(57)【要約】【課題】  矩形導波管を使用した開口面アンテナ等の一次放射器において、比較的簡単な構成、かつ低コストで、電界面と磁界面における放射指向特性を均一にする手段を提供する。【解決手段】  開口面アンテナ等の一次放射器を構成する矩形導波管１の外壁面の相対する長辺側の面に、矩形導波管１の先端開口部から約１／４波長（距離Ｌ）の位置を開口面６とし、矩形導波管１の軸方向に沿って、長辺と同一の幅で、使用周波数の約１／４波長の長さ（Ｄ）と約１／８波長の高さ（Ｗ）を持つ断面矩形の空間を形成する金属筐体１０を配置する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
矩形導波管の先端を開口部とした矩形導波管型一次放射器において、
前記矩形導波管の長辺と同一幅を有しその外壁面を一辺として前記矩形導波管の先端方向に開口する矩形の開口面と、該開口面から管軸方向に沿って使用周波数の約１／４波長離れた位置を短絡する金属壁とを有することにより、該矩形導波管の管軸方向に沿って使用周波数の約１／４波長の長さで前記矩形の断面を有する空間を形成する金属筐体が、前記矩形導波管の相対する長辺の外壁面にそれぞれ設けられており、かつ該金属筐体の前記開口面は、前記矩形導波管の先端開口部から管軸方向に沿って使用周波数の１／８〜３／８波長離れた位置に配置されていることを特徴とする矩形導波管型一次放射器。
【請求項２】
前記開口面の位置は、前記矩形導波管の先端開口部から管軸方向に沿って使用周波数の約１／４波長離して配置されていることを特徴とする請求項１に記載の矩形導波管型一次放射器。
【請求項３】
前記金属筐体により形成される前記矩形の断面を有する空間の高さは、使用周波数の約１／８波長の高さに設定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の矩形導波管型一次放射器。
【請求項４】
前記金属筐体は、前記矩形導波管を、その磁界面に平行な面で軸方向に切断した部材により構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の矩形導波管型一次放射器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、開口面アンテナ等の一次放射器用として使用できる矩形導波管型一次放射器に関し、特に、矩形導波管型一次放射器の放射指向特性を改善する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
開口面アンテナ等の一次放射器として矩形導波管を使用する場合があり、例えば図７に示すように、開口１１を有する矩形導波管１をそのまま利用して一次放射器を構成することが可能である。この方法では、マイクロ波伝送線路としての矩形導波管素材をそのまま利用することができるため、構造が簡易で経済的であるが、その放射指向特性（ビーム幅）は、図８に示すように、電界面と磁界面で大きく異なる特性となる。
【０００３】
一般に、ビーム幅は、開口の大きさに関係しており、開口が波長に比べて大きいほど、放射エネルギーは狭い角度範囲に集中される（非特許文献１）。図７に示すような、矩形導波管１をそのまま利用して一次放射器を構成した場合、その開口部１１の縦方向（電界面）は横方向（磁界面）よりもその開口長が短いために、図８に示すように電界面のビーム幅が磁界面のビーム幅よりも広がってしまい、電界面と磁界面で異なる放射指向特性（ビーム幅）となる。従って、この開口１１をそのまま利用する矩形導波管型一次放射器は、指向特性として電界面と磁界面で均一な放射指向特性が要求されるような開口面アンテナ用の一次放射器には向いていない。
【０００４】
そこで従来、この放射指向特性を改善する方法として、図９に示すように、矩形導波管１の短辺を、その先端開口部に近づくに従って拡張し、縦方向（電界面）と横方向（磁界面）の開口長がほぼ等しい角錐型ホーン形状の開口部１２とすることにより、電界面と磁界面で均一な放射指向特性が得られる一次放射器を構成する手法が採用されているが、この構成は、図７に示す矩形導波管１をそのまま利用して一次放射器を構成する場合と比較して、放射器先端部の形状・構造が複雑になり、そのための加工技術を必要とするために、矩形導波管をそのまま利用する場合と比較して製造コストが掛かる。
【０００５】
