(57)【要約】【課題】広角ビームが得られる給電構造が簡易なスロット給電半月形アンテナを提供する。【解決手段】半月形状の上部平行板２と下部平行板３とを所定の間隔例えばλ／４の間隔を保って対向配置すると共に、その基部を短絡壁４により短絡して上部平行板２と下部平行板３との間にラジアル導波路１０を構成する。上部平行板２及び下部平行板３は、半円部１１と、この半円部１１の弦部（ｘ軸）１２を距離ｄＳＬＴだけ平行に延長する平行部１３からなっている。上記短絡壁４の中央部に給電用スロットを設け、その外側中央部に近接して給電線路を設ける。給電線路は、短絡壁４を接地面とし、給電用スロットを介してラジアル導波路１０へ給電する。また、給電線路を覆うようにシールド７を設け、給電線路から外部への不要な放射を防止する。【選択図】    図１
2005086343.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半月形状の上部平行板及び下部平行板を所定の間隔を保って対向配置して構成する半月形ラジアル導波路と、前記上部平行板及び下部平行板の直線端部を短絡する短絡壁と、前記半月形ラジアル導波路に給電する前記短絡壁に設けられるスロットと、前記スロットを介して前記半月形ラジアル導波路に給電する給電手段とを具備したことを特徴とするスロット給電半月形アンテナ。
【請求項２】
前記半月形ラジアル導波路を構成する上部平行板及び下部平行板は、半円形状に形成された半円部と、前記半円部の弦部と短絡壁との間に設けられる平行部とにより構成したことを特徴とする請求項１に記載のスロット給電半月形アンテナ。
【請求項３】
上記請求項１又は２に記載のスロット給電半月形アンテナを複数配置してアレイアンテナとしたことを特徴とするアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、数ＧＨｚ〜数十ＧＨｚ帯で使用される広角ビームを有するスロット給電半月形アンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、数ＧＨｚ〜数十ＧＨｚ帯の電波をビーム状に放射するアンテナとしてホーンアンテナが一般に知られている。また、このホーンアンテナより更に広角ビーム特性を有するものとして半円ラジアルアンテナがある（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２０００−３３２５３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ホーンアンテナは、一般に電波の放射角度が半値幅７０°〜８０°であるが、２つのホーンアンテナを組み合わせることにより、半値幅を更に広げることが可能である。しかし、この場合には送信電力を分配して２つのホーンアンテナに供給するための分配器が必要になると共に、２つのホーンアンテナを所定の位置に支持するめための支持金具等が必要となり、非常に高価になるという問題がある。
【０００４】
また、半円ラジアルアンテナは、半円形状の上側金属板と下側金属板とを所定の間隔を保って対向配置すると共に、その基部（直線端部）を短絡壁により短絡して上側金属板と下側金属板との間に半円ラジアル導波路を構成したもので、短絡壁から約１／４波長の位置の下側金属板に給電ピン等を設けて給電することにより、半値幅１２０°程度の広角ビーム特性とすることができる。
【０００５】
しかし、給電ピンによって給電するようにした場合、アレイ化する場合において、半円ラジアルアンテナの配置間隔によっては分配回路部と各半円ラジアル導波路を結ぶ給電線路構造が複雑となるため、アレイを構成することが困難であった。
【０００６】
本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、給電部を含めた構造が簡易であり、アレイ化する場合においても構成が容易で半値幅１２０°以上の放射角度が得られるスロット給電半月形アンテナ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】
【０００７】
第１の発明に係るスロット給電半月形アンテナは、半月形状の上部平行板及び下部平行板を所定の間隔を保って対向配置して構成するラジアル導波路と、前記上部平行板及び下部平行板の直線端部を短絡する短絡壁と、前記ラジアル導波路に給電する前記短絡壁に設けられるスロットと、前記スロットを介して前記半月形ラジアル導波路に給電する給電手段とを具備したことを特徴とする。
