JP4178265B2 - 導波管ホーンアンテナ、アンテナ装置、および、レーダ装置 - Google Patents

Description

この発明は、ミリ波等の高周波信号の放射、受信を行う導波管ホーンアンテナ、およびこれを備えたアンテナ装置やレーダ装置に関するものである。

ミリ波帯を用いたレーダ装置等においては、マイクロストリップ線路等の平面回路よりも導波管の方が、伝送損失が少ないことを利用して、平面回路型のアンテナよりも導波管アンテナが多く用いられている。このような導波管アンテナでは、給電部から開口部に向けて導波管の断面積が広くなるように、導波管の形状をテーパ状にした部分を開口部側に設けることで、開口部から放射される電磁波を平面波状にする構造が利用されている（例えば、特許文献１参照。）。

図１０は、特許文献１に示すような従来の導波管ホーンアンテナの概略構造を示す外観斜視図である。
図１０に示すように、従来の導波管ホーンアンテナは略円柱形状の導体部材９０に給電導波管９３、接続導波管９１、およびホーン型導波管９２が形成された構造からなる。

給電導波管９３は導体部材９０の中心軸に所定径の円筒形状で形成されており、接続導波管９１は給電導波管９３の短絡端から所定距離の位置に給電導波管９３の電磁波伝搬方向に垂直な方向に直線状に延びる角筒状に形成されている。ホーン型導波管９２は接続導波管９１と同じ軸方向に延び且つテーパ状に形成されており、接続導波管９１側の端部から開口面にかけて徐々に導波管の断面積が広くなる形状で形成されている。

このような構成のホーンアンテナにおいては、開口部から放射される電磁波をより均一な平面波状にするためには、テーパ状の導波管の長さを長くしなければならず、アンテナおよびこれを備えたレーダ装置の形状が大きくなってしまう。

そこで、導波管の長さを長く保ち、且つ外形寸法を小型にする導波管ホーンアンテナとして、導波管を約１８０°折り返して形成したものがある（例えば、特許文献２参照。）。
特開平４−３０１９０２号公報 特開２００１−２８４９１２公報

しかしながら、前述のように特許文献１の導波管ホーンアンテナでは所望のアンテナ特性が得られる外形形状とするには装置を小型化することができない場合がある。一方、特許文献２の導波管ホーンアンテナでは、導波管を１８０°折り返す形状であるので、この折り返し部にて反射損失が増加して伝送特性が劣化し、所望の出力を得ることが難しいという問題が生じた。

したがって、本発明の目的は、放射特性および伝送特性に優れた小型の導波管ホーンアンテナを提供すること、および、この導波管ホーンアンテナを用いたアンテナ装置およびレーダ装置を提供することにある。

この発明は、所定方向に延びる給電導波管と、該給電導波管の信号伝搬方向に対して垂直な方向を放射方向とし、給電導波管との接続面の面積に対して信号が放射される開口面の面積が広く形成されている放射用導波管と、を備えた導波管ホーンアンテナにおいて、放射用導波管を、接続面側の端部から開口面側の端部に亘り、放射用導波管が延びる方向に垂直な断面積が徐々に広くなり且つ非直線形状に延びる形状で形成することを特徴としている。

この構成では、給電導波管に入力された信号（電磁波）は、該給電導波管を通じて放射用導波管に伝搬される。放射用導波管に伝搬された信号は、非直線状に延び、且つ給電導波管側の端面の面積よりも開口面の面積が広い形状で形成された導波管内を伝搬して、開口面から放射される。この際、放射用導波管が給電導波管側の端面に対して開口面が広い形状であることから、給電導波管から放射用導波管に入力された時点で平面波状であった信号が開口面では球面波状になる。そして、放射用導波管が非直線形状に延びる形状であることから、直線状に導波管を形成するよりも導波管の信号伝搬経路の長さが長くなる。これにより、放射用導波管の給電導波管側端面から開口面まで直線距離が同じであれば、直線状に導波管を形成する場合よりも、球面波状の信号がより一層平面波状になり、放射特性が向上する。一方、同じ放射特性を得ようとするならば、直線状に導波管を形成する場合よりも、給電導波管側端面から開口面までの距離が短くなり、導波管ホーンアンテナが小型化される。

