WO2011027898A1 - ラジアルラインスロットアレイアンテナ - Google Patents

ラジアルラインスロットアレイアンテナ Download PDF

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slots
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理 尼野
安藤　真
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Ｎｅｃ東芝スペースシステム株式会社
国立大学法人東京工業大学
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    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
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    • H01Q21/24—Combinations of antenna units polarised in different directions for transmitting or receiving circularly and elliptically polarised waves or waves linearly polarised in any direction
    • H01Q21/26—Turnstile or like antennas comprising arrangements of three or more elongated elements disposed radially and symmetrically in a horizontal plane about a common centre

Definitions

  • the present invention relates to a radial line slot array antenna, and more particularly to an arrangement of a plurality of slots formed in a slot conductor plate.
  • a slot pattern is set so that a desired radio wave is radiated.
  • This type of antenna is described in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 5-67918 (Patent Document 1).
  • a plurality of slots are concentrically arranged at radial intervals corresponding to a plurality of frequency bands, respectively.
  • This type of antenna is described in, for example, JP-A-5-83029 (Patent Document 2).
  • the intervals between the plurality of slots formed on the semicircular arc or the arc are sequentially narrowed in the circumferential direction so that the radiated power becomes uniform.
  • This type of antenna is described in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 5-283931 (Patent Document 3).
  • a radial line slot array antenna usually has a problem in that a plurality of slots are arranged so as to be adapted to a specific frequency (center frequency of a used frequency band), and the used frequency band is narrow.
  • the radial line slot antenna described in Patent Document 2 is intended to solve the above problems.
  • this antenna in order to obtain more uniform electrical characteristics such as gain and axial ratio in the used frequency band, it is necessary to increase the number of concentric circles (number of divisions in the used frequency band) in which slots are arranged.
  • slots arranged on adjacent concentric circles should not overlap each other. Due to these restrictions, the antenna of Patent Document 2 has a problem that its configuration is complicated and difficult to manufacture.
  • An object of the present invention is to provide a radial line slot array antenna that has a simple configuration and can obtain a desired electrical characteristic such as a desired gain and axial ratio that is uniform over a wide frequency range.
  • a radial line slot array antenna including a slot conductor plate in which a plurality of slots are arranged in a spiral shape, the arrangement interval in the radial direction of the plurality of slots is based on a first frequency.
  • the radial line slot array is characterized in that it is gradually changed between the first portion determined in this manner and the second portion determined based on a second frequency different from the first frequency. An antenna is obtained.
  • a radial arrangement interval between a plurality of slots is determined between a first portion determined based on a first frequency and a second portion determined based on a second frequency.
  • FIG. 1 is a plan view of a slot conductor plate used in a radial line slot array antenna according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a radial line slot array antenna according to another embodiment of the present invention. It is a top view of the slot conductor board used for.
  • FIG. 1 is a plan view of a slot conductor plate used in a radial line slot array antenna according to an embodiment of the present invention.
  • the illustrated slot conductor plate 10 is a thin plate made of a metal having an elliptical planar shape, for example, copper.
  • the slot conductor plate 10 has a plurality of slots 11 arranged in a spiral shape so as to transmit and receive circularly polarized waves.
  • the slot 11 is formed, for example, by etching or the like, and is formed so as to penetrate from one surface side (front surface) of the slot conductor plate 10 to the other surface side (back surface).
  • the plurality of slots 11 include two types of slots. That is, assuming a spiral line that determines the arrangement positions of the plurality of slots 11, those located on the inner circumferential side and those located on the outer circumferential side. These two types of slots 11 are both rectangular, and are arranged at a distance so that the two slots forming a pair have a predetermined angle with each other. These two types of slots 11 are arranged so as to have a predetermined angle with respect to the spiral line for each type. Note that the size of each slot may be adjusted according to the formation position (distance from the center).
  • the distance from the center can be increased.
  • the radial arrangement intervals (spiral line intervals) of the plurality of slots 11 are as follows.
  • the X axis (first part) is determined based on the frequency f1
  • the Y axis (second part) is determined based on the frequency f2 (> f1).
  • the arrangement interval of the slot pairs on the X axis is ⁇ g1.
  • the arrangement interval of the slot pairs on the Y axis is ⁇ g2 ( ⁇ g1).
  • these arrangement intervals ignore the influence (phase change) on the transmission wave propagating through the inside caused by the formation of the slot, and when considering the influence, the values are slightly deviated from ⁇ g1 and ⁇ g2. It becomes.
  • an arrangement is formed on the X-axis so that the radial arrangement interval of the slots 11 gradually changes along the circumferential direction.
  • a plurality of slots are arranged so as to interpolate between the formed slots 11 and the slots 11 arranged and formed on the Y axis. That is, a plurality of slots are formed at predetermined intervals on the assumed spiral line.
  • the slot arrangement in the X-axis direction is optimized to the frequency f1
  • the slot arrangement in the Y-axis direction is optimized to the frequency f2
  • the interpolation is performed between them.
  • a substantially uniform antenna gain (amplitude) can be obtained in the frequency range from f1 to f2.
  • orthogonal axes X axis and Y axis
  • the long axis and the short axis do not necessarily have to be orthogonal.
  • the slot conductor plate according to the present embodiment may seem to be the same as the slot conductor plate described in Patent Document 1.
  • the slot arrangement of the slot conductive plate according to the present embodiment is based on the operating frequency
  • the one in Patent Document 1 sets the slot pattern according to the dielectric constant of the dielectric having anisotropy. is doing.
  • the shape is an ellipse as shown in FIG. 1.
  • an anisotropic dielectric is used, The shape is different from 1, for example, a circle. While the present invention has been described with reference to one embodiment, the present invention is not limited to the above embodiment.
  • the first portion is the portion on the X axis and the second portion is the portion on the Y axis, but as shown in FIG. 2, one end of the slot array arranged in a spiral shape
  • the portion 21 corresponding to the slot located at the first portion may be the first portion
  • the portion 22 corresponding to the slot located at the other end may be the second portion.
  • the interval (spiral line interval) between the slot located at one end of the slot row and the slot adjacent in the radial direction (outer peripheral side) is determined based on the frequency f1 (or f2), and the slot located at the other end
  • An interval between adjacent slots in the radial direction (inner peripheral side) is determined based on the frequency f2 (or f1).
  • a plurality of slots are arranged between the slots at both ends so that the radial arrangement interval gradually changes along the circumferential direction between a value determined based on the frequency f1 and a value determined based on the frequency f2.
  • This application claims the priority on the basis of Japanese application Japanese Patent Application No. 2009-204626 for which it applied on September 4, 2009, and takes in those the indications of all here.

