JPH0680976B2 - 導波管スロットアンテナ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明の導波管スロットアンテナは、特に船舶用レー
ダに使用するアンテナに適し、またSHF（極超短波）帯
での無線通信用としても今後の用途拡大が見込まれるも
のである。

〔従来の技術〕 導波管スロットアンテナは従来は一部の船舶用レーダ装
置の回転アンテナとして用いられているが、一般の眼に
触れる機会が少なく、アンテナ関係の解説書にも載って
いないものが多く、余り知られていない形式のアンテナ
であるので、以下に「アンテナ工学ハンドブック」（電
子通信学会編、オーム社発行・昭和55年10月30日初版）
より概要を抜粋して置く。

アンテナ工学ハンドブック223頁より転載「図８・２
（省略）は直列給電回路の最も簡単な構成の一例である
導波管スロットアンテナである。主線路である導波から
の電力結合部がそのまま素子アンテナを形成しており、
スロットの傾斜角により結合度が決定されている。なお
スロットの間隔は導波管内波長の1/2にとってあり、傾
斜方向を素子ごとに反転させることにより共相励振の条
件を満たしている。」 アンテナ工学ハンドブック249頁より転載「７・６・３
航海用レーダアンテナ 〔１〕船舶搭載用レーダアンテナ （ｂ）スロット形レーダアンテナ （前略）現在は開口面が小さくできるスロットアンテナ
が航海用レーダ用として用いられる。スロットアンテナ
は図（省略）に示すように導波管壁に溝（スロット）を
切り、スロットから放射される電波をアレーとして利用
するもので、重量が軽く、風の抵抗が少なく、さらにア
ンテナ上の電流分布を任意に選びやすいなどの利点があ
る。利用される電流分布としては、与えられたアンテナ
長においてビーム幅とサイドロープレベルをともに最小
にするチエビシエフ分布か、ビーム幅は少し広がるが、
サイドロープが低く高利得パターンを得るテイラー分布
が用いられる。スロット長はλg/2より僅かに短いかま
たは長い非共振形スロットとして広帯域性をもたせる。
このためビームの方向がブロードサイド方向から僅かに
ずれる。（以下略）」 上記文中で引用を省略した図面は本明細書の第４図と殆
んど同一である。この図からも明らかなように、導波管
スロットアンテナの本体は角形導波管そのものであり、
その一側壁にスロットａ〜ｎを設けた構造であるから、
他のSHF帯用のアンテナに比らべても機械的強度が大き
く、占有容積も小さいという長所がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

導波管スロットアンテナではスロットの１個１個が放射
エレメントとしての動作をするので、導波管の中心方向
にはスロット数だけのエレメントが並んだアレーアンテ
ナと考えることが出来て、スロット数を多くすることに
よって導波管の中心線を含みスロット面に直角の面（以
下では便宜上水平放射面と呼ぶ）内の放射指向性は鋭く
なり、中心利得も増加するのであるが、スロット面と水
平放射面の両方に直交する面（以下では便宜上垂直放射
面と呼ぶ）内の放射指向性については単一ダイポールエ
レメントの指向性程度しか期待が出来ないのである。水
平面に沿ってアンテナを回転して、水平方向の反射電波
の強度と反射時間を計測することにより水面上の物体の
位置を表示するのを目的とする船舶レーダ用アンテナと
しては良いが、一般の無線通信用途には他のSHF帯アン
テナであるパラボラアンテナや、ホーンアンテナのよう
な全方向指向性の良いことが望まれるのである。

導波管スロットアンテナにおいては水平面指向性は申分
なく良いのであるから、垂直面指向性を改善すれば全方
向指向性が良くなることになる。また垂直面指向性の向
上は、線レーダ用としても水面反射や航空機の反射を軽
減できるので望ましいことである。

