(57)【要約】【課題】スロット付リッジ導波管において所望のアンテナ指向性を得るための設計法の提示。【解決手段】所望のアンテナ指向性とスロット数Ｎを設定する。そして、各スロットが２分の１管内波長間隔で同相放射であるものとして、所望のアンテナ指向性から各スロットの放射電界振幅比（最大値１）を定める（図３）。次に、放射電界振幅比が１のスロットのスロット長を定め、そのスロットの放射電界振幅をスロット長対放射電界振幅図（図４実線）から読み出し、それに前記各スロットの放射電界振幅比を乗じて、各スロットの放射電界振幅を算出し、その振幅を前記図４実線に当て嵌め各スロットのスロット長を求め、スロット長対放射電界位相図（図４破線）から放射電界位相を求め、それにより放射電界位相が同一になるよう各スロットの位置を移動させる。【選択図】図１
2009105735.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
断面矩形導波管内の片側狭壁内面に、管軸方向に沿って、広壁面に平行な面を有する板状リッジが立設されているリッジ導波管の、リッジが立設されている狭壁面に、管軸方向に長いスロットがリッジ立設部分を交互に挟むようにして管軸方向に列をなして配列された導波管スロットアンテナのスロット長およびスロット位置に関し下記の手順によることを特徴とする導波管スロットアンテナ設計法。
（１）所望のアンテナ指向性を設定する。
（２）設けるスロット数Ｎを設定する。
（３）各スロットが２分の１管内波長間隔で１番からＮ番まで整列し放射電界が同相であるものとして、（１）および（２）から各スロットの放射電界振幅比（最大値１）を求める。
（４）整列スロット中の放射電界振幅比が１のスロットの長さを設定する。
（５）スロット長対放射電界振幅チャートを用いそれから（４）の設定長のスロットの放射電界振幅を読み取る。
（６）（５）で読み取った放射電界振幅に、（３）で求めた各スロットの放射電界振幅比を乗じて各スロットの放射電界振幅を求める。
（７）（５）で用いたスロット長対放射電界振幅チャートを用いて、（６）で求めた各スロットの放射電界振幅に対する各スロットのスロット長を求める。
（８）スロット長対放射電界位相チャートを用いて、各スロットの放射電界位相を求める。
（９）各スロットの放射電界位相から、最も小さい又は最も大きい放射電界位相を減じた各スロットの位相差角度θｄ度を求める。
（１０）前記位相差角度θｄから、各スロットごとに、下式による長さｄを算出する。
ｄ＝λｇ×｜θｄ｜／３６０
但し、λｇは管内波長
（１１）各スロットの位置を前記（３）で設定した各スロットの位置から管軸方向でｄだけ移動した位置とする。
但し、θｄがマイナスのときは給電側の方へ移動させプラスのときは終端側の方へ移動させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、
断面矩形導波管の片側狭壁内面に、管軸方向に沿って、広壁面に平行な面を有する板状リッジが立設されているリッジ導波管の、リッジが立設されている狭壁面に、管軸方向に長いスロットがリッジ立設部分を交互に挟むようにして管軸方向に列をなして配列された導波管スロットアンテナの設計法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
リッジ導波管の狭壁面にリッジ立設部分を交互に挟むようにしてスロットを設けたスロット導波管としては、管軸方向におけるスロット間隔が管内波長の２分の１に設定されたものがある（特許文献１参照）。
【０００３】
また、このスロット導波管ではスロット長について特に言及していないので、スロットは標準的な長さのものが用いられている。
このスロット導波管に給電すると各スロットから電磁波が放射され合成されて、管軸方向に直交する偏波面で図５に示すような指向性が現われる。
【特許文献１】特願２００７−０４３９４４号（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、この図５の指向性では、実用上望ましいサイドローブレベル−３０ｄＢを越えるサイドローブが、メインローブの左右に９つも現われ、そのレベルはメインローブに近付くにつれてレベルが上がって行き、第１サイドローブ（メインローブの左右第１番目のサイドローブ）では−１３ｄＢ近くに達しているという問題がある。