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  • Waveguide Aerials (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

　ラジアルラインスロットアレイアンテナは、複数のスロットがスパイラル状に配列形成されたスロット導体板を備える。スロット導体板における複数のスロットの径方向に関する配置間隔を、第１の周波数に基づいて決定した第１の部分と、第１の周波数とは異なる第２の周波数に基づいて決定した第２の部分との間で、漸次変化させるようにする。

Description

ラジアルラインスロットアレイアンテナ
　本発明は、ラジアルラインスロットアレイアンテナに関し、特に、スロット導体板に形成される複数のスロットの配置に関する。
　関連するラジアルラインスロットアレイアンテナでは、所望の電波が放射されるようにスロットパターンが設定されている。この種のアンテナは、例えば、特開平５−６７９１８号公報（特許文献１）に記載されている。
　また、別の関連するラジアルラインスロットアレイアンテナでは、複数の周波数帯域にそれぞれ対応するような径方向間隔で複数のスロットが同心円状に配置されている。この種のアンテナは、例えば、特開平５−８３０２９号公報（特許文献２）に記載されている。
　また、さらに別の関連するラジアルラインスロットアレイアンテナでは、半円弧又は円弧上に形成される複数のスロットの間隔を、放射電力が均一となるように周方向に順次狭くしている。この種のアンテナは、例えば、特開平５−２８３９３１号公報（特許文献３）に記載されている。
　ラジアルラインスロットアレイアンテナは、通常、特定の周波数（使用周波数帯域の中心周波数）に適合するように複数のスロットが配列形成されており、使用周波数帯域が狭いという問題点がある。
　特許文献２に記載されたラジアルラインスロットアンテナは、上記問題点を解決しようとするものである。しかしながら、このアンテナでは、使用周波数帯においてより均一な利得・軸比等の電気的特性を得ようとすると、スロットを配置する同心円の数（使用周波数帯の分割数）を増やさなければならない。また、隣接する同心円上に配置されるスロットが互いに重ならないようにしなければならない。これらの制約のため、特許文献２のアンテナには、構成が複雑で製造が困難という問題点がある。
　そこで、本発明は、簡易な構成で、広い周波数範囲にわたって均一な所望の利得・軸比等の電気的特性が得られるラジアルラインスロットアレイアンテナを提供することを目的とする。
　本発明の一要旨によれば、複数のスロットがスパイラル状に配列形成されたスロット導体板を備えるラジアルラインスロットアレイアンテナにおいて、前記複数のスロットの径方向の配置間隔を、第１の周波数に基づいて決定した第１の部分と、前記第１の周波数とは異なる第２の周波数に基づいて決定した第２の部分との間で、漸次変化させるようにしたことを特徴とするラジアルラインスロットアレイアンテナが得られる。
　ラジアルラインスロットアレイアンテナにおいて、複数のスロットの径方向の配置間隔を、第１の周波数に基づいて決定した第１の部分と、第２の周波数に基づいて決定した第２の部分との間で、漸次変化させるようにしたことにより、簡易な構成でありながら、広い周波数帯域にわたって均一な周波数特性が得られる。
　図１は、本発明の一実施の形態に係るラジアルラインスロットアレイアンテナに用いられるスロット導体板の平面図であり、及び
　図２は、本発明の他の実施の形態に係るラジアルラインスロットアレイアンテナに用いられるスロット導体板の平面図である。
　以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、本発明のラジアルラインスロットアレイアンテナの基本的構成は、公知のものと同一であるので、以下では、相違点であるスロット導体板についてのみ説明する。ラジアルラインスロットアレイアンテナの基本的構成は、例えば、特許文献１，２及び３にそれぞれ記載されている。
　図１は、本発明の一実施の形態に係るラジアルラインスロットアレイアンテナに用いられるスロット導体板の平面図である。
