JPH02280504A - Leakage type waveguide slot array antenna - Google Patents
Leakage type waveguide slot array antennaInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は、導波管に多数の放射用スロットを形成してア
レー化した漏洩型導波管スロットアレーアンテナに関す
るものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a leaky waveguide slot array antenna in which a large number of radiation slots are formed in a waveguide to form an array.
［従来の技術］
マイクロ波帯などの高い周波数の電波を高効率で送受信
するアンテナとして導波管スロットアレーアナテナが知
られており、漏洩型の導波管スロットアレーアンテナと
しては例えば、
Ｗ、 Ｊ、 ＧＥＴＳ Ｉ ＮＧＥＲ，’Ｅｌｌｉｐ
ｔｉｃａｌｌｙＰｏｒａｌｉｇｅｄ Ｌｅｒｋｙ−Ｗ
ａｖｅ Ａｒｒａｙ Ｉ ＲＥ Ｔ
ＲＡＳ−Ａ［：Ｔｌ０ＮＳＯＮ ＡＮＮＴＥＮＡＳ Ａ
ＮＤ ＰＲＯＰＡＧＡＴＩＯＮ、 ＰＰ１６５−１７２
、 Ｍａｒｃｈ １９６２
に示されたものがある。[Prior Art] Waveguide slot array antennas are known as antennas that transmit and receive high frequency radio waves such as microwave bands with high efficiency. Examples of leaky waveguide slot array antennas include W, J, GETS I NGER,'Ellip
ticallyPolarliged Lerky-W
ave Array I RE T
RAS-A[:Tl0NSON ANNTENAS A
ND PROPAGATION, PP165-172
, March 1962.
上記アンテナは−様な断面を有する一本の矩形導波管の
幅広面（Ｈ面）の中心からずれた位置に十字形のスロッ
トを長手方向に所定の間隔で多数形成し、矩形導波管の
一端から導波管アダプタによって高周波を給電し、他端
は無反射終端構造として円偏波−次元アレーアンテナと
している。このアンテナは基本的にビームチルト型とな
るほか、直列逐次給電型でありながら、帯域幅も比較的
広く取れるという特徴を有しており、これを平面状にア
レー化することによって、例えば衛星放送受信用の高性
能かつ高機能のアンテナを構成することができる。The above-mentioned antenna has a rectangular waveguide with a cross section, and a number of cross-shaped slots are formed at predetermined intervals in the longitudinal direction at positions offset from the center of the wide surface (H-plane) of a rectangular waveguide. High frequency power is supplied from one end of the antenna using a waveguide adapter, and the other end is configured as a circularly polarized wave-dimensional array antenna with a non-reflection termination structure. This antenna is basically a beam tilt type, and although it is a serial feed type, it also has a relatively wide bandwidth.By arranging it in a planar shape, it can be used for satellite broadcasting, for example. A high performance and highly functional antenna for reception can be constructed.
即ち、漏洩型導波管スロットアレーアンテナは、導波管
構造を有するため、損失が小さくアンテナ全体を小型化
でき、またチルト角を適正に設定することによって静止
衛星からの電波に対して垂直または水平に近い設置が可
能となり、家屋においては壁に比較的密部して設置でき
、また車両への搭載ではその屋根に平に設置できるとい
う利点を有する。In other words, since the leaky waveguide slot array antenna has a waveguide structure, the loss is small and the entire antenna can be miniaturized, and by setting the tilt angle appropriately, it can be vertically or It has the advantage that it can be installed nearly horizontally, and can be installed relatively closely on the wall of a house, and can be installed flat on the roof of a vehicle.
［発明が解決しようとする課題］
漏洩型の導波管スロットアレーアンテナにおいて、使用
する電波の自由空間波長をλ０とし、放射用スロットを
形成した反射用導波管の管内波長を１ｇとすると、放射
用スロットの間隔が約０．５λ。よりも小さければその
間隔と関係なく、次の式（１）を満たすθの方向に主ビ
ームが放射される。[Problems to be Solved by the Invention] In a leaky waveguide slot array antenna, if the free space wavelength of the radio wave used is λ0, and the internal wavelength of the reflection waveguide in which the radiation slot is formed is 1g, then The spacing between the radiation slots is approximately 0.5λ. If it is smaller than , the main beam will be emitted in the direction of θ that satisfies the following equation (1), regardless of the spacing.
