WO2006080130A1 - 導波管ホーンアンテナ、アンテナ装置、および、レーダ装置 - Google Patents

Abstract

　導波管ホーンアンテナは、給電導波管（３）と、この給電導波管（３）の電磁波伝搬方向に垂直な方向を放射方向とする放射用導波管（１）とを導体部材（２）に形成することにより構成される。放射用導波管（１）は、導体部材（２）から外部に開口し、開口部に向けて徐々に断面積が広くなるテーパ形状導波管からなるホーン型導波管（１２）と、該ホーン型導波管（１２）と給電導波管（３）とを接続し、給電導波管（３）の円周を取り巻きながら給電導波管（３）との接続面からホーン型導波管（１２）の接続面までに２７０°回転して延びる形状の対数螺旋状導波管（１１）と、から構成される。対数螺旋状導波管（１１）は、給電導波管（３）の信号伝搬方向に垂直な平面方向で見た場合に、側壁が対数螺旋形状で形成され、給電導波管（３）の信号伝搬方向には線形的に延びる形状で形成されている。

Description

明 細 書

導波管ホーンアンテナ、アンテナ装置、および、レーダ装置

技術分野

[0001] この発明は、ミリ波等の高周波信号の放射、受信を行う導波管ホーンアンテナ、お よびこれを備えたアンテナ装置やレーダ装置に関するものである。

背景技術

[0002] ミリ波帯を用いたレーダ装置等においては、マイクロストリップ線路等の平面回路よ りも導波管の方が、伝送損失が少ないことを利用して、平面回路型のアンテナよりも 導波管アンテナが多く用いられている。このような導波管アンテナでは、給電部から 開口部に向けて導波管の断面積が広くなるように、導波管の形状をテーパ状にした 部分を開口部側に設けることで、開口部から放射される電磁波を平面波状にする構 造が利用されている (例えば、特許文献 1参照。 ) o

[0003] 図 10は、特許文献 1に示すような従来の導波管ホーンアンテナの概略構造を示す 外観斜視図である。

図 10に示すように、従来の導波管ホーンアンテナは略円柱形状の導体部材 90に 給電導波管 93、接続導波管 91、およびホーン型導波管 92が形成された構造からな る。

[0004] 給電導波管 93は導体部材 90の中心軸に所定径の円筒形状で形成されており、接 続導波管 91は給電導波管 93の短絡端から所定距離の位置に給電導波管 93の電 磁波伝搬方向に垂直な方向に直線状に延びる角筒状に形成されて 、る。ホーン型 導波管 92は接続導波管 91と同じ軸方向に延び且つテーパ状に形成されており、接 続導波管 91側の端部力も開口面にかけて徐々に導波管の断面積が広くなる形状で 形成されている。

[0005] このような構成のホーンアンテナにお ヽては、開口部から放射される電磁波をより均 一な平面波状にするためには、テーパ状の導波管の長さを長くしなければならず、ァ ンテナおよびこれを備えたレーダ装置の形状が大きくなつてしまう。

[0006] そこで、導波管の長さを長く保ち、且つ外形寸法を小型にする導波管ホーンアンテ ナとして、導波管を約 180° 折り返して形成したものがある (例えば、特許文献 2参照 。）。

特許文献 1：特開平 4— 301902号公報

特許文献 2 :特開 2001— 284912公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0007] し力しながら、前述のように特許文献 1の導波管ホーンアンテナでは所望のアンテ ナ特性が得られる外形形状とするには装置を小型化することができない場合がある。 一方、特許文献 2の導波管ホーンアンテナでは、導波管を 180° 折り返す形状であ るので、この折り返し部にて反射損失が増加して伝送特性が劣化し、所望の出力を 得ることが難 、と 、う問題が生じた。

[0008] したがって、本発明の目的は、放射特性および伝送特性に優れた小型の導波管ホ ーンアンテナを提供すること、および、この導波管ホーンアンテナを用いたアンテナ 装置およびレーダ装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

[0009] この発明は、所定方向に延びる給電導波管と、該給電導波管の信号伝搬方向に 対して垂直な方向を放射方向とし、給電導波管との接続面の面積に対して信号が放 射される開口面の面積が広く形成されている放射用導波管と、を備えた導波管ホー ンアンテナにおいて、放射用導波管の少なくとも一部を、接続面から開口面へ非直 線状に延びる形状で形成したことを特徴としている。