【０００８】
第２の発明は、上記第１の発明に係るスロット給電半月形アンテナを複数配置してアレイアンテナとしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、上部平行板及び下部平行板の直線端部を短絡する短絡壁にスロットを設け、このスロット部分を介してラジアル導波路に給電することにより、給電部を含めた構造が簡易であり、アレイ化する場合においても構成が容易で半値幅１２０°ないし１５０°程度の放射角度を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。  
［第１実施形態］
図１は本発明の第１実施形態に係るスロット給電半月形アンテナ１の斜視図、図２は同給電部の構造を示す斜視図、図３は同半月形アンテナ１の平面図である。
【００１１】
図１に示すように半月形状の上部平行板２と下部平行板３とを所定の間隔例えばλ／４（λ：波長）程度の間隔Ｓを保って対向配置すると共に、その基部（直線端部）を短絡壁４により短絡し、上部平行板２と下部平行板３との間に半月形のラジアル導波路１０を構成している。すなわち、このラジアル導波路１０は、基部が短絡壁４により短絡され、円周部が開口した状態に形成される。
【００１２】
上記ラジアル導波路１０を構成する上部平行板２及び下部平行板３は、図１、図３に示すように半径ＲＰＬの半円部１１と、この半円部１１の弦部（ｘ軸）１２を所定距離ｄＳＬＴだけ平行に延長する平行部１３からなっている。この平行部１３は、半円部１１の弦部（ｘ軸）１２から距離ｄＳＬＴの位置において上記したように短絡壁４により短絡される。上記上部平行板２及び下部平行板３の半径ＲＰＬ値は、例えば約２λに設定される。また、平行部１３の幅（距離ｄＳＬＴ）は、目的とする半値幅に合わせて例えば［０〜０．５λ］の範囲で設定される。
【００１３】
上記短絡壁４の中央部には、図２に示すように給電用スロット５が設けられる。この給電用スロット５は、長さＬＳＬＴが約０．２５λ、幅ＷＳＬＴが約０．０３λに設定される。上記給電用スロット５の外側中央部に近接して給電線路６が設けられ、給電用スロット５は給電線路６によって電磁結合される。上記給電線路６は、短絡壁４側を接地面とし、給電用スロット５を介してラジアル導波路１０へ給電する。この場合、給電線路６からの不要な放射を無くすため線路を覆うシールド７を設けても良い。例えば図１に示したように短絡壁４を含んで箱状に形成する。上記シールド７の幅２Ｂは、例えば０．１６７λ程度に設定される。
【００１４】
なお、上記図３においては、給電線路６の軸方向を紙面垂直方向としているが、各線路短絡終端時の短絡面を短絡壁４に合わせて使用することも可能である。
【００１５】
上記給電線路６としては、ストリップ線路、マイクロストリップ線路、同軸線路あるいは導波管等、各種線路の使用が可能である。  
図４は、同軸コネクタ１５及びストリップ線路により給電部を構成した場合について示したものである。図４に示すようにシールド７の下側に同軸コネクタ１５を装着し、シールド７の内部に給電基板１６を設ける。この給電基板１６には、ストリップ線路により給電線路が形成されている。上記同軸コネクタ１５の中心導体１５ａを上記給電基板１６に形成されているストリップ線路に当接させ、半田付け等により電気的に接続する。そして、上記給電基板１６に形成されている給電線路を図３に示したように短絡壁４に設けられている給電用スロット５部分に位置させる。
【００１６】
上記の構成とすることにより、同軸コネクタ１５から給電基板１６に形成されている給電線路及び短絡壁４に設けられている給電用スロット５を介してラジアル導波路１０へ給電することができる。
【００１７】
図５は、導波管１８を用いて給電する場合の構成例を示したものである。図５に示すように、短絡壁４に形成されている給電用スロット５部分に導波管１８の先端をフランジ１９により取付ける。また、導波管１８の基部は、フランジ２０により給電回路（図示せず）に接続する。
【００１８】
上記のように導波管１８を使用することにより、簡単な構成でラジアル導波路１０へ給電することができる。上記導波管１８を使用する場合は、上記シールド７は不要である。また、図５では、線路管軸方向と半月形アンテナ１の放射方向が一致するため、アンテナの方向調整を容易に行なうことができる。
【００１９】