この構成では、放射用導波管を、給電導波管側の断面積が非直線状に広がっていく部分と、開口面側の従来のホーンアンテナのように直線状に広がっていく部分とから形成するのではなく、導波管全体を非直線状に広がっていく形状で形成することで、２つの部分の接続部がなくなり、この接続部の不連続による伝送損失が減少するとともに導波管形状の設計が容易になる。

また、この発明の導波管ホーンアンテナは、放射用導波管を、給電導波管の延びる方向に平行な該給電導波管の中心軸を螺旋の中心とする対数螺旋形状で形成することを特徴としている。

この構成では、前述の非直線形状の具体例として、放射用導波管を対数螺旋形状で形成することで、非直線状に延び、且つ、給電導波管側端面から開口面にかけて断面積が徐々に広がっていく導波管ホーンアンテナが比較的容易に形成される。

また、この発明の導波管ホーンアンテナは、Ｅ面分割する面で当接される２枚の導体部材から放射用導波管を形成することを特徴としている。

この構成では、２枚の導体部材に所定深さで、側壁が非直線状に延びる溝を形成する。この際、２枚の導体部材にそれぞれ形成される溝は、これら溝側を向かい合わせて２枚の導体部材を当接させて設置する場合に、溝の位置が一致するように形成される。さらに、２枚の導体部材に形成される溝の側面の高さは同じであり、２枚の導体部材を当接させて形成される導波管の側面の高さは、溝の底面の幅に相当する導波管の底面の幅、すなわち側面間の長さよりも長くなるように溝が形成される。このような構成とすることで、溝（導波管）の底面に平行な面がＥ面となり、２つの導体部材の当接面がＥ面分割面となる。そして、Ｅ面分割面で接合させる導体部材により導波管が形成されることで、伝搬中の電磁波の漏洩が少なくなる。

また、この発明のアンテナ装置は、前述の導波管ホーンアンテナと、該導波管ホーンアンテナの給電導波管に接続し、該給電導波管への信号または該給電導波管からの信号を伝搬し、装置に対して固定された固定導波管と、該固定導波管に対して導波管ホーンアンテナを給電導波管の中心軸を中心として回転させる回転手段と、を備えたことを特徴としている。

この構成では、前述の導波管ホーンアンテナが、回転手段により回転しながら固定導波管から入力された電磁波を外部に放射するとともに、外部から受信した電磁波（反射波）を固定導波管に伝搬する。このため、導波管ホーンアンテナの放射方向に平行な全周囲方向に対して電磁波の放射、受信が行われる。

また、この発明のレーダ装置は、前述のアンテナ装置を備え、該アンテナ装置から放射する信号と該アンテナ装置で受け取る信号とに基づいて探知を行うことを特徴としている。

この構成では、前述のアンテナ装置により全周囲方向の電磁波が放射、受信されるので、自身が放射した電磁波と受信した反射波とから物標までの距離および大きさが検知される。

この発明によれば、開口面に向けて断面積の広がる導波管を非直線状、具体的に対数螺旋形状に形成することで、導波管を直線状に形成するよりも、同じ外形形状であればより放射特性を改善し、同程度の放射特性であればより小型化した導波管ホーンアンテナを構成することができる。さらには、従来の直線状の導波管よりも放射特性に優れ、且つ小形の導波管ホーンアンテナを構成することができる。そして、この導波管を全体に亘り１種類の非線形形状、具体的に対数螺旋形状とすることで、導波管伝送中の伝送損失を抑制し、導波管の設計を容易にすることができる。すなわち、放射特性に優れた小形の導波管ホーンアンテナを単純な構造で構成することができる。

また、この発明によれば、２個の導体部材を重ね合わせるだけで導波管ホーンアンテナを形成することができ、且つＥ面分割面で重ね合わせることで伝送損失が抑制される。すなわち、簡素な構造で放射特性に優れる導波管ホーンアンテナを容易に製造することができる。

