(57)【要約】【課題】レーダシステム用のアンテナとして組み込み可能なスロットアレイアンテナを提供する。【解決手段】スロットアレイアンテナ７０Ａでは、中心軸５２と略直交する軸線７４に対して導波管７２の両側を、中心軸５２を中心として互いに軸対称となるように傾斜角θ０だけ屈曲している。これにより、送受信機から給電用導波管３５を介して導波管７２の中央部に給電すると、主ビームの放射方向が中心軸５２に沿った方向となる電磁波が導波管スロットアレイ１５から外部に放射される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導波管に所定間隔で複数のスロットが形成された導波管スロットアレイの中央部に給電して、該導波管スロットアレイから電磁波を放射させるスロットアレイアンテナにおいて、
前記中央部に対する前記導波管の両側は、前記電磁波の放射方向を中心として互いに軸対称となるように、前記放射方向と略直交する方向から所定の傾斜角だけ屈曲している
ことを特徴とするスロットアレイアンテナ。
【請求項２】
請求項１記載のスロットアレイアンテナにおいて、
前記導波管の管内波長をλｇとしたときに、前記スロットの間隔が０．５λｇ以上である場合には、前記導波管の両側を前記直交方向から前記電磁波の放射方向に向けて前記傾斜角だけ屈曲させ、
前記スロットの間隔が０．５λｇ未満である場合には、前記導波管の両側を前記直交方向から前記放射方向の逆方向に向けて前記傾斜角だけ屈曲させる
ことを特徴とするスロットアレイアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導波管に所定間隔で複数のスロットが形成された導波管スロットアレイを有するスロットアレイアンテナに関し、より詳細には、導波管スロットアレイの中央部に給電して電磁波を放射させるスロットアレイアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、港湾や沿岸を航行する船舶等の物標を監視し、又は観測するために陸上に設置されたレーダシステムや、船舶に搭載されたレーダシステムに用いられるアンテナ装置内には、スロットアレイアンテナが多く採用されている。
【０００３】
従来技術に係るスロットアレイアンテナ１０は、図７に示すように、導波管１２の一面に、その長手方向に沿って所定間隔λａで複数のスロット１４が形成されて導波管スロットアレイ１５を構成している（非特許文献１及び２参照）。
【０００４】
ここで、導波管１２の一端側に終端部１６を接続した状態で、給電用導波管２５を介して導波管１２の他端側に給電すると、導波管スロットアレイ１５から所定の放射パターン１８を有する電磁波が外部に放射される（図８及び図９参照）。
【０００５】
なお、図８は、スロット１４（図７参照）の間隔λａが導波管１２の管内波長λｇに対して０．５λｇ以上である場合（λａ≧０．５λｇ）の電磁波の放射パターン１８を示し、該放射パターン１８における主ビームの放射方向を示す中心軸２２は、導波管１２と略直交する軸線２０に対して所定の傾斜角θ０だけ導波管１２の一端側（終端部１６側）に傾斜している。また、図９は、λａ＜０．５λｇにおける電磁波の放射パターン１８を示し、中心軸２２は、軸線２０に対して傾斜角θ０だけ導波管１２の他端側（給電用導波管２５側）に傾斜している。
【０００６】
また、他の従来技術に係るスロットアレイアンテナ３０は、図１０に示すように、導波管１２の両端部（一端部及び他端部）に終端部３２、３４をそれぞれ接続し、さらに、該導波管１２の中央部に給電用導波管３５が接続されている（特許文献１参照）。
【０００７】
この場合、給電用導波管３５を介して導波管１２に給電すると、導波管スロットアレイ１５のうち前記中央部と終端部３２との間の部分からは、図１１に示すように、導波管１２と略直交する軸線４０から終端部３２側に傾斜角θ０だけ傾斜した中心軸４２を主ビームの放射方向とし且つ放射パターン３６を有する電磁波が放射され、一方で、導波管スロットアレイ１５のうち前記中央部と終端部３４との間の部分からは、導波管１２と略直交する軸線４４から終端部３４側に傾斜角θ０だけ傾斜した中心軸４６を主ビームの放射方向とし且つ放射パターン３８を有する電磁波が放射される。
【０００８】
