(57)【要約】  第一の導波管部材１と第二の導波管部材４との間に誘電体基板７を設ける。第二の導波管部材４は水平偏波を放射するための複数のスロット６を備える。誘電体基板７には、管軸方向に対して斜めに配置した複数の線状導体８と、導波管壁面としての管壁導体１０ａ，１０ｂと、管軸方向に対して平行な垂直偏波放射スロットとして機能する導体除去部９を設ける。管壁導体１０ａ，１０ｂをビア１１によって接続する。
2019211908.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の導波管を構成するための第一の溝と、第二の導波管の一方を構成するための第二の溝を有する第一の導波管部材と、
前記第二の溝と同一幅で、前記第二の導波管の他方を構成するための第三の溝を有し、当該第三の溝と前記第二の溝とが対向して配置されると共に、前記第三の溝の底面に管軸方向に対して直交する複数のスロットが設けられた第二の導波管部材と、
前記第一の導波管部材と前記第二の導波管部材との間に設けられ、前記第一の溝と前記第二の溝を覆う誘電体基板と、
前記誘電体基板の両面の、前記第一の導波管部材と前記第二の導波管部材に接する部分と前記第一の溝を覆う部分とに設けられた管壁導体と、
前記誘電体基板上の前記複数のスロットに対応した位置に設けられ、管軸方向に対してそれぞれ斜めに設けられた複数の線状導体と、
前記管壁導体の前記第一の溝の位置に設けられ、管軸方向に対してそれぞれ平行でかつ矩形の複数の導体除去部と、
前記誘電体基板を介して前記両面の管壁導体を接続する複数のビアとを備えたことを特徴とする導波管スロットアレーアンテナ。
【請求項２】
前記複数の線状導体は、それぞれ複数の平行な直線状導体パターンからなることを特徴とする請求項１記載の導波管スロットアレーアンテナ。
【請求項３】
前記複数の線状導体におけるそれぞれの線状導体の管軸方向に直交する方向の両側に、一端を前記管壁導体に接続し他端を前記線状導体方向に延伸した伸長導体を前記誘電体基板上に備えたことを特徴とする請求項１記載の導波管スロットアレーアンテナ。
【請求項４】
前記線状導体両側の伸長導体は、それぞれ同一線上に設けられていることを特徴とする請求項３記載の導波管スロットアレーアンテナ。
【請求項５】
前記第一の溝の管軸方向に直交する方向の中央部に、管軸方向と平行な第一のリッジ導体を備えたことを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の導波管スロットアレーアンテナ。
【請求項６】
前記第一の導波管部材及び前記第二の導波管部材の管軸方向両端のうち、一端を短絡壁として他端を給電端子とし、
前記複数の線状導体は、隣り合う線状導体の傾斜方向が管軸方向に対して互いに異なり、かつ、前記複数の導体除去部は、隣り合う導体除去部の位置が前記第一の溝の管軸方向中心線に対して互いに反対側になる配置であることを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の導波管スロットアレーアンテナ。
【請求項７】
隣り合う前記導体除去部の中心間距離は、前記第一の溝と前記管壁導体で構成される第一の導波管の設計中心周波数における管内波長の２分の１であり、
隣り合う前記スロットの中心間距離は、前記第二の溝及び前記第三の溝と前記管壁導体と前記ビアで構成される第二の導波管の設計中心周波数における管内波長の２分の１であり、
前記短絡壁と当該短絡壁に隣接する導体除去部の中心との管軸方向の距離と、前記短絡壁と当該短絡壁に隣接するスロットの中心との管軸方向の距離は、前記第一の導波管及び前記第二の導波管の設計中心周波数における管内波長の４分の１であることを特徴とする請求項６記載の導波管スロットアレーアンテナ。
【請求項８】
請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の導波管スロットアレーアンテナをサブアレーとして、管軸方向と直交する方向に複数配列したことを特徴とする導波管スロットアレーアンテナ。
【請求項９】
第一の導波管を構成するための第一の溝と、第二の導波管の一方を構成するための第二の溝を有し、かつ、管軸方向両端に短絡壁を有する第一の導波管部材と、
前記第二の溝と同一幅で、前記第二の導波管の他方を構成するための第三の溝を有し、当該第三の溝と前記第二の溝とが対向して配置されると共に、前記第三の溝の底面に管軸方向に対して直交する複数のスロットが設けられ、かつ、管軸方向両端に短絡壁を有する第二の導波管部材と、
前記第一の導波管部材と前記第二の導波管部材との間に設けられ、前記第一の溝と前記第二の溝を覆う誘電体基板と、
前記誘電体基板の両面の、前記第一の導波管部材と前記第二の導波管部材に接する部分と前記第一の溝を覆う部分とに設けられた管壁導体と、
前記誘電体基板上の前記複数のスロットに対応した位置に設けられ、管軸方向に対してそれぞれ斜めに設けられた複数の線状導体と、
前記管壁導体の前記第一の溝の位置に設けられ、管軸方向に対してそれぞれ平行でかつ矩形の複数の導体除去部と、
前記誘電体基板を介して前記両面の管壁導体を接続する複数のビアと、
前記第一の溝の底面に、隣り合う二つの導体除去部の間に位置するよう設けられた給電端子となる断面矩形の第一の給電導波管と、
前記第二の溝の底面に、隣り合う二つのスロットの間に位置するよう設けられた給電端子となる断面矩形の第二の給電導波管とを備え、
前記複数の線状導体のうち、前記第二の給電導波管の設置位置に隣接する二つの線状導体の傾斜方向が同一方向で、その他の隣り合う線状導体は互いに反対方向であることを特徴とする導波管スロットアレーアンテナ。
【請求項１０】
前記複数の導体除去部は、隣り合う導体除去部の位置が前記第一の溝の管軸方向中心線に対して互いに反対側になる配置であり、かつ、隣り合う前記導体除去部の中心間距離は、前記第一の溝と前記管壁導体で構成される第一の導波管の設計中心周波数における管内波長の２分の１であり、
隣り合う前記スロットの中心間距離は、前記第二の溝及び第三の溝と前記管壁導体と前記ビアで構成される第二の導波管の設計中心周波数における管内波長の２分の１であり、
前記短絡壁と当該短絡壁に隣接する導体除去部の中心との管軸方向の距離と、前記短絡壁と当該短絡壁に隣接するスロットの中心との管軸方向の距離は、前記第一の導波管及び前記第二の導波管の設計中心周波数における管内波長の４分の１であることを特徴とする請求項９記載の導波管スロットアレーアンテナ。
【請求項１１】
前記第三の溝の底面の前記第二の給電導波管に対応する位置に、管軸方向に直交し前記第二の導波管の管路の一部を遮るための誘導性障壁を設けたことを特徴とする請求項９または請求項１０記載の導波管スロットアレーアンテナ。
【請求項１２】
前記誘電体基板の前記第二の給電導波管に対応する位置に、両端を前記管壁導体に接続し、かつ、管軸方向に直交する短絡導体を設けたことを特徴とする請求項９または請求項１０記載の導波管スロットアレーアンテナ。
【請求項１３】
前記第一の給電導波管及び前記第二の給電導波管のうち少なくとも一方の幅の広い管壁面に、前記第一の給電導波管及び前記第二の給電導波管の管軸方向と平行な第二のリッジ導体を設けたことを特徴とする請求項９または請求項１０記載の導波管スロットアレーアンテナ。
【請求項１４】
請求項９または請求項１０に記載の導波管スロットアレーアンテナをサブアレーとして、管軸方向及び管軸方向と直交する方向のうち少なくとも一方の方向に複数配列したことを特徴とする導波管スロットアレーアンテナ。
【請求項１５】
第一の導波管を構成するための第一の溝と、第二の導波管の一方を構成するための第二の溝を有し、かつ、管軸方向両端に短絡壁を有する第一の導波管部材と、
