JP2020115619A - Waveguide/transmission line converter, waveguide slot antenna and waveguide slot array antenna - Google Patents

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Abstract

To provide a waveguide-transmission line converter, a waveguide slot antenna, and a waveguide slot array antenna which inhibit the device size from being enlarged.SOLUTION: A waveguide-transmission line converter includes: a transmission line having a signal line 2 and a ground conductor 3; and a waveguide 11 having a part of the ground conductor 3 as the short-circuit surface. In the waveguide 11, a wide wall surface 11a is parallel to an extending direction of the signal line 2, an intersection part which intersects with the extending direction of the signal line 2 is provided on a short surface 11c, and a slot 4 is provided, whose both ends extend in the directions opposite to each other with respect to the extending direction of the signal line 2.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、伝送線路と導波管とを備えた導波管−伝送線路変換器と、導波管−伝送線路変換器を備えて構成された導波管スロットアンテナおよび導波管スロットアレーアンテナに関する。 The present invention relates to a waveguide-transmission line converter including a transmission line and a waveguide, and a waveguide slot antenna and a waveguide slot array antenna including the waveguide-transmission line converter. Regarding

導波管−伝送線路変換器は、導波管と伝送線路との間で高周波信号を伝送するために広く用いられている。導波管の端部で伝送線路に変換するエンドラウンチ型の変換器では、以下のような方法により変換を行うことが一般的である。すなわち、導波管の広壁面が伝送線路の延伸方向と垂直になるように、導波管と伝送線路とが配置される。そして、導波管端部に広壁面と長手方向が平行になるスロットが設けられ、スロットを介して導波管と伝送線路との変換が行われる（例えば、特許文献１参照）。 Waveguide-transmission line converters are widely used for transmitting high frequency signals between a waveguide and a transmission line. In an end launch type converter which converts a transmission line at the end of a waveguide, conversion is generally performed by the following method. That is, the waveguide and the transmission line are arranged so that the wide wall surface of the waveguide is perpendicular to the extending direction of the transmission line. Then, a slot whose longitudinal direction is parallel to the wide wall surface is provided at the end of the waveguide, and the waveguide and the transmission line are converted through the slot (for example, refer to Patent Document 1).

また、別の方法で変換する従来例では、以下のような構成のものもある。すなわち、導波管の端部に誘電体基板とビアとからなる誘電体導波管が設けられている。導波管の中心からオフセットした位置には、スロットが設けられている。導波管の広壁面に対してスロットの長手方向は、垂直になっている。さらに、伝送線路の信号線の延伸方向が導波管の広壁面と平行になるように、導波管と伝送線路とが配置されている。このような構成により、スロットと誘電体導波管を介して、導波管と伝送線路との変換が行われる（例えば、特許文献２参照）。 Further, in a conventional example in which conversion is performed by another method, there is a configuration as described below. That is, the dielectric waveguide including the dielectric substrate and the via is provided at the end of the waveguide. Slots are provided at positions offset from the center of the waveguide. The longitudinal direction of the slot is perpendicular to the wide wall surface of the waveguide. Further, the waveguide and the transmission line are arranged such that the extending direction of the signal line of the transmission line is parallel to the wide wall surface of the waveguide. With such a configuration, the waveguide and the transmission line are converted via the slot and the dielectric waveguide (see, for example, Patent Document 2).

国際公開第２０１１／１０２３００号International Publication No. 2011/102300 特許第５３７７０７０号公報Japanese Patent No. 5377070

特許文献１では、導波管の端部において、導波管の広壁面と伝送線路の延伸方向とが垂直になるように、導波管と伝送線路が配置されている。従って、特許文献１に係る変換器は、導波管の広壁面の大きさに依存して、伝送線路の幅方向に大きい形状となる。この結果、伝送線路の延伸方向が平行になるように複数の変換器を配列する場合には、その最小間隔は、導波管の広壁の長さによって制限される。 In Patent Document 1, the waveguide and the transmission line are arranged such that the wide wall surface of the waveguide and the extending direction of the transmission line are perpendicular to each other at the end of the waveguide. Therefore, the converter according to Patent Document 1 has a large shape in the width direction of the transmission line depending on the size of the wide wall surface of the waveguide. As a result, when arranging a plurality of converters so that the extending directions of the transmission lines are parallel to each other, the minimum distance between them is limited by the length of the wide wall of the waveguide.

従って、特許文献１に係る変換器は、密な配置ができない構造となってしまい、装置の大型化を招いてしまう課題がある。さらに、変換器を備えたアレーアンテナを製作する場合には、装置の大型化に伴い、グレーティングローブという不要放射が発生し、放射特性が劣化する要因となる。 Therefore, the converter according to Patent Document 1 has a structure that cannot be densely arranged, which causes a problem of increasing the size of the device. Furthermore, when an array antenna including a converter is manufactured, unnecessary radiation called a grating lobe is generated as the size of the apparatus increases, which causes deterioration of radiation characteristics.

特許文献２に係る変換器では、導波管の広壁面と伝送線路の延伸方向とが平行になるように配置されている。このため、特許文献２に係る変換器は、特許文献１に係る変換器よりも密な配置が可能である。しかしながら、特許文献２に係る変換器では、変換のために形成されている誘電体導波管の広壁面が、伝送線路の延伸方向に対して垂直に配置されている。従って、特許文献２に係る変換器では、誘電体導波管のカットオフ周波数が高周波信号の周波数以下の範囲までしか、広壁面の大きさを小型化できない。 In the converter according to Patent Document 2, the wide wall surface of the waveguide is arranged so that the extending direction of the transmission line is parallel. Therefore, the converter according to Patent Document 2 can be arranged more densely than the converter according to Patent Document 1. However, in the converter according to Patent Document 2, the wide wall surface of the dielectric waveguide formed for conversion is arranged perpendicular to the extending direction of the transmission line. Therefore, in the converter according to Patent Document 2, the size of the wide wall surface can be reduced only to the range where the cutoff frequency of the dielectric waveguide is equal to or lower than the frequency of the high frequency signal.

