(57)【要約】【課題】  本発明は、切削や打ち抜き等の加工法を用いることができ、製造が容易でコストを低く抑えることができる円偏波発生器を提供することを目的とする。【解決手段】  誘電体板２０に複数のスロット穴２２を等間隔で平行に配置して形成し、前記スロット穴の壁面に金属層を形成することで誘電体装荷導波路を構成し、スロット穴２２に対して偏波方向が４５°傾いた直線偏波の入射波を誘電体装荷導波路を通過させることで円偏波に変換する【選択図】      図２
2005260362.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体板に複数のスロット穴を等間隔で平行に配置して形成し、前記スロット穴の壁面に金属層を形成することで誘電体装荷導波路を構成し、
前記スロット穴に対して偏波方向が４５°傾いた直線偏波の入射波を前記誘電体装荷導波路を通過させることで円偏波に変換することを特徴とする円偏波発生器。
【請求項２】
請求項１記載の円偏波発生器において、
前記スロット穴は、その幅を前記入射波の波長の１／２より充分に小さく設定したことを特徴とする円偏波発生器。
【請求項３】
請求項１または２記載の円偏波発生器において、
前記誘電体板の前後面に、反射防止板用誘電体板を設けたことを特徴とする円偏波発生器。
【請求項４】
請求項３記載の円偏波発生器において、
前記反射防止板用誘電体板は、誘電率が前記スロット穴を設けた誘電体板の誘電率の平方根で、厚さが管内波長の１／４に設定したことを特徴とする円偏波発生器。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか記載の円偏波発生器において、
前記金属層は、金属メッキで形成されたことを特徴とする円偏波発生器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円偏波発生器に関し、直線偏波を円偏波に変換する円偏波発生器に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーダでは、通常時、直線偏波で電磁波を放射している。しかし、降雨、降雪、霧等が発生した場合、直線偏波では降雨、降雪、霧等で反射が生じ、ウェザークラッタの影響で受信感度が大きく低下する。このため、降雨、降雪、霧等の発生時には、円偏波発生器をレーダの空中線前面に配置して直線偏波を円偏波に変換し、上記ウェザークラッタの影響を低減させることが行われている。
【０００３】
図１に従来の円偏波発生器の一例の外観斜視図を示す。同図中、矩形の金属枠１０の縦方向（Ｙ方向）、横方向（Ｘ方向）に対して４５°傾いた複数の金属板１２が等間隔で平行に配置され、各金属板１２は金属枠１０に一体形成されている。複数の金属板１２で形成される導波路によって円偏波発生器が構成されている。
【０００４】
偏波方向がＹ方向の直線偏波の入射波をＺ方向に入射すると、入射波は、その偏波方向に対して４５°傾いた金属板１２の導波路を通過する。この導波路内を伝搬する電磁波は、金属板１２に垂直な成分と平行な成分とに分けることができ、垂直な成分は空間波長、平行な成分は金属板の間隔に依存する管内波長で伝播するため、金属板間隔と導波路長を適当に定めることによって、各成分の位相差をπ／２の奇数倍とすることで円偏波を発生させる。
【０００５】
なお、円偏波を発生する技術について公知文献を調査したが、これに対応する公知文献は発見できなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の円偏波発生器は、金属板１２を製作するには、切削や打ち抜き等の機械加工を行うが、格子間隔の精度や強度を保つため、金属板１２に１〜３ｍｍ程度の厚みが必要となる。金属板１２の厚さが厚くなると入射波の反射特性に影響を与え、特にミリ波等の高周波においては反射の影響が大きくなる。このため、金属板１２の厚さを薄くしようとすると、高度な加工法やエッチング法等が考えられるが、加工に時間がかかり高コストとなってしまうと共に強度を保つことが困難になるという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記の点に鑑みなされたものであり、切削や打ち抜き等の加工法を用いることができ、製造が容易でコストを低く抑えることができる円偏波発生器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】
【０００８】
請求項１に記載の発明は、誘電体板に複数のスロット穴を等間隔で平行に配置して形成し、前記スロット穴の壁面に金属層を形成することで誘電体装荷導波路を構成し、
前記スロット穴に対して偏波方向が４５°傾いた直線偏波の入射波を前記誘電体装荷導波路を通過させることで円偏波に変換することにより、
