(57)【要約】  電磁波の放射又は入射用開口部の励振分布を適切なものとした導波管の管軸に対して斜めの方向に偏波面を有する導波管スロットアレーアンテナ装置を提供する。  管軸と直交する断面が長方形の矩形のアンテナ用導波管からなる導波管スロットアレーアンテナを備え、前記アンテナ用導波管が、管軸方向の一端側が給電口で他端側が短絡されており、管軸に平行な一対の幅広面の第１の幅広面に、管軸に沿って約λｇ／２(λｇは管内波長)の間隔で電磁波を放射又は入射する細長い矩形の開口部を複数配置し、各開口部は第１の幅広面の管軸に平行な中心線に対して同一の所定角度を有し、隣接する開口部は前記中心線に対して交互に反対の位置に配置され、前記第１の幅広面の中心線に対して一方の側にある各開口部の長さが約λｆ／２(λｆは自由空間波長)よりも長く、他方の側にある各開口部の長さが約λｆ／２よりも短いことを特徴とする。
2009107216.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
管軸と直交する断面が長方形の矩形のアンテナ用導波管からなる導波管スロットアレーアンテナを備え、前記アンテナ用導波管が、管軸方向の一端側が給電口で他端側が短絡されており、管軸に平行な一対の幅広面の第１の幅広面に、管軸に沿って約λｇ／２(λｇは管内波長)の間隔で電磁波を放射又は入射する細長い矩形の開口部を複数配置し、各開口部は第１の幅広面の管軸に平行な中心線に対して同一の所定角度を有し、隣接する開口部は前記中心線に対して交互に反対の位置に配置され、前記第１の幅広面の中心線に対して一方の側にある各開口部の長さが約λｆ／２(λｆは自由空間波長)よりも長く、他方の側にある各開口部の長さが約λｆ／２よりも短いことを特徴とする導波管スロットアレーアンテナ装置。
【請求項２】
導波管スロットアレーアンテナを１つのサブアレーとして、複数の前記サブアレーを第１の幅広面を同一方向に向けて管軸方向が平行になるように並列に配列したことを特徴とする請求項１に記載の導波管スロットアレーアンテナ装置。
【請求項３】
２種類の前記アンテナ用導波管を管軸を合わせて逆向きに各々の給電点の位置で接合し短絡された両端を有するように構成されたアンテナ用接合導波管からなる少なくとも１つの導波管スロットアレーアンテナと、前記導波管スロットアレーアンテナの一対の幅広面の第２の幅広面側に設けられた１つの給電用導波管と、を備え、前記給電用導波管が前記アンテナ用接合導波管の前記第２の幅広面と結合部により結合されていることを特徴とする請求項１に記載の導波管スロットアレーアンテナ装置。
【請求項４】
前記導波管スロットアレーアンテナを同一軸上に管軸が並びかつ第１の幅広面を同一方向に向けて複数直列に配列し、前記給電用導波管が前記各導波管スロットアレーアンテナの前記第２の幅広面と結合部によりそれぞれ結合されていることを特徴とする請求項３に記載の導波管スロットアレーアンテナ装置。
【請求項５】
前記複数の導波管スロットアレーアンテナとこれらに結合する１つの給電用導波管をサブアレーとして、複数の前記サブアレーを第１の幅広面を同一方向に向けて管軸方向が平行になるように並列に配列したことを特徴とする請求項４に記載の導波管スロットアレーアンテナ装置。
【請求項６】
前記結合部が、導波管スロットアレーアンテナ及び給電用導波管にそれぞれに形成された結合開口部、又は導波管スロットアレーアンテナに形成された結合開口部及び給電用導波管に形成された導波管スロットアレーアンテナの前記結合開口部に結合する結合管からなることを特徴とする請求項３から５までのいずれか１項に記載の導波管スロットアレーアンテナ装置。
【請求項７】
前記導波管スロットアレーアンテナの短絡された端部の短絡面と前記短絡面に隣接する細長い矩形の開口部との距離が約λｇ／４の奇数倍であることを特徴とする請求項１から６までのいずれか１項に記載の導波管スロットアレーアンテナ装置。
【請求項８】
前記アンテナ用導波管及び給電用導波管が、矩形の中空の金属管からなり、前記各開口部が金属管に形成されたスロットからなることを特徴とする請求項１から７までのいずれか１項に記載の導波管スロットアレーアンテナ装置。
【請求項９】
前記金属管の中が誘電体材料で充填されていることを特徴とする請求項８に記載の導波管スロットアレーアンテナ装置。