前記第二の溝と同一幅で、前記第二の導波管の他方を構成するための第三の溝を有し、当該第三の溝と前記第二の溝とが対向して配置されると共に、前記第三の溝の底面に管軸方向に対して直交する複数のスロットが設けられ、かつ、管軸方向両端に短絡壁を有する第二の導波管部材と、
前記第一の導波管部材と前記第二の導波管部材との間に設けられ、前記第一の溝と前記第二の溝を覆う誘電体基板と、
前記誘電体基板の両面の、前記第一の導波管部材と前記第二の導波管部材に接する部分と前記第一の溝を覆う部分とに設けられた管壁導体と、
前記誘電体基板上の前記複数のスロットに対応した位置に設けられ、管軸方向に対してそれぞれ斜めに設けられた複数の線状導体と、
前記管壁導体の前記第一の溝の位置に設けられ、管軸方向に対してそれぞれ平行でかつ矩形の複数の導体除去部と、
前記誘電体基板を介して前記両面の管壁導体を接続する複数のビアと、
前記第一の溝の底面に、隣り合う二つの導体除去部の間に位置するよう設けられた給電端子となる第一の給電線路と、
前記第二の溝の底面に、隣り合う二つのスロットの間に位置するよう設けられた給電端子となる第二の給電線路と、
前記第一の給電線路に接続され、前記第一の導波管内に位置する第一の給電プローブと、
前記第二の給電線路に一端が接続されると共に、他端が前記管壁導体に接続され、かつ前記第二の導波管内に位置する第二の給電プローブとを備え、
前記複数の線状導体のうち、前記第二の給電プローブの設置位置に隣接する二つの線状導体の傾斜方向が同一方向で、その他の隣り合う線状導体は互いに反対方向であり、かつ、前記第一の給電プローブに隣接する二つの導体除去部が、前記第一の導波管の管軸中心線に対して互いに同一側の位置で、その他の隣り合う二つの導体除去部が、前記第一の導波管の管軸中心線に対して互いに反対側の位置となるように配置されることを特徴とする導波管スロットアレーアンテナ。
【請求項１６】
隣り合う前記導体除去部の中心間距離は、前記第一の溝と前記管壁導体で構成される第一の導波管の設計中心周波数における管内波長の２分の１であり、
隣り合う前記スロットの中心間距離は、前記第二の溝及び第三の溝と前記管壁導体と前記ビアで構成される第二の導波管の設計中心周波数における管内波長の２分の１であり、
前記短絡壁と当該短絡壁に隣接する導体除去部の中心との管軸方向の距離と、前記短絡壁と当該短絡壁に隣接するスロットの中心との管軸方向の距離は、前記第一の導波管及び前記第二の導波管の設計中心周波数における管内波長の４分の１であることを特徴とする請求項１５記載の導波管スロットアレーアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、水平偏波を放射すると共に垂直偏波を放射する直交偏波共用の導波管スロットアレーアンテナに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、無線通信の通信可能領域の拡大及びレーダの探知距離の拡大の要求に加えて、周波数有効利用に対する要求が高まっており、その要求に応えるため、無線通信またはレーダに適用されるアンテナ装置として、低損失で高効率な直交偏波共用のアレーアンテナが求められている。
このような低損失で高効率化なアンテナ方式として、導波管スロットアレーアンテナがある。以下の特許文献１では、導波管の管軸方向に垂直な偏波（以下、垂直偏波と呼ぶ）を放射するスロットアレーと導波管の管軸方向に平行な偏波（以下、水平偏波と呼ぶ）を放射するスロットアレーを隣接して配列することで、直交偏波共用の導波管スロットアレーアンテナを構成する構造が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１６７２４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
アレーアンテナの放射パターンは各素子アンテナの励振振幅分布に依存することが知られている。導波管スロットアレーアンテナでは、目的となる放射パターンを実現するよう、配列される各スロットからの放射電力量が所定の励振振幅分布となるように設計パラメータを調整する。上記従来の直交偏波導波管スロットアレーアンテナでは、垂直偏波を放射するスロットについては、スロット形状（長さ管軸中心からの距離）などをスロット毎に調整し、水平偏波を放射するスロットについては、主にアイリスの形状などを調整することで、放射電力量を調整することとなる。【０００５】
通常、導波管スロットアレーアンテナの開発では、電磁界解析等を用いた設計、試作、放射パターン等の性能評価、この性能評価結果をもとにした構造修正（各スロットの形状修正による放射電力量の調整）による再試作と再評価といったアンテナ開発プロセスを経て、最終的に目的とする性能を実現する製品を作り上げる。特に、性能評価結果をもとにした構造修正による再試作と再評価のプロセスについては、目的とする性能を実現するまで数回繰り返し行われることが多い。【０００６】
しかしながら、上記従来の導波管スロットアレーアンテナでは、特に、垂直偏波を放射するスロットに関してはスロット形状（長さと管軸中心からの距離）でしか放射電力量が調整できないため、再試作のたびに、スロット形状に修正を行った導波管を切削加工等で製造する必要があり、開発コストが高くなるといった課題があった。【０００７】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、再試作の際に導波管の再製造の必要のない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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る導波管スロットアレーアンテナは、第一の導波管を構成するための第一の溝と、第二の導波管の一方を構成するための第二の溝を有する第一の導波管部材と、第二の溝と同一幅で、第二の導波管の他方を構成するための第三の溝を有し、第三の溝と第二の溝とが対向して配置されると共に、第三の溝の底面に管軸方向に対して直交する複数のスロットが設けられた第二の導波管部材と、第一の導波管部材と第二の導波管部材との間に設けられ、第一の溝と第二の溝を覆う誘電体基板と、誘電体基板の両面の、第一の導波管部材と第二の導波管部材に接する部分と第一の溝を覆う部分とに設けられた管壁導体と、誘電体基板上の複数のスロットに対応した位置に設けられ、管軸方向に対してそれぞれ斜めに設けられた複数の線状導体と、管壁導体の第一の溝の位置に設けられ、管軸方向に対してそれぞれ平行でかつ矩形の複数の導体除去部と、誘電体基板を介して両面の管壁導体を接続する複数のビアとを備えたものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明の導波管スロットアレーアンテナは、第一の導波管部材と第二の導波管部材との間に設けた誘電体基板に、管軸方向に対して斜めに配置された複数の線状導体と、導波管壁面としての管壁導体と、管軸方向に対して平行なスロットとして機能する導体除去部と、誘電体基板両面の管壁導体を接続するビアを設けたものである。これにより、誘電体基板上の導体パターンの修正のみで放射電力量の調整ができるため、アンテナ開発プロセスにおける再試作の際に、導波管の再製造が不要となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１による導波管スロットアレーアンテナの斜視図である。
【図２】この発明の実施の形態１による導波管スロットアレーアンテナの分解斜視図である。
【図３】図３Ａは、この発明の実施の形態１による導波管スロットアレーアンテナの誘電体基板の平面図、図３Ｂは図３ＡのＡ−Ａ線断面図である。