　図示のスロット導体板１０は、その平面形状が楕円形の金属製、例えば銅製、の薄い板である。スロット導体板１０は、円偏波を送受信するように、スパイラル状に配列形成された複数のスロット１１を有している。スロット１１は、例えば、エッチング等により形成され、スロット導体板１０の一面側（表面）から他面側（裏面）に貫通して形成されている。これら複数のスロット１１には２種類のスロットが含まれる。即ち、これら複数のスロット１１の配置位置を決めるスパイラル線を想定したときに、内周側に位置するものと、外周側に位置するものである。これら２種類のスロット１１は、ともに矩形で、対を成す２つのスロットが互いに所定の角度となるように距離を置いて配置されている。また、これら２種類のスロット１１は、種類ごとにスパイラル線に対して所定の角度となるように配置されている。なお、各スロットの大きさは、その形成位置（中心からの距離）に応じて調整されてよい。例えば、中心から離れるほど大きくすることができる。
　スロット導体板１０の長軸をＸ軸（第１の径方向）、短軸をＹ軸（第２の径方向）とすると、複数のスロット１１の径方向の配置間隔（スパイラル線の間隔）は、Ｘ軸上（第１の部分）については周波数ｆ１に基づいて決定され、Ｙ軸上（第２の部分）については周波数ｆ２（＞ｆ１）に基づいて決定される。具体的には、周波数ｆ１の電磁波の管内波長がλｇ１のとき、Ｘ軸上のスロット対の配置間隔をλｇ１とする。また、周波数ｆ２の電磁波の管内波長がλｇ２のとき、Ｙ軸上のスロット対の配置間隔をλｇ２（＜λｇ１）とする。ただし、これらの配置間隔は、スロットの形成よって生じる内部を伝播する伝送波への影響（位相変化）を無視したものであり、その影響を考慮する場合には、λｇ１、λｇ２から多少ずれた値となる。
　スロット１１の径方向の配置間隔が周方向に沿って漸次変化するように、隣り合うＸ軸とＹ軸との間（各象限に対応する部分、補間部分）には、Ｘ軸上に配置形成されたスロット１１とＹ軸上に配置形成されたスロット１１との間を補間するように複数のスロットが配列形成される。即ち、想定されるスパイラル線上に複数のスロットが所定の間隔で形成される。
　上記構成によれば、Ｘ軸方向に関するスロットの配置は周波数ｆ１に最適化され、Ｙ軸方向に関するスロットの配置は周波数ｆ２に最適化されており、さらにそれらの間が補間されているので、少なくとも周波数ｆ１からｆ２の範囲において、ほぼ均一のアンテナ利得（振幅）を得ることができる。なお、本実施の形態では、直交軸（Ｘ軸及びＹ軸）を想定したが、長軸及び短軸は必ずしも直交していなくてもよい。
　本実施の形態に係るスロット導体板は、一見、特許文献１の記載されたスロット導体板と同じものように見えるかもしれない。しかしながら、本実施の形態に係るスロット導電板のスロット配置が使用周波数に基づくものであるのに対して、特許文献１のものは異方性を持つ誘電体の誘電率に応じてスロットパターンを設定している。本実施の形態では、等方性を持つ誘電体の使用を想定しているため、図１のような楕円形となっているが、異方性を持つ誘電体を使用する場合には、図１とは異なる形状、例えば円形となる。
　以上、本発明について一実施の形態に即して説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。例えば、上記実施の形態では、第１の部分をＸ軸上の部分、第２の部分をＹ軸上の部分としたが、図２に示すように、スパイラル状に配置されたスロット列の一端に位置するスロットに対応する部分２１を第１の部分、他端に位置するスロットに対応する部分２２を第２の部分としてもよい。この場合、スロット列の一端に位置するスロットと径方向（外周側）に隣接するスロットとの間隔（スパイラル線の間隔）を周波数ｆ１（又はｆ２）に基づいて定め、他端に位置するスロットと径方向（内周側）に隣接するスロットとの間隔を周波数ｆ２（又はｆ１）に基づいて定める。そして、径方向の配置間隔が、周波数ｆ１に基づいて定めた値と周波数ｆ２に基づいて定めた値との間で周方向に沿って漸次変化するように、両端のスロットの間に複数のスロットをスパイラル状に配列形成する。
　この出願は、２００９年９月４日に出願された日本出願特願２００９−２０４６２６号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

