(57)【要約】【課題】船舶用レーダ等に用いられる導波管スロットアンテナ装置において、不要輻射の放射を抑制する。【解決手段】給電導波管１１内に形成された不連続部Ａ０〜Ａ８で生じた高次伝搬モードの電波を、不連続部Ａ０〜Ａ８の導波管長手方向Ｚ前後の広壁面Ｈ１に形成された各スロットＳ０〜Ｓ９より放出する。【選択図】図３
2006005598.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所望の電波が放射される少なくとも一つの放射スロットが管壁に形成されるスロット導波管と、
スロット導波管の一端に接続され、スロット導波管に電波を供給する給電導波管と、
を備える導波管スロットアンテナ装置において、
給電導波管内を伝搬する電波の高次伝搬モードを生じさせる不連続部であって、給電導波管内を伝搬する基本波の反射が打ち消されるよう、導波管長手方向に所定の間隔で設けられる不連続部と、
給電導波管の方形断面の長辺に対応する壁面である広壁面の少なくとも一面に、導波管長手中心軸上で導波管長手方向に切られ形成されるスロットであって、不連続部で生じた高調波の偶数次伝搬モードの電波を給電導波管外部へ放出するよう、不連続部の導波管長手方向前後に少なくとも一つずつ設けられる放出スロットと、
を備えることを特徴とする導波管スロットアンテナ装置。
【請求項２】
請求項１に記載の導波管スロットアンテナ装置において、
給電導波管内に設けられる不連続部の所定の間隔は、前記基本波の管内波長Ｌｇの（２ｎ−１）／４倍［ｎは正の整数］を満たすことを特徴とする導波管スロットアンテナ装置。
【請求項３】
請求項１に記載の導波管スロットアンテナ装置において、
給電導波管内に設けられる不連続部の所定の間隔は、（ｎ／２＋１／２ｍ）×Ｌｇ[ｎ，ｍは、正の整数]を満たすことを特徴とする導波管スロットアンテナ装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一つに記載の導波管スロットアンテナ装置において、
不連続部と放出スロットとの導波管長手方向での間隔は、不連続部で生じた基本波の高次伝搬モードの電波の減衰量に基づき定められることを特徴とする導波管スロットアンテナ装置。
【請求項５】
請求項４に記載の導波管スロットアンテナ装置において、
不連続部と放出スロットとの導波管長手方向での間隔は、０．５×Ｌｇ以上の間隔であることを特徴とする導波管スロットアンテナ装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一つに記載の導波管スロットアンテナ装置において、
給電導波管の外部広壁面の放出スロット上に設けられ、放出スロットから放出される電波を吸収する電波吸収体を備えることを特徴とする導波管スロットアンテナ装置。
【請求項７】
所望の電波を放射するアンテナ部と、
アンテナ部の駆動を制御するペデスタル部と、
を備える航海用レーダの空中線装置において、
アンテナ部は、請求項１乃至６いずれか一つに記載の導波管スロットアンテナ装置を含み構成されることを特徴とする空中線装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、給電導波管から給電された電波をスロット導波管の管壁に切られたスロットから放射する導波管スロットアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、船舶用レーダ等に用いられる導波管スロットアンテナ装置から放射する電波の出力源として、マグネトロンが広く用いられている。このマグネトロンは、自励発振形の出力管であるため、発振したパルスには基本波の他、２倍波や３倍波等の不要輻射が含まれる。しかし、不要輻射により電波干渉等が生じることがあるため抑制することが望ましい。