〔課題を解決するための手段〕

導波管スロットアンテナの垂直面指向性を改善するため
に、本発明では２個の導波管スロットアンテナを垂直方
向にスタックするのである。

多くの指向性アンテナにおいて、アンテナユニットをス
タックすることにより、スタック方向の指向性と利得が
改善されることは周知であり、実用もされている。しか
るに導波管スロットアンテナでスタック使用の例が見ら
れないのには、資料がないことなので推定であるが、従
来の用途が船舶レーダ用に限定されていたため一応の使
用目的に支障がなかったことと、スタックアンテナでは
各アンテナユニットを同相で励振するように給電する必
要があるが、導波管スロットアンテナの基本形である第
４図のアンテナユニットの１端部に給電導波管を直結す
る構造では、主導波管より２分岐導波管を通して各ユニ
ットに給電する機構はアンテナユニットの簡易性に反す
るし、レーダ用回転アンテナとしての使用には全く不適
当である。

またレーダ用回転アンテナとしては第５図のようにアン
テナユニットの回転中心部に給電プローブを貫通設置す
る構造がもっぱら用いられているが、スタックアンテナ
とした場合には各ユニットの給電プローブが回転中心軸
であり、同相励振されるような給電形式が開発されてい
なかったことも原因である。

上記の点を解決するために、本発明では第１図に一部断
面見取図で示すように、導波管スロットアンテナユニッ
ト１と導波管スロットアンテナユニット２とをスロット
面11と12とを同方向に揃えてスタックし、アンテナユニ
ット１と２とを貫通して４分の３波長の給電プローブを
設ける。

第２図はスタックされたアンテナユニット１・２と給電
プローブ３との機構関係と動作を説明するための縦断面
図である。

アンテナユニット１と２とは中心距離が約２分の１波長
となるようにスタックするため、ユニットを構成する方
形導波管の寸法により両ユニットが密着する場合と間隔
を持つ場合とがある。

このアンテナ系の励振は各アンテナユニットを貫通して
設けた４分の３波長の給電プローブ３により行うので、
その貫通する導波管壁には必要な孔を設ける。またアン
テナユニット１と２との間に間隙がある場合にはその部
分よりの直接輻射を防止するためにシールド効果を有す
るスペーサ４を設けるのが適当である。

上記の構造において、給電プローブ３は４分の３波長の
長さであるから、給電プローブ３上の電流分布は大体点
線で示したようになり、各アンテナユニット内の励振位
相は矢印で示したように逆相となっている。スタックア
ンテナで指向性と利得を向上するためには各アンテナユ
ニットの輻射電磁波が同相でなければならないのである
が、本発明ではアンテナユニット１と２のスロットにお
いて、給電プローブ３から同一距離にあるスロット（例
えばスロット12aと22aあるいはスロット11nと22n）の傾
斜方向を逆にすることにより全てのスロットより輻射さ
れる電磁波の位相を同一に揃えることが容易に出来る。
構造の詳細については後記の実施例にて述べる。

なおスタックするアンテナユニット中心距離を約２分の
１波長としたのは、スタックアンテナではアンテナユニ
ット相互の干渉により、合成の指向特性は第３図のよう
なユニット単独の指向特性の単純な数値合成とは異り、
サイドロープの発生もあるので、実測により使用目的に
最適の寸法を決定するのは当業者の常識である。また給
電プローブ上の電流分布も自由空間での分布とは異るこ
とも考慮しなければならない。

給電プローブの基部には給電導波管のTEモードをプロー
ブのTEMモードに変換する変換部を設ける。同軸給電の
場合にはモード変換は不要であるが、インピーダンスマ
ッチング部を設けるのである。その際に本発明では４分
の３波長プローブを用い、電流の腹で給電することにな
るためインピーダンスが低く、マッチングが容易であ
る。

