JPS6230409A - スロツト・アレ−・アンテナ装置 - 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］ 本発明はスロット・アレー・アンテナ装置に関するもの
で、とくに共振型スロット導波管を用いた平面状スロッ
ト・アレー・アンテナであって、二端共振型スロット・
アレー給電装置を具備するものに関する。

［従来の技術］ 従来は、スロット・アレー・アンテナは一端給電方式を
用いて、その給電を行なっていた。この方式においては
、導波管の一端部を介して給電が行なわれると、該導波
管の他端部に導波管短絡面が形成されて、導波管内に定
在波が発生する。この定在波のパターンにおける適宜の
複数の点くそれぞれ電圧または電流の波高値に対応する
点）には、並列スロットまたは直列スロットを配置して
、適正な振幅および位相をもった放射を行なわせるよう
にしている。この場合、ある周波数帯域にわたって導波
管内の定在波パターンが前記スロットの形成個所により
変動し、その結果スロットの蚤幅および位相に誤差が生
ずる。こうした誤差の大きさは、設計中心周波数からの
変動ｍに比例して増大するが、前記導波管の長さ、ひい
ては前記スロットの形成数に応じても増加する。なお、
一端給電方式においては、導波管のスロットを４個以上
とした場合、利用可能な帯域幅は±１％程度である。

一端給電方式における帯域幅特性を向上させるためには
、Ｅ面Ｔ接合やＨ面Ｔ接合を用いた給電方式がこれまで
採用されてきた。このうち、まずＥ面Ｔ接合を用いた給
電方式は、要するに２個の一端給電装置の各給電点をＥ
面導波管Ｔ接合により互いに結合したもので、これら２
−の一端給電装置の各々と関連する導波管長（およびス
ロット数）を減少させることによる改善効果が得られる
。

しかしながらこうしたＥ面給電方式においては、スロッ
ト間の間隔を均等に保つために、１個のスロットをＥ面
Ｔ接合部の直下に配置しなければならないという問題が
ある。このような位置におけるスロットは、Ｅ面Ｔ接合
部に対する相互結合効果のために、広い周波数帯域にわ
たって位相や振幅に変動を生じさせ、これが当該アレー
中の他のスロットにおける位相や振幅と相当に異なった
ものとなる。このように、Ｅ面給電部直下のスロットに
おける位相や振幅が相当具ったものとなるため、Ｅ面Ｔ
接合を用いることにより本来骨られる筈の帯域幅上の利
点が、はとんど相殺されてしまう結果となる。

上記のような１面（直列）■接合に代えてＨ面（並列）
Ｔ接合を用いることにより、スロット導波管に対する給
電点は上述のようにスロット直下にこれを位置させる代
りに、２個のスロット間の途中に設けることが可能とな
る。しかしながら、（導波管遮断効果が生ずるのを避け
るためには）Ｈ面給電部はその幅を１／２波長としなけ
ればならないので、該給電部がその近傍における２個の
スロットと結合することになって、Ｅ面給電方式とした
場合と木質的に同等の帯域幅上の制約が課される結果と
なる。

大型アレー・アンテナの場合、給電マニホルドの複雑度
を適当な限界内に収める必要上、上記方式のうち何れか
を用いて、帯域幅を２．５％以下とするのが通常であっ
た。また開口照射の振幅および位相は、中心周波数のプ
ラス１％で著しく劣化しはじめる、なお、共振型導波管
アレイの一端給電方式については、アンテナに関する多
数の著作物に記述されているが、さらに詳細に述べてい
るものとしては例えばジョンソン（Ｊｏｈｎｓｏｎ　）
およびジエイシク（Ｊａｓｉｋ　）の［アンテナ工学ハ
ンドブック］　（＾ｎｔｅｎｎａ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉ
ｎｇ　１ｌａｎｄｂｏｏｋ）、第２版第９章（１９８４
年および１９６１年）にその記載がある。

