNA}
도 1 은 본 발명의 실시형태 1 을 나타내는 원형 도파관 안테나의 구성도.
도 2 는 본 발명의 실시형태 1 을 나타내는 원형 도파관 안테나의 평면도.
도 3 은 본 발명의 실시형태 1 을 나타내는 원형 도파관 안테나의 시험 제작 결과의 이득 특성도
도 4 는 호온 안테나의 사시도.
도 5 는 호온 안테나의 측면 단면도.
도 6 은 호온 안테나의 개구 효율 η 의 특성도.
도 7 은 호온 안테나의 방사 이득 특성도.
도 8 은 호온 안테나의 최대 방사 이득 특성도.
도 9 는 본 발명의 실시형태 2 를 나타내는 원형 도파관 안테나의 평면도.
도 10 은 본 발명의 실시형태 3 을 나타내는 원형 도파관 안테나의 평면도.
도 11 은 본 발명의 실시형태 4 를 나타내는 원형 도파관 안테나의 외관도.
도 12 는 본 발명의 실시형태 7 을 나타내는 원형 도파관 어레이 안테나의 구성도.
도 13 은 본 발명의 실시형태 7 을 나타내는 원형 도파관 어레이 안테나의 호온형 원형 도파관 플레이트 구성도.
도 14 는 본 발명의 실시형태 8 을 나타내는 원형 도파관 어레이 안테나의 호온형 원형 도파관 플레이트 구성도.
도 15 는 본 발명의 실시형태 9 를 나타내는 원형 도파관 어레이 안테나의 분해 사시도.
도 16 은 본 발명의 실시형태 9 를 나타내는 원형 도파관 어레이 안테나의 호온형 원형 도파관 플레이트의 조립 전의 사시도.
도 17 은 본 발명의 실시형태 9 를 나타내는 원형 도파관 어레이 안테나의 호온형 원형 도파관 플레이트의 조립 후의 사시도.
도 18 은 본 발명의 실시형태 10 을 나타내는 원형 도파관 어레이 안테나의 분해 사시도.
도 19 는 본 발명의 실시형태 10 을 나타내는 원형 도파관 어레이 안테나의 호온형 원형 도파관 플레이트의 조립 전의 사시도.
도 20 은 본 발명의 실시형태 10 을 나타내는 원형 도파관 어레이 안테나의 호온형 원형 도파관 플레이트의 조립 후의 사시도.
도 21 은 본 발명의 실시형태 11 을 나타내는 원형 도파관 어레이 안테나의 호온형 원형 도파관 플레이트의 사시도.
도 22 는 일양 표면 위상 분포와 전력 분포 어레이 안테나의 방사 지향성도.
도 23 은 본 발명의 실시형태 12 를 나타내는 원형 도파관 어레이 안테나의 호온형 원형 도파관 플레이트 구성도.
도 24 는 본 발명의 실시형태 13 을 나타내는 원형 도파관 어레이 안테나의 분해 사시도.
도 25 는 본 발명의 실시형태 13 을 나타내는 원형 도파관 어레이 안테나의 호온형 원형 도파관 플레이트의 조립 전의 사시도.
도 26 은 본 발명의 실시형태 13 을 나타내는 원형 도파관 어레이 안테나의 호온형 원형 도파관 플레이트의 조립 후의 사시도.
도 27 은 본 발명의 실시형태 14 를 나타내는 원형 도파관 어레이 안테나의 분해 사시도.
도 28 은 본 발명의 실시형태 14 를 나타내는 원형 도파관 어레이 안테나의 호온형 원형 도파관 플레이트의 조립 전의 사시도.
도 29 는 본 발명의 실시형태 14 를 나타내는 원형 도파관 어레이 안테나의 호온형 원형 도파관 플레이트의 조립 후의 사시도.
도 30 은 종래의 원형 도파관 안테나의 구성도.
도 31 은 종래의 원형 도파관 어레이 안테나의 구성도.
도 32 는 종래의 원형 도파관 어레이 안테나의 원형 도파관 플레이트 구성도.
부호의 설명
1, 11 원추 호온
17 급전부
10 방사 개구면
14 스트립 라인
16 스트립 라인 선단
35 도체 플레이트
36 스트립 라인 선단
80 개구면
84 스트립 라인
90 개구면
94 스트립 라인
100 호온형 원형 도파관 플레이트
105 원추 호온
841, 842, 851, 942 전송로
100 호온형 원형 도파관 플레이트
103 스트립 라인 회로의 시트
105 원추 호온
105a 개구면
111, 151, 161, 1111 호온형 원형 도파관 플레이트
112, 152, 162, 1112 개구면
114 스트립 라인 회로의 시트
115 반사 플레이트
116 급전구의 플레이트
131, 154, 164, 1113 호온형 원형 도파관
131a, 154a 원추형 부분
131b, 154b 원통형 부분
410 원형 도파관
특허 문헌 1 : 일본 공개특허공보 2000-353916 (단락 0014∼0019, 도 1)
비특허 문헌 1 : Seiji Nishi and Hiroyo Ogawa : "Millimeter-Wave Ad-Hoc Wireless Access System Ⅱ : (7)70GHz Circular Polarizatioin Antenna, "Technical Digest 5rd Topical Symposium on Millimeter Waves TSMMW2003, pp. 35-68, March 2003, Kanagawa, Japan
비특허 문헌 2 : Seiji Nishi, Kiyoshi Hamaguti, Toshiaki Matui, Hiroyo Ogawa : "A Wireless Video Home-Link Using 60GHz Band : a Proposal of Antenna Structure,"
Proc. 30 th European Microwave Conference, Volume 1, pp. 305-308, October 2000, Paris, France
비특허 문헌 3 : Seiji Nishi, Kiyoshi Hamaguti, Toshiaki Matui, Hiroyo Ogawa : "Development of Millimeter-Wave Video Transmission System Ⅱ : Antenna Development," Technical Digest 3rd Topical Symposium on Millimeter Waves TSMMW2001, pp. 207-210, March 2001, Kanagawa, Japan
본 발명은 원형 도파관 안테나 및 원형 도파관 어레이 안테나에 관한 것이다.
일반적으로 안테나에는 가역정리가 성립되기 때문에 송신 특성과 수신 특성은 완전히 동일하므로, 이하에 기술하는 설명은 제한이 없는 한 송신의 경우를 설명하고, 수신의 경우도 동일하므로 설명을 생략한다.
최근, 무선 통신 기술의 눈부신 발전에 수반하여 각종 통신 기기에 할당되었던 주파수 대역이 부족하기 쉬워져, 이를 보충하기 위해서 주파수의 유효 이용과 더욱 고역으로 이동하는 데에 필요한 기술 개발이 긴급 과제로 되어 왔다. 예를 들어, 종래에 거의 기초 연구에만 이용되었던 밀리파는 고속도로 교통 시스템 (ITS : Intelligent Transport System) 에 이용되게 되어, 가까운 장래에 일본이나 구미와 같은 자동차 사회에 있어서 밀리파 관련 통신 기기는 가전과 비슷하게 폭발적으로 이용될 것으로 예측할 수 있다.
상기 기술한 바와 같은 밀리파 통신 분야에 있어서, 각종 부품과 장치의 밀리파화가 필요 불가결하게 되는 것은 당연하다. 이 중에서 밀리파 통신을 담당하는 최대 중요 장치 중 하나는 안테나이다. 밀리파 신호를 송수신할 수 있는 안테나 없이는 밀리파 통신은 성립되지 않는다. 현재, 밀리파 통신의 연구 개발에 참여하고 있는 세계의 연구 기관, 메이커는 앞다투어 고성능 밀리파 안테나를 개발하고 있으며, 지금까지 개발된 밀리파 안테나의 구성은 여러 가지가 있지만, 이 중에서 특성적으로 매우 우수한 밀리파 안테나 중 하나는 원형 도파관 어레이 안테나이다.
이어서, 종래의 원형 도파관 어레이 안테나의 일례를 설명하는데, 그 전에, 원형 도파관 어레이 안테나를 구성하는 일반적인 원형 도파관 안테나의 일례를 설명한다.
원형 도파관 안테나는 급전부와 방사부로 구성되며, 급전부는 여러 가지 종류가 있지만, 방사부는 도체의 원통형으로 되어 있고, 그 직경 및 높이가 사용 주파수, 급전부와의 정합 상태 및 방사 지향성으로 결정된다. 사용 주파수가 높아짐에 따라, 즉, 파장 λ 가 짧아지면 상기 방사부 원통의 직경이 작아져, 급전부 및 방사부의 가공이 어려워진다.
도 30 은 종래의 원형 도파관 안테나의 구성의 일례를 나타내며, 도 30(a) 는 사시도, 도 30(b) 는 단면 사시도이다. 원형 도파관 (31) 은 어떤 길이로 절단되고, 도체박을 구비한 유전체 시트 (32) 와 전기적으로 접속되어 접지되어 있다. 또, 유전체 시트 (33) 는 유전체 시트 (32) 와 전송로인 스트립 라인 (34) 을 사이에 두고, 스트립 라인 (34) 을 형성하고 있다. 스트립 라인 (34) 은 전기 신호를 전송하는 역할을 하며, 원형 도파관 (31) 안에까지 연장되어, 원형 도파관 안테나를 구성하고 있다.
스트립 라인 (34) 의 스트립 라인 선단 (36) 이 원형 도파관 (31) 의 중심부에 노출되고, 노출되는 길이와 원형 도파관 (31) 의 직경으로 안테나의 임피던스가 결정된다. 원형 도파관 (31) 의 하부 개구에 맞추어 도체박을 제거한 상기 도 체박을 구비한 유전체 시트 (32) 의 유전체 노출부가 스트립 라인 선단 (36) 을 덮고 있고 급전부 (37) 를 구성하고 있다.
통상, 스트립 라인 선단 (36) 으로부터 상하로 전자파가 방사되므로, 원형 도파관 (31) 의 상부 개구로부터 절반의 전자파만 방사하는 일이 없도록 하기 위하여 원형 도파관 (31) 의 하부 개구에 맞추어, 그 바로 아래에 설치된 도체 플레이트 (35) 에 원형 도파관 (31) 과 동일한 직경의 원통형 공동 (38) 이 형성되고, 공동 (38) 의 표면은 사용 전자파를 잘 반사하도록 표면이 처리되어 있다.
공동 (38) 의 깊이는 사용 주파수 대역 중심 주파수의 관내 파장 λg 의 대략 4 분의 1 이다. 따라서, 스트립 라인 선단 (36) 으로부터 하방으로 방사되는 전자파가 λg/4 의 거리를 전파되고 나서, 공동 (38) 의 바닥면에 도달하면 전체 반사되고, 180°의 위상 반전을 일으키고 나서, 한층 더 λg/4 의 거리를 전파하여 스트립 라인 선단 (36) 으로 되돌아오게 된다.
즉, 36 으로부터 하방으로 방사되는 전자파의 전파 거리는 λg/2 (= λg/4 ＋ λg/4) 로, 전체 반사에 의한 180°의 위상 반전은 더욱 λg/2 의 전파에 상당하므로, 공동 (38) 의 바닥면에 전체 반사되어 되돌아오는 전자파는 스트립 라인 선단 (36) 으로부터 상방으로 방사되는 전자파와 동일 상이 되어, 효율적으로 원형 도파관 (31) 의 상부 개구로부터 방사되는 결과가 된다.
한편, 방사 전자파 편파면과 안정도를 고려하면 원형 도파관 (31) 내 전자파의 전파 모드는 기본 모드 TE11 이 되도록 중심 주파수 파장 λ 와 원형 도파관 (31) 의 직경 a 를 선택한다. 즉, TE11 모드를 유지하기 위해서는 사용 파장 λ 는 TE11 모드의 차단 파장 λc (=3.412a) 보다 작아야 한다.
이러한 구성에 있어서, 스트립 라인 선단 (36) 을 가공함으로써 원형 도파관 안테나는 직선 편파의 원형 도파관 안테나 또는 원편파 원형 도파관 안테나로 할 수 있다.
또, 이상과 같은 종래의 원형 도파관 안테나를 하나의 플레이트에 형성한 것도 있다 (예를 들어, 비특허 문헌 1 참조).
또, 이러한 원형 도파관 안테나를 복수 어레이 소자로서 배치하면 원형 도파관 어레이 안테나가 얻어진다. 예를 들어, 등간격으로 평면 상에 배치하면 이 배치 면적에 상당하는 개구면을 가지는 개구면 안테나와 거의 동등한 방사 특성의 안테나를 얻을 수 있다.
또, 어레이 안테나는 복수의 안테나를 어떤 패턴으로 배치하여, 단일 안테나에서 얻어지지 않는 특성을 갖도록 할 수 있는 안테나계이다. 또, 어레이 안테나를 구성하는 각 소자 안테나의 위상을 제어함으로써 안테나계 전체의 지향성을 제어할 수 있으므로 안테나 본체를 기계적으로 움직이는 경우 없이 빔 주사 안테나로서도 이용할 수 있다.
원형 도파관 어레이 안테나는 그 이름대로, 종래의 복수의 원형 도파관 안테나를 소자 안테나로 하여 어떤 패턴으로 배치한 어레이 안테나이다. 원형 도파관 안테나는 절리 원형 도파관을 어떤 치수로 가공하고, 이것에 여진부 (勵振部) 를 형성하여 절리구를 개구면으로 하는 안테나이다.
각 원형 도파관 안테나의 치수와 배치에 의해, 어떤 영역 내에 원하는 전계 분포를 얻을 수 있다. 예를 들어, 복수의 상기 원형 도파관 안테나를 2 차원적으로 평면 영역 내에 배치하여, 일정한 방향, 위상과 진폭의 전계 분포를 얻을 수 있다. 이러한 안테나의 방사 특성은 일정한 전계 분포를 갖는 개구면 안테나의 방사 특성과 이론적으로 거의 동일하지만, 구성의 자유도나 전계 분포의 균일성이 개구면 안테나보다 우수한 점이 있다.
