JPH03219708A - 導波管スロットアレーアンテナ - 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〕 本発明は放射用のスロットが形成された導波管を複数本
並設してアレー化した導波管スロットアレーアンテナに
関するものである。

〔従来の技術］ 矩形の導波管に多数の放射法スロットを形成し、このよ
うな導波管を複数本並設して平面状にアレー化したアン
テナが従来から比較的よく知られている。具体的には例
えば、Ｗ、　Ｊ、ＧＥＴＳＩＮＧＥＲ。

“ＥｌｌＬｐｔｉｃａｌｌｙ　Ｐｏ１ａｒｉｚｅｄ　Ｌ
ｅａｋｙ−ＷａｖｅＡｒｒｅｙ　　　ＩＲＥ　ＴＲＡＮ
ＳＡＣＴＩＯＮＳ　ＯＮ　ＡＮＮＴＥＮＡＳ　ＡＮＤＰ
ＲＯＰＡＧＡＴＩＯＮ、　ｐｐ１６５−１７２．　Ｍａ
ｒｃｈ、　１９６２で報告されているものがある。

このアンテナは、１本の一様断面を有する矩形導波管の
幅広面（Ｈ面）の中心からずれた位置に、十字形のスロ
ットを長手方向に所定の間隔で多数形成し、矩形導波管
の一端から導波管アダプタによって高周波を投入するよ
うにしたもので、他端を無反射終端構造とした日偏波用
１次元アレーアンテナである。

このアンテナは基本的にはビームチルト型となるほか、
直列逐次給電型でありながら、帯域幅も比較的広（とる
ことができるという特徴を持っており、これを平面状に
アレー化することによって、例えば衛星放送受信用の高
性能かつ高機能のアンテナを構成することができる。

このような平面状アレーアンテナを構成するためには、
先述のスロットを形成した放射用導波管（以下で単に導
波管と呼ぶ）を複数本配列して、それぞれに同位相の電
力を供給し、かつグレーティングローブを生じさせない
ために、導波管を並べる間隔は、使用周波数に対する空
間波長をえ０としたとき略０．９ん０以下とする必要が
ある。

かかる条件を満足する構造として発明者は先にマイクロ
ストリップ回路による給電構造を提案している（特願昭
６３−２１０９７３　ｒ導波管スロットアレーアンテナ
」参照）。

第８図および第９図はこのようなマイクロストリップ回
路を用いた平面状導波管スロットアレーアンテナの一例
を示す。これらの図において、１１はその導波管であり
、本例では、８本の放射用導波管１１が、それぞれの一
方の幅広面に設けた放射用スロットＩＩｃを同一方向に
向け、かつ隣接する幅狭面ＬＩＤを相互に接するように
して、並列されている。以下でこの並列状態での放射用
スロットｌｌＣが設けられた幅広面を放射面１１Ａと呼
び、その反対側の面を裏面１１Ｂと呼ぶことにする。こ
れらの導波管１１の一端は導体の短絡板１２で塞がれて
おり、他端は短絡あるいは開放、若しくは電波吸収体を
設置して無反射周端構造をとるなど必要に応じて選択で
きる。また各導波管１１には後述するが第９図に示すよ
うに給電プローブ挿入孔ＬＩＥが設けられている。

本例の導波管スロットアレーアンテナにおいては、裏面
１１Ｂに接して、地導体１７、誘電体板１６、マイクロ
ストリップ分岐線路１５が順次層状に配設されるが、こ
れらの３層はいわゆる両面銅張り積層板という一体の板
からエツチング等の処理を用いて製作する周知の方法に
よって構成される。なお、この３層で構成された回路を
マイクロストリップ回路と呼ぶ。

ここで、マイクロストリップ分岐線路１５は第８図に示
すように、給電源１５Ａから、分岐部１５Ｃ２１５０、
１５Ｅで順次分岐され、最終的に８つの分岐端１５Ｂに
至る構造となっている。そして本例では給電源１５Ａか
ら８つの各分岐端１５Ｂに至る実質線路長が等しくなる
ようにしであるほか、電力もまた等しく分岐される。