【０００５】
その理由は、以下の通りである。
半波長間隔で直線状に配列されたアンテナエレメントからなるアンテナで所望のメインビーム指向性を得ようとする場合には、各エレメントからの放射は同相で、その放射電界強度は指向性に応じて変化させなければならない。
しかし、前記従来のリッジ導波管スロットアンテナではスロット間隔は半波長であるので放射位相は同相であるが、スロット長が同じであるため、給電側から終端側に進むにつれて放射電界強度が下がっていくとしても、その変化は直線的なものに近い。その結果が図５に示すような指向性になっているものである。
【０００６】
指向性アンテナ一般についていえることであるが、サイドローブレベルはできるだけ低く且つそのピークレベルはできるだけ平坦であることが望ましい。
即ち、メインローブがサイドローブに較べて際立つことが求められる。
【０００７】
そこで、本発明の課題は、従来のリッジ導波管スロットアンテナよりも、メインローブがサイドローブに較べて一層際立つリッジ導波管スロットアンテナの設計法を提示することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の設計法は、前記課題を解決するために以下の手順構成からなる。
即ち、断面矩形導波管内の片側狭壁内面に、管軸方向に沿って、広壁面に平行な面を有する板状リッジが立設されているリッジ導波管の、リッジが立設されている狭壁面に、管軸方向に長いスロットがリッジ立設部分を交互に挟むようにして管軸方向に列をなして配列された導波管スロットアンテナのスロット長およびスロット位置に関し下記の手順によることを特徴とする導波管スロットアンテナ設計法である。
（１）所望のアンテナ指向性を設定する。
（２）設けるスロット数Ｎを設定する。
（３）各スロットが２分の１管内波長間隔で１番からＮ番まで整列し放射電界が同相であるものとして、（１）および（２）から各スロットの放射電界振幅比（最大値１）を定める。
（４）整列スロット中の放射電界振幅比が１のスロットの長さを設定する。
（５）スロット長対放射電界振幅チャートを用いそれから（４）の設定長のスロットの放射電界振幅を読み取る。
（６）（５）で読み取った放射電界振幅に、（３）で求めた各スロットの放射電界振幅比を乗じて各スロットの放射電界振幅を求める。
（７）（５）で用いたスロット長対放射電界振幅チャートを用いて、（６）で求めた各スロットの放射電界振幅に対する各スロットのスロット長を求める。
（８）スロット長対放射電界位相チャートを用いて、各スロットの放射電界位相を求める。
（９）各スロットの放射電界位相から、最も小さい又は最も大きい放射電界位相を減じた各スロットの位相差角度θｄ度を求める。
（１０）前記位相差角度θｄから、各スロットごとに、下式による長さｄを算出する。
ｄ＝λｇ×｜θｄ｜／３６０
但し、λｇは管内波長
（１１）各スロットの位置を前記（３）で設定した各スロットの位置から管軸方向でｄだけ移動した位置とする。
但し、θｄがマイナスのときは給電側の方へ移動させプラスのときは終端側の方へ移動させる。
【発明の効果】
【０００９】
前記手順において、（１），（２）は単に設定すればよいものである。（３）は（１），（２）が設定されれば公知の手法によって、各スロットの放射電界振幅比が定まる。（４）も設定すればよいものである。（５）で、スロット長対放射電界振幅チャートから、放射電界振幅比が１のスロットの放射電界振幅が分かる。
これに、（３）で求めた各スロットの放射電界振幅比を乗ずると各スロットの放射電界振幅が求まり（６）、これを（５）で用いたスロット長対放射電界振幅チャートに当てはめると各スロットのスロット長が求まる（７）。
【００１０】
各スロットのスロット長が分かるとスロット長対放射電界位相チャートを用いて、各スロットの放射電界位相が求まる（８）。その中で最も小さい又は最も大きい放射電界位相を各スロットの放射電界位相から減じた位相差角度θｄは、そのスロットの放射電界位相がそれだけ進んでいる又は遅れていることを示すものであるから、その分の距離
ｄ＝λｇ×｜θｄ｜／３６０
だけスロット導波管の終端側の方又は給電側の方へ移動させることにより、各スロットから放射される電界の位相は同相になる。
【００１１】
