JPS5927527B2 - slot array antenna - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はシャントエツジスロットアレイアンテナの改
良に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION This invention relates to improvements in shunt edge slot array antennas.

従来のシャントエツジスロットアレイアンテナ（以下単
にスロットアンテナという）では、スロット素子間の迷
結合が存在しているにもかかわらず、設計の因子として
扱われていなかったため、アンテナパターンの低サイド
ローブ化には限界が生じていた。In conventional shunt edge slot array antennas (hereinafter simply referred to as slot antennas), although stray coupling between slot elements exists, it was not treated as a design factor, so it was necessary to reduce the sidelobes of the antenna pattern. had reached a limit.

また、スロット素子によって本質的に発生する不要偏波
成分を抑圧装置で抑圧する際に発生する反射波の影響を
受けて、スロット素子の周波数帯域幅が狭くなり、アン
テナ全体の周波数特性が悪化していた。In addition, the frequency bandwidth of the slot element becomes narrow due to the influence of reflected waves generated when the suppression device suppresses unnecessary polarized components that are essentially generated by the slot element, and the frequency characteristics of the entire antenna deteriorate. was.

この傾向はふく射能率の高いスロット素子はど顕著とな
り、そのためふく射能率はあまり高（できず、短いスロ
ットアンテナの高効率設計を困難にしていた。This tendency became more pronounced in slot elements with high radiation efficiency, which made it difficult to design short slot antennas with high efficiency.

従来のスロットアンテナをさらに具体的に図面と共に説
明すれば次のとおりである。The conventional slot antenna will be explained in more detail with reference to the drawings as follows.

第１図はスロットアンテナの構造図で、１は導波管、２
は導波管１の狭面に穿たれたスロット素子、３はアンテ
ナ（スロット素子）プレイに垂直な面のパターン成形用
の金属板（フレア）、４は不要偏波成分抑圧装置である
。Figure 1 is a structural diagram of a slot antenna, where 1 is a waveguide and 2 is a structural diagram of a slot antenna.
3 is a slot element bored in the narrow surface of the waveguide 1; 3 is a metal plate (flare) for forming a pattern on a plane perpendicular to the antenna (slot element) play; 4 is an unnecessary polarization component suppression device.

このような構造のスロットアンテナでは、スロット素子
２間に迷結合５を生じ、スロット素子の励振位相及び振
幅に影響を与えている。In the slot antenna having such a structure, stray coupling 5 occurs between the slot elements 2, which affects the excitation phase and amplitude of the slot elements.

この迷結合５はかなり離れたスロット素子２の間でも生
じており、しかも、迷結合に関係する構造と励振電力に
関係する構造とを独立なものとして扱えないため、解析
的解法は現実には存在しないとも云われている。This stray coupling 5 occurs even between slot elements 2 that are quite far apart, and the structure related to stray coupling and the structure related to excitation power cannot be treated as independent, so analytical solutions are not practical in reality. It is also said that it does not exist.

こうした背景から、従来は一般に掃唱されている近似法
を用い、設計時のオーバーデザインによって所望の性能
を得ていた。Against this background, in the past, the generally used approximation method was used to obtain the desired performance through overdesign during design.

しかし、本質的な設計法ではないため、実現できるアン
テナの性能、特にサイドロープ特性には限界があった。However, since this is not an essential design method, there are limits to the antenna performance that can be achieved, especially the side rope characteristics.

この限界は、迷結合を含めた形での設計法を確立するか
、あるいは従来の設計法を用いながらも迷結合量を減少
させることにより高いレベルに移行させうると考えられ
るが、いずれにしてもスロットアンテナの低サイドロー
ブ化には、迷結合量の減少が不可欠である。It is thought that this limit can be taken to a higher level by establishing a design method that includes stray coupling, or by reducing the amount of stray coupling while using the conventional design method. Reducing the amount of stray coupling is also essential for achieving low sidelobes in slot antennas.

実際に迷結合量を測定した結果から、約１０〜１３°程
度の励振位相の乱れが生じていると考えられる。From the results of actually measuring the amount of stray coupling, it is thought that a disturbance in the excitation phase of about 10 to 13 degrees occurs.

この種の技術分野の研究報告においても、５°の励振位
相誤差ですらサイドローブが設計値より約１０ ｄＢも
高くなる例が報告されていることから、上記の１０〜１
３゜の誤差は性能悪化の重大な要因と云えよう。Even in research reports in this type of technical field, there are cases where even an excitation phase error of 5° causes the sidelobe to be about 10 dB higher than the design value.
An error of 3° can be said to be a significant factor in deteriorating performance.

