(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の導波管スロットアレーアンテナと第２の導波管スロットアレーアンテナからなる２つの導波管スロットアレーアンテナの配置およびビームの向きの設定方法であって、
前記第１の導波管スロットアレーアンテナと前記第２の導波管スロットアレーアンテナを互いが平行となるような状態よりも傾いて対向させ、
前記第１の導波管スロットアレーアンテナから出射されるビームの出射面に対して垂直な法線方向よりも前記第２の導波管スロットアレーアンテナの方に傾いてビームが出射されるようにビームの向きを設定し、
前記第２の導波管スロットアレーアンテナから出射されるビームの出射面に対して垂直な法線方向よりも前記第１の導波管スロットアレーアンテナの方に傾いてビームが出射されるようにビームの向きを設定し、
前記第１の導波管スロットアレーアンテナから出射されるビームの向きと前記第２の導波管スロットアレーアンテナから出射されるビームの向きを互いに逆とし、
前記第１の導波管スロットアレーアンテナのアンテナサイズ、法線方向に対するビームの傾き角度（°）をそれぞれａ、Ａ、前記第２の導波管スロットアレーアンテナのアンテナサイズ、法線方向に対するビームの傾き角度（°）をそれぞれをｂ（＞ａ）、Ｂ、前記第１の導波管スロットアレーアンテナの端部から前記第２の導波管スロットアレーアンテナまでのビーム到達距離をｘ、前記端部から出射したビームの前記第２の導波管スロットアレーアンテナでの反射点から前記第１の導波管スロットアレーアンテナの延長線との交点までの長さをｚ、前記交点から前記端部までの距離をｙとした場合、
ｙ＝ｘ・ｓｉｎ（２Ｂ）／ｓｉｎ（９０−Ａ−２Ｂ）＞ａ
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の配置およびビームの向きの設定方法。
【請求項２】
第１の導波管スロットアレーアンテナと第２の導波管スロットアレーアンテナからなる２つの導波管スロットアレーアンテナの配置およびビームの向きの設定方法であって、
前記第１の導波管スロットアレーアンテナと前記第２の導波管スロットアレーアンテナを互いが平行となるような状態よりも傾いて対向させ、
前記第１の導波管スロットアレーアンテナから出射されるビームの出射面に対して垂直な法線方向よりも前記第２の導波管スロットアレーアンテナの方に傾いてビームが出射されるようにビームの向きを設定し、
前記第２の導波管スロットアレーアンテナから出射されるビームの出射面に対して垂直な法線方向よりも前記第１の導波管スロットアレーアンテナの方に傾いてビームが出射されるようにビームの向きを設定し、
前記第１の導波管スロットアレーアンテナから出射されるビームの向きと前記第２の導波管スロットアレーアンテナから出射されるビームの向きを互いに逆とし、
前記第１の導波管スロットアレーアンテナの法線方向に対するビームの傾き角度（°）をＡ、前記第２の導波管スロットアレーアンテナの法線方向に対するビームの傾き角度（°）をＢとした場合、
９０−Ａ−２Ｂ≦０
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の配置およびビームの向きの設定方法。
【請求項３】
前記第１の導波管スロットアレーアンテナ又は前記第２の導波管スロットアレーアンテナは、信号入出力を行う給電導波管とビームを出射する複数のアンテナ素子とをそれぞれ接続する複数の配線用導波管を備え、
前記複数の配線用導波管の長さをアンテナ素子毎に変えて位相ズレを生じさせることにより、前記第１の導波管スロットアレーアンテナ又は前記第２の導波管スロットアレーアンテナから出射するビームの向きを、当該出射する出射面に対して垂直な法線方向に対して傾けることを特徴とする請求項１又は２に記載の導波管スロットアレーアンテナの配置およびビームの向きの設定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導波管スロットアレーアンテナを対向させた際の多重反射を低減する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ミリ波用の低損失かつ高ゲインの平面アンテナとして導波管スロットアレーアンテナ（非特許文献１、２参照）が提案されてきた。
【０００３】
図４に示すように、導波管スロットアレーアンテナ１Ａは、信号入出力を行う給電導波管１１、複数のアンテナ素子１２および、給電導波管１１と各アンテナ素子１２を接続する配線用導波管１３によって構成される。導波管スロットアレーアンテナ１Ａは、導波管構造であるため金属で形成される。