【請求項１０】
前記アンテナ用導波管及び給電用導波管が、矩形の誘電体基板の対向する幅広面及び管軸方向の両側の少なくとも一方の管軸に直交する端面にそれぞれ銅箔部が形成されると共に、誘電体基板を貫通し両側の銅箔部を電気的に接続する金属メッキが施されたスルーホールが前記幅広面の中心線の両側に沿ってそれぞれ複数形成されてなり、前記各開口部が前記銅箔部の銅箔を除去して形成された溝からなることを特徴とする請求項１から７までのいずれか１項に記載の導波管スロットアレーアンテナ装置。
【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装置に関し、特に、導波管の管軸に対して斜めの方向に偏波面を有する導波管スロットアレーアンテナ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
導波管の管軸方向に、管軸と平行な多数のスロットを導波管幅広面の中心線に対して交互に約１／２管内波長間隔で配置した導波管スロットアレーアンテナが知られている。スロットの幅方向に電界が立つため、本アンテナの偏波面は管軸に直交する方向となる。【０００３】
また、導波管の管軸に対して斜めの方向に偏波面を有する導波管スロットアレーアンテナが、例えば特許文献１に開示されている。この導波管スロットアレーアンテナは、スロット素子を導波管幅広面の中心線を隔てて交互に管軸方向に約１／２管内波長間隔に配置し、各スロット素子を管軸に対して所定角度傾けることで、管軸に対して斜め方向に直線偏波を放射するというものである。【０００４】
特許文献１では、スロットの配置位置、および、スロットの傾き角に関して言及されているものの、スロットの長さや幅の選択に関しては開示も示唆もされていない。特にスロットの長さは、スロットの共振特性及び導波管スロットアレーアンテナの励振分布を左右するものであり、その選択方法は重要となる。【０００５】
【特許文献１】特開平９−６４６３７号公報
【特許文献２】特開２００１−１９６８５０号(図４、図５)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の導波管スロットアレーアンテナの特性の一例が同発明者らによる上記特許文献２の図４、図５に掲載されており、特許文献１の構成の放射パターン形状は、導波管の管軸を含む面ではかなり大きなサイドローブを有しており(特許文献２の図４参照)、また、管軸と直交する面においては主ビーム方向がアンテナ正面方向に対して約２０度ずれていることがわかる(特許文献２の図５)。【０００７】
通常、アンテナの利得を最大限に得るためにはアンテナのサイドローブレベルはできるだけ低いことが望ましく、また、主ビーム方向を正面に向ける用途が一般的である。そのためには、各スロットの励振分布(励振振幅および励振位相)を適切に設定するよう導波管スロットアレーアンテナを設計することが必要である。励振分布の乱れは、放射パターン形状の非対称、サイドローブレベルの悪化、主ビーム方向のずれを引き起こすため、これら放射パターン形状の乱れはアンテナ利得を著しく低下させてしまう。【０００８】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、電磁波を放射又は入射するスロットの励振分布を適切なものとした導波管の管軸に対して斜めの方向に偏波面を有する導波管スロットアレーアンテナ装置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】
【０００９】
本発明は、管軸と直交する断面が長方形の矩形のアンテナ用導波管からなる導波管スロットアレーアンテナを備え、前記アンテナ用導波管が、管軸方向の一端側が給電口で他端側が短絡されており、管軸に平行な一対の幅広面の第１の幅広面に、管軸に沿って約λｇ／２(λｇは管内波長)の間隔で電磁波を放射又は入射する細長い矩形の開口部を複数配置し、各開口部は第１の幅広面の管軸に平行な中心線に対して同一の所定角度を有し、隣接する開口部は前記中心線に対して交互に反対の位置に配置され、前記第１の幅広面の中心線に対して一方の側にある各開口部の長さが約λｆ／２(λｆは自由空間波長)よりも長く、他方の側にある各開口部の長さが約λｆ／２よりも短いことを特徴とする導波管スロットアレーアンテナ装置にある。