また、この発明によれば、前述の導波管ホーンアンテナを用いることで、放射特性に優れた小型のアンテナ装置を構成することができる。

また、この発明によれば、前記導波管ホーンアンテナを備えたアンテナ装置を用いることで、探知性能に優れるレーダ装置を小型に構成することができる。

本発明の第１の実施形態に係る導波管ホーンアンテナについて図１〜図４を参照して説明する。
図１（ａ）は本実施形態の導波管ホーンアンテナの概略構成を示す外観斜視図であり、図１（ｂ）は導波管として機能する部分の構成を示す斜視図である。
図１に示すように、本実施形態の導波管ホーンアンテナは、導体部材２に形成された放射用導波管１と給電導波管３とを備える。放射用導波管１は、対数螺旋状導波管１１とホーン型導波管１２とからなり、ホーン型導波管１２の一方端が導体部材２から外部に開口し、対数螺旋状導波管１１の一方端が給電導波管３に接続する。ここで、以下の説明の便宜上、ホーン型導波管１２の開口する端部の面を開口面１０１とし、対数螺旋状導波管１１の給電導波管３への接続面を給電側接続面１０３とし、ホーン型導波管１２と対数螺旋状導波管１１との接続面を中間接続面１０２とする。

給電導波管３は導体部材２に形成された円筒形の導波管であり、円筒形の軸方向に沿って直線的に延びる形状で形成されている。この給電導波管３の短絡端（図１における給電導波管３の上端）から所定距離離れた位置には、対数螺旋形状に延びる角筒状の対数螺旋状導波管１１の一方端が接続されている。この接続部の形状は、円筒形状の給電導波管３と各筒状の対数螺旋状導波管１１とが結合する形状で形成されており、円筒形状の給電導波管３を伝搬するＴＭモードと四角筒状の対数螺旋状導波管を伝搬するＴＥモードとが相互に変換される。さらに、接続位置は、給電導波管３と対数螺旋状導波管１１との間で円筒形状の給電導波管３を伝搬するＴＭモードと角筒状の対数螺旋状導波管１１を伝搬するＴＥモードとを低損失で変換する位置に設定されている。

放射用導波管１の対数螺旋状導波管１１は、延びる方向に垂直な断面が方形状であり、給電導波管３に接続する給電側接続面１０３からホーン型導波管１２に接続する中間接続面１０２まで給電導波管３の中心軸に垂直な平面において、この中心軸を螺旋の中心として略２７０°で湾曲する形状で形成されている。ここで、対数螺旋状導波管１１の電磁波入射方向は給電側接続面１０３に垂直な方向であり、この方向は給電導波管３の中心軸方向すなわち信号伝搬方向に垂直な方向である。また、対数螺旋状導波管１１の電磁波出射方向は中間接続面１０２に垂直な方向であり、この方向も給電導波管３の信号伝搬方向に垂直な方向である。

具体的に、対数螺旋状導波管１１は、例えば、給電導波管３の中心軸に垂直な平面に対しては、次に示す対数螺旋の方程式に従って延びる形状で形成されている。

ここで、対数螺旋の方程式はｒ＝R×ｅｘｐ（ｃｏｔα×θ）で与えられ、（ｒ，θ）は極座標を示し、給電導波管３の中心軸の点をこの極座標系の原点とする。また、Ｒ，αは定数であり、これらＲ，αの値を所定に設定することにより、螺旋形状を決定する。この際、給電導波管３の中心軸に垂直な平面に投影して見た、対数螺旋状導波管１１の巻く内側の線（対数螺旋状導波管１１の巻く内側の側面）と、対数螺旋状導波管１１の巻く外側の線（対数螺旋状導波管１１の巻く外側の側面）とで、前記定数Ｒ，αを適当に設定することにより、徐々にこの線間が広がる形状に対数螺旋状導波管１１が形成される。すなわち、このような設定を行うことで、対数螺旋導波管１１における内側の側面と外側の側面との間隔は、給電側接続面１０３から中間接続面１０２にかけて徐々に広がる形状に形成される。