【図４】この発明の実施の形態１による導波管スロットアレーアンテナの導波管断面形状を示す断面図である。
【図５】この発明の実施の形態１による導波管スロットアレーアンテナの給電端子から高周波信号を入力した場合の管壁導体上の電流分布を示す説明図である。
【図６】この発明の実施の形態１による導波管スロットアレーアンテナの給電端子から高周波信号を入力した場合の第三の溝の底面における電流分布を示す説明図である。
【図７】この発明の実施の形態１による導波管スロットアレーアンテナの線状導体を設けた場合における給電端子から高周波信号を入力した場合の第三の溝の底面における電流分布を示す説明図である。
【図８】図８Ａ〜図８Ｃは、それぞれ誘電体基板の線状導体部分の変形例を示す構成図である。
【図９】この発明の実施の形態１による導波管スロットアレーアンテナの変形例の斜視図である。
【図１０】この発明の実施の形態１による導波管スロットアレーアンテナの変形例の分解斜視図である。
【図１１】この発明の実施の形態２による導波管スロットアレーアンテナの斜視図である。
【図１２】この発明の実施の形態２による導波管スロットアレーアンテナの分解斜視図である。
【図１３】図１１のＡ−Ａ線を通り導波管軸に平行な面での断面図である。
【図１４】図１１のＢ−Ｂ線を通り導波管軸に平行な面での断面図である。
【図１５】この発明の実施の形態２による導波管スロットアレーアンテナの第一の給電導波管と第二の給電導波管とをｚ軸方向から見た説明図である。
【図１６】この発明の実施の形態２による導波管スロットアレーアンテナの第一の給電導波管と第二の給電導波管の変形例をｚ軸方向から見た説明図である。
【図１７】この発明の実施の形態２による導波管スロットアレーアンテナの変形例の断面図である。
【図１８】この発明の実施の形態２による導波管スロットアレーアンテナの変形例の分解斜視図である。
【図１９】この発明の実施の形態３による導波管スロットアレーアンテナの斜視図である。
【図２０】この発明の実施の形態３による導波管スロットアレーアンテナの分解斜視図である。
【図２１】図１９のＡ−Ａ線を通り導波管軸に平行な面での断面図である。
【図２２】図１９のＢ−Ｂ線を通り導波管軸に平行な面での断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
図１は、本実施の形態による導波管スロットアレーアンテナの斜視図である。また、図２に導波管スロットアレーアンテナの分解斜視図を示す。
これら図１及び図２に示す導波管スロットアレーアンテナは、第一の導波管部材１、第二の導波管部材４、誘電体基板７を備える。第一の導波管部材１は、第一の溝２と第二の溝３を持つ管軸方向に対してＥ字状断面を有し、その一端が短絡壁で封止された長尺部材で、表面が導体で形成されている。第一の溝２と第二の溝３はそれぞれ第一の導波管下部と第二の導波管下部を構成している。第二の導波管部材４は、第三の溝５を持つ管軸方向に対してコ字状断面を有し、その一端が短絡壁で封止された長尺部材で、表面が導体で形成されている。また、第三の溝５の幅は第二の溝３の幅と同一に形成され、これら第三の溝５と第二の溝３が対向するよう配置されている。また、第二の導波管部材４における第三の溝５の底面から側面の一部まで、水平偏波放射のためのスロット６が複数設けられている。このスロット６は、その長手方向が第二の導波管部材４の管軸方向に対して垂直となるように設けられており、所定の間隔で複数配置されている。
【００１２】
図３Ａは、誘電体基板７の平面図であり、図３Ｂは図３ＡのＡ−Ａ線断面図である。誘電体基板７は、樹脂材料で成形された平板であり、第二の導波管部材４が配置される面には線状導体８が設けられ、表裏両面に、導体除去部９及び管壁導体１０ａ，１０ｂが形成され、さらにその内部にはビア１１が形成されている。
線状導体８は、その長手方向が第二の導波管部材４の管軸方向に対して設定された角度だけ傾斜するよう形成され、かつ、スロット６の配置間隔に対応して複数配置されている。また、隣り合う線状導体８の傾斜角度は互いに逆方向になるように形成されている。
導体除去部９は、管壁導体１０ａ，１０ｂの導体パターンの一部を長辺と短辺からなる矩形状に複数除去して形成されており、それぞれの長手方向が第一の導波管部材１の管軸方向に対して平行になるように形成されている。また、隣り合う導体除去部９は、第一の溝２の管軸中心線に対して、互いに反対の位置となるよう、互い違いに配置される。
ビア１１は、誘電体基板７の内部に形成され、管壁導体１０ａと管壁導体１０ｂを導通するように、導体除去部９の周囲と、第一の導波管部材１と第二の導波管部材４とを接続する位置に所定の間隔で複数形成される。また、ビア１１は隣接するビア間からの電磁界の漏れが無いように十分狭い間隔で設けられている。
管壁導体１０ａ，１０ｂは、第一の溝２を覆う部分と、第一の導波管部材１と第二の導波管部材４とが接する部分に形成される。
【００１３】
次に、実施の形態１の導波管スロットアレーアンテナの動作について説明する。
図４は、実施の形態１における導波管スロットアレーアンテナの導波管断面形状を示している。
図４において、第一の溝２の開放端と管壁導体１０ｂは、接触面において電気的に接続されており、これにより第一の導波管１２を形成している。管壁導体１０ｂと第一の溝２の底面はそれぞれ第一の導波管１２の幅の広い壁面を構成し、第一の溝２の側面はそれぞれ第一の導波管１２の幅の狭い壁面を構成している。このとき、第一の導波管１２は電界ベクトルがｚ軸方向を向く成分を基本モードとして有している。
一方、第二の溝３の開放端と第二の導波管部材４は、管壁導体１０ａ，１０ｂ及びビア１１により、接触面において電気的に接続されており、これにより第二の導波管１３を形成している。このとき、第二の溝３の開放端と第三の溝５の開放端と管壁導体１０ａ，１０ｂとの接触面に対応する位置に配置されたビア１１は第二の導波管１３の内部を伝搬する高周波信号が外部に漏れ出さないように密に複数配置される。第二の溝３と第三の溝５のそれぞれの側面及び管壁導体１０ａ，１０ｂとビア１１は第二の導波管１３の幅の広い壁面を構成しており、第二の溝３の底面及び第三の溝５の底面は、それぞれ第二の導波管１３の幅の狭い壁面を構成している。このとき、第二の導波管１３は電界ベクトルがｘ軸方向を向く成分を基本モードとして有している。
【００１４】
第一の導波管１２及び第二の導波管１３を、短絡壁で封止されている箇所とは反対側に設けられた図示しない各給電端子から、それぞれ基本モードが導波管内部を伝搬するように高周波信号を入力する場合を考える。このとき、第一の導波管１２及び第二の導波管１３の一端は短絡壁となっているため、両導波管内部には、いわゆる定在波が励起されることとなる。
まず、第一の導波管１２における動作を説明する。図５は、給電端子から高周波信号を入力した場合の、第一の導波管１２の短絡壁付近における第一の導波管１２の幅の広い壁面、すなわち管壁導体１０ｂ上における電流分布を示している。ただし、図５では導体除去部９を設けない場合の電流分布である。図５に示すように、短絡壁からλｇ／４の位置において、ｘ軸方向に流れる電流強度は強くなり、λｇ／２周期で電流強度が強くなる部分が現れる（λｇは入力した高周波信号の中心周波数での管内波長を示す）。ただし、電流の向きはλｇ／２毎に逆方向となる。
【００１５】
導体除去部９は、ｘ軸方向に大きな電流が流れる位置に、その流れを遮るように配置される。すなわち、第一の導波管１２の短絡壁からλｇ／４の位置に、第一の導波管１２の管軸に対してその長手方向が平行になるように、かつ第一の導波管１２の管軸中心線から所定の距離だけオフセットさせた位置に配置される。このような位置に配置された導体除去部９により、導体除去部９部分の電流が遮られ、結果として、導体除去部９上にｘ軸に平行な電界が励起される。最終的に、外部の空間には第一の導波管１２の管軸に対して垂直な偏波、すなわち垂直偏波の電波が放射され、導体除去部９が垂直偏波放射スロットとして動作する。