なお、図では厳密に示していないが分岐部１５Ｇ。

１５Ｄおよび１５Ｅではもちろんインピーダンス整合が
とられているものとする。

また、各分岐端１５Ｂには、裏面１１Ｂに直角に給電プ
ローブ１４がそれぞれ接続されており、この給電プロー
ブ１４は誘電体板１６、地導体１７および給電プローブ
挿入孔１１Ｅをそれぞれ貫いて各々の導波管ｌｌ内に突
設される。

なお、地導体１７には給電プローブ挿入孔１１Ｅと同様
の孔が設けられていて、これらの孔と給電プローブ１４
との間には誘電体のスリーブ１３が挿入されており、給
電プローブ１４を安定に固定している。

このように各給電プローブ１４を各導波管１１内に突設
する構造はいわゆる同軸導波管変換構造として基本的に
は知られているもので、マイクロストリップ分岐線路１
５の分岐端１５Ｂ近傍のインピーダンスや導波管１１の
サイズ等に応じて、給電プローブ１４の太さ、長さおよ
びその短絡板１２からの距離、導波管１１の幅狭面１１
０からの距離、あるいは給電プローブ挿入孔１１Ｅの大
きさなどを適宜設定することによって反射のほとんどな
い給電が可能である。

かかる構造において、給電源１５Ａから所定の高周波電
力が投入されると、この電力は各分岐部１５Ｇ、　１５
０．１５Ｅを経て等電力、等位相で各給電プローブ１４
に達し、最終的に８本の放射用導波管１１が、等電力、
等位相で励振される。またかかる電力分岐構造の場合、
８つの分岐端１５Ｂの間隔ははぼ自由に設定でき、先に
記した０、９λ０以下にすることも全く問題な（、平面
（２次元）アレー化の要件をすべて満足する。つまり以
上の構造によって好ましい性能の平面状アレーアンテナ
を得ることができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上述したアレーアンテナは放射用導波管
１１の１本１本に給電プローブ１４を設ける必要があり
、特に高い利得を得るために放射用導波管１１の本数を
増加する場合にはこの部分の加工、組立て費用が比例的
に増大し全体のコストがそのまま増大してしまう。

そこで、本発明の目的は、上述した問題点に鑑み、性能
を損うことなく、２本の導波管に対して１本の給電プロ
ーブで給電可能な導波管スロットアレーアンテナを提供
することにある。

矩形導波管の一方の幅広面に放射用スロットを形成し、
前記複数の矩形導波管の幅狭面を連接して構成した導波
管スロットアレーアンテナであって、前記複数の矩形導
波管のうちの各々相隣る２個の矩形導波管よりなる組の
矩形導波管の共通壁の一部に各組の矩形導波管間を連通
ずる窓を配設し、該窓には前記組の矩形導波管の各々に
給電を行う給電プローブを配設したことを特徴とする。

〔作　用〕

本発明によれば、２本の矩形導波管の互いに接触を保つ
幅狭面の一部を切除して導波管同士を連通ずる窓を設け
、この窓に、上述の２本の矩形導波管に対しての給電を
受けもつ１本の給電プローブを設けるようにしたので、
従来のように矩形導波管の個々に給電プローブを設ける
ことな（、しかも同一の性能を持たせることができる。

［課題を解決するための手段］ かかる目的を達成するために、本発明は複数の〔実施例
〕 以下に、図面に基づいて本発明の実施例を詳細かつ具体
的に説明する。

第１図、第２図および第３図は本発明の一実施例を示す
。

以下で、第８図および第９図と同一機能を有する部材は
同一の名称を付して、その詳細な説明は省略する。

これらの図において、ｌは放射用導波管（以下で単に導
波管という）、ＩＡは多数のスロットＩＣが設けられて
いるその放射面、すなわち幅広面、ＩＢは裏面、ｌＤは
隣接した導波管同士の間で密接させた状態に保たれる幅
狭面、２は短絡板であり、本例では８本の導波管１が図
示のように並設されている。また、２本の導波管１を１
組として、その導波管１同士が接する幅狭面ＩＤは所定
の長さにわたって切除されており、第１図に示すように
この部分に合計４ケ所の連通窓８が形成されている。

