(57)【要約】【課題】高利得・高効率で、サイドローブを抑制したスロットアレイアンテナを構成する。【解決手段】放射用導波管３０は、平行な第１・第２の導体平面とその端部を閉じる側面とを有し、内部に導波空間を構成している。放射用導波管３０の前面には複数のスロット３１Ｓのアレイを形成している。スロット３１Ｓの配置ピッチは使用周波数の管内波長の約１／２である。導体板６１は、スロット３１Ｓを挟んで対をなす二つの導体板でスロットの上部空間が先細り状となるように設けている。【選択図】図１２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スロットアレイが形成された第１の導体平面、この第１の導体平面に平行な第２の導体平面、及び前記第１・第２の導体平面の端部を閉じる導体側面で構成される放射用導波管と、前記放射用導波管の導波空間に電磁波を導入する電磁波導入手段と、を備え、
前記スロットアレイが、前記放射用導波管内の電磁波に結合して放射する電界の主要偏波面が同一方向を向き、且つ主要偏波面に直交する偏波成分が互いに打ち消されるように、前記放射用導波管の電磁波伝搬方向及び当該方向に直交する方向に並列形成されたスロットアレイアンテナにおいて、
前記第１の導体平面に形成されたスロットアレイのうち前記放射用導波管の電磁波伝搬方向に隣接するスロット同士の間に、前記第１の導体平面から垂直又はほぼ垂直に立つ複数の導体板を備えたスロットアレイアンテナ。
【請求項２】
前記電磁波導入手段は、前記導波空間に電磁波を導入するスロットアレイを有する導入用導波管と、当該導入用導波管内に電磁波を励振する励振手段とで構成され、前記導入用導波管に形成されたスロットアレイの各スロットが、前記導入用導波管の電磁波伝搬方向に複数の磁界ループが並ぶ高次モードの電磁波を前記放射用導波管に対して励振するように配置された、請求項１に記載のスロットアレイアンテナ。
【請求項３】
前記導体板は、高さが使用周波数のほぼ１／２波長に相当する、請求項１又は２に記載のスロットアレイアンテナ。
【請求項４】
前記第１の導体平面に形成されたスロットアレイの各スロットは、前記電磁波伝搬方向に直交する方向に向き、且つ前記導体板の間隔に収まる範囲で前記放射用導波管の電磁波伝搬方向に傾斜した傾斜スロットである、請求項１乃至３の何れかに記載のスロットアレイアンテナ。
【請求項５】
前記複数の導体板は、前記傾斜スロットを挟んで対をなす二つの導体板で、前記傾斜スロットの上部空間が先細り状となるように、それぞれ設けられた、請求項４に記載のスロットアレイアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はレーダ用・通信用・放送用のアンテナ等として用いられるスロットアレイアンテナに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
導波管の側面に、送受信電磁波に共振する複数のスロットを配列したスロットアレイアンテナは、一般に低利得でサイドローブレベルが高い特性を備えているが、この特性を改善するために、振幅の開口分布を所望の分布にしたスロットアレイアンテナが特許文献１に開示されている。
【０００３】
また、方形の平行平板導波路を用いて、２本のスロットを放射素子単位として互いのスロットからの反射を相殺させ、スロットによる反射を抑圧させた平行平板スロットアンテナが特許文献２に開示されている。
【０００４】
また、スロットアレイを２次元上に配列した第１の導体平面およびそれに平行な第２の導体平面を有する放射用導波管と、その放射用導波管の導波空間に電磁波を導入するスロットアレイを形成した導入用導波管を備えたスロットアレイアンテナが特許文献３に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平２−２８８７０８号公報
【特許文献２】特許第２５２６３９３号公報
【特許文献３】国際公開第２００８／０１８４８１号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１・特許文献２に示されているスロットアレイアンテナでは、各スロットから放射される電磁波の強度を制御することができない。また、アンテナの指向性を制御するためには各スロットから放射される電磁波の強度に重み付けを行う方法が有効であるが、特許文献１・特許文献２に示されているスロットアレイアンテナでは、構造上そのような重み付けができないので、指向性の制御ができない。
【０００７】
さらに、特許文献１，２では導波空間を構成する２つの導体平面の一方に形成した複数のスロットから放射する電磁波強度の分布を制御することができないので、最適なサイドローブ制御が行えないという問題もあった。
【０００８】
特許文献３に示されているスロットアレイアンテナによれば、導入用導波管に形成されたスロットアレイの各スロットは、放射用導波管にその電磁波伝搬方向に複数の電界強度分布の山および磁界ループが縦横に並ぶ高次モードの電磁波を励振するので、放射用導波管に形成されたスロットは上記高次モードの管壁電流を任意の箇所で遮って第１の導体平面から電磁波を放射させることが可能となる。