このとき、隣り合う導体除去部９を第一の導波管１２の管軸中心線に対して、互いに反対の位置となるよう、互い違いに配置することで、各導体除去部９から放射される電波の位相を同位相とすることができる。
また、各導体除去部９からの放射電力量は、第一の導波管１２の管軸中心線からのオフセット量と各導体除去部９の大きさ（幅と長さ）で決まるため、所定の励振振幅分布となるように、各導体除去部９の位置と大きさが決定される。
導体除去部９の周囲に設けられた複数のビア１１は、各導体除去部９に励起された電界が誘電体基板７の内部へ漏れ出すことを防止している。
【００１６】
次に、第二の導波管１３における動作を説明する。図６は、給電端子から高周波信号を入力した場合の、第二の導波管１３の短絡壁付近における第二の導波管１３の幅の狭い壁面、すなわち第三の溝５の底面における電流分布を示している。ただし、図６では、スロット６及び線状導体８を設けない場合の電流分布である。図６に示すように、短絡壁からλｇ／４の位置において、ｘ軸方向に流れる電流強度は強くなり、λｇ／２周期で電流強度が強くなる部分が現れる。ただし、電流の向きはλｇ／２毎に逆方向となる。
スロット６は、効率よく電波が外部に放射されるよう、ｘ軸方向に大きな電流が流れる位置、すなわち、第二の導波管１３の短絡壁からλｇ／４の位置に配置されるが、第二の導波管１３の管軸方向に対して、その長手方向が垂直となるように配置されるため、このままではスロット６部分の電流を効率よく遮断することができない。
【００１７】
そこで、スロット６の直下に位置する誘電体基板７上に線状導体８を形成することで、第二の導波管１３の内部の電磁界分布に擾乱を与える。図７は、線状導体８を設けた場合における、給電端子から高周波信号を入力した場合の、第二の導波管１３の短絡壁付近における第二の導波管１３の幅の狭い壁面、すなわち第三の溝５の底面における電流分布を示している。ただし、図７では、スロット６を設けない場合の電流分布である。線状導体８は、第二の導波管１３の管軸方向に対して設定角度だけ傾斜して形成されているため、線状導体８上に励起される電流によって内部の電磁界分布が乱され、結果として、第二の導波管１３の幅の狭い壁面上には、図７に示すように、第二の導波管１３の管軸方向に対して斜め方向に流れる電流が生じる。スロット６により、この斜め方向に流れる電流は遮られ、結果として、スロット６上にｙ軸に平行な電界が励起され、最終的に外部の空間には第二の導波管１３の管軸に対して平行な偏波、すなわち水平偏波の電波が放射される。
【００１８】
このとき、隣り合う線状導体８の傾斜角度を互いに逆方向になるように形成することで、スロット６上から放射される電波の位相を同位相とすることができる。
また、スロット６からの放射電力量は、スロット６の幅と長さ、線状導体８の幅と長さ、傾斜角度などで決まるため、所定の励振振幅分布となるように、スロット６及び線状導体８の形状が決定される。
【００１９】
このように、実施の形態１の導波管スロットアレーアンテナでは、第一の導波管部材１と、スロット６を設けた第二の導波管部材４とで、導体パターンを形成した誘電体基板７を挟んで構成され、誘電体基板７に設けた導体除去部９が垂直偏波放射スロットとして動作し、その位置と形状により垂直偏波の放射電力量を調整することができ、さらに線状導体８の形状により水平偏波の放射電力量を調整することができる。
すなわち、誘電体基板７上の導体パターン形状の修正のみで、放射電力量の調整ができるため、実施の形態１の導波管スロットアレーアンテナでは、アンテナ開発プロセスにおける再試作の際に、導波管の再製造が不要となり、結果として開発コストを低減することができる。
【００２０】
なお、図３Ａに示す例では、それぞれの線状導体８を直線状の１本の導体パターンとし、これらをスロット６の直下に配置した。しかし、第二の導波管１３の幅の狭い壁面上に管軸方向に対して斜め方向に流れる電流を発生することができれば、線状導体８の形状と導体パターンの本数は任意でよい。例えば、図８Ａに示すように、複数の平行な直線状の導体パターンで構成してもよい。なお、ここで、線状導体８としての機能を有するものであれば、複数の導体パターンが完全に平行で無くても良い。また、図８Ｂに示すように直線状導体パターンの端部を屈曲させる構成、あるいは、図８Ｃに示すように、１本の直線状導体パターンの両側に、他端を管壁導体１０ａに接続するように２本の直線状の伸長導体を配置する構成であってもよい。図８Ｃに示す構成の場合、伸長導体は管軸方向に直交する方向に同一直線上となるよう設けられている。
図８Ａの構成の場合、直線状導体パターンが１本だけの場合に比べて、放射電力量の調整の自由度を高めることができる。また、図８Ｂに示す構成の場合、直線状導体パターンの管軸方向の長さを短縮することができ、隣り合う線状導体８間の相互結合の影響を低減することができる。さらに、図８Ｃに示す構成の場合、線状導体８によって生じる寄生リアクタンス成分を両側に配置した伸長導体によってキャンセルさせることができることから、アンテナ設計を容易にすることができるといった効果がある。
【００２１】
また、図３Ｂに示すように、上記例では、線状導体８を誘電体基板７の管壁導体１０ａが位置する面のみに配置しているが、他方の面（管壁導体１０ｂが位置する面）にも同様に配置し、両者をビア１１によって接続するような構成としてもよい。
また、図１〜図３に示す例では、スロット６と導体除去部９を同数配置しているが、スロット６と導体除去部９との設置個数が異なってもよい。
また、図１〜図４に示した導波管スロットアレーアンテナでは、第一の導波管１２は、その断面形状が長辺と短辺からなる、いわゆる矩形導波管であるが、図９及び図１０に変形例として示すように、第一の溝２の管軸中心線上に設定突出長の障壁である第一のリッジ導体１４を設け、第一の導波管１２が、いわゆるリッジ導波管であるような構成としてもよい。なお、図９は変形例の斜視図、図１０は変形例の分解斜視図である。
【００２２】
以上説明したように、実施の形態１の導波管スロットアレーアンテナによれば、第一の導波管を構成するための第一の溝と、第二の導波管の一方を構成するための第二の溝を有する第一の導波管部材と、第二の溝と同一幅で、第二の導波管の他方を構成するための第三の溝を有し、第三の溝と第二の溝とが対向して配置されると共に、第三の溝の底面に管軸方向に対して直交する複数のスロットが設けられた第二の導波管部材と、第一の導波管部材と第二の導波管部材との間に設けられ、第一の溝と第二の溝を覆う誘電体基板と、誘電体基板の両面の、第一の導波管部材と第二の導波管部材に接する部分と第一の溝を覆う部分とに設けられた管壁導体と、誘電体基板上の複数のスロットに対応した位置に設けられ、管軸方向に対してそれぞれ斜めに設けられた複数の線状導体と、管壁導体の第一の溝の位置に設けられ、管軸方向に対してそれぞれ平行でかつ矩形の複数の導体除去部と、誘電体基板を介して両面の管壁導体を接続する複数のビアとを備えたので、誘電体基板上の導体パターンの修正のみで放射電力量の調整ができるため、アンテナ開発プロセスにおける再試作の際に、導波管の再製造が不要となり、結果として開発コストを抑えることができる。
【００２３】
また、実施の形態１の導波管スロットアレーアンテナによれば、複数の線状導体は、それぞれ複数の平行な直線状導体パターンからなるようにしたので、放射電力量の調整の自由度を高めることができる。
【００２４】