【発明の効果】
【００１０】
本発明では、導波管のスロット等からなる放射又は入射用の細長い矩形の開口部の長さを特定の長さの範囲内にすることにより、開口部の励振分布を適切なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１による導波管スロットアレーアンテナ装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の効果を説明するための図である。
【図３】図２の等価回路に基づく計算結果を示す図である。
【図４】図２の等価回路に基づく計算結果を示す図である。
【図５】スロット素子をアレー化した様子とその等価回路を示す図である。
【図６】Ｘ帯のスロット素子モデルにおいてスロット中心の導波管幅広面中心線からのオフセット量Ｄを＋ｙ方向に異なる量変えた場合のスロット長の変化に対するＩｍ[Ｚ]とＩｍ[Ｚ＋]の値を示す図である。
【図７】Ｘ帯のスロット素子モデルにおいてスロット中心の導波管幅広面中心線からのオフセット量Ｄを−ｙ方向に異なる量変えた場合のスロット長の変化に対するＩｍ[Ｚ]とＩｍ[Ｚ＋]の値を示す図である。
【図８】Ｄを＋ｙ方向に複数の異なる両変えた場合のスロット長の変化に対するＲｅ[Ｚ]の値を示す図である。
【図９】本発明による効果の一例として示された放射パターン計算値を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態３による導波管スロットアレーアンテナ装置の構成を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態３による導波管スロットアレーアンテナ装置の別の構成を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態４による導波管スロットアレーアンテナ装置の構成を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態４による導波管スロットアレーアンテナ装置の別の構成を示す図である。
【図１４】本発明の実施の形態４による導波管スロットアレーアンテナ装置のさらに別の構成を示す図である。
【図１５】本発明の実施の形態５による導波管スロットアレーアンテナ装置の構成を示す図である。
【図１６】本発明の実施の形態５による導波管スロットアレーアンテナ装置の別の構成を示す図である。
【図１７】本発明の実施の形態５による導波管スロットアレーアンテナ装置のさらに別の構成を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１による導波管スロットアレーアンテナ装置のスロットを設けた幅広面側の正面図である。図１において、導波管スロットアレーアンテナであるアンテナ用導波管１０は管軸方向と直交する断面が長方形の中空の金属管からなる。図１に示されている幅広面は長方形の断面の長辺に相当する面であり、対向する一対の幅広面の一方に図１のように放射又は入射用のスロット群３０，４０が形成されている。導波管１０の管軸方向の一方の端部は短絡面２０で塞がれ、他方の端部は給電口となっていて、ここから給電(矢印Feedで示す)を行う。便宜上、導波管１０の管軸方向をｘ方向、スロットが形成された幅広面上で導波管の管軸と直交する方向をｙ方向、スロットが形成された幅広面の法線方向をｚ方向とする。【００１３】
導波管１０の幅広面に設けられたスロット群３０，４０の細長い矩形の開口部である各スロット３１〜３３、４１〜４３は各々、導波管１０の管軸に対して同一の向きに角度αだけ斜めに傾けてある。隣接するスロットはそれぞれ導波管１０の幅広面の管軸に平行な中心線(一点鎖線で示す：管軸＝中心線)に対して交互に反対の位置に、約λｇ／２又はλｇ／２(λｇは使用電磁波の導波管内の管内波長)の間隔で配置されている。さらに、スロット群３０は導波管１０の中心線に対して片方側にあって、かつ、各々のスロット３１〜３３の長さは、約λｆ／２よりも長い又はλｆ／２よりも長い(λｆは使用電磁波の自由空間波長)ことを特徴とする。また、スロット群４０は導波管１０の中心線に対してスロット群３０とは異なるもう片方側にあって、かつ、各々のスロット４１〜４３の長さは、約λｆ／２よりも短い又はλｆ／２よりも短いことを特徴とする。これら導波管１０、短絡面２０、スロット群３０、４０で導波管スロットアレーアンテナ１を形成している。なお以下では特に断りがない限り、波長とは使用電磁波の自由空間波長λｆを示す。【００１４】