本発明は、これらの課題を解決するためになされたものであり、装置サイズが大型化することを抑制することのできる導波管−伝送線路変換器、導波管スロットアンテナ、および導波管スロットアレーアンテナを得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve these problems, and a waveguide-transmission line converter, a waveguide slot antenna, and a waveguide that can suppress an increase in device size. The purpose is to obtain a slot array antenna.

本発明に係る導波管−伝送線路変換器は、信号線と地導体を有する伝送線路と、地導体の一部を短絡面とする導波管とを備え、導波管は、広壁面が信号線の延伸方向に平行であり、短絡面において信号線の延伸方向と交差する交差部分を有し、両端が信号線の延伸方向に対し、互いに逆向きに延びたスロットが設けられているものである。 A waveguide-transmission line converter according to the present invention includes a transmission line having a signal line and a ground conductor, and a waveguide having a part of the ground conductor as a short-circuit surface, and the waveguide has a wide wall surface. Parallel to the extending direction of the signal line, having a crossing portion that intersects with the extending direction of the signal line on the short-circuit surface, and is provided with slots whose opposite ends extend in opposite directions to the extending direction of the signal line. Is.

また、本発明に係る導波管スロットアンテナは、本発明に係る導波管−伝送線路変換器を備え、第２の導波管の１対の狭壁面のうち導波管と接続されていない狭壁面に、第２の導波管を流れる電流を遮るように放射スロットが設けられているものである。 The waveguide slot antenna according to the present invention includes the waveguide-transmission line converter according to the present invention, and is not connected to the waveguide of the pair of narrow wall surfaces of the second waveguide. The narrow wall surface is provided with a radiation slot so as to block a current flowing through the second waveguide.

さらに、本発明に係る導波管スロットアレーアンテナは、本発明に係る導波管スロットアンテナを複数備え、複数の導波管スロットアンテナが、それぞれの伝送線路の延伸方向が平行になるように配列されることで構成されたものである。 Furthermore, the waveguide slot array antenna according to the present invention includes a plurality of waveguide slot antennas according to the present invention, and the plurality of waveguide slot antennas are arranged so that the extension directions of the respective transmission lines are parallel. It is configured by being done.

本発明によれば、導波管の広壁面が伝送線路の延伸方向と平行になる構成を備えている。この結果、装置サイズが大型化することを抑制することのできる導波管−伝送線路変換器、導波管スロットアンテナ、および導波管スロットアレーアンテナを得ることができる。 According to the present invention, the wide wall surface of the waveguide is provided in parallel with the extending direction of the transmission line. As a result, it is possible to obtain a waveguide-transmission line converter, a waveguide slot antenna, and a waveguide slot array antenna that can suppress an increase in device size.

本発明の実施の形態１における導波管−伝送線路変換器の透視図である。FIG. 3 is a perspective view of the waveguide-transmission line converter according to the first embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態１における導波管−伝送線路変換器の上面図である。FIG. 3 is a top view of the waveguide-transmission line converter according to the first embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態１における導波管−伝送線路変換器の、図２に示したａ−ａ断面図である。FIG. 3 is a sectional view of the waveguide-transmission line converter according to the first embodiment of the present invention taken along the line aa shown in FIG. 2. 本発明の実施の形態１におけるマイクロストリップ線路の磁界分布を示した図である。FIG. 3 is a diagram showing a magnetic field distribution of the microstrip line according to the first embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態１におけるスロットの磁流を示した図である。FIG. 6 is a diagram showing magnetic currents in slots according to the first embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態１における方形導波管の基本モードの磁界分布を示した図である。FIG. 6 is a diagram showing a magnetic field distribution of a fundamental mode of the rectangular waveguide according to the first embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態１における信号線に、インピーダンス変成器を備えた場合のパターン図である。FIG. 5 is a pattern diagram when an impedance transformer is provided in the signal line according to the first embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態１における導波管−伝送線路変換器に適用されるスロットであり、図１とは異なるスロット形状を示した図である。It is a slot applied to the waveguide-transmission line converter in Embodiment 1 of the present invention, and is a diagram showing a slot shape different from that in FIG. 1. 本発明の実施の形態２における導波管−伝送線路変換器の透視図である。It is a perspective view of the waveguide-transmission line converter in Embodiment 2 of the present invention. 本発明の実施の形態３における導波管スロットアンテナの透視図である。FIG. 7 is a perspective view of a waveguide slot antenna according to a third embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態４における導波管スロットアレーアンテナの斜視図である。It is a perspective view of the waveguide slot array antenna in Embodiment 4 of the present invention.

以下、本発明の導波管−伝送線路変換器、導波管スロットアンテナ、および導波管スロットアレーアンテナの好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。なお、以下の説明では、導波管における端部の短絡面で伝送線路に変換するエンドラウンチ型の変換器のことを、単に「導波管−伝送線路変換器」と称して説明する。 Preferred embodiments of a waveguide-transmission line converter, a waveguide slot antenna, and a waveguide slot array antenna of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following description, an end launch type converter that converts into a transmission line at the short-circuited surface at the end of the waveguide will be simply referred to as a “waveguide-transmission line converter”.

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における導波管−伝送線路変換器の透視図である。図２は、本発明の実施の形態１における導波管−伝送線路変換器の上面図である。さらに、図３は、本発明の実施の形態１における導波管−伝送線路変換器の、図２に示したａ−ａ断面図である。実施の形態１に係る導波管−伝送線路変換器は、金属シャーシ１、信号線２、地導体３、スロット４、および誘電体基板５を含んで構成されている。 Embodiment 1.
1 is a perspective view of a waveguide-transmission line converter according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a top view of the waveguide-transmission line converter according to the first embodiment of the present invention. Further, FIG. 3 is a sectional view taken along the line aa shown in FIG. 2 of the waveguide-transmission line converter according to the first embodiment of the present invention. The waveguide-transmission line converter according to the first embodiment includes a metal chassis 1, a signal line 2, a ground conductor 3, a slot 4, and a dielectric substrate 5.

金属シャーシ１および地導体３により、導波管としての方形導波管１１が構成されている。また、信号線２、地導体３、および誘電体基板５を含んで、伝送線路としてのマイクロストリップ線路２１が構成されている。 The metal chassis 1 and the ground conductor 3 form a rectangular waveguide 11 as a waveguide. Further, the signal strip 2, the ground conductor 3, and the dielectric substrate 5 are included to form a microstrip line 21 as a transmission line.