また、実施の形態１の導波管スロットアレーアンテナによれば、複数の線状導体におけるそれぞれの線状導体の管軸方向に直交する方向の両側に、一端を管壁導体に接続し他端を線状導体方向に延伸した伸長導体を誘電体基板上に備えるようにしたので、線状導体によって生じる寄生リアクタンス成分を伸長導体によってキャンセルさせることができるため、アンテナ設計を容易にすることができる。
【００２５】
また、実施の形態１の導波管スロットアレーアンテナによれば、線状導体両側の伸長導体は、それぞれ同一線上に設けられているようにしたので、さらに、アンテナ設計を容易にすることができる。
【００２６】
また、実施の形態１の導波管スロットアレーアンテナによれば、第一の溝の管軸方向に直交する方向の中央部に、管軸方向と平行なリッジ導体を備えたので、第一の導波管をリッジ導波管として構成することができる。
【００２７】
また、実施の形態１の導波管スロットアレーアンテナによれば、第一の導波管部材及び第二の導波管部材の管軸方向両端のうち、一端を短絡壁として他端を給電端子とし、複数の線状導体は、隣り合う線状導体の傾斜方向が管軸方向に対して互いに異なり、かつ、複数の導体除去部は、隣り合う導体除去部の位置が第一の溝の管軸方向中心線に対して互いに反対側になる配置としたので、複数のスロット上から放射される電波の位相を同位相とすることができ、かつ、複数の導体除去部から放射される電波の位相を同位相とすることができる。
【００２８】
また、実施の形態１の導波管スロットアレーアンテナによれば、隣り合う導体除去部の中心間距離は、第一の溝と管壁導体で構成される第一の導波管の設計中心周波数における管内波長の２分の１であり、隣り合うスロットの中心間距離は、第二の溝及び第三の溝と管壁導体とビアで構成される第二の導波管の設計中心周波数における管内波長の２分の１であり、短絡壁と短絡壁に隣接する導体除去部の中心との管軸方向の距離と、短絡壁と短絡壁に隣接するスロットの中心との管軸方向の距離は、第一の導波管及び第二の導波管の設計中心周波数における管内波長の４分の１であるようにしたので、垂直偏波の電波と水平偏波の電波を効率よく外部に放射することができる。
【００２９】
また、実施の形態１の導波管スロットアレーアンテナによれば、導波管スロットアレーアンテナをサブアレーとして、管軸方向と直交する方向に複数配列するようにしたので、管軸方向と直交する方向に密に配列したアンテナを得ることができる。
【００３０】
実施の形態２．
実施の形態２は、導波管中央部に導波管Ｔ分岐構造を設け、分岐する導波管を給電端子とする例である。図１１は、実施の形態２による導波管スロットアレーアンテナの斜視図である。また、図１２に導波管スロットアレーアンテナの分解斜視図を示す。さらに、図１３は図１１のＡ−Ａ線を通り導波管軸に平行な面での断面図を、図１４は図１１のＢ−Ｂ線を通り導波管軸に平行な面での断面図を示している。また、図１５は、第一の給電導波管２１と第二の給電導波管２２とをｚ軸方向から見た説明図である。
【００３１】
これらの図に示すように、実施の形態２の導波管スロットアレーアンテナは、第一の導波管部材１ａ、第二の導波管部材４、誘電体基板７、線状導体８、導体除去部９、管壁導体１０ａ，１０ｂ、ビア１１、第一の給電導波管２１、第二の給電導波管２２を備えている。第一の導波管部材１ａは、実施の形態１と同様に第一の溝２と第二の溝３とが形成され、かつ、その管軸方向両端が短絡壁で封止されている。また、第一の溝２と第二の溝３の底面の管軸方向中央部にそれぞれ矩形開口が形成され、それぞれの矩形開口に第一の給電導波管２１と第二の給電導波管２２が接続されている。第一の給電導波管２１及び第二の給電導波管２２は、図１５に示すように、断面形状が長辺と短辺からなる矩形の導波管であり、その管軸方向がz軸と平行となるように接続されている。また、第一の給電導波管２１は、その幅の広い壁面がｘ軸に平行となるように設けられており、一方、第二の給電導波管２２は、その幅の広い壁面がｙ軸に平行となるように設けられている。
【００３２】
線状導体８は、実施の形態１と同様に、その長手方向が第二の導波管部材４の管軸方向に対して所定の傾斜角度だけ傾いて形成され、スロット６の配置間隔に対応して複数配置されている。ただし、第二の給電導波管２２に隣接する二つの線状導体パターンの傾斜角度は互いに同一方向になるように形成されており、その他の隣り合う二つの線状導体パターンの傾斜角度は互いに逆方向になるように形成されている。
これ以外の構成は実施の形態１の導波管スロットアレーアンテナと同様であるため、対応する部分に同一符号を付してその説明を省略する。
【００３３】
次に、実施の形態２の導波管スロットアレーアンテナの動作について説明する。
実施の形態２の導波管スロットアレーアンテナは、実施の形態１の導波管スロットアレーアンテナと同様に、第一の溝２と管壁導体１０ｂは第一の導波管１２を形成しており、第一の導波管１２は電界ベクトルがｚ軸方向を向く成分を基本モードとして有している。また、第二の溝３と第二の導波管部材４は、実施の形態１の構成と同様に、管壁導体１０ａ，１０ｂ及びビア１１により、接触面において電気的に接続されており、これにより第二の導波管１３を形成している。第二の導波管１３は電界ベクトルがｘ軸方向を向く成分を基本モードとして有している。
【００３４】
ここで、第一の導波管１２は、第一の給電導波管２１における第一の導波管１２への接続部とは反対側の開放端を、また、第二の導波管１３は、第二の給電導波管２２における第二の導波管１３への接続部とは反対側の開放端を、それぞれ給電端子として、第一の給電導波管２１あるいは第二の給電導波管２２の基本モードが効率よく伝搬するように、高周波信号をそれぞれ入力する場合を考える。
まず、第一の導波管１２における動作を説明する。第一の給電導波管２１は電界ベクトルがｙ軸方向を向く成分を基本モードとして有し、第一の給電導波管２１と第一の導波管１２の接続部は、いわゆる導波管のＥ面Ｔ分岐構造をなしており、結果として、第一の給電導波管２１から見て第一の導波管１２の一方の短絡壁側と他方の短絡壁側には第一の導波管１２の基本モードがそれぞれ逆位相で入力されることとなる。さらに、第一の導波管１２の両端は短絡壁となっているため、その内部には、いわゆる定在波が励起される。
実施の形態１における動作と同様に、導体除去部９からは、外部の空間に、第一の導波管１２の管軸に対して垂直な偏波、すなわち垂直偏波の電波が放射され、導体除去部９は垂直偏波放射スロットとして動作する。このとき、上述したように、第一の給電導波管２１から見て第一の導波管１２の両側には第一の導波管１２の基本モードがそれぞれ逆位相で入力されるので、第一の給電導波管２１に隣接する二つの導体除去部９は、これら導体除去部９から放射される電波の位相を同位相とするため、第一の導波管１２の管軸中心線に対して、互いに反対の位置にくるように配置されている。さらに、実施の形態１と同様に、隣り合う導体除去部９を第一の導波管１２の管軸中心線に対して、互いに反対の位置となるよう、互い違いに配置することで、各導体除去部９から放射される電波の位相を同位相としている。
【００３５】
次に、上記第二の導波管１３における動作を説明する。第二の給電導波管２２は電界ベクトルがｘ軸方向を向く成分を基本モードとして有し、第二の給電導波管２２と第二の導波管１３の接続部は、いわゆる導波管のＨ面Ｔ分岐構造をなしており、結果として、第二の給電導波管２２から見て第二の導波管１３の両側には第二の導波管１３の基本モードがそれぞれ同位相で入力されることとなる。さらに、第二の導波管１３の両端は短絡壁となっているため、その内部には、いわゆる定在波が励起される。
実施の形態１の場合と同様に、誘電体基板７上に設けられた線状導体８により導波管内部の電磁界分布が乱さることで、第二の導波管１３の幅の狭い壁面上に管軸方向に対して斜め方向に流れる電流が生じ、スロット６がこれを遮ることで、最終的に、外部の空間に、第二の導波管１３の管軸に対して平行な偏波、すなわち水平偏波の電波が放射される。