[0010] この構成では、給電導波管に入力された信号 (電磁波）は、該給電導波管を通じて 放射用導波管に伝搬される。放射用導波管に伝搬された信号は、非直線状に延び 、且つ給電導波管側の端面の面積よりも開口面の面積が広い形状で形成された導 波管内を伝搬して、開口面から放射される。この際、放射用導波管が給電導波管側 の端面に対して開口面が広い形状であることから、給電導波管から放射用導波管に 入力された時点で平面波状であった信号が開口面では球面波状になる。そして、放 射用導波管が非直線形状に延びる形状であることから、直線状に導波管を形成する よりも導波管の信号伝搬経路の長さが長くなる。これにより、放射用導波管の給電導 波管側端面から開口面まで直線距離が同じであれば、直線状に導波管を形成する 場合よりも、球面波状の信号がより一層平面波状になり、放射特性が向上する。一方 、同じ放射特性を得ようとするならば、直線状に導波管を形成する場合よりも、給電 導波管側端面力 開口面までの距離が短くなり、導波管ホーンアンテナが小型化さ れる。

[0011] また、この発明の導波管ホーンアンテナは、放射用導波管を、接続面側の端部から 開口面側の端部に亘り、放射用導波管が延びる方向に垂直な断面積が徐々に広く なる形状で且つ全体が非直線形状に形成することを特徴としている。

[0012] この構成では、放射用導波管を、給電導波管側の断面積が非直線状に広がって V、く部分と、開口面側の従来のホーンアンテナのように直線状に広がって 、く部分と 力 形成するのではなぐ導波管全体を非直線状に広がっていく形状で形成すること で、 2つの部分の接続部がなくなり、この接続部の不連続による伝送損失が減少する とともに導波管形状の設計が容易になる。

[0013] また、この発明の導波管ホーンアンテナは、放射用導波管を、給電導波管の延び る方向に平行な該給電導波管の中心軸を螺旋の中心とする対数螺旋形状で形成す ることを特徴としている。

[0014] この構成では、前述の非直線形状の具体例として、放射用導波管を対数螺旋形状 で形成することで、非直線状に延び、且つ、給電導波管側端面から開口面にかけて 断面積が徐々に広がって 、く導波管ホーンアンテナが比較的容易に形成される。

[0015] また、この発明の導波管ホーンアンテナは、 E面分割する面で当接される 2枚の導 体部材から放射用導波管を形成することを特徴としている。

[0016] この構成では、 2枚の導体部材に所定深さで、側壁が非直線状に延びる溝を形成 する。この際、 2枚の導体部材にそれぞれ形成される溝は、これら溝側を向かい合わ せて 2枚の導体部材を当接させて設置する場合に、溝の位置が一致するように形成 される。さらに、 2枚の導体部材に形成される溝の側面の高さは同じであり、 2枚の導 体部材を当接させて形成される導波管の側面の高さは、溝の底面の幅に相当する 導波管の底面の幅、すなわち側面間の長さよりも長くなるように溝が形成される。この ような構成とすることで、溝 (導波管）の底面に平行な面力 ¾面となり、 2つの導体部材 の当接面力 ¾面分割面となる。そして、 E面分割面で接合させる導体部材により導波 管が形成されることで、伝搬中の電磁波の漏洩が少なくなる。

[0017] また、この発明のアンテナ装置は、前述の導波管ホーンアンテナと、該導波管ホー ンアンテナの給電導波管に接続し、該給電導波管への信号または該給電導波管か らの信号を伝搬し、装置に対して固定された固定導波管と、該固定導波管に対して 導波管ホーンアンテナを給電導波管の中心軸を中心として回転させる回転手段と、 を備えたことを特徴として！/ヽる。

[0018] この構成では、前述の導波管ホーンアンテナが、回転手段により回転しながら固定 導波管から入力された電磁波を外部に放射するとともに、外部から受信した電磁波（ 反射波）を固定導波管に伝搬する。このため、導波管ホーンアンテナの放射方向に 平行な全周囲方向に対して電磁波の放射、受信が行われる。

[0019] また、この発明のレーダ装置は、前述のアンテナ装置を備え、該アンテナ装置から 放射する信号と該アンテナ装置で受け取る信号とに基づいて探知を行うことを特徴と している。

[0020] この構成では、前述のアンテナ装置により全周囲方向の電磁波が放射、受信され るので、自身が放射した電磁波と受信した反射波とから物標までの距離および大きさ が検知される。

