JPH03141706A - スロットアレイアンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は放送用、通信用アンテナ等として用いて好適の
スロットアレイアンテナに関する。

〔従来の技術〕

従来、進行波型の導波管式スロットアレイアンテナにお
いて、円偏波を発生するスロットとしては、′第５図に
示すように、進行方向上のある点に上記進行方向と４５
°の角度をなすスロット×を形成する一方、この点から
位相９０°遅れあるいは進む点に、すなわち導波管の管
内波長をλｇとしたときに進行方向上のλｇ／４Ｍれた
点にスロットＸとは直角で進行方向と４５°の角度をな
すスロットｙを形成し、スロット×とスロットＹとから
放射される合成波が時間の経過とともに回転して円偏波
を発生するとともに、このスロットＸとスロットｙとか
らなるスロット対を進行方向にλ８間隔で配列したもの
や、さらに、進行方向と直角をなす方向にも配列したも
のなどが知られている。

ところで、通常スロットの長さは自由空間波長をλとし
たとき、約ユ／２のものが用いられており、スロット対
を一直線上に形成しようとすると、スロット対の間隔は
く＋・５ｉｎ４５°）・２　＝　Ａ　、＋必要であるが
、上述のように円偏波を発生させるには、この間隔は約
λＦ１／４であるのでＧ・λくλｇでなければならない
。

一方、λｇはグレーティンフグローブを抑制するために
０．９λ以下にすることが望ましいので、先の不等式は
成立せず、スロットＸとスロットｙとが交叉してしまう
。このため、上述の従来のスロットアレイアンテナでは
、両者（スロット×とスロワ）ｙ）の位相差が９０°で
かつ交叉しない程度に進行方向と直角な方向へ移動させ
るという方法がとられている。

〔発明が解決しようとする課題〕

このように、上述のような従来のスロットアレイアンテ
ナでは、スロットの実効面積をくλ／４）・（λ／２〉
＝＾２／８とし、短縮率を８０％と仮定して、この実効
面積が重なる部分を除いたスロット全体の実効面積は、
アンテナ開口面積の約７０％である。これは、進行方向
においてスロットが形成されていない放射効率上無駄な
Ｓが存在することを意味し、アンテナ効率は最大で７０
％しか望むことができないという問題点がある。また、
この無駄になる面積Ｓを小さくするために、管内波長の
短縮率をさらに小さくしてλｇを短くしても、スロット
対の間隔λｇも短くなるので、進行方向と直角な方向で
のスロット間隔が増加してしまうばかりか短縮率を小さ
くするための遅波回路のコストアップや損失の増加を招
く、という問題点もある。

本発明はこのような問題点の解決をはかろうとするもの
で、アンテナ開口面にわたってスロットをほぼ一様に形
成して高いアンテナ効率が得られるスロットアレイアン
テナを提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

このため、スロットアレイアレイは、進行波型導波管式
スロットアレイアンテナにおいて、上記導波管の管内波
長をλｇとしたとき、電波の進行方向と直角をなす第一
の直線に沿って形成されて上記進行方向と直角をなす第
１のスロットと、上記第一の直線から上記進行方向に約
λｇ／４進んだ第二の直線に沿って形成されて上記進行
方向と約４５°をなす第２のスロットと、上記第一の直
線から上記進行方向に約λｇ／４遅れた第三の直線に沿
って形成されて第２の上記スロットと直角をなしかつ上
記進行方向と約４５°をなず第３のスロットとを一組と
して、その多数組が、導波管の一方の面上に約λｇの間
隔で形成されている、ことを特徴としている。

〔作　用〕

上述の本発明のスロットアレイアンテナでは、進行波型
の導波管スロットアレイアンテナにおいて、上記導波管
の管内波長をλｇとしたとき進行方向と直角をなす直線
上に沿って形成されて上記進行方向と直角をなす第１の
スロットと、上記第一の直線から上記進行方向に約λｇ
／４進んだ第二の直線にそって形成されて進行方向と約
４５°をなす第２のスロットと、上記第一の直線から上
記進行方向に約λｇ／４遅れた第三の直線に沿って形成
されて上記第２のスロットと直角をなしかつ上記進行方
向と約４５°をなす第３のスロットとを一組としたスロ
ット群が、間隔約λｇで多数配列されているので、導波
管内を電力が進行するとこれらのスロットから円偏波が
放射されるとともに、アンテナ開口面にわたってスロッ
トをほぼ一様に配設されたスロットアレイアンテナを得
ることができる。