切削や打ち抜き等の加工法を用いてスロット穴を形成することができ、製造が容易でコストを低く抑えることができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明では、スロット穴は、その幅を前記入射波の波長の１／２より充分に小さく設定したことにより、
スロット穴で入射波が急激に減衰し誘電体装荷導波路を伝播した電磁波に及ぼす影響を小さくすることができる。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、誘電体板の前後面に、反射防止板用誘電体板を設けたことにより、
誘電体板に入射される電磁波の反射と導波路内の乱反射を抑制することができる。
【００１１】
請求項４に記載の発明では、反射防止板用誘電体板は、誘電率が前記スロット穴を設けた誘電体板の誘電率の平方根で、厚さが管内波長の１／４に設定したことにより、請求項３の発明を実現できる。
【００１２】
請求項５に記載の発明では、金属層は、金属メッキで形成されることにより、請求項１乃至４の発明を実現できる。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に記載の発明によれば、切削や打ち抜き等の加工法を用いてスロット穴を形成することができ、製造が容易でコストを低く抑えることができる。
【００１４】
請求項２に記載の発明によれば、スロット穴で入射波が急激に減衰し誘電体装荷導波路を伝播した電磁波に及ぼす影響を小さくすることができる。
【００１５】
請求項３に記載の発明によれば、誘電体板に入射される電磁波の反射と導波路内の乱反射を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態について説明する。
【００１７】
図２は、本発明の円偏波発生器の第１実施形態の外観斜視図を示す。同図中、矩形の誘電体板２０には、その縦方向（Ｙ方向）、横方向（Ｘ方向）に対して４５°傾いた複数のスロット穴２２が等間隔で平行に配置されている。スロット穴２２は誘電体板２０を例えば０．１〜０．５ｍｍ程度の極細幅で切削し誘電体板２０を貫通している。各スロット穴２２の壁面には金属メッキが施され金属層が形成されている。なお、誘電体板２０としてはフッ素樹脂系、ポリエチレン等のプラスチック材料が使用される。
【００１８】
この金属層が形成されたスロット穴２２によって誘電体が装荷された導波路つまり誘電体装荷導波路が形成される。なお、スロット穴２２は必ずしも誘電体板２０を貫通する必要はなく、また、スロット穴２２の壁面に金属メッキを施す代りに、スロット穴２２の壁面に蒸着やスパッタリングで金属層を形成しても良く、更に、スロット穴２２に金属を充填して埋める構成としても良い。
【００１９】
この誘電体板２０に、偏波方向がＹ方向の直線偏波の入射波ＥをＺ方向に入射すると、入射波Ｅは、その偏波方向に対してスロット穴２２が４５°傾いた誘電体装荷導波路を通過する。この誘電体装荷導波路内を伝搬する電磁波は、スロット穴２２に垂直な成分Ｅ１と平行な成分Ｅ２とに分けることができ、垂直な成分Ｅ１は空間波長、平行な成分Ｅ２は金属格子の間隔に依存する管内波長で伝播するため、スロット間隔と導波路長（スロット穴２２のＺ方向幅）を適当に定めることによって、各成分Ｅ１，Ｅ２の位相差をπ／２の奇数倍として円偏波を発生させる。
【００２０】
ここで、入射波Ｅの空間波長をλ０とし、誘電体板２０の比誘電率をεｒとし、金属格子に垂直な成分Ｅ１と平行な成分Ｅ２それぞれの波長λｄ、λｇは（１）、（２）式で表わされる。
【００２１】
λｄ＝λ０／√εｒ                                    …（１）
λｇ＝λｄ／｛１−［λｄ／（２ａ√εｒ）］２｝１／２      …（２）
ここで、スロット間隔（導波路幅）をａとし、スロット幅をｂとし、導波路長をｔとすると、導波路内を伝搬した成分Ｅ１，Ｅ２の位相差δは（３）式で表わされる。なお、図２では、導波路長ｔはスロット穴２２が誘電体板２０を貫通しているときを示している。
【００２２】
δ＝（２π／λｄ−２π／λｇ）・ｔ                      …（３）
前述のように、位相差δがπ／２の奇数倍となるように、スロット間隔をａ及び導波路長ｔを決定する。更に、スロット幅ｂをλ０／２より充分小さくすることによって、入射波Ｅの空間波長λ０はカットオフとなりスロット穴２２内で急激に減衰する。このため、誘電体板２０で構成される誘電体装荷導波路を伝搬してきた電磁波に与える影響は小さくて済む。
【００２３】
スロット穴２２のスロット幅ｂはドリル加工や型抜き加工といった従来の誘電体基板製造技術を使用して、０．１〜０．５ｍｍの極細加工が可能である。スロット幅ｂを小さくすることで反射波を極力抑制することが可能となる。また、誘電体板２０の基板厚ｔが薄いほどスロット幅ｂは小さくでき加工精度も向上し、ミリ波やサブミリ波といった波長の短い電磁波への適用が可能となる。