図６は、多層基板２１を用いて給電する場合の構成例を示したものである。図６において、２２は上部接地板、２３は下部接地板で、上記上部接地板２２と下部接地板２３との間にそれぞれ絶縁材２４、２５を介して中心導体板２６が設けられる。上記のように構成された多層基板２１の先端部を短絡壁４の給電用スロット５部分に装着し、中心導体板２６の先端部を給電用スロット５の開口端部、例えば開口端の上側において短絡壁４に接続する。また、上部接地板２２及び下部接地板２３の先端部も、短絡壁４に接続する。
【００２０】
図７は、上記のように構成したスロット給電半月形アンテナ１において、半円部１１の弦部１２から短絡壁４までの距離ｄＳＬＴを０〜０．５λの範囲で可変設定した場合のｘ−ｙ面での半値幅の変化を示す特性図である。この場合、スロット給電半月形アンテナ１の周波数を１２．５ＧＨｚ（波長λ＝２４．０ｍｍ）とし、各部の寸法を次のように設定した。
【００２１】
ＲＰＬ  ＝２．０８λ
Ｓ    ＝０．２６λ
２Ｂ  ＝０．１６７λ
ＬＳＬＴ＝０．２５λ
ＷＳＬＴ＝０．０２９λ
ＷＦＤ  ＝０．０８３λ
上記スロット給電半月形アンテナ１では、上部平行板２と下部平行板３との間に形成したラジアル導波路１０において、半円部１１の弦部１２から短絡壁４までの距離ｄＳＬＴにより、半値幅約８０°から約１５０°までの広角ビームを得ることができた。特に距離ｄＳＬＴが０．３７５λのときに最大値１５０°が得られた。また、上記距離ｄＳＬＴが０．３７５λの前後においても、１５０°に近い半値幅が得られた。
【００２２】
また、図８は上記スロット給電半月形アンテナ１において、半円部１１の弦部１２から短絡壁４までの距離ｄＳＬＴを０．３７５λに設定した場合の放射特性を示したもので、（ａ）は、ｘ−ｙ面（水平面）の放射パターン、（ｂ）はｙ−ｚ面（垂直面）の放射パターンを示しており、ｘ−ｙ面（水平面）においてセクタービームが形成されていることが分かる。このときの正面方向（＋ｙ軸方向）の利得は、１．６ｄＢｉであった。
【００２３】
具体的な例として、スロット給電半月形アンテナ１の半径ＲＰＬを約５０ｍｍ、上部平行板２と下部平行板３との間隔を６．３ｍｍ、給電用スロット５の長さＬＳＬＴを２ｍｍ、幅ＷＳＬＴを０．７ｍｍとした場合、周波数１２．５ＧＨｚで図８に示す放射特性が得られる。図８は、図３における半円部１１の中心部から（ｙ方向）への放射角度を９０°（ｄｅｇ）とし、最大電力値からの相対電力値（ｄＢ）を示したものである。
【００２４】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係るスロット給電半月形アンテナについて説明する。  
この第２実施形態に係るスロット給電半月形アンテナは、図９に示すように第１実施形態におけるスロット給電半月形アンテナ１を２層にアレイ配置したもの（２素子アレイ）である。この場合、２つのスロット給電半月形アンテナ１の中心間隔ｄは、約０．５λに設定される。また、２つのスロット給電半月形アンテナ１の間には、金属壁３１が設けられ、この金属壁３１によって両素子間が短絡される。なお、この金属壁３１は、λ／１０間隔の短絡ピンにより構成しても同等の効果が得られる。
【００２５】
上記各スロット給電半月形アンテナ１の短絡壁４には、図１０に示すように給電用スロット５が設けられる。また、上記各給電用スロット５の外側中央部に近接して例えば図１１（ａ）、（ｂ）に示すように給電線路６が設けられると共に、この給電線路６からの不要な放射を無くすため覆うシールド７が設けられる。
【００２６】
上記図１１（ａ）は、給電基板（図示せず）上に形成するストリップ線路３２により給電部を構成した場合の例を示したもので、ストリップ線路３２は、短絡壁４を接地面としている。上記ストリップ線路３２は、途中で２分岐して各給電用スロット５の下側中央部まで導き、この下側中央部から上方に立ち上げて各給電線路６を対応する給電用スロット５の中央部に近接して位置させる。  
給電部を上記のように構成することにより、２素子アレイに対して同相で給電することができる。
【００２７】
図１１（ｂ）は、上記図１１（ａ）と同様にストリップ線路３２を２分岐するが、一方の分岐線路は上方に位置する給電用スロット５の下側中央部まで導き、この下側中央部から上方に立ち上げて給電線路６を対応する給電用スロット５の中央部に近接して位置させる。また、他方の分岐線路は、１８０°位相器３３を介して下方に位置する給電用スロット５の上側中央部まで導き、この上側中央部からした方に立ち下げて給電線路６を対応する給電用スロット５の中央部に近接して位置させる。