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１３６００５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、船舶用レーダ等に用いられる導波管スロットアンテナ装置において、不要輻射の放射を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る導波管スロットアンテナ装置は、所望の電波が放射される少なくとも一つの放射スロットが管壁に形成されるスロット導波管と、スロット導波管の一端に接続され、スロット導波管に電波を供給する給電導波管と、を備える導波管スロットアンテナ装置において、給電導波管内を伝搬する電波の高次伝搬モードを生じさせる不連続部であって、給電導波管内を伝搬する基本波の反射が打ち消されるよう、導波管長手方向に所定の間隔で設けられる不連続部と、給電導波管の方形断面の長辺に対応する壁面である広壁面の少なくとも一面に、導波管長手中心軸上で導波管長手方向に切られ形成されるスロットであって、不連続部で生じた高調波の偶数次伝搬モードの電波を給電導波管外部へ放出するよう、不連続部の導波管長手方向前後に少なくとも一つずつ設けられる放出スロットと、を備えることを特徴とする。
【０００６】
本発明によれば、給電導波管内に形成された不連続部で生じた高次伝搬モードの電波を、不連続部の導波管長手方向前後の広壁面に形成された放出スロットより放出する。よって、スロット導波管からの高調波の放射を抑制できるため、不要輻射を抑制することができる。
【０００７】
本発明に係る導波管スロットアンテナ装置の一つの態様によれば、不連続部と放出スロットとの導波管長手方向での間隔は、不連続部で生じた基本波の高次伝搬モードの電波の減衰量に基づき定められることを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、不連続部と放出スロットとの導波管長手方向での間隔が、不連続部で生じた基本波の高次伝搬モードの電波の減衰量に基づき定められるため、不連続部で生じた基本波の高次伝搬モードの電波が放出スロットから放出しないように不連続部と放出スロットとの導波管長手方向での間隔を定めることができ、基本波の伝搬効率の低下を防止することができる。
【０００９】
本発明に係る導波管スロットアンテナ装置の一つの態様によれば、給電導波管の外部広壁面の放出スロット上に、放出スロットから放出された電波を吸収する電波吸収体を備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、放出スロットからの不要輻射は、電波吸収体により吸収されるため、不要輻射の拡散を防止することができる。
【００１１】
また、上述のように構成された導波管スロットアンテナ装置を用いて、航海用レーダの空中線装置を構成することで、例えばペデスタル内に高調波抑制用のフィルタを組み込むための大掛かりな設計変更を伴わずスプリアス規制の強化にも対応できる航海用レーダを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
現在、微弱電波を利用する電波天文分野や衛星を利用した通信・測定システムの普及により、電波干渉の問題が発生している。このため、電波利用効率の向上を図る目的で国際的に不要輻射の抑制対策としてスプリアス規制の強化が進んでいる。
【００１３】
そのような背景のもと、例えば、日本の電波法では、航海用レーダのスプリアス規制値は現在−６０ｄＢｃと規定されている。しかし、スプリアス規制への要求はなお強く、陸上設置用のレーダに適用される−７０ｄＢｃあるいはそれ以上の規制強化が航海用レーダに対しても行われる可能性がある。
【００１４】
ところで、航海用レーダを構成する空中線部１００は、図１に示すように、電波を放射するアンテナ部１０とアンテナ部１０の駆動を制御するペデスタル部２０とを含み構成され、ペデスタル部２０に組み込まれたロータリジョイント部２１によりアンテナ部は回転駆動する。アンテナ部１０は、図２に示すように、給電導波管１１とスロット導波管１２とフレア１３とを含み構成される。中型、大型の船舶用レーダは帯域特性を確保するため、スロット導波管として、非共振型導波管アレーを採用する。
【００１５】