ｓｉｎθ；λ。／λｇｏ （１）
ただし、λｇ−入。／ ｌ−（ｉ ｏ／２ａ） ”
（２）θ：放射用スロットが形成する面に垂直な方向
からなす角度
これは管内波長λｇが管内でいたるところ一様であるこ
とを前提としている。sinθ;λ. /λgo (1)
However, λg-in. / l-(io/2a)”
(2) θ: Angle formed from the direction perpendicular to the plane formed by the radiation slot. This assumes that the tube wavelength λg is uniform throughout the tube.
一方、放射用導波管に複数の放射用スロットを形成して
少なくとも一次元アレーアンテナを構成したとき、放射
用スロット各々から放射される電力が一様である場合に
最大開口効率が得られるが、放射用導波管内の電力は各
放射用スロットからの電力放射により、給電側から遠ざ
かるにつれて漸次低下してゆくため、各放射用スロット
からの放射電力を一様とするためには、給電側から遠ざ
かって管内電力が低下した分だけ放射用スロットによる
自由空間とそのスロット付近の導波管内の電磁界との係
合を強くする必要がある。ちなみに、その結合の強さは
、放射用スロットのサイズや位置によりかなり任意に設
定で診る。On the other hand, when a plurality of radiation slots are formed in a radiation waveguide to form at least a one-dimensional array antenna, maximum aperture efficiency can be obtained if the power radiated from each radiation slot is uniform. , the power inside the radiation waveguide gradually decreases as it moves away from the feeding side due to power radiation from each radiation slot, so in order to make the radiation power from each radiation slot uniform, it is necessary to It is necessary to strengthen the engagement between the free space created by the radiation slot and the electromagnetic field in the waveguide near the slot to the extent that the electric power in the tube decreases as the distance from the radiation slot decreases. Incidentally, the strength of the coupling can be determined fairly arbitrarily depending on the size and position of the radiation slot.
この様な構成に起因して、従来の漏洩型導波管スロット
アレーアンテナでは次の様な問題があった。Due to this configuration, the conventional leaky waveguide slot array antenna has the following problems.
すなわち、放射用スロットにより自由空間と放射用導波
管内の電磁界が結合するのに応じて放射用導波管内の管
内波長が、放射用スロットが無いとした場合の式（２）
で与えられる管内波長λｇ０より自由空間波長λ。側に
シフトして短縮し、その短縮の度合は、放射用スロット
による自由空間と放射用導波管内の電磁界の結合が強く
なる程大きくなる。そのため、各放射用スロットからの
放射電力量を一様にしようとすると、放射用導波管内の
波長は給電側から遠ざかるにつれて短くなり、漏洩型導
波管スロットアレーアンテナにおける位相合成の原理か
らずれてくるため、関口効率が低下してしまう。In other words, as the free space and the electromagnetic field in the radiation waveguide are coupled by the radiation slot, the internal wavelength in the radiation waveguide changes as shown in Equation (2) when there is no radiation slot.
The free space wavelength λ is greater than the tube wavelength λg0 given by . The waveguide is shifted to the side and shortened, and the degree of shortening increases as the coupling between the free space by the radiation slot and the electromagnetic field within the radiation waveguide becomes stronger. Therefore, if we try to make the amount of radiated power uniform from each radiation slot, the wavelength in the radiation waveguide becomes shorter as it moves away from the feeding side, which deviates from the principle of phase synthesis in a leaky waveguide slot array antenna. As a result, Sekiguchi efficiency decreases.
本発明の目的は上記のような問題点を解決し、関口効率
をより増大させることができる漏洩型導波管スロットア
レーアンテナを提供することにある。An object of the present invention is to provide a leaky waveguide slot array antenna that can solve the above-mentioned problems and further increase Sekiguchi efficiency.
【課題を解決するための手段］
このような目的を達成するため、本発明は、放射用導波
管として給電部側から管軸方向に沿って遠ざかるにつれ
てリッジの大きさを変化させたりッジ導波管を用いたこ
とを特徴とする。[Means for Solving the Problems] In order to achieve such an object, the present invention provides a radiation waveguide that changes the size of the ridge as it moves away from the power feeding part side along the tube axis direction. It is characterized by using a waveguide.