このとき、上述したように、第二の給電導波管２２から見て第二の導波管１３の両側には第二の導波管１３の基本モードがそれぞれ同位相で入力されるので、第二の給電導波管２２に隣接する二つのスロット６から放射される電波の位相を同位相とするため、これらスロットに対応する二つの線状導体８の線状導体パターンの傾斜角度は互いに同一方向となるように形成されている。一方、その他の線状導体パターンにおいては、隣り合う線状導体パターンの傾斜角度を互いに逆方向になるように形成することで、実施の形態１の場合と同様に、スロット６上から放射される電波の位相を同位相としている。
【００３６】
このように、実施の形態２の導波管スロットアレーアンテナでは、第一の給電導波管２１及び第二の給電導波管２２が接続された第一の導波管部材１ａと、スロット６を設けた第二の導波管部材４とで、導体パターンを形成した誘電体基板７を挟んで構成され、誘電体基板７に設けた導体除去部９が垂直偏波放射スロットとして動作し、その位置と形状により垂直偏波の放射電力量を調整することができ、さらに、線状導体８の形状により水平偏波の放射電力量を調整することができる。すなわち、実施の形態２では、誘電体基板７の導体パターン形状のみで、垂直偏波あるいは水平偏波を放射する各スロットの放射電力量を調整することができるため、実施の形態１と同様に、開発コストを低減することができる。
【００３７】
さらに、実施の形態２の導波管スロットアレーアンテナでは、第一の給電導波管２１及び第二の給電導波管２２は、電波が放射される面とは反対側の面に接続されているため、サブアレーを２次元的に密に配列することが可能となる。すなわち、導波管スロットアレーアンテナでは、その給電端子には、分配合成回路または送受信機といったものが接続されるが一般的である。ここで、図１１に示すような導波管スロットアレーアンテナをサブアレーとしてｙ軸方向に複数設置することを考えた場合、給電端子となる第一の給電導波管２１及び第二の給電導波管２２は、電波が放射される面とは反対側に位置することから、分配合成回路または送受信機の構成がｙ軸方向への配列には影響しないことになる。従って、サブアレーをｘ軸方向だけでなく、ｙ軸方向にも密に配列することが可能となる。
【００３８】
なお、図１１〜図１４に示す例では、第一の導波管１２の中央部に第一の給電導波管２１を接続しているが、配列された複数の導体除去部９のうち、任意の隣り合う二つの導体除去部９の中間部に対応する位置において、第一の給電導波管２１を第一の導波管１２に接続してもよい。同様に、図１１〜図１４では、第二の導波管１３の中央部に第二の給電導波管２２を接続しているが、配列された複数のスロット６のうち、任意の隣り合う二つのスロット６の中間部に対応する位置において、第二の給電導波管２２を第二の導波管１３に接続してもよい。これにより、給電端子の位置に自由度をもつことができ、結果として、背面に接続される送受信機の配置または分配合成回路の構成に多くの選択肢を持たせることができ、導波管スロットアレーアンテナの設計自由度を向上させることができる。
【００３９】
また、図１５に示したように、第一の給電導波管２１及び第二の給電導波管２２は矩形導波管であるが、図１６に示すように、第一の給電導波管２１及び第二の給電導波管２２の幅の広い壁面において、管軸中心線上に所定の突出長を有した障壁となる第二のリッジ導体２３を設け、いわゆるダブルリッジ導波管であるような構成としてもよい。これにより、第一の給電導波管２１及び第二の給電導波管２２の幅の広い壁面の幅を小型化することができ、結果として、第一の給電導波管２１及び第二の給電導波管２２と、それらに隣接する導体除去部９あるいはスロット６との間の相互作用を低減することが可能となる。なお、これらの相互作用は、放射特性の劣化の原因となる。
【００４０】
さらに、図１１〜図１６で示した導波管スロットアレーアンテナでは、第二の導波管１３と第二の給電導波管２２との接続部に対向する第三の溝５の溝の底面及び誘電体基板７上には付加構造を備えていないが、図１７に示すように、第二の導波管１３と第二の給電導波管２２との接続部に対向する第三の溝５の溝の底面に、導波管の管軸方向に対して直交して第二の導波管１３の管路の一部を遮るための誘導性障壁２４を設けても良い。
また、図１８に示すように、誘電体基板７上の第二の導波管１３と第二の給電導波管２２との接続部に、管壁導体１０ａと電気的に接続されるよう、導波管の管軸方向に対して直交する線状の短絡導体２５を形成してもよい。これにより、第二の給電導波管２２から見た第二の導波管１３との接続部における反射特性を良好とすることができる。
【００４１】
以上説明したように、実施の形態２の導波管スロットアレーアンテナによれば、第一の導波管を構成するための第一の溝と、第二の導波管の一方を構成するための第二の溝を有し、かつ、管軸方向両端に短絡壁を有する第一の導波管部材と、第二の溝と同一幅で、第二の導波管の他方を構成するための第三の溝を有し、第三の溝と第二の溝とが対向して配置されると共に、第三の溝の底面に管軸方向に対して直交する複数のスロットが設けられ、かつ、管軸方向両端に短絡壁を有する第二の導波管部材と、第一の導波管部材と第二の導波管部材との間に設けられ、第一の溝と第二の溝を覆う誘電体基板と、誘電体基板の両面の、第一の導波管部材と第二の導波管部材に接する部分と第一の溝を覆う部分とに設けられた管壁導体と、誘電体基板上の複数のスロットに対応した位置に設けられ、管軸方向に対してそれぞれ斜めに設けられた複数の線状導体と、管壁導体の第一の溝の位置に設けられ、管軸方向に対してそれぞれ平行でかつ矩形の複数の導体除去部と、誘電体基板を介して両面の管壁導体を接続する複数のビアと、第一の溝の底面に、隣り合う二つの導体除去部の間に位置するよう設けられた給電端子となる断面矩形の第一の給電導波管と、第二の溝の底面に、隣り合う二つのスロットの間に位置するよう設けられた給電端子となる断面矩形の第二の給電導波管とを備え、複数の線状導体のうち、第二の給電導波管の設置位置に隣接する二つの線状導体の傾斜方向が同一方向で、その他の隣り合う線状導体は互いに反対方向であるようにしたので、誘電体基板上の導体パターンの修正のみで放射電力量の調整ができるため、アンテナ開発プロセスにおける再試作の際に、導波管の再製造が不要となり、結果として開発コストを抑えることができる。
【００４２】
また、実施の形態２の導波管スロットアレーアンテナによれば、複数の導体除去部は、隣り合う導体除去部の位置が第一の溝の管軸方向中心線に対して互いに反対側になる配置であり、かつ、隣り合う導体除去部の中心間距離は、第一の溝と管壁導体で構成される第一の導波管の設計中心周波数における管内波長の２分の１であり、隣り合うスロットの中心間距離は、第二の溝及び第三の溝と管壁導体とビアで構成される第二の導波管の設計中心周波数における管内波長の２分の１であり、短絡壁と短絡壁に隣接する導体除去部の中心との管軸方向の距離と、短絡壁と短絡壁に隣接するスロットの中心との管軸方向の距離は、第一の導波管及び第二の導波管の設計中心周波数における管内波長の４分の１であるようにしたので、垂直偏波の電波と水平偏波の電波を効率よく外部に放射することができる。
【００４３】
また、実施の形態２の導波管スロットアレーアンテナによれば、第三の溝の底面の第二の給電導波管に対応する位置に、管軸方向に直交し第二の導波管の管路の一部を遮るための誘導性障壁を設けたので、第二の給電導波管から見た第二の導波管との接続部における反射特性を良好とすることができる。
【００４４】