【０００４】
給電導波管１１から入射した電磁波は、配線用導波管１３を通り、アンテナ素子１２へと伝播され、ビーム１００が自由空間へ放射する。
【０００５】
図５に示すように、２つの導波管スロットアレーアンテナ１Ａを対向させて用いる場合は、対向するアンテナからの反射波１０１が問題となることがある。例えば、アンテナ間の距離が数１０ｃｍ以下の場合、反射波１０１が多重反射し、これがノイズとなり伝送特性を劣化させる。
【０００６】
したがって、これまでは、アンテナ同士を反射波による影響が生じない程度まで離して使用しなければならなかった。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】三浦庸平  他、「60GHz帯二層構造並列給電中空導波管スロットアレーアンテナの広帯域化検討」、信学技報  IEICE Technical Report A・P2009-106(2009-10)、2009年10月、p.19-24
【非特許文献２】宮森猛  他、「ポスト壁導波路給電スロットアレーアンテナのミリ波帯での効率」、信学技報  Technical Report of IEICE A・P99-114, RCS99-111(1999-10)、1999年10月、p.59-64
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、導波管スロットアレーアンテナを対向させた際の多重反射を低減する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本発明は、第１の導波管スロットアレーアンテナと第２の導波管スロットアレーアンテナからなる２つの導波管スロットアレーアンテナの配置およびビームの向きの設定方法であって、前記第１の導波管スロットアレーアンテナと前記第２の導波管スロットアレーアンテナを互いが平行となるような状態よりも傾いて対向させ、前記第１の導波管スロットアレーアンテナから出射されるビームの出射面に対して垂直な法線方向よりも前記第２の導波管スロットアレーアンテナの方に傾いてビームが出射されるようにビームの向きを設定し、前記第２の導波管スロットアレーアンテナから出射されるビームの出射面に対して垂直な法線方向よりも前記第１の導波管スロットアレーアンテナの方に傾いてビームが出射されるようにビームの向きを設定し、前記第１の導波管スロットアレーアンテナから出射されるビームの向きと前記第２の導波管スロットアレーアンテナから出射されるビームの向きを互いに逆とし、前記第１の導波管スロットアレーアンテナのアンテナサイズ、法線方向に対するビームの傾き角度（°）をそれぞれａ、Ａ、前記第２の導波管スロットアレーアンテナのアンテナサイズ、法線方向に対するビームの傾き角度（°）をそれぞれをｂ（＞ａ）、Ｂ、前記第１の導波管スロットアレーアンテナの端部から前記第２の導波管スロットアレーアンテナまでのビーム到達距離をｘ、前記端部から出射したビームの前記第２の導波管スロットアレーアンテナでの反射点から前記第１の導波管スロットアレーアンテナの延長線との交点までの長さをｚ、前記交点から前記端部までの距離をｙとした場合、ｙ＝ｘ・ｓｉｎ（２Ｂ）／ｓｉｎ（９０−Ａ−２Ｂ）＞ａであることを特徴とする。
また、本発明は、第１の導波管スロットアレーアンテナと第２の導波管スロットアレーアンテナからなる２つの導波管スロットアレーアンテナの配置およびビームの向きの設定方法であって、前記第１の導波管スロットアレーアンテナと前記第２の導波管スロットアレーアンテナを互いが平行となるような状態よりも傾いて対向させ、前記第１の導波管スロットアレーアンテナから出射されるビームの出射面に対して垂直な法線方向よりも前記第２の導波管スロットアレーアンテナの方に傾いてビームが出射されるようにビームの向きを設定し、前記第２の導波管スロットアレーアンテナから出射されるビームの出射面に対して垂直な法線方向よりも前記第１の導波管スロットアレーアンテナの方に傾いてビームが出射されるようにビームの向きを設定し、前記第１の導波管スロットアレーアンテナから出射されるビームの向きと前記第２の導波管スロットアレーアンテナから出射されるビームの向きを互いに逆とし、前記第１の導波管スロットアレーアンテナの法線方向に対するビームの傾き角度（°）をＡ、前記第２の導波管スロットアレーアンテナの法線方向に対するビームの傾き角度（°）をＢとした場合、９０−Ａ−２Ｂ≦０であることを特徴とする。