さらに、ペデスタル部２０には電波の出力源としてマグネトロン２２が内蔵されている。そして、このマグネトロン２２から出力された電波は、ロータリジョイント部２１を介して給電導波管１１に伝搬され、その電波は給電導波管１１からスロット導波管１２に給電される。給電導波管１１からスロット導波管１２へ給電された電波は、スロット導波管１２の管壁に形成されたスロットを介してフレア１３より外部へ放射される。フレア１３は、垂直面ビームを絞るための金属材などの導体である。
【００１６】
このように構成された航海用レーダにおいて、上記スプリアス規制の強化に対する対処方法として、特許文献１に開示されているように、高調波を抑制するフィルタをペデスタル部２０に設ける方法がある。しかし、従来のペデスタル部２０を構成する装置内には、フィルタを新たに内蔵するだけのスペースがないことが多く、このようなフィルタを装置内に設けるためには、ペデスタル部２０を構成する装置をより大きな装置に改良するといった設計変更が余儀なくされる。
【００１７】
そこで、本発明の実施の形態（以下、実施形態とする）では、ペデスタル部２０内に高調波抑制用のフィルタを組み込むために大掛かりな設計変更を伴わずスプリアス規制の強化にも対応できる航海用レーダを提供するために、給電導波管１１内に下記に示すフィルタを形成することとした。
【００１８】
以下、本実施形態について図面を参照して、給電導波管１１内に形成するフィルタの構成を中心にさらに詳しく説明する。
【００１９】
さて、本実施形態において給電導波管１１内に形成されるフィルタは、マグネトロン２２が出力した電波のうち、基本波以外の不要輻射を抑制するためのフィルタである。一般に、マグネトロン２２は、基本波以外に２倍波や３倍波等の高調波を発振するが、通常考慮すべき高調波は、２倍波と３倍波であるため、本実施形態では、不要輻射として２倍波および３倍波を抑制する例について説明する。
【００２０】
まず、本実施形態における給電導波管１１のような方形導波管内を伝搬する電波は、電界や磁界のでき方によって数多くの伝搬モードを有し、その伝搬モードは電波の周波数によって異なる。例えば、基本波の場合、いわゆるＴＥ１０モードと呼ばれる伝搬モードを有する。また、２倍波の場合は、ＴＥ１０モードの他に、ＴＥ２０モードも伝搬モードとして有する。さらに、３倍波の場合は、ＴＥ１０モード、ＴＥ２０モード、ＴＥ３０モードの伝搬モードを有する。そして、２倍波や３倍波の各伝搬モードの比率は、管内の経路の曲がりや壁面の凸凹などによりモード変換が生じるため大きく変動する。
【００２１】
図３は本実施形態における給電導波管１１の構成を示す斜視図である。給電導波管１１の方形断面の長辺に対応する壁面である広壁面Ｈ１上には、導波管長手方向Ｚ１の中心軸Ｔ１上に、導波管長手方向Ｚと並行してスロットＳ０〜Ｓ９が形成されている。
【００２２】
このように構成された給電導波管１１内をＴＥ１０モードやＴＥ３０モードの電波が伝搬する場合、ＴＥ１０モードやＴＥ３０の電波は電界分布が中心軸Ｔ１に対して対称となり、スロットＳ０〜Ｓ９を横切る成分を持たないため、スロットＳ０〜Ｓ９にて結合せず、スロットＳ０〜Ｓ９からは放射されない。一方、ＴＥ２０モードの電波はスロットＳ０〜Ｓ９で最大結合となるため、ＴＥ２０モードの電波はスロットＳ０〜Ｓ９から給電導波管１１外へ放出される。
【００２３】
これを踏まえると、基本波の電波の伝搬モードは、上述のとおりＴＥ１０モード唯一のため、スロットＳ０〜Ｓ９からは原理的に放出されない。一方、２倍波の電波は、伝搬モードとしてＴＥ１０モードとＴＥ２０モードとを有するため、ＴＥ２０モードの場合のみ、２倍波の電波はスロットＳ０〜Ｓ９を介して給電導波管１１外へ放出されることとなる。つまり、伝搬モードがＴＥ１０モードの場合、２倍波の電波も給電導波管１１外へ放出されず、スロット導波管１２に給電されてしまう。同様に３倍波の場合は、伝搬モードがＴＥ１０モードもしくはＴＥ３０モードの場合、３倍波の電波は給電導波管１１外へ放出されず、伝搬モードがＴＥ２０モードの場合のみ給電導波管１１外へ放出される。すると、上述のように各伝搬モードの比率は、管内の経路の曲がりや壁面の凸凹などにより変動するため、壁面の形状等によっては、広壁面上にスロットを形成するだけでは、不要輻射である２倍波や３倍波の抑制が十分に行えない場合がある。