Claims (6)

  1. 　複数のスロットがスパイラル状に配列形成されたスロット導体板を備えるラジアルラインスロットアレイアンテナにおいて、
    　前記複数のスロットの径方向の配置間隔を、第１の周波数に基づいて決定した第１の部分と、前記第１の周波数とは異なる第２の周波数に基づいて決定した第２の部分との間で、漸次変化させるようにしたことを特徴とするラジアルラインスロットアレイアンテナ。
  2. 　前記第１の部分が第１の径方向に沿った部分であり、
    　前記第２の部分が第１の径方向に直交する第２の径方向に沿った部分である、
    ことを特徴とする請求の範囲１に記載のラジアルラインスロットアレイアンテナ。
  3. 　前記第１の径方向と前記第２の径方向とが互いに直交する方向であることを特徴とする請求の範囲２に記載のラジアルラインスロットアレイアンテナ。
  4. 　前記第１の部分が前記複数のスロットが形成するスロット列の内周側端部に対応する部分であり、
    　前記第２の部分が前記スロット列の外周側端部に対応する部分である、
    ことを特徴とする請求の範囲１に記載のラジアルラインスロットアレイアンテナ。
  5. 　前記第１の部分と前記第２の部分との間に前記配置間隔が漸次変化するように配置された一以上のスロットを含む補完部分を有することを特徴とする請求の範囲２，３又は４に記載のラジアルラインスロットアレイアンテナ。
  6. 　前記複数のスロットが円偏波を送受信するように配列形成されていることを特徴とする請求の範囲１乃至５に記載のラジアルラインスロットアレイアンテナ。
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