종래의 2 차원적인 어레이 안테나는, 어레이 안테나를 구성하는 소자 안테나는 각 소자 안테나와 신호원을 연결하는 전송로로 접속되고, 전송로가 어레이 안테나의 신호원 또는 급전구에 접속되어 있다.
전송로임과 동시에 위상기의 역할도 하여, 신호원으로부터 각각의 소자 안테나까지의 전송로 길이는, 각각의 소자 안테나로부터 방사되는 전자파의 위상을 결정하고, 어레이 안테나 전체의 방사 특성에 영향을 미쳐, 경우에 따라 더욱 위상 조정을 필요로 할 때에 각 전송로에 직렬로 위상기가 추가되는 경우도 있다 (예를 들어, 특허 문헌 1 참조).
이어서, 상기 기술한 원형 도파관 안테나를 복수 어레이 소자로서 배치한 종래의 원형 도파관 어레이 안테나의 일례를 설명한다.
도 31(a) 는 원형 도파관 어레이 안테나의 사시도, 도 31(b) 는 분해 사시도이다.
안테나의 방사면은 어레이 소자의 상부 개구가 되는 원형 도파관이 등간격으 로 정방형 영역 내에 가공되는 원형 도파관 플레이트 (41) 이다. 원형 도파관 플레이트 (41) 에는, 어레이 소자의 개구 (42), 안테나를 조립할 때 및 다른 장치와 고정시킬 때에 필요한 나사 구멍 (43) 이 형성되어 있다.
원형 도파관 플레이트 (41) 의 방사면 이측에는 원형 도파관을 급전하기 위한 스트립 라인 회로의 시트 (44), 어레이 소자의 개구 (42) 를 급전할 때에 스트립 라인 회로의 시트 (44) 의 (급전) 스트립 라인 (47) 의 선단으로부터 방사되는 전자파를 상부의 개구에 되돌리는 전자파 반사 플레이트 (45) 및 급전 스트립 라인의 통일 단자에 급전하는 급전구의 플레이트 (46) 가 형성되고, 각각이 나사 등으로 전기적으로 접속되어 있다.
스트립 라인 회로의 시트 (44) 는 이 위에 형성된 스트립 라인 (47) 의 유전체의 시트 사이에 오고, 직접 원형 도파관 플레이트 (41) 와 전자파 반사 플레이트 (45) 와 전기적으로 접속하지 않는다. 원형 도파관 플레이트 (41) 각각의 원형 도파관 (410) 하부에 있는 상부 유전체의 시트가, 정확히 원형 도파관 (410) 과 동일한 치수의 부분이 제거되므로 스트립 라인 (47) 의 선단 일부만이 노출되어, 전자파를 용이하게 방사할 수 있다.
이는 도 30 에서 설명한 원형 도파관 안테나와 동일한 구조이며, 또, 원형 도파관 플레이트 (41) 의 모든 원형 도파관 (410) 하부로 유도된 모든 스트립 라인 (47) 의 급전 단자는 참고 문헌 1 에서 설명한 바와 같은 구조로 되어 있어, 어느 통일 단자로부터 분기하여, 그 통일 단자로부터 보면 동일한 물리적 조건으로 구성되므로, 각각의 스트립 라인 (47) 의 급전 단자로부터 방사되는 전자파의 편파면, 전력 및 위상은 동일하다. 통일 단자는 플레이트 (46) 의 급전구로부터 동일한 축 선로를 통하여 급전을 받는다.
전자파 반사 플레이트 (45) 는 스트립 라인 (47) 의 급전 단자로부터 하방으로 방사되는 전자파를 상방으로 반사하기 위한 전자파 반사 플레이트로, 원형 도파관 플레이트 (41) 의 모든 원형 도파관 (410) 과 동일한 위치와 동일한 직경의 불관통 원통형 공동 (48) 이 가공되고, 각각의 깊이는 관내 파장 λg 의 대략 4 분의 1 이다. 단 불관통 원통형 공동 (48) 의 바닥면이 완전하게 평평하여, 전자파를 잘 반사하도록 처리해야 한다. 플레이트 (46) 는 안테나의 급전구 (49) 를 갖는 플레이트로, 이것을 통하여 다른 장치와 전기적으로 접속한다. 이 급전구 (49) 에 고주파 신호를 급전하면, 스트립 라인 회로의 시트 (44) 에 있는 스트립 라인 (47) 의 통일 단자가 이것을 수신하여, 모든 스트립 라인 (47) 의 급전 단자에 등배분하는 구조로 되어 있다.
도 32 는 도 31 의 원형 도파관 플레이트 (41) 의 상세 도면이며, 도 32(a) 는 원형 도파관 플레이트 (41) 의 사시 단면도, 도 32(b) 는 정면에서 본 단면도이다. 원형 도파관 플레이트 (41) 는 수 밀리의 두께를 갖는 도체 플레이트로, 중심부의 정방형 영역 내에, 전자파의 전파 모드 TE11 을 고려하여 결정한 직경의 원통형 구멍이 가공되어 어레이 소자의 개구 (42) 를 구성한다. 어레이 소자의 개구 (42) 는 원통형의 관통 구멍으로, 원형 도파관 플레이트 (41) 와 수직이다.
또한, 원형 도파관을 선택하는 이유는 높은 가공 정밀도 및 드릴 등으로 용 이하게 원통형의 구멍을 뚫을 수 있다는 것이지만, 어레이 소자의 상부 개구에 있어서의 전파 모드 TE11 의 전계 분포는 결코 최적의 전계 분포라고 할 수 없다.
도 31 에 나타낸 종래의 원형 도파관 어레이 안테나는 어떤 의미에서 도 30 에 나타낸 원형 도파관 안테나를 컴팩트한 형태로 구성한 것이다. 또, 어레이 소자가 되는 원형 도파관 안테나를 이와 같이 가공하면, 어레이 소자의 높은 배치 정밀도, 높은 치수 정밀도 및 가공의 용이성을 한 번에 실현할 수 있다.
한편, 상기 원형 도파관 어레이 안테나는, 직선 편파의 원형 도파관 안테나 또는 원편파 원형 도파관 안테나로 하기 위해서는 안테나를 구성하는 어레이 소자가 직선 편파의 원형 도파관 안테나 또는 원편파 원형 도파관 안테나로 정해진다 (예를 들어, 비특허 문헌 2, 3 참조).
비특허 문헌 1, 또는 도 30 에 나타내어진 종래의 원형 도파관 안테나는 어떤 의미에서는 원추 호온 안테나라고 생각해도 지장이 없다. 즉, 원형 도파관 안테나는 열림각 0°의 원추 호온 안테나이다. 그리고, 이러한 종래의 원형 도파관 안테나의 원형 도파관은 전자파를 방사하는 개구 (20) 가 일반적으로 절리 원형 도파관인 채로 사용되고 있으므로, 결코 최적 방사 특성을 얻을 수 없다는 문제가 있었다.
또, 비특허 문헌 1 에 나타내어진 종래의 원형 도파관 안테나는 안테나의 반사 손실 특성이 좋지 않고, 방사 이득이 낮다는 문제가 있었다.
또, 특허 문헌 1 에 나타내어진 종래의 어레이 안테나는 전자 호온 소자의 수를 줄여 방사 특성을 좋게 한 것이지만, 전자 호온 소자의 형상이 커져 소형화할 수 없다는 문제가 있었다. 또, 방사 이득을 최대로 하기 위한 전자 호온 소자의 형상이 명확하지 않다는 문제가 있었다.
또, 비특허 문헌 2, 3 에 나타내어진 종래의 원형 도파관 어레이 안테나는 안테나의 반사 손실 특성이 좋지 않고, 방사 이득이 낮다는 문제가 있었다.
또, 고주파 회로에서는 반사파의 악영향으로 장치의 특성이 열화되거나 동작하지 않게 되는 경우가 있어, 반사파를 차단하는 경우에는 급전 단자에 정합 회로나 차단 필터를 형성할 필요가 있다. 예를 들어, 급전구 앞에 정합 회로나 필터 또는 아이솔레이터 등을 설치하여 안테나의 임피던스를 조정할 필요가 있었다. 그 때문에 안테나가 커져, 비용도 높아진다는 문제가 있었다.
따라서, 안테나의 반사 손실 특성을 개선함과 함께 방사 특성, 특히 방사 이득의 향상을 도모하고, 저가격인 소형의 원형 도파관 어레이 안테나를 제공할 것이 요망되고 있었다.
과제를 해결하기 위한 수단
본 발명의 원형 도파관 안테나는 원형 도파관의 편측에 전자파를 급전하는 급전부를 가지고, 반대측에 상기 전자파를 방사하는 방사 개구면을 갖는 원형 도파관 안테나에 있어서, 상기 원형 도파관을, 상기 급전부측의 급전측 개구면의 직경이 a, 상기 방사 개구면의 직경이 상기 급전측 개구면의 직경 a 보다 큰 d, 열림각 이 2α 인 원추 호온으로 하고, 사용 주파수 대역의 중심 주파수 파장을 λ 로 했을 때, 상기 열림각 2α 의 1/2 인 α 값 (이후, 열림각 α값이라고 한다) 을 0.8×Arcsin(0.1349114/(d/λ)) 내지 1.2Arcsin(0.1349114 (d/λ)) 사이로 한 것이다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
실시형태 1.
우선, 본 발명의 실시형태 1 과 관련되는 원형 도파관 안테나의 기본적인 구조에 대하여 설명해 둔다. 본 발명의 원형 도파관 안테나에 있어서, 종래의 원형 도파관 안테나와 비교한 차이점은 전자파를 방사하는 개구의 형상이다.
즉, 종래의 원형 도파관 안테나의 개구는 절리 원형 도파관이지만, 본 발명의 원형 도파관 안테나의 개구는 사용 주파수에 따라 소정의 열림각을 형성하여 가능한한 방사 이득을 최대로 하고, 급전부와의 반사 손실을 최소한으로 하는 것이다.
도 1 은 본 발명의 실시형태 1 을 나타내는 원형 도파관 안테나의 구성도이고, 도 1(a) 는 호온형 원형 도파관 안테나의 사시도, 도 1(b) 는 단면 사시도, 도 2 는 원형 도파관 안테나의 평면도이다.
구조적으로는 도 30 에 나타내어진 원형 도파관 안테나와 거의 동일하지만, 상이한 것은 안테나의 개구면을 원통형 그대로가 아니라, 원추형으로 하고 있다는 점이다.
도 1(a)(b) 에 있어서, 원형 도파관 안테나는 원추 호온 (11) 의 편측에 전자파를 급전하는 급전부 (17) 를 가지고, 반대측에 전자파를 방사하는 방사 개구면 (10) 을 구비하고, 원추 호온 (11) 은 소정의 길이로 절단되어 원추 호온 (11) 의 하부 개구에 맞추어 도체박을 제거한 도체박을 구비한 유전체 시트 (12) 와 전기적으로 접속되어 접지하고 있다. 또, 유전체 시트 (13) 는 유전체 시트 (12) 와 전송로인 스트립 라인 (14) 을 사이에 두고 있다.
스트립 라인 (14) 은 고주파 신호를 전송하는 역할을 하고, 원추 호온 (11) 안까지 연장되어 있다. 유전체 시트 (12) 의 유전체 노출부는 스트립 라인 (14) 의 스트립 라인 선단 (16) 을 덮고 있고, 급전부 (17) 를 구성하고 있다.
도 2 에 있어서, 1A 는 전계의 방향을 나타내는 화살표로, 원형 도파관에 노출되어 있는 스트립 라인 선단 (16) 과 동일한 방향이다.
도체 (15) 는 안테나의 받침대인 동시에 스트립 라인 (14) 으로부터 방사되는 전자파를 방사 개구면 (10) 으로부터 방사하도록 형성한 전자파 반사용 원통형 공동 (18) 을 내장하고 있다.
원추 호온 (11) 의 내측에는, 원형 도파관을 원추 호온에 가공한 후에 생긴 원형 도파관과 원추 호온의 경계선 (19) 이 있다.
여기서, 호온형 원형 도파관 안테나는 도 4, 도 5 에 나타내는 일반적인 호온 안테나와 기본적으로 동일한 특성이므로, 이 호온 안테나에 대하여, 방사 이득이 최대가 되고, 반사 손실이 최소한으로 억제되는 조건에 대하여 조사한 결과를 설명한다.
도 4 는 호온 안테나의 사시도, 도 5 는 호온 안테나의 측면 단면도이다.
도면에 있어서, 원추형의 호온 안테나 본체 (51) 에 급전구인 원형 도파관 (52) 이 접속되어 있고, 53 은 개구면이며, 54 는 TE11 모드의 전계 분포를 나타낸다.
개구면 (53) 의 직경을 d, 원형 도파관 (52) 의 직경은 a, 플레어를 L, 개구면 (53) 과 급전구의 원형 도파관 선단까지의 거리를 b, 열림각은 2α 로 한다.
우선, 호온 안테나의 방사 이득 G 는 식 (1) 로 나타내어진다.
G=20log(πd/λ)＋η(dB)…(1)
λ 는 사용 주파수 대역의 중심 주파수 파장, η 는 호온 안테나의 개구 효율로, 일반적으로 데시벨의 단위로 나타내어지고 있다.
호온 안테나의 개구 효율 η 의 특성을 도 6 에 나타낸다. 이를 이용하여, 방사 이득 G 를 계산하면 도 7 에 나타내는 바와 같은 일반적인 호온 안테나의 방사 이득 특성이 얻어진다. 이 특성은 d/λ 를 파라미터로 하고, 방사 이득 G 와 호온 안테나의 열림각의 절반인 α 와의 관계를 계산하여 그래프화한 것이다.
도 7(a) 와 도 7(b) 는 각각 d/λ 가 1 보다 작은 경우와 1 보다 큰 경우로 나누어 나타내어져 있는 방사 이득 특성이다.