【０００９】
図１（Ａ）は特許文献３に係るスロットアレイアンテナの構成例を示す図、図１（Ｂ）はその座標系を示す図である。但し、後に示す本発明の実施形態との対比を容易にするために、図１では、特許文献３に開示されているスロットアレイアンテナの例とはスロットのパターンを異ならせている。
図１（Ａ）において、放射用導波管３０の上面には複数のスロット３１が縦横に配列されている。導入用導波管２０は、放射用導波管３０の下面に接合されている。
【００１０】
導入用導波管２０の上面にはスロット２１が形成されている。放射用導波管３０の、導入用導波管２０から離れた側の一方端には電波吸収体３４が設けられている。これに対向する他方端（導入用導波管２０に近い側の端部）と２つの側面はそれぞれ短絡面とされている。
【００１１】
しかし、特許文献３に示されているスロットアレイアンテナにおいては、例えばそれを船舶用レーダのアンテナとして用いた際に、或る条件ではサイドローブの問題があることが分かった。
【００１２】
図２は、図１に示されているスロットアレイアンテナの指向特性を示す図である。図２において、横軸は、図１（Ｂ）示したｘ−ｚ平面での方位角θ、縦軸は放射強度を表したものである。図２においてＨＰで示す曲線は水平偏波の放射強度、ＶＰで示す曲線は垂直偏波の放射強度である。
【００１３】
このようにｘ−ｚ平面、すなわちφ＝０°のときは、θ＝４５°，θ＝１３５°でのサイドローブ比は−３６ｄＢ程度である。
【００１４】
一方、図３は、θ＝４５°において、φと放射強度との関係を示す図である。横軸はφ、縦軸は放射強度である。図３においてＨＰで示す曲線は水平偏波、ＶＰで示す曲線は垂直偏波のそれぞれの放射強度である。φ＝０°のときは、θ＝４５°における放射強度（サイドローブ）は−２０ｄＢｉ程度と低いが、φ＝±１０°における放射強度は＋１０ｄＢｉ程度にまで上昇する。メインローブのピーク値は＋３２ｄＢｉであるので、サイドローブの強度比は−２２ｄＢ、と大きくなる。
【００１５】
例えば比較的大型の船舶用レーダのアンテナとして用いる場合は、設置面を水平に保つスタビライザーにアンテナを設置するので、船舶が動揺しても、垂直方向の傾きφが常にほぼ９０°となって、図３に示したようなサイドローブの問題は生じないが、スタビライザーを用いない小型船舶用のレーダアンテナに適用する場合には、φ＝±１０°でθ＝４５°，θ＝１３５°（正面方向から左右±４５°）付近に生じるサイドローブが問題となる。
【００１６】
そこで、この発明の目的は、高利得・高効率で、サイドローブを抑制したスロットアレイアンテナを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
前記課題を解決するために、この発明のスロットアレイアンテナは次のように構成する。
（１）この発明のスロットアレイアンテナは、スロットアレイが形成された第１の導体平面、この第１の導体平面に平行な第２の導体平面、及び前記第１・第２の導体平面の端部を閉じる導体側面で構成される放射用導波管と、前記放射用導波管の導波空間に電磁波を導入する電磁波導入手段と、を備え、
前記スロットアレイが、前記放射用導波管内の電磁波に結合して放射する電界の主要偏波面が同一方向を向き、且つ主要偏波面に直交する偏波成分が互いに打ち消されるように、前記放射用導波管の電磁波伝搬方向（第２方向）及び当該方向に直交する方向（第１方向）に並列形成されたスロットアレイアンテナにおいて、
前記第１の導体平面に形成されたスロットアレイのうち前記放射用導波管の電磁波伝搬方向に隣接するスロット同士の間に、前記第１の導体平面から垂直又はほぼ垂直に立つ複数の導体板を備えたことを特徴とする。
【００１８】
（２）前記電磁波導入手段は、例えば前記導波空間に電磁波を導入するスロットアレイを有する導入用導波管と、当該導入用導波管内に電磁波を励振する励振手段とで構成され、前記導入用導波管に形成されたスロットアレイの各スロットが、前記導入用導波管の電磁波伝搬方向（第１方向）に複数の磁界ループが並ぶ高次モードの電磁波を前記放射用導波管に対して励振するように配置されたものである。
【００１９】
（３）前記導体板の高さは、例えば使用周波数のほぼ１／２波長に相当するものとする。
【００２０】
（４）前記導入用導波管に形成されたスロットアレイは、例えば、導入用導波管の電磁波伝搬方向に向き、且つ前記導体板の間隔に収まる範囲で放射用導波管の電磁波伝搬方向に直交する方向に傾斜した傾斜スロットである。
【００２１】
（５）前記複数の導体板は、例えば、前記傾斜スロットを挟んで対をなす二つの導体板で前記傾斜スロットの上部空間が先細り状となるように、それぞれ設けられている。
【発明の効果】
【００２２】
この発明によれば、次のような効果を奏する。