迷結合量の減少のためには、スロット素子間をしやへい
することが必要であり、その効果を有すると思われるも
のに、スロット素子から必然的に発生する不要偏波成分
の抑圧を目的とした金属ブロックをスロット素子間に配
置した構造のものが提案されているが（米国特許第３２
３４５５８号明細書）、迷結合量の減少の効果はあくま
で派生的なものであって、その量はわずかでしかないと
いう状況にあった。In order to reduce the amount of stray coupling, it is necessary to suppress the spacing between slot elements, and one of the things that seems to have this effect is to suppress unnecessary polarized components that inevitably occur from slot elements. A structure has been proposed in which a metal block is arranged between slot elements (US Pat. No. 32
No. 34,558), the effect of reducing the amount of stray bonds is only derivative, and the amount is only small.

この発明はかかる状況に鑑みてなされたもので、各スロ
ット素子間にチョーク構造を有するじゃへい壁を取付け
ることにより、迷結合量の減少を図り、かつ、不要偏波
成分を抑圧させて、低サイドローブ特性を実現したスロ
ットアンテナを提供しようとするものである。This invention was made in view of the above situation, and by installing a blocking wall having a choke structure between each slot element, it is possible to reduce the amount of stray coupling and suppress unnecessary polarized components. The present invention aims to provide a slot antenna that achieves sidelobe characteristics.

この発明の実施例を図面と共に説明すれば次のとおりで
ある。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第２図はこの発明の一実施例に係るじゃへい壁６を示す
もので、このしやへい壁６はスロット素子間に設置され
る。FIG. 2 shows a baffle wall 6 according to an embodiment of the present invention, which baffle wall 6 is installed between slot elements.

しやへい壁６にはその先端面に少なくとも１つの溝７が
設けられており（図示の場合は１つ）、この溝７の方向
は、導波管１の軸方向および電波の主輻射方向のいずれ
にも垂直で、チョークの働きをするようにその深さが決
めン られて（・る。The stiff wall 6 is provided with at least one groove 7 on its tip surface (one groove is shown), and the direction of the groove 7 is the axial direction of the waveguide 1 and the main radiation direction of radio waves. It is perpendicular to both sides, and its depth is determined so that it acts as a choke.

第２図において斜線を施した面６ａとその対面はフレア
３の内面に接するように形状が定められ、また凹部６ｂ
の内面形状も導波管１０表面に合致されている。The shaded surface 6a in FIG.
The inner surface shape of the waveguide 10 is also matched to the surface of the waveguide 10.

尚、Ｂは後述する段差である。Incidentally, B is a step which will be described later.

【 第３図はしやへい壁６をスロット素子２間に配置
した状態の説明図である。[FIG. 3 is an explanatory diagram of a state in which the shield wall 6 is arranged between the slot elements 2.

第３図において、スロット素子２は主輻射方向であるＹ
方向を除いた周囲を７レア３と金属ブロック６．６′に
よって囲まれており、従ってこの場１ 合、迷結合は金
属ブロック６と６′の前端面をそれぞれ介して生じてい
る。In FIG. 3, the slot element 2 is in the main radiation direction Y
The periphery except for the direction is surrounded by the 7-lead 3 and the metal blocks 6 and 6', so that in this case the stray coupling occurs through the front end faces of the metal blocks 6 and 6', respectively.

この迷結合の主因は、金属ブロックの前面に図中破線で
示したような表面電流ｉが生じることによる。The main cause of this stray coupling is that a surface current i as shown by the broken line in the figure is generated on the front surface of the metal block.

尚、矢印Ｅは輻射電界ベクトルを示す。Note that arrow E indicates a radiated electric field vector.

ここで、金属ブロック６′のように、前端面が平面で溝
のない金属ブロックでは、表面電流ｊがそのまま隣接す
る区間に流れ込んでしまうため、しやへい効果は後述す
るようにわずかである。Here, in a metal block such as the metal block 6', which has a flat front end face and no groove, the surface current j flows directly into the adjacent section, so the damping effect is slight as will be described later.

一方、本発明では金属ブロックとしてその前端・ 面に
溝７を有する金属ブロック６を用いるものであり、この
ような溝７を有する金属ブロック６では、表面電流ｉに
対して溝７のチョーク作用により減衰を与えることがで
き、しやへい効果を著るしく高めることができる。On the other hand, in the present invention, a metal block 6 having grooves 7 on its front end/surface is used as the metal block, and in the metal block 6 having such grooves 7, the surface current i is affected by the choke action of the grooves 7. It can provide damping and significantly enhance the damping effect.

