(57)【要約】【課題】狭帯域のマイクロ波であってもビームの指向方向を走査できるとともに、アンテナ全体が大型にならずにアンテナ効率が低下しないアレーアンテナを提供する。【解決手段】アレーアンテナは、管壁にスロットが複数配列された導波管を備えるアレーアンテナにおいて、上記スロットが配列された管壁に対向する管壁に近接し、上記スロットが配列された管壁との間の隙間が狭まったり拡がったりするように上記スロットが配列された管壁の法線方向に移動可能な可動構造物を管軸方向に複数配置した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
管壁にスロットが複数配列された導波管を備えるアレーアンテナにおいて、
上記スロットが配列された管壁に対向する管壁に近接し、上記スロットが配列された管壁との間の隙間が狭まったり拡がったりするように上記スロットが配列された管壁の法線方向に移動可能な可動構造物を管軸方向に複数配置したことを特徴とするアレーアンテナ。
【請求項２】
管壁にスロットが複数配列された導波管を備えるアレーアンテナにおいて、
上記スロットが配列された管壁に隣接した管壁の一方に近接し、隣接した管壁の他方との間の隙間が狭まったり拡がったりするように上記隣接する管壁の法線方向に移動可能な可動構造物を管軸方向に複数配置したことを特徴とするアレーアンテナ。
【請求項３】
管壁にスロットが複数配列された導波管を備えるアレーアンテナにおいて、
上記導波管の終端部に上記導波管の管軸方向に移動可能な可動構造物を配置したことを特徴とするアレーアンテナ。
【請求項４】
スロットが複数配列された第１の平板と該第１の平板と平行に配置された第２の平板とを備えるアレーアンテナにおいて、
上記第２の平板に近接し、上記第１の平板との間の隙間が狭まったり拡がったりするように上記第１の平板の法線方向に移動可能な可動構造物を上記第２の平板上に複数配列したことを特徴とするアレーアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導波管の管壁に複数のスロットを配列した導波管スロットアレーアンテナにおいて、ビーム指向方向を制御するアレーアンテナに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
複数の素子アンテナを配列して所望の方向にビームを形成するアレーアンテナは、レーダ装置、電波監視装置や通信装置の空中線として用いられるが、各素子アンテナに効率よく電力を供給するため、マイクロ波伝送路の一つである導波管の管壁に複数の切欠きを設けてスロットとし、スロットを通じて電波を放射する導波管スロットアレーアンテナがある。
そして、主線路である導波管からの電力結合部であるスロットがそのまま素子アンテナを形成するので簡単な構造で電波放射が可能である。導波管スロットアレーアンテナは、導波管を伝搬するマイクロ波を、スロットを介して電波放射するため、スロットを励振する導波管内の各部の位相関係でビーム指向方向が決まる。そこで、スロットの間隔を導波管内の管内波長の１／２に設定し、同相励振してスロットの配列方向に直交方向にビーム形成を行う（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
また、導波管スロットアレーアンテナのスロットの励振条件が、管内波長に依存することを利用して、周波数変化に応じてビーム指向方向を変化させるＦｒｅｑｕｅｎｃｙ−Ｓｃａｎ  Ａｎｔｅｎｎａ（周波数走査アンテナ）が提案されている（例えば、非特許文献２参照）。
【０００４】
また、ビームを走査する他の方法として、導波管スロットアレーアンテナのスロット配列が固定であるため、アンテナに駆動部を設け、アンテナ自体を動かして所望の方向にビームを指向させることも提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。
【０００５】
また、周波数帯域幅の広い信号が導波管スロットアレーアンテナに入力された場合、上限と下限の周波数でのビーム指向方向が異なってしまう問題に対して、アンテナ開口に平行に配置され、外側の平面と内側の平面が傾斜角をなした誘電体カバーを設けることで、通過した主ビームが屈折して帯域内で正面方向を向くアンテナがある（例えば、特許文献３参照）。
【０００６】
【非特許文献１】社団法人電子情報通信学会編、「アンテナ工学ハンドブック」、オーム社、１９８０年、１０月、ｐ．２２３
【非特許文献２】Ｒｉｃｈａｒｄ  Ｃ．  Ｊｏｈｎｓｏｎ編、「Ａｎｔｅｎｎａ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ」  Ｔｈｉｒｄ  Ｅｄｉｔｉｏｎ、Ｍｃｇｒａｗ−Ｈｉｌｌ，Ｉｎｃ．、１９９２年、１２月
【特許文献１】特開平７−１１１４１６号公報
【特許文献２】特開２００３−６６１３４号公報
【特許文献３】特開２００４−１５４０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、導波管スロットアレーアンテナにおいて、ビーム指向を制御するために周波数変化を利用すると、狭帯域で運用するレーダではビーム指向させることは困難である。