従って、スロットアレイアンテナ３０全体としての電磁波の放射パターン５０は、図１２に示すように、図１１の各放射パターン３６、３８を合成した放射パターン、すなわち、中心軸５２に対して軸対称に２つの主ビームが放射される放射パターンとなり、この結果、中心軸５２に対する電磁波の指向性が低下する。
【０００９】
このような電磁波の指向性の低下を改善するためには、図１３に示すように、導波管１２の中央部（給電用導波管３５との接続部分）と終端部３２との間におけるスロット１４の間隔λａをλａ≧０．５λｇとし、一方で、前記中央部と終端部３４との間におけるスロット１４の間隔λｂをλｂ＜０．５λｇとし（λａ＞λｂ）、各放射パターン３６、３８を、いずれも、軸線４０、４４から傾斜角θ０だけ終端部３２側に傾斜させた放射パターン（図１４参照）とすることで、スロットアレイアンテナ３０全体の放射パターン６２を、中心軸５２から終端部３２側に傾斜角θ０だけ傾斜させた指向性の鋭い放射パターンに変化させることが考えられる。
【００１０】
【非特許文献１】Ｆ．Ｒ．コナー著、安藤真訳、「アンテナ入門」、森北出版株式会社、１９９０年８月、ｐ．８１−８２
【非特許文献２】電子情報通信学会編、「アンテナ工学ハンドブック  ７．６．３  航海用レーダアンテナ」、株式会社オーム社、１９８０年１０月、ｐ．３４９
【特許文献１】特公昭６３−５３７２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、図７〜図９に示すスロットアレイアンテナ１０をレーダシステムにおけるアンテナ装置内に組み込む場合、このアンテナ装置は、その周囲に電磁波を送信し且つ監視又は観測すべき物標からの反射波を受信するために、スロットアレイアンテナ１０の中央部を中心軸として所定速度で回転させるので、導波管１２と送受信機とを接続するために、給電用導波管２５を導波管１２の他端部から前記中央部にまで引き回す必要がある。これにより、アンテナ装置内部の構造が複雑化すると共に、該アンテナ装置内における回転部分（スロットアレイアンテナ１０及び給電用導波管２５）の重量が増大するという問題がある。
【００１２】
また、図１０〜図１５に示すスロットアレイアンテナ３０では、導波管１２の中央部に給電用導波管３５が接続されているので、上記したアンテナ装置内部の構造の複雑化や回転部分の重量の増大という問題を回避することが可能である。しかしながら、放射パターン６２の指向性を高めるために前記中央部に対する導波管１２両側のスロット１４の間隔λａ、λｂを互いに異なるように設定しているので、前記中央部に対して導波管１２の両側におけるスロット１４の個数が異なることにより、該スロット１４の配置構成が非対称となって、スロット１４間の相互結合の変化やスロット１４配置の非対称性を考慮したスロットアレイアンテナ３０の設計が必要となる。この結果、スロットアレイアンテナ３０は、スロットアレイアンテナ１０と比較して、アンテナ設計に長時間を要するという問題がある。
【００１３】
本発明は、上述した問題を解決するためになされたものであり、レーダシステム用のアンテナとして組み込み可能なスロットアレイアンテナを提供することを目的とする。
【００１４】
また、本発明は、スロットの設計時間の短縮化が可能なスロットアレイ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】
【００１５】
本発明は、導波管に所定間隔で複数のスロットが形成された導波管スロットアレイの中央部に給電して、該導波管スロットアレイから電磁波を放射させるスロットアレイアンテナにおいて、前記中央部に対する前記導波管の両側は、前記電磁波の放射方向を中心として互いに軸対称となるように、前記放射方向と略直交する方向から所定の傾斜角だけ屈曲していることを特徴とする。
【００１６】
この構成によれば、前記中央部に給電するので、給電用導波管を前記導波管の両側にまで引き回すことが不要となり、この結果、導波管の構造を簡素化することができる。従って、本発明に係るスロットアレイアンテナをレーダシステムにおけるアンテナ装置に組み込めば、従来技術と比較して、前記アンテナ装置における回転部分の重量を低減させることが可能となるので、本発明に係るスロットアレイアンテナは、前記アンテナ装置用のアンテナとして好適である。
【００１７】