一方、裏面ＩＢ側には第２図および第３図に示すように
地導体７、誘電体６、マイクロストリップ分岐線路５が
この順序で層状に配置され、電力な所定数に分岐するマ
イクロストリップ分岐回路を形成している。すなわち、
本例の場合マイクロストリップ分岐線路５は、給電源５
Ａから、分岐部５Ｃ，５Ｄを順次経て分岐され、最終的
に４つの分岐端１５Ｂに至るように構造される。

本例においても、給電源５Ａから４つの各分岐端５Ｂに
至る実質線路長は等しくなるようにしであるほか、電力
も等しく分岐される。なお、分岐部５Ｃおよび５Ｄでは
もちろんインピーダンス整合がとられる。

各分岐端５Ｂには第３図のように裏面ＩＢに直角に給電
プローブ４がそれぞれ接続され、この給電プローブ４は
誘電体板６、地導体７および導波管ｌの裏面ＩＢを貫い
て４つの連通窓８の部分でかつ２本−組の導波管１の中
央部分（対称軸線上）に各々突設される。この突設に当
っては給電プローブ４と、地導体７および裏面ＩＢが接
触せずかつ安定に固定されるように、その間に誘電体ス
リーブ３が充填されている。

なお、ここで、連通窓８に関連する設計事項についても
いま少し言及すると、連通窓８の設計については、必要
とする性能すなわち使用する周波数帯、マイクロストリ
ップ分岐回路の主に特性インピーダンスや導波管１のサ
イズなどに応じて適宜行われるべきであるが、通常は連
通窓８の高さは幅狭面ＩＢ形成壁の管内高さ（矩形導波
管の短辺の内寸）と等しくでよい。

また、連通窓８の長さ（導波管１の管軸方向の開口長さ
）は完全な設計要件であるが概ね導波管１の幅広方向の
内寸程度でよく、さらに給電プローブ４の太さや、その
導波管１内への突出高さおよび位置（短絡板２からの距
離）などを適宜設定することによって前記マイクロスト
リップ分岐回路と各導波管１との良好かつ安定な結合を
得ることができる。

かかる構成になる導波管スロットアレーアンテナにおい
ては、給電源５Ａから所定の高周波電力を投入すると、
この電力が各分岐部５Ｃ，５Ｄを経て等電力、等位相で
各給電プローブ４に達し、最終的に８本の放射用導波管
１が等電力、等位相で励振され、所定の送信アンテナと
して動作する。なお、このアンテナは相反定理を持ち出
すまでもなく受信アンテナとして作用することは勿論で
ある。

本例からも明らかなように、８本の放射用導波管１に対
して、給電プローブ４は４本ですませることができる。

従って一般的に言えば、放射用導波管の半分の数の給電
プローブでよいことになり、連通窓の加工はあるものの
、構造が単純化され製造コストの低減を可能にするほか
、マイクロストリップ分岐回路における分岐部の段数が
減るため、この部分での直接的な損失、例えば放射損失
や、製作精度のばらつきに基づく不整合による損失など
が減少し、さらに線路長も短（なるため、導体損失も減
少するなど、受信効率の改善にも大きく寄与する。

なお、以上に述べた給電プローブ４の形態は、いわゆる
同軸導波管変換構造の一部として周知のもので、給電プ
ローブ４を放射用導波管ｌ内に突設させ、その先端が導
波管１の放射面ＬＡと電気的に直接接触しない開放型と
したが、第４図に示すように、給電プローブ４の先端を
導波管１の放射面ＩＡに接触させるようにした公知の構
造のものに薩÷突設させずに、放射面ＩＡに突設させて
もよい。

ついで、第５図により本発明の第２実施例について説明
する。

本例は給電系と称される電力分岐回路にマイクロストリ
ップ回路に代えて導波管を使用したものに適用した例で
ある。

同図において、導波管分岐回路２５は、給電管２５Ａか
ら分岐部２５Ｂを経て第１分岐管２５Ｇに至り、さらに
分岐部２５Ｄを経て第２分岐管２５Ｅに至るまでがすべ
て矩形の導波管で構成されている。

なお、第２分岐管２５Ｅの両端は短絡板２５Ｆで閉塞さ
れており、この短絡板２５Ｆ近傍の幅広面における所定
の位置に貫通孔２５Ｈを設け、ここから誘電体スリーブ
２３に支えられて給電プローブ２４を管内に突出させる
構造となっている。この給電プローブ２４の他端は先の
第１実施例と同様に放射用導波管１内に突出している。