【００２８】
上記のように分岐した線路をそれぞれ反対方向に折曲げる場合には、励振位相が１８０°異なるので、一方の分岐線路に１８０°位相器３３を挿入することにより、各給電線路６の励振位相を一致させる。
【００２９】
上記図１１は、ストリップ線路により給電部を構成した場合について示したが、その他、例えば図５に示したように導波管１８を用いて給電するようにしても良い。この場合には、導波管１８を２分配構成として２素子アレイの各給電用スロット５に結合させる。
【００３０】
上記図９に示したようにスロット給電半月形アンテナ１を２層にアレイ配置し、各部の寸法を図７、図８の場合と同じ値に設定すると共に両アンテナ１の中心間隔ｄを０．５λ（１２ｍｍ）に設定した場合、図１２（ａ）、（ｂ）に示す放射特性が得られた。
【００３１】
図１２（ａ）は、ｘ−ｙ面（水平面）の放射パターン、（ｂ）はｙ−ｚ面（垂直面）の放射パターンを示している。アレイ化したことにより垂直方向のビームが狭く、背面方向への放射が少なくなり、アンテナ利得を高くできる。この場合の正面方向の利得は、６．９ｄＢｉであった。
【００３２】
また、上記図１１に示したようにストリップ線路３２により給電部を構成した場合、各アンテナへの給電線路が同一平面上で製作可能なため、多素子化することが容易である。
【００３３】
例えば短絡壁４の面までを含んで一体成形したスロット給電半月形アンテナ部と、１枚の誘電体基板により製作した分配回路部を含めた給電線路と、例えば板金等により製作したシールドケースと、大きく３個の部品によりアレイ化したアンテナを構成することができる。実用上はアンテナカバーが必要となるが、これを入れても大きく４個の部品であり、アンテナ構成としては多素子化しても基本的には同じ構成である。
【００３４】
また、分配回路部で各アンテナ素子への位相、振幅を設定することにより、垂直面のビームを低サイドローブ化、チルトしたビーム等を実現することも容易である。
【００３５】
なお、上記第２実施形態では、スロット給電半月形アンテナ１を２層にアレイ配置した場合について示したが、更に、多層化する場合においても、同様にして実施し得るものである。
【００３６】
また、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１実施形態に係るスロット給電半月形アンテナの斜視図である。
【図２】同実施形態における給電部の構成を示す斜視図である。
【図３】同実施形態におけるスロット給電半月形アンテナの平面図である。
【図４】同実施形態における給電部分の構成例を示す断面図である。
【図５】導波管により給電部を構成した場合の例を示す断面図である。
【図６】多層基板により給電部を構成した場合の例を示す断面図である。
【図７】同実施形態において、半円部の弦部と短絡壁との距離ｄＳＬＴを可変設定した場合の半値幅の変化を示す特性図である。
【図８】同実施形態における電波放射特性を示す図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係るスロット給電半月形アンテナ（アレイアンテナ）の構成を示す斜視図である。
【図１０】同実施形態における給電部の構成を示す斜視図である。
【図１１】同実施形態における給電線路の構成例を示す図である。
【図１２】同実施形態における電波放射特性を示す図である。
【符号の説明】
【００３８】
１…スロット給電半月形アンテナ、２…上部平行板、３…下部平行板、４…短絡壁、５…給電用スロット、６…給電線路、７…シールド、１０…ラジアル導波路、１１…半円部、１２…弦部、１３…平行部、１５…同軸コネクタ、１５ａ…中心導体、１６…給電基板、１８…導波管、１９…フランジ、２０…フランジ、２１…多層基板、２２…上部接地板、２３…下部接地板、２４．２５…絶縁材、２６…中心導体板、３１…金属壁、３２…ストリップ線路、３３…位相器。
【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】
2005086343.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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