도 7(a) 에 나타내는 바와 같이 d/λ 가 1.0 일 때에 방사 이득 G 가 크고, d/λ 가 1.0 이하가 됨에 따라서 방사 이득 G 가 작아져, 각각의 d/λ 값에 대해서 G 가 최대가 되는 α 값이 존재하고 있다.
도 7(a) 에 있어서, 각각의 d/λ 값에 대해서 G 가 최대가 되는 값을 점선으로 나타낸 것이 61 로 G 의 최대값 특성 커브이다. 이 α 값은 호온 안테나 설 계의 기본이 되는 것이다.
d/λ 가 크면 클수록 방사 이득 G 가 높아져, 예를 들어, d/λ=1 일 때, 호온 안테나의 열림각 2α 의 1/2 인 α 가 7.7530°일 때 어레이 소자의 방사 이득 G 는 최대가 되어, 9.171486dB 이다.
α 가 7.7530°일 때 가장 바람직하지만, 대략 7.7530°이어도 바람직하고, 또는 이 값의 ±2°이어도 충분하다고 생각되므로, 열림각 α 를 7.7530°-2°내지 7.7530°＋2°사이를 바람직한 범위로 한 것이다.
G 가 최대가 되면, 반사 손실은 최소가 되고, 즉, 급전하는 전자파의 전력은 최대로 개구면으로부터 방사되는 것이다. 그러나, 도 7(a) 에 나타내는 바와 같이 G 가 최대가 되는 α 값보다 작아지는 것, 혹은 커지는 것에 따라 방사 이득 G 는 최대값으로부터 감소해 간다.
한편, 도 7(b) 에 나타내는 바와 같이, α 가 약 15°내지 45°의 범위이고, d/λ 가 약 2.0 내지 6.0 의 범위이면, 이득 특성은 대략 18±5.0dBi 의 영역 (62) 내에 밀집되고, 이득의 변동은 약 27% 전후가 되어 있는 것이 밝혀졌다.
또, d/λ 가 약 1 이하에서는 d/λ 가 작아짐에 따라 이득 특성이 거의 안정 되고, 그다지 α 의 영향을 받지 않게 된다는 것도 알았다.
도 8(a) 는 G 가 항상 최대가 되는 d/λ 와 α 의 관계를 나타내고 있고, 도 7(a) 에 있어서, 각각의 d/λ 값에 대해 방사 이득 G 가 최대가 되는 α 값을 플롯 한 것에 상당하고, 계산에 의해 그래프화한 것이다.
이와 같이, d/λ 또는 α 가 주어지면, 방사 이득 G 가 최대가 되는 호온 안 테나의 치수가 일의적으로 정해진다는 것을 알 수 있다.
이 도 8(a) 에 나타내는 d/λ 와 α 의 관계는 계산 결과로부터 식 (2) 로 나타내어진다.
α=Arcsin(0.1349114/(d/λ))…(2)
식 (2) 로부터 알 수 있듯이 α 가 존재할 수 있기 위해서는 호온 안테나 개구면의 직경은 식 (3) 에 나타내는 바와 같은 조건을 만족해야 한다. 즉,
d＞0.1349114λ…(3)
또, 도 8(b) 는 d/λ 가 주어졌을 때에, 어느 정도의 α 로 하면 얼만큼의 최대 이득을 얻는지를 나타내는 특성이다. 이 특성으로부터 분명한 바와 같이 d/λ 의 값이 약 3 이상이 되면 α 값은 그다지 변동하지 않게 되지만, 이득만이 증가한다는 것을 알 수 있었다.
본 발명은 호온의 방사 이득이 최대가 되도록, 상기 열림각의 절반인 α 값을 식 (2) 에서 나타낸 것으로 한 것이다. 식 (2) 에서 나타낸 것이 가장 바람직하지만, 이 값의 ±20% 로도 충분할 것으로 생각되므로, 열림각 α 값을
0.8×Arcsin(0.1349114/(d/λ)) 내지 1.2Arcsin(0.1349114 (d/λ)) 사이인 것을 바람직한 범위로 한 것이다.
또한, 도 30 에 나타낸 종래의 원형 도파관 안테나는 어떤 의미에서는 호온 안테나라고 생각해도 되고, 원형 도파관 안테나는 열림각이 0°인 호온 안테나이다. 열림각이 0°인 경우에는 식 (2) 로부터 방사 이득 G 는 최대가 되지 않고, 원형 도파관 안테나의 반사 손실 특성이나 방사 특성은 최적인 것이 아니다.
이상의 결과로부터, 도 1 에 나타낸 원형 도파관 안테나의 원추 호온 (11) 의 방사 개구면 (10) 은 중심 주파수 파장 λ 및 원추 호온 (11) 의 직경 a 를 정하고, 열림각의 1/2 을 α 로 했을 때 식 (2) 를 만족하도록 원추 호온 (11) 의 방사 개구면 (10) 을 직경 d, 그 플레어를 L 이 되도록 형성하고 있다.
또, 본 발명의 실시형태 1 과 관련되는 호온형의 원형 도파관 안테나에 급전하는 것은, 직선의 스트립 라인 (14) 의 스트립 라인 선단 (16) 이며, 방사 전계의 방향은 상기 스트립 라인 (14) 과 동일한 방향이 된다. 따라서, 본 발명의 실시형태 1 의 원형 도파관 안테나는 상기 스트립 라인 (14) 과 동일한 방향의 편파를 갖는 직선 편파의 원형 도파관 안테나가 된다.
이어서, 본 발명의 실시형태 1 을 나타내는 원형 도파관 안테나의 동작을 도 1∼3 을 이용하여 설명한다. 도 3 은 시험 제작 69GHz 호온형의 원형 도파관 안테나의 이득 특성도이다.
여기서, 호온형의 원형 도파관 안테나의 방사 개구면 (10) 반경과 방사 이득의 관계를 확인하기 위해서, 중심 주파수가 69GHz 인 호온형의 원형 도파관 안테나를 시험 제작한 결과를 설명한다.
방사 개구면 (10) 의 반경을 1.4㎜ 로부터 3.5㎜ 로 넓혀 방사 이득을 조사한 결과, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 방사 이득이 6.5dBi 로부터 12.5dBi 로 변화하여 (141), 방사 이득이 약 6.0dBi 높아졌다.
이와 같이, 방사 개구면 (10) 의 반경을 1.4㎜ 로부터 3.5㎜ 로 넓힘으로써 방사 이득이 거의 최대값에 이르러, 호온 안테나의 방사 이득 G 를 구하는 식 (1) 에서 예측한 값에 가까운 결과를 얻었다.
원형 도파관 안테나에 있어서, 스트립 라인 (14) 으로부터 소정의 고주파 신호를 입력하면, 신호는 방사 단자 (16) 에 전반하고, 원추 호온 (1) 에 급전된다. 방사 단자 (16) 의 노출 길이나 원추 호온 (11) 의 치수 및 형상은 최적화되었으므로, 스트립 라인 (14) 에 급전 전력은 거의 반사되지 않고 방사 개구면 (10) 으로부터 직선 편파로서 방사된다.
이상과 같이, 원추 호온 (11) 급전부측의 급전측 개구면의 직경이 a, 방사 개구면 (10) 의 직경이 급전측 개구면의 직경 a 보다 큰 d, 열림각이 2α 인 원추 호온으로 하고, 사용 주파수 대역의 중심 주파수 파장을 λ 로 했을 때, 열림각 α값을 대략 Arcsin(0.1349114/(d/λ)) 로 하고, 종래의 원형 도파관 안테나의 개구면을 확대하여 원추형으로 했으므로, 다음의 효과가 있다.
(1) 원형 도파관 안테나의 방사 이득을 최대로, 반사 손실을 최소로 할 수 있다.
(2) 도 3 에 나타내는 바와 같이, 중심 주파수 69.0GHz 의 원형 도파관 안테나를 시험 제작한 결과, 개구면을 확대함으로써, 방사 이득이 약 6.0dBi 나 높아졌다.
(3) 상기 기술한 바와 같이 방사 이득이 증가한다는 것은 급전되는 전자파는 효율적으로 안테나의 방사 개구면 (10) 으로부터 방사되므로, 안테나 내부에 전파 하는 과정에서 반사되어 원래의 스트립 라인 (14) 으로 되돌아오는 전력이 적어진다. 즉, 안테나의 반사 손실 특성, 이른바 S11 파라미터는 종래의 원형 도파관 안테나의 반사 손실 특성보다 개선되어, 본 실시형태에서는 약 10dB 개선할 수 있었다.
(4) 고주파 회로에서는 반사파의 악영향으로 장치의 특성이 열화되거나 동작하지 않게 되었을 때에는, 반사파를 차단해야 하는 경우에는 급전 단자에 정합 회로를 형성하거나 차단 필터를 설치할 필요가 있다. 예를 들어, 본 발명의 경우에는 급전구 앞에 정합 회로나 필터 또는 아이솔레이터 (Isolator) 등을 설치할 필요가 있다. 그러나, 효과 (3) 에서 기술한 바와 같이, 안테나의 S11 파라미터가 개선되면, 전술한 바와 같은 정합 회로나 필터 또는 아이솔레이터가 불필요하게 되므로, 이들 장치를 불필요하게 할 수 있다. 따라서, 원형 도파관 안테나의 저가격화를 도모할 수 있다.
(5) 효과 (4) 에서 기술한 바와 같이, 안테나의 급전구에 정합 회로나 필터 또는 아이솔레이터를 형성할 필요가 없어지므로, 이들 장치를 설치하기 위한 공간도 필요로 하지 않기 때문에 원형 도파관 안테나를 소형화할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시형태 1 과 관련되는 원형 도파관 안테나의 고성능화, 저가격화 및 소형화를 도모할 수 있다.
또, 이용 형태로는 본 실시형태의 원형 도파관은 직선 편파이지만, 이 안테나의 이용 형태로는 밀리파, 준밀리파 통신용으로 이용되며, 최근 ETC 나 옥내 무선 LAN 의 안테나로 사용될 수 있다.
또, 직선 편파의 원형 도파관 안테나이므로 이 특성을 살려, 수평 편파 또는 수직 편파 혹은 특정 방향의 편파면을 갖는 직선 편파의 원형 도파관 안테나와의 통신에 이용할 수 있다.
실시형태 2.
실시형태 1 에 있어서, 원추 호온 (11) 에 급전하는 것은 단순 절리의 직선 스트립 라인 선단 (16) 이므로, 얻어진 원형 도파관 안테나는 직선 편파의 원형 도파관 안테나이다.
그러나, 급전용 직선의 절리 스트립 라인을 가공하면, 원형 도파관 안테나를 직선 편파의 원형 도파관 안테나로부터 원편파 원형 도파관 안테나로 바꿀 수 있어, 방사 이득이나 반사 손실 특성이 거의 열화되지 않고 원편파 원형 도파관 안테나를 얻을 수 있다. 본 실시형태는 원편파 원형 도파관 안테나 중, 좌선 원편파 원형 도파관 안테나를 나타내는 것이다.
도 9 는 본 발명의 실시형태 2 를 나타내는 원형 도파관 안테나의 구성을 나타내는 평면도이다.
본 실시형태는 실시형태 1 의 도 1 과 구성은 거의 동일하므로, 이 구성의 설명은 생략하고, 상이한 부분만을 설명한다.
도 9 에 있어서, 바로 위로부터 본 원형 도파관 안테나의 개구면 (80) 은 단순한 원통은 아니며 실제로는 열림각을 갖고 있다. 여기에서는 원편파를 여진하기 위해서, 본 실시형태는 실시형태 1 의 도 2 에 나타내어진 직선 편파 여진용 중 한 개가 절리된 스트립 라인 (14) 대신에, 도 9 에 나타내는 바와 같이, 입력 단자로부터 이어지는 스트립 라인 (84) 이, 2 개의 전송로 (841 과 842) 로 분기된다. 전송로 (841 과 842) 의 특성 임피던스는 기본적으로 스트립 라인 (84) 의 특성 임피던스의 2 배이므로, 선로폭은 약 절반으로 가늘어져 저항 손실을 증가시키는 요인이 된다. 그 때문에, 전송로 (841 과 842) 의 선로폭을 스트립 라인 (84) 의 선로폭으로 되돌리기 위해서, 소정의 길이로 특성 임피던스 변환용 단차 (841A 와 842a) 를 형성했다.
전송로 (841 과 842) 의 선로폭은 스트립 라인 (84) 의 선로폭과 동일하게 되돌아오는데, 방사 전계 방향 조정을 위해서 전송로 (841) 를 원형 도파관의 중심을 향하도록 90°굽혔지만, 전송로의 전송로 선단 (851) 은 원형 도파관 안테나의 개구면 (80) 중심에 도달하지 않았다. 이것을 굽힌 과정에서, 전송로의 특성 임피던스의 불연속에 의한 신호 반사를 충분히 고려하여 설계했으므로 반사 특성은 양호하다. 동일하게, 반대측의 전송로 (842) 도 상기 원형 도파관의 중심을 향하도록 90°굽혔지만, 원형 도파관 안테나의 개구면 (80) 의 중심에 도달하지 않았다. 또, 전송로 (842) 의 전송로 선단 (852) 은 전송로 (841) 의 전송로 선단 (851) 과 직각이 되도록 배치하지만, 각각의 선단으로부터 원형 도파관 안테나의 개구면 (80) 중심까지의 거리는 동일하다.