スロットアレイを有する放射用導波管と、この放射用導波管に電磁波を導入する、電磁波導入手段と、によってスロットアレイアンテナとして作用し、放射面に形成されたスロットアレイのうち放射用導波管の電磁波伝搬方向に隣接するスロット同士の間で、放射面から垂直又はほぼ垂直に立つ複数の導体板の作用により、放射用導波管の電磁波伝搬方向（ｘ軸）を中心軸とする所定の仰角φで且つ放射用導波管の電磁波伝搬方向に直交する方向（ｙ軸）を中心軸とする所定の方位角θ方向に現れるサイドローブが抑制される。
【００２３】
また、放射用導波管の放射面に設けた複数の傾斜スロットの上部空間を、対をなす二つの導体板で、それぞれ先細り状となるようにすることによって、放射用導波管の電磁波伝搬方向の磁界成分が抑制されて、サイドローブが抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１（Ａ）は特許文献３に係るスロットアレイアンテナの構成例を示す図、図１（Ｂ）はその座標系を示す図である。但し、本発明の実施形態との対比を容易にするために、特許文献３に開示されているスロットアレイアンテナの例とはスロットのパターンを異ならせている。
【図２】図１に示されているスロットアレイアンテナの指向特性を示す図である。
【図３】θ＝４５°において、φと放射強度との関係を示す図である。
【図４】図４（Ａ）は第１の実施形態に係るスロットアレイアンテナの格子状の導体板を取り付ける前の状態での外観斜視図である。図４（Ｂ）はそのスロットアレイアンテナの平面図である。
【図５】図５（Ａ）は放射用導波管３０に形成されたスロットと導体板との位置関係、及びそれらの寸法を示す平面図である。図５（Ｂ）は複数の導体板の支持構造を示す部分斜視図である。
【図６】図６（Ａ）は上記導入用導波管２０内の電磁波伝搬モードの例を示す図、図６（Ｂ）は導入用導波管内の電磁波伝搬モードとともに放射用導波管内の電磁波伝搬モードの例を示す図である。
【図７】図７（Ａ）は導体板４１を設けない従来構造のスロットアレイアンテナの特性図、図７（Ｂ）は図４・図５に示した導体板４１を設けた本発明の実施形態に係るスロットアレイアンテナの特性図である。
【図８】図８（Ａ）は二つの傾斜スロット３１Ｓａ，３１Ｓｂから吹き出す磁束ＭＦＬ１，ＭＦＬ２と、その合成磁束ＭＦＬ０をそれぞれ示す図である。図８（Ｂ）は、スロット３１Ｓａ，３１Ｓｂから発生する垂直偏波を抑圧する格子を入れた様子を示す図である。
【図９】図９（Ａ）はタイプＢのスロットアレイアンテナの平面図、図９（Ｂ）は放射用導波管３０を電磁波伝搬方向（第２方向）に見た図である。
【図１０】図１０（Ａ）はタイプＣのスロットアレイアンテナの平面図、図１０（Ｂ）は図１０（Ａ）における直線Ｘ−Ｘでの断面図である。
【図１１】図１１（Ａ）はタイプＤのスロットアレイアンテナの平面図、図１１（Ｂ）は図１１（Ａ）における直線Ｘ−Ｘでの断面図である。
【図１２】図１２（Ａ）はタイプＥのスロットアレイアンテナの平面図、図１２（Ｂ）は図１２（Ａ）における直線Ｘ−Ｘでの断面図である。
【図１３】タイプＡのスロットアレイアンテナの指向特性の実測結果を示す図である。
【図１４】タイプＢのスロットアレイアンテナの指向特性の実測結果を示す図である。
【図１５】タイプＣのスロットアレイアンテナの指向特性の実測結果を示す図である。
【図１６】タイプＤのスロットアレイアンテナの指向特性の実測結果を示す図である。
【図１７】タイプＥのスロットアレイアンテナの指向特性の実測結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
《第１の実施形態》
第１の実施形態に係るスロットアレイアンテナについて図４〜図７を参照して説明する。
図４（Ａ）は第１の実施形態に係るスロットアレイアンテナの格子状の導体板を取り付ける前の状態での外観斜視図である。図４（Ｂ）はそのスロットアレイアンテナの平面図である。
【００２６】
このスロットアレイアンテナ、は大きく分けて導入用導波管２０と放射用導波管３０と格子状の導体板４１とで構成している。導入用導波管２０は放射用導波管３０に対して電磁波を導入するために設けていて、内部に励振手段を備えるとともに、後述するようにスロットを形成している。また、放射用導波管３０は平行な第１・第２の導体平面とその端部を閉じる側面とを有し、内部に導波空間を構成している。この放射用導波管３０の図における上面には複数のスロットアレイを形成しているが、図４（Ａ）では図示を省略している。これら導入用導波管２０および放射用導波管３０は、後述するようにアルミニウム板のパンチングおよび折り曲げ加工により製造する。
【００２７】
図４（Ｂ）に示すように、放射用導波管３０の前面（図の状態で上面）である第１の導体平面用金属板３０ａには複数のスロット３１Ｓ，３１Ｖを縦横に配列している。これらのスロットは、放射用導波管３０の電磁波伝搬方向（第２方向）に対して横断する向きの横断スロット（transverse slots）３１Ｖと、導入用導波管２０の電磁波伝搬方向（第１方向）に対して傾斜した傾斜スロット（inclined slots）３１Ｓとで構成されている。