添付図面の第１図は平面状スロット・アレー・アンテナ
１０の一般的な構造を示すもので、このスロット・アレ
ー・アンテナ１０は、偏波板１２と、長手方向並列スロ
ット板１４と、回転直列スロット板１６と、給電マニホ
ルド１８とを有し、直列導波管により１列の直列スロッ
ト１７を励振することによって、マイクロ波ＲＦエネル
ギを並列導波管内に結合させるようにしである。（ただ
し、これら直列導波管素子は上記直列スロット板１６の
裏側に設けであるため、この図面では見えない。）また
並列導波管は並列スロワ＋を励振するものであり、これ
らの並列スロットは放射素子としてはたらく、なお上記
スロットはすべて、同一の導波管から給電される相隣る
スロットから１／２導波管波長くλｇ／２）だけ隔てで
ある。

第２ａ図は直列スロット用の導波管給電システムの従来
例を示すものである。直列スロット導波管２４の各々は
、給電マニホルド１８により、その一端部に給電される
。直列スロットを適正に励振するのに必要な定在波は、
導波管の反対端の導波管の短絡壁２３により生成される
。なお、使用目的によっては、可変位相シフタ２２を追
加使用して当該アンテナの放射パターンを走査するよう
にしてもよい。

さらに他の形式の従来技術において、直列スロットアン
テナは第２ｂ図に示すように給電される。

この例では、Ｅ面導波管Ｔ接合１００がらのＲＦエネル
ギがＥ面Ｔ接合部１１４及び１１６を介して２個の直列
スロット導波管１０２及び１０４に分割される。これら
の導波管１０２．１０４の外側端における短絡壁１０６
により適宜の定在波が生成されて、直列スロット１０８
，１１０．１１２等によりアンテナの正面にＲＦエネル
ギが結合される。この定在波を適正なものとするために
は、上記導波管短絡壁１０６は図示のように最端部のス
ロットから１／２波長（λｇ／２）だけ隔たっているこ
とが必要である。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記導波管１０２．１０４の反対側の端面における導波
管短絡壁も、上記同様λ９／２の間隔を必要とするもの
ではあるが、実際には、図から判るように、これらの各
短絡壁に対してはわずかに１／４波長分の空間を利用で
きるにすぎない（これはアレーグリッドの構成上、λｇ
／２の直列スロット開隔を常に確保しておく必要がある
ことによる）。このため従来のアンテナにおいては、折
返し短絡部１１８を設けて角度１８０°のＥ面一がりを
形成することによって、短絡壁と最端部スロットとの間
に必要なλ９／２の間隔を得るようにしている。こうし
た折返し短絡部構造は、本来の導波管短絡回路を近似的
に実現するものに過ぎず、その結果得られるアレーの周
波数帯域幅は限られたものであり、当該アンテナの製作
および組立て上、様々な問題を提起することになる。

前記スロットのうち、とくに図示スロット１１０．１１
２はＥ面■接合部１１４．１１６の直下にそれぞれ位置
しており、このため各Ｔ接合部に対して直接結合効果を
示すことになって、これらのスロット１１０．１１２に
ついて位相および振幅上の誤差が生ずる結果となる。か
くしてこのようなスロット１１０，１１２の存在もまた
、当該アンテナにおける使用帯域幅に制約を加える別の
要因となるのである。

［発明の目的］ かくて本発明の目的は、周波数帯域幅を実質的に増大さ
せたスロット・アレー・アンテナ装置を提供することに
ある。

本発明の第２の目的は、スロット・アレー・アンテナの
帯域幅特性を一端給電方式を用いた場合にくらべて実質
的に向上させるようにした給電方式を提供することにあ
る。

本発明の第３の目的は、スロット・アレー・アンテナの
開口照射の振幅および位相精度を実質的に向上させるこ
とにある。

［問題点を解決しようとするための手段］このようなら
目的を達成づべく本発明は、直列スロットの給電にも並
列スロットの給電にも適用可能な二端共振スロット・ア
レー給電方式を具備するスロット・アレー・アンテナ装
置を提供するものであり、１／２導波管波長の間隔をも
って相隔てた並列もしくは直列スロットをそなえた共振
導波管部に対して、その両端から給電ないし励振を行な
うようにしたものである。