また、実施の形態２の導波管スロットアレーアンテナによれば、誘電体基板の第二の給電導波管に対応する位置に、両端を管壁導体に接続し、かつ、管軸方向に直交する短絡導体を設けたので、第二の給電導波管から見た第二の導波管との接続部における反射特性を良好とすることができる。
【００４５】
また、実施の形態２の導波管スロットアレーアンテナによれば、第一の給電導波管及び第二の給電導波管のうち少なくとも一方の幅の広い管壁面に、第一の給電導波管及び第二の給電導波管の管軸方向と平行な第二のリッジ導体を設けたので、放射特性の劣化を低減することができる。
【００４６】
また、実施の形態２の導波管スロットアレーアンテナによれば、導波管スロットアレーアンテナをサブアレーとして、管軸方向及び管軸方向と直交する方向のうち少なくとも一方の方向に複数配列したので、２次元的に密に配列したアンテナを得ることができる。
【００４７】
実施の形態３．
実施の形態３は、導波管中央部に給電プローブ構造を設け、その根元の給電端子を入力端子とする例である。図１９は、実施の形態３による導波管スロットアレーアンテナの斜視図である。また、図２０に導波管スロットアレーアンテナの分解斜視図を示す。さらに、図２１は図１９のＡ−Ａ線を通り導波管軸に平行な面での断面図を、図２２は図１９のＢ−Ｂ線を通り導波管軸に平行な面での断面図を示している。
【００４８】
これらの図に示すように、実施の形態３の導波管スロットアレーアンテナは、第一の導波管部材１ｂ、第二の導波管部材４、誘電体基板７、線状導体８、導体除去部９、管壁導体１０ａ，１０ｂ、ビア１１、第一の給電線路３１、第二の給電線路３２、第一の給電プローブ３３、第二の給電プローブ３４を備えている。第一の導波管部材１ｂは、実施の形態１と同様に第一の溝２と第二の溝３とが形成され、かつ、その管軸方向両端が短絡壁で封止されている。また、第一の溝２と第二の溝３の底面の管軸方向中央部にそれぞれ円形開口が形成され、それぞれの円形開口に第一の給電線路３１と第二の給電線路３２が接続されている。第一の給電線路３１及び第二の給電線路３２は、同軸線路からなるものであり、第一の給電線路３１の内導体には第一の給電プローブ３３が接続され、第二の給電線路３２の内導体には第二の給電プローブ３４が接続されている。
【００４９】
第二の給電線路３２の接続位置に対応した誘電体基板７上の位置には、プローブ導体３５が形成されている。プローブ導体３５の一端は管壁導体１０ａに接続され、他端は、第二の給電プローブ３４と接続されている。第二の給電プローブ３４の先端は誘電体基板７に形成された給電プローブ挿入のための開口部を介して誘電体基板７の管壁導体１０ａ側に引き出され、半田付け等の方法によってプローブ導体３５と電気的に接続されている。これにより、第二の給電プローブ３４及びプローブ導体３５からなるL字状プローブを構成している。なお、第一の給電線路３１及び第二の給電線路３２の外側導体は、導波管の壁面に接続されている。
【００５０】
複数の線状導体８は、実施の形態１と同様に、その長手方向が第二の導波管部材４の管軸方向に対して所定の傾斜角度だけ傾斜して形成され、複数のスロット６の配置間隔に対応して複数配置されている。ただし、第二の給電線路３２の接続位置を中心として隣接する二つの線状導体８の傾斜角度は互いに同一方向になるように形成されており、その他の隣り合う二つの線状導体８の傾斜角度は互いに逆方向になるように形成されている。
【００５１】
導体除去部９は、実施の形態１と同様に、管壁導体１０ａ，１０ｂの導体パターンの一部を長辺と短辺からなる矩形状に除去して形成され、その長手方向が第一の導波管部材１ｂの管軸方向に対して平行になるように形成されている。また、隣り合う導体除去部９は、第一の溝２の管軸中心線に対して、互いに反対の位置となるよう、互い違いに配置されるが、第一の給電線路３１の接続位置に対応した位置を中心として隣接する二つの導体除去部９については、共に第一の溝２の管軸中心線に対して同一の側に位置するように形成されている。その他の構成については実施の形態１と同様であるため、対応する部分に同一符号を付してその説明を省略する。
【００５２】
次に、本発明の実施の形態３における導波管スロットアレーアンテナの動作について説明する。
実施の形態３の導波管スロットアレーアンテナは、実施の形態１と同様に、第一の溝２と管壁導体１０ｂは第一の導波管１２を形成しており、第一の導波管１２は電界ベクトルがｚ軸方向を向く成分を基本モードとして有している。また、第二の溝３と第二の導波管部材４は、管壁導体１０ａ、管壁導体１０ｂ及びビア１１とで電気的に接続されており、これにより第二の導波管１３を形成している。第二の導波管１３は電界ベクトルがｘ軸方向を向く成分を基本モードとして有している。
【００５３】
ここで、第一の導波管１２は第一の給電線路３１を、また、第二の導波管１３は第二の給電線路３２をそれぞれ給電端子として、高周波信号を入力する場合を考える。
まず、上記第一の導波管１２における動作を説明する。第一の給電線路３１に入力された高周波信号によって、第一の給電線路３１の内導体に接続された第一の給電プローブ３３上には電流が流れる。この電流によって、第一の給電線路３１から見て第一の導波管１２の両側には第一の導波管１２の基本モードがそれぞれ同位相で励起されることとなる。さらに、第一の導波管１２の両端は短絡壁となっているため、その内部には、いわゆる定在波が励起される。
実施の形態１における動作と同様に、導体除去部９からは、外部の空間に、第一の導波管１２の管軸方向に対して直交する偏波、すなわち垂直偏波の電波が放射され、導体除去部９は垂直偏波放射スロットとして動作する。
このとき、上述したように、第一の給電線路３１から見て第一の導波管１２の両側には第一の導波管１２の基本モードが同位相で入力されるので、第一の給電プローブ３３に隣接する二つの導体除去部９から放射される電波の位相を同位相とするため、これらの導体除去部９は、第一の導波管１２の管軸中心線に対して、同一の側に位置するように配置されている。その他の隣り合う導体除去部９については、実施の形態１の場合と同様に、第一の導波管１２の管軸中心線に対して、互いに反対の位置にくるように、互い違いに配置することで、各導体除去部９から放射される電波の位相を同位相としている。
【００５４】
次に、上記第二の導波管１３における動作を説明する。第二の給電線路３２に入力された高周波信号によって、第二の給電線路３２の内導体に接続された第二の給電プローブ３４及びプローブ導体３５上には電流が流れる。このうち、プローブ導体３５上を流れる電流によって、第二の給電線路３２から見て第二の導波管１３の両側には第二の導波管１３の基本モードがそれぞれ同位相で励起されることとなる。さらに、第二の導波管１３の両端は短絡壁となっているため、その内部には、いわゆる定在波が励起される。
実施の形態１における動作と同様に、誘電体基板７上に設けられた線状導体８により導波管内部の電磁界分布が乱さることで、第二の導波管１３の幅の狭い壁面上に管軸方向に対して斜め方向に流れる電流が生じ、スロット６がこれを遮ることで、最終的に、外部の空間に、第二の導波管１３の管軸に対して平行な偏波、すなわち水平偏波の電波が放射される。
このとき、上述したように、第二の給電線路３２から見て第二の導波管１３の両側には第二の導波管１３の基本モードがそれぞれ同位相で励起されるので、第二の給電プローブ３４に隣接する二つのスロット６から放射される電波の位相を同位相とするため、その二つのスロット６に対応する二つの線状導体８の傾斜角度は互いに同一方向となるように形成されている。一方、その他の線状導体８においては、隣り合う線状導体８の傾斜角度を互いに逆方向になるように形成することで、実施の形態１と同様に、スロット６上から放射される電波の位相を同位相としている。
【００５５】