次に、本発明の効果を説明する。図２の(ａ)に図１の導波管スロットアレーアンテナの導波管１０に形成されたスロットの１つを拡大した図、(ｂ)に(ａ)のスロットの等価回路図を示す。図２の(ａ)において、Ｌはスロット長、Ｄはスロット中心の導波管幅広面中心線からのオフセット量を表す。また、５０はスロットを横切る電流の瞬時的な様子を示し、５１は電流５０の導波管管幅方向成分(ｙ方向成分)、５２は電流５０の導波管管軸方向成分(ｘ方向成分)を示している。さらに(ｂ)には(ａ)のスロットの等価回路を表す。前述の通り、電流５０を管幅方向成分５１と管軸方向成分５２に分解することを考慮して、Ｔ型回路で表現している。すなわち、負荷Ｚが電流の管幅方向成分５１に寄与し、負荷Ｚ＋と負荷Ｚ−が電流の管軸方向成分５２に寄与するものと考える。【００１５】
一例として、Ｘ帯の設計周波数において、導波管Ａ寸法(幅)０．７６波長(０．７６λｆ、以下同様)、導波管Ｂ寸法(厚み)０．１７波長の導波管に、スロット幅(図２の(ｂ)のスロット長Ｌと直交する方向)０．０４波長、管軸からの回転角α＝４５度のスロット素子を設けた場合のＴ型回路インピーダンス値(Ｚ、Ｚ＋、Ｚ−)の計算結果を図３、図４に示す。計算には有限要素法を用いた。図３はスロットの中心が導波管幅広面の中心線からｙ方向の＋ｙ方向に０．１７波長だけオフセットした場合(Ｄ＝＋０．１７)の結果であり、図４はスロットの中心が導波管幅広面の中心線から−ｙ方向に０．１７波長だけオフセットした場合(Ｄ＝−０．１７)の結果である。【００１６】
図３、図４において、グラフの横軸は波長λｆで規格化したスロット長(Ｌ／λｆ)を表し、それぞれの(ａ)の縦軸がインピーダンスの実部(抵抗成分)を、(ｂ)の縦軸が虚部(リアクタンス成分)を表している。インピーダンス値は導波管の特性インピーダンスＺｇで規格化した値(Ｚ／Ｚｇ)である。以下で、Ｒｅ[  ]の記号はインピーダンスの実部を取ることを表し、Ｉｍ[  ]の記号はインピーダンスの虚部を取ることを表すものとする。【００１７】
まず図３、図４の(ａ)に示すインピーダンスの実部に関してはＲｅ[Ｚ]が支配的であり、Ｒｅ[Ｚ＋]とＲｅ[Ｚ−]はほぼゼロであることが確認できる。これはすなわち、電力の消費、すなわちスロットから空間への放射は電流の管幅方向成分５１に寄与するインピーダンスＺでなされることを意味する。次に図３、図４の(ｂ)に示すインピーダンスの虚部に着目すると、スロット長の変化に対し、Ｉｍ[Ｚ＋]とＩｍ[Ｚ−]は概ね一定値を示し、かつ、概ねＩｍ[Ｚ＋]＝−Ｉｍ[Ｚ−]となる関係が見られる。また、Ｉｍ[Ｚ]はスロット長に応じて変化することがわかる。さらに本例の場合、スロット長を０．５２波長程度に選べばＩｍ[Ｚ]がゼロとなりＺは抵抗成分のみで表されるが、Ｚ＋とＺ−がゼロとはならずにリアクタンス成分を有するため、スロット素子全体で見ると純抵抗にはならないといった特徴を有していることがわかる。【００１８】
次に、スロット素子をアレー化した様子とその等価回路を図５に示す。図５の(ａ)は導波管のスロットを設けた幅広面側の正面図、(ｂ)は(ａ)の導波管の等価回路を示す。(ｂ)の等価回路は、スロット素子を前述のＴ型回路で表し、各スロット３２，４１，３１間の距離をλｇ／２(λｇは使用電磁波の導波管内の管内波長)、短絡面２０とこれに隣接するスロット３１との距離を距離ＬShort、給電点とこれに隣接するスロット３２との距離を距離ＬFeedとして導波管の分布定数線路で表して、各々を継続接続することで表現している。【００１９】
ここで、各々のスロットを同相で励振するためには、電流がスロット部を通過する際の位相ずれを回避する必要がある。すなわち、Ｔ型回路の電流分岐部において、Ｚ側を流れる電流とＺ＋側を流れる電流を同相で分配すればよい。そのためには、インピーダンスのリアクタンス成分であるＩｍ[Ｚ]とＩｍ[Ｚ＋]が同一符号となればよい。【００２０】