［実施例］ 以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第３ａ図および第３ｂ図は本発明によるアンテナ装置の
一実施例における二端直列スロット給電方式２６を示す
もので、この二端直列スロット給電方式２６は、Ｅｉｉ
ｉＴ接合２８（第３ａ図）あるいは１」面Ｔ接合３０（
第３ｂ図）としたＴ接合部と、一対の導波管部３２．３
４と、同じく一対のＥ面導波管曲がり部３６．３８とか
らなっている。

上記一対の導波管部３２．３４および一対のＥ面導波管
曲がり部３６．３８は、セプタム（隔壁部）４０によっ
て形成されるものである。このセプタム４０は導波管４
２を異通して、すべて（ｎ個）のスロット４４をＴ接合
部２８／３０から分離する。上記一対のＥ面導波管曲が
り部３６．３８は、このセプタム４０の両端と導波管４
２の両端面との間のスペースにより形成され、このスペ
ースによって前記一対の導波管部３２．３４を互いに結
合している。なお該セプタム４０の厚みは導波管波長よ
りもこれをはるかに小さくすることによって、当該アン
テナの全体の厚みが最小限のもので済むようにする。ま
た上記スロット４４の直列抵抗値は導波管入力部５０に
対してインピーダンスマツチングが得られるようにこれ
を選定する。

以上の記載から理解されるように、本発明によるアンテ
ナ装δにおける二端給電型スロット・アレー給電方式の
典型的な設計条件は下記の通りである。

１、Ｈ面またはＥ面下接合部はセプタムによりこれをス
ロットから分離する。その際、Ｅ面Ｔ接合部（第３ａ図
）は直列スロットの上方に位置させ、また１−１面Ｔ接
合部（第３ｂ図）は２個の直列スロットの中間点に位置
させる。

２、一端給電ユニットにおける計ｎ個の直列スロットの
正規化共振スロット抵抗の和は、これを２とする。

３、導波管のループ長はこれをほぼｎλｊとする。

４、　ｎ　　＞　ｎ　２としたとき、ｎ１個の直列スロ
ットからなるアレーと０２個の直列スロットからなるア
レーのＴ接合部入力部に結合する導波管の長さは（ｎ　
　−ｎ２）λ９／２でなければならない。

５、８面Ｔ接合部にしても、あるいはＥ面Ｔ接合部にし
ても、そのオフセット量は±ｏ、ｏｉ％λ９を越えては
ならない。

次に上述のように構成した本発明によるアンテナ装置に
おける二端給電方式について、理想的なト１面曲がりお
よび同じく理想的なＥ面曲がりを用いた８直列スロット
導波管を理論的に分析することにより、その性能の向上
度を示すこととする。

ただし、スロットはすべて同等なものとし、またその正
規化抵抗値は０．２５とする。理想的な電流と比較した
放射電流分布を第５ａ図および第５ｂ図に示す。この１
１ｉ射電流は、中心周波数から±１．８％の範囲内でず
れていることが、計算の結果判明している。対称型のカ
ーブはＴ接合部を中心に配置した場合の計ｎ結果を示す
ものであり、また非対称型のカーブで示すものはＴ接合
部を中心から１／２導波管、波長だけずらした点に配置
した場合の計膵結果である。なお、放射電流の振幅や位
相の変動は、３．６％帯域幅にわたる対称型給電パター
ンとしたとき、それぞれわずか０．１６ｄＢ、３．５°
である。このような放射電流分布の変動は、■接合部の
オフセットｍをλび／２とすると、振幅および位相につ
いてそれぞれ０．４４ｄＢ、１３°に増大する。