본 실시형태의 원형 도파관 안테나는 좌선 원편파가 되므로, 스트립 라인 (84) 이 임피던스 변환 분기 회로와 교차하는 점으로부터 각각의 전송로 선단 (851 과 852) 까지의 거리는 전송로 선단 (852) 측은 λg/4 길어지도록 했다. 단, λg 는 기판 상의 전송로의 고주파 신호 파장이다. 그렇게 함으로써, 전송로 선단 (851 과 852) 으로부터 방사하는 전계의 강도는 동일하지만, 방향은 서로 직각이고, 위상은 전송로 선단 (852) 측이 90°지연되게 된다. 결과적으로, 도 9 에 나타내는 바와 같은 시계 회전 방향의 화살표 (86) 는 좌선 원편파가 회전하는 방향으로서, 바로 위로부터 보았으므로 오른쪽으로 도는 것처럼 보이지만, 전자파는 보고 있는 쪽을 향해 오므로, 뒤쪽으로부터 보면 시계 회전 반대 방향, 즉, 방사 전계가 좌회전한다는 것을 알 수 있다.
따라서, 본 실시형태와 관련되는 원형 도파관 안테나는 실시형태 1 의 직선 편파의 원형 도파관 안테나의 급전부를 바꿈으로써, 직선 편파의 원형 도파관 안테나로부터 좌선 원편파 원형 도파관 안테나로 바꿀 수 있다.
이어서, 본 발명의 실시형태 2 와 관련되는 좌선 원편파 원형 도파관 안테나의 동작을 도 9 를 이용하여 설명한다.
동작은 실시형태 1 과 관련되는 직선 편파의 원형 도파관 안테나와 유사하지만, 도 9 에 나타내는 바와 같이 급전부만이 상이하다.
예를 들어, 스트립 라인 (84) 으로부터 소정의 고주파 신호를 입력하면, 상기 고주파 신호는 진행 방향으로 전반하고, 상기 분기 회로에 달하면 상기 고주파 신호가 전력적으로 이등분되어 각각 상기 전송로 (841 과 842) 에 입력되고 더욱 진행 방향으로 전반한다.
전송로 (841) 측의 길이는 전송로 (842) 의 길이보다 λg/4 짧기 때문에, 분배된 상기 고주파 신호는 임피던스 변환 회로 (841) 에 이르면, 스트립 라인 (84) 과 동일한 특성 임피던스 및 전송로폭의 전송로에 전반되고, 전송로 선단 (851) 에 빨리 도달한다. 동일하게, 전송로 (842) 측의 분배된 고주파 신호도 동일한 과정에서 전송로 선단 (852) 에 위상적으로 90°지연되어 도달하게 된다.
전송로 선단 (851 과 852) 으로부터 방사하는 전계 (871 과 872) 의 방향은 각각의 선단 전송로와 동일한 방향이므로 서로 직교하고, 전계 (871) 는 위상적으로 90°진행되어 있다.
또, 각각의 전송로 선단 (851 과 852) 으로부터 방사되는 전계 강도는 동일하기 때문에, 원형 도파관 안테나의 개구면 (80) 으로부터 방사되는 전자파는 좌선 원편파가 된다.
이상과 같이, 급전부 (17) 는 스트립 라인 (84) 을 구비하고, 스트립 라인 (84) 은, 입력 전송로와, 이 입력 전송로로부터 원추 호온 (11) 의 전자파를 방사하는 개구면 (80) 측에서 보았을 때 원추 호온 (11) 의 급전측 개구면의 외측을 따라 좌우로 분기하고, 각각의 선단이 원형 도파관의 중심을 향하여 직각으로 연장형성되고, 소정 길이로 돌출 형성된 우전송로인 전송로 (842, 852) 및 좌전송로인 전송로 (841, 851) 를 구비하고, 원편파의 전자파를 방사하도록 했으므로, 통상, 직선 편파를 원편파로 바꾸면 전계 강도가 약 70% (약 1.5dB) 저하되지만, 종래의 원형 도파관 안테나의 개구면에 개구각을 갖도록 함으로써, 종래의 원통형의 경우에 비하여, 안테나의 방사 이득이 원편파로 바꾸었을 때의 저하분 이상으로 (수 데시벨) 개선할 수 있어, 원편파 원형 도파관 안테나의 고성능화, 저가격화 및 소형화를 도모할 수 있다.
또, 좌측 전송로의 전체 길이를 상기 우측 전송로의 전체 길이보다 스트립 라인 상의 파장 λg 의 1/4 짧게 하여, 좌선 원편파의 전자파를 방사하도록 했으므로, 좌선 원편파 원형 도파관 안테나끼리의 통신에만 이용할 수 있어, 동일한 주파 수 대역에서도 직선 편파 또는 우선 원편파 원형 도파관 안테나로부터의 악영향을 받기 어려운 특징을 살려, 주파수를 유효하게 이용할 수 있다.
또, 이용 형태로는 좌선 원편파 원형 도파관 안테나는 밀리파, 준밀리파 통신용으로 적합하며, 최근 ETC 나 옥내 무선 LAN 의 안테나로서 사용될 수 있다.
실시형태 3.
실시형태 2 에서는 원형 도파관 안테나 중, 좌선 원편파 원형 도파관 안테나를 나타냈지만, 본 실시형태는 우선 원편파 원형 도파관 안테나에 관한 것이다.
도 10 은 본 발명의 실시형태 3 을 나타내는 원형 도파관 안테나의 구성을 나타내는 평면도이다. 본 실시형태는 실시형태 2 를 나타내는 도 9 와 구성은 거의 동일하고, 방사 전자파의 편파를 우회전으로 하도록 전송로 선단으로부터 방사하는 전계의 위상을 조정한 것이므로, 전체 구성의 설명은 생략하고, 상이한 부분만을 설명한다.
도 10 에 있어서, 바로 위로부터 본 원형 도파관 안테나의 개구면 (90) 은 단순한 원통은 아니라 실제로는 열림각을 갖고 있다. 입력 단자로부터 계속되는 스트립 라인 (94) 이 분기 회로와 접속하고, 2 개의 전송로 (941 과 942) 로 분기한다. 전송로 (941 과 942) 의 특성 임피던스는 기본적으로 스트립 라인 (94) 의 특성 임피던스의 2 배이므로, 선로폭은 약 절반으로 가늘어져 저항 손실을 증가시키는 요인이 된다. 그 때문에, 상기 전송로 (941 과 942) 의 선로폭을 상기 스트립 라인 (94) 의 선로폭으로 되돌리기 위해서, 소정의 길이인 곳에 특성 임피던스 변환용 단차 (941a 와 942a) 를 형성했다.
전송로 (941 과 942) 의 선로폭은 스트립 라인 (94) 의 선로폭과 동일하게 되돌아오고, 방사 전계 방향 조정을 위해서 전송로 (941) 를 원형 도파관 안테나의 개구면 (90) 중심을 향하도록 90°굽혔지만, 전송로의 선단 (951) 은 원형 도파관 안테나의 개구면 (90) 중심에 도달하지 않는다. 이것을 굽히는 과정에서, 전송로의 특성 임피던스의 불연속에 의한 신호 반사를 충분히 고려하여 설계했으므로 반사 특성은 양호하다. 동일하게, 반대측의 전송로 (942) 도 원형 도파관 안테나의 개구면 (90) 중심을 향하도록 90°굽혔지만, 원형 도파관 안테나의 개구면 (90) 중심에 도달하지 않았다. 또, 전송로 (942) 의 전송로 선단 (952) 은 전송로 (941) 의 전송로 선단 (951) 과 직각이 되도록 배치하지만, 각각의 선단으로부터 원형 안테나 도파관의 개구면 (90) 중심까지의 거리는 동일하다.
본 실시형태와 관련되는 원편파 원형 도파관 안테나는 우선 원편파로 하므로, 스트립 라인 (94) 이 임피던스 변환 분기 회로와 교차하는 점으로부터 각각의 전송로 선단 (951 과 952) 까지의 거리는 실시형태 2 와 반대로 전송로 선단 (951) 측은 λg/4 길어지도록 설계했다. 그렇게 함으로써, 전송로 선단 (951 과 952) 으로부터 방사하는 전계의 강도는 동일하지만, 방향은 서로 직각이고, 위상은 전송로 선단 (951) 측이 90°지연되게 된다. 결과적으로, 도 10 에 나타내는 바와 같은 시계 회전 반대 방향의 화살표 (96) 는 우선 원편파가 회전하는 방향으로서, 바로 위로부터 보았으므로 왼쪽으로 도는 것처럼 보이지만, 전자파는 보고 있는 쪽을 향해 오므로, 뒷쪽에서 보면 시계 회전 방향, 즉 방사 전계가 우회전한다는 것을 알 수 있다.
따라서, 본 실시형태의 원형 도파관 안테나는 실시형태 2 의 급전부를 조정함으로써, 좌선 원편파 원형 도파관 안테나로부터 우선 원편파 원형 도파관 안테나로 바꿀 수 있다.
이어서, 본 발명의 실시형태 3 과 관련되는 우선 원편파 원형 도파관 안테나의 동작을 도 10 을 이용하여 설명한다.
동작은 실시형태 2 와 관련되는 좌선 원편파 원형 도파관 안테나와 유사하지만, 도 10 에 나타내는 바와 같이 급전부만이 상이하다.
예를 들어, 스트립 라인 (94) 으로부터 소정의 고주파 신호를 입력하면, 상기 고주파 신호는 진행 방향으로 전반되고, 상기 분기 회로에 달하면 상기 고주파 신호가 전력적으로 이등분되어 각각 전송로 (941 과 942) 에 입력되고, 추가로 진행 방향으로 전반한다.
전송로 (942) 측의 길이는 전송로 (941) 의 길이보다 λg/4 짧기 때문에, 분배된 상기 고주파 신호는 임피던스 변환 회로 (942a) 에 도달하고, 스트립 라인 (94) 과 동일한 특성 임피던스 및 전송로폭의 전송로에 전반하고, 전송로 선단 (952) 에 신속하게 이른다. 동일하게, 전송로 (941) 측의 분배된 상기 고주파 신호도 동일한 과정으로 전송로 선단 (951) 에 위상적으로 90°지연되어 도달하게 된다.
전송로 선단 (951 과 952) 으로부터 방사하는 전계 (971 과 972) 의 방향은 각각의 선단 전송로와 동일한 방향이므로, 서로 직교하며, 전계 (972) 는 위상적으로 90°진행되어 있다.
또, 각각의 선단으로부터 방사되는 전계 강도는 동일하기 때문에, 원형 도파관의 개구로부터 방사되는 전자파는 우선 원편파가 된다.
이상과 같이, 우측 전송로인 전송로 (942) 의 전체 길이를 상기 좌측 전송로인 전송로 (941) 의 전체 길이보다 상기 스트립 라인 상의 파장 λg 의 1/4 짧게 하여, 우선 원편파의 전자파를 방사하도록 했으므로, 통상, 직선 편파를 원편파로 바꾸면 전계 강도가 약 70% (약 1.5dB) 저하되지만, 종래의 원형 도파관 안테나의 개구면에 개구각을 갖도록 함으로써, 종래의 원통형의 경우에 비하여, 안테나의 방사 이득을 원편파로 바꾸었을 때의 저하 분량 이상으로 (수 데시벨) 개선할 수 있어 원형 도파관 안테나의 고성능화, 저가격화 및 소형화를 도모할 수 있다.
또, 우선 원편파 원형 도파관 안테나끼리와의 통신에만 이용할 수 있어, 동일 주파수 대역이어도 직선 편파 또는 좌선 원편파 원형 도파관 안테나로부터의 악영향을 받기 어려운 특징을 살려, 주파수를 유효하게 이용할 수 있다.
또, 우선 원편파 원형 도파관 안테나는 이용 형태로는 밀리파, 준밀리파 통신용으로 적합하며, 최근 ETC 나 옥내 무선 LAN 의 안테나로서 사용될 수 있다.
실시형태 4.
실시형태 1 의 경우에는 독립적으로 사용해도 되나, 굳이 말하자면 다른 장치에 장착하는 사용법에 적합하다. 그러나, 본 실시형태는 실시형태 1 에 있어서의 직선 편파의 원형 도파관 안테나를 단독으로 사용하기 쉬운 구조로 개량한 것이다.
도 11 은 본 발명의 실시형태 4 를 나타내는 원형 도파관 안테나의 외관도이 다.
본 실시형태는 실시형태 1 과 관련되는 원형 도파관 안테나와 동일하게, 직선 편파의 원형 도파관 안테나이므로, 직선 편파를 여진하는 회로는 전자파를 방사하는 호온형 원형 도파관의 중심을 향하고 있는 직선 스트립 라인으로서, 바로 위로부터 보면 실시형태 1 의 도 2 와 동일하지만, 상이한 점은 원추 호온 (11) 을 그대로 원통형으로 하는 것이 아니라, 원추 호온 (11) 의 길이에 상당하는 두께의 도체판을 이용하여, 상기 도체판에 호온형 원형 도파관을 절삭 가공 등으로 형성하고, 이것을 안테나대에 나사 등으로 고정시킨다. 즉, 안테나의 방사면이 되는 도체 플레이트에 원추 호온을 가공하여, 단독으로 사용하기 쉽게 하는 것이다.
도 11 에 있어서, 원형 도파관 안테나는 안테나의 방사면 (104) 과 개구면 (105a) 을 갖는 원추 호온 (105) 이 형성되고, 상부 개구가 되는 호온형 원형 도파관 플레이트 (100) 와, 원추 호온 (105) 에 전자파를 급전하는 스트립 라인 회로의 시트 (103) 와, 전자파 반사용 공동이 형성되고, 급전부나 외부회로와의 접속에 필요한 나사 구멍 등을 형성한 도체판으로 이루어지는 안테나대 (102) 로 구성된다.
이 스트립 라인 회로의 시트 (103) 의 스트립 라인 선단 부분은 도시되어 있지않으나, 실시형태 1 의 도 2 와 동일한 것이다.
또, 호온형 원형 도파관 플레이트 (100) 에는 플레이트 (100) 를 안테나대 (102) 에 고정시키기 위한 나사를 통과시키는 나사 구멍 (106), 안테나대 (102) 와의 위치 맞춤에 이용하는 핀 구멍 (107) 이 형성되어 있다. 이 핀 구멍 (107) 은 플레이트 (100) 를 관통하고, 스트립 라인 회로의 시트 (103) 및 안테나대 (102) 에도 동일한 위치에 동일한 핀 구멍이 형성되고, 다른 봉 형상의 핀으로 위치를 맞춘 후, 나사 구멍 (106) 에 나사로 플레이트 (101) 를 안테나대 (102) 에 고정시킨다.