図６の(ａ)と(ｂ)は、前述のＸ帯のスロット素子モデルにて、スロット中心の導波管幅広面中心線からのオフセット量Ｄを＋ｙ方向に異なる量変えた場合(Ｄ＝＋０．１０、＋０．１３、＋０．１７、＋０．２０)のＩｍ[Ｚ]とＩｍ[Ｚ＋]の値を、横軸を波長λｆで規格化したスロット長としてそれぞれ描いたものである。同様に、図７の(ａ)と(ｂ)は、オフセット量Ｄを−ｙ方向に異なる量変えた場合(Ｄ＝−０．１０、−０．１３、−０．１７、−０．２０)のＩｍ[Ｚ]とＩｍ[Ｚ＋]の値の結果である。本例によれば、オフセット量Ｄが＋ｙ方向の場合、図６よりスロット長を約０．５λｆよりも長く又は０．５λｆよりも長くすればＩｍ[Ｚ]とＩｍ[Ｚ＋]が共に正の値を有することがわかる(より厳密には０．５３λｆ以上、０．７λｆ以下)。一方、オフセット量Ｄが−ｙ方向の場合、図７よりスロット長を約０．５λｆよりも短く又は０．５λｆよりも短くすればＩｍ[Ｚ]とＩｍ[Ｚ＋]が共に負の値を有することがわかる(より厳密には０．４９５λｆ以下、０．３λｆ以上)。以上のように、スロット中心の導波管幅広面中心線からのオフセット量Ｄに応じてスロット長を選択することで、スロットによる位相ずれを回避し、導波管スロットアレーアンテナ全体で均一な励振位相分布を得ることができる。【００２１】
一方、導波管スロットアレーアンテナの励振振幅は、主として電力の消費がなされるＲｅ[Ｚ]の値で決定される。図８に、Ｄを＋ｙ方向に複数の異なる量変えた場合(Ｄ＝＋０．１０、＋０．１３、＋０．１７、＋０．２０)のＲｅ[Ｚ]の値を示す。なお、Ｄが−ｙ方向の場合は、図３と図４の関係を見ればわかるように、Ｄの絶対値が同じ図８とほぼ同様の値を有する。図８より、Ｒｅ[Ｚ]はスロット中心の導波管幅広面中心線からのオフセット量Ｄの影響が支配的であることがわかる。【００２２】
ここで、負荷Ｚによる消費電力Ｐｏｗｅｒは、負荷Ｚを流れる電流をＩとし、その絶対値を｜Ｉ｜とすると、次式で表される。【００２３】
Ｐｏｗｅｒ＝Ｒｅ[Ｚ｜Ｉ｜2]【００２４】
したがって、図５に示すようなアレーアンテナを考えた場合、各々のスロットから空間への放射量(振幅)は上式に従うことを考慮して、Ｚの値を決定すればよい。例えば、各々のスロットの励振振幅を全て均一にする場合は、上記消費電力値を全て同一にするようにＺの値を選択すればよい。あるいは、低サイドローブ化を図るためにテーラ分布などの振幅分布を設ける場合は、所望の分布値に沿って上記消費電力値を設定し、Ｚの値を選択すればよい。【００２５】
本発明による効果の一例として、前述のＸ帯モデルで５(スロット)素子アレーとした場合の放射パターン計算値を図９に示す。図９の横軸は放射角度θ、縦軸は相対放射電量を示す。５素子アレーのスロット長Ｌとスロット中心の導波管幅広面中心線からのオフセット量Ｄは、短絡面２０に近い素子から順に、(Ｌ、Ｄ)＝(０．５２、＋０．１０)、(０．４８、−０．０９)、(０．５７、＋０．１０)、(０．４６、−０．１０)、(０．６１、０．１１)である(単位は波長)。図９より、導波管管軸方向を含む面(ＸＺ面)および導波管管軸に直交する面(ＹＺ面)の放射パターン形状は、主ビームが正面を向き、かつ、対称な放射パターン形状が得られていることから、スロットの励振分布が均一となっていることが確認できる。【００２６】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、図５に示すアンテナ用導波管１０の短絡面２０と、短絡面２０に隣接するスロット３１の中心との距離ＬShortの寸法について明示しなかった。導波管１０の先端部において、上記ＬShortの寸法を約λｆ／４の奇数倍又はλｆ／４の奇数倍とすれば、スロット３１側から先端部を見たときに開放(ＯＰＥＮ)となり、導波管１０には各々のスロット３１〜３３あるいは４１〜４３の位置で電流５０の導波管管幅方向成分５１を最大にするような定在波が立つ。これにより、各々のスロットでの消費電力、すなわち各々のスロットから空間への放射量が最大となり、高いアンテナ効率を実現することができる。【００２７】
実施の形態３．