また、対数螺旋導波管１１は、給電導波管３の中心軸に平行な方向には、接続位置から給電導波管３の短絡端方向に延びる形状で形成されている。ここで、対数螺旋状導波管１１の底面（図における対数螺旋状導波管１１の下側の面）と、これに対向する対数螺旋状導波管１０３の天面（図における対数螺旋状導波管１１の上側の面）とでは、前記中心軸に平行な方向の延びる量が異なり、底面と天面との間隔は、給電側接続面１０３から中間接続面１０２にかけて徐々に広がる形状に形成されている。

このような形状で形成されることで、対数螺旋状導波管１１は、給電側接続面１０３側の端部から中間接続面１０２側の端部にかけて、導波管の延びる方向に垂直な断面積が徐々に広くなる形状で、且つ導波管が湾曲ながら延びる形状となる。

ホーン型導波管１２は、中間接続面１０２から開口面１０１にかけて各壁面が直線状で徐々に広がりながら延びるテーパ状に形成されており、開口面１０１の面積は中間接続面１０２の面積よりも広く形成されている。また、開口面１０１に垂直な方向は中間接続面１０２に垂直な方向と同じであり、開口面１０１の電磁波放射方向は給電導波管３の信号伝搬方向に垂直な方向となる。

このような構成とすることで、給電導波管３との給電側接続面１０３から開口面１０１までの距離が従来の直線状に延びる放射用導波管よりも長くなり、且つ、延びる方向に垂直な断面積が徐々に広くなるので、対数螺旋状導波管１１とホーン型導波管１２とを伝搬される間に、電磁波が、従来の構造より一層、平面波に近い状態で放射される。これにより、放射される電磁波のビーム幅を狭くすることができ、アンテナ利得を高くすることができる。さらには、小型でありながらも、従来のように導波管を１８０°折り曲げる等の伝送路の急激な方向変化が存在せず、緩やかにカーブをしながら延びる形状であるので、反射損失、伝送損失を大幅に抑制することができる。

例えば、導体部材２の円柱部の半径が１５ｍｍであり、図１のような２７０°カーブ形状の対数螺旋状導波管１１を用いる場合で、巻きの内側の側壁に対する対数螺旋の方程式のパラメータをＲ＝６，α＝−８８°とし、巻の外側の側壁に対する対数螺旋の方程式のパラメータをＲ＝７．２７，α＝８８°とする。さらに、給電側接続面１０３の高さ（ｈ３）が２．５４ｍｍで、幅（ｗ３）が１．２７ｍｍであるのに対して、中間接続面１０２の高さ（ｈ２）を６．０ｍｍとし、幅（ｗ２）を３．５ｍｍとし、且つ開口面１０１の高さ（ｈ１）を１５ｍｍとし、幅（ｗ１）を１２ｍｍとする。さらには、ホーン型導波管１２の長さを２１．６３５ｍｍとする。このような条件でホーンアンテナを形成すると、図２に示すような指向性が得られる。

図２は本実施形態の構造のホーンアンテナと従来例の構造のホーンアンテナとの指向性を示す図であり、（ａ）が垂直方向指向性を示し、（ｂ）が水平方向指向性を示す。この結果に示すように、本実施形態の構成とすることで、垂直方向指向性、水平方向指向性ともに従来例よりも改善される。この実験結果における具体的な数値としては、本実施形態の構造のホーンアンテナでは、垂直ビーム幅が１６．５°（従来例（図１０の構造）では２１．３°）、水平ビーム幅が１８．４°（従来例では１８．７°）、アンテナ利得が１９．５ｄＢｉ（従来例では１７．４ｄＢｉ）となり、従来よりも各特性が改善されたことが分かる。