すなわち溝１にはその深さ方向に表面電流ｉに対応する
電流が流れ、溝内の両側面でこの電流の向きは互いに逆
であり、溝の底が金属面であるから、溝７内の電界は溝
底で短絡状態となる。In other words, a current corresponding to the surface current i flows in the groove 1 in the depth direction, and the direction of this current is opposite to each other on both sides of the groove.Since the bottom of the groove is a metal surface, the current in the groove 7 The electric field becomes short-circuited at the groove bottom.

従って溝１のチョーク効果は、溝７の深さを、溝内に生
じる電磁界の％波長に選んだときに最大となり、このと
き溝７の開口部では内部電磁界に対して開放状態すなわ
ち前端面の表面電流ｉに対してインピーダンスが無限大
となる。Therefore, the choke effect of groove 1 is maximum when the depth of groove 7 is selected to be % wavelength of the electromagnetic field generated within the groove, and in this case, the opening of groove 7 is open to the internal electromagnetic field, that is, the front end The impedance becomes infinite for the surface current i of the surface.

このようにして本発明では金属ブロックに充分なしやへ
い効果をもたせることができるものである。In this way, the present invention can provide a metal block with sufficient insulation and sealing effects.

また不要偏波成分の抑圧効果は、後述のようにスロット
素子のごく近傍で得られるため、溝７の存在によって同
等影響を受けることがない。Furthermore, since the effect of suppressing unnecessary polarized wave components is obtained in the very vicinity of the slot element as will be described later, the existence of the groove 7 does not have the same effect.

しやへい効果の測定結果を第４図に示す。Figure 4 shows the measurement results of the shiyahei effect.

第４図のａは第１図の従来のアンテナの構造での測定値
、ｂはこの発明によるじゃへい壁を配置した構造での測
定値、Ｃはチョーク構造をもたないブロックを配置した
構造での測定値である。In Fig. 4, a is the measured value for the conventional antenna structure shown in Fig. 1, b is the measured value for the structure with a blocking wall according to the present invention, and C is the measured value for the structure with blocks without a choke structure. This is the measured value at

これらの測定結果から、チョーク構造によって迷結合量
が大幅に減少することがわかる。These measurement results show that the choke structure significantly reduces the amount of stray coupling.

この結果によって、励振位相の乱れは前述の約％の２°
程度となり、アンテナ特性の大幅な改善が期待できる。This result shows that the excitation phase disturbance is approximately 2°, which is about % of the above value.
As a result, a significant improvement in antenna characteristics can be expected.

なお、第３図中Ｘは主偏波成分電界ベクトルの方向、Ｚ
は不要偏波成分電界ベクトルの方向を示す。In addition, in Fig. 3, X is the direction of the main polarization component electric field vector, and Z
indicates the direction of the unnecessary polarization component electric field vector.

一方、スロットアンテナには不要偏波抑圧装置を備えて
いることは前述したとおりであるが、一般にはこの装置
が不要偏波成分のみを反射することでそのふく射を抑圧
する方法をとるため、各スロット素子にはりアクタンス
性負荷が接続されていると見做すことができる。On the other hand, as mentioned above, the slot antenna is equipped with an unnecessary polarization suppression device, but generally this device suppresses the radiation by reflecting only the unnecessary polarization component, so each It can be considered that an actance load is connected to the slot element.

このため第１図の導波管１と不要偏波成分抑圧装置４と
をできるだけ接近させ、導波管内から見た素子インピー
ダンスの周波数変化による変動を小さくする必要がある
。For this reason, it is necessary to make the waveguide 1 and the unnecessary polarization component suppressor 4 in FIG. 1 as close as possible to each other to reduce fluctuations in element impedance as seen from inside the waveguide due to frequency changes.

このことは、低サイドローブ特性が得られる周波数帯域
幅を広く保つ意味で重要である。This is important in terms of maintaining a wide frequency bandwidth in which low sidelobe characteristics can be obtained.

この目的を達成するには、第３図中のａの寸法を最高使
用周波数での波長λｍｉｎの％以下とし、第２図中のＷ
の寸法を十分大きくすることにより、不要偏波成分のみ
に大きな減衰を与えることで可能になる。To achieve this objective, the dimension a in FIG.
This becomes possible by making the dimensions sufficiently large to give large attenuation only to unnecessary polarized components.

これは、この減衰は主として反射損であるが、ａの寸法
をλｍｉｎ／２より十分小さくとれば不要偏波成分の等
価短絡面はスロット素子のごく近傍となるからである。This is because, although this attenuation is mainly a reflection loss, if the dimension a is made sufficiently smaller than λmin/2, the equivalent short-circuit plane of the unnecessary polarized wave component will be in the very vicinity of the slot element.