発明の効果

[0021] この発明によれば、開口面に向けて断面積の広がる導波管を非直線状、具体的に 対数螺旋形状に形成することで、導波管を直線状に形成するよりも、同じ外形形状 であればより放射特性を改善し、同程度の放射特性であればより小型化した導波管 ホーンアンテナを構成することができる。さら〖こは、従来の直線状の導波管よりも放射 特性に優れ、且つ小形の導波管ホーンアンテナを構成することができる。そして、こ の導波管を全体に亘り 1種類の非線形形状、具体的に対数螺旋形状とすることで、 導波管伝送中の伝送損失を抑制し、導波管の設計を容易にすることができる。すな わち、放射特性に優れた小形の導波管ホーンアンテナを単純な構造で構成すること ができる。

[0022] また、この発明によれば、 2個の導体部材を重ね合わせるだけで導波管ホーンアン テナを形成することができ、且つ E面分割面で重ね合わせることで伝送損失が抑制さ れる。すなわち、簡素な構造で放射特性に優れる導波管ホーンアンテナを容易に製 造することができる。

[0023] また、この発明によれば、前述の導波管ホーンアンテナを用いることで、放射特性 に優れた小型のアンテナ装置を構成することができる。

[0024] また、この発明によれば、前記導波管ホーンアンテナを備えたアンテナ装置を用い ることで、探知性能に優れるレーダ装置を小型に構成することができる。

図面の簡単な説明

[0025] [図 1]第 1の実施形態のホーンアンテナの概略構成を示す外観斜視図および導波管 として機能する部分の構成を示す斜視図である。

[図 2]第 1の実施形態の構造のホーンアンテナと従来例の構造のホーンアンテナとの 指向性を示す図である。

[図 3]図 1に示したホーンアンテナを部品毎に分離した分解斜視図である。

[図 4]放射用導波管の全体を対数螺旋状に形成した場合の壁面の軌道を示す図で ある。

[図 5]第 2の実施形態のホーンアンテナの概略構造を示す外観斜視図および従来の 同様のホーンアンテナの構成を示す外観斜視図である。

[図 6]図 5 (a)の構造のホーンアンテナの電界強度分布、および、図 5 (b)の構造のホ ーンアンテナの電界強度分布を示す図である。

[図 7]第 2の実施形態の構造のホーンアンテナおよび従来のホーンアンテナの指向 性と反射特性とを示した図である。

[図 8]図 1に示すホーンアンテナを用いたアンテナ装置の概略構成を示す図である。

[図 9]第 4の実施形態のレーダ装置の概略構成を示すブロック図である。

[図 10]従来のホーンアンテナの概略構造を示す外観斜視図である。

符号の説明

[0026] 1 放射用導波管

11一対数螺旋状導波管

12—ホーン型導波管 2—導体部材

3—給電導波管

21 -上導体部材

22—下導体部材

121, 122—ホーン用溝

111, 112—対数螺旋溝

201—内側壁面

202—外側壁面

31, 32—給電用円筒孔

40 -放射用導波管

41 -導体板

42 -対数螺旋状導波管

43 -ホーン型導波管

51 -導波管ホーンアンラ

52 -固定部材

53 一チョーク

54 -固定給電導波管

55 -接続導波管

60 -アンテナ装置

61 - -電圧制御発振器

62- -方向性結合器

63 一サーキユレータ

64- -ミキサ

65- -LNA

発明を実施するための最良の形態

本発明の第 1の実施形態に係る導波管ホーンアンテナについて図 1〜図 4を参照 して説明する。

図 1 (a)は本実施形態の導波管ホーンアンテナの概略構成を示す外観斜視図であ り、図 1 (b)は導波管として機能する部分の構成を示す斜視図である。

図 1に示すように、本実施形態の導波管ホーンアンテナは、導体部材 2に形成され た放射用導波管 1と給電導波管 3とを備える。放射用導波管 1は、対数螺旋状導波 管 11とホーン型導波管 12とからなり、ホーン型導波管 12の一方端が導体部材 2から 外部に開口し、対数螺旋状導波管 11の一方端が給電導波管 3に接続する。ここで、 以下の説明の便宜上、ホーン型導波管 12の開口する端部の面を開口面 101とし、 対数螺旋状導波管 11の給電導波管 3への接続面を給電側接続面 103とし、ホーン 型導波管 12と対数螺旋状導波管 11との接続面を中間接続面 102とする。