〔実施例〕

第６図は本発明を適用した、船舶レーダ用の水平偏波用
２段スタック導波管スロットアンテナの正面図である。
アンテナユニット１・２は共にλg/2の間隔で長さ約λg
/2のスロット12a〜12nを設け、各スロットは交互に傾斜
方向を反転してλg/2差による逆位相励振波を反転して
同位相輻射する。またユニット１と２とでは給電プロー
ブ３から同距離のスロットの傾斜方向を反対にして、逆
位相励振による位相を補正して全輻射波を同相に揃えて
いる。また給電プローブ３の周りにはシールドを兼ねた
スペーサ４を、アンテナユニット１・２の両端部間には
補助スペーサ5A・5Bを設けてスタック間隔を確保してい
る。ここでλｇは導波管内の波長であって、自由空間で
の波長λｏより若干短縮する。

第７図は第６図の２段スタック導波管スロットアンテナ
の給電部の縦断面図である。

アンテナユニット１と２は導波管にスロット12a〜12n・
22a〜22nおよび給電プローブ貫通孔を加工して用い、ス
ペーサ４を入れてスタックしている。

給電プローブ３は給電導波管６の内壁に装着したモード
およびインピーダンス変換のためのテーパー付リッジ７
により垂直に支持され、アンテナユニット１・２は給電
プローブ３を中心として水平回転するように、支台８に
ベアリング９を介して取付ける。

給電プローブ３とテーパー付リッジ７を第８図に示す
が、リッジ７は通常導波管６と同一材質を用い、テーパ
ー部は直線とする場合もある。

リッジ７の上端面には垂直に給電プローブ３を植込む
が、プローブ３は通常銀鍍硬銅線である。

この構造においては給電プローブ３までは固定で、アン
テナユニット１と２の部分だけが回転するのであるか
ら、給電回路に回転継手を必要としない利益がある。

〔発明の効果〕

本発明は導波管スロットアンテナでは、従来の導波管ス
ロットアンテナの長所である水平面内指向性の狭指向特
性を活かし、弱点であった垂直面内指向性を改善するこ
とにより、従来の主要用途である船舶用レーダアンテナ
としても、水面や飛行物体からの不要反射を減少して、
レーダ表示図面上の偽像を低減する効果があるのみなら
ず、垂直面内指向性と利得の向上により一般通信用や衛
星放送受信用としての用途の拡張が見込まれるのであ
る。

機械的には２個のアンテナユニットを密着ないし比較的
狭間隔でスペーサを介してスタックすることにより、ア
ンテナユニット単独よりも強度が増加する効果がある。

さらに、給電には１本の４分の３波長プローブをスタッ
クされた両アンテナユニットを貫通して保持するだけの
構造であるから、この上なく簡潔であり、レーダ用アン
テナとしても実施例の第７図に見られるように固定され
た給電プローブを中心軸としてアンテナユニットのみを
回転するのであるから、従来のレーダ用アンテナ回転機
構を殆んどそのまま利用することが出来る便宜がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の導波管スロットアンテナの一部断面見
取図、第２図は第１図の縦断面図、第３図はスタックア
ンテナの合成輻射特性図、第４図は導波管直接給電の導
波管スロットアンテナの形状図、第５図はプローブ給電
の導波管スロットアンテナの形状図、第６図は本発明実
施例の正面図、第７図は本発明の一実施例を示す給電部
の縦断面図、第８図は給電プローブとテーパーリッジの
外観図である。 １・２……導波管スロットアンテナユニット、11・21…
…スロット面、12a〜12n,22a〜22n……スロット、３…
…給電プローブ、４・5A・5B……スペーサ、６……給電
導波管、７……テーパー付リッジ、８……支台、９……
ベアリング。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】２個の導波管スロットアンテナユニットの
   スロット面を揃えて、中心距離が約２分の１波長となる
   ようにスタックし、各アンテナユニットを貫通して４分
   の３波長の給電プローブを設けると共に、各アンテナユ
   ニットの給電プローブから同距離にあるスロットの傾斜
   方向を逆にすることを特徴とする導波管スロットアンテ
   ナ。