JPH07170122A - 導波管スロットアレーアンテナ - Google Patents

導波管スロットアレーアンテナ

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JPH07170122A
JPH07170122A JP31376293A JP31376293A JPH07170122A JP H07170122 A JPH07170122 A JP H07170122A JP 31376293 A JP31376293 A JP 31376293A JP 31376293 A JP31376293 A JP 31376293A JP H07170122 A JPH07170122 A JP H07170122A
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waveguide
slots
frequency
center
array antenna
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Munehiko Oomuro
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 コセカント2乗ビームを形成するときに、周
波数変化に伴うビームチルトを小さくし、オフセット距
離の変化に伴ってスロットの共振長が変化するのを防止
する。 【構成】 導波管の中央部に給電点を設けるとともに、
スロットの管軸方向のピッチPをほぼλg/2(λg:
中心波長)に設定し、最大ビーム方向をアンテナの正面
からずらせて、スロットに周波数変化に対してビームチ
ルト角の偏位が少ない位相分布を持たせ、コセカント2
乗ビームを形成する。 【効果】 素子間隔が狭くなることによって生じる素子
相互間に与える影響を少なくすることができ、アレーの
設計を簡単にすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はマイクロ波通信に利用す
る。本発明は電波の送信および受信に利用する。本発明
は、電磁波を給電する導波管に電磁波を漏洩させる複数
のスロットをアレー状に配列して形成し、その導波管そ
のものをアンテナ素子として利用する形態のアンテナに
関する。特に、コセカント2乗ビームを成形するアンテ
ナの改良に関する。
【0002】
【従来の技術】矩形導波管に複数の長手方向スロット
(長軸方向が管軸に平行であって導波管壁面を電磁波が
貫通するように設けた長孔)を間隔を設けて多数形成
し、導波管に給電した電磁波をこのスロットから漏洩さ
せて空間に電磁波ビームを形成する導波管スロットアレ
ーアンテナが知られている。図11は特開昭61−62
211号公報に開示された従来例構造である。すなわ
ち、矩形導波管の一つの面に複数のスロットを形成し、
この導波管の一端から給電を行うように構成されてい
る。この図に示す構造例ではスロットが配置された導波
管部分の両側に反射鏡が設けられアンテナ利得を大きく
するようになっている。
【0003】図10は従来例要部構造図であり、複数の
スロット1のピッチpは必ずしも導波管の形状により定
まる中心波長λgの2分の1に等しくなく、また、管軸
2からの各スロットのオフセット距離dは両端で小さく
中央部で大きくなるように形成されている。そしてこの
導波管に対する給電はこの導波管の開放端の一端から行
われる。
【0004】以下、導波管の両側に設けた反射鏡は本発
明の説明には直接関係がないので、反射鏡を省略した要
部形状を例示して説明する。また、この明細書で「給
電」という用語を用いるが、これはアンテナを送信アン
テナとして利用する場合に限るものではなく、この明細
書で説明するアンテナはすべて送信アンテナとしても受
信アンテナとしても利用することができる。さらに、
「スロット」は導波管の金属壁面に形成される孔である
が、物理的にはこの孔は電磁波に影響を及ぼすことが少
ない誘電体で埋められ、あるいは覆われて導波管内に雨
水等が侵入しないように工作される。
【0005】従来例の導波管スロットアレーアンテナと
しては、特開昭61−62212号公報、および社団法
人電子通信学会「アンテナ工学ハンドブック」オーム社
1980年、223頁などに詳しい記載がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】このような従来の導波
管スロットアレーアンテナは、導波管の端部から給電す
るため、周波数変化に伴う各スロットの位相ずれによ
り、ビームチルト角の周波数特性が大きくなってしまう
問題があった。
【0007】本発明はこのような問題を解決するもの
で、周波数変化に伴う各スロットの位相ずれにより生じ
るビームチルト角の周波数特性が大きくなることを防止
することができる導波管スロットアレーアンテナを提供
することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、導波管に間隔
pで複数の長手方向スロットを形成した導波管スロット
アレーアンテナにおいて、この導波管に対する給電点が
前記複数のスロット配列のほぼ中央部に設けられたこと
を特徴とする。前記複数のスロットは、管軸に対して交
互に設けるオフセット距離dを一定値に設定して配置さ
れ、間隔pは前記導波管の形状により定まる中心波長λ
gのほぼ2分の1に等しく、前記複数のスロットの数
は、前記中央部から一方向にn個、他方向にn個であ
り、利用周波数fは、前記中心波長λgに対応する周波
数をfgとするとき、 f=fg(1±m) ただし 0≦m≦0.1 であることが望ましい。
【0009】