また、本発明は、前記第１の導波管スロットアレーアンテナ又は前記第２の導波管スロットアレーアンテナは、信号入出力を行う給電導波管とビームを出射する複数のアンテナ素子とをそれぞれ接続する複数の配線用導波管を備え、前記複数の配線用導波管の長さをアンテナ素子毎に変えて位相ズレを生じさせることにより、前記第１の導波管スロットアレーアンテナ又は前記第２の導波管スロットアレーアンテナから出射するビームの向きを、当該出射する出射面に対して垂直な法線方向に対して傾けることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の２つの導波管スロットアレーアンテナの配置およびビームの向きの設定方法によれば、導波管スロットアレーアンテナを対向させた際の多重反射を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１（ａ）は、本実施の形態で用いる導波管スロットアレーアンテナの平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡＡ断面図である。
【図２】本実施の形態における導波管スロットアレーアンテナの配置およびビームの向きの設定方法の説明図である。
【図３】本実施の形態における導波管スロットアレーアンテナのサイズおよびビームの角度についての計算方法の一例を説明するための説明図である。
【図４】図４（ａ）は、導波管スロットアレーアンテナの平面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡＡ断面図である。
【図５】図４に示す導波管スロットアレーアンテナを２つ用い、これらを対向させた場合における反射波の挙動を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１３】
本実施の形態では、２つの導波管スロットアレーアンテナから出射するビームで通信を行う際の配置およびビームの向きの設定方法について説明する。
【００１４】
（導波管スロットアレーアンテナの構成）
図１に示すように、本実施の形態で用いる各導波管スロットアレーアンテナ１は、信号入出力を行う給電導波管１１、複数のアンテナ素子１２および、給電導波管１１と各アンテナ素子１２を接続する配線用導波管１３によって構成され、金属で形成される。
【００１５】
導波管スロットアレーアンテナ１では、配線用導波管１３の長さ（経路長）をアンテナ素子１２ごとに変えて位相ズレを与えることにより、アンテナ素子１２が構成された出射面１２Ａから出射するビーム１００の向きを、出射面１２Ａに対して垂直な法線方向１２Ｂに対して傾ける。
【００１６】
例えば、図１に示すような、４×４の格子状にアンテナ素子１２を配置した導波管スロットアレーアンテナ１を１２０ＧＨｚ帯用に製作した場合について詳述する。
【００１７】
各アンテナ素子１２（スロット）の寸法は１．３ｍｍ×０．８５ｍｍ、各スロット間の間隔（中心部同士の距離）は、２．０６ｍｍである。
【００１８】
ビーム１００を法線方向１２Ｂからα°傾けるには、図１（ｂ）において、例えば、一番右のアンテナ素子１２までの配線用導波管１３の長さ（経路長）と右から２番目のアンテナ素子１２までの配線用導波管１３の長さ（経路長）との差（経路長差）を０．５λ×ｓｉｎ（α）とする。λは波長である。また、２番目と３番目の経路長差、３番目と一番左の経路長差も同じとする。例えば、３０°傾ける場合、経路長差は０．７５ｍｍである。
【００１９】
すなわち、図１（ｂ）において、例えば、右のアンテナ素子１２ほど経路長を０．７５ｍｍづつ長くすることで、ビーム１００の向きは同図のように左側に３０°傾く。なお、これは一例であり、角度は３０°でなくてもよい。
【００２０】
（導波管スロットアレーアンテナの配置およびビームの向きの設定方法）
図２に示すように、ここでは、２つの導波管スロットアレーアンテナ１の一方を第１の導波管スロットアレーアンテナ１ａ、他方を第２の導波管スロットアレーアンテナ１ｂという。
【００２１】
本実施の形態では、
（１）第１の導波管スロットアレーアンテナ１ａと第２の導波管スロットアレーアンテナ１ｂを互いが平行となるような状態よりも傾いて対向させ、
（２）第１の導波管スロットアレーアンテナ１ａの出射面１２Ａに対して垂直な法線方向１２Ｂよりも第２の導波管スロットアレーアンテナ１ｂの方に傾いてビーム１００が出射されるようにビームの向きを設定し、
（３）第２の導波管スロットアレーアンテナ１ｂの出射面１２Ａに対して垂直な法線方向１２Ｂよりも第１の導波管スロットアレーアンテナ１ａの方に傾いてビーム１００が出射されるようにビームの向きを設定する。