【００２８】
放射用導波管３０は、第１の導体平面用金属板３０ａと、それに平行な第２の導体平面用金属板３０ｂとを備えている。第１の導体平面用金属板３０ａは放射用導波管３０の上面から側面を経由して下面の一部にまで延びている。第２の導体平面用金属板３０ｂは放射用導波管３０の下面の主要部を成している。第１の導体平面用金属板３０ａと第２の導体平面用金属板３０ｂとは、ねじによって接合している。
【００２９】
導入用導波管２０は、略矩形の樋型に折り曲げ加工したアルミニウム板を複数のねじにより第２の導体平面用金属板３０ｂに接合することによって構成している。
【００３０】
導入用導波管２０の上面（放射用導波管３０の第２の導体平面用金属板３０ｂに接する面）にはスロット２１を形成している。したがって、第２の導体平面用金属板３０ｂは放射用導波管の下面と導入用導波管の上面を兼ねている。
【００３１】
放射用導波管３０の、導入用導波管２０から離れた側の一方端には電波吸収体３４を設けている。これに対向する他方端（導入用導波管２０に近い側の端部）と２つの側面はそれぞれ短絡面としている。そして、側面の短絡面から導入用導波管２０の電磁波伝搬方向（第１方向）（放射用導波管３０の電磁波伝搬方向に直交する方向）で最も近いスロットまでの距離をλｇ′／２としている（λｇ′は放射用導波管３０内の電磁波伝搬方向に直交する方向の管内波長）。また、導入用導波管２０に近い側の端部から放射用導波管３０の電磁波伝搬方向（第２方向）で最も近いスロットまでの距離をλｇ″／２としている（λｇ″は放射用導波管３０内の電磁波伝搬方向の管内波長）。これにより、放射用導波管３０の電磁波伝搬方向（ｘ軸方向）を進行波型、放射用導波管３０の電磁波伝搬方向に直交する方向（ｙ軸方向）を共振型として用いる。このように放射用導波管３０の短辺方向を共振型とすれば、短辺を短くしても多数のスロットを配置することができるので小型化に有利である。
【００３２】
この第１の導体平面用金属板３０ａと第２の導体平面用金属板３０ｂとの接合部は、放射用導波管３０内を伝搬する電磁波のモードによって定まる管壁電流の節に相当する位置としている。これにより、第１の導体平面用金属板３０ａと第２の導体平面用金属板３０ｂとの接合部（不連続部）での電波の漏れを防止している。
【００３３】
これらのスロット３１Ｓ，３１Ｖは、側部の折り曲げ加工の前の板金状態で例えばＮＣターレットパンチで形成する。
【００３４】
なお、発泡された低誘電率の誘電体を金属板間に貼り付けて、この誘電体を導波空間とする構造にしてもよい。この構造によって、誘電体と金属板とのサンドイッチ構造になり、アンテナ全体の剛性を高めることができる。
【００３５】
図５（Ａ）は放射用導波管３０に形成されたスロットと導体板との位置関係、及びそれらの寸法を示す平面図である。図５（Ｂ）は複数の導体板の支持構造を示す部分斜視図である。
【００３６】
図５（Ａ）において、放射用導波管３０に設けられたスロット３１Ｓ，３１Ｖは３列×６４行である。スロット３１Ｓ，３１Ｖの第２方向（ｘ軸方向）の配置ピッチＰｓは１２．５ｍｍであり、使用周波数９．４１ＧＨｚの管内波長の約１／４である。実際には、後述するようにアンテナのＶＳＷＲ（電圧定在波比）を改善するために、管内波長の１／４より若干大きい寸法にしている。導体板４１は第２方向（ｘ軸方向）に隣接するスロット３１Ｓ，３１Ｖ同士のほぼ中央位置で第１方向（ｙ軸方向）に延び、且つ放射用導波管３０の前面（第１の導体平面）に対して垂直に立つ。したがって、導体板４１の配置ピッチＰｐは、スロット３１Ｓ，３１Ｖの第２方向（ｘ軸方向）の配置ピッチＰｓと等しい。これらの導体板４１の高さＨは１５〜１６ｍｍであり、使用周波数におけるほぼ１／２波長に相当する寸法である。
【００３７】
放射用導波管３０の長さＬは８９５．５ｍｍ、幅Ａは８８．８ｍｍである。導体板４１の幅Ｗは放射用導波管３０の幅Ａよりそれぞれ寸法Ｓだけはみ出ているので、（Ａ＋２Ｓ）の寸法であり、Ｓ＝３ｍｍであるので、Ｗ＝９４．８ｍｍである。また、導体板４１の厚み寸法ｔは１ｍｍである。
【００３８】
なお、導体板４１の第１方向の幅を、放射用導波管３０の第１方向の幅より大きくすることによって、放射用導波管３０の側部から回り込む電磁波に対しても有効に作用して、サイドローブの抑制効果が高まる。
【００３９】
図５（Ｂ）に示すように、複数の導体板４１は、放射用導波管３０の導体平面から離れた位置で支持部材４２，４３によって連結されるとともに支持されている。図５（Ｂ）に示すように、支持部材４２は各導体板４１の上辺の両側付近に形成された切り込み部に嵌合し、もう１対の支持部材４３は導体板４１の左右両側部に形成された切り込み部にそれぞれ嵌合する。そして、複数の導体板４１は放射用導波管３０の上面に絶縁性接合材または導電性接合材により接合される。同時に複数の導体板４１と２対の支持部材４２，４３も絶縁性または導電性の接合材で接合される。
【００４０】