【非特許文献１】吉田  孝  監修「レーダ技術」、昭和５９年１月２０日  社団法人  電子通信学会発行、ｐ１２０〜１２３、ｐ１２９〜１３０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記問題点に鑑み、矩形導波管を使用した開口面アンテナ等の一次放射器において、比較的簡単な構成、かつ低コストで、電界面と磁界面における放射指向特性をほぼ均一にする手段を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、先端を開口した矩形導波管によって構成された矩形導波管型一次放射器において、前記矩形導波管の長辺と同一幅を有しその外壁面を一辺として前記矩形導波管の先端方向に開口とする矩形の開口面と、該開口面から管軸方向に沿って使用周波数の約１／４波長離れた位置を短絡する金属壁とを有することにより、該矩形導波管の管軸方向に沿って使用周波数の約１／４波長の長さで前記矩形の断面を有する空間を形成する金属筐体が、前記矩形導波管の相対する長辺の外壁面にそれぞれ設けられており、かつ該金属筐体の前記開口面は、前記矩形導波管の先端開口部から管軸方向に沿って使用周波数の１／８〜３／８波長離れた位置に配置されていることを特徴とする。
【０００８】
前記金属筐体の開口面は、前記矩形導波管の先端開口部から管軸方向に沿って使用周波数の約１／４波長離れた位置に形成されるように取付けるのが特に好適である。
【０００９】
また、前記矩形導波管の相対する長辺の外壁面にそれぞれ設けられる金属筐体により形成される前記矩形の断面を有する空間の高さを調整することにより、電界面と磁界面の放射指向特性のずれを調整することも可能であるが、一般的には、使用周波数の約１／８波長の高さに設定するのが好適である。
【００１０】
本発明では、矩形導波管型一次放射器の先端から離れた位置の相対する長辺の両外壁面側に付加された、該矩形導波管の先端方向に矩形の開口面を有する前記金属筐体により、電界面での放射指向特性を改善する（ビーム幅を狭める）ことが可能となり、これにより矩形導波管の先端を開口部から放射される電磁波の電界面と磁界面における放射指向特性を均一にすることができる。
【００１１】
また、この金属筐体は、一次放射器として使用している矩形導波管を軸方向に使用周波数の約１／４波長の長さに切断し、更に磁界面に平行な面で軸方向に切断した部材を、溶接等により矩形導波管の相対する長辺の両外壁面側固着し、この部材の開口面とは反対側の面に同じく矩形導波管を切断した部材で構成できる金属壁を固着して構成することができるので、本発明の金属筐体を構成するために、新たな部材を調達して加工する必要はない。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、電界面と磁界面で均一な放射指向特性を有する矩形導波管型の一次放射器を、マイクロ波伝送線路としての矩形導波管素材のみを用いて構成することが可能であるので、電界面と磁界面で均一な放射指向特性を有する開口面アンテナの一次放射器を低コストで実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は、本発明の実施形態を示す矩形導波管型一次放射器の、一部断面図として示した側面図、及び正面図である。
【００１４】
本実施形態の矩形導波管型一次放射器は、矩形導波管１の外壁面の相対する長辺側の外壁面に、矩形導波管１の先端開口部から距離Ｌ（好適には使用周波数の約１／４波長）の位置を開口面６とし、矩形導波管１の軸方向に沿って、長辺ａと同一の幅で、使用周波数の約１／４波長の長さ（Ｄ）と約１／８波長の高さ（Ｗ）を持つ断面が矩形の空間を形成する金属筐体１０を配置する。
【００１５】
この金属筐体１０の幅は、矩形導波管１の長辺ａと同一寸法である金属枠体２と、金属筐体１０の一次放射器の開口部１１とは反対側の面を塞いで短絡面を構成する矩形導波管１の長辺と同一幅、金属枠体２と同じ高さの金属壁３とからなる。従って、金属枠体２は、矩形導波管型一次放射器用に使用する導波管素材１を磁界面に平行な面で軸方向に切断して製作することが可能であり、金属壁３も矩形導波管１と同一の導波管素材の長辺を使用することができ、簡易な加工で構成できる。
【００１６】
図２は、本発明の金属筐体１０を矩形導波管１に設けた場合と設けない場合における、矩形導波管１の開口部１１から矩形導波管１の外壁部の表面上を伝播する電流の様子を示している。
【００１７】
矩形導波管１の開口部１１から放射された電波による導波管壁面電流は図２の矢印４で示す方向に伝播する。この電流は、使用周波数の１／４波長の長さの金属筐体１０に、その開口面６から入射した後、矢印５で示すように、金属壁３で反射されて開口面６の方向へ戻る。金属筐体１０の開口面６から金属壁３の壁面までの距離（Ｄ）を使用周波数の１／４波長にとることで、開口面６の位置ではインピーダンスが無限大になるため、この位置で電流は遮断され、開口面６から見て矩形導波管１の開口部１１とは反対側の方向（矢印４の方向）へは電流が流れなくなる。
【００１８】