次に、本実施形態の導波管ホーンアンテナの形成方法について図３を参照して説明する。
図３は図１に示した導波管ホーンアンテナを部品毎に分離した分解斜視図である。
図３に示すように、導波管ホーンアンテナは上導体部材２１と下導体部材２２とからなる。上導体部材２１には、側面に開口するホーン用溝１２１から中心方向に順に対数螺旋溝１１１，給電用円筒孔３１がつながって形成されている。ホーン用溝１２１は、上導体部材２１の側面に開口してこの開口部から上導体部材２１の略中心方向に徐々に深さが浅くなり且つ幅が狭くなる形状で形成されている。対数螺旋溝１１１は、ホーン型導波管用溝１２１につながりホーン型導波管用溝１２１に繋がる端部からこれに対向する端部にかけて徐々に深さが浅くなり且つ幅が狭くなる形状で形成されている。給電用円筒孔３１は、上導体部材２１の底面（図３における下側の面）の略中心に形成され、対数螺旋溝１１１につながり所定深さで所定径に形成されている。ここで対数螺旋溝１１１の側壁は、前述の対数螺旋の方程式に準じた形状で形成されており、それぞれの側壁に対して与えられる定数Ｒ，αは異なる。

下導体部材２２には、上導体部材２１に対向する形状で、側面に開口するホーン用溝１２２から中心方向に順に対数螺旋溝１１２，給電用円筒孔３２がつながって形成されている。ホーン用溝１２２は、下導体部材２２の側面に開口してこの開口部から下導体部材２２の略中心方向に徐々に深さが浅くなり且つ幅が狭くなる形状で形成されている。対数螺旋溝１１２は、ホーン型導波管用溝１２２につながりホーン型導波管用溝１２２に繋がる端部からこれに対向する端部にかけて徐々に深さが浅くなり且つ幅が狭くなる形状で形成されている。給電用円筒孔３２は、上導体部材２２の底面（図３における上側の面）の略中心に形成され、対数螺旋溝１１２につながり所定深さで所定内径に形成されている。ここで対数螺旋溝１１２の側壁は、前述の対数螺旋の方程式に準じた形状で形成されており、それぞれの側壁に対して与えられる定数Ｒ，αは異なる。

このような構成とすることで、上導体部材２１と下導体部材２２とをそれぞれの溝が形成された面同士で当接させると、ホーン用溝１２１とホーン用溝１２２とにより図１に示すホーン型導波管１２が形成され、対数螺旋溝１１１と対数螺旋溝１１２とにより図１に示す対数螺旋状導波管１１が形成され、給電用円筒孔３１と給電用円筒孔３２とにより図１に示す給電導波管３が形成される。なお、これらの溝付きの導体部材は、導体部材の切削加工、ダイカスト加工により形成したり、予め樹脂、セラミック、ガラスにより形状を成形した後に導電性材料をメッキしたり、鍛造プレスにより形成したものである。

ここで、対数螺旋状導波管１１の高さが幅よりも長くなる形状とする。すなわち、対数螺旋溝１１１と対数螺旋溝１１２との深さの計が対数螺旋溝１１１，１１２の幅よりも長くなる形状とする。これにより、上導体部材２１と下導体部材２２との当接面がホーン型導波管１２および対数螺旋状導波管１１のＥ面分割面となる。この結果、導体部材２を上導体部材２１、下導体部材２２の２つに分割して形成し、これらを当接させる構造を用いても、導波管を伝送される電磁波の伝送損失を大幅に抑制することができる。これにより、伝送損失の少なくアンテナ放射特性に優れる導波管ホーンアンテナを形成することができる。

また、給電導波管３を中心にして、この円周面を回り込む形状で対数螺旋状導波管１１が形成されるので、導波管長を長く取りながらも外形形状を小さくすることができる。

以上のような構成とすることで、放射特性および伝送特性に優れた小型のホーンアンテナを形成することができる。

なお、前述の説明では、放射用導波管１を対数螺旋状導波管１１とホーン型導波管１２とで形成した例を説明したが、放射用導波管１の全体を対数螺旋状に形成しても良い。この場合には、放射用導波管を平面視した壁面の形状は、例えば、図４のようになる。