また、前記直交方向に対して前記導波管の両側を、前記放射方向を中心として互いに軸対称となるように前記傾斜角だけ屈曲することにより、スロットアレイアンテナ全体としての電磁波の放射パターンは、前記放射方向に沿った指向性の鋭い放射パターンとなる。
【００１８】
さらに、前記傾斜角だけ前記導波管の両側を屈曲させることで、前記放射パターンを所望の放射パターンに調整することができるので、従来技術のように、中央部に対してスロットの間隔を異なるように設計することが不要となる。すなわち、本発明に係るスロットアレイアンテナでは、中央部に対して導波管スロットアレイの両側におけるスロットの間隔を略同一の間隔とすることで、両側におけるスロットの個数が同一（スロット配置が前記放射方向を中心として対称）となる。
【００１９】
従って、本発明によれば、従来技術と比較して、スロットのパラメータの設計時間、換言すれば、スロットアレイアンテナの設計時間を大幅に削減することができる。
【００２０】
ここで、前記導波管の管内波長をλｇとしたときに、前記スロットの間隔が０．５λｇ以上である場合には、前記導波管の両側を前記直交方向から前記電磁波の放射方向に向けて前記傾斜角だけ屈曲させ、前記スロットの間隔が０．５λｇ未満である場合には、前記導波管の両側を前記直交方向から前記放射方向の逆方向に向けて前記傾斜角だけ屈曲させることが好ましい。
【００２１】
これにより、レーダシステムやスロットアレイアンテナの仕様に応じて、前記スロットの間隔を適宜変更する場合でも、導波管構造の簡素化や、レーダシステムにおける回転部分の重量軽減や、スロットアレイアンテナの設計時間の短縮化を実現することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、レーダシステム用のアンテナとして組み込み可能になると共に、スロットの設計時間の短縮化が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明に係るスロットアレイアンテナについて、好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。
【００２４】
図１は、第１実施形態に係るスロットアレイアンテナ７０Ａの斜視図であり、図７〜図１５に示す従来技術に係るスロットアレイアンテナ１０、３０と同じ構成要素については、同一の参照符号を付けて説明する。
【００２５】
第１実施形態に係るスロットアレイアンテナ７０Ａは、港湾や沿岸を航行する船舶等の物標を監視し、又は観測するために陸上に設置された図示しないレーダシステムに適用されるアンテナ装置に組み込まれるアンテナであり、導電性で且つ中空の導波管７２内の一面には、所定の間隔λａ（λａ≧０．５λｇ、λｇ：導波管７２の管内波長）で複数のスロット１４が長手方向（軸線７４の方向）に対して異なる斜め方向に互い違いに形成されている。これらのスロット１４により導波管スロットアレイ１５が構成される。また、導波管１２の中央部は、給電用導波管３５を介して図示しない送受信機と接続可能である。さらに、導波管１２の両端部には、終端部３２、３４がそれぞれ接続されている。
【００２６】
ここで、導波管７２の両側は、該導波管７２の長手方向に略沿った軸線７４に対して、所定の傾斜角θ０だけ前方（スロット１４が形成された一面側であり、且つ軸線７４に略直交する中心軸５２の方向）に向かって屈曲している。すなわち、導波管７２における中央部（導波管７２における給電用導波管３５の接続部分）と終端部３４との間は、軸線７４から前方（中心軸５２）に向かって傾斜角θ０だけ屈曲し、前記中央部と終端部３２との間は、軸線７４から前方（中心軸５２）に向かって傾斜角θ０だけ屈曲している。換言すれば、前記中央部に対する導波管７２の両側は、図１〜図３に示すように、中心軸５２を中心として互いに軸対称となるように、軸線７４から前方に向かって傾斜角θ０だけ屈曲している。
【００２７】
なお、傾斜角θ０は、スロット１４の間隔ｄ（図１ではλａ）、スロットアレイアンテナ７０Ａから放射される電磁波の中心周波数における自由空間波長λ０及び前記中心周波数における管内波長λｇより、理論的に、下記の（１）式で表わされる。
θ０＝ｓｉｎ-1（λ０／λｇ−λ０／２ｄ）              （１）
【００２８】