このように、複数の導体板４１をそれぞれ金属板で構成し、放射用導波管３０の導体平面から離れた位置で複数の金属板を連結する支持部材４２，４３を設けることによって、複数の導体板４１を放射用導波管３０の放射面に高精度に配置することができ、且つ放射用導波管３０と支持部材４２，４３との干渉が避けられる。
【００４１】
なお、放射用導波管３０に対する各導体板４１の位置精度を高めるために、各導体板４１の下辺部に放射用導波管３０の幅Ａだけの幅を有する切り込み部を設けて、各導体板４１の下辺が放射用導波管３０にわずかに嵌合するようにしてもよい。
【００４２】
図６（Ａ）は上記導入用導波管２０内の電磁波伝搬モードの例を示している。
図６（Ａ）の例では、導入用導波管２０の内部に励振用プローブを設けていて、その励振用プローブには外部から同軸コネクタを介して給電する。導入用導波管２０は、その両端部あるいは片端部を短絡していて、内部に定在波が生じる共振型で用いる。図中破線のループは電界強度の高い部分を取り囲むように周回する磁界ループを表している。また隣接する磁界ループの間を跨ぐように表している実線の矢印は管壁電流の方向および分布を表している。スロット２１はこの管壁電流を遮るように配置している。
【００４３】
図６（Ａ）に示す例では、スロット２１を導入用導波管２０の電磁波伝搬方向（第１方向）を向く一点鎖線で示す中心線ＣＬ−ＣＬから右方向にオフセットをもたせた位置で且つ、導入用導波管２０の電磁波伝搬方向に沿って、管内波長λｇの半波長のピッチで配置している。
【００４４】
このような構造により、これらのスロット２１は管壁電流を遮るようになり、各スロット２１から直線の矢印Ｅｓで示すような方向に電界が向く電磁波が放射されることになる。
【００４５】
図６（Ｂ）は導入用導波管内の電磁波伝搬モード及び放射用導波管内の電磁波伝搬モードの例を示している。図６（Ａ）において、二点鎖線のループは導入用導波管内の共振モード（定在波）の磁界ループ、図６（Ａ），図６（Ｂ）において、破線のループは放射用導波管内に励振する電磁波の磁界ループをそれぞれ表している。
【００４６】
図６（Ｂ）の構造において、導入用導波管２０のスロット２１から放射される電磁波によって放射用導波管による導波空間ＳにはＴＥｎ０モードの電磁波が伝搬される。すなわち、導入用導波管２０の管内波長をλｇで表したとき、導入用導波管２０に形成したスロット２１は、それぞれλｇ／２毎に配置しているので、電界の向きが交互に逆方向を向くように電磁波が放射される。そのため導波空間ＳにはＴＥｎ０モードが生じる。ここでｎは放射用導波管３０の幅方向（第１方向）の電界強度分布の山の数である。以下、このモードをＴＥモードの高次モードという。
【００４７】
図６（Ｂ）に示す放射用導波管内の導波空間Ｓにおいて、破線のループは電界強度の高い部分を取り囲むように周回する磁界ループを表している。また隣接する磁界ループの間を跨ぐように表している実線の矢印は管壁電流の方向および分布を表している。
【００４８】
放射用導波管３０に形成したスロット３１Ｓは、上記高次モードによって生じ、第１方向に流れる管壁電流を遮る位置に形成していて、且つ放射される電界の向きが同方向を向くようにスロット３１Ｓの傾き方向を交互に（直列型に）傾けている。すなわち、導波空間Ｓ内の高次モードの電磁波に結合して放射電界の主要偏波面が同一方向を向き、且つ主要偏波面に直交する偏波成分が互いに打ち消されるように形成している。
【００４９】
また、放射用導波管３０に形成したスロット３１Ｖは、上記高次モードによって生じ、第２方向に流れる管壁電流を遮る位置に形成していて、且つ放射される電界の向きが同方向を向くように第１方向のオフセットｄを交互に設けている。すなわち、導波空間Ｓ内の高次モードの電磁波に結合して放射電界の主要偏波面が同一方向を向き、且つ主要偏波面に直交する偏波成分が互いに打ち消されるように形成している。
【００５０】
これらの複数のスロット３１Ｓ，３１Ｖから放射される電磁波の電界成分の合成ベクトルは放射用導波管３０の電磁波伝搬方向（第２方向）を向くので、このスロットアレイアンテナの第２方向を水平に配置したとき、このスロットアレイアンテナを水平偏波アンテナとして用いることができる。
【００５１】
図４（Ｂ）に示したように、放射用導波管３０に形成したスロット３１Ｓの傾きは、放射用導波管３０の電磁波伝搬方向（第２方向）の中央から両端方向へ離れるほど小さくなるように構成してもよい。同様に、スロット３１Ｖのオフセットｄは、放射用導波管３０の電磁波伝搬方向（第２方向）の中央から両端方向へ離れるほど小さくなるように構成してもよい。前記スロット３１Ｓの傾きが大きいほど、遮る管壁電流の向きとのなす角度が大きくなるため、また、前記スロット３１Ｖのオフセットｄが大きいほど、管壁電流を遮る量が大きくなるため、放射効率が高くなり、前記スロット３１Ｓの傾斜角が０のとき、また、前記スロット３１Ｖのオフセットｄが０のとき、管壁電流を殆ど遮らないので電磁波放射量はほぼ０となる。したがって上記のようにスロット３１Ｓの傾き及びスロット３１Ｖのオフセットｄを設定しておくことによって、放射用導波管３０の長手方向（第２方向）の中央で放射強度が最大となり、中央から離れるに従って放射強度が次第に低下する放射強度分布となる。これによりサイドローブ発生および強度を抑制することができる。