上記実施の形態１および実施の形態２では、導波管１０の内部の材料構成について明示しなかった。導波管１０は上述のように金属管で構成され、内部は中空構造でもよいが、導波管１０の金属管の内部に図１０に示すように誘電体材料ＤＭを充填してもよい。図１０において前述の実施の形態と同一もしくは相当部分は同一符号で示し、説明を省略する(以下同様)。導波管１０に誘電体材料ＤＭを充填することで、誘電体材料が持つ比誘電率に応じて導波管の管内波長を短縮する効果が得られる。これにより、スロットの素子間隔を調整することができ、アレーアンテナの設計の自由度を増すことができる。【００２８】
また、中空の金属管ではなく、図１１に示すように、両側の幅広面及び短絡面２０に銅箔部(銅箔層)ＣＦを表面に形成した厚みのある誘電体基板ＤＢに、幅広面の中心線の両側に誘電体基板ＤＢを貫通し両側の幅広面の銅箔部ＣＦを電気的に接続するように金属メッキを施した多数のスルーホールＴＨを形成することで、擬似的に導波管壁を構成し、加えてスロット３１〜３３，４１〜１３を設けることで導波管スロットアレーアンテナであるアンテナ用導波管１０を構成してもよい。放射又は入射用の細長い矩形の開口部であるスロット３１〜３３，４１〜１３(後述する図１２，１３の結合スロット、図１４の結合孔も同様)はここでは、誘電体基板ＤＢの銅箔部ＣＦの銅箔を削り取った溝からなる。これにより、従来の基板加工技術、エッチング技術を用いて簡易に、かつ、安価に導波管スロットアレーアンテナ１を実現することができる。【００２９】
なお、これらの構造の導波管は各実施の形態の導波管スロットアレーアンテナ(アンテナ用導波管、アンテナ用接合導波管)や給電用導波管にも適用可能であることは云うまでもない。【００３０】
実施の形態４．
図１２は本発明の実施の形態４による導波管スロットアレーアンテナ装置の構成を示す図であり、(ａ)がスロットを設けた幅広面側の正面図、(ｂ)が(ａ)の下面図である。２は両端が短絡された導波管スロットアレーアンテナであり、図１や図５に示す導波管スロットアレーアンテナ１を構成するアンテナ用導波管１０を２種類用意し、管軸を合わせて逆向きに各々の給電点の位置で接合し短絡面２０で両端がそれぞれに短絡されたアンテナ用接合導波管１０ａで構成さている。なお、給電点とは隣接するスロットとスロットとの間になる。さらに、両端が短絡された導波管スロットアレーアンテナ２の背面側(一対の幅広面のスロットを形成していない幅広面側)に給電用導波管６０を設け、両端が短絡された導波管スロットアレーアンテナ２と給電用導波管６０は互いに重なるようにそれぞれに形成された結合スロット(結合開口部)７１からなる結合部で結合(接続)され、給電用導波管６０から両端が短絡された導波管スロットアレーアンテナ２に給電される。なお、図１２，１４，１６の(ａ)に示すように結合スロット７１の間を繋ぐ結合管を含んでいてもよい。このように、導波管を多層化して導波管スロットアレーアンテナ装置を構成することもできる。【００３１】
なお図１２では、両端が短絡された導波管スロットアレーアンテナ２の結合スロット７１から見て左右の放射又は入射用スロット３１〜３３，４１〜４３の数が共に３個で同数となっているが、左右の放射又は入射用スロットの数は必ずしも同一である必要はなく、異なっていてもよい。また、結合スロット７１の位置は、両端が短絡された導波管スロットアレーアンテナ２の必ずしも管軸方向の中央でなくてもよい。【００３２】
また図１２では、両端が短絡された導波管スロットアレーアンテナ２と給電用導波管６０の管軸方向が一致するように並行して配置していたが、図１３に示すように各々の導波管の管軸の向きをｘｙ面内で直交するように配置してもよい。このとき、結合スロット７１の向きを各々の導波管の管軸から適宜回転させることで、給電用導波管６０から両端が短絡された導波管スロットアレーアンテナ２への給電度合いを変化させ、整合を図ることができる。【００３３】
さらに図１２及び図１３では、両端が短絡された導波管スロットアレーアンテナ２と給電用導波管６０の間には結合スロットを設けていたが、図１４に示すように結合部として、導波管スロットアレーアンテナ２に形成された結合開口部である結合孔７２と給電用導波管６０に形成された導波管スロットアレーアンテナの結合孔７２に結合する結合管である折曲管６１によって構成してもよい。図１４の(ａ)は本例の導波管スロットアレーアンテナ装置のスロットを設けた幅広面側の正面図、(ｂ)が(ａ)の下面図である。両端が短絡された導波管スロットアレーアンテナ２と給電用導波管６０の管軸方向が一致するように並行して配置し、給電用導波管６０の先端を導波管のＥ面方向に折り曲げた折曲管６１からなるベンド構造とし、両端が短絡された導波管スロットアレーアンテナ２に設けた結合孔７２に折曲管６１が結合されて接続された様子を示している。本構造以外にも、給電用導波管６０は図１３のように両端が短絡された導波管スロットアレーアンテナ２と管軸がｘｙ面内で直交するように配置されてもよい。【００３４】