이와 같이 구성하면, 본 발명의 실시형태 4 는 단독으로 사용하기 쉬운 직선 편파의 원형 도파관 안테나가 된다.
이어서, 이러한 구성에 있어서, 호온형 원형 도파관 플레이트 (100) 와 안테나대 (102) 를 일체화하면 실시형태 1 의 직선 편파의 원형 도파관 안테나처럼 되기 때문에 본 실시형태의 직선 편파의 원형 도파관 안테나의 동작은 실시형태 1 의 직선 편파의 원형 도파관 안테나와 완전히 동일한 동작을 한다.
예를 들어, 스트립 라인 회로의 시트 (103) 로부터 소정의 고주파 신호를 입력하면, 상기 신호는 방사 단자 (도시하지 않으나, 도 1 의 16 에 상당) 에 전반하고, 원추 호온 (105) 에 급전한다. 방사 단자의 노출 길이나 원추 호온 (105) 의 치수 및 형상은 실시형태 1 에서 기술한 바와 같이 최적화되어 있으므로, 스트립 라인 회로의 시트 (103) 의 스트립 라인에 급전 전력은 거의 반사하지 않고 개구면 (105a) 으로부터 직선 편파로서 방사된다.
이상과 같이, 실시형태 1 에서 나타낸 원추 호온을 소정의 두께를 갖는 도체 플레이트에 형성한 호온형 원형 도파관 플레이트 (100) 와, 실시형태 1 에서 나타낸 스트립 라인을 호온형 원형 도파관의 원추 호온에 대응하여 형성한 스트립 라인 회로의 시트 (103), 전자파 반사용 원통 공동을 형성한 안테나대 (102) 를 구비하였으므로, 실시형태 1 에 나타낸 직선 편파의 원형 도파관 안테나와 동일한 효과를 갖는 데다가, 구조적으로 튼튼하므로 단독으로 사용하기 쉽다는 이점이 있다.
따라서, 본 실시형태의 원형 도파관 안테나는 단독 부품으로서 양산 가능하고, 부품으로서 공급할 수 있어, 결과적으로 본 실시형태는 직선 편파의 원형 도파관 안테나의 고성능화와 저가격화를 도모할 수 있다.
또, 본 실시형태의 직선 편파의 원형 도파관 안테나도 실시형태 1 의 직선 편파의 원형 도파관 안테나와 동일한 특성이므로, 이용 형태는 실시형태 1 과 동일하고, 또한 단독으로 이용할 수도 있다.
실시형태 5.
실시형태 4 는 안테나의 방사면이 되는 호온형 원형 도파관 플레이트 (100) 에 원추 호온을 가공하여, 단독으로 사용하기 쉽게 하고, 스트립 라인 회로의 시트 (103) 를 직선 편파를 여진함으로써 직선 원편파 원형 도파관 안테나를 나타냈지만, 본 실시형태는 스트립 라인 회로의 시트 (103) 를 좌선편파를 여진하는 급전부로 하여 좌선편파 원형 도파관 안테나로 한 것이다.
본 실시형태는 실시형태 4 의 도 11 과 동일한 외관이므로 외관의 설명은 생략한다.
이 구성에 있어서, 스트립 라인 회로의 시트 (103) 의 스트립 라인을 실시형태 2 의 도 9 에 나타낸 좌선편파를 여진하는 급전부로 했다.
본 발명의 실시형태 5 의 동작은 실시형태 2 의 좌선편파 원형 도파관 안테나와 동일하므로 설명을 생략한다.
이 구성에 있어서, 실시형태 2 에 나타낸 좌선편파 원형 도파관 안테나와 동 일한 효과를 갖는 데다가, 구조적으로 튼튼해서 단독으로 사용하기 쉽다는 이점이 있다.
따라서, 본 실시형태의 좌선편파 원형 도파관 안테나는 단독 부품으로서 양산 가능하고, 부품으로서 공급할 수 있어, 결과적으로 본 실시형태는 좌선편파 파형 도파관 안테나의 고성능화와 저가격화를 도모할 수 있다.
또, 본 실시형태의 좌선편파 원형 도파관 안테나도 실시형태 2 의 좌선편파 원형 도파관 안테나와 동일한 특성이므로, 이용 형태는 실시형태 2 와 동일한데다가, 단독으로 이용할 수도 있다.
실시형태 6.
실시형태 5 는 안테나의 방사면이 되는 도체 플레이트에 호온형 원형 도파관을 가공하여, 단독으로 사용하기 쉽게 하고, 스트립 라인 회로의 시트 (103) 를 좌선편파를 여진하는 것으로 하여 좌선 원편파 원형 도파관 안테나를 나타냈지만, 본 실시형태는 스트립 라인 회로의 시트 (103) 의 스트립 라인을, 우선편파를 여진하는 급전부로 하여 우선편파의 원형 도파관 안테나로 한 것이다.
본 실시형태는 실시형태 4 의 도 11 과 동일한 외관이므로 외관의 설명은 생략한다.
이 구성에 있어서, 스트립 라인 회로의 시트 (103) 의 스트립 라인을, 실시형태 3 의 도 10 에 나타낸 우선편파를 여진하는 급전부로 했다.
본 발명의 실시형태 6 의 동작은 실시형태 3 의 우선편파의 원형 도파관 안테나와 동일하므로 설명을 생략한다.
이 구성에 있어서, 실시형태 3 에 나타낸 우선편파의 원형 도파관 안테나와 동일한 효과를 갖는 데다가, 구조적으로 튼튼해서 단독으로 사용하기 쉽다는 이점이 있다.
따라서, 본 실시형태의 우선편파의 원형 도파관 안테나는 단독 부품으로서 양산 가능하고, 부품으로서 공급할 수 있어, 결과적으로 본 실시형태는 우선편파의 원형 도파관 안테나의 고성능화와 저가격화를 도모할 수 있다.
또, 본 실시형태의 우선편파의 원형 도파관 안테나도 실시형태 2 의 우선편파의 원형 도파관 안테나와 동일한 특성이므로, 이용 형태는 실시형태 3 과 동일한데다가, 단독으로 이용할 수도 있다.
실시형태 7.
실시형태 1∼6 은 호온형 원형 도파관 안테나에 대하여 나타내었지만, 본 실시형태 이후는 상기 기술한 호온형 원형 도파관 안테나를 어레이 소자로서 복수 배열한 어레이 안테나의 실시형태를 나타낸다.
도 12 는 본 발명의 실시형태 7 을 나타내는 원형 도파관 어레이 안테나의 구성도이고, 도 12(a) 는 원형 도파관 어레이 안테나의 사시도, 도 12(b) 는 분해 사시도이다. 도 13 은 호온형 원형 도파관 어레이 안테나의 플레이트 구성도이고, 도 13(a) 는 호온형 원형 도파관 플레이트의 사시 단면도, 도 13(b) 는 정면에서 본 단면도이다.
안테나의 방사면은 어레이 소자의 상부 개구가 되는 호온형 원형 도파관이 등간격으로 정방형 영역 내에 가공되는 호온형 원형 도파관 플레이트 (111) 이다. 호온형 원형 도파관 플레이트 (111) 에는, 어레이 소자의 개구 (112), 안테나를 조립할 때 및 다른 장치와 고정시킬 때에 필요한 나사 구멍 (113) 이 형성되어 있다.
호온형 원형 도파관 플레이트 (111), 수 밀리의 두께를 갖는 도체 플레이트로, 중심부의 정방형 영역 내에, 원통형의 관통 구멍이 가공되고, 이 관통 구멍의 개구면을 원추형으로 형성하여, 어레이 소자의 개구 (112) 가 구성되어 있다.
이와 같이, 종래의 원형 도파관 어레이 안테나와 비교하면 어레이 소자의 개구면이 넓어져 있다.
호온형 원형 도파관 플레이트 (111) 의 방사면 이측에는 급전부를 구성하는 원형 도파관을 급전하기 위한 스트립 라인 회로의 시트 (114), 어레이 소자의 개구 (112) 를 급전하는 경우에 스트립 라인 회로의 시트 (114) 의 스트립 라인 (121) 의 선단으로부터 방사되는 전자파를 상부의 개구로 되돌리는 전자파 반사 플레이트 (115) 및 급전 스트립 라인의 통일 단자에 급전하는 급전구의 플레이트 (116) 가 설치되고, 각각이 나사 등으로 전기적으로 접속되어 있다.
스트립 라인 회로의 시트 (114) 는 이 위에 형성된 스트립 라인 (121) 의 유전체 시트에 끼워져 있다. 호온형 원형 도파관 플레이트 (111) 각각의 호온형 원형 도파관 (131) 하부의 유전체 시트가, 호온형 원추 호온 (112) 과 동일한 형상의 부분이 제거되어 있고 스트립 라인 (121) 의 선단 일부만이 노출되어 전자파를 방사한다.
이것은 도 1 에서 설명한 호온형 원형 도파관 안테나와 동일한 구조이며, 또, 호온형 원형 도파관 플레이트 (111) 의 모든 호온형 원형 도파관 (112) 하부로 유도된 모든 스트립 라인 (121) 의 급전 단자는 통일 단자로부터 분기되고 있다. 통일 단자는 플레이트 (116) 의 급전구 (123) 로부터 동일한 축 선로를 통하여 급전을 받는다.
전자파 반사 플레이트 (115) 는 스트립 라인 (121) 의 급전 단자로부터 하방으로 방사되는 전자파를 상방으로 반사하기 위한 전자파 반사 플레이트로서, 호온형 원형 도파관 플레이트 (111) 의 모든 호온형 원형 도파관 (112) 과 동일한 위치와 동일한 직경경의 불관통 원통형 공동 (122) 이 형성되어 있다. 플레이트 (116) 는 안테나의 급전구 (123) 를 갖는 플레이트로서, 이것을 통하여 다른 장치와 전기적으로 접속한다.
이와 같이, 본 발명의 실시형태 7 에서는 호온형 원형 도파관 플레이트 (111) 가 종래의 원형 도파관 어레이 안테나와 상이하고, 다른 것은 동일하다.
또한, 호온형 원형 도파관 플레이트 (111), 전자파 반사 플레이트 (115) 및 급전구의 플레이트 (116) 는 황동재, 알루미늄재 또는 도전성 플라스틱재를 사용하고 있다.
호온형 원형 도파관 플레이트 (111) 의 각 어레이 소자의 개구 (112) 는 스트립 라인 (121) 의 급전 단자로부터 급전을 받으며, 도 1 에 나타낸 호온형 원형 도파관 안테나와 동일한 구성이고, 어레이 소자의 개구 (112) 는 중심 주파수 파장 λ 및 원형 도파관 (52) 의 직경 a 를 정하여, 열림각의 1/2 을 α 로 했을 때 식 (2) 를 만족하도록 원형 도파관의 개구면을 직경 d, 그 플레어를 L 이 되도록 형성 하고 있다.
따라서, 호온형 원형 도파관 안테나인 각 어레이 소자의 방사 이득이 최대가 되고, 반사 손실이 최소가 되어, 본 발명의 원형 도파관 어레이 안테나의 방사 이득을 최대로 하고, 반사 손실을 최소로 할 수 있다.
이어서, 본 발명의 실시형태 7 을 나타내는 원형 도파관 어레이 안테나의 동작을 도 12 를 이용하여 설명한다.
플레이트 (116) 의 급전구 (123) 로부터 전자파를 급전하면, 원형 도파관을 급전하기 위한 스트립 라인 회로의 시트 (114) 에 형성한 스트립 라인의 통일 단자와 직결한 동일 축 선로의 선단이 수신하고, 이것이 스트립 라인의 통일 단자에 급전된다. 그로부터 모든 원형 도파관을 급전하는 스트립 라인의 선단까지의 물리적인 형상과 조건이 동일하므로, 상기 스트립 라인의 통일 단자로부터 전력적으로, 위상적으로 동등한 전자파가 각각의 스트립 라인 선단에 급전된다.
각 스트립 라인 선단의 방향도 동일 방향이므로, 스트립 라인 선단으로부터 급전을 받은 각 호온형 원형 도파관 개구면 (112) 의 전계 분포도 동일한 방향이 되어, 안테나의 방사면인 호온형 원형 도파관 플레이트 (111) 상의 편파면이 정렬된다. 따라서, 안테나의 방사 특성 열화는 발생하지 않는다.
급전구 (123) 로부터 급전된 전자파는 최종적으로 호온형 원형 도파관 플레이트 (111) 에 형성된 모든 호온형 원형 도파관의 개구면 (112) 에 균등 분배되어 급전되고, 거기로부터 방사된다.
이 때, 호온형 원형 도파관 플레이트 (111) 의 호온형 원형 도파관 (112) 의 열림각이 0°로부터 증가하면, 도 7(b) 에 나타내는 바와 같이, 예를 들어, d/λ=3 일 때, 개구의 직경 d 도 그에 수반하여 증가하며, 식 (2) 에 나타내어진 최적값이 될 때까지 안테나의 방사 이득 G 가 계속 증가한다.
이상과 같이, 호온형 원형 도파관 (112) 이, 도전체의 플레이트에 형성되어 호온형 원형 도파관 플레이트 (111) 를 구성하도록 하고, 각 원추 호온이 식 (2) 를 만족하도록 했으므로, 방사 특성, 특히 방사 이득을 증가시킬 수 있다.
또, 방사 이득이 증가한다는 것은 급전되는 전자파는 효율적으로 어레이 안테나로부터 방사되므로, 안테나 내부에 전파하는 과정에서 반사되어 원래의 급전구 (123) 로 되돌아오는 전자파의 전력이 적어진다는 것을 의미하는 것으로, 안테나의 반사 손실 특성, 이른바 S11 파라미터를 개선할 수 있다.