[0028] 給電導波管 3は導体部材 2に形成された円筒形の導波管であり、円筒形の軸方向 に沿って直線的に延びる形状で形成されて！ヽる。この給電導波管 3の短絡端（図 1に おける給電導波管 3の上端)から所定距離離れた位置には、対数螺旋形状に延びる 角筒状の対数螺旋状導波管 11の一方端が接続されている。この接続部の形状は、 円筒形状の給電導波管 3と各筒状の対数螺旋状導波管 11とが結合する形状で形成 されており、円筒形状の給電導波管 3を伝搬する TMモードと四角筒状の対数螺旋 状導波管を伝搬する TEモードとが相互に変換される。さらに、接続位置は、給電導 波管 3と対数螺旋状導波管 11との間で円筒形状の給電導波管 3を伝搬する TMモ 一ドと角筒状の対数螺旋状導波管 11を伝搬する TEモードとを低損失で変換する位 置に設定されている。

[0029] 放射用導波管 1の対数螺旋状導波管 11は、延びる方向に垂直な断面が方形状で あり、給電導波管 3に接続する給電側接続面 103からホーン型導波管 12に接続する 中間接続面 102まで給電導波管 3の中心軸に垂直な平面において、この中心軸を 螺旋の中心として略 270° で湾曲する形状で形成されている。ここで、対数螺旋状 導波管 11の電磁波入射方向は給電側接続面 103に垂直な方向であり、この方向は 給電導波管 3の中心軸方向すなわち信号伝搬方向に垂直な方向である。また、対数 螺旋状導波管 11の電磁波出射方向は中間接続面 102に垂直な方向であり、この方 向も給電導波管 3の信号伝搬方向に垂直な方向である。

[0030] 具体的に、対数螺旋状導波管 11は、例えば、給電導波管 3の中心軸に垂直な平 面に対しては、次に示す対数螺旋の方程式に従って延びる形状で形成されている。 [0031] ここで、対数螺旋の方程式は r= R X exp (cot α X Θ )で与えられ、 (r, θ )は極座 標を示し、給電導波管 3の中心軸の点をこの極座標系の原点とする。また、 R, aは 定数であり、これら R, αの値を所定に設定することにより、螺旋形状を決定する。こ の際、給電導波管 3の中心軸に垂直な平面に投影して見た、対数螺旋状導波管 11 の巻く内側の線 (対数螺旋状導波管 11の巻く内側の側面)と、対数螺旋状導波管 11 の巻く外側の線 (対数螺旋状導波管 11の巻く外側の側面）とで、前記定数 R, αを適 当に設定することにより、徐々にこの線間が広がる形状に対数螺旋状導波管 11が形 成される。すなわち、このような設定を行うことで、対数螺旋導波管 1 1における内側 の側面と外側の側面との間隔は、給電側接続面 103から中間接続面 102にかけて 徐々に広がる形状に形成される。

[0032] また、対数螺旋導波管 11は、給電導波管 3の中心軸に平行な方向には、接続位置 から給電導波管 3の短絡端方向に延びる形状で形成されている。ここで、対数螺旋 状導波管 11の底面（図における対数螺旋状導波管 11の下側の面）と、これに対向 する対数螺旋状導波管 103の天面（図における対数螺旋状導波管 11の上側の面） とでは、前記中心軸に平行な方向の延びる量が異なり、底面と天面との間隔は、給 電側接続面 103から中間接続面 102にかけて徐々に広がる形状に形成されている。

[0033] このような形状で形成されることで、対数螺旋状導波管 11は、給電側接続面 103側 の端部から中間接続面 102側の端部にかけて、導波管の延びる方向に垂直な断面 積が徐々に広くなる形状で、且つ導波管が湾曲ながら延びる形状となる。

[0034] ホーン型導波管 12は、中間接続面 102から開口面 101にかけて各壁面が直線状 で徐々に広がりながら延びるテーパ状に形成されており、開口面 101の面積は中間 接続面 102の面積よりも広く形成されている。また、開口面 101に垂直な方向は中間 接続面 102に垂直な方向と同じであり、開口面 101の電磁波放射方向は給電導波 管 3の信号伝搬方向に垂直な方向となる。