かくして、スロット列の放射電界振幅比は、所望のアンテナ指向性に適合したものとなり、各スロットの放射電界位相は同相となり、所望のアンテナ指向性が得られることとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
所望のアンテナ指向性は、できるだけ数式で表わされるような指向性とするのが最良である。それは各スロットの放射電界振幅比を設定し易くなるからである。
スロット長の設定は、各スロットの放射電界振幅比に応じてスロットの長さが定まる場合に、その長さの違いによる放射電界位相の変化がなるべく小さい範囲で選ぶようにするのが最良である。その理由はスロットの間隔があまり不揃いにならないようにすることができるからである。
【００１３】
スロット数の設定は、許容されるアンテナサイズと求められる主ビームのビーム幅とのかね合いから定めることになる。
スロットのスロット長対放射電界振幅特性およびスロット長対放射電界位相特性は、予めコンピュータに設定して、或る設定長に対する放射電界振幅、各放射電界に対する各スロット長、各スロット長に対する放射電界位相が容易に求まるようにしておくのが最良である。
【実施例】
【００１４】
以下、本発明の設計法の実施例を図を用いて説明する。
図１は、本発明設計法の適用対象となるスロット付リッジ導波管の斜視図である。
断面矩形導波管の片側の狭壁面５に、広壁面４に平行な面を有する板状のリッジ２が立設され、その立設された狭壁面に管軸方向に長いスロット３がリッジ立設部分を交互に挟むようにして管軸方向に列をなして配列されている。スロットの、本発明設計法による補正前の基準位置は２分の１管内波長間隔による位置である。
【００１５】
まず、最初の設定項目は、
（１）アンテナ指向性     ………  テイラー分布曲線
（２）サイドローブレベル   ……  −３５ｄＢ
（３）ｎ＿ｂａｒ         ………  ５
（４）スロット数 Ｎ      ………  ７５
とした。
【００１６】
なお、ｎ＿ｂａｒとはピークが揃ったサイドローブがメインローブの左右に５個あるということを意味する。
【００１７】
図２は、所望のアンテナ指向性を示す図である。
図３は、図２に示した指向性からテイラー分布の計算により求めた、各スロットの放射電界比からなる開口面分布図である。ここでは各スロットから放射される電界位相は同位相とする。
図３において、放射電界振幅比が１のスロットは３８番目のスロットである。全数を７５と設定したから丁度真中のスロットということになる。そして、この３８番スロットのスロット長を０．３２８λ０（λ０は自由空間波長）とした。これは、前記最良の実施形態で述べたように、スロット長の違いによる放射電界位相の変化がなるべく小さい範囲になるようにするという観点から設定したものである。
【００１８】
次にこの０．３２８λ０のスロット長に対する放射電界振幅を求める。
図４は、スロット長によって、スロットから放射される電界振幅がどのように変化するかということと、放射電界位相がどのように変化するかを示すグラフである。
横軸がスロット長であり、右縦軸が放射電界振幅であり、左縦軸が放射電界位相となっている。
そして、グラフ中、実線が放射電界振幅の変化を示す曲線であり、破線が放射電界位相の変化を示す曲線である。左縦軸の０より上は０．５λ０長のスロットより位相が進むことを示しており、０より下は位相が遅れることを示している。
【００１９】
スロット長が０．５λ０のとき０であり、進みも遅れもない状態、即ち導波管内の励振位相とスロットから放射された放射電界位相が同じであることを示している。
前述の３８番スロットのスロット長０．３２８λ０に対する放射電界振幅Ｅ３８を図４の実線曲線右縦軸により求める。
これが放射電界振幅比１のスロットの放射電界振幅である。
【００２０】
次に、各スロットのスロット長を求めて行くのであるが、例えば１５番スロットのスロット長を求めるには次のようにする。
まず図３から１５番スロットの放射電界振幅比０．４５を求める。この０．４５を先に求めた前記Ｅ３８に乗じて１５番スロットの放射電界振幅Ｅ１５を算出し、その値を図４の右縦軸に当て嵌めて、そこから横に引いた線と実線曲線との交点から下ろした垂線と横軸との交点の数値０．２６８が１５番スロットのスロット長となる。
同様にして１番スロットのスロット長は０．２１となる。他の順番位置のスロットについても同様にしてスロット長が求められる。
【００２１】
こうして１番スロットから７５番スロットまでの各スロット長が求まると、次は各スロットの放射電界位相が図４より求められる。