図４は放射用導波管の全体を対数螺旋状に形成した場合の壁面の軌道を示す図であり、２０１は放射用導波管の内側壁面を示し、２０２は放射用導波管の外側壁面を示す。
図４に示すように、放射用導波管の全体を対数螺旋状にしても、前述の構成と同様の効果を奏することができる。さらには、前述の構成のように対数螺旋状に延びる部分と直線状に延びる部分とが存在する場合には、これらの間で伝送損失が発生しないように設計する必要が生じるが、全体が対数螺旋状であれば、この接続部における伝送損失を抑制することができるとともに、この部分に関する設計を行う必要がなくなり、容易に形状を設計することができる。

また、前述のように図１の構成では、２７０°湾曲する対数螺旋状導波管を用い、図４では３６０°湾曲する対数螺旋状導波管を用いた例を説明したが、これらの角度は、必要とする導波管ホーンアンテナの仕様に応じて適宜設定すればよい。

次に、第２の実施形態に係る導波管ホーンアンテナについて図を参照して説明する。
図５（ａ）は本実施形態の導波管ホーンアンテナの概略構造を示す外観斜視図であり、図５（ｂ）は従来の同様の導波管ホーンアンテナの構成を示す外観斜視図である。
本実施形態の導波管ホーンアンテナは、従来のＨ面セクトラルホーンに対数螺旋状導波管を接続したものである。
図５（ａ）に示すように、本実施形態の導波管ホーンアンテナは、所定厚みの導体板４１にホーン型導波管４３と対数螺旋状導波管４２とが形成された構造であり、ホーン型導波管４３と対数螺旋状導波管４２との厚みｄは同じである。

ホーン型導波管４３は導体板４１の一面から開口し、内部に直線状に延びる形状で、且つ徐々に幅が狭くなるテーパ形状で形成されており、開口面４４の幅ｗ４４に対して、対数螺旋状導波管４２との接続面の幅ｗ４６は狭く形成されている。

対数螺旋状導波管４２はホーン型導波管４３に接続し、第１の実施形態に示した対数螺旋の方程式に準じて側壁が非直線状に延びて形成されており、導体板４１における、前記開口面４４に平行で、ホーン型導波管４３と対数螺旋状導波管４２との接続面と略同じ平面上に形成された面に開口している。そして、両側面を形成するための対数螺旋の方程式の定数をそれぞれ異なる所定値に設定することで、開口面４５の幅ｗ４５が接続面の幅ｗ４６よりも狭くなるように、接続面から開口面４５にかけて徐々に幅が狭くなる形状に形成されている。この対数螺旋状導波管４２の開口面４５は図示しない給電導波管に接続している。

一方、従来のＨ面セクトラルホーンは、所定厚みの導体板８１にホーン型導波管８３と直線状導波管８２とが形成された構造であり、ホーン型導波管８３と直線状導波管８２との厚みｄは同じである。

ホーン型導波管８３は導体板８１の一面から開口し、内部に直線状に延びる形状で、且つ徐々に幅が狭くなく形状で形成されており、開口面８４の幅ｗ８４に対して、直線状導波管８２との接続面の幅ｗ８６は狭く形成されている。

直線状導波管８２はホーン型導波管８３と延びる方向の中心軸が一致しており、幅を変えることなく、ホーン型導波管８３の開口面８４を有する導体板８１の側面に対向する側面から開口する形状に形成されている。このため、開口面８５の幅ｗ８５は接続面の幅ｗ８６と同じである。そしてこの開口面８５で直線状導波管８２は、図示しない給電導波管に接続している。