【作用】コセカント2乗ビームを成形する際に、最大ビ
ーム方向をアンテナ正面方向から適当にずらすことによ
って電流位相分布の傾きを無くし、管軸方向の素子間隔
(ピッチP)をすべてλg/2にする。その結果、素子
間隔が狭くなることによって生じる素子同士の相互影響
の問題が無くなり、アレーの設計を簡単にすることがで
きる。
【0010】また、導波管の中央部から両端に向かって
給電されるので、周波数変化に伴うビームの偏移する角
度が、従来の導波管の端部からの給電に比べて約1/4
になる。さらに、導波管内を伝搬するエネルギーは、ア
レーの中央から両端に行くにつれて放射しながら減衰し
ていくため、コセカント2乗ビームの電流振幅分布が図
2に示すようにアレーの中央部から両端に向かってほぼ
一定の割合で減衰するので、放射素子であるスロットの
管軸からのオフセット距離dをほぼ一定にすることがで
き、オフセット距離の変化に伴いスロットの共振長が変
化するのを抑止することができる。
【0011】
【実施例】次に、本発明実施例を図面に基づいて説明す
る。図1は本発明実施例の構成を示す斜視図である。
【0012】本発明実施例は、導波管に間隔pで複数の
長手方向スロット1を形成し、この導波管に対する給電
部(給電点)5が複数のスロット1の配列のほぼ中央部
4に設けらる。複数のスロット1は、管軸2に対して交
互に設けるオフセット距離dを一定値に設定して配置さ
れ、間隔pは導波管の形状により定まる中心波長λgの
ほぼ2分の1に等しく、複数のスロット1の数は、中央
部4から一方向にn個、他方向にn個設けられる。本実
施例の場合はn=5として説明する。また、利用周波数
fは、中心波長λgに対応する周波数をfgとすると
き、 f=fg(1±m) ただし 0≦m≦0.1 である。
【0013】本発明の特徴とするところは、前述したよ
うに、導波管の中央部4から給電するとともに、スロッ
ト1の管軸方向の間隔をλg/2に設定し、最大ビーム
方向をアンテナの正面方向からずらせることにより、ス
ロット1に周波数変化に対してビームチルト角の偏位が
少ない位相分布を持たせ、これによりコセカント2乗ビ
ームを成形することにある。
【0014】図2は最大ビーム方向がアンテナ正面であ
るコセカント2乗ビームを実現する電流振幅分布を示す
図であり、その電流振幅分布はアレーの中心に対して対
象になっている。図3はそのときの電流位相分布を示し
たものである。図4および図6はコセカント2乗ビーム
の最大ビーム方向をアンテナ正面から1.75°下方向
にずらしたパターンを実現する電流分布である。ここ
で、最大ビーム方向を正面方向からずらすことにより、
図5に示すように電流位相分布の傾きを無くすことがで
きる。また、このように電流位相分布の傾きを無くすこ
とによってアレーの中心に対して上下それぞれのスロッ
トの位相が同相になるために、管軸2の方向の素子間隔
をすべてλg/2にすればよいことになる。
【0015】次に、本発明における周波数特性の利点に
ついて説明する。図6および図7に中心周波数よりも約
4%周波数が低い場合の放射パターンと電流位相分布を
示し、図8および図9には約4%周波数が高い場合のも
のを示す。図6〜図9中、6は中心周波数における特
性、7は従来の給電方法による特性、8は本発明の給電
方法による特性である。図7および図9からわかるよう
に、周波数が中心周波数からずれると、導波管の端から
給電した場合の最大ビーム方向が中心周波数のパターン
のピーク軸に対して上下にチルトするのに対し、中央部
からの給電の場合は上側のみにずれる。さらに、図9か
らわかるように、それぞれの給電方法による最大ビーム
方向が、中心周波数のパターンに対して、ともに下側に
ビームチルトする場合においても、導波管の端から給電
した場合のチルトする角度が3°であるのに対して、中
央部からの給電による方法ではチルトする角度が1.5
°と半分である。中央部からの給電による方法では、最
大ビーム方向の利得が若干低下するが、Elevati
onの0°から40°下方にかけての範囲で利得の変化
が小さいことがわかる。
【0016】このように、コセカント2乗ビームを成形
する際に、アレーの中央部から両端に向かって給電する
ことにより周波数変化に伴うビームチルトは小さくな
り、また、導波管内を伝搬するエネルギーは、アレーの
中央部4から両端に行くにつれて放射しながら減衰する
ため、コセカント2乗ビームの電流振幅分布が図2およ
び図4に示すようにアレーの中央部から両端に向かって
ほぼ一定の割合で減衰し、放射素子であるスロット1の
管軸2からのオフセット距離Dはほぼ一定となり、この
オフセット距離Dの変化に伴ってスロット1の共振長が
変化するのを抑止する。さらに、最大ビーム方向をアン
テナ正面方向から適当にずらすことによって、管軸2の
方向の素子間隔をすべてλg/2にすることができるこ
とになり、素子間隔が狭くなることによって生じる素子
が相互に影響しあう問題が無くなる。
【0017】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、コ
セカント2乗ビームを成形するときに、周波数変化に伴
うビームチルトを小さくすることができるとともに、オ
フセット距離の変化に伴ってスロットの共振長が変化す
ることを防止することができる。さらに、素子間隔が狭
くなることによって生じる素子相互間で影響しあうこと
を少なくすることができ、アレーの設計を簡単にするこ
とができるなどの効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明実施例における中央から給電する場合の
構成を示す斜視図。
【図2】本発明実施例におけるビームチルトする前のコ