次に一端給電方式と二端給電方式について、それぞれ８
スロツト・アレーとした場合の理論的特性を比較した結
果を第１表に示す。この第１表は、３．６％帯域幅以内
の８スロツト給電に対する放射電流分布と入力電圧定在
波比（ＶＳＷＲ）についての一端部直列スロット給電方
式と二重端部直列スロット給電方式を比較して示したも
ので、ここに示した数値は、３．６％帯域幅について計
算した結果得られたものである。この表から、二端給電
方式は一端給電方式にくらべて、帯域幅特性が向上して
いることが明らかである。

（制作例） 本発明のアンテナ装置に適用される第４ａ図のＥ面導波
管曲がり部、および第４ｂ図のＨ面導波管曲がり部を有
する二端直列スロット給電方式を製作した。その際、導
波管部としては１６．５ギガヘルツの中心周波数とし、
スロットは不均一のスロットを８個とした。導波管４２
（第４ａ図）の寸法は１２．５９８Ｍ　（０，４９８イ
ンチ）×３．９３７順（０，１５５インチ）とした。Ｅ
面導波管曲がり部としては、前記セプタム４０の厚みｔ
を０．８１３ｊ１１１（０，０３２インチ）とし、間隔
Ｗは４．４９６ｍ＋（０，１７フインチ）とした。また
Ｅ面Ｔ接合部（第４ｂ図）としては、入力部の幅を１２
．５９８Ｍｍ　（０，４９６インチ）とし、同調スタブ
の高さを０．６３５履（０，０２５インチ）とし、直径
を３．５０５１１ＩＩ（０，１３８インチ）として導波
管部３２の端部から１６．１８０履（０，６３フインチ
）の個所に位置させた。また導波管部３２０幅は１２．
５９８Ｍｍ（０，４９６）インチとし、Ｔ型マツヂング
ベーン５４は入力部５０に対して中心配置とした。この
Ｔ型マツチングベーン５４の長さは５．６３９ｍ（０，
２２２インチ）、厚みは０．７６２ｍ（０，０３０イン
チ）とした。テストの結果、Ｅ面導波管曲がり部の電圧
定在波比■ＳＷＲは６％の帯域幅に対して１．１０以下
であり、またｌ」面Ｔ接合部の入力ＶＳＷＲは同一の帯
域幅に対して１．１８以下であった。

個々のスロットからの出力電圧の振幅および位相の測定
結果を、第６ａ図および第６ｂ図に示す。

スロット出力電圧は、ＲＦエネルギを直列スロットを介
して結合させたそれぞれ一連の同一導波管群から測定し
たものである。

第６ａ図から、測定電圧振幅は広い周波数帯域にわたっ
て、−員して一様に分布していることがわかる。スロッ
ト２の長さはく製作誤差により）やや短かすぎるため、
振幅は低周波で降下している。また位相を示すカーブ（
第６ｂ図）はスロット３の位相を正規化する、すなわち
スロット３の位相−〇とすることにより得られたもので
ある。

第１のスロット以外はすべてのスロットが良好な平坦度
をもっているが、６％帯域幅に対する（１６．０ギガヘ
ルツにおける）＠大幅差量はわずかに１７度である。

スロットｎ、ｎ（ただしｎ　１＞　ｎ　２とする）のア
レイに相異なるスロット数とした２個の二端スロット・
アレー給電装置４２（第７図）はそのＴ接合部５０を導
波管部５６．５８に結合することが可能である。これら
導波管部５６．５８は給電マニホルド１８のエネルギ分
割部６ｏに結合されている。導波管をｎ２個のスロット
からなるアレーのＴ接合部入力に結合させるためには、
ｎｌ〉ｎ　として、ｎ　個および０２個の直列スロワト
からなる２個のアレー間には、（ｎ　　−ｎ２）λｇ／
２の導波管長が必要である。

［発明の効果］ 上述のように、本発明によるアンテナ１０は二端共振ス
ロット・アレー給電装置２６をもってその特徴とするも
ので、これにより共振スロット導波管を用いた平面状ア
レー・アンテナの帯域幅特性を向上させるものである。