例えば、３８番スロットについてみれば、これは０．３２８λ０に設定したものであるから、図４の横軸の０．３２８の位置から上方に向けて縦線を引き破線曲線との交点から左方へ引いた横線と左縦軸との交点の値６９．１°が３８番スロットの放射電界位相となる。
【００２２】
同様に、１５番スロットについてみれば、前述のようにスロット長は０．２６８λ０であるから、図４の横軸の０．２６８の位置から上に向けて縦線を引き破線曲線との交点から左方へ引いた横線と左縦軸との交点の値７４．３°が１５番スロットの放射電界位相となる。同様に１番スロットでは７６°となる。
【００２３】
こうして、全スロットそれぞれの放射電界位相が求められる。
ところで、図３の開口面分布は各スロットから放射される位相は同相ということが前提となっている。従って、所望のアンテナ指向性を実現するには各スロットから放射される位相は同相にしなければならない。しかるに、スロット長が異なると、図４の破線曲線で示されるように放射電界位相は異なり、スロット長が長いものがスロット長の短いものより遅れるという傾向がある。そのため、各スロットから放射される電界の位相が同相になるように補正をする必要がある。その手段として、予め想定されている２分の１管内波長間隔で定まっている位置から、スロットの位置を管軸方向の給電側或いは終端側へ少し移動させることによって補正を行う。
【００２４】
本実施例においては、図３から分かるように、その放射電界振幅比は３８番スロット中心にして左右対象である。
従って、そのスロット長も３８番スロットの０．３２８λ０を最長とし、１番スロットおよび７５番スロットへ向かうにつれてスロット長は漸次短くなって行き、１番スロットおよび７５番スロットで０．２１λ０となっている。０．３２８λ０〜０．２１λ０のスロット長範囲に対する放射電界位相を見てみると、６９．１°〜７６°であり、３８番スロットが最も遅れており他はすべて進んでいる。
【００２５】
従って、各スロットの放射電界位相から６９．１°を差し引いた角度分だけ各スロットからの放射を遅らせると、すべてのスロットから放射される電界の位相は同相になる。
遅らせる手段としては、各スロットを管内波長×差角度／３６０の距離だけ終端側の方へずらすということになる。
或いは、７６°から各スロットの放射電界位相を差し引いた角度分だけ各スロットからの放射を進めると、すべてのスロットから放射される電界の位相は同相になる。
進める手段としては、各スロットを、管内波長×差角度／３６０の距離だけ給電側の方へずらすということになる。
【００２６】
以上のようにして、各スロットが、図３で示される各スロットの放射電界振幅比に従った電界を同相で放射することにより、図２に示すような所望のアンテナ指向性を有するリッジ導波管スロットアンテナが得られることになる。
【００２７】
これを、図５に示す従来のアンテナ指向性と比較するとサイドローブ全体のレベルが下がっているとともに、メインローブの左右のサイドローブ複数個はそのピーク値が揃って平坦に近くなっておりメインローブが際立つようになっていることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の設計法の適用対象となるスロット付リッジ導波管の斜視図である。
【図２】図１のスロット付リッジ導波管アンテナによって実現しようとする所望のアンテナ指向性図である。
【図３】図１に示したアンテナ指向性からテイラー分布の計算により求めた、各スロットの放射電界比からなる開口面分布図である。
【図４】スロット長によって、スロットから放射される電界振幅がどのように変化するかということと、放射電界位相がどのように変化するかを示すグラフである。
【図５】従来のリッジ導波管スロットアンテナの指向性を示す図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  スロット付リッジ導波管
２  リッジ
３  スロット
４  広壁面
５  狭壁面
【図１】
2009105735.tif 000003
【図２】
2009105735.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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