また、アンテナの外側に機械駆動部を設けて回転させてビーム指向を制御する方法では、アンテナ全体が大型になるという問題がある。
また、導波管スロットアレーアンテナの開口部に設けた誘電体カバーの屈折率を利用してビーム制御をする場合は、帯域が広くなるのに対応するため、誘電体カバーの内側と外側の面の傾斜角が大きくなり、カバーの透過損失が増加し、アンテナ効率が低下するという問題がある。
【０００８】
この発明の目的は、狭帯域のマイクロ波であってもビームの指向方向を走査できるとともに、アンテナ全体が大型にならずにアンテナ効率が低下しないアレーアンテナを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係るアレーアンテナは、管壁にスロットが複数配列された導波管を備えるアレーアンテナにおいて、上記スロットが配列された管壁に対向する管壁に近接し、上記スロットが配列された管壁との間の隙間が狭まったり拡がったりするように上記スロットが配列された管壁の法線方向に移動可能な可動構造物を管軸方向に複数配置した。
【発明の効果】
【００１０】
この発明に係るアレーアンテナの効果は、導波管内の断面の短辺を短くすることにより容量性が強くなり、進み位相でスロットが励振されビームが入力側に対して反対側にチルトされ、逆に短辺を長くすることにより容量性が弱くなり、遅れ位相でスロットが励振されビームが入力側にチルトされるよう導波管内に配置された可動構造物を移動するだけなので、入力するマイクロ波を広帯域にしなくてもすむし、アンテナ全体が大型にならないし、アンテナ効率も低下しないことである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１によるアレーアンテナの斜視図である。図２は、この発明の実施の形態１によるアレーアンテナの管軸方向に垂直な断面図である。
この発明の実施の形態１によるアレーアンテナ１は、導波管スロットアレーアンテナであり、長辺がａｍ、短辺がｂｍからなる長方形の断面を有する筒状の導波管２を備える。そして、断面の長辺側の一方の管壁３に複数のスロット４が設けられている。
また、導波管２の管壁３に対向する管壁５に近接し、管軸に垂直な平面内の短辺方向（以下、「短辺方向」と称す）に移動可能な可動構造物６が管軸方向に複数備えられている。この可動構造物６は、導波管２の外部に備えた制御回路７から制御され、管壁３と可動構造物６の間の隙間ｄｍは可変される。マイクロ波は導波管２の入力側８から入力される。
【００１２】
一般に導波管２の断面の短辺方向を短くする可動構造物６を配置すると、式（１）で表される等価サセプタンスから分かるように、容量性を示す。なお、λｇは管内波長である。また、式（１）は中島将光、「マイクロ波工学」、森北出版、１９７５年、４月（以下、「参考文献１」と称す）に記載されている。
そして、断面の短辺が短くなるほど、すなわち隙間ｄｍが狭くなるほど、容量性が大きくなる。
【００１３】
【数１】
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【００１４】
図３は、この発明の実施の形態１によるアレーアンテナの等価回路と導波管の管軸方向の断面図である。
図３（ｂ）に示すように、導波管２の断面の短辺を短くする可動構造物６を管軸方向に複数配置しているので、導波管２の等価回路は図３（ａ）に示す回路となる。管軸方向に垂直な方向にビーム形成するように可動構造物６が配置されているアレーアンテナ１において、制御回路７により可動構造物６を移動して、隙間ｄｍが狭くなるようにすると、等価回路において可動構造物６に相当する部位の容量が大きくなり、導波管２内を伝搬するマイクロ波の位相は進む。その結果、図４に示すように、各スロット４は進み位相で励振され、可動構造物６の移動前に破線で示す方向に向いていたビームが実線で示す方向、すなわち入力側８に対して反対側にビームがチルトする。
【００１５】
また、管軸方向に垂直な方向にビーム形成するように可動構造物６が配置されているアレーアンテナ１において、図５に示すように、制御回路７により可動構造物６を移動して、隙間ｄｍが広くなるようにすると、等価回路において可動構造物６に相当する部位の容量が小さくなり、各スロット４は遅れ位相で励振され、可動構造物６の移動前に破線で示す方向に向いていたビームが実線で示す方向、すなわち入力側８にビームがチルトする。
【００１６】
この発明の実施の形態１によるアレーアンテナ１は、導波管２内の断面の短辺を短くすることにより容量性が強くなり、進み位相でスロット４が励振されビームが入力側８に対して反対側にチルトされ、逆に短辺を長くすることにより容量性が弱くなり、遅れ位相でスロット４が励振されビームが入力側８にチルトされるよう導波管２内に配置された可動構造物６を移動するだけなので、入力するマイクロ波を広帯域にしなくてもすむし、アンテナ全体が大型にならないし、アンテナ効率も低下しない。