【００５２】
なお、以上に述べた例では放射用導波管３０の電磁波伝搬方向（第２方向）を進行波型として用いるようにしたが、この電磁波伝搬方向（第２方向）を共振型として用いることもできる。その場合は、放射用導波管３０の、導入用導波管２０から離れた側の一方端に電波吸収体を設けないで短絡面とする。そして、この短絡面から放射用導波管の電磁波伝搬方向で最も近いスロットまでの距離を放射用導波管３０内の電磁波伝搬方向の管内波長の１／２にすればよい。他の三方の短絡面からスロットまでの距離については進行波型の場合と同様である。
【００５３】
図４・図５に示したこの発明の実施形態に係るスロットアレイアンテナの特性を図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示す。
図７（Ａ）は、図１に示した、導体板４１を設けない従来構造のスロットアレイアンテナの特性、図７（Ｂ）は図４・図５に示した導体板４１を設けた本発明の実施形態に係るスロットアレイアンテナの特性である。
【００５４】
図７（Ａ），図７（Ｂ）において、横軸はθ、縦軸は放射強度である。また、曲線Ｒ０はφ＝０、Ｒ１はφ＝−１０°、Ｒ２はφ＝＋１０°、Ｒ３はφ＝＋６０°でのそれぞれの水平偏波の指向特性である。また曲線Ｒｖはφ＝０における垂直偏波の指向特性である。
【００５５】
導体板４１を設けない場合、図７（Ａ）のように、φ＝±１０°で、θ＝４５°及び１３５°付近に比較的大きなサイドローブが生じている。φ＝＋６０°のときの同じ角度のサイドローブを０ｄＢとしたとき、φ＝±１０°でのサイドローブは＋２ｄＢ〜＋４ｄＢである。
【００５６】
これに対して、導体板４１を設けることにより、図７（Ｂ）に示すように、φ＝±１０°でθ＝４５°及び１３５°におけるサイドローブは−６ｄＢ〜−８ｄＢ程度にまで抑制されることが分かる。しかも、θ＝９０°でφ＝０のとき、すなわち正面方向の放射強度は低下することがない。
【００５７】
なお、メインローブの中心方位が９０°からずれているのは、アンテナのＶＳＷＲ（電圧定在波比）を改善するために、スロット３１Ｓ，３１Ｖの第２方向（ｘ軸方向）の配置ピッチＰｓを管内波長の１／４より僅かに異ならせているためである。
【００５８】
このように、φ＝±１０°でθ＝４５°及び１３５°付近のサイドローブが減少するのは、スロット３１Ｓ，３１Ｖから放射される電磁波の位相が導体板に沿った経路で合成されることに起因しているものと推察される。すなわち、スロット３１Ｓ，３１Ｖから放射される電磁波のうち、図１（Ｂ）に示した方位角θが９０°から傾いた方位については、電磁波の一部が導体板４１の表面に沿って伝搬されるので、この電磁波と導体板４１とは無関係に直接放射される電磁波との間で位相差が生じる。この位相合成によって、所定方位角θへの放射強度が抑制されるものと推測される。
【００５９】
《第２の実施形態》
図４・図５に示した例では、複数の導体板４１を放射用導波管３０の前面（スロット３１Ｓ，３１Ｖ形成面）に接するように配置したが、次に、放射用導波管３０の前面と導体板４１との間に隙間が存在する場合についての例を示す。
【００６０】
スロットアレイアンテナの主要な構成は第１の実施形態で示したとおりである。第１の実施形態で図４・図５に示した放射用導波管３０の上面と導体板４１の下辺との間の間隙を０（当接），１ｍｍ，２ｍｍと変更させたときの放射強度の変化を表１に示す。
【００６１】
【表１】
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【００６２】
このように、導体板４１と放射用導波管３０との間の間隙が小さく、直流的に導通していなくても、φ＝０°，θ＝０°すなわち正面方向の放射強度はほとんど低下しない。また、φ＝１０°，θ＝１３５°のサイドローブの放射強度は前記間隙が大きくなるほど抑制効果が小さくなることが分かる。但し、導体板４１を設けない場合に比べてまだ抑制効果があることが分かる。
【００６３】
φ＝０°，θ＝１３５°方向の垂直偏波の成分については、前記間隙が大きくなるほど増大する。前記間隙を徐々に大きくしていったとき、この垂直偏波の放射強度が、導体板４１が存在しない場合より大きくならない範囲であれば前記間隙が存在しても実用上問題が無いと言える。
【００６４】
なお、以上に示した例では、放射用導波管３０の一方の端部から導入用導波管２０によって電磁波を給電するエンドフィードタイプの構成例を示したが、放射用導波管３０の中央部の下部に導入用導波管２０を配置したセンターフィード型にも同様に適用できる。
【００６５】
《第３の実施形態》
第３の実施形態に係るスロットアレイアンテナについて、図８〜図１７を参照して説明する。