또, S11 파라미터를 개선할 수 있으므로, 고주파 회로에서 반사파의 악영향으로 장치의 특성이 열화되거나 동작하지 않게 되었을 때에, 급전구 (123) 앞에 정합 회로나 필터 또는 아이솔레이터 등을 설치할 필요가 없어진다. 따라서, 소형이고 저가격으로 할 수 있다.
또한, 어레이 소자의 개구 (112) 는 열림각의 1/2 을 α 로 했을 때 식 (2) 를 만족하도록 형성했을 경우에는 가장 바람직하지만, 0.8×Arcsin(0.1349114/(d/λ)) 내지 1.2Arcsin(0.1349114 (d/λ)) 사이로 해도 된다.
또, 이용 형태에 대해서는 본 발명의 원형 도파관 어레이 안테나는 밀리파, 준밀리파 통신용으로 적합하고, 최근 ETC 나 ITS 의 안테나로서 사용되는 것은 종래의 슬롯 어레이 안테나와 동일하게 가능하다.
또, 원형 도파관 어레이 소자의 수를 늘리면 방사 이득이 한층 더 높아져, 주빔폭도 날카로워지므로 파라볼라 안테나와 같은 고이득 안테나를 필요로 하는 시스템에도 이용할 수 있다. 예를 들어, 전화 통신 기지국 중계용 안테나, 텔레비젼 기지국 중계용 안테나, 위성 통신용 안테나, 전파 천문학의 전파 망원경용 안테나 등을 들 수 있다.
실시형태 8.
본 실시형태는 실시형태 7 의 어레이 소자의 상부 개구가 되는 호온형 원형 도파관의 플레이트 (111) 를 더욱 개량하여, 보다 소형인 원형 도파관 어레이 안테나로 하는 것이다.
도 14 는 실시형태 8 을 나타내는 호온형 원형 도파관 플레이트의 구성도이고, 도 14(a) 는 호온형 원형 도파관 플레이트의 사시 단면도, 도 14(b) 는 정면으로부터 본 단면도이다.
본 실시형태의 원형 도파관 어레이 안테나의 구성은 기본적으로 실시형태 7 과 동일하여 전체 구성 설명은 생략하고, 구성이 상이한 호온형 원형 도파관의 플레이트에 대하여 설명한다.
도 14 에 있어서, 안테나의 방사면은, 어레이 소자의 상부 개구가 되는 호온형 원형 도파관이 등간격으로 정방형 영역 내에 가공되는 호온형 원형 도파관 플레이트 (1111) 에는, 어레이 소자의 개구면 (1112), 어레이 소자의 호온형 원형 도파관 (1113), 안테나를 조립할 때 및 다른 장치와 고정시킬 때에 필요한 나사 구멍 (113) 이 형성되어 있다.
호온형 원형 도파관 (1113) 은 원추형의 관통 구멍이다. 실시형태 7 의 도 13 에서는 호온형 원형 도파관 플레이트 (111) 에 설치한 어레이 소자인 호온형 원형 도파관 (131) 은, 원통형 부분 (131b) 과 원추형 부분 (131a) 으로 일체로 구성되어 있지만, 본 실시형태에서는 도 14 에 나타내는 바와 같이 원통형 부분 (131b) 에 상당하는 것이 없다. 따라서, 이 원통형 부분 (131b) 에 상당하는 두께만큼 호온형 원형 도파관 플레이트 (1111) 가 얇아져 있다.
이어서, 본 발명의 실시형태 8 을 나타내는 원형 도파관 어레이 안테나의 동작은 실시형태 7 의 원형 도파관 어레이 안테나의 동작과 동일하여, 설명을 생략한다. 실시형태 7 의 경우에는 원통형 부분 (131b) 이 있고, 원통형 부분 (131b) 은 무손실 도파관이므로, 존재하면 그 만큼 전자파가 전파되어, 그 거리에 상당하는 위상만이 지연되나, 안테나 특성에 대한 영향은 없다. 또, 실시형태 8 의 경우에는 원통형 부분 (131b) 이 없고, 안테나 내부에 전파하는 전자파의 위상 지연은 없지만, 안테나 특성에는 어떠한 영향도 없다.
실시형태 7 의 경계선 (132) 형상에 상당하는 부분이 원형으로, 직경이 원통형 부분 (131b) 의 직경과 동일하면, 원통형 부분 (131b) 이 없어도 된다.
이상과 같이, 호온형 원형 도파관 플레이트 (1111) 의 호온형 원형 도파관으로부터 원통형 부분을 제거하고, 원추 형상 호온만의 구성으로 했으므로, 호온형 원형 도파관 플레이트 (111) 의 두께가 어레이 소자의 호온형 원형 도파관의 원통형 분량만큼 얇아져, 원형 도파관 어레이 안테나를, 더욱 소형화와 경량화를 도모할 수 있다.
또한, 본 실시형태의 원형 도파관 어레이 안테나는 실시형태 7 의 원형 도파관 어레이 안테나와 동일한 특성이므로, 이용 형태는 실시형태 7 에서 기술한 이용 형태와 동일하다.
실시형태 9.
본 실시형태는 실시형태 7 의 어레이 소자의 상부 개구가 되는 호온형 원형 도파관의 플레이트 (111 ; 도 13) 를 종래의 원형 도파관 어레이 안테나의 어레이 소자의 상부 개구가 되는 원형 도파관 플레이트 (41 ; 도 31) 상에 추가하고, 1 대의 안테나를 필요에 따라, 종래와 같은 원형 도파관 어레이 안테나로 해도 되고, 또는 실시형태 7 과 같은 호온형 원형 도파관 어레이 안테나로 해도 사용할 수 있도록 한 것이다.
도 15 는 원형 도파관 어레이 안테나의 분해 사시도, 도 16 은 도 15 의 호온형 원형 도파관 플레이트의 사시도이고, 도 16(a) 는 실시형태 7 의 호온형 원형 도파관 플레이트, 도 16(b) 는 종래의 원형 도파관 어레이 안테나의 원형 도파관 플레이트의 사시 단면도, 도 17 은 조립 후의 원형 도파관 플레이트의 사시 단면도이다.
도 16, 도 17 에 있어서, 실시형태 7 의 도 13, 종래예의 도 31 과 동일한 부분 또는 상당하는 부분에는 동일한 부호를 붙이고 설명을 생략한다.
도 17 에서는 실시형태 7 의 호온형 원형 도파관 플레이트 (111) 를 종래의 원형 도파관 어레이 안테나의 원형 도파관 플레이트 (41) 상에 배치하고, 원형 도파관 플레이트 (41) 의 어레이 소자의 개구 (42), 호온형 원형 도파관 플레이트 (111) 에 형성한 어레이 소자인 호온형 원형 도파관 (131) 의 배치가 일치하도록 고정 나사 구멍 (113 과 43) 을 통하여 나사로 고정시켜, 호온형 원형 도파관 플레이트 (111) 와 원형 도파관 플레이트 (41) 가 일체화되어, 실시형태 7 의 호온형 원형 도파관 플레이트 (111) 와 동일하게 한 것이다.
이러한 구성에 있어서는 실시형태 7 의 호온형 원형 도파관 플레이트 (111) 와 같이 되기 때문에, 실시형태 9 의 원형 도파관 어레이 안테나의 동작은 실시형태 7 의 원형 도파관 어레이 안테나와 완전히 동일한 동작을 한다.
이상과 같이, 본 실시형태의 원형 도파관 어레이 안테나는 종래의 원형 도파관 어레이 안테나의 구조를 남기고, 실시형태 7 에서 나타낸 호온형 원형 도파관 플레이트 (111) 를 장착했으므로, 종래의 원형 도파관 어레이 안테나로서 사용할 필요가 있을 때에 호온형 원형 도파관 플레이트 (111) 를 떼어내면 된다.
따라서, 본 실시형태의 원형 도파관 어레이 안테나는 사용 상황에 따라, 실시형태 7 의 원형 도파관 어레이 안테나와 종래의 원형 도파관 어레이 안테나의 기능을 담당할 수 있으므로, 원형 도파관 어레이 안테나의 고성능화와 저가격화를 도모할 수 있다.
또한, 본 실시형태의 원형 도파관 어레이 안테나도 실시형태 7 의 원형 도파관 어레이 안테나와 동일한 특성이므로, 이용 형태는 실시형태 7 에서 서술한 이용 형태와 동일하다.
실시형태 10.
본 실시형태는 실시형태 8 의 어레이 소자의 상부 개구가 되는 호온형 원형 도파관의 플레이트 (1111 ; 도 14) 를 종래의 원형 도파관 어레이 안테나의 어레이 소자의 상부 개구가 되는 원형 도파관 플레이트 (41 ; 도 31) 상에 추가하여, 1 대의 안테나를 필요에 따라, 종래와 같은 원형 도파관 어레이 안테나로 해도 되고, 또는 실시형태 7 과 같은 호온형 원형 도파관 어레이 안테나로 해도 사용할 수 있도록 한 것이다.
도 18 은 본 발명의 실시형태 8 을 나타내는 원형 도파관 어레이 안테나의 분해 사시도, 도 19 는 도 18 의 호온형 원형 도파관 플레이트의 사시도이고, 도 19(a) 는 실시형태 8 의 호온형 원형 도파관 플레이트, 도 19(b) 는 종래의 원형 도파관 어레이 안테나의 원형 도파관 플레이트의 사시 단면도, 도 20 은 조립 후의 원형 도파관 플레이트의 사시 단면도이다.
도 18, 도 19 에 있어서, 실시형태 8 의 도 14, 종래예의 도 31 과 동일한 부분 또는 상당하는 부분에는 동일한 부호를 붙이고 설명을 생략한다.
도 19 에 있어서, 실시형태 8 의 호온형 원형 도파관 플레이트 (1111) 를 종래의 원형 도파관 어레이 안테나의 원형 도파관 플레이트 (41) 상에 배치하고, 원형 도파관 플레이트 (41) 의 어레이 소자의 개구 (42), 호온형 원형 도파관 플레이트 (1111) 에 형성한 어레이 소자인 호온형 원형 도파관 (1113) 의 배치가 일치하도록 고정 나사 구멍 (113 과 43) 을 통하여 나사로 고정시켜, 호온형 원형 도파관 (1113) 과 원형 도파관 플레이트 (41) 가 일체화되어, 실시형태 8 의 호온형 원형 도파관 (1113) 과 동일하게 하여, 호온형 원형 도파관 어레이 안테나로서 사용할 수 있도록 한 것이다.
이러한 구성에 있어서는 실시형태 8 의 호온형 원형 도파관 (1113) 과 같이 되기 때문에, 본 실시형태의 원형 도파관 어레이 안테나의 동작은 실시형태 7 의 원형 도파관 어레이 안테나와 동일한 동작을 한다.
이상과 같이, 본 실시형태의 원형 도파관 어레이 안테나는 종래의 원형 도파관 어레이 안테나의 구조를 남기고, 실시형태 8 에서 나타낸 호온형 원형 도파관 플레이트 (1111) 를 장착했으므로, 종래의 원형 도파관 어레이 안테나로서 사용할 필요가 있을 때에 호온형 원형 도파관 플레이트 (1111) 를 떼어내면 된다.
따라서, 본 실시형태의 원형 도파관 어레이 안테나는 사용 상황에 따라, 실시형태 8 의 원형 도파관 어레이 안테나와 종래의 원형 도파관 어레이 안테나의 기능을 담당할 수 있으므로, 원형 도파관 어레이 안테나의 고성능화와 저가격화를 도모할 수 있다.
또한, 본 실시형태의 원형 도파관 어레이 안테나도 실시형태 8 의 원형 도파관 어레이 안테나와 동일한 특성이므로, 이용 형태는 실시형태 8 에서 서술한 이용 형태와 동일하다.
실시형태 11.
종래, 어레이 안테나를 구성할 때, 어레이 소자열 또는 어레이 소자가 배치되어 있는 평면에 대해서 안테나 전체의 방사 지향성의 주 (主) 로프가 수직이 되도록, 또한 그레이팅 로브가 발생하지 않도록 하기 위해서는 인접하고 있는 어레이 소자의 간격이 파장 λ 이하이어야 한다.
도 22 는 일양 표면 위상 분포와 전력 분포 어레이 안테나의 방사 지향성의 예를 나타내고 있고, 도 22(a) 는 인접하고 있는 어레이 소자 간격이 파장 λ 이하의 방사 지향성이고, 주로프로부터 멀어짐에 따라 로프 레벨은 내려간다는 것을 알 수 있다. 도 22(b) 는 인접하고 있는 어레이 소자 간격이 파장 λ 이상인 방사 지향성이고, 주로프로부터 멀어짐에 따라 로프 레벨은 내려가나, 사이드 로프를 1번째로 하면 5 번째의 로프 레벨이 높아져, 그 레벨에 의해 안테나 전체의 방사 지향성에 악영향을 미치는 경우가 있다. 141 은 상기 기술한 그레이팅 로브이다.
그러나, 도 7(a) 로부터 분명한 바와 같이, d/λ (d/λ≤1) 가 크면 클수록 방사 이득 G 가 높아져, d/λ=1 일 때가 크고, 호온 안테나의 열림각 α 가 7.75 30°일 때 어레이 소자의 방사 이득 G 는 최대가 되어, 9.171486dB 이다.
따라서, 본 발명의 원형 도파관 어레이 소자 개구면 직경 d 를 가능한한 λ 에 접근하도록 하면, 안테나 전체의 방사 이득 G 가 높아지는 한편, 도 22(a) 에 나타내는 바와 같이, 방사 지향성에 특성 열화 원인의 하나인 그레이팅 로브의 발생도 없다. 만일, d 의 값이 λ 보다 조금 커도 그레이팅 로브는 발생하지만, 방사 지향성에 악영향을 미칠 정도의 레벨이 아니면 문제는 없다.