【００２４】
そこで、本実施形態では、図３に示すように、スロットＳ０〜Ｓ９のほかにＴＥ１０モードやＴＥ３０モードを強制的にＴＥ２０モードに変換する不連続部Ａ０〜Ａ８を設ける。
【００２５】
不連続部Ａ０〜Ａ８の導波管断面は、図４に示すように、方形断面の長辺に対する中心軸Ｔ２に対して非対称な形状とする。このように非対称な形状とすることで、ＴＥ２０モードの電波の電界分布は、方形断面中点Ｏ１に対して点対称であるため、効率よくＴＥ２０モードの電波を発生させることができる。
【００２６】
図５は、「不連続部の長辺幅Ｌ／導波管の長辺幅ａ」に対する２倍波のＴＥ１０モードからＴＥ２０モードへの電力の変換比率をグラフ化した図である。図５に示すグラフより、Ｌ／ａ≧０．３５となるとＴＥ１０モードの電波の約半分がＴＥ２０モードの電波に変換されることがわかる。同様に、ＴＥ３０モードの電波も、Ｌ／ａに対する電力変換比率を考慮して不連続部の長辺幅Ｌを定めることで、効率的にＴＥ２０モードの電波を発生させることができる。
【００２７】
さらに、不連続部Ａ０〜Ａ８で発生したＴＥ２０モードの電波の半分は不連続部で反射し、導波管伝搬方向とは逆方向に伝搬される。残りの半分は、そのまま導波管伝搬方向に伝搬される。したがって、不連続部の前後にスロットを形成することで、ＴＥ２０モードの電波の反射波も伝送波もともにスロットから放出させることができる。
【００２８】
ただ、給電導波管１１内に不連続部を形成すると、この不連続部により基本波の伝搬モードもＴＥ２０モード等の高次モードに変換されてしまう。したがって、不連続部とスロットとの、導波管伝搬方向（導波管長手方向）に対する間隔によっては、基本波の電波もスロットから放出されてしまい伝搬効率が低下してしまう。
【００２９】
この伝搬効率の低下を防ぐためには、不連続部で発生した基本波の高次モードが十分に減衰する間隔を空けて、スロットを形成する必要がある。
【００３０】
図６は、不連続部からスロットまでの導波管長手方向の距離ｘ、基本波管内波長Ｌｇとした場合に、ｘ×Ｌｇに対するＴＥ２０モードの電波およびＴＥ３０モードの電波の振幅比率を示したグラフである。このグラフより、不連続部とスロットとの導波管長手方向の間隔を０．５Ｌｇ程度にすることで、不連続部で発生した基本波の高次モードの電波は十分に減衰するため、スロットＳ０〜Ｓ９から基本波の電波が放出することを防ぐことができ、伝搬効率の低下を防ぐことができる。
【００３１】
さらに、基本波も不連続部で反射するため、導波管内に不連続部を形成することで基本波の伝搬効率が低下してしまう。そこで、基本波の不連続部での反射を打ち消すように、すなわち、各不連続部への反射波がそれぞれ逆位相となるように、不連続部と不連続部との間隔を調整し、基本波の伝搬効率の低下を防ぐ。具体的には、各不連続部の導波管長手方向の間隔を、（２ｎ−１）／４Ｌｇ[ｎは正の整数]の間隔とすることで、基本波の不連続部での反射を打ち消すことができる。他にも、（ｎ／２＋１／２ｍ）×Ｌｇ［ｎ，ｍは正の整数］の間隔にすることでも、反射を打ち消すことができる。
【００３２】
図７は、スロットにおけるＴＥ２０モードの２倍波の減衰特性を示すグラフである。図７において、横軸はスロット長ｓの基本波の自由空間波長λ0に対する比率、ｓ／λ0を示す。縦軸は、スロット長ｓの場合のＴＥ２０モードの２倍波の減衰量Ｓ２１を示す。図７より、スロット長ｓを基本波の自由空間波長λ0の２分の１、言い換えれば、２倍波の自由空間波長λ2の半波長、λ2／２の２倍とほぼ等しい長さとすることで、ＴＥ２０モードの電波が約−５ｄＢ程度、電力比で表すと約３０％減衰することがわかる。また、基本波の自由空間波長λ0の２分の１の長さは、３倍波の自由空間波長λ3の半波長、λ3／２の３倍の長さと等しく、スロット長ｓをこの長さにすることで、ＴＥ２０モードの３倍波も減衰させることができる。