第１・第２の実施形態で示した、３列の２次元アレイアンテナにおいては、問題となる場合のあるサイドローブが出現するという課題を見いだした。例えば、アンテナの正面方向を垂直方向（仰角・俯角方向）に±１０度振ったとき、サイドローブはメインローブとの比で−２２ｄＢに上昇した。
【００６６】
第３の実施形態では、この課題を解決するため、以下の手順にて検討を行い、上記課題を解決したスロットアレイアンテナを構成した。
【００６７】
（１）横断スロット（transverse slots）３１Ｖと傾斜スロット（inclined slots）３１Ｓをハーフピッチで配列したもの（第１・第２の実施形態）のサイドローブ特性を把握する。
【００６８】
（２）横断スロット（transverse slots）３１Ｖを無くし、傾斜スロット（inclined slots）３１Ｓのみにして検討する。
【００６９】
（３）傾斜スロット（inclined slots）３１Ｓの垂直偏波を抑圧するため、格子を設ける。
【００７０】
まず、（１）のハーフピッチの構造で、格子を立てた場合、サイドローブの低減に関して多少の効果はあるが、横断スロット３１Ｖから出るサイドローブの低減は難しかった。このことから、単純な格子ではスロットの縦方向のずれを矯正する効果は少ないことが分かった。そのため、スロットの垂直方向のずれによりサイドローブを発生する横断スロット３１Ｖを無くし、傾斜スロット３１Ｓのみにした。傾斜スロット３１Ｓから出るサイドローブは、スロットが左右に傾いてスロットの上下端が左右にずれることに起因している。
【００７１】
ここで、傾斜スロット３１Ｓによる電磁界のずれについて、図８に示す。図８（Ａ）は二つの傾斜スロット３１Ｓａ，３１Ｓｂから吹き出す磁束ＭＦＬ１，ＭＦＬ２と、その合成磁束ＭＦＬ０をそれぞれ示している。合成磁束ＭＦＬ０が曲線Ｗ−Ｗで示すように曲がり、横方向（水平方向）の成分をもつので垂直偏波成分が生じる。このことが傾斜スロット３１Ｓによるサイドローブ発生の原因である。
【００７２】
図８（Ｂ）は、上記電磁界のずれを修正するように、スロットから発生する垂直偏波を抑圧する格子を入れた様子を示している。この格子によって、水平方向の成分はカットオフされて、格子から放射される磁界は直線Ｖ−Ｖで示すように垂直方向に真っ直ぐになると予想され、真っ直ぐな磁界からはサイドローブが発生しないと期待できる。
【００７３】
以下に検討したスロットアレイアンテナのタイプは次のとおりである。
［タイプＡ］
図１に示した従来のスロットアレイアンテナであり、放射用導波管３０の放射面に横断スロットと傾斜スロットをハーフピッチ（１２．５ｍｍ）で配列したものである。
【００７４】
［タイプＢ］
図９（Ａ）はタイプＢのスロットアレイアンテナの平面図、図９（Ｂ）は放射用導波管３０を電磁波伝搬方向（第２方向）に見た図である。このスロットアレイアンテナは第１の実施形態で図５に示したものである。これは、タイプＡのアンテナにハーフピッチ（１２．５ｍｍ）で導体板４１を付けたものである。この第１の実施形態のスロットアレイアンテナに設けた導体板４１による格子を以降“格子ａ”という。
【００７５】
［タイプＣ］
図１０（Ａ）はタイプＣのスロットアレイアンテナの平面図、図１０（Ｂ）は図１０（Ａ）における直線Ｘ−Ｘでの断面図である。放射用導波管３０の放射面に傾斜スロット３１Ｓのみをフルピッチ（２５ｍｍ）で配置している。
【００７６】
［タイプＤ］
図１１（Ａ）はタイプＤのスロットアレイアンテナの平面図、図１１（Ｂ）は図１１（Ａ）における直線Ｘ−Ｘでの断面図である。このスロットアレイアンテナは、タイプＣのスロットアレイアンテナに、導体板５１を格子状に配置したものである。これらの導体板５１はアルミニウム板を樋型に折り曲げ加工したものであり、スロット３１Ｓ上部の空間を平行な導体面で挟むように、放射用導波管３０の放射面に対して垂直に立っている。これらの導体板５１による格子を以降“格子ｂ”という。
【００７７】
［タイプＥ］
図１２（Ａ）はタイプＥのスロットアレイアンテナの平面図、図１２（Ｂ）は図１２（Ａ）における直線Ｘ−Ｘでの断面図である。このスロットアレイアンテナは、タイプＣのスロットアレイアンテナに、導体板６１を格子状に配置したものである。これらの導体板６１はアルミニウム板をプレス加工したものであり、スロット３１Ｓ上部の空間を先細りの導体面で狭めるように、放射用導波管３０の放射面に立てている。これらの導体板６１による格子を以降“格子ｃ”という。
【００７８】
格子ｃは、放射用導波管３０の電磁波伝搬方向に隣接するスロット３１Ｓ同士の間にそれぞれ立てられた複数の導体板で構成されている。これらの導体板のうち、スロット３１Ｓを挟んで対をなす導体板で、先端が開口された格子が構成されている。これらの格子の開口部は放射用導波管３０の電磁波伝搬方向に絞られている。
【００７９】