［作 用］
本発明では、放射用導波管として用いるリッジ導波管の
リッジの大きさを変化させることで、スロットを設けた
ことに伴う管内波長の変化を補正して管内波長を一定に
コントロールし、各スロットからの最大放射方向をそろ
えることにより、開口効率を増大させている。[Function] In the present invention, by changing the size of the ridge of the ridge waveguide used as the radiation waveguide, the change in the wavelength in the tube due to the provision of the slot is corrected and the wavelength in the tube is kept constant. By controlling and aligning the maximum radiation direction from each slot, the aperture efficiency is increased.
［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。[Example] Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
まず、本発明の原理について説明する。First, the principle of the present invention will be explained.
一般にリッジ導波管の遮断波長え。はリッジの高さや幅
に依存して変化することが知られている。他方、導波管
内の管内波長λｇと遮断波長λ。とは、自由空間波長λ
。と次の式で関係している。In general, the cutoff wavelength of a ridge waveguide. is known to change depending on the height and width of the ridge. On the other hand, the guide wavelength λg and the cutoff wavelength λ in the waveguide. is the free space wavelength λ
. is related by the following formula.
本発明はこれらの原理を利用し、放射管として用いるリ
ッジ導波管のリッジの大きさ、すなわちリッジの高さや
幅を変化させることにより、給電部側から放射管軸方向
へ遠ざかるにつれて遮断周波数を小さくし、これによっ
て放射用スロットにより短縮する管内波長を管内で一定
に保つように補正しようというものである。The present invention utilizes these principles and changes the size of the ridge of the ridge waveguide used as the radiation tube, that is, the height and width of the ridge, thereby increasing the cutoff frequency as it moves away from the power feeding section in the axial direction of the radiation tube. The aim is to correct the tube wavelength, which is shortened by the radiation slot, so as to keep it constant within the tube.
第１図は、本発明の一実施例全体を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing an entire embodiment of the present invention.
また、第２図は本実施例におけるスロットを説明するた
めの参考図、第３図は本実施例におけるリッジを説明す
るための参考図である。Further, FIG. 2 is a reference diagram for explaining the slot in this embodiment, and FIG. 3 is a reference diagram for explaining the ridge in this embodiment.
ここで第２図は、−様な矩形断面を有する放射管を示す
図であり、幅広面に十字形のスロットが切られている。Here, FIG. 2 shows a radiation tube with a --shaped rectangular cross section, with a cross-shaped slot cut in the wide side.
このスロットの形は十字形に限らず、管軸に平行もしく
は垂直或いは水平、垂直組み合せた単純な直線状スロッ
トのものであってもよい。The shape of this slot is not limited to a cross shape, but may be a simple linear slot parallel to or perpendicular to the tube axis, or a combination of horizontal and vertical slots.
また第３図は、リッジ導波管の断面図である。Further, FIG. 3 is a cross-sectional view of the ridge waveguide.
ここで、第３図（＾）はリッジ部を構成する導波板の厚
みが第３図（Ｂ）に比べ薄くなっている。また第３図（
Ｃ） は矩形導波管の中に導体板を置き接着した構造を
示す。要は、導波管内部の電６１波が伝播する中空の部
分の形状が、尾根状の連続的な凸部を有すればよい、第
３図では、リッジは幅広面（Ｈ面）の片方のみに示しで
あるが、両面にあってもよい、リッジの位置は幅広面の
どこにつくることも可能であるが、導波管内を伝播する
電磁波を乱さず、できるだけ単一のモードのみを通すた
め、幅広面の中心におくのがよい。Here, in FIG. 3(^), the thickness of the waveguide plate constituting the ridge portion is thinner than in FIG. 3(B). Also, Figure 3 (
C) shows a structure in which a conductor plate is placed and glued inside a rectangular waveguide. In short, the shape of the hollow part inside the waveguide through which the electric waves propagate needs only to have a ridge-like continuous convex part. In Fig. 3, the ridge is one side of the wide surface (H surface). Although the ridges are shown only on both sides, they can be placed anywhere on the wide surface, but in order to not disturb the electromagnetic waves propagating within the waveguide and to allow only a single mode to pass through as much as possible. , it is best to place it in the center of a wide surface.