ここで、方形導波管１１における広壁面１１ａとは、ｙ−ｚ平面に延びた壁面のことである。また、方形導波管１１における狭壁面１１ｂとは、ｘ−ｚ平面に延びた壁面のことである。さらに、方形導波管１１における短絡面１１ｃとは、図３に示したように、方形導波管１１の端部であり、地導体３と接続される面のことである。 Here, the wide wall surface 11a in the rectangular waveguide 11 is a wall surface extending in the yz plane. The narrow wall surface 11b of the rectangular waveguide 11 is a wall surface extending in the xz plane. Furthermore, the short-circuit surface 11c in the rectangular waveguide 11 is the end of the rectangular waveguide 11 and the surface connected to the ground conductor 3, as shown in FIG.

信号線２は、方形導波管１１の広壁面１１ａに平行、かつ方形導波管１１の短絡面１１ｃと平行な方向に延びている。信号線２の先端は、開放されている。図１〜図３では、詳細な図示を省略しているが、方形導波管１１は、＋ｚ方向に十分に長く、マイクロストリップ線路２１は、−ｙ方向に十分に長いものとする。 The signal line 2 extends in a direction parallel to the wide wall surface 11 a of the rectangular waveguide 11 and parallel to the short-circuit surface 11 c of the rectangular waveguide 11. The tip of the signal line 2 is open. Although not shown in detail in FIGS. 1 to 3, it is assumed that the rectangular waveguide 11 is sufficiently long in the +z direction and the microstrip line 21 is sufficiently long in the −y direction.

方形導波管１１の短絡面１１ｃは、地導体３の一部によって構成されている。方形導波管１１の短絡面１１ｃには、スロット４が設けられている。スロット４は、マイクロストリップ線路２１の延伸方向に対して垂直に交差する第１スロット部４１を有する。ここで、マイクロストリップ線路２１の延伸方向とは、信号線２の延伸方向、すなわち信号線２の長手方向に相当する。また、スロット４は、第１スロット部４１からマイクロストリップ線路２１の延伸方向に平行かつ互いに逆向きに延びた第２スロット部４２および第３スロット部４３を有している。 The short-circuit surface 11c of the rectangular waveguide 11 is formed by a part of the ground conductor 3. The slot 4 is provided on the short-circuit surface 11 c of the rectangular waveguide 11. The slot 4 has a first slot portion 41 that intersects perpendicularly with the extending direction of the microstrip line 21. Here, the extending direction of the microstrip line 21 corresponds to the extending direction of the signal line 2, that is, the longitudinal direction of the signal line 2. Further, the slot 4 has a second slot portion 42 and a third slot portion 43 that extend from the first slot portion 41 in parallel with the extending direction of the microstrip line 21 and in opposite directions.

そして、図２に示すように、ｘ軸方向に延びた第１スロット部４１の一端には、−ｙ方向に延びた第２スロット部４２が接続され、第１スロット部４１の他端には、＋ｙ方向に延びた第３スロット部４３が接続されている。 Then, as shown in FIG. 2, the second slot portion 42 extending in the −y direction is connected to one end of the first slot portion 41 extending in the x-axis direction, and the other end of the first slot portion 41 is connected to the other end thereof. , And the third slot portion 43 extending in the +y direction is connected.

さらに、第１スロット部４１は、誘電体基板５を挟んで信号線２と交差する交差部分を有するように配置されている。図２においては、この交差部分を黒で塗りつぶした領域として示している。すなわち、図１および図２に示したスロット４は、短絡面１１ｃにおいて信号線２の延伸方向と交差する交差部分を有するとともに、両端が信号線２の延伸方向に対し、互いに逆向きに延びて構成されている。 Further, the first slot portion 41 is arranged so as to have an intersecting portion that intersects the signal line 2 with the dielectric substrate 5 sandwiched therebetween. In FIG. 2, this intersecting portion is shown as an area filled with black. That is, the slot 4 shown in FIGS. 1 and 2 has an intersecting portion that intersects the extending direction of the signal line 2 on the short-circuit surface 11c, and both ends thereof extend in directions opposite to each other with respect to the extending direction of the signal line 2. It is configured.

次に、本実施の形態１における導波管−伝送線路変換器の動作について、詳細に説明する。図４は、本発明の実施の形態１におけるマイクロストリップ線路２１の磁界分布を示した図である。この図４は、先の図２におけるｂ−ｂ断面でのマイクロストリップ線路２１の磁界分布に相当する。 Next, the operation of the waveguide-transmission line converter according to the first embodiment will be described in detail. FIG. 4 is a diagram showing a magnetic field distribution of the microstrip line 21 according to the first embodiment of the present invention. FIG. 4 corresponds to the magnetic field distribution of the microstrip line 21 in the bb cross section in FIG.

また、図５は、本発明の実施の形態１におけるスロット４の磁流を示した図である。さらに、図６は、本発明の実施の形態１における方形導波管１１の基本モードの磁界分布を示した図である。マイクロストリップ線路２１に高周波信号が給電されると、図２に矢印で示した進行方向に高周波信号が伝搬する。この結果、図４に点線矢印として示すように、信号線２の周囲において回転した磁界が生じる。一方、スロット４は、方形導波管１１の短絡面１１ｃの電流を切る向きに配置されている。このため、スロット４においては、図５に矢印として示すような磁流が生じる。 Further, FIG. 5 is a diagram showing a magnetic current in the slot 4 in the first embodiment of the present invention. Further, FIG. 6 is a diagram showing the magnetic field distribution of the fundamental mode of the rectangular waveguide 11 in the first embodiment of the present invention. When the high frequency signal is fed to the microstrip line 21, the high frequency signal propagates in the traveling direction shown by the arrow in FIG. As a result, a rotating magnetic field is generated around the signal line 2 as shown by a dotted arrow in FIG. On the other hand, the slot 4 is arranged so as to cut off the current in the short-circuit surface 11c of the rectangular waveguide 11. Therefore, in the slot 4, a magnetic current as shown by an arrow in FIG. 5 is generated.