実施の形態５．
図１５は本発明の実施の形態５による導波管スロットアレーアンテナ装置のスロットを設けた幅広面側の正面図である。図１５は図１又は図５に示す導波管スロットアレーアンテナ１を一つのサブアレーとし、上記サブアレーを複数、スロットを設けた幅広面を同一方向に向けて管軸方向が平行になるように並列に配列することで導波管スロットアレーアンテナ装置を構成している。図１５のように、各々の導波管スロットアレーアンテナ１を用いて、任意の開口径のアレーアンテナを実現することができる。【００３５】
アレーアンテナの給電方法としては、図１５に示すように各々の導波管スロットアレーアンテナ１に独立に給電口(矢印Feedで示す)を設けて、別途用意する給電装置等からなる送受信装置ＴＲと接続する構成が考えられる。これにより、各々の導波管スロットアレーアンテナ１が一つのチャネルを構成し、各チャネルを同相で励振する、あるいは、チャネル間に位相差を設定して励振することでアレーアンテナの主ビーム方向をＹＺ面内の任意の角度に走査した導波管スロットアレーアンテナ装置を実現することができる。また、本導波管スロットアレーアンテナ装置を受信装置に用いた場合は、各々のチャネルが受信する電波の位相差を調べることで、到来角度を推定することができる。【００３６】
上記とは異なるアレーアンテナの構成として、導波管の分岐構造、例えばＨ面Ｔ分岐構造等を用いることにより、図１３の各々の給電部のいくつか、あるいは全てをまとめてもよい。一例として、図１３の構造において、各々の導波管スロットアレーアンテナ１の給電部に２段のＨ面Ｔ分岐構造から成るトーナメント形状の分岐構造を接続すれば、給電装置への給電口を一つにまとめることができる。【００３７】
図１６は、図１２に示す両端が短絡された導波管スロットアレーアンテナ２を一つのサブアレーとし、サブアレーを同一軸上に管軸が並びかつスロットが設けられた幅広面を同一方向に向けて複数直列に配列し、給電用導波管６０が各導波管スロットアレーアンテナ２の背面の幅広面と結合部によりそれぞれ結合されている様子を表している。図１６の(ａ)は本例の導波管スロットアレーアンテナ装置のスロットを設けた幅広面側の正面図、(ｂ)が(ａ)の下面図である。給電用導波管６０に上述の結合部等による導波管の分岐構造を適用することで、導波管の管軸方向(図のｘ方向)に伸張した導波管スロットアレーアンテナ装置を実現することができる。また、１つの給電用導波管６０に３つ以上の導波管スロットアレーアンテナ２を結合させてもよい。さらに、給電用導波管、導波管スロットアレーアンテナの数を増やして結合させることにより、上記導波管スロットアレーアンテナ装置をｘ方向に伸張することが可能である。【００３８】
また、図１７は、上記導波管スロットアレーアンテナ装置をｙ方向にも伸張した様子を表す。図１７の導波管スロットアレーアンテナ装置では、図１６に示した導波管スロットアレーアンテナ装置をサブアレーとしてこれを複数、スロットを設けた幅広面を同一方向に向けて管軸方向が平行になるように並列に配列したものである。するこれについても、給電用導波管６０の分岐構造により容易に構成することができる。なお、１つの給電用導波管６０に３つ以上の導波管スロットアレーアンテナ２を結合させたものをサブアレーとして、これを複数並列に設けてもよい。【００３９】
なお、本発明の上記各実施の形態の可能な組合せも含むことは云うまでもない。
【産業上の利用の可能性】
【００４０】
本発明の導波管スロットアレーアンテナ装置は多くの分野で利用可能である。
【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】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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