【００１７】
実施の形態２．
図６は、この発明の実施の形態２によるアレーアンテナの斜視図である。図７は、この発明の実施の形態２によるアレーアンテナの管軸方向に垂直の断面図である。
この発明の実施の形態２によるアレーアンテナ１１は、導波管スロットアレーアンテナであり、長辺がａｍ、短辺がｂｍの長方形の断面を有する筒状の導波管１２を備える。そして、断面の長辺側の一方の管壁１３に複数のスロット１４が設けられている。
また、導波管１２の断面の短辺側の一方の管壁１５に近接し、管軸方向に対して垂直な平面上を長辺方向（以下、長辺方向と称す）に移動可能な可動構造物１６が管軸方向に複数備えられている。この可動構造物１６は、導波管１２の外部に備えた制御回路１８から制御され、断面の短辺側の他方の管壁１７と可動構造物１６の間の隙間ｆｍは可変される。マイクロ波は導波管１２の入力側１９から入力される。
【００１８】
一般に導波管１２の断面の長辺方向を短くする可動構造物１６を配置すると、式（２）で表される等価サセプタンスから分かるように、誘導性を示す。なお、式（２）は参考文献１に記載されている。
そして、断面の長辺が短くなるほど、すなわち隙間ｆｍが狭くなるほど、誘導性が大きくなる。
【００１９】
【数２】
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【００２０】
図８は、この発明の実施の形態２によるアレーアンテナの等価回路と導波管の管軸方向の断面図である。
図８（ｂ）に示すように、導波管１２の断面の長辺を短くする可動構造物１６を管軸方向に複数配置しているので、導波管１２の等価回路は図８（ａ）に示す回路となる。管軸方向に垂直な方向にビーム形成するように可動構造物１６が配置されているアレーアンテナ１１において、制御回路１８により可動構造物１６を移動して、隙間ｆｍが狭くなるようにすると、等価回路において可動構造物１６に相当する部位のリアクタンスが大きくなり、導波管１２内を伝搬するマイクロ波の位相は遅れる。その結果、図９に示すように、各スロット１４は遅れ位相で励振され、可動構造物１６の移動前に破線で示す方向に向いていたビームが実線で示す方向、すなわち入力側１９にビームがチルトする。
【００２１】
また、管軸方向に垂直な方向にビーム形成するように可動構造物１６が配置されているアレーアンテナ１１において、図１０に示すように、制御回路１８により可動構造物１６を移動して隙間ｆｍが広くなるようにすると、等価回路において可動構造物１６に相当する部位のリアクタンスが小さくなり、導波管１２内を伝搬するマイクロ波の位相は進む。その結果、各スロット１４は進み位相で励振され、可動構造物１６の移動前に破線で示す方向に向いていたビームが実線で示す方向、すなわち入力側１９と反対側にビームがチルトする。
【００２２】
この発明の実施の形態２によるアレーアンテナ１１は、導波管１２内の断面の長辺を短くすることにより誘導性が強くなり、遅れ位相でスロット１４が励振されビームが入力側１９にチルトされ、逆に長辺を長くすることにより誘導性が弱くなり、進み位相でスロット１４が励振されビームが入力側１９に対して反対側にチルトされるよう導波管１２内に配置された可動構造物１６を移動するだけなので、入力するマイクロ波を広帯域にしなくてもすむし、アンテナ全体が大型にならないし、アンテナ効率も低下しない。
【００２３】
実施の形態３．
図１１は、この発明の実施の形態３によるアレーアンテナの斜視図である。図１２は、この発明の実施の形態３による導波管の管軸方向の断面図である。
この発明の実施の形態３によるアレーアンテナ３１は、導波管スロットアレーアンテナであり、長辺がａｍ、短辺がｂｍの長方形の断面を有する筒状の導波管３２を備える。そして、断面の長辺側の一方の管壁３３に複数のスロット３４が設けられている。
また、導波管３２の終端部３５に、管軸方向に移動可能な可動構造物３６が備えられている。この可動構造物３６は、導波管３２の外部に備えた制御回路３７から制御され、マイクロ波が終端される位置が可変される。
【００２４】
管軸方向に垂直な方向にビーム形成するように可動構造物３６が配置されているアレーアンテナ３１では、導波管３２内に形成される定在波の腹の部分がスロット３４の位置にほぼ一致し、入力側３８から入力された電力が効率良くスロット３４に供給されるように、マイクロ波が終端される位置が設定されている。このとき、定在波の腹の部分は、管軸方向に対して前進波４１と後進波４２が同相になっている。詳しくは参考文献１に記載されている。
【００２５】
そこで、管軸方向に垂直な方向にビーム形成するように可動構造物３６が配置されているアレーアンテナ３１において、図１３に示すように、制御回路３７により可動構造物３６を管軸方向に対して、前または後に移動すると、前進波４１の反射点となっていた終端の位置が移動するので、これまで生じていた定在波の腹の部分がスロット３４の位置から移動する。そのため、スロット３４での前進波４１と後進波４２の位相が、一方は進み、一方が遅れるので、それぞれの波によって形成されるビームは入力側３８の方向にチルトするビームと入力側３８と反対方向にチルトするビームとなり双方向ビーム４３を形成する。