【００２２】
つまり、第１の導波管スロットアレーアンテナ１ａと第２の導波管スロットアレーアンテナ１ｂをカタカナの「ハ」の字のように配置し、ビーム１００が相手に向くよう傾ける。
【００２３】
前述のようにアンテナ素子１２ごとに経路長を変えることによりビーム１００を傾けることができる。傾きは、第１の導波管スロットアレーアンテナ１ａと第２の導波管スロットアレーアンテナ１ｂとで同じであってもよく、異なっていてもよい。
【００２４】
なお、第１の導波管スロットアレーアンテナ１ａから出射するビーム１００と第２の導波管スロットアレーアンテナ１ｂから出射するビーム１００は互いに対向する、つまり方向が逆であることが好ましい。
【００２５】
上記配置およびビームの向きの設定により、反射波１０１がアンテナに戻らず、または、戻ったとしてもやがてはアンテナの方向を外れ、外部に放射されることが期待できる。すなわち、多重反射を防止、低減できる。
【００２６】
以下、アンテナのサイズおよびビームの角度についての計算方法の一例を説明する。
【００２７】
図３に示すように、第１の導波管スロットアレーアンテナ１ａから出射するビーム１００と第２の導波管スロットアレーアンテナ１ｂから出射するビーム１００は互いに対向する、つまり方向が逆であることとする。
【００２８】
第１の導波管スロットアレーアンテナ１ａについては、アンテナサイズをａ、法線方向１２Ａに対するビーム１００の傾き角度（°）をＡとする。
【００２９】
第２の導波管スロットアレーアンテナ１ｂについては、アンテナサイズをｂ、法線方向１２Ａに対するビーム１００の傾き角度（°）をＢとする。
【００３０】
第１の導波管スロットアレーアンテナ１ａから出射するビーム１００と第２の導波管スロットアレーアンテナ１ｂから出射するビーム１００は対向することとする。
【００３１】
アンテナサイズの小さい方の導波管スロットアレーアンテナアンテナ（図ではａ＜ｂなので、第１の導波管スロットアレーアンテナ１ａ）の端部１ｍから、対向する導波管スロットアレーアンテナ１（第２の導波管スロットアレーアンテナ１ｂ）までのビーム到達距離（最短距離）をｘとする。
【００３２】
このとき、第１の導波管スロットアレーアンテナ１ａの端部１ｍから出射する長さｘのビームは第２の導波管スロットアレーアンテナ１ｂで反射するが、その反射点から第１の導波管スロットアレーアンテナ１ａの延長線との交点までの長さをｚ、その交点から端部１ｍまでの距離をｙとする。
【００３３】
このとき、長さｘ，ｙ，ｚの線分によって構成される三角形の角度（°）は、図に示す通り、それぞれ９０−Ａ−２Ｂ、２Ｂ、９０＋Ａとなる。
【００３４】
長さｙは、長さｘ，角度Ａ，Ｂを用いると、
ｙ＝ｘ・ｓｉｎ（２Ｂ）／ｓｉｎ（９０−Ａ−２Ｂ）
と表される。
【００３５】
ｙが、ｙ＞ａであれば、第２の導波管スロットアレーアンテナ１ｂからの反射波は第１の導波管スロットアレーアンテナ１ａに入射しない。したがって、ｙ＞ａとするのが好ましい。
【００３６】
第２の導波管スロットアレーアンテナ１ｂについても同様の計算を行い、第１の導波管スロットアレーアンテナ１ａからの反射波が第２の導波管スロットアレーアンテナ１ｂに入射しないようにサイズｘ，ａ，ｂ，角度Ａ，Ｂを設定することで、多重反射を防止する。
【００３７】
なお、９０−Ａ−２Ｂ≦０となる条件では、第２の導波管スロットアレーアンテナ１ｂで反射した反射波の伝播方向が第１の導波管スロットアレーアンテナ１ａの出射面１２Ａと交差しないので、サイズｘ，ａ，ｂに関わらず、多重反射を防止できる。
【００３８】
以上のように、本実施の形態では、第１の導波管スロットアレーアンテナ１ａと第２の導波管スロットアレーアンテナ１ｂをカタカナの「ハ」の字のように配置し、ビーム１００が相手を向くように傾けることで、多重反射を低減できる。よって、多重反射によるノイズを小さくできる。また、サイズや角度の設定を適切に行えば、多重反射、ノイズを無くすことができる。
【符号の説明】
【００３９】
１  導波管スロットアレーアンテナ
１ａ  第１の導波管スロットアレーアンテナ
１ｂ  第２の導波管スロットアレーアンテナ
１１  給電導波管
１２  アンテナ素子
１２Ａ  出射面
１２Ｂ  法線方向
１３  配線用導波管
１００  ビーム
１０１  反射波
【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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