[0035] このような構成とすることで、給電導波管 3との給電側接続面 103から開口面 101ま での距離が従来の直線状に延びる放射用導波管よりも長くなり、且つ、延びる方向 に垂直な断面積が徐々に広くなるので、対数螺旋状導波管 11とホーン型導波管 12 とを伝搬される間に、電磁波が、従来の構造より一層、平面波に近い状態で放射され る。これにより、放射される電磁波のビーム幅を狭くすることができ、アンテナ利得を 高くすることができる。さらには、小型でありながらも、従来のように導波管を 180° 折 り曲げる等の伝送路の急激な方向変化が存在せず、緩やかにカーブをしながら延び る形状であるので、反射損失、伝送損失を大幅に抑制することができる。

[0036] 例えば、導体部材 2の円柱部の半径が 15mmであり、図 1のような 270° カーブ形 状の対数螺旋状導波管 11を用いる場合で、巻きの内側の側壁に対する対数螺旋の 方程式のパラメータを R= 6, α = -88° とし、巻の外側の側壁に対する対数螺旋 の方程式のパラメータを R= 7. 27, α =88° とする。さらに、給電側接続面 103の 高さ（h3)が 2. 54mmで、幅 (w3)が 1. 27mmであるのに対して、中間接続面 102 の高さ（h2)を 6. Ommとし、幅（w2)を 3. 5mmとし、且つ開口面 101の高さ（hi)を 1 5mmとし、幅（wl)を 12mmとする。さらには、ホーン型導波管 12の長さを 21. 635 mmとする。このような条件でホーンアンテナを形成すると、図 2に示すような指向性 が得られる。

[0037] 図 2は本実施形態の構造のホーンアンテナと従来例の構造のホーンアンテナとの 指向性を示す図であり、（a)が垂直方向指向性を示し、（b)が水平方向指向性を示 す。この結果に示すように、本実施形態の構成とすることで、垂直方向指向性、水平 方向指向性ともに従来例よりも改善される。この実験結果における具体的な数値とし ては、本実施形態の構造のホーンアンテナでは、垂直ビーム幅が 16. 5° (従来例（ 図 10の構造）では 21. 3° )、水平ビーム幅が 18. 4° (従来例では 18. 7° )、アン テナ利得が 19. 5dBi (従来例では 17. 4dBi)となり、従来よりも各特性が改善された ことが分力ゝる。

[0038] 次に、本実施形態の導波管ホーンアンテナの形成方法について図 3を参照して説 明する。

図 3は図 1に示した導波管ホーンアンテナを部品毎に分離した分解斜視図である。 図 3に示すように、導波管ホーンアンテナは上導体部材 21と下導体部材 22とから なる。上導体部材 21には、側面に開口するホーン用溝 121から中心方向に順に対 数螺旋溝 111,給電用円筒孔 31がつながって形成されている。ホーン用溝 121は、 上導体部材 21の側面に開口してこの開口部力 上導体部材 21の略中心方向に徐 々に深さが浅くなり且つ幅が狭くなる形状で形成されている。対数螺旋溝 111は、ホ ーン型導波管用溝 121につながりホーン型導波管用溝 121に繋がる端部力もこれに 対向する端部にかけて徐々に深さが浅くなり且つ幅が狭くなる形状で形成されている 。給電用円筒孔 31は、上導体部材 21の底面（図 3における下側の面）の略中心に形 成され、対数螺旋溝 111につながり所定深さで所定径に形成されている。ここで対数 螺旋溝 111の側壁は、前述の対数螺旋の方程式に準じた形状で形成されており、そ れぞれの側壁に対して与えられる定数 R, aは異なる。

[0039] 下導体部材 22には、上導体部材 21に対向する形状で、側面に開口するホーン用 溝 122から中心方向に順に対数螺旋溝 112,給電用円筒孔 32がつながって形成さ れている。ホーン用溝 122は、下導体部材 22の側面に開口してこの開口部から下導 体部材 22の略中心方向に徐々に深さが浅くなり且つ幅が狭くなる形状で形成されて いる。対数螺旋溝 112は、ホーン型導波管用溝 122につながりホーン型導波管用溝 122に繋がる端部力 これに対向する端部にかけて徐々に深さが浅くなり且つ幅が 狭くなる形状で形成されている。給電用円筒孔 32は、上導体部材 22の底面（図 3に おける上側の面）の略中心に形成され、対数螺旋溝 112につながり所定深さで所定 内径に形成されている。ここで対数螺旋溝 112の側壁は、前述の対数螺旋の方程式 に準じた形状で形成されており、それぞれの側壁に対して与えられる定数 R, ひは異 なる。