【００２４】
図３は、本発明の円偏波発生器の第２実施形態の外観斜視図を示す。同図中、誘電体板２０は図２に示すものと同一であり、その縦方向（Ｙ方向）、横方向（Ｘ方向）に対して４５°傾いた複数のスロット穴２２が等間隔で平行に配置されており、各スロット穴２２の壁面には金属メッキが施されている。
【００２５】
誘電体板２０は前後面に反射防止用誘電体板２４，２６が設けられ、サンドイッチ構造とされている。反射防止用誘電体板２４，２６それぞれの比誘電率εｒ’は、誘電体板２０の比誘電率をεｒに対してεｒ’＝√εｒに設定され、反射防止用誘電体板２４，２６それぞれのＺ方向の厚さＴは、Ｔ＝λ０／４・√εｒ’に設定されている。ところで、λ０／√εｒ’は反射防止用誘電体板２４，２６の管内波長であり、Ｔは管内波長の１／４である。
【００２６】
この反射防止用誘電体板２４，２６を設けることにより、反射防止用誘電体板２４側から誘電体板２０に入射される電磁波（入射波）の反射と導波路内の乱反射を抑制することができ、また、反射防止用誘電体板２６側から誘電体板２０に入射される電磁波（反射波）の反射と導波路内の乱反射を抑制することができる。
【実施例１】
【００２７】
図４（Ａ），（Ｂ）に平面図、側面図を示すように、入射波源を矩形ホーンアンテナ３０とし、その前面に円偏波発生器３２を配置し、円偏波発生器３２を放射境界部材３４で覆った状態でシミュレーションを行った。
【００２８】
円偏波発生器３２の諸元は、比誘電率εｒ＝２．２、スロット幅ｂ＝０．５ｍｍ、誘電体装荷導波路部の幅つまりスロット間隔ａ＝１．２ｍｍ、誘電体板の基板厚ｔ＝２ｍｍとし、シミュレーション周波数つまり入射波Ｅの空間波長をλ０＝７６．５ＧＨｚとした。
【００２９】
この場合の偏波面を９０°ずらしたＥＨとＥＶの放射パターンを図５に示す。図５では、横軸にλ０からのアンテナボアサイト方向からの角度［ｄｅｇ］、縦軸にレベル［ｄＢ］を示しており、放射パターンＥＨの最大値と放射パターンＥＶの最大値との差は１ｄＢ以下であり、円偏波が発生していることが明らかである。また、この時のＶＳＷＲ（Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｓｔａｎｄｉｎｇ  Ｗａｖｅ  Ｒａｔｉｏ）は、１．５以下となった。
【００３０】
このように、本発明による円偏波発生器の構造を用いることによって、通常の基板加工技術を用いて、製作が容易で安価な円偏波発生器を製作することができる。また、通常の基板加工技術を用いてもスロット幅を小さくすることができ、入射波の反射を抑えることができる。
（付記１）
誘電体板に複数のスロット穴を等間隔で平行に配置して形成し、前記スロット穴の壁面に金属層を形成することで誘電体装荷導波路を構成し、
前記スロット穴に対して偏波方向が４５°傾いた直線偏波の入射波を前記誘電体装荷導波路を通過させることで円偏波に変換することを特徴とする円偏波発生器。
（付記２）
付記１記載の円偏波発生器において、
前記スロット穴は、その幅を前記入射波の波長の１／２より充分に小さく設定したことを特徴とする円偏波発生器。
（付記３）
付記１または２記載の円偏波発生器において、
前記誘電体板の前後面に、反射防止板用誘電体板を設けたことを特徴とする円偏波発生器。
（付記４）
付記３記載の円偏波発生器において、
前記反射防止板用誘電体板は、誘電率が前記スロット穴を設けた誘電体板の誘電率の平方根で、厚さが管内波長の１／４に設定したことを特徴とする円偏波発生器。
（付記５）
付記１乃至４のいずれか記載の円偏波発生器において、
前記金属層は、金属メッキで形成されたことを特徴とする円偏波発生器。
（付記６）
付記１乃至４のいずれか記載の円偏波発生器において、
前記金属層は、金属蒸着で形成されたことを特徴とする円偏波発生器。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】従来の円偏波発生器の一例の外観斜視図である。
【図２】本発明の円偏波発生器の第１実施形態の外観斜視図である。
【図３】本発明の円偏波発生器の第２実施形態の外観斜視図である。
【図４】本発明の円偏波発生器のシミュレーションの様子を示す平面図、側面図である。
【図５】シミュレーションによるＥＨとＥＶの放射パターンを示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
２０  誘電体板
２２  スロット穴
２４，２６  反射防止用誘電体板
３０  矩形ホーンアンテナ
３２  円偏波発生器
３４  放射境界部材
【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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