方形導波管１１の基本モードにおける磁界分布は、図６に示す通りであり、図５に示したスロット４の磁流と同じ成分を持つ。このため、方形導波管１１は、スロット４を介して、マイクロストリップ線路２１と結合する。従って、マイクロストリップ線路２１を伝搬してきた高周波信号を、大きな反射を生じることなく、方形導波管１１に伝搬させることが可能となる。 The magnetic field distribution in the fundamental mode of the rectangular waveguide 11 is as shown in FIG. 6 and has the same component as the magnetic current of the slot 4 shown in FIG. Therefore, the rectangular waveguide 11 is coupled to the microstrip line 21 via the slot 4. Therefore, the high frequency signal propagating through the microstrip line 21 can be propagated to the rectangular waveguide 11 without causing large reflection.

方形導波管１１の広壁面１１ａは、マイクロストリップ線路２１の延伸方向と平行である。このため、方形導波管１１の広壁面１１ａのサイズによって、信号線２の幅方向が大型化することがない。また、方形導波管１１の短絡面１１ｃに設けられたスロット４に関する、信号線２の幅方向の長さは、方形導波管１１の狭壁面１１ｂよりも短い。 The wide wall surface 11 a of the rectangular waveguide 11 is parallel to the extending direction of the microstrip line 21. Therefore, the size of the wide wall surface 11a of the rectangular waveguide 11 does not increase the width direction of the signal line 2. Further, the length in the width direction of the signal line 2 with respect to the slot 4 provided on the short-circuit surface 11c of the rectangular waveguide 11 is shorter than the narrow wall surface 11b of the rectangular waveguide 11.

従って、本実施の形態１に係る導波管−伝送線路変換器は、信号線２の延伸方向が平行となる方向に、互いに密に配列させることが可能であり、小型なエンドラウンチ型の導波管−伝送線路変換器を得ることができる。また、本実施の形態１に係る導波管−伝送線路変換器は、信号線２の延伸方向が平行となる方向に互いに密に配列可能であることから、アレーアンテナの給電回路として用いられた場合にも、グレーティングローブの発生しない放射パターンを得ることができる。 Therefore, the waveguide-transmission line converter according to the first embodiment can be densely arranged in the directions in which the extending directions of the signal lines 2 are parallel to each other, and a small end launch type conductor. A wave tube-transmission line converter can be obtained. In addition, the waveguide-transmission line converter according to the first embodiment can be densely arranged in the directions in which the extending directions of the signal lines 2 are parallel to each other, and thus is used as a feeding circuit for the array antenna. Also in this case, a radiation pattern in which no grating lobe is generated can be obtained.

実施の形態１において、マイクロストリップ線路２１は、先端が開放されており、オープンスタブとして動作している。ここで、マイクロストリップ線路２１において、誘電体基板５の波長短縮効果を考慮した波長をλｇとする。この場合、マイクロストリップ線路２１に関して、スロット４の中心位置から見て、０からλｇ／４の長さであれば、高周波信号に対して容量性を付加させることができ、λｇ／４からλｇ／２の長さであれば、高周波信号に対して誘導性を付加させることができる。この結果、導波管と伝送線路との整合を図ることが容易となる。 In the first embodiment, the microstrip line 21 has an open tip and operates as an open stub. Here, in the microstrip line 21, the wavelength in consideration of the wavelength shortening effect of the dielectric substrate 5 is set to λg. In this case, with respect to the microstrip line 21, if the length is 0 to λg/4 when viewed from the center position of the slot 4, it is possible to add capacitance to the high frequency signal, and λg/4 to λg/ With a length of 2, inductivity can be added to the high frequency signal. As a result, it becomes easy to match the waveguide and the transmission line.

なお、以上の説明では、マイクロストリップ線路２１をオープンスタブとして動作させているが、信号線２の先端を地導体３と短絡させて、マイクロストリップ線路２１をショートスタブとしても動作させてもよい。 Although the microstrip line 21 is operated as an open stub in the above description, the microstrip line 21 may be operated as a short stub by short-circuiting the tip of the signal line 2 with the ground conductor 3.

図７は、本発明の実施の形態１における信号線２に、インピーダンス変成器を備えた場合のパターン図である。信号線２に１／４λｇの長さのインピーダンス変成器６を備えることで、インピーダンスの実部を変換することができる。このような構成によっても、導波管と伝送線路との整合を図ることが容易となる。 FIG. 7 is a pattern diagram in the case where the signal line 2 according to Embodiment 1 of the present invention is provided with an impedance transformer. By providing the signal line 2 with the impedance transformer 6 having a length of ¼λg, the real part of the impedance can be converted. With such a configuration, it is easy to match the waveguide with the transmission line.

本実施の形態１では、伝送線路をマイクロストリップ線路２１としているが、マイクロストリップ線路２１の代わりに、伝送線路をサスペンデッド線路あるいは同軸線路としてもよい。サスペンデッド線路あるいは同軸線路を伝送線路として用いることにより、伝送線路における高周波信号の漏洩を防止することができる。また、誘電体基板５を排除した伝送線路を用いることで、変換に伴う電力損失を低減させることができる。 Although the transmission line is the microstrip line 21 in the first embodiment, the transmission line may be a suspended line or a coaxial line instead of the microstrip line 21. By using the suspended line or the coaxial line as the transmission line, it is possible to prevent the high-frequency signal from leaking in the transmission line. Further, by using the transmission line excluding the dielectric substrate 5, it is possible to reduce power loss due to conversion.

また、スロット形状は、図１に示したような形状には限定されない。図８は、本発明の実施の形態１における導波管−伝送線路変換器に適用されるスロット４であり、図１とは異なるスロット形状を示した図である。図１では、第１スロット部４１に対して、第２スロット部４２および第３スロット部４３を直角に組合せることで、方形導波管１１とマイクロストリップ線路２１とが結合しやすい形状のスロット４を構成していた。 Further, the slot shape is not limited to the shape shown in FIG. FIG. 8 shows a slot 4 applied to the waveguide-transmission line converter according to the first embodiment of the present invention, and is a view showing a slot shape different from that of FIG. In FIG. 1, by combining the second slot portion 42 and the third slot portion 43 at right angles to the first slot portion 41, a slot having a shape in which the rectangular waveguide 11 and the microstrip line 21 are easily coupled to each other. Made up four.