図５（ａ）、（ｂ）を比較して分かるように、本実施形態の構成を用いることで、導体板におけるホーン型導波管の延びる方向に平行な長さが同じであっても、給電導波管からホーン型導波管の開口面までの実質的な導波管長を長くすることができる。これにより、図６に示すように、供給された電磁波がより平面波状に近い状態で保たれるため、ビーム幅が狭くなりアンテナの放射特性が向上する。例えば、巻く内側の側壁のパラメータをＲ＝６，α＝−８６°とし、巻く外側の側壁のパラメータをＲ＝８．５４，α＝８６°とし、１８０°回転させる構造であり、開口面４５の寸法を２．５４ｍｍ×１．２７ｍｍとし、接続面４６の寸法を５．８ｍｍ×１．２７ｍｍとし、開口面４４の寸法を１２ｍｍ×１．２７ｍｍとし、ホーン型導波管の長さを１５ｍｍとした場合、水平ビーム幅は１７．６°（従来例（図５（ｂ）の構造）では２６．０°）となり、アンテナ利得は１３．１ｄＢｉ（従来例では１１．５ｄＢｉ）となる。
また、図６（ａ）は本実施形態（図５（ａ）の構造）の導波管ホーンアンテナの電界強度分布を示し、図６（ｂ）は従来（図５（ｂ）の構造）の導波管ホーンアンテナの電界強度分布を示す。また、図７は、本実施形態の構造の導波管ホーンアンテナおよび従来の導波管ホーンアンテナの指向性と反射特性とを示した図である。このように、本実施形態の構造を用いることで、指向性およびアンテナの放射特性を向上させることができる。

また、本実施形態の構造では、導体板におけるホーン型導波管の延びる方向の略中央で給電導波管に接続するので、給電導波管の形状を考慮しても、この方向の全体寸法に変化を及ぼすことがなく、小型の導波管ホーンアンテナを構成することができる。

なお、前述の各実施形態の導波管ホーンアンテナに対して、次に示す対数螺旋の方程式を用いてもよい。

この場合のｒ，θも極座標を示し、Ｒ，ａ_n，Ｎを適宜設定することにより、所望の対数螺旋を得ることができる。

次に、第３の実施形態に係るアンテナ装置について図８を参照して説明する。
図８は、図１に示す導波管ホーンアンテナを用いたアンテナ装置の概略構成を示す図である。
図８に示すアンテナ装置は、導波管ホーンアンテナ５１、固定部材５２、チョーク５３を備える。導波管ホーンアンテナ５１は、一部が対数螺旋状導波管からなる放射用導波管１と給電用導波管３とが形成された導体部材２からなる。固定部材５２は、導波管ホーンアンテナ１の給電用導波管３に接続し、断面形状が同じ固定給電導波管５４を備える。チョーク５３は、固定部材５２に対して導波管ホーンアンテナ１を回転可能に支持し、給電導波管３と固定給電導波管５４とを接続する接続導波管５５を備える。そして、図示しない回転動力源により導波管ホーンアンテナ５１は固定部材５２に対して回転する。このように回転しながら導波管ホーンアンテナ５１に固定部材５２から電磁波を供給して、導波管ホーンアンテナ５１の放射開口部５０から外部に放射することで、アンテナの放射方向に平行なアンテナ装置の全周方向に電磁波を放射することができる。

このようなアンテナ装置に、前述の第１の実施形態の導波管ホーンアンテナを用いることで、アンテナ装置を小型化することができるとともに、全周に対して優れた放射特性で電磁波を放射することができる。

次に、第４の実施形態に係るレーダ装置について図９を参照して説明する。
図９は本実施形態のレーダ装置の概略構成を示すブロック図である。
本実施形態のレーダ装置は、アンテナ装置６０、電圧制御発振器６１、方向性結合器６２、サーキュレータ６３、ミキサ６４、ＬＮＡ６５を備える。そして、このアンテナ装置６０に前述の導波管ホーンアンテナを備えたアンテナ装置を用いる。

このような構成のレーダ装置では次のような動作により探知を行う。電圧制御発振器６１は発振信号を生成して方向性結合器６２、サーキュレータ６３を介して、アンテナ装置６０に出力する。アンテナ装置６０は、発振信号を送信信号として外部の所定探知領域に放射（送信）する。また、方向性結合器６２は、入力された発振信号を電力分配してローカル信号を発生し、ミキサ６４に出力する。一方、アンテナ装置６０は、受信信号を、サーキュレータ６３を介してミキサ６４に出力する。ミキサ６４は、サーキュレータ６３から入力された受信信号を方向性結合器６２から入力されたローカル信号によりダウンコンバートして中間周波信号ＩＦを生成してＬＮＡ６５に出力し、ＬＮＡ６５は中間周波信号ＩＦを増幅して探知信号として出力する。