【００３３】
以上のように、給電導波管１１内にスロットおよび不連続部を形成することで、例えば、給電導波管１１に伝搬されたＴＥ１０モードの２倍波は、不連続部で最大約５０％、ＴＥ２０モードに変換され、モード変換されたＴＥ２０モードの２倍波は、不連続部の導波管長手方向前後の広壁面上に形成されたスロットにより約３０％に減衰する。すなわち、ＴＥ１０モードの２倍波は、不連続部１段あたり、約６５％（−１．８ｄＢ）に減衰させることができる。したがって、不連続部を図３に示すように１０段の構成とすると、例えばＴＥ１０モードの２倍波を最大１８ｄＢ減衰させることができる。
【００３４】
なお、本実施形態では、図３に示すように各スロットの放射出口を電波吸収体１４で覆うことで、各スロットから放出された不要輻射の電波を吸収し、外部への拡散を防止している。
【００３５】
また、上記実施形態では、給電導波管１１内に形成される不連続部を板状に形成した。しかし、図８に示すように、板状ではなく棒状に不連続部Ｓ’０〜Ｓ’９を形成してもよい。このような形状にすることで、棒状の不連続部は、ボルト等で容易に形成することができるため、生産コストを削減することができる。
【００３６】
さらに、上記実施形態では、スロットと不連続部を導波管長手方向に交互に配列する例を示した。しかし、図９に示すように、一つの不連続部に対して導波管長手方向前後にそれぞれ独立して少なくとも１つずつスロットを形成してもよい。
【００３７】
また、ＴＥ２０モードの２倍波の減衰量が大きいスロット長のスロットと、ＴＥ３０モードの３倍波の減衰量が大きいスロットとをそれぞれ別々に給電導波管１１の広壁面に形成してもよい。
【００３８】
加えて、上記実施形態では、スロットを給電導波管１１の一つの広壁面Ｈ１に形成する例を示したが、２つの広壁面Ｈ１，Ｈ２にそれぞれスロットを形成してもよい。
【００３９】
以上、本実施形態によれば、船舶レーダ用のアンテナの給電導波管に高調波抑制フィルタとして、スロットと不連続部とを形成し、不連続部で２倍波や３倍波等の高調波の伝搬モードのうち、ＴＥ１０モードやＴＥ３０モードをＴＥ２０モードに強制的に変換して、２倍波や３倍波等の高調波の電波を効率的にスロットより放出させる。これにより、ペデスタル内に高調波抑制用のフィルタを組み込むために大掛かりな設計変更を伴わずスプリアス規制の強化にも対応できる航海用レーダを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本実施形態における航海用レーダの空中線の機能ブロックを示す図である。
【図２】本実施形態におけるアンテナ部の斜視図を示す図である。
【図３】本実施形態における給電導波管の斜視図である。
【図４】本実施形態における給電導波管の不連続部を含めた断面図である。
【図５】不連続部長辺幅Ｌ／導波管長辺幅ａに対する２倍波のＴＥ１０モードからＴＥ２０モードへの電力変換比率を示すグラフの図である。
【図６】不連続部により生じた基本波の高次伝搬モードの減衰特性を示す図である。
【図７】スロットにおけるＴＥ２０モードの２倍波の減衰特性を示す図である。
【図８】本実施形態における給電導波管の別の態様の斜視図である。
【図９】本実施形態における給電導波管のさらに別の態様の斜視図である。
【符号の説明】
【００４１】
１０  アンテナ部、１１  給電導波管、１２  スロット導波管、１３  フレア、１４  電波吸収体、２０  ペデスタル部、２１  ロータリジョイント部、２２  マグネトロン、１００  空中線部。
【図１】
2006005598.tif 000003
【図２】
2006005598.tif 000004
【図３】
2006005598.tif 000005
【図４】
2006005598.tif 000006
【図５】
2006005598.tif 000007
【図６】
2006005598.tif 000008
【図７】
2006005598.tif 000009
【図８】
2006005598.tif 000010
【図９】
2006005598.tif 000011