「実　施　例〕 以下、図面により本発明の実施例について説明すると、
第１〜３ｃ図は本発明の第一実施例としてのスロットア
レイアンテナを示すもので、第１図はその斜視図、第２
図はそのスロット部の平面図、第３ａ、３ｂ、３ｃ図は
そのスロットの円偏波発生の説明図であり、第４図は本
発明の第二実施例としてのスロットアレイアンテナのス
ロット部の平面図であり、第５図は従来のスロットアレ
イのスロット部の平面図である。

まず、本発明の第一実施例について説明すると、第１図
、第２図の例に示すように、磁界面の幅が管内波長λｇ
の４倍以上で電界面の幅λｇ／４程度の偏平な方形導波
管１０のいずれか一方の磁界面上に、電波の進行方向と
直角をなす第一の直線ａに沿って形成されて上記進行方
向と直角をなす第■のスロット１ａと、第一の直線ａか
ら上記進行方向に約λｇ／４進んだ第二の直線すに沿っ
て形成されて上記進行方向と約４５°をなす第２のスロ
ット１ｂと、第一の直線ａから上記進行方向にλｇ／４
遅れた第三の直線Ｃに沿って形成されて第２のスロット
１ｂと直角をなすとともに上記進行方向と約４５°をな
す第３のスロット１ｃとを一組としたスロット群が形成
されている。そして、その多数組が約λｇの間隔（直線
ａと直線ｎとの間隔が約λｇ）のちとに形成されている
。そしてこの場合スロットｌａ、ｌｂ、１．ｃの長さは
０．４５λに選定されている。

なお、スロット長さは一般的には０．５λ前後とされて
いるが、遅波率、誘電体等の存在により最適値はこの前
後となる。

また、方形導波管ｌの一方の開口には給電部として電波
レンズ２が配設されたホーン型導波管３が接続され、も
う一方の開口には余剰電力の有無に応じて用いることが
任意の終端抵抗体４が配設されている。この終端抵抗体
は終端においてスロットとの整合をとり、抵抗体を省く
こともできる。

上述の構成により、電界成分が方形導波管１の磁界面と
垂直なＴＥ、、モードでホーン型導波管３を励振すると
、ホーン型導波管３で広げられた電波は電波レンズ２で
位相補償され、波面が方形導波管１の開口とほぼ平行で
偏平なＴＥ、、モードが発生し、方形導波管１内へ伝播
する。ＴＥ、。モードで供給された電力は、方形導波管
１の磁界面上に列設されたスロット１ａ〜１ｃから徐々
に外部空間へ放射され、電力が残った場合は終端抵抗体
４で消費される。

第３ａ図、第３ｂ図、第３ｃ図によりスロットからの電
力の放射について詳しく説明すると、まず、電波の進行
方向に対して直角をなすスロットｌａと４５°をなすス
ロット１　ｂ、　１　ｃとが同じ長さの場合方形導波管
１内部の電磁界がスロットと結合する割合の比はほぼ１
：１／ｒｉであり、図中の表面電流５は矢印の示す方向
に流れ、矢印の中心部が最も値の大きい正弦分布となっ
ている。次に、ある時刻ｔにおける表面電流の模様およ
びその場合にスロットから放射される電力の電界成分は
第３ａ図に示すとおりであるが、スロット１ｂの点を流
れる表面電流の値が最も大きく、これを１とすれば、ス
ロット１ｂからは４５°の方向に大きさＧの電界を生じ
、スロット１ｃからは１３５°の方向に大きさ行の電界
を生じる。この時スロット１ａの点では電流は流れず電
界は発生しない。したがって、スロット１　ａ、　１　
ｂ、　１　ｃから放射される合成電界６は９０°の方向
に大きさ１の電界となる。次に、１周期をＴとして、時
刻ｔ＋Ｔ／８における表面電流の模様およびその場合の
スロットから放射される電力の電界成分は、第３ｂ図に
示すように、スロットト１ａからは１８０°の方向に大
きさ１／（「、スロットｌｂからは４５°の方向に大き
さ１／２、そしてスロット１ｃからは１３５＠の方向に
大きさ１／２の電界が発生して、合成電界６は１３５゜
の方向に大きさｌとなる。次に、時刻ｔ＋−Ｔ／４にお
ける表面電流の模様およびその場合のスロットから放射
される電力の電界成分は第３ｃ図に示すように、スロッ
ト１ａからは１８０°の方向に大きさ１の電界が発生し
、スロット１　ｂ、　１　ｃからは電界が発生せず、合
成電界６は１８０°の方向に大きさ１となる。