この二端共振スロット・アレー給電装置２６は、Ｅ面Ｔ
接合２８またはＨ面下接合部３ｏとした１−接合部２８
／３０と、一対の導波管部３２．３４と、同じく一対の
Ｅ面導波管曲がり部３６．３８とを有し、該一対の導波
管部３２．３４はスロット導波管４２に設けたセプタム
４２により形成され、入力Ｔ接合部２８゜３０をスロッ
ト導波管のスロット４４から分離している。また上記セ
プタム４０の両端部４６，４８は、該導波管４２の両端
面とともにＥｉｉ導波管曲がり部３６．３８を形成する
。かくて、互いに対抗する進行波により直列スロット導
波管部５０の共振給電が行なわれることとなって、共振
短絡回路やキャビティ、あるいは折返し短絡回路を用い
ることが不要となる。さらに前記給電点と前記スロット
列との間に前記セプタムを形成することにより、Ｅ面下
接合部２８またはＨ面Ｔ）１合部３０の給電点５０の直
接近傍に位置する直列スロット４４が直接結合されるこ
とを防止されることになる（第３ａ図、第３ｂ図）。

［開示の要点］ 以上の説明にＷＡＭしてさらに以下の項を開示する。

（１）　　共振スロット導波管部と、該共振スロット導
波管部の両端からそれの複数のスロットにＲＦエネルギ
を給電するために該共振スロット導波管部に作動的に接
続された二端共振スロット・アレー給電部とを含むこと
、を特徴とするスロット・アレー・アンテナ装置。

（２）　　前記二端共振スロット・アレー給電装置は、
ＲＦエネルギを受は取るＴ接合部と、このＴ接合部に結
合して前記ＲＦエネルギを受は取る導波管部と、前記導
波管部および前記スロット導波管部と結合して該導波管
部の両端から該スロット導波管部のスロットにＲＦエネ
ルギを給電するようにした複数個の導波管曲がり部とか
らなり、互いに対抗する進行波により直列スロット導波
管の共振給電を行なうことにより、共振短絡回路やキャ
ビティ、あるいは折返し短絡回路を用いることを不要に
した上記（１）記載のアンテナ装置。

（３）　　前記Ｔ接合部はこれをＥ画工接合部とした上
記（２）記載のアンテナ装置。

（４）　　前記Ｔ接合部はこれを１」面Ｔ接合部とした
上記（２）記載のアンテナ装置。

（５）■接合部と、スロット導波管と、このスロット導
波管を第１および第２の導波管ループ形成部に分割する
セプタムとを有し、前記Ｔ接合部はこれを前記第１の導
波管形成部に結合して前記セプタムにより複数個のスロ
ットが前記Ｔ接合部から直接ＲＦエネルギを受は取るこ
とのないようにするとともに、前記セプタムは前記第１
および第２の導波管形成部とともに導波管ループ用の端
部導波管曲がり部を形成することにより、前記Ｔ接合部
に入るＲＦエネルギが前記第１の導波管形成部を流れる
ようにし、さらに前記給電点と前記スロット列との間に
前記セプタムを形成することにより、Ｅ面またはＨ面給
電点の直接近傍に位置する直列スロットが直接結合され
ることを防止するにうにしたことを特徴とするアンテナ
装置。

（６）　　前記Ｔ接合部はこれを前記第１の導波管形成
部上に配置したＥ面Ｔ接合部として、前記スロット導波
管部の２個のスロット間の垂直面から最大約±０．０１
λ９だけオフセットさせた上記（５）記載のアンテナ装
置。

（７）　　前記Ｔ接合部はこれを前記第１の導波管形成
部の側部に配置したＨ面Ｔ接合部として、前記スロット
導波管部の２個のスロット間の垂直面から最大約±０．
０１λシだけオフセットさせた上記（５）記載のアンテ
ナ装置。