これに対して、図８に示すように、信号線２の延伸方向に対して１本のスロット４を斜めに交差させることによっても、方形導波管１１とマイクロストリップ線路２１を結合させやすくすることができる。また、図１において、スロット４は、直角でない角度で曲がるように形成されてもよく、Ｓ字のような曲線を描いていてもよい。 On the other hand, as shown in FIG. 8, the rectangular waveguide 11 and the microstrip line 21 can be easily coupled by crossing one slot 4 obliquely with respect to the extending direction of the signal line 2. be able to. Further, in FIG. 1, the slot 4 may be formed so as to be bent at an angle other than a right angle, and a curved line such as an S shape may be drawn.

すなわち、スロット４は、短絡面１１ｃにおいて信号線２の延伸方向と交差する交差部分を有するとともに、両端が信号線２の延伸方向に対し、互いに逆向きに延びて構成されていればよい。 That is, the slot 4 may have an intersecting portion that intersects with the extending direction of the signal line 2 on the short-circuit surface 11c, and both ends may be configured to extend in directions opposite to each other with respect to the extending direction of the signal line 2.

なお、実施の形態１では、信号線２、地導体３、および誘電体基板５によって構成されたマイクロストリップ線路２１を介して給電し、方形導波管１１に変換される例を示した。しかしながら、相反定理より、方形導波管１１から給電し、マイクロストリップ線路２１に変換されるようにすることもできる。 In the first embodiment, an example is shown in which power is supplied through the microstrip line 21 configured by the signal line 2, the ground conductor 3, and the dielectric substrate 5 and converted into the rectangular waveguide 11. However, according to the reciprocity theorem, it is also possible to feed power from the rectangular waveguide 11 and convert it into the microstrip line 21.

実施の形態２．
上述した実施の形態１では、マイクロストリップ線路２１から方形導波管１１に変換するエンドラウンチ型の導波管−伝送線路変換器について説明した。これに対して、本実施の形態２では、方形導波管１１に対して、第２の導波管に相当する方形導波管１２をさらに接続し、高周波信号を、マイクロストリップ線路２１から方形導波管１１を介して、方形導波管１２によって２分配する場合について説明する。 Embodiment 2.
In the first embodiment described above, the end launch type waveguide-transmission line converter for converting the microstrip line 21 into the rectangular waveguide 11 has been described. On the other hand, in the second embodiment, a rectangular waveguide 12 corresponding to a second waveguide is further connected to the rectangular waveguide 11, and a high frequency signal is transmitted from the microstrip line 21 to the rectangular waveguide. A case where the rectangular waveguide 12 is used to divide into two via the waveguide 11 will be described.

図９は、本発明の実施の形態２における導波管−伝送線路変換器の透視図である。ここで、方形導波管１１における接続面１１ｄとは、短絡面１１ｃと対向し、ｘ−ｙ平面に延びた面のことである。また、方形導波管１２における広壁面１２ａとは、ｙ−ｚ平面に延びた壁面のことである。また、方形導波管１２における狭壁面１２ｂとは、ｘ−ｙ平面に延びた壁面のことである。なお、以下では、方形導波管１２における一対の狭壁面１２ｂのうち、方形導波管１１と接続される側の面を接続面１２ｂ１と称し、接続面１２ｂ１と対向する側の面を対向面１２ｂ２と称して説明する。 FIG. 9 is a perspective view of a waveguide-transmission line converter according to the second embodiment of the present invention. Here, the connection surface 11d of the rectangular waveguide 11 is a surface that faces the short-circuit surface 11c and extends in the xy plane. The wide wall surface 12a of the rectangular waveguide 12 is a wall surface extending in the yz plane. The narrow wall surface 12b of the rectangular waveguide 12 is a wall surface extending in the xy plane. In the following, of the pair of narrow wall surfaces 12b of the rectangular waveguide 12, the surface on the side connected to the rectangular waveguide 11 is referred to as the connection surface 12b1, and the surface on the side facing the connection surface 12b1 is the opposing surface. 12b2 will be described.

本実施の形態２に係る導波管−伝送線路変換器は、方形導波管１１の接続面１１ｄに、方形導波管１２が、一対の狭壁面１２ｂのうちの接続面１２ｂ１側によって接続されている。従って、方形導波管１１における１対の広壁面１１ａのそれぞれは、方形導波管１２における１対の広壁面１２ａのそれぞれと面一となっている。 In the waveguide-transmission line converter according to the second embodiment, the rectangular waveguide 12 is connected to the connecting surface 11d of the rectangular waveguide 11 by the connecting surface 12b1 side of the pair of narrow wall surfaces 12b. ing. Therefore, each of the pair of wide wall surfaces 11 a of the rectangular waveguide 11 is flush with each of the pair of wide wall surfaces 12 a of the rectangular waveguide 12.

方形導波管１１には、方形導波管１２との接続面１１ｄに、１対の障壁１１ｅが設けられている。より具体的には、１対の障壁１１ｅは、方形導波管１１を構成する１対の広壁面１１ａのそれぞれにおいて、方形導波管１２と接続する接続面１１ｄを跨ぐ位置に１つずつ設けられている。ここで、１対の障壁１１ｅは、方形導波管１１の内部に向かって凸形状となっている。 The rectangular waveguide 11 is provided with a pair of barriers 11e on the connection surface 11d with the rectangular waveguide 12. More specifically, the pair of barriers 11e is provided on each of the pair of wide wall surfaces 11a forming the rectangular waveguide 11 at a position straddling the connection surface 11d connected to the rectangular waveguide 12. Has been. Here, the pair of barriers 11 e is convex toward the inside of the rectangular waveguide 11.

一方、方形導波管１２には、障壁１２ｅが設けられている。より具体的には、障壁１２ｅは、方形導波管１２を構成する１対の狭壁面１２ｂのうち、方形導波管１１と接続されていない狭壁面に相当する対向面１２ｂ２に設けられている。ここで、障壁１２ｅは、方形導波管１２の内部に向かって凸形状となっている。 On the other hand, the rectangular waveguide 12 is provided with a barrier 12e. More specifically, the barrier 12e is provided on the facing surface 12b2 corresponding to the narrow wall surface that is not connected to the rectangular waveguide 11 among the pair of narrow wall surfaces 12b forming the rectangular waveguide 12. .. Here, the barrier 12e has a convex shape toward the inside of the rectangular waveguide 12.