このようにして前述の条件が満たされる。In this way the aforementioned conditions are met.

他方、主偏波成分は第３図中のａの部分を伝搬するが、
しやへい壁の先端にインピーダンスの不連続点が存在す
るので、その点で一部反射される。On the other hand, the main polarization component propagates through part a in Figure 3,
Since there is an impedance discontinuity point at the tip of the thin wall, some of the light is reflected at that point.

この不連続点での反射は、スロット素子の周波数特性に
悪影響を与えるので、整合回路を設けて反射がおこらな
いようにすることが望ましい。Since reflection at this discontinuity point has an adverse effect on the frequency characteristics of the slot element, it is desirable to provide a matching circuit to prevent reflection from occurring.

テーパー変成器ではテーパーを十分にとれないため、第
２図中Ｂの矢印に示したようにじゃへい壁６の壁面に段
差を設けて、阿波長変成器とするのがよい。Since a taper transformer cannot have a sufficient taper, it is preferable to provide a step on the wall surface of the barrier wall 6 as shown by the arrow B in FIG. 2 to form an wavelength transformer.

Ｈ面でのインピーダンス整合は、第１図のフレア３がテ
ーパー変成器として作用するため問題はない。There is no problem with impedance matching in the H plane because the flare 3 in FIG. 1 acts as a taper transformer.

第５図及び第６図はそれぞれこの発明の実施例に係るス
ロットアンテナの構造図である。5 and 6 are structural diagrams of slot antennas according to embodiments of the present invention, respectively.

第５図のスロットアンテナは導波管１の狭面に穿たれた
スロット素子２０間にじゃへい壁６が配置され、不要偏
波成分抑圧装置を取り除いたもので、しやへい壁６には
溝７によるチョーク構造は１つだけ設けられている。In the slot antenna shown in FIG. 5, a blocking wall 6 is arranged between slot elements 20 bored in the narrow side of the waveguide 1, and an unnecessary polarization component suppression device is removed. Only one choke structure with grooves 7 is provided.

第６図のスロットアンテナは、しやへい壁の％ずつを１
つにまとめ、すなわち第３図中のＣで示された部分を１
つの構造体とし、短い導波管又はＨ面ホーン状にしたも
の６０を配置した例である。The slot antenna shown in Figure 6 has 1% of the thin wall.
In other words, the part indicated by C in Figure 3 is
This is an example in which a short waveguide or an H-plane horn-shaped structure 60 is arranged.

この例ではチョーク構造は複数である。In this example, there are multiple choke structures.

なお、しやへい壁の材質は表面が金属であればよく、プ
ラスチック材に鍍金を施したものが使用できる。Note that the material of the wall may be a metal surface, and a plated plastic material may be used.

このため、重量及びコストの増加は従来のアンテナに比
べてわずかである。Therefore, the increase in weight and cost is small compared to conventional antennas.

この発明の他の効果としては、迷結合が素子励振構造と
無関係になるため、迷結合を設計上の因子として取扱う
ことが容易になることが上げられる。Another advantage of the present invention is that stray coupling becomes irrelevant to the element excitation structure, making it easier to handle stray coupling as a design factor.