（８）　　前記導波管のループ長はこれをｎｌグとした
上記（５）記載のアンテナ装置。

（９）　　前記複数個のスロットはこれを直列スロット
として、その正規化共振スロット抵抗を約２とした上記
（５）記載のアンテナ装置。

（１０）前記入力はこれをＨ面下接合部とし、前記導波
管曲がり部はこれをＥ面端部曲がり部とした上記（５）
記載のアンテナ装置。

（１１）ａ）Ｉ（Ｆエネルギ出力を偏波させる偏波子と
、ｂ）この偏波子の結合して該偏波子を介してエネルギ
を放射させるようにした長手方向並列スロット板と、 Ｃ）この長手方向並列スロット板に結合してこれにＲＦ
エネルギを給電し、縦列に配置したスロットを有する回
転直列スロット板と、 ｄ）この回転直列スロット板の第１および第２のスロッ
ト縦列とそれぞれ結合し、第１および第２の入力Ｔ接合
部を有する第１および第２の二端スロット・アレー給電
部と、 ｅ）該第１および第２の入力Ｔ接合部に結合して、ｎ　
１　＞　ｎ　２としたときそれぞれｎ１個およびｎ２個
のスロワ１−からなる前記第１および第２のスロット縦
列にＲＦエネルギを給電するようになされたマニホルド
とからなり、このマニホルドはエネルギ分割部と、この
エネルギ分割部に結合した第１および第２の導波管部を
有し、前記第２の導波管部はこれを（ｎｌ−ｎｌ）λｇ
／２の長さとした前記第２の縦列（ｎｌ）に結合されて
成ることを特徴とするアンテナ装置。

以上本発明の着想を具現した実施例につき説明して、本
発明の構成及び作用効果を明らかにしたが、本発明によ
るスロット・アレー・アンテナ装置は、これらの実施例
に対して適宜の技術手段の追加ないし変更を行なうこと
によって、これを更に改良して実施してよいことはいう
までもない。

例えば、直列スロット素子の給？４は方形導波管の広い
壁面に対して行なう、ものとして記載してきたが、本発
明は任意の断面形状とした導波管に形成された並列およ
び８面スロットに適用することも可能である。

さらに、本発明によるスロット・アレー・アンテナはこ
れをもっばら送信用アンテナとして記載してきたが、本
発明によるアンテナは送信用にも受信用にも、同等の動
作特性をもってこれを用いることが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はスロット・アレー・アンテナを示す分解斜視図
、第２ａ図および第２ｂ図はスロット・アレー導波管ア
ンテナの従来例を示す平面図および斜視図、第３ａ図お
よび第３ｂ図はそれぞれ、Ｅ面Ｔ接合部給電部およびＨ
面Ｔ接合部給電部を用いた本発明によるアンテナ装置の
第１及び第２実施例における各二端直列スロット給電装
置を示す斜視図、第４ａ図および第４ｂ図はＥ面導波管
曲がり部を示す概略側面図ならびにこのＥ面導波管曲が
り部とマツチするＴ接合部を示す概略上面図、第５ａ図
および第５ｂ図はそれぞれ本発明を用いた８スロット導
波管部の放射電流振幅および同じく本発明を用いた８ス
ロット導波管部の放射電流位相を示す図、第６ａ図およ
び第６ｂ図は５スロット・アレーのスロット３と比較し
た場合の測定出力電圧振幅およびスロット出力電圧位相
（単位は度）を示す図、第７図は二端直列スロット給電
装置を２個組み合せた構成を具備する本発明のアンテナ
装置の第３の実施例を示す図である。 ２６・・・二端直列スロット給電装置、２８・・・Ｅ面
Ｔ接合部、 ３０・・・Ｈ面Ｔ接合部、 ３２．３４・・導波管部、 ３６．３８・・導波管曲がり部、 ４０・・・セプタム、 ４２・・・導波管、 ４４・・・スロット、 ５０・・・導波管入力部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　共振スロット導波管部と、該共振スロット導波管部の
   両端からその複数のスロットにＲＦエネルギを給電する
   ために該共振スロット導波管部に作動的に接続された二
   端共振スロット・アレー給電部とを含んで成ること、を
   特徴とするスロット・アレー・アンテナ装置。