この様子は、矩形導波管１の開口部１１からの表面電流７と金属筐体１０の内部電流８のようになる。一方、図７に示す金属筐体１０を設けない矩形導波管型一次放射器の場合には、矩形導波管１の開口部１１から放射された電波による導波管壁面電流は図２の９で示すように伝播し、不要放射の原因になっている。このように、金属筐体１０を設置する作用により管壁を流れてしまう表面電流を遮断させることができ、不要放射を抑制して電界面における放射指向特性を改善できる。
【００１９】
また、図３〜図６は、本実施形態における金属筐体１０の取付け位置を変更した場合における放射指向特性をそれぞれ示しており、図３は、金属筐体１０の開口面６の位置を矩形導波管１の開口１１と同一にした場合、図４は、金属筐体１０の開口面６の位置と矩形導波管１の開口部１１との間の距離（Ｌ）を（１／８）λとした場合、図５は、金属筐体１０の開口面６の位置と矩形導波管１の開口部１１との間の距離（Ｌ）を（１／４）λとした場合、図６は、金属筐体１０の開口面６の位置と矩形導波管１の開口部１１との間の距離（Ｌ）を（３／８）λとした場合の放射指向特性結果を示している。
【００２０】
これらの放射指向特性図から、金属筐体１０の開口面６の位置が矩形導波管１の開口部１１に近い場合には、電界面と磁界面の振幅は、図３に示されているようにかなり乱れており、良好な放射指向特性は得られないことが分かる。金属筐体１０の開口面６の位置を矩形導波管１の開口部１１の開口部から遠ざけていくと、電界面と磁界面の振幅が揃い始めるが、距離（Ｌ）が使用周波数の（１／８）λの場合には、まだ位相のずれが比較的大きい。
【００２１】
金属筐体１０の開口面６と矩形導波管１の開口部１１との間の距離（Ｌ）が約（１／４）λとなった場合には、電界面と磁界面の振幅間に若干のずれはあるもののほぼ均一となり、照射範囲内における位相も一定となっており、一次放射器の半値幅が広くなって効率よく照射を行うことができる。金属筐体１０の開口面６と矩形導波管１の開口部１１との間の距離（Ｌ）を（１／４）λよりも更に遠ざけていき、距離（Ｌ）が（３／８）λとなると、図６に示すように、電界面と磁界面の振幅のずれが再び大きくなり始め、（３／８）λ以上となると、本発明の金属筐体１０を設ける効果が薄れてくる。
【００２２】
これらの結果から見て、金属筐体１０の開口面６と矩形導波管１の開口部１１との間の距離（Ｌ）が（１／８）λ〜（３／８）λの範囲では、本発明の金属筐体１０を設けることにより電界面と磁界面の振幅のずれを小さくする効果が得られることが分かる。特に、矩形導波管１の長辺に付加された金属筐体１０の開口面６と矩形導波管１の開口部１１との間の距離（Ｌ）を使用周波数の１／４波長にした場合には、電界面・磁界面の振幅特性、位相特性がほぼ均一化され、矩形導波管型一次放射器としての放射指向特性の開口分布を最適に制御することができる。
【００２３】
このように、本実施形態では、１次放射器を構成する矩形導波管１の長辺に、矩形導波管１と同じ導波管を利用して簡単に加工できる金属筐体１０を付加するという、極めて簡単な構成により、等価的に、図９に示すような、矩形導波管の短辺を、その先端開口部に近づくに従って拡張することにより縦方向（電界面）と横方向（磁界面）の開口長が等しい正方形の開口部１２に加工したものと同等の１次放射器を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施形態を示す矩形導波管型一次放射器の、一部断面図として示した側面図、及び正面図である。
【図２】本実施形態の動作を説明するための図である。
【図３】本実施形態における金属筐体の取付け位置を変更した場合の放射指向特性を示す図である。
【図４】本実施形態における金属筐体の取付け位置を変更した場合の放射指向特性を示す図である。
【図５】本実施形態における金属筐体の取付け位置を変更した場合の放射指向特性を示す図である。
【図６】本実施形態における金属筐体の取付け位置を変更した場合の放射指向特性を示す図である。
【図７】従来の矩形導波管型一次放射器の例を示す図である。
【図８】図７に示す矩形導波管型一次放射器の放射指向特性を示す図である。
【図９】従来の矩形導波管型一次放射器の他の例を示す図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  矩形導波管
２  約１／４波長の長さと約１／８波長の高さを持つ金属枠体
３  金属壁
４、５  電流方向
６  金属筐体１０の開口面
７、８、９  
１０  金属枠体２と金属壁３からなる金属筐体
１１、１２  開口部
【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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