セカント2乗ビームの電流振幅分布を示す図。
【図3】本発明実施例におけるビームチルトする前のコ
セカント2乗ビームの電流位相分布を示す図。
【図4】本発明実施例におけるビームチルトした後のコ
セカント2乗ビームの電流振幅分布を示す図。
【図5】本発明実施例におけるビームチルトした後のコ
セカント2乗ビームの電流位相分布を示す図。
【図6】本発明実施例および従来例における中心周波数
より周波数が約4%低い場合の放射パターンを示す図。
【図7】本発明実施例および従来例における中心周波数
より周波数が約4%低い場合の電流位相分布を示す図。
【図8】本発明実施例および従来例における中心周波数
より周波数が約4%高い場合の放射パターンを示す図。
【図9】本発明実施例および従来例における中心周波数
より周波数が約4%高い場合の電流位相分布を示す図。
【図10】従来例における端部から給電する場合の構成
を示す斜視図。
【図11】従来例構造を示す斜視図。
【符号の説明】
1 スロット 2 管軸 4 中央部 5 給電部 6 中心周波数における特性 7 従来の給電方法による特性 8 本発明の給電方法による特性
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成7年3月13日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項2
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0008
【補正方法】変更
【補正内容】
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、導波管に間隔
pで複数の長手方向スロットを形成した導波管スロット
アレーアンテナにおいて、この導波管に対する給電点が
前記複数のスロット配列のほぼ中央部に設けられたこと
を特徴とする。前記複数のスロットは、管軸に対して交
互に設けるオフセット距離dをほぼ一定値に設定して配
置され、間隔pは前記導波管の形状により定まる中心波
長λgのほぼ2分の1に等しく、前記複数のスロットの
数は、前記中央部から一方向にn個、他方向にn個であ
り、利用周波数fは、前記中心波長λgに対応する周波
数をfgとするとき、f=fg(1±m) ただし 0
≦m≦0.1であることが望ましい。
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0012
【補正方法】変更
【補正内容】
【0012】本発明実施例は、導波管に間隔pで複数の
長手方向スロット1を形成し、この導波管に対する給電
部(給電点)5が複数のスロット1の配列のほぼ中央部
4に設けらる。複数のスロット1は、管軸2に対して交
互に設けるオフセット距離dをほぼ一定値に設定して配
置され、間隔pは導波管の形状により定まる中心波長λ
gのほぼ2分の1に等しく、複数のスロット1の数は、
中央部4から一方向にn個、他方向にn個設けられる。
本実施例の場合はn=5として説明する。また、利用周
波数fは、中心波長λgに対応する周波数をfgとする
とき、 f=fg(1±m) ただし 0≦m≦0.1 である。
【手続補正4】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0016
【補正方法】変更
【補正内容】
【0016】このように、コセカント2乗ビームを成形
する際に、アレーの中央部から両端に向かって給電する
ことにより周波数変化に伴うビームチルトは小さくな
り、また、導波管内を伝搬するエネルギーは、アレーの
中央部4から両端に行くにつれて放射しながら減衰する
ため、コセカント2乗ビームの電流振幅分布が図2およ
び図4に示すようにアレーの中央部から両端に向かって
ほぼ一定の割合で減衰し、放射素子であるスロット1の
管軸2からのオフセット距離はほぼ一定となり、この
オフセット距離の変化に伴ってスロット1の共振長が
変化するのを抑止する。さらに、最大ビーム方向をアン
テナ正面方向から適当にずらすことによって、管軸2の
方向の素子間隔をすべてλg/2にすることができるこ
とになり、素子間隔が狭くなることによって生じる素子
が相互に影響しあう問題が無くなる。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 導波管に間隔pで複数の長手方向スロッ
    トを形成した導波管スロットアレーアンテナにおいて、 この導波管に対する給電点が前記複数のスロット配列の
    ほぼ中央部に設けられたことを特徴とする導波管スロッ
    トアレーアンテナ。
  2. 【請求項2】 前記複数のスロットは、管軸に対して交
    互に設けるオフセット距離dを一定値に設定して配置さ
    れた請求項1記載の導波管スロットアレーアンテナ。
  3. 【請求項3】 間隔pは前記導波管の形状により定まる
    中心波長λgのほぼ2分の1に等しい請求項1または2
    記載の導波管スロットアレーアンテナ。
  4. 【請求項4】 前記複数のスロットの数は、前記中央部
    から一方向にn個、他方向にn個である請求項1ないし
    3のいずれかに記載の導波管スロットアレーアンテナ。
  5. 【請求項5】 n=5である請求項4記載の導波管スロ
    ットアレーアンテナ。
  6. 【請求項6】 利用周波数fは、前記中心波長λgに対
    応する周波数をfgとするとき、 f=fg(1±m) ただし 0≦m≦0.1 である請求項1ないし3のいずれかに記載の導波管スロ
    ットアレーアンテナ。
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