しかも、迷結合量は小さいため、周波数特性の良いアン
テナを得ることができる。Moreover, since the amount of stray coupling is small, an antenna with good frequency characteristics can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第１図は従来のスロットアンテナの構造図、第２図はこ
の発明の一実施例に係るじゃへい壁の斜視図、第３図は
しやへい壁の作用の説明図、第４図はしやへい壁の効果
の測定結果、第５図及び第６図はそれぞれこの発明の実
施例に係るアンテナの構造図である。 １・・・・・・導波管、２・・・・・・スロット素子、
３・・・・・・フレア、４・・・・・・不要偏波成分抑
圧装置、６・・・・・・しやヘイ壁、γ・・・・・・溝
。Figure 1 is a structural diagram of a conventional slot antenna, Figure 2 is a perspective view of a shield wall according to an embodiment of the present invention, Figure 3 is an explanatory diagram of the function of the shield wall, and Figure 4 is a diagram of the shield wall. 5 and 6 are structural diagrams of antennas according to embodiments of the present invention, respectively, showing the measurement results of the effect of the narrow wall. 1... Waveguide, 2... Slot element,
3...Flare, 4...Unwanted polarization component suppression device, 6...Shiyahei wall, γ...Groove.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 １ 矩形導波管、該矩形導波管狭面に導波管軸方向に関
して所定間隔で穿たれた溝で構成される複数のスロット
素子、前記矩形導波管を間にして導波管軸と平行に配置
され前記矩形導波管狭面と垂直な面内の輻射パターンを
形成するための一対の金属板、および前記スロット素子
間の前記矩形導波管表面と前記金属板対の内面とに密着
して取付げられ不要偏波成分の抑圧機能を有する金属ブ
ロックとを備え、主輻射方向を除いて前記各スロット素
子の周囲を前記金属板対と金属ブロックとで囲んで成る
スロットアレイアンテナにおいて、前記金属ブロックの
アンテナ開口面側の先端面に導波管軸および主輻射方向
に共に垂直な方向に少なくともひとつのチョーク作用を
する溝を設けたことを特徴とするスロットアレイアンテ
ナ。 ２ 前記金属ブロック先端面のチョーク溝が、アンテナ
開口の奥行き方向に関して、該チョーク溝内に生じる電
磁界の波長のに波長に相当する深さを有することを特徴
とする特許請求の範囲第１項に記載されたスロットアレ
イアンテナ。 ３ 矩形導波管、該矩形導波管狭面に導波管軸方向に関
して所定間隔で穿たれた溝で構成される複数のスロット
素子、前記矩形導波管を間にして導波管軸と平行に配置
され前記矩形導波管狭面と垂直な面内の輻射パターンを
形成するための一対の金属板、および前記スロット素子
間の前記矩形導波管表面と前記金属板対の内面とに密着
して取付けられ不要偏波成分の抑圧機能を有する金属ブ
ロックとを備え、主輻射方向を除いて前記各スロット素
子の周囲を前記金属板対と金属ブロックとで囲んで成る
スロットアレイアンテナにおいて、前記金属ブロックの
アンテナ開口面側の先端面に導波管軸および主輻射方向
に共に垂直な方向に少なくともひとつのチョーク作用を
する溝を設けると共に、そのスロット素子側壁面にに波
長変成器を構成する段差を設けたことを特徴とするスロ
ットアレイアンテナ。 ４ 前記金属ブロック先端面のチョーク溝が、アンテナ
開口の奥行き方向に関して、該チョーク溝内に生じる電
磁界の波長の阿波長に相当する深さを有することを特徴
とする特許請求の範囲第３項に記載されたスロットアレ
イアンテナ。[Scope of Claims] 1. A rectangular waveguide, a plurality of slot elements formed of grooves bored in the narrow side of the rectangular waveguide at predetermined intervals in the axial direction of the waveguide, and a plurality of slot elements with the rectangular waveguide interposed therebetween. a pair of metal plates arranged parallel to the waveguide axis to form a radiation pattern in a plane perpendicular to the narrow surface of the rectangular waveguide, and a surface of the rectangular waveguide between the slot elements and the metal. and a metal block that is attached in close contact with the inner surface of the pair of plates and has a function of suppressing unnecessary polarized components, and each of the slot elements is surrounded by the pair of metal plates and the metal block except in the main radiation direction. A slot array antenna comprising: a slot array antenna comprising at least one groove that acts as a choke in a direction perpendicular to both the waveguide axis and the main radiation direction on the tip end face of the metal block on the antenna opening side; array antenna. 2. Claim 1, wherein the choke groove on the front end surface of the metal block has a depth corresponding to the wavelength of the electromagnetic field generated within the choke groove in the depth direction of the antenna opening. Slot array antenna described in. 3. A rectangular waveguide, a plurality of slot elements formed of grooves bored in the narrow side of the rectangular waveguide at predetermined intervals in the waveguide axis direction, and a waveguide axis and a plurality of slot elements with the rectangular waveguide in between. a pair of metal plates arranged in parallel to form a radiation pattern in a plane perpendicular to the narrow surface of the rectangular waveguide, and a surface of the rectangular waveguide between the slot elements and an inner surface of the pair of metal plates; A slot array antenna comprising a metal block that is closely attached and has a function of suppressing unnecessary polarized components, and each slot element is surrounded by the metal plate pair and the metal block except in the main radiation direction, At least one groove that acts as a choke is provided in a direction perpendicular to both the waveguide axis and the main radiation direction on the tip end surface of the metal block on the antenna opening side, and a wavelength transformer is configured on the side wall surface of the slot element. A slot array antenna characterized by having a step. 4. Claim 3, wherein the choke groove on the front end surface of the metal block has a depth corresponding to the wavelength of the electromagnetic field generated in the choke groove in the depth direction of the antenna opening. Slot array antenna described in.