본 실시형태는 실시형태 7 의 어레이 소자인 호온형 원형 도파관을 상기 기술한 조건을 만족하도록 형성한 것이다.
도 21 은 실시형태 11 을 나타내는 호온형 원형 도파관 플레이트의 구성도이고, 도 21(a) 는 호온형 원형 도파관 플레이트의 사시 단면도, 도 21(b) 는 경사 방향에서 본 단면도이다.
도 21 에 있어서, 안테나의 방사면은, 어레이 소자의 상부 개구가 되는 호온 형 원형 도파관이 등간격으로 정방형 영역 내에 가공되는 호온형 원형 도파관 플레이트 (151) 에는, 어레이 소자의 개구 (152), 어레이 소자의 호온형 원형 도파관 (154), 안테나를 조립할 때 및 다른 장치와 고정시킬 때에 필요한 나사 구멍 (153) 이 형성되어 있다.
호온형 원형 도파관 (154) 은 원통형 부분 (154b) 과 원추형 부분 (154a) 에서 일체로 구성되어 있다.
호온형 원형 도파관 플레이트 (151) 에 형성되어 있는 호온형 원형 도파관 (154) 도, 상기 기술한 도 7(a) 에서 나타낸 특성과 동일하게 되므로, 이하와 같이 형상을 정했다.
(1) 인접하고 있는 어레이 소자인 호온형 원형 도파관 (154 ; 어레이 소자의 개구 (152)) 의 간격은 파장 λ 와 동일하거나, 또는 대략 동일하다.
(2) 어레이 소자인 호온형 원형 도파관 (154) 의 개구면 어레이 소자의 개구 (152) 직경 d 는 파장 λ 와 동등하거나, 또는 대략 동등하다.
(3) 어레이 소자인 호온형 원형 도파관 (154) 의 열림각 2α 는 대략 2×7.7530°이다.
그레이팅 로브가 발생하지 않는 한계는 인접하고 있는 어레이 소자의 간격이λ 까지 이지만, 어레이 소자인 호온형 원형 도파관 (154) 의 개구면 어레이 소자의 개구 (152) 직경 d 도 λ 가 되면, 호온형 원형 도파관 플레이트 (151) 의 절삭이 곤란하므로, 가까이 인접하고 있는 어레이 소자의 간격을 λ 보다 수십 미크론 크게 해도 지장이 없다. 이론적으로 인접하고 있는 어레이 소자의 간격이 λ 를 초과하면 그레이팅 로브는 발생하지만, 수십 미크론 정도에서는 아직 안테나 전체의 방사 지향성에 악영향을 미칠 정도의 레벨로 높아져 있지 않았다.
이 구성에 있어서, 호온형 원형 도파관 플레이트 (151) 상에 형성한 어레이 소자의 간격 및 어레이 소자의 개구면 직경 d 는 파장 λ 와 동등하거나, 또는 대략 동등하게 했으므로, 그레이팅 로브는 거의 발생하지 않는다. 동작은 실시형태 1 의 원형 도파관 어레이 안테나와 완전히 동일하므로 설명을 생략한다.
이상과 같이, 본 실시형태의 원형 도파관 어레이 안테나의 호온형 원형 도파관 플레이트 (151) 상에 형성한 호온형 원형 도파관 (154) 을 상기 기술한 조건으로 형성했으므로, 각각의 어레이 소자의 방사 이득 G 는 대략 최대로 할 수 있다. 따라서, 본 실시형태의 원형 도파관 어레이 안테나는 실시형태 7 의 원형 도파관 어레이 안테나가 가지고 있는 효과에 더하여, 방사 이득을 최대한으로 끌어올릴 수 있고, 안테나의 반사 손실도 최소한으로 억제할 수 있다.
또, 방사 특성 및 반사 손실 특성이 개선된 것만큼, 예를 들어, 통신 거리가 길어지거나 동일한 방사 이득이면 형상이 작아진다는 이점이 있으므로, 본 실시형태는 원형 도파관 어레이 안테나의 저가격화 및 소형화뿐만 아니라, 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시형태의 원형 도파관 어레이 안테나의 이용 형태는 실시형태 7 에서 서술한 이용 형태와 동일하다.
실시형태 12.
본 실시형태는 실시형태 11 의 어레이 소자의 상부 개구가 되는 호온형 원형 도파관 플레이트 (151) 를 더욱 개량하여, 보다 소형인 원형 도파관 어레이 안테나로 하는 것이다.
도 23 은 실시형태 12 를 나타내는 호온형 원형 도파관 플레이트의 구성도이고, 도 23(a) 는 호온형 원형 도파관 플레이트의 사시 외관도, 도 23(b) 는 경사 방향에서 본 단면도이다.
본 실시형태의 원형 도파관 어레이 안테나의 구성은 기본적으로 실시형태 11 과 동일하므로, 전체 구성의 설명은 생략하며, 구성이 상이한 호온형 원형 도파관의 플레이트에 대하여 설명한다.
도 23 에 있어서, 안테나의 방사면은, 어레이 소자의 상부 개구가 되는 호온형 원형 도파관이 등간격으로 정방형 영역 내에 가공되는 호온형 원형 도파관 플레이트 (161) 에는, 어레이 소자의 개구 (162), 어레이 소자의 호온형 원형 도파관 (164), 안테나를 조립할 때 및 다른 장치와 고정시킬 때에 필요한 나사 구멍 (163) 이 형성되어 있다.
호온형 원형 도파관 (164) 은 원추형의 관통 구멍이다. 실시형태 11 의 도 21 에서는 호온형 원형 도파관 플레이트 (151) 에 형성한 어레이 소자인 호온형 원형 도파관 (154) 은, 원통형 부분 (154b) 과 원추형 부분 (154a) 이 경계선 (155) 에 있어서 결합하여 구성되어 있지만, 본 실시형태에서는 도 23 에 나타내는 바와 같이 원통형 부분 (154b) 에 상당하는 것이 없다. 따라서, 이 원통형 부분에 상당하는 두께만큼, 호온형 원형 도파관 플레이트 (161) 가 얇아져 있다.
이어서, 본 발명의 실시형태 12 를 나타내는 원형 도파관 어레이 안테나의 동작은 실시형태 11 의 원형 도파관 어레이 안테나의 동작과 동일하여 설명을 생략하지만, 실시형태 11 의 경우에는 원통형 부분 (154b) 이 있고, 원통형 부분 (154b) 은 무손실 도파관이므로, 존재하면 그 분만큼 전자파가 전파되고, 그 거리에 상당하는 위상만이 지연되나, 안테나 특성에 대한 영향은 없다. 또, 실시형태 5 의 경우에는 원통형 부분이 없고, 안테나 내부에 전파되는 전자파의 위상 지연은 없지만, 안테나 특성에는 어떠한 영향도 없다.
즉, 실시형태 11 의 경계선 (155) 형상에 상당하는 부분이 원형이고, 직경이 원통형 부분의 직경과 동일하면, 원통형 부분이 없어도 된다.
이상과 같이, 호온형 원형 도파관 플레이트 (161) 의 호온형 원형 도파관으로부터 원통형 부분을 제거하고, 원추 형상 호온만의 구성으로 했으므로, 호온형 원형 도파관 플레이트 (161) 의 두께가 어레이 소자의 호온형 원형 도파관의 원통형 분만큼 얇아져, 원형 도파관 어레이 안테나를, 더욱 소형화와 경량화를 도모할 수 있다.
또, 원형 도파관 어레이 안테나의 고성능화, 저가격화를 도모할 수 있다.
또한, 본 실시형태의 원형 도파관 어레이 안테나는 실시형태 11 의 원형 도파관 어레이 안테나와 동일한 특성이므로, 이용 형태는 실시형태 11 에서 서술한 이용 형태와 동일하다.
실시형태 13.
본 실시형태는 실시형태 11 의 어레이 소자의 상부 개구가 되는 호온형 원형 도파관 플레이트 (151 ; 도 21) 를 종래의 원형 도파관 어레이 안테나의 어레이 소 자의 상부 개구가 되는 원형 도파관 플레이트 (41 ; 도 31) 상에 추가하고, 1 대의 안테나를 필요에 따라, 종래와 같은 원형 도파관 어레이 안테나로 해도 되고, 또는 실시형태 11 과 같은 호온형 원형 도파관 어레이 안테나로 해도 사용할 수 있도록 한 것이다.
도 24 는 원형 도파관 어레이 안테나의 분해 사시도, 도 25 는 도 24 의 호온형 원형 도파관 플레이트의 사시도이고, 도 25(a) 는 실시형태 5 의 호온형 원형 도파관 플레이트, 도 25(b) 는 종래의 원형 도파관 어레이 안테나의 원형 도파관 플레이트의 사시 단면도, 도 26 은 조립 후의 원형 도파관 플레이트의 사시 단면도이다.
도 24∼26 에 있어서, 실시형태 11 의 도 21 과 종래예의 도 31 과 동일한 부분 또는 상당하는 부분에는 동일한 부호를 붙이고 설명을 생략한다.
도 24 에 있어서, 실시형태 11 의 호온형 원형 도파관 플레이트 (151) 를 종래의 원형 도파관 어레이 안테나의 원형 도파관 플레이트 (41) 상에 배치하고, 원형 도파관 플레이트 (41) 의 어레이 소자의 개구 (42), 호온형 원형 도파관 플레이트 (151) 에 형성한 어레이 소자인 호온형 원형 도파관 (152) 의 배치가 일치하도록 고정 나사 구멍 (153 과 43) 을 통하여 나사로 고정시켜, 호온형 원형 도파관 플레이트 (151) 와 원형 도파관 플레이트 (41) 를 호온형 원형 도파관 어레이 안테나로서 사용할 수 있도록 한 것이다.
이러한 구성에 있어서는 실시형태 11 의 호온형 원형 도파관 플레이트 (151) 와 동일하게 되기 때문에, 실시형태 13 의 원형 도파관 어레이 안테나의 동작은 실 시형태 11 의 원형 도파관 어레이 안테나와 완전히 동일한 동작을 한다.
이상과 같이, 본 실시형태의 원형 도파관 어레이 안테나는 종래의 원형 도파관 어레이 안테나의 구조를 남기고, 실시형태 11 에서 나타낸 호온형 원형 도파관 플레이트 (151) 를 부착했으므로, 종래의 원형 도파관 어레이 안테나로서 사용할 필요가 있을 때 호온형 원형 도파관 플레이트 (151) 를 떼어내면 된다.
따라서, 본 실시형태의 원형 도파관 어레이 안테나는 사용 상황에 따라, 실시형태 11 의 원형 도파관 어레이 안테나와 종래의 원형 도파관 어레이 안테나의 기능을 담당할 수 있으므로, 원형 도파관 어레이 안테나의 고성능화와 저가격화를 도모할 수 있다.
또한, 본 실시형태의 원형 도파관 어레이 안테나도 실시형태 11 의 원형 도파관 어레이 안테나와 동일한 특성이므로, 이용 형태는 실시형태 11 에서 기술한 이용 형태와 동일하다.
실시형태 14
본 실시형태는 실시형태 12 의 어레이 소자의 상부 개구가 되는 호온형 원형 도파관 플레이트 (161 ; 도 23) 를 종래의 원형 도파관 어레이 안테나의 어레이 소자의 상부 개구가 되는 원형 도파관 플레이트 (41 ; 도 31) 상에 추가하여, 1 대의 안테나를 필요에 따라, 종래와 같은 원형 도파관 어레이 안테나로 해도 되고, 또는 실시형태 11 과 같은 호온형 원형 도파관 어레이 안테나로서도 사용할 수 있도록 한 것이다.
도 27 은 원형 도파관 어레이 안테나의 분해 사시도, 도 28 은 호온형 원형 도파관 플레이트의 사시도이고, 도 28(a) 는 본 실시형태 14 의 호온형 원형 도파관 플레이트, 도 28(b) 는 종래의 원형 도파관 어레이 안테나의 원형 도파관 플레이트의 사시 단면도, 도 29 는 조립 후의 원형 도파관 플레이트의 사시 단면도이다.
도 27∼29 에 있어서, 실시형태 12 의 도 23, 종래예의 도 31 과 동일한 부분 또는 상당하는 부분에는 동일한 부호를 붙이고 설명을 생략한다.
도 27 에 있어서, 실시형태 14 의 호온형 원형 도파관 플레이트 (161) 를 종래의 원형 도파관 어레이 안테나의 원형 도파관 플레이트 (41) 상에 배치하고, 원형 도파관 플레이트 (41) 의 어레이 소자의 개구 (42), 호온형 원형 도파관 플레이트 (161) 에 설치한 어레이 소자인 호온형 원형 도파관 (162) 의 배치가 일치하도록 고정시키는 나사 구멍 (163 과 43) 을 통하여 나사로 고정시켜, 호온형 원형 도파관 플레이트 (161) 와 원형 도파관 플레이트 (41) 가 일체화하여, 본 실시형태 11 의 호온형 원형 도파관 플레이트 (151) 와 동일하게 하여, 호온형 원형 도파관 어레이 안테나로서 사용할 수 있도록 한 것이다.
이러한 구성에 있어서는 실시형태 11 의 호온형 원형 도파관 플레이트 (151) 와 같이 되기 때문에, 본 실시형태의 원형 도파관 어레이 안테나의 동작은 실시형태 11 의 원형 도파관 어레이 안테나와 동일한 동작을 한다.
이상과 같이, 본 실시형태의 원형 도파관 어레이 안테나는 종래의 원형 도파관 어레이 안테나의 구조를 남기고, 실시형태 14 에서 나타낸 호온형 원형 도파관 플레이트 (161) 를 부착했으므로, 종래의 원형 도파관 어레이 안테나로서 사용할 필요가 있을 때에 호온형 원형 도파관 플레이트 (161) 를 떼어내면 된다.