再び第１図に戻り、本発明の一実施例を説明する。第１
図に示した実施例は、リッジの高さを一定にしてリッジ
の幅ａ°を給電部側から遠ざかるにつれて狭くしていっ
たものである。給電部側から遠ざかるにつれて放射用ス
ロットによる管内波長短縮化の傾向を打ち消すため、リ
ッジの高さを一定のまま幅を広くするか狭くするかは、
最も給電部側のりッジの幅により決まってくる。すなわ
ち、ｂ／ｃ一定でａ’／ａを変化させると、ある一定の
値のとき遮断周波数はピークをもち、そのピークから遠
ざかるにつれ遮断周波数は小さくなり、リッジを設けな
い場合の値に近づく。このピーク値はほぼａ’／ａ−０
，５の位置にあり、最も給電部側のりッジの幅ａ°をａ
’／ａがピーク値よりも大きくなる様にとった場合には
、管軸方向に給電部側から遠ざかるにつれリッジの幅を
広くすればよい。Returning to FIG. 1 again, one embodiment of the present invention will be described. 1st
In the embodiment shown in the figure, the height of the ridge is kept constant, and the width a° of the ridge is narrowed as it moves away from the power feeding section. In order to counteract the tendency of the wavelength in the tube to shorten due to the radiation slot as it moves away from the feeder side, it is important to decide whether to widen or narrow the width while keeping the height of the ridge constant.
It is determined by the width of the ridge closest to the power supply section. That is, when a'/a is changed while b/c is constant, the cutoff frequency has a peak at a certain constant value, and as it moves away from the peak, the cutoff frequency decreases and approaches the value when no ridge is provided. This peak value is approximately a'/a-0
, 5, and the width a° of the ridge closest to the power supply part is a
When '/a is set to be larger than the peak value, the width of the ridge may be made wider as it moves away from the power supply part side in the tube axis direction.
リッジの幅を狭くする、或いは広くするいずれの場合に
おいても、幅の変化のさせ方は放射用スロットによる放
射管内の電磁場と自由空間の結合の度合に応じて決めれ
ばよい。この場合、たとえばリッジの幅を給電部側から
狭めていって、最終的に幅がなくなっても、放射用スロ
ットによる管内波長短縮の効果を補正し得ないことが考
えられるが、これはりッジの高さＣを大きくとるか、小
さくとるかぐより、放射用スロットによる管内波長短縮
の効果を充分補正できる様にすることが可能である。In either case of narrowing or widening the width of the ridge, the method of changing the width may be determined depending on the degree of coupling between the electromagnetic field in the radiation tube and the free space by the radiation slot. In this case, for example, even if the width of the ridge is narrowed from the feeder side and the width is finally eliminated, it may not be possible to compensate for the effect of shortening the wavelength in the pipe due to the radiation slot; By making the height C large or small, it is possible to sufficiently compensate for the effect of shortening the wavelength in the pipe due to the radiation slot.
なお第１図ではりッジの幅を変化させる際にテーバ状に
徐々に変化する場合を示しているが、階段状に変化させ
てもよい。Although FIG. 1 shows a case in which the width of the ridge is changed gradually in a tapered manner, it may be changed in a stepwise manner.
第４図は本発明の他の実施例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing another embodiment of the present invention.
本実施例においてはりッジの幅を一定にして、リッジの
高さＣｏを徐々に低くしていったものである。本実施例
でもリッジの高さはテーバ状に徐々に変化させたが、階
段状に変化させることも可能である。In this embodiment, the width of the ridge is kept constant, and the height Co of the ridge is gradually lowered. In this embodiment, the height of the ridge is also changed gradually in a tapered manner, but it is also possible to change it in a stepped manner.