図１３〜図１７は、前記タイプＡ〜タイプＥのスロットアレイアンテナについて、各アンテナの指向特性の実測結果を示す図である。各図において、横軸は、正面を９０度とする０度から１８０度までの方位角、縦軸はピーク値を０ｄＢとする放射強度である。いずれも垂直方向の角度（仰角・俯角）が０度方向の特性である。
【００８０】
図１３は、タイプＡのスロットアレイアンテナの指向特性、図１４は、タイプＢのスロットアレイアンテナの指向特性、図１５は、タイプＣのスロットアレイアンテナの指向特性、図１６は、タイプＤのスロットアレイアンテナの指向特性、図１７は、タイプＥのスロットアレイアンテナの指向特性である。
【００８１】
また、タイプＡ〜タイプＥのスロットアレイアンテナについて、水平方向でのサイドローブのレベルを比較した結果を表２に示す。
【００８２】
【表２】
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【００８３】
表２において、ＨＦＳＳシミュレーションは、周波数9410MHzとし、計算時間の関係で縦３列×横３２素子、実測は縦３列×横１０１素子で行った。
【００８４】
このように、垂直方向に±１０度振ったとき、タイプＡのスロットアレイアンテナでは、実測でメインローブに対するサイドローブの比が−２９ｄＢから−２２ｄＢに増大するのに対し、タイプＣのスロットアレイアンテナでは、−２２ｄＢから−２１ｄＢに増大するだけであり、増大量が少ないことが分かる。
【００８５】
また、垂直方向に±１０度振った状態で、タイプＤのスロットアレイアンテナでは、実測でサイドローブが−３０．４ｄＢであるのに対し、タイプＥのスロットアレイアンテナでは−３４ｄＢとなった。これは、格子ｃの開口部を放射用導波管３０の電磁波伝搬方向に絞ったことによる効果である。
【００８６】
シミュレーションの結果から、格子ｃの高さは使用周波数のほぼ半波長に相当する１６ｍｍとした。１６ｍｍのとき、垂直偏波が最も抑圧され、それより長くなると悪化したからである。また、大きさのことも考慮して１６ｍｍとした。
【００８７】
また、格子ｃの幅は、放射用導波管３０の表面で８ｍｍ、間口部で５ｍｍになるようにした。このときサイドローブのレベルが総合的に最も良かったからである。
【００８８】
格子ｃを設けたタイプＥのスロットアレイアンテナは、ＨＦＳＳによるシミュレーションで最も良い値を示している。しかし、実測ではＨＦＳＳの計算結果と一致せず、サイドローブは上昇する。また、水平偏波より垂直偏波のほうが大きくなっている。ＨＦＳＳの値は−５０ｄＢ以下であるが、実測は−３２ｄＢと悪い。この原因は、格子ｃと放射用導波管３０のとの隙間から洩れる電波がアンテナの上下から垂直偏波となって洩れていることであることが検討の結果わかった。この隙間からの洩れを抑制すれば、垂直偏波についてもサイドローブは抑えられる。また、垂直偏波のサイドローブが減れば、水平偏波のサイドローブも自ずとさらに減るものと考えられる。
【００８９】
図１３〜図１６に現れているように、タイプＡ〜タイプＤのスロットアレイアンテナにおいては、方位角９０度を中心として＋４５度の方位と−４５度の方位のそれぞれに−４０ｄＢを超えるサイドローブが生じているが、第３の実施形態に係るタイプＥのスロットアレイアンテナでは、図１７に示されるように水平偏波のサイドローブが−４０ｄＢ以下になっている。
【００９０】
垂直偏波が−３２ｄＢと高い理由は上で指摘したように、放射用導波管と格子との隙間から放射される電波が垂直偏波に変換されるためである。この隙間をなくせば垂直偏波のサイドローブも大きく抑制されることになる。
【００９１】
このようにして、第３の実施形態に係るスロットアレイアンテナでは、サイドローブが充分に抑制された特性が得られる。
【００９２】
《他の実施形態》
第１の実施形態で示したスロットアレイアンテナでは、放射用導波管３０の導波空間に電磁波を導入するスロットアレイを有する導入用導波管２０を設けて、放射用導波管３０に対して電磁波を導入するようにしたが、放射用導波管３０に対して、その電磁伝搬方向（横方向）から電磁波を直接供給する励振部を設けてもよい。すなわち、この励振部を電磁波導入手段としてもよい。
【符号の説明】
【００９３】
２０…導入用導波管
２１…スロット
３０…放射用導波管
３０ａ，３０ｂ…導体平面用金属板
３１…スロット
３１Ｓ…傾斜スロット
３１Ｖ…横断スロット
３４…電波吸収体
４１，５１，６１…導体板
４２，４３…支持部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2010183567.tif 000014
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2010183567.tif 000017
【図１４】
2010183567.tif 000018
【図１５】
2010183567.tif 000019
【図１６】
2010183567.tif 000020
【図１７】
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