次に、実施の形態２における導波管−伝送線路変換器の動作について詳細に説明する。高周波信号がマイクロストリップ線路２１に給電され、方形導波管１１に伝搬されるまでの動作は、先の実施の形態１と同様である。方形導波管１１は、方形導波管１２における１対の狭壁面１２ｂのうちの接続面１２ｂ１に接続されている。このため、方形導波管１１を伝搬した高周波信号が、方形導波管１１の電界成分に平行な方向で２分配され、方形導波管１２に伝搬される。 Next, the operation of the waveguide-transmission line converter according to the second embodiment will be described in detail. The operation until the high frequency signal is fed to the microstrip line 21 and propagated to the rectangular waveguide 11 is the same as that in the first embodiment. The rectangular waveguide 11 is connected to the connection surface 12b1 of the pair of narrow wall surfaces 12b of the rectangular waveguide 12. Therefore, the high-frequency signal propagating through the rectangular waveguide 11 is split into two in the direction parallel to the electric field component of the rectangular waveguide 11 and propagated to the rectangular waveguide 12.

障壁１１ｅは、方形導波管１１の電界強度が強い箇所に設けられている。このため、障壁１１ｅは、高周波信号に対して容量性を付加する整合素子として動作する。また、障壁１２ｅは、方形導波管１２の磁界強度が強い箇所に設けられている。このため、障壁１２ｅは、高周波信号に対して誘導性を付加する整合素子として動作する。 The barrier 11e is provided at a place where the electric field strength of the rectangular waveguide 11 is strong. Therefore, the barrier 11e operates as a matching element that adds capacitance to the high frequency signal. Further, the barrier 12e is provided at a location where the magnetic field strength of the rectangular waveguide 12 is strong. Therefore, the barrier 12e operates as a matching element that adds inductivity to the high frequency signal.

これら障壁１１ｅおよび障壁１２ｅの大きさにより、高周波信号の整合調整を容易に行うことができる。この結果、方形導波管１１を伝搬した高周波信号は、反射を生じることなく、方形導波管１２に伝搬することが可能となる。 The size of the barriers 11e and 12e facilitates matching adjustment of high frequency signals. As a result, the high frequency signal propagating through the rectangular waveguide 11 can be propagated through the rectangular waveguide 12 without reflection.

また、本実施の形態２において、方形導波管１２は、狭壁面１２ｂである接続面１２ｂ１で方形導波管１１に接続されている。このため、方形導波管１２の広壁面１２ａの大きさに依存して、信号線２の幅方向へサイズが大型化してしまうことがない。したがって、方形導波管１１の先端である接続面１１ｄに方形導波管１２の接続面１２ｂ１を接続した構成においても、信号線２の幅方向に密に配列可能であり、小型なエンドラウンチ型の導波管−伝送線路変換器を得ることができる。 Further, in the second embodiment, the rectangular waveguide 12 is connected to the rectangular waveguide 11 at the connection surface 12b1 which is the narrow wall surface 12b. Therefore, the size of the signal line 2 in the width direction does not increase depending on the size of the wide wall 12a of the rectangular waveguide 12. Therefore, even in the configuration in which the connecting surface 12b1 of the rectangular waveguide 12 is connected to the connecting surface 11d that is the tip of the rectangular waveguide 11, it is possible to densely arrange the signal lines 2 in the width direction, and a small end launch type. The waveguide-transmission line converter can be obtained.

実施の形態３．
先の実施の形態２では、方形導波管１１に方形導波管１２を接続し、高周波信号を２分配する形態について説明した。これに対して、本実施の形態３に係るエンドラウンチ型の導波管−伝送線路変換器では、放射スロットをさらに備えることで導波管スロットアンテナとして機能させる場合について説明する。 Embodiment 3.
In the second embodiment described above, a mode in which the rectangular waveguide 12 is connected to the rectangular waveguide 11 and the high frequency signal is divided into two has been described. On the other hand, in the end launch type waveguide-transmission line converter according to the third embodiment, a case where the end launch type waveguide-transmission line converter further functions as a waveguide slot antenna will be described.

図１０は、本発明の実施の形態３における導波管スロットアンテナ３１の透視図である。図１０に示した導波管スロットアンテナ３１は、先の図９に示した構成の導波管−伝送線路変換器において、方形導波管１２に放射スロット９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄをさらに設けた構成となっている。すなわち、方形導波管１２は、障壁１２ｅが設けられている狭壁面１２ｂに相当する対向面１２ｂ２に、複数の放射スロット９ａ〜９ｄを有している。 FIG. 10 is a perspective view of waveguide slot antenna 31 in accordance with the third exemplary embodiment of the present invention. The waveguide slot antenna 31 shown in FIG. 10 is different from the waveguide-transmission line converter having the configuration shown in FIG. 9 in that the rectangular waveguide 12 is further provided with radiation slots 9a, 9b, 9c, 9d. It has been configured. That is, the rectangular waveguide 12 has a plurality of radiation slots 9a to 9d on the facing surface 12b2 corresponding to the narrow wall surface 12b provided with the barrier 12e.

複数の放射スロット９ａ〜９ｄは、方形導波管１２の管内波長の約１／２の長さで形成されている。また、放射スロット９ｂ、９ｃは、同一の方向に傾き、それぞれ、方形導波管１２の中心から管内波長の約１／４の距離に配置されている。 The plurality of radiation slots 9a to 9d are formed with a length of about 1/2 of the guide wavelength of the rectangular waveguide 12. The radiation slots 9b and 9c are inclined in the same direction, and are arranged at a distance of about ¼ of the guide wavelength from the center of the rectangular waveguide 12, respectively.