【００２６】
実施の形態４．
図１４は、この発明の実施の形態４によるアレーアンテナの斜視図である。図１５は、この発明の実施の形態４による平行平板形導波管内部のマイクロ波の等位相面の伝搬を説明するための上面図である。
この発明の実施の形態４によるアレーアンテナ５１は、平行に配置された２枚の平板５３、５４を有する平行平板形導波管５２を備える平行平板形導波管スロットアレーアンテナである。そして、一方の平板５３に複数のスロット５５が配列されている。
また、アレーアンテナ５１は、他方の平板５４に近接し、平板５４の法線方向に移動可能な可動構造物５６と平行平板形導波管５２の外部に可動構造物５６を制御する制御回路５７を備える。可動構造物５６が移動されることにより、平板５３と可動構造物５６との間の隙間が狭まったり拡がったりする。
【００２７】
入力側５８から入力されたマイクロ波は反対側で無反射終端されているため、入力側５８から一方向に進行する。ここでマイクロ波の進行方向を管軸６１と呼ぶ。入力されたマイクロ波の電力は管軸６１方向で順番にスロット５５に供給され空間に放射される。平行平板形導波管５２内を伝搬するマイクロ波の等位相面６２に従ってスロット５５に電力が管軸６１方向に直交する方向に同相で供給され、管軸６１に対称、すなわち管軸６１を含む面内でビームを形成する。
【００２８】
図１６は、この発明の実施の形態４による平行平板形導波管の管軸に直交する面での断面図を示す。
図１６に示すように、制御回路５７により平板５３と可動構造物５６の隙間が管軸６１に直交する面内で傾斜がつくように変化させると隙間が広い方に対して狭い方に入力されたマイクロ波は位相が進む。このときの等位相面６２を図１７に示す。
図１７に示すように、平行平板形導波管５２内の等位相面６２が管軸６１に対して垂直であったものが傾き、進行するマイクロ波により電力が供給されるスロット５５には断面方向で位相傾斜がつく。結果として、管軸方向に対して直交する方向にチルトするビームが形成出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】この発明の実施の形態１による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による導波管の管軸に垂直な平面による断面図である。
【図３】この発明の実施の形態１による導波管の等価回路と導波管の管軸を含む平面による断面図である。
【図４】この発明の実施の形態１によるアレーアンテナから放射されるビームの一例を説明するための図である。
【図５】この発明の実施の形態１によるアレーアンテナから放射されるビームの他の一例を説明するための図である。
【図６】この発明の実施の形態２によるアレーアンテナの斜視図である。
【図７】この発明の実施の形態２による導波管の管軸に垂直な平面による断面図である。
【図８】この発明の実施の形態２による導波管の等価回路と導波管の管軸を含む平面による断面図である。
【図９】この発明の実施の形態２によるアレーアンテナから放射されるビームの一例を説明するための図である。
【図１０】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から放射されるビームの他の一例を説明するための図である。
【図１１】この発明の実施の形態３による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３による導波管の管軸を含む平面による断面図である。
【図１３】この発明の実施の形態３によるアレーアンテナから放射されるビームの一例を説明するための図である。
【図１４】この発明の実施の形態４によるアレーアンテナの斜視図である。
【図１５】この発明の実施の形態４によるアレーアンテナ内部のマイクロ波の等位相面の伝搬を説明するための上面図である。
【図１６】この発明の実施の形態４によるアレーアンテナの断面構成を説明するための図である。
【図１７】この発明の実施の形態４による平行平板形導波管スロットアレーアンテナ内部のマイクロ波の等位相面が傾斜して伝搬するようすを説明するための上面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１、１１、３１、５１  アレーアンテナ、２、１２、３２  導波管、３、５、１３、１５、１７、３３  管壁、４、１４、３４、５５  スロット、６、１６、３６、５６  可動構造物、７、１８、３７、５７  制御回路、８、１９、３８、５８  入力側、３５  終端部、４１  前進波、４２  後進波、４３  双方向ビーム、５２  平行平板形導波管、５３、５４  平板、６１  管軸、６２  等位相面。
【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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