[0040] このような構成とすることで、上導体部材 21と下導体部材 22とをそれぞれの溝が形 成された面同士で当接させると、ホーン用溝 121とホーン用溝 122とにより図 1に示 すホーン型導波管 12が形成され、対数螺旋溝 111と対数螺旋溝 112とにより図 1に 示す対数螺旋状導波管 11が形成され、給電用円筒孔 31と給電用円筒孔 32とにより 図 1に示す給電導波管 3が形成される。なお、これらの溝付きの導体部材は、導体部 材の切削加工、ダイカスト加工により形成したり、予め榭脂、セラミック、ガラスにより形 状を成形した後に導電性材料をメツキしたり、鍛造プレスにより形成したものである。

[0041] ここで、対数螺旋状導波管 11の高さが幅よりも長くなる形状とする。すなわち、対数 螺旋溝 111と対数螺旋溝 112との深さの計が対数螺旋溝 111, 112の幅よりも長くな る形状とする。これにより、上導体部材 21と下導体部材 22との当接面がホーン型導 波管 12および対数螺旋状導波管 11の E面分割面となる。この結果、導体部材 2を上 導体部材 21、下導体部材 22の 2つに分割して形成し、これらを当接させる構造を用 いても、導波管を伝送される電磁波の伝送損失を大幅に抑制することができる。これ により、伝送損失の少なくアンテナ放射特性に優れる導波管ホーンアンテナを形成 することができる。

[0042] また、給電導波管 3を中心にして、この円周面を回り込む形状で対数螺旋状導波 管 11が形成されるので、導波管長を長く取りながらも外形形状を小さくすることがで きる。

[0043] 以上のような構成とすることで、放射特性および伝送特性に優れた小型のホーンァ ンテナを形成することができる。

[0044] なお、前述の説明では、放射用導波管 1を対数螺旋状導波管 11とホーン型導波管

12とで形成した例を説明したが、放射用導波管 1の全体を対数螺旋状に形成しても 良い。この場合には、放射用導波管を平面視した壁面の形状は、例えば、図 4のよう になる。

[0045] 図 4は放射用導波管の全体を対数螺旋状に形成した場合の壁面の軌道を示す図 であり、 201は放射用導波管の内側壁面を示し、 202は放射用導波管の外側壁面を 示す。

図 4に示すように、放射用導波管の全体を対数螺旋状にしても、前述の構成と同様 の効果を奏することができる。さらには、前述の構成のように対数螺旋状に延びる部 分と直線状に延びる部分とが存在する場合には、これらの間で伝送損失が発生しな いように設計する必要が生じるが、全体が対数螺旋状であれば、この接続部におけ る伝送損失を抑制することができるとともに、この部分に関する設計を行う必要がなく なり、容易に形状を設計することができる。

[0046] また、前述のように図 1の構成では、 270° 湾曲する対数螺旋状導波管を用い、図 4では 360° 湾曲する対数螺旋状導波管を用いた例を説明したが、これらの角度は 、必要とする導波管ホーンアンテナの仕様に応じて適宜設定すればょ 、。

[0047] 次に、第 2の実施形態に係る導波管ホーンアンテナについて図を参照して説明す る。 図 5 (a)は本実施形態の導波管ホーンアンテナの概略構造を示す外観斜視図であ り、図 5 (b)は従来の同様の導波管ホーンアンテナの構成を示す外観斜視図である。 本実施形態の導波管ホーンアンテナは、従来の H面セクトラルホーンに対数螺旋 状導波管を接続したものである。

図 5 (a)に示すように、本実施形態の導波管ホーンアンテナは、所定厚みの導体板 41にホーン型導波管 43と対数螺旋状導波管 42とが形成された構造であり、ホーン 型導波管 43と対数螺旋状導波管 42との厚み dは同じである。

[0048] ホーン型導波管 43は導体板 41の一面から開口し、内部に直線状に延びる形状で 、且つ徐々に幅が狭くなるテーパ形状で形成されており、開口面 44の幅 w44に対し て、対数螺旋状導波管 42との接続面の幅 w46は狭く形成されている。