一方、放射スロット９ａは、放射スロット９ｂから管内波長の約１／２の距離に配置され、同様に、放射スロット９ｄは、放射スロット９ｃから管内波長の約１／２の距離に配置されている。方形導波管１２の一方の端部は、放射スロット９ａから管内波長の約１／４離れた位置で短絡され、同様に、方形導波管１２の他方の端部は、放射スロット９ｄから管内波長の約１／４離れた位置で短絡されている。 On the other hand, the radiation slot 9a is arranged at a distance of about 1/2 of the guide wavelength from the radiation slot 9b, and similarly, the radiation slot 9d is arranged at a distance of about 1/2 of the guide wavelength from the radiation slot 9c. .. One end of the rectangular waveguide 12 is short-circuited at a position separated from the radiation slot 9a by about 1/4 of the guide wavelength, and similarly, the other end of the rectangular waveguide 12 is guided from the radiation slot 9d to the guide slot. They are short-circuited at a position about 1/4 of the wavelength apart.

次に、本実施の形態３における導波管スロットアンテナの動作について、詳細に説明する。高周波信号がマイクロストリップ線路２１に給電され、方形導波管１１および方形導波管１２に伝搬されるまでの動作は、上述した実施の形態２と同様である。方形導波管１２に伝搬された高周波信号は、方形導波管１２内で定在波を発生させる。 Next, the operation of the waveguide slot antenna according to the third embodiment will be described in detail. The operation until the high-frequency signal is fed to the microstrip line 21 and propagated to the rectangular waveguide 11 and the rectangular waveguide 12 is the same as in the second embodiment described above. The high frequency signal propagated to the rectangular waveguide 12 generates a standing wave in the rectangular waveguide 12.

複数の放射スロット９ａ〜９ｄは、約１／２λ間隔で定在波の腹となる部分に位置し、方形導波管１２を流れる高周波電流を遮るように備えられている。このため、複数の放射スロット９ａ〜９ｄは、アンテナ利得の高い電波を放射することが可能である。このような構成を備えることで、マイクロストリップ線路２１の幅方向において、小型な導波管スロットアンテナを得ることができる。 The plurality of radiating slots 9a to 9d are located at antinodes of standing waves at intervals of about 1/2λ, and are provided so as to block a high frequency current flowing through the rectangular waveguide 12. Therefore, the plurality of radiation slots 9a to 9d can radiate a radio wave having a high antenna gain. With such a configuration, a small waveguide slot antenna can be obtained in the width direction of the microstrip line 21.

実施の形態４．
上述した実施の形態３では、導波管スロットアンテナ３１の基本構成を示した。これに対して、本実施の形態４では、導波管スロットアンテナ３１を、複数配列し、導波管スロットアレーアンテナを構成する場合について説明する。 Fourth Embodiment
In the third embodiment described above, the basic configuration of the waveguide slot antenna 31 is shown. On the other hand, in the fourth embodiment, a case will be described in which a plurality of waveguide slot antennas 31 are arranged to form a waveguide slot array antenna.

図１１は、本発明の実施の形態４における導波管スロットアレーアンテナの斜視図である。本実施の形態４では、上述した実施の形態３の導波管スロットアンテナ３１を複数備え、マイクロストリップ線路２１の延伸方向が平行となるように並列に配置された構成を備えている。より具体的には、図１１に示した導波管スロットアレーアンテナは、５個の導波管スロットアンテナ３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ、３１ｅを、マイクロストリップ線路２１の延伸方向が平行となる向きに、０．５波長間隔で並べて構成されている。 FIG. 11 is a perspective view of a waveguide slot array antenna according to the fourth embodiment of the present invention. In the fourth embodiment, a plurality of the waveguide slot antennas 31 of the above-described third embodiment are provided, and the waveguide slot antennas 31 are arranged in parallel so that the extending directions of the microstrip lines 21 are parallel. More specifically, the waveguide slot array antenna shown in FIG. 11 has five waveguide slot antennas 31a, 31b, 31c, 31d, and 31e in which the extending directions of the microstrip line 21 are parallel. And are arranged side by side at 0.5 wavelength intervals.

次に、本実施の形態４における導波管スロットアレーアンテナの動作について、詳細に説明する。高周波信号がマイクロストリップ線路２１に給電され、方形導波管１１および方形導波管１２に伝搬されて、放射スロット９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄから電波が放射されるまでは、上述した実施の形態３と同様である。このとき、導波管スロットアンテナ３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ、３１ｅの各マイクロストリップ線路２１に高周波信号が給電される。 Next, the operation of the waveguide slot array antenna according to the fourth embodiment will be described in detail. The high-frequency signal is fed to the microstrip line 21, propagated to the rectangular waveguide 11 and the rectangular waveguide 12, and the radio wave is radiated from the radiation slots 9a, 9b, 9c, 9d. The same as 3. At this time, a high frequency signal is fed to each microstrip line 21 of the waveguide slot antennas 31a, 31b, 31c, 31d, 31e.

導波管スロットアンテナ３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ、３１ｅから放射されたそれぞれの電波は、空間で合成される。導波管スロットアンテナ３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ、３１ｅを同相で励振する場合、θ：０度、φ：０度で利得の高い放射パターンを得ることができる。位相差を持って励振する場合、φ：０度のカット面内でチルトしたパターンを得ることができる。 The respective radio waves radiated from the waveguide slot antennas 31a, 31b, 31c, 31d, 31e are combined in space. When the waveguide slot antennas 31a, 31b, 31c, 31d, and 31e are excited in the same phase, a radiation pattern with a high gain can be obtained at θ:0 degrees and φ:0 degrees. When exciting with a phase difference, it is possible to obtain a tilted pattern in the cut plane of φ:0 degrees.

ここで、本実施の形態４における導波管スロットアンテナ３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ、３１ｅは、０．５波長の間隔で配置されている。このため、グレーティングローブと呼ばれる不要放射を発生せずに、電波を効率よく放射する導波管スロットアレーアンテナを実現することができる。 Here, the waveguide slot antennas 31a, 31b, 31c, 31d, 31e in the fourth embodiment are arranged at intervals of 0.5 wavelength. Therefore, it is possible to realize a waveguide slot array antenna that efficiently radiates radio waves without generating unnecessary radiation called a grating lobe.