このような構成のレーダ装置において、前述の導波管ホーンアンテナを備えたアンテナ装置を用いることで、送信信号の指向性等の放射特性が優れ、レーダ探知特性が向上する。さらには、導波管ホーンアンテナが小型化されているので、優れたレーダ探知特性を有する小型のレーダ装置を構成することができる。

第１の実施形態のホーンアンテナの概略構成を示す外観斜視図および導波管として機能する部分の構成を示す斜視図である。 第１の実施形態の構造のホーンアンテナと従来例の構造のホーンアンテナとの指向性を示す図である。 図１に示したホーンアンテナを部品毎に分離した分解斜視図である。 放射用導波管の全体を対数螺旋状に形成した場合の壁面の軌道を示す図である。 第２の実施形態のホーンアンテナの概略構造を示す外観斜視図および従来の同様のホーンアンテナの構成を示す外観斜視図である。 図５（ａ）の構造のホーンアンテナの電界強度分布、および、図５（ｂ）の構造のホーンアンテナの電界強度分布を示す図である。 第２の実施形態の構造のホーンアンテナおよび従来のホーンアンテナの指向性と反射特性とを示した図である。 図１に示すホーンアンテナを用いたアンテナ装置の概略構成を示す図である。 第４の実施形態のレーダ装置の概略構成を示すブロック図である。 従来のホーンアンテナの概略構造を示す外観斜視図である。

符号の説明

１−放射用導波管
１１−対数螺旋状導波管
１２−ホーン型導波管
２−導体部材
３−給電導波管
２１−上導体部材
２２−下導体部材
１２１，１２２−ホーン用溝
１１１，１１２−対数螺旋溝
２０１−内側壁面
２０２−外側壁面
３１，３２−給電用円筒孔
４０−放射用導波管
４１−導体板
４２−対数螺旋状導波管
４３−ホーン型導波管
５１−導波管ホーンアンテナ
５２−固定部材
５３−チョーク
５４−固定給電導波管
５５−接続導波管
６０−アンテナ装置
６１−電圧制御発振器
６２−方向性結合器
６３−サーキュレータ
６４−ミキサ
６５−ＬＮＡ

Claims (5)

1. 所定方向に延びる給電導波管と、
   該給電導波管の信号伝搬方向に対して垂直な方向を放射方向とし、前記給電導波管との接続面の面積に対して信号が放射される開口面の面積が広く形成されている放射用導波管と、を備えた導波管ホーンアンテナにおいて、
   前記放射用導波管は、前記接続面側の端部から前記開口面側の端部に亘り、前記放射用導波管が延びる方向に垂直な断面積が徐々に広くなり且つ非直線形状に延びる形状で形成されていることを特徴とする導波管ホーンアンテナ。
2. 前記放射用導波管は、前記給電導波管の延びる方向に平行な該給電導波管の中心軸を螺旋の中心とする対数螺旋形状で形成されている請求項１に記載の導波管ホーンアンテナ。
3. 前記放射用導波管は、該放射用導波管をＥ面分割する面で当接される２枚の導体部材から形成される請求項１または請求項２に記載の導波管ホーンアンテナ。
4. 請求項１〜請求項３のいずれかに記載の導波管ホーンアンテナと、
   該導波管ホーンアンテナの前記給電導波管に接続し、該給電導波管への信号または該給電導波管からの信号を伝搬し、装置に対して固定された固定導波管と、
   該固定導波管に対して前記導波管ホーンアンテナを、前記給電導波管の中心軸を中心として回転させる回転手段と、を備えたことを特徴とするアンテナ装置。
5. 請求項４に記載のアンテナ装置を備え、
   該アンテナ装置から放射する信号と、該アンテナ装置で受け取る信号とに基づいて探知を行うレーダ装置。

Images