このように、実施の形態３の導波管スロットアレーアンテナでは、第一の給電線路３１及び第二の給電線路３２が接続された第一の導波管部材１ｂと、スロット６を設けた第二の導波管部材４とで、導体パターンを形成した誘電体基板７を挟んで構成され、誘電体基板７に設けた導体除去部９が垂直偏波放射スロットとして動作し、その位置と形状により垂直偏波の放射電力量を調整することができ、さらに、線状導体８の形状により水平偏波の放射電力量を調整することができる。
すなわち、実施の形態３では、誘電体基板７の導体パターン形状のみで、垂直偏波あるいは水平偏波を放射する各スロットの放射電力量を調整することができるため、実施の形態１と同様に、開発コストを低減することができる。
さらに、実施の形態３の導波管スロットアレーアンテナでは、第一の給電線路３１及び第二の給電線路３２は、電波が放射される面とは反対側の面に接続されているため、サブアレーを２次元的に密に配列することが可能となると共に、同軸コネクタをインタフェースとする送受信機等の他のコンポーネントとの接続が容易となる。
【００５６】
なお、図１９〜図２２に示す例では、第一の導波管１２の中央部に第一の給電線路３１が接続されるよう構成したが、配列された複数の導体除去部９のうち、任意の隣り合う二つの導体除去部９の中間部に対応する位置で、第一の給電線路３１を第一の導波管１２に接続してもよい。同様に、上記例では、第二の導波管１３の中央部に第二の給電線路３２が接続されているが、配列された複数のスロット６のうち、任意の隣り合う二つのスロット６の中間部に対応する位置で、第二の給電線路３２を第二の導波管１３に接続してもよい。これにより、給電端子の位置に自由度を持たせることができることから、背面に接続される送受信機等の配置位置に選択肢を持たせることができ、その結果、アレーアンテナの設計自由度を向上させることができる。
【００５７】
また、上記例では、第二の給電プローブ３４とプローブ導体３５によりＬ字状のプローブを構成したが、誘電体基板７上にプローブ導体３５を設けず、直接第二の給電プローブ３４をL字状に屈折させ、その先端を導波管壁面に接続するように構成してもよい。
【００５８】
以上説明したように、実施の形態３の導波管スロットアレーアンテナによれば、第一の導波管を構成するための第一の溝と、第二の導波管の一方を構成するための第二の溝を有し、かつ、管軸方向両端に短絡壁を有する第一の導波管部材と、第二の溝と同一幅で、第二の導波管の他方を構成するための第三の溝を有し、第三の溝と第二の溝とが対向して配置されると共に、第三の溝の底面に管軸方向に対して直交する複数のスロットが設けられ、かつ、管軸方向両端に短絡壁を有する第二の導波管部材と、第一の導波管部材と第二の導波管部材との間に設けられ、第一の溝と第二の溝を覆う誘電体基板と、誘電体基板の両面の、第一の導波管部材と第二の導波管部材に接する部分と第一の溝を覆う部分とに設けられた管壁導体と、誘電体基板上の複数のスロットに対応した位置に設けられ、管軸方向に対してそれぞれ斜めに設けられた複数の線状導体と、管壁導体の第一の溝の位置に設けられ、管軸方向に対してそれぞれ平行でかつ矩形の複数の導体除去部と、誘電体基板を介して両面の管壁導体を接続する複数のビアと、第一の溝の底面に、隣り合う二つの導体除去部の間に位置するよう設けられた給電端子となる第一の給電線路と、第二の溝の底面に、隣り合う二つのスロットの間に位置するよう設けられた給電端子となる第二の給電線路と、第一の給電線路に接続され、第一の導波管内に位置する第一の給電プローブと、第二の給電線路に一端が接続されると共に、他端が管壁導体に接続され、かつ第二の導波管内に位置する第二の給電プローブとを備え、複数の線状導体のうち、第二の給電プローブの設置位置に隣接する二つの線状導体の傾斜方向が同一方向で、その他の隣り合う線状導体は互いに反対方向であり、かつ、第一の給電プローブに隣接する二つの導体除去部が、第一の導波管の管軸中心線に対して互いに同一側の位置で、その他の隣り合う二つの導体除去部が、第一の導波管の管軸中心線に対して互いに反対側の位置となるように配置されるようにしたので、誘電体基板上の導体パターンの修正のみで放射電力量の調整ができるため、アンテナ開発プロセスにおける再試作の際に、導波管の再製造が不要となり、結果として開発コストを抑えることができる。
【００５９】
また、実施の形態３の導波管スロットアレーアンテナによれば、隣り合う導体除去部の中心間距離は、第一の溝と前記管壁導体で構成される第一の導波管の設計中心周波数における管内波長の２分の１であり、隣り合うスロットの中心間距離は、第二の溝及び第三の溝と管壁導体とビアで構成される第二の導波管の設計中心周波数における管内波長の２分の１であり、短絡壁と短絡壁に隣接する導体除去部の中心との管軸方向の距離と、短絡壁と短絡壁に隣接するスロットの中心との管軸方向の距離は、第一の導波管及び第二の導波管の設計中心周波数における管内波長の４分の１であるようにしたので、垂直偏波の電波と水平偏波の電波を効率よく外部に放射することができる。
【００６０】
本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意な構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意な構成要素の省略が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
以上のように、この発明に係る導波管スロットアレーアンテナは、水平偏波を放射すると共に垂直偏波を放射する直交偏波共用の構成に関するものであり、無線通信におけるアンテナまたはレーダのアンテナに用いるのに適している。
【符号の説明】
【００６２】
１，１ａ，１ｂ  第一の導波管部材、２  第一の溝、３  第二の溝、４  第二の導波管部材、５  第三の溝、６  スロット、７  誘電体基板、８  線状導体、９  導体除去部、１０ａ，１０ｂ  管壁導体、１１  ビア、１２  第一の導波管、１３  第二の導波管、１４  第一のリッジ導体、２１  第一の給電導波管、２２  第二の給電導波管、２３  第二のリッジ導体、２４  誘導性障壁、２５  短絡導体、３１  第一の給電線路、３２  第二の給電線路、３３  第一の給電プローブ、３４  第二の給電プローブ、３５  プローブ導体。
【図１】
2019211908.tif 000003
【図２】
2019211908.tif 000004
【図３】
2019211908.tif 000005
【図４】
2019211908.tif 000006
【図５】
2019211908.tif 000007
【図６】
2019211908.tif 000008
【図７】
2019211908.tif 000009
【図８】
2019211908.tif 000010
【図９】
2019211908.tif 000011
【図１０】
2019211908.tif 000012
【図１１】
2019211908.tif 000013
【図１２】
2019211908.tif 000014
【図１３】
2019211908.tif 000015
【図１４】
2019211908.tif 000016
【図１５】
2019211908.tif 000017
【図１６】
2019211908.tif 000018
【図１７】
2019211908.tif 000019
【図１８】
2019211908.tif 000020
【図１９】
2019211908.tif 000021
【図２０】
2019211908.tif 000022
【図２１】
2019211908.tif 000023
【図２２】
2019211908.tif 000024
【国際調査報告】
2019211908.tif 000025
2019211908.tif 000026