１ 金属シャーシ、２ 信号線、３ 地導体、４ スロット、５ 誘電体基板、６ インピーダンス変成器、９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ 放射スロット、１１ 方形導波管、１１ａ 広壁面、１１ｂ 狭壁面、１１ｃ 短絡面、１１ｄ 接続面、１２ 方形導波管、１２ａ 広壁面、１２ｂ 狭壁面、１２ｂ１ 接続面、１２ｂ２ 対向面、２１ マイクロストリップ線路、３１、３１ａ〜３１ｅ 導波管スロットアンテナ、４１ 第１スロット部、４２ 第２スロット部、４３ 第３スロット部。 1 metal chassis, 2 signal line, 3 ground conductor, 4 slot, 5 dielectric substrate, 6 impedance transformer, 9a, 9b, 9c, 9d radiation slot, 11 rectangular waveguide, 11a wide wall surface, 11b narrow wall surface, 11c Short-circuit surface, 11d connection surface, 12 rectangular waveguide, 12a wide wall surface, 12b narrow wall surface, 12b1 connection surface, 12b2 facing surface, 21 microstrip line, 31, 31a to 31e waveguide slot antenna, 41 first slot part , 42 second slot portion, 43 third slot portion.

Claims (15)

信号線と地導体とを有する伝送線路、および
前記地導体の一部を短絡面とする導波管
を備え、
前記導波管は、
広壁面が前記信号線の延伸方向に平行であり、
前記短絡面において前記信号線の前記延伸方向と交差する交差部分を有し、両端が前記信号線の前記延伸方向に対し、互いに逆向きに延びたスロットが設けられている
導波管−伝送線路変換器。 A transmission line having a signal line and a ground conductor, and a waveguide having a part of the ground conductor as a short-circuit surface,
The waveguide is
A wide wall is parallel to the extending direction of the signal line,
A waveguide-transmission line having an intersecting portion that intersects the extending direction of the signal line on the short-circuit surface, and both ends of which are provided with slots extending in opposite directions to the extending direction of the signal line. converter. 前記交差部分は、前記信号線の前記延伸方向に対し垂直である
請求項１に記載の導波管−伝送線路変換器。 The waveguide-transmission line converter according to claim 1, wherein the intersecting portion is perpendicular to the extending direction of the signal line. 前記スロットの両端は、前記信号線の前記延伸方向に対し平行である
請求項１または２に記載の導波管−伝送線路変換器。 The waveguide-transmission line converter according to claim 1 or 2, wherein both ends of the slot are parallel to the extending direction of the signal line. 前記伝送線路は、一端が開放されている
請求項１から３のいずれか１項に記載の導波管−伝送線路変換器。 The waveguide-transmission line converter according to claim 1, wherein one end of the transmission line is open. 前記伝送線路は、一端が短絡されている
請求項１から３のいずれか１項に記載の導波管−伝送線路変換器。 The waveguide-transmission line converter according to claim 1, wherein one end of the transmission line is short-circuited. 前記伝送線路は、マイクロストリップ線路である
請求項１から５のいずれか１項に記載の導波管−伝送線路変換器。 The waveguide-transmission line converter according to any one of claims 1 to 5, wherein the transmission line is a microstrip line. 前記伝送線路は、サスペンデッド線路である
請求項１から５のいずれか１項に記載の導波管−伝送線路変換器。 The waveguide-transmission line converter according to claim 1, wherein the transmission line is a suspended line. 前記伝送線路は、同軸線路である
請求項１から５のいずれか１項に記載の導波管−伝送線路変換器。 The waveguide-transmission line converter according to any one of claims 1 to 5, wherein the transmission line is a coaxial line. 前記伝送線路は、前記信号線のインピーダンスの実部を変換するインピーダンス変成器をさらに有する
請求項１から８のいずれか１項に記載の導波管−伝送線路変換器。 The waveguide-transmission line converter according to claim 1, wherein the transmission line further includes an impedance transformer that converts a real part of the impedance of the signal line. 前記導波管における前記短絡面と対向する面に対して狭壁面が接続された第２の導波管をさらに備える
請求項１から９のいずれか１項に記載の導波管−伝送線路変換器。 The waveguide-transmission line conversion according to any one of claims 1 to 9, further comprising a second waveguide having a narrow wall surface connected to a surface of the waveguide that faces the short-circuit surface. vessel. 前記導波管は、１対の広壁面のそれぞれに設けられ、前記導波管の内部に向かって凸形状となる障壁を有する
請求項１０に記載の導波管−伝送線路変換器。 The waveguide-transmission line converter according to claim 10, wherein the waveguide has a barrier provided on each of the pair of wide wall surfaces and having a convex shape toward the inside of the waveguide. 前記第２の導波管は、１対の狭壁面のうち前記導波管と接続されていない狭壁面に設けられ、前記第２の導波管の内部に向かって凸形状となる障壁を有する
請求項１０または１１に記載の導波管−伝送線路変換器。 The second waveguide is provided on a narrow wall surface of the pair of narrow wall surfaces that is not connected to the waveguide, and has a barrier that is convex toward the inside of the second waveguide. The waveguide-transmission line converter according to claim 10 or 11. 請求項１０から１２のいずれか１項に記載の導波管−伝送線路変換器を備え、
前記第２の導波管の１対の狭壁面のうち前記導波管と接続されていない狭壁面に、前記第２の導波管を流れる電流を遮るように放射スロットが設けられている
導波管スロットアンテナ。 A waveguide-transmission line converter according to any one of claims 10 to 12,
A radiation slot is provided on a narrow wall surface of the pair of narrow wall surfaces of the second waveguide that is not connected to the waveguide so as to block a current flowing through the second waveguide. Wave tube slot antenna. 前記第２の導波管は、前記放射スロットを複数有する
請求項１３に記載の導波管スロットアンテナ。 The waveguide slot antenna according to claim 13, wherein the second waveguide has a plurality of the radiation slots. 請求項１３または１４に記載の導波管スロットアンテナを複数備え、複数の前記導波管スロットアンテナが、それぞれの前記伝送線路の延伸方向が平行になるように配列されることで構成された導波管スロットアレーアンテナ。 A waveguide slot antenna according to claim 13 or 14, comprising a plurality of waveguide slot antennas, wherein the plurality of waveguide slot antennas are arranged such that the extending directions of the respective transmission lines are parallel to each other. Wave tube slot array antenna.
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