[0049] 対数螺旋状導波管 42はホーン型導波管 43に接続し、第 1の実施形態に示した対 数螺旋の方程式に準じて側壁が非直線状に延びて形成されており、導体板 41にお ける、前記開口面 44に平行で、ホーン型導波管 43と対数螺旋状導波管 42との接続 面と略同じ平面上に形成された面に開口している。そして、両側面を形成するための 対数螺旋の方程式の定数をそれぞれ異なる所定値に設定することで、開口面 45の 幅 w45が接続面の幅 w46よりも狭くなるように、接続面から開口面 45にかけて徐々 に幅が狭くなる形状に形成されている。この対数螺旋状導波管 42の開口面 45は図 示しな 、給電導波管に接続して 、る。

[0050] 一方、従来の H面セクトラルホーンは、所定厚みの導体板 81にホーン型導波管 83 と直線状導波管 82とが形成された構造であり、ホーン型導波管 83と直線状導波管 8 2との厚み dは同じである。

[0051] ホーン型導波管 83は導体板 81の一面から開口し、内部に直線状に延びる形状で 、且つ徐々に幅が狭くなく形状で形成されており、開口面 84の幅 w84に対して、直 線状導波管 82との接続面の幅 w86は狭く形成されている。

[0052] 直線状導波管 82はホーン型導波管 83と延びる方向の中心軸が一致しており、幅 を変えることなぐホーン型導波管 83の開口面 84を有する導体板 81の側面に対向 する側面から開口する形状に形成されている。このため、開口面 85の幅 w85は接続 面の幅 w86と同じである。そしてこの開口面 85で直線状導波管 82は、図示しない給 電導波管に接続している。

[0053] 図 5 (a)、 (b)を比較して分力るように、本実施形態の構成を用いることで、導体板に おけるホーン型導波管の延びる方向に平行な長さが同じであっても、給電導波管か らホーン型導波管の開口面までの実質的な導波管長を長くすることができる。これに より、図 6に示すように、供給された電磁波がより平面波状に近い状態で保たれるた め、ビーム幅が狭くなりアンテナの放射特性が向上する。例えば、巻く内側の側壁の パラメータを R= 6, α = - 86° とし、巻く外側の側壁のパラメータを R= 8. 54, a = 86° とし、 180° 回転させる構造であり、開口面 45の寸法を 2. 54mm X I . 27m mとし、接続面 46の寸法を 5. 8mm X l . 27mmとし、開口面 44の寸法を 12mm X 1 . 27mmとし、ホーン型導波管の長さを 15mmとした場合、水平ビーム幅は 17. 6° ( 従来例（図 5 (b)の構造)では 26. 0° )となり、アンテナ利得は 13. ldBi (従来例で は 11. 5dBi)となる。

また、図 6 (a)は本実施形態（図 5 (a)の構造)の導波管ホーンアンテナの電界強度 分布を示し、図 6 (b)は従来（図 5 (b)の構造)の導波管ホーンアンテナの電界強度分 布を示す。また、図 7は、本実施形態の構造の導波管ホーンアンテナおよび従来の 導波管ホーンアンテナの指向性と反射特性とを示した図である。このように、本実施 形態の構造を用いることで、指向性およびアンテナの放射特性を向上させることがで きる。

[0054] また、本実施形態の構造では、導体板におけるホーン型導波管の延びる方向の略 中央で給電導波管に接続するので、給電導波管の形状を考慮しても、この方向の全 体寸法に変化を及ぼすことがなぐ小型の導波管ホーンアンテナを構成することがで きる。

[0055] なお、前述の各実施形態の導波管ホーンアンテナに対して、次に示す対数螺旋の 方程式を用いてもよい。

[0056] [数 1]

： R -

[0057] この場合のお Θも極座標を示し、 R, a , Nを適宜設定することにより、所望の対数 虫累旋を得ることができる。

[0058] 次に、第 3の実施形態に係るアンテナ装置について図 8を参照して説明する。

図 8は、図 1に示す導波管ホーンアンテナを用いたアンテナ装置の概略構成を示 す図である。

図 8に示すアンテナ装置は、導波管ホーンアンテナ 51、固定部材 52、チョーク 53 を備える。導波管ホーンアンテナ 51は、一部が対数螺旋状導波管からなる放射用導 波管 1と給電用導波管 3とが形成された導体部材 2からなる。固定部材 52は、導波管 ホーンアンテナ 1の給電用導波管 3に接続し、断面形状が同じ固定給電導波管 54を 備える。チョーク 53は、固定部材 52に対して導波管ホーンアンテナ 1を回転可能に 支持し、給電導波管 3と固定給電導波管 54とを接続する接続導波管 55を備える。そ して、図示しない回転動力源により導波管ホーンアンテナ 51は固定部材 52に対して 回転する。このように回転しながら導波管ホーンアンテナ 51に固定部材 52から電磁 波を供給して、導波管ホーンアンテナ 51の放射開口部 50から外部に放射することで 、アンテナの放射方向に平行なアンテナ装置の全周方向に電磁波を放射することが できる。