따라서, 본 실시형태의 원형 도파관 어레이 안테나는 사용 상황에 따라, 본 실시형태 11 의 원형 도파관 어레이 안테나와 종래의 원형 도파관 어레이 안테나의 기능을 담당할 수 있으므로, 원형 도파관 어레이 안테나의 고성능화와 저가격화를 도모할 수 있다.
또한, 본 실시형태의 원형 도파관 어레이 안테나도 본 실시형태 11 의 원형 도파관 어레이 안테나와 동일한 특성이므로, 이용 형태는 본 실시형태 11 에서 서술한 이용 형태와 동일하다.
실시형태 15.
본 실시형태에서는 실시형태 7∼14 는 본 발명의 원형 도파관 어레이 안테나의 어레이 소자의 개구가 되는 호온형 원형 도파관의 플레이트를, 황동재, 알루미늄재나 도전성 플라스틱재를 선반이나 보링 머신 등의 기계 가공으로 제작한 것이나, 본 실시형태는 도전성을 부가한 플라스틱 성형, 또는 플라스틱 성형 후에 도전성을 부가하여 제작한 것이다.
도전성을 부가한 플라스틱 성형에서는 기계적 강도, 내열성 및 경시 변화에 매우 우수한 특성의 엔지니어링 플라스틱재, 예를 들어, 폴리술폰, 폴리에테르술폰, 폴리페닐렌설파이드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리알릴레이트, 폴리에테르이미드 등을 채용한다. 또, 도전성의 부가에 대해서는 플라스틱 성형으로 제작한 상기 어레이 소자 호온형 원형 도파관 플레이트에 카본제나 도전성 도료를 도포하거나 알루미늄이나 금 등의 금속 피막을 증착 또는 도금한다.
또한, 도전성 플라스틱재, 예를 들어 폴리아세틸렌, 폴리아닐린, 폴리티오펜, 폴리피롤, 그 외의 중합체 등을 성형에 의해 상기 어레이 소자 호온형 원형 도파관 플레이트를 제작하여, 도전성을 부가하는 후가공을 불필요하게 할 수도 있다.
또, 전술한 바와 같이, 본 실시형태는 실시형태 7∼14 에 있어서 본 발명의 원형 도파관 어레이 안테나의 어레이 소자의 상부 개구가 되는 호온형 원형 도파관의 플레이트를, 황동재, 알루미늄재나 도전성 플라스틱재를 성형 가능한 재료로 바꾸었을 뿐이므로, 원형 도파관 어레이 안테나의 동작은 각각의 실시형태의 원형 도파관 어레이 안테나와 완전히 동일하다.
이상과 같이, 본 실시형태에 의하면, 어레이 소자 호온형 원형 도파관 플레이트를, 황동재, 알루미늄재나 도전성 플라스틱재를 이용하여, 수고가 필요한 선반 가공으로 제작할 필요가 없어지므로, 보다 양산성이 용이하게 되어, 저가격화, 경량화를 도모할 수 있다.
본 발명은 상기 원형 도파관을, 상기 급전부측의 급전측 개구면의 직경이 a, 상기 방사 개구면의 직경이 상기 급전측 개구면의 직경 a 보다 큰 d, 열림각이 2α 인 원추 호온으로 하고, 사용 주파수 대역의 중심 주파수 파장을 λ 로 했을 때, 상기 열림각 α값을 0.8×Arcsin(0.1349114/(d/λ)) 내지 1.2Arcsin(0.1349114 (d/λ)) 사이로 했으므로, 안테나 반사 손실 특성이 개선되어, 방사 특성, 특히 방사 이득을 향상시킬 수 있고, 또, 저가격이고 소형으로 할 수 있다.

Claims (19)

  1. 원형 도파관의 편측에 전자파를 급전하는 급전부를 가지고, 반대측에 상기 전자파를 방사하는 방사 개구면을 갖는 원형 도파관 안테나에 있어서,
    상기 원형 도파관을, 상기 급전부측의 급전측 개구면의 직경이 a, 상기 방사 개구면의 직경이 상기 급전측 개구면의 직경 a 보다 큰 d, 열림각이 2α 인 원추 호온으로 하고, 사용 주파수 대역의 중심 주파수 파장을 λ 로 했을 때,
    상기 열림각 2α 의 1/2 인 α 값을
    0.8×Arcsin(0.1349114/(d/λ)) 내지 1.2Arcsin(0.1349114 (d/λ)) 사이로 한 것을 특징으로 하는 원형 도파관 안테나.
  2. 원형 도파관의 편측에 전자파를 급전하는 급전부를 가지고, 반대측에 상기 전자파를 방사하는 방사 개구면을 갖는 원형 도파관 안테나에 있어서,
    상기 원형 도파관을, 상기 급전부측의 급전측 개구면의 직경이 a, 상기 방사 개구면의 직경이 상기 급전측 개구면의 직경 a 보다 큰 d, 열림각이 2α 인 원추 호온으로 하고, 사용 주파수 대역의 중심 주파수 파장을 λ 로 했을 때,
    상기 열림각 2α 의 1/2 인 α 값을
    대략 Arcsin(0.1349114/(d/λ)) 로 한 것을 특징으로 하는 원형 도파관 안테나.
  3. 원형 도파관의 편측에 전자파를 급전하는 급전부를 가지고, 반대측에 상기 전자파를 방사하는 방사 개구면을 갖는 원형 도파관 안테나에 있어서,
    상기 원형 도파관을, 상기 급전부측의 급전측 개구면의 직경이 a, 상기 방사 개구면의 직경이 상기 급전측 개구면의 직경 a 보다 큰 d, 열림각이 2α 인 원추 호온으로 하고, 사용 주파수 대역의 중심 주파수 파장을 λ 로 했을 때,
    상기 방사 개구면 직경 d 를 대략 파장 λ 와 동일하게 하고,
    열림각 2α 의 1/2 인 α 값을 7.753°-2°내지 7.753°＋2°사이로 한 것을 특징으로 하는 원형 도파관 안테나.
  4. 원형 도파관의 편측에 전자파를 급전하는 급전부를 가지고, 반대측에 상기 전자파를 방사하는 방사 개구면을 갖는 원형 도파관 안테나에 있어서,
    상기 원형 도파관을, 상기 급전부측의 급전측 개구면의 직경이 a, 상기 방사 개구면의 직경이 상기 급전측 개구면의 직경 a 보다 큰 d, 열림각이 2α 인 원추 호온으로 하고, 사용 주파수 대역의 중심 주파수 파장을 λ 로 했을 때,
    상기 방사 개구면 직경 d 를 대략 파장 λ 와 동일하게 하고,
    열림각 2α 의 1/2 인 α 값을 대략 7.753°로 한 것을 특징으로 하는 원형 도파관 안테나.
  5. 원형 도파관의 편측에 전자파를 급전하는 급전부를 가지고, 반대측에 상기 전자파를 방사하는 방사 개구면을 갖는 원형 도파관 안테나에 있어서,
    상기 원형 도파관의 상기 급전부측의 급전측 개구면의 직경이 a, 상기 방사 개구면의 직경이 상기 급전측 개구면의 직경 a 보다 큰 d, 열림각이 2α 인 원추 호온으로 하고, 사용 주파수 대역의 중심 주파수 파장을 λ 로 했을 때,
    상기 전자파를 방사하는 개구면의 직경 d 와 상기 중심 주파수의 파장 λ 의 비 d/λ 값이, 대략 2.0 내지 대략 6.5 사이로 하고, 상기 열림각 2α 의 1/2 인 α 값을 대략 15°내지 대략 45°사이로 한 것을 특징으로 하는 원형 도파관 안테나.
  6. 제 5 항에 있어서,
    대략 18±4.5dBi 의 방사 이득을 얻는 것을 특징으로 하는 원형 도파관 안테나.
  7. 원형 도파관의 편측에 전자파를 급전하는 급전부를 가지고, 반대측에 상기 전자파를 방사하는 방사 개구면을 갖는 원형 도파관 안테나에 있어서,
    상기 원형 도파관을, 상기 급전부측의 급전측 개구면의 직경이 a, 상기 방사 개구면의 직경이 상기 급전측 개구면의 직경 a 보다 큰 d, 열림각이 2α 인 원추 호온으로 하고, 사용 주파수 대역의 중심 주파수 파장을 λ 로 했을 때,
    상기 전자파를 방사하는 개구면의 직경 d 와 상기 중심 주파수 파장 λ 의 비 d/λ 값을 대략 1 이하로 하고, 상기 열림각 2α 의 값에 관계없이 방사 이득이 거의 변동하지 않고, 안정적인 방사 이득을 얻는 것을 특징으로 하는 원형 도파관 안테나.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 급전부는 스트립 라인을 구비하고, 상기 스트립 라인은 상기 원형 도파관의 급전측 개구면의 중심을 향하여 소정 길이로 돌출 형성된 1 개의 전송로를 구비하고, 직선 편파의 전자파를 방사하도록 한 것을 특징으로 하는 원형 도파관 안테나.
  9. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 급전부는 스트립 라인을 구비하고,
    상기 스트립 라인은
    입력 전송로와,
    이 입력 전송로로부터 상기 원형 도파관의 상기 전자파를 방사하는 상기 개구면측에서 보았을 때, 상기 원형 도파관의 급전측 개구면 외측을 따라 상기 입력 전송로보다 가늘게 한 폭으로 좌우로 분기하고, 각각의 선단이 상기 원형 도파관의 중심을 향하여 직각으로 연장 형성되고, 소정 길이로 돌출 설치된 좌전송로 및 우전송로를 구비하고,
    원편파의 전자파를 방사하도록 한 것을 특징으로 하는 원형 도파관 안테나.
  10. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 급전부는 스트립 라인을 구비하고,
    상기 스트립 라인은
    입력 전송로와,
    이 입력 전송로로부터 상기 원형 도파관의 상기 전자파를 방사하는 상기 개구면측에서 보았을 때, 상기 원형 도파관의 급전측 개구면 외측을 따라 좌우로 분기하고, 각각의 선단이 상기 원형 도파관의 중심을 향하여 직각으로 연장 형성되고, 소정 길이로 돌출 설치된 좌전송로 및 우전송로를 구비하고,
    상기 좌전송로 및 상기 우전송로는 상기 입력 전송로와의 분기점으로부터 소정 길이의 위치에 임피던스 변환용 단차를 형성하고, 상기 분기점으로부터 상기 임피던스 변환용 단차까지를 상기 입력 전송로 폭의 대략 1/2 인 폭으로 하고, 상기 임피던스 변환용 단차로부터 선단까지의 폭을 상기 입력 전송로의 폭과 동일한 폭으로 한 것을 특징으로 하는 원형 도파관 안테나.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 좌전송로의 전체 길이를 상기 우전송로의 전체 길이보다 상기 스트립 라인 상의 파장 λg 의 1/4 짧게 하여, 좌선 원편파의 전자파를 방사하도록 한 것을 특징으로 하는 원형 도파관 안테나.
  12. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 우전송로의 전체 길이를 상기 좌전송로의 전체 길이보다 상기 스트립 라인 상의 파장 λg 의 1/4 짧게 하여, 우선 원편파의 전자파를 방사하도록 한 것을 특징으로 하는 원형 도파관 안테나.
  13. 상기 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 기재된 상기 원추 호온을 소정의 두께를 갖는 도체 플레이트에 형성한 호온형 원형 도파관 플레이트와,
    상기 제 8 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 기재된 스트립 라인을 상기 호온형 원형 도파관 플레이트의 상기 원추 호온에 대응하여 형성한 스트립 라인 회로의 시트, 전자파 반사용 원통 공동을 형성한 반사 플레이트 및 급전구를 형성한 급전구 플레이트를 갖는 급전부를 구비한 것을 특징으로 하는 원형 도파관 안테나.
  14. 제 13 항에 기재된 상기 호온형 원형 도파관 플레이트의 상기 원추 호온을 복수 배열하고, 상기 스트립 라인 회로 시트의 상기 스트립 라인을 상기 원추 호온에 대응시켜 복수 형성한 것을 특징으로 하는 원형 도파관 어레이 안테나.
  15. 제 14 항에 있어서,
    인접한 원추 호온의 간격을 파장 λ 와 대략 동등하게 한 것을 특징으로 하는 원형 도파관 어레이 안테나.
  16. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
    상기 원추 호온을 일렬 또는 2 차원적으로 평면 위에 배치한 것을 특징으로 하는 원형 도파관 어레이 안테나.
  17. 방사 개구면을 갖는 복수의 원형 도파관을 소정의 두께를 갖는 도체 플레이트에 형성한 원형 도파관 플레이트와, 이 원형 도파관 플레이트의 상기 원형 도파관에 대응하여 형성한 스트립 라인 회로의 시트, 전자파 반사용 원통 공동을 형성한 반사 플레이트 및 급전구를 형성한 급전구 플레이트를 갖는 급전부를 구비한 원형 도파관 어레이 안테나에 있어서,
    제 16 항에 기재된 호온형 원형 도파관 플레이트를 이 호온형 원형 도파관 플레이트의 각 원추 호온이 상기 원형 도파관 플레이트의 각 원형 도파관과 합치하도록 하여, 상기 원형 도파관 플레이트의 상기 방사 개구면측에, 착탈 가능하게 부착한 것을 특징으로 하는 원형 도파관 어레이 안테나.
  18. 제 14 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    호온형 원형 도파관 플레이트의 원추 호온의 원통부를 제외한 형상으로 한 것을 특징으로 하는 원형 도파관 어레이 안테나.
  19. 제 14 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    호온형 원형 도파관의 플레이트 및 급전부의 도체 구성 부재를 각각 금속, 도전성을 갖는 플라스틱재, 도전성을 갖는 수지재의 성형재, 표면에 도전성을 갖는 피막을 형성한 유전체, 또는 표면에 도전성을 갖는 피막을 형성한 절연 재료를 단 독으로, 또는 복수 병용한 것을 특징으로 하는 원형 도파관 어레이 안테나.
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