すなわち、傾斜角θ０は、スロット１４の間隔ｄ（λａ）とスロットアレイアンテナ７０Ａから放射される電磁波の周波数（管内波長λｇ）とに依存し、前記電磁波の周波数が変化しても、（１）式に基づいて傾斜角θ０を算出することができる。
【００２９】
ここで、前記送受信機から給電用導波管３５を介して導波管１２に給電すると、導波管スロットアレイ１５のうち前記中央部と終端部３２との間からは、放射パターン３６を有する電磁波が外部（図２中では上方）に放射され、前記中央部と終端部３４との間からは、放射パターン３８を有する電磁波が外部に放射される。この場合、放射パターン３６における主ビームの放射方向は、導波管７２に略直交する軸線４０に対して終端部３２側に傾斜角θ０だけ傾斜した中心軸４２に沿った方向であり、一方で、放射パターン３８における主ビームの放射方向は、導波管７２に略直交する軸線４４に対して終端部３４側に傾斜角θ０だけ傾斜した中心軸４６に沿った方向である。従って、スロットアレイアンテナ７０Ａ全体としての電磁波の放射パターン７６は、図３に示すように、図２の各放射パターン３６、３８を合成した放射パターン、すなわち、中心軸５２に沿って１つの主ビームが放射される放射パターンとなり、この結果、中心軸５２に対する電磁波の指向性が鋭くなる。
【００３０】
このように、第１実施形態に係るスロットアレイアンテナ７０Ａは、送受信機から給電用導波管３５を介して導波管７２の中央部に給電するので、給電用導波管３５を導波管７２の両側にまで引き回すことが不要となり、この結果、導波管７２の構造を簡素化することができる。従って、スロットアレイアンテナ７０Ａをレーダシステムにおけるアンテナ装置に組み込めば、従来技術と比較して、前記アンテナ装置における回転部分の重量を低減させることが可能となるので、当該スロットアレイアンテナ７０Ａは、前記アンテナ装置用のアンテナとして好適である。
【００３１】
また、中心軸５２と略直交する軸線７４に対して導波管７２の両側を、中心軸５２を中心として互いに軸対称となるように傾斜角θ０だけ屈曲することにより、スロットアレイアンテナ７０Ａ全体としての電磁波の放射パターン７６は、中心軸５２に沿った指向性の鋭い放射パターンとなる。
【００３２】
さらに、傾斜角θ０だけ導波管７２の両側を屈曲させることで、放射パターン７６を所望の放射パターンに調整することができるので、従来技術のように、中央部に対してスロット１４の間隔を異なるように設計することが不要となる。すなわち、このスロットアレイアンテナ７０Ａでは、導波管７２の中央部に対して導波管スロットアレイ１５の両側におけるスロット１４の間隔を同一の間隔λａ（＝ｄ≧０．５λｇ）とすることで、両側におけるスロット１４の個数が同一（スロット配置が中心軸５２を中心として軸対称）となる。
【００３３】
従って、第１実施形態によれば、従来技術と比較して、スロット１４のパラメータの設計時間、換言すれば、スロットアレイアンテナ７０Ａの設計時間を大幅に削減することができる。
【００３４】
さらに、導波管７２の管内波長をλｇとしたときに、スロット１４の間隔λａが０．５λｇ以上である場合（λａ≧０．５λｇ）には、導波管７２の両側を軸線７４から電磁波の放射方向（中心軸５２の方向）に向けて傾斜角θ０だけ屈曲させているので、レーダシステムやスロットアレイアンテナ７０Ａの仕様に応じて、スロット１４の間隔ｄ（λａ）を適宜変更する場合でも、導波管構造の簡素化や、レーダシステムにおける回転部分の重量軽減や、スロットアレイアンテナ７０Ａの設計時間の短縮化を実現することができる。
【００３５】
次に、第２実施形態に係るスロットアレイアンテナ７０Ｂについて、図４〜図６を参照しながら説明する。なお、第１実施形態に係るスロットアレイアンテナ７０Ａ（図１〜図３参照）と同じ構成要素については、同一の参照符号を付けて説明する。
【００３６】
第２実施形態に係るスロットアレイアンテナ７０Ｂは、スロット１４の間隔をλｂ（＝ｄ＜０．５λｇ）とし、軸線７４に対して導波管７２の両側を後方（スロット１４が形成されている一面とは反対の他面側）に傾斜角θ０だけ傾斜させた点で、第１実施形態に係るスロットアレイアンテナ７０Ａとは異なる。
【００３７】
すなわち、導波管７２における中央部と終端部３２との間は、軸線７４から前記後方に向かって傾斜角θ０だけ屈曲し、前記中央部と終端部３２との間は、軸線７４から前記後方に向かって傾斜角θ０だけ屈曲している。換言すれば、前記中央部に対する導波管７２の両側は、図４〜図６に示すように、中心軸５２を中心として互いに軸対称となるように、軸線７４から後方に向かって傾斜角θ０だけ屈曲している。