[0059] このようなアンテナ装置に、前述の第 1の実施形態の導波管ホーンアンテナを用い ることで、アンテナ装置を小型化することができるとともに、全周に対して優れた放射 特性で電磁波を放射することができる。

[0060] 次に、第 4の実施形態に係るレーダ装置について図 9を参照して説明する。

図 9は本実施形態のレーダ装置の概略構成を示すブロック図である。

本実施形態のレーダ装置は、アンテナ装置 60、電圧制御発振器 61、方向性結合 器 62、サーキユレータ 63、ミキサ 64、 LNA65を備える。そして、このアンテナ装置 6 0に前述の導波管ホーンアンテナを備えたアンテナ装置を用いる。

[0061] このような構成のレーダ装置では次のような動作により探知を行う。電圧制御発振 器 61は発振信号を生成して方向性結合器 62、サーキユレータ 63を介して、アンテ ナ装置 60に出力する。アンテナ装置 60は、発振信号を送信信号として外部の所定 探知領域に放射 (送信)する。また、方向性結合器 62は、入力された発振信号を電 力分配してローカル信号を発生し、ミキサ 64に出力する。一方、アンテナ装置 60は、 受信信号を、サーキユレータ 63を介してミキサ 64に出力する。ミキサ 64は、サーキュ レータ 63から入力された受信信号を方向性結合器 62から入力されたローカル信号 によりダウンコンバートして中間周波信号 IFを生成して LNA65に出力し、 LNA65は 中間周波信号 IFを増幅して探知信号として出力する。

このような構成のレーダ装置において、前述の導波管ホーンアンテナを備えたアン テナ装置を用いることで、送信信号の指向性等の放射特性が優れ、レーダ探知特性 が向上する。さらには、導波管ホーンアンテナが小型化されているので、優れたレー ダ探知特性を有する小型のレーダ装置を構成することができる。

Claims

請求の範囲

[1] 所定方向に延びる給電導波管と、

該給電導波管の信号伝搬方向に対して垂直な方向を放射方向とし、前記給電導 波管との接続面の面積に対して信号が放射される開口面の面積が広く形成されてい る放射用導波管と、を備えた導波管ホーンアンテナにおいて、

前記放射用導波管は、少なくとも一部が前記接続面から前記開口面へ非直線状に 延びる形状で形成されていることを特徴とする導波管ホーンアンテナ。

[2] 前記放射用導波管は、前記接続面側の端部から前記開口面側の端部に亘り、放 射用導波管が延びる方向に垂直な断面積が徐々に広くなり且つ前記非直線形状に 形成されて 、る請求項 1に記載の導波管ホーンアンテナ。

[3] 前記放射用導波管は、前記給電導波管の延びる方向に平行な該給電導波管の中 心軸を螺旋の中心とする対数螺旋形状で形成されて ヽる請求項 1または請求項 2〖こ 記載の導波管ホーンアンテナ。

[4] 前記放射用導波管は、該放射用導波管を E面分割する面で当接される 2枚の導体 部材力 形成される請求項 1〜請求項 3に記載の導波管ホーンアンテナ。

[5] 請求項 1〜請求項 4のいずれかに記載の導波管ホーンアンテナと、

該導波管ホーンアンテナの前記給電導波管に接続し、該給電導波管への信号ま たは該給電導波管からの信号を伝搬し、装置に対して固定された固定導波管と、 該固定導波管に対して前記導波管ホーンアンテナを、前記給電導波管の中心軸 を中心として回転させる回転手段と、を備えたことを特徴とするアンテナ装置。

[6] 請求項 5に記載のアンテナ装置を備え、

該アンテナ装置力 放射する信号と、該アンテナ装置で受け取る信号とに基づいて 探知を行うレーダ装置。