また放射用導波管ｌの部分の構造も、実施例１と全（同
様であるので、ここでその説明は省略する。

かかる導波管スロットアレーアンテナ構造において、給
電管２５Ａから高周波電力が投入されると、この電力は
先ず分岐部２５Ｂで等位相、等電力の２つの電力に分け
られ、そのそれぞれが分岐部２５Ｄで再度等位相、等電
力の２つの電力に分けられて結局導波管分岐回路２５に
おいて４つの等しい（位相、電力）電力に分けられる。

これらの電力は給電プローブ２４を経て放射用導波管１
に投入され、実施例１と同様にして８本の放射用導波管
１が等しい電力で励振される。

本実施例で示したトーナメント型の導波管分岐回路は低
損失で安定に電力を分配することができる反面、先のマ
イクロストリップ分岐回路に比べて構造が複雑でコスト
が高くつ（。しかし本実施例によれば分岐段数が減り、
しかも、分岐端の数が従来の半分になるので、製造コス
ト上極めて有利となる。

実際の製造にあたっては、放射用導波管１も分岐回路２
５用の導波管も同じかあるいは近いサイズの導波管を用
いるため、従来のように１本の放射用導波管ごとに給電
プローブで給電しようとすると、その間隔が狭くなり過
ぎてしまう。すなわち、本発明は製造コストの低減のみ
ならず、給電回路の選択の自由度を拡大し、より高性能
のアンテナを実現する機会を与えるものである。

第６図は本発明の第３の実施例を示す。第６図において
、２本の矩形の放射用導波管３１．３１はその幅狭面３
１Ｄの壁を密着して並べられている。これらの導波管３
１においても多数の放射用スロット３１Ｇが設けられる
幅広面の一方を放射面３１Ａと呼ぶ。なお本例では、導
波管３１の管軸に垂直な方向に偏波面を持ち、放射面３
１Ａに垂直な方向に主ビームを放射するようにスロット
３１Ｇが設計されているものとする。

ここで、３８はこれら２本の導波管３１の長手方向中央
部において、２本の管の間の幅狭面３１０の壁を所定長
さにわたって切除して形成した連通窓である。この連通
窓３８の長平方向の中央部で、かつ２本の導波管３１の
接線上の位置の裏面３１Ｂ側に、先に述べた２つの実施
例同様、誘電体スリーブ３３で支持した給電プローブ３
４を設ける。さらにまた、導波管３１の長手方向におい
て給電プローブ３４と同じ位置で、かつこの給電プロー
ブ３４からそれぞれ幅方向に所定距離だけ離れた位置に
、放射面３１Ａと前記裏面３１Ｂとを短絡するように整
合用の導体の棒である整合ボスト３９を、各々の導波管
３１に設置する。

そこで、このように構成した導波管スロットアレーアン
テナにおいて、給電プローブ３４から高周波電力が投入
されると、２本の導波管３１．３１のそれぞれの左右方
向に等しい電力が供給され、所定のアンテナとして作用
する。

ここにおいて、整合ボスト３９の役割は、給電プローブ
３４から投入された電力を、放射用導波管３１の左右に
反射な（分配するための整合用のもので、周囲の寸法や
、周波数帯域などに応じて、位置や太さを適宜設定する
が、他の形態、図示はしないが、例えば三角形の金属ブ
ロックなどで形成したものでも同じ機能を得ることがで
きる。

これまでに述べた実施例においては、給電プローブは一
対をなす２本の放射用導波管が接する線の上すなわち一
対の放射用導波管の中心線上に位置したが、第７図に上
述の中心線からずれた位置に設けた例を示す。

本発明において、給電プローブを窓に設けるという意味
はこの例をも含んで広義に解するものとする。

同図において４１．４１は互いに幅狭面４１Ｄの壁同士
で接するように構成された対をなす２本の放射用導波管
である。以下でこの接している面を接面４１Ｅという。

これら導波管４１の不図示の放射面には、所定の放射ス
ロットが設けてあり、本図にはこの放射面と向かい合う
幅広面の裏面４１Ｂが示されている。

また、一対の導波管４１．４１の一端は短絡板４２で閉
塞されており、これら２本の導波管４１．４１の互いに
接する幅狭面４１Ｄの短絡板４２と接している部分を、
長手方向に所定長さにわたって切除し連通窓４８が形成
されている。