【００３８】
ここで、前記送受信機から給電用導波管３５を介して導波管７２に給電すると、導波管スロットアレイ１５のうち前記中央部と終端部３２との間からは、放射パターン３６を有する電磁波が外部（図５中では上方）に放射され、前記中央部と終端部３４との間からは、放射パターン３８を有する電磁波が外部に放射される。この場合、放射パターン３６における主ビームの放射方向は、軸線４０に対して中心軸５２側に傾斜角θ０だけ傾斜した中心軸４２に沿った方向であり、一方で、放射パターン３８における主ビームの放射方向は、軸線４４に対して中心軸５２側に傾斜角θ０だけ傾斜した中心軸４６に沿った方向である。従って、スロットアレイアンテナ７０Ｂ全体としての電磁波の放射パターン７６は、図６に示すように、図５の各放射パターン３６、３８を合成した放射パターン、すなわち、中心軸５２に沿って１つの主ビームが放射される放射パターンとなり、この結果、中心軸５２に対する電磁波の指向性が鋭くなる。
【００３９】
第２実施形態に係るスロットアレイアンテナ７０Ｂでも、前述した第１実施形態に係るスロットアレイアンテナ７０Ａ（図１〜図３参照）の効果に加え、スロット１４の間隔が０．５λｇ未満である場合には、導波管７２の両側を軸線７４から電磁波の放射方向とは反対方向（中心軸５２の逆方向）に向けて傾斜角θ０だけ屈曲させているので、レーダシステムやスロットアレイアンテナ７０Ｂの仕様に応じて、スロット１４の間隔ｄ（λｂ）を適宜変更する場合でも、導波管構造の簡素化や、レーダシステムにおける回転部分の重量軽減や、スロットアレイアンテナ７０Ｂの設計時間の短縮化を実現することができる。
【００４０】
なお、本発明に係るスロットアレイアンテナは、上述の実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】第１実施形態に係るスロットアレイアンテナの斜視図である。
【図２】図１のスロットアレイアンテナからの電磁波の放射を示す平面図である。
【図３】図２の放射パターンを合成したスロットアレイアンテナ全体としての電磁波の放射パターンを示す平面図である。
【図４】第２実施形態に係るスロットアレイアンテナの斜視図である。
【図５】図４のスロットアレイアンテナからの電磁波の放射を示す平面図である。
【図６】図５の放射パターンを合成したスロットアレイアンテナ全体としての電磁波の放射パターンを示す平面図である。
【図７】従来技術に係るスロットアレイアンテナの斜視図である。
【図８】図７のスロットアレイアンテナからの電磁波の放射を示す平面図である。
【図９】図７のスロットアレイアンテナからの電磁波の放射を示す平面図である。
【図１０】他の従来技術に係るスロットアレイアンテナの正面図である。
【図１１】図１０のスロットアレイアンテナからの電磁波の放射を示す平面図である。
【図１２】図１０の放射パターンを合成したスロットアレイアンテナ全体としての電磁波の放射パターンを示す平面図である。
【図１３】図１０のスロットアレイアンテナの中央部に対して両側のスロット間隔を異なるように構成したスロットアレイアンテナの正面図である。
【図１４】図１３のスロットアレイアンテナからの電磁波の放射を示す平面図である。
【図１５】図１４の放射パターンを合成したスロットアレイアンテナ全体としての電磁波の放射パターンを示す平面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１０、３０、７０Ａ、７０Ｂ…スロットアレイアンテナ
１２、７２…導波管                １４…スロット
１５…導波管スロットアレイ        １６、３２、３４…終端部
１８、３６、３８、５０、６２、７６…放射パターン
２０、４０、４４、７４…軸線      ２２、４２、４６、５２…中心軸
２５、３５…給電用導波管
【図１】
2007295396.tif 000003
【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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