第１図および第４図において、リッジは放射用スロット
を設けた面に対向する面に設けた。放射用スロットを設
けた面にリッジを設けることも可能ではある。しかし、
その場合には、放射用スロットの大きさ次第でリッジの
位置や幅に制限がつくことになる。また第１図および第
４図いずれの実施例においても、リッジの高さ１幅の設
計にはりッジ導波管の設計手法としてよく知られている
横共振法を用いることができる。In FIGS. 1 and 4, the ridge is provided on the surface opposite to the surface provided with the radiation slot. It is also possible to provide a ridge on the surface provided with the radiation slot. but,
In that case, the position and width of the ridge will be limited depending on the size of the radiation slot. Further, in both the embodiments shown in FIG. 1 and FIG. 4, the transverse resonance method, which is well known as a design method for a ridge waveguide, can be used to design the ridge with one height and one width.
これまで説明してきた実施例は、いずれも管軸方向に給
電側から遠ざかるにつれて管内波長が短縮化する場合で
あったが、用途によっては帯域を広げる為中心周波数に
おける開口効率を若干犠牲にして、各放射用スロットか
らの放射量を一様とせず分布をもたせることが必要にな
る０例えば、放射管の長さ方向に沿った両端付近では放
射量を少なくし、中央付近の放射量を多くする分布が考
えられる。この場合、中央付近で管内波長が大きく短縮
した後は給電側から遠ざかるにつれ短縮度が少なくなる
結果、逆に管内波長が増大していく場合も生じ得るが、
この様な場合にもリッジの幅や高さを変化させていくこ
とで充分管内波長を一定に保つことができる。In all of the embodiments described so far, the wavelength within the tube shortens as it moves away from the power supply side in the tube axis direction, but depending on the application, the aperture efficiency at the center frequency may be slightly sacrificed to widen the band. It is necessary to distribute the amount of radiation from each radiation slot without making it uniform. For example, the amount of radiation should be reduced near both ends along the length of the radiation tube, and the amount of radiation should be increased near the center. distribution is considered. In this case, after the channel wavelength is greatly shortened near the center, the degree of shortening decreases as you move away from the power supply side, and the channel wavelength may conversely increase.
Even in such a case, the wavelength within the tube can be kept constant by changing the width and height of the ridge.
［発明の効果］
以上説明したように、本発明においては放射用導波管と
してリッジ導波管を用い、リッジの大きさを給電部側か
ら管軸方向に沿って遠ざかるにつれて変化さすることに
より、放射用スロットによる管内波長短縮化の効果を補
正して管内波長を一定に保つことができ、このことによ
り各放射用スロットから放射される電波が最も強め合う
方向をそろえることができ、開口効率をより増大させる
効果がある。[Effects of the Invention] As explained above, in the present invention, a ridge waveguide is used as a radiation waveguide, and the size of the ridge is changed as it moves away from the power feeding part side along the tube axis direction. , it is possible to correct the effect of shortening the wavelength in the tube due to the radiation slots and keep the wavelength in the tube constant, and as a result, it is possible to align the direction in which the radio waves emitted from each radiation slot are most intensified, and to improve the aperture efficiency. It has the effect of further increasing.
第１図は本発明の第１の実施例を示す斜視図、
第２図および第３図は第１の実施例を説明するための参
考図、
第４図は本発明の第２の実施例を示す斜視図である。
第１図
第３図
第２図FIG. 1 is a perspective view showing a first embodiment of the present invention, FIGS. 2 and 3 are reference views for explaining the first embodiment, and FIG. 4 is a second embodiment of the present invention. FIG. Figure 1 Figure 3 Figure 2
Claims (1)
遠ざかるにつれてリッジの大きさを変化させたリッジ導
波管を用いたことを特徴とする漏洩型導波管スロットア
レーアンテナ。1) A leaky waveguide slot array antenna characterized in that a ridge waveguide whose ridge size changes as it moves away from the feeder side along the tube axis direction is used as a radiation waveguide.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10029989A JPH02280504A (en) | 1989-04-21 | 1989-04-21 | Leakage type waveguide slot array antenna |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10029989A JPH02280504A (en) | 1989-04-21 | 1989-04-21 | Leakage type waveguide slot array antenna |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02280504A true JPH02280504A (en) | 1990-11-16 |
Family
ID=14270292
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10029989A Pending JPH02280504A (en) | 1989-04-21 | 1989-04-21 | Leakage type waveguide slot array antenna |
Country Status (1)
| Country | Link |
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