JP5490776B2 - 導波管スロットアンテナ - Google Patents
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Description
また無線通信端末の用途には、直線偏波よりフェージングの影響が少ない円偏波が望まれる場合があり、種々の導波管スロットアンテナを用いた円偏波アンテナが提案されている。そこで、円偏波を放射する導波管スロットアンテナが求められている。
そのため、非特許文献1〜5には、互いに直交した偏波が生じるように一対の直線形状のスロットを組み合わせて直線偏波を円偏波に変換する方法が記載されている。また、特許文献4には、直線形状のスロットに寄生素子を結合させて、直交する偏波成分を生じさせて直線偏波を円偏波に変換する方法が記載されている。
導波管を給電線路とし、前記導波管の壁面に直線形状のスロットを設けた導波管スロットアンテナであって、
前記スロットの外周を囲み、前記スロットと交差する切込みにより分割された、一対の偏波変換構造体を設けたことを特徴とする。
導波管を給電線路とし、前記導波管の壁面に直線形状のスロットを設けた導波管スロットアンテナであって、
前記スロットに対向する位置に前記スロットと略同一形状の第1の貫通孔と、
前記第1の貫通孔と交差する第2の貫通孔とが設けられた板状の導体板が配置されたことを特徴とする。
以下、図面1〜3を参照して、本発明の第1の実施例を説明する。
図1は、本発明の第1の実施例を示す斜視図であり、図2は、図1の分解斜視図を示す。
図1〜2に示すように、本発明の導波管スロットアンテナ11は、
一側面が開口した断面コの字形状の導体からなる導波管部材81の開口面に、
直線形状のスロット71を有する導体からなる板状のスロット板61が配置され、
スロット71に対向する位置にスロット71と同一形状の第1の貫通孔31と、
第1の貫通孔31と交差する位置に直線形状の第2の貫通孔41とで構成されたクロススロット51が設けられた導体からなる板状の偏波変換放射板21がスロット板61に重ねて配置されている。
図3(a)に示すように、偏波変換放射板21には、長手方向の長さがL1の第1の貫通孔31と、第1の貫通孔31と所定の交差角θで交差する長手方向の長さがL2の第2の貫通孔41とが設けられ、図3(b)に示すように、スロット板61には、長手方向の長さがL1のスロット71が設けられている。
スロット71と第1の貫通孔31は略同一形状であり、スロット71と第1の貫通孔31は共に、導波管の管軸に垂直な方向に対してθ0回転している。
第2の貫通孔41の長手方向の長さL2は、第1の貫通孔31の長手方向の長さL1より長い。
第1の貫通孔31と第2の貫通孔41との交差する角度θは、−90°<θ<90°(ただしθ≠0)である。
偏波変換放射板61の厚さtは、波長の長さの0.2〜0.3倍である。
この電界と、スロット71により生じる電界とが、互いに直交し、位相差が90°の場合に、合成波が円偏波となる。
第1のスロット31に対し、第2のスロット41が左回転(θ>0)して配置されると、左旋円偏波となり、第2のスロットが右回転(θ<0)して配置されると、右旋円偏波アンテナとなる。
スロット71の導波管軸に垂直な方向に対する角度θ0は任意であり、インピーダンス整合のしやすいように、任意の角度に配置可能である。
図1に示した円偏波の導波管スロットアンテナは、偏波変換放射板の厚さが厚いため、直線偏波の導波管スロットアンテナに比べて重量が大幅に増加する。
実験の結果、軽量化のためにスロットの周囲の近傍のみを残し、偏波変換放射板の大部分を除去した構造としたとしても、導波管スロットアンテナを円偏波を放射する広帯域に渡って良好な軸比特性を有するアンテナとして動作させることが可能であることが解った。
図4(b)に示すように、本発明の導波管スロットアンテナ12は、一側面が開口した断面コの字形状の導体からなる導波管部材82の開口面に、
導波管部材82の開口面より内側に、直線形状のスロット72を有する導体からなる板状のスロット板62に配置され、
スロット72の外周を囲み、スロット72と交差する直線状の切込み42により2分割された一対の偏波変換構造体22、22が設けられている。偏波変換構造体22、22は、前記スロット72の中心点に対して点対称に配置されている。
偏波変換構造体22の高さはhであり、偏波変換構造体22は、スロット72の中心から半波長以内の距離に配置されることが望ましい。
図5は、本発明の導波管スロットアンテナの第3の実施例を示す斜視図である。図5に示すように、切込み43は、直線上でなくてもよい。切込み43は、インピーダンスマッチングさせるために、第1の貫通孔の中心から放射状に拡がっていてもよい。切込みの形状を変えることによりリターンロスを小さくすることが可能となる。
図7において、縦軸は利得[dBi]、横軸は周波数[GHz]であり、点線は第1の実施例の導波管スロットアンテナを示し、実線は第4の実施例の導波管スロットアンテナを示す。
第1の実施例の導波管スロットアンテナも、第4の実施例の導波管スロットアンテナも、60GHz帯の単素子のアンテナとして構成されている。
したがって、第4の実施例に示した導波管スロットアンテナの構造は、アンテナの重量を減らせるだけでなく、著しく利得を向上させる効果もあることが分かる。
図8に示すように、導波管スロットアンテナ15は、
直方体形状の誘電体の表面が導体膜で覆われ、上面の一部に誘電体が露出する直線状の誘電体露出部95が設けられた誘電体導波管85が、
誘電体露出部95と対向する位置に誘電体露出部95と略同一形状の直線形状のスロット75を有する板状のスロット板65に配置され、
スロット75に対向する位置にスロット75と同一形状の第1の貫通孔35と、
第1の貫通孔75の外周を囲み、スロット75と交差する切込み45により2分割された一対の偏波変換構造体25、25が設けられている。
図9より、55GHz〜70GHzにおいて、リターンロスが20dB以上となる比帯域幅は、18%程度であることがわかる。
図10より、55GHz〜70GHzにおいて、軸比特性が2dB以下となる比帯域幅は、17%程度であることがわかる。
21 偏波変換放射板
22、23、24、25 偏波変換構造体
31、41、71、75 貫通孔
42、43、44、45 切込み
51、59 クロススロット
61、62、63、64、65 スロット板
71、75、79 スロット
81、82、83、84,89 空洞導波管
85 誘電体導波管
95 誘電体露出部
Claims (5)
- 導波管を給電線路とし、前記導波管の壁面に直線形状のスロットを設けた導波管スロットアンテナであって、
前記スロットの外周を囲み、前記スロットと交差する切込みにより分割された、一対の偏波変換構造体を設けたことを特徴とする導波管スロットアンテナ。 - 前記偏波変換構造体の高さは、
波長の長さの0.2乃至0.3倍である
ことを特徴とする請求項1記載の導波管スロットアンテナ。 - 前記偏波変換構造体は、
前記スロットの中心から半波長以内に配置された
ことを特徴とする請求項1乃至請求項2記載の導波管スロットアンテナ。 - 前記導波管は、空洞導波管または誘電体導波管であることを特徴とする請求項1乃至3記載の導波管スロットアンテナ。
- 前記請求項1乃至4記載の導波管スロットアンテナを用いたアレイアンテナ。
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