導波管４１の２本のうち図の下側のものの前記裏面４１
Ｂに、前記接面４１ＥからＬだけ幅方向に隔り、かつ短
絡板４２から所定の距離を隔てた位置に、実施例１と同
様に誘電体スリーブ４３で支持した給電プローブ４４が
設けである。

さらにまた、導波管４１のうち図の上側のものには、短
絡板４２と外側の幅狭面４１Ｄとで形成されるコーナ一
部分に所定寸法の導体の反射ブロック４９が設置されて
いる。

このように構成した導波管スロットアレーアンテナにお
いて、給電プローブ４４から高周波電力が投入されると
、電力は２本の放射用導波管４１の上側と下側に分配さ
れるが、明らかに上側の放射用導波管４１には下側より
も接面４１Ｅからの隔りＬに応じて遅れた位相の位相電
力が投入される。

したがって、この２本の放射用導波管４１から放射され
る電波の主ビームは、これらの管軸に垂直な面内で前記
放射面に垂直な方向（ブロードサイド）からずれた方向
（この場合、上側の前記放射板に近づく側）に放射され
る。すなわち、本実施例では給電プローブ４４を接面４
１Ｅからずらすことによって容易にビームチルトをかけ
ることができるなど、多様な活用が可能となる。

〔発明の効果〕

以上に説明したように、本発明によれば、導波管スロッ
トアレーアンテナにおける給電構造が簡略化されるため
、製造コストを太き（低減できるほか、給電部の電力損
失の減少によるアンテナ受信効率の向上がはかれ、しか
も多様な形態、機能に対応できるなど同アンテナの実用
範囲の拡大に大いに貢献することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明の第１実施例を示すもので、 第１図はそのアレーアンテナの構成を一部破砕して示す
斜視図、 第２図はそのアンテナの構成を裏面側から見て示す斜視
図、 第３図は第２図のＢ−Ｂ’線による部分断面図、 第４図は異なる形態の給電プローブを有する場合の第１
実施例の部分断面図、 第５図は本発明の第２実施例の構成を裏面側から見た斜
視図、 第６図は本発明の第３実施例の構成を破砕して示す斜視
図、 第７図は本発明の第４実施例の放射面に平行な面での断
面図、 第８図は従来例の構成を裏面側から見て示す斜視図、 第９図は第８図のＡ−Ａ′線による部分断面図である。 １　、３１．４１・・・（放射用）導波管、ＩＡ、　３
１Ａ・・・放射面、 １Ｂ、　３１Ｂ、　４１Ｂ・・・裏面、ＩＣ，３１Ｃ・
・・スロット、 ＩＤ、　３１Ｄ、　４１０・・・幅狭面、２．４２・・
・短絡板、 ３　、２３．３３．４３・・・誘電体スリーブ、４　、
２４．３４．４４・・・給電プローブ、５・・・マイク
ロストリップ分岐線路、５Ｂ・・・分岐端、 ８　、２８．３８．４８・・・連通窓、２５・・・導波
管分岐回路、 ２５Ｅ・・・第２分岐管。 第４ 図 オ２図ηＢ−Ｂ″滞ｉ図 第３図 オＳだ増列の才２莢把り１１の１聰へと】（を則で）貝
ｒス臂斗１１囚第５図 ３１Ａｆｉ、４軒面 第 図 ９ １９引チ明ｒオ４ｊ？ＰＭＩＸ？’↑面１５甲ｑ’ｒｒ
：ｔｓｎｒ’ｒｍｒｒｉｂ図第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）　複数の矩形導波管の一方の幅広面に放射用スロッ
   トを形成し、前記複数の矩形導波管の幅狭面を連接して
   構成した導波管スロットアレーアンテナであって、前記
   複数の矩形導波管のうちの各々相隣る２個の矩形導波管
   よりなる組の矩形導波管の共通壁の一部に各組の矩形導
   波管間を連通する窓を配設し、該窓には前記組の矩形導
   波管の各々に給電を行う給電プローブを配設したことを
   特徴とする導波管スロットアレーアンテナ。