このようにして合成電界は時間Ｔで１回転して円偏波が
発生する。

ここでは時間で説明したが、進行波がスロットを励振す
る位相で説明しても同様なことがいえる。

上述のとおりこの実施例では、方形導波管１０は偏平で
電波がＴＥ、０モードで伝播しており、進行方向と直角
な方向では大きさは異なるが同一の方向と周期で表面電
流が流れるので、この方向にスロットｌａ、ｌｂ、ｌｃ
を配列すれば同相の円偏波が放射できる。進行方向に関
しては、スロット１８１ｂ、ｌｅを一組としてその多数
組を間隔λｇで配列すれば当然同位相の円偏波が放射で
きる。

次に、管内波長λｇについて説明すると、スロットを設
けない場合の管内波長をλｇ′とすると、上述の実施例
における方形導波管１０の磁界面の幅が非常に広い（偏
平な導波管のため〉ので、λｇ′はλとほぼ等しくなる
。さらに、スロット長を０．４５λとしているでスロッ
トの放射インピーダンスのりアクタンス成分は誘導性と
なり位相を遅らせる作用がある。したがって、λｇ〈λ
となって、遅波回路を設けることなくグレーティングロ
ーブを抑制することができる。

ところで、上述の実施例では３つのスロット１　ａ、　
１　ｂ、　１　ｃを１つの内債波発生素子として縦横に
配列することを示したが、このパターンでは進行方向と
直角な方向におけるスロット１ａの間隔をスロット１ａ
の長さ以上にしなければならず、スロット１　ｂ、　１
　ｃの密度を高めることができない。

しかし本発明のスロットアレイアンテナでは、これらの
スロットが必ずしも１：１：１で対応させる必要はなく
、第４図に示すように、スロット１ｂ。

１ｃを密に形成してこれらから放射される合成電界をス
ロット１ａから放射される電界と釣合がとれるようにス
ロットの長さを適宜選択してもよい。

また、スロットのりアクタンス成分による位相の遅れや
進みはその角度や長さ等によって異なるが、この場合は
進行方向での各スロットの間隔を調整すればよい。

さらにまた、方形導波管１０への給電部としては、上述
の実施例ではホーン型導波管を用いたが、その他′はぼ
平面波を励振できる任意の給電部を用いてもよい、説明
では偏平な導波管について行なっているが一般の導波管
でも同様な作用効果が得られる。

上述のごとく、本発明の実施例としてのスロットアレイ
アンテナによれば、アンテナ開口面に対するスロット全
体の実効面積が等しくなるよう設計することができるの
で高効率のスロットアレイアンテナが得られる。

また、スロットを形成しない場合の管内波長λｇ′が自
由空間波長λとほぼ等しくなるような磁界面■の幅が＾
に比べ非常に長い方形導波管１０と、共振長より短いす
なわち誘電性リアクタンスをもつスロットを用いている
ので、λｇく人となり、遅波回路が不用となって構造の
簡素化およびコストの低減化がはかれる。

なお、従来サイズの方形導波管を列設したアンテナにお
いても、これと同じパターンのスロットを形成して同様
の作用効果が得られる。

〔発明の効果〕

上述のごとく、本発明のスロットアレイアンテナによれ
ば、スロットをアンテナ開口面に対するスロット全体の
実効面積が等しくなるよう設計することができ高効率の
スロットアレイアンテナが得られる。

【図面の簡単な説明】

第１〜３０図は本発明グ）第一実施例としてのスロット
アレイアンテナを示すもので、第１図はその斜視図、第
２図はそのスロット部の平面図、第３ａ、３ｂ、３ｃ図
はそのスロットの内債波発生の説明図であり、第４図は
本発明の第二実施例としてのスロットアレイアンテナの
スロット部の平面図であり、第５図は従来のスロットア
レイのスロット部の平面図である。 ｌａ、ｌｂ、ｌｃ・・・スロット、２・・・電波レンズ
、３・・・ホーン型導波管、４・・・終端抵抗体、５・
・・表面電流、 ６・・・合成電界、 １０・・・方形導波管。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 進行波型導波管式スロットアレイアンテナにおいて、上
   記導波管の管内波長をλｇとしたとき、電波の進行方向
   と直角をなす第一の直線に沿って形成されて上記進行方
   向と直角をなす第１のスロットと、上記第一の直線から
   上記進行方向に約λｇ／４進んだ第二の直線に沿って形
   成されて上記進行方向と約４５゜をなす第２のスロット
   と、上記第一の直線から上記進行方向に約λｇ／４遅れ
   た第三の直線に沿って形成されて上記第２のスロットと
   直角をなしかつ上記進行方向と約４５゜をなす第３のス
   ロットとを一組として、その多数組が、導波管の一方の
   面上に約λｇの間隔で形成されている、ことを特徴とす
   る、スロットアレイアンテナ。