JPH07176948A

JPH07176948A - アレーアンテナ

Info

Publication number: JPH07176948A
Application number: JP5318450A
Authority: JP
Inventors: Yoshiichi Wakao; 伊市若生
Original assignee: Yagi Antenna Co Ltd
Current assignee: Yagi Antenna Co Ltd
Priority date: 1993-12-17
Filing date: 1993-12-17
Publication date: 1995-07-14

Abstract

(57)【要約】【目的】オーバーサイズ導波管を用いて放射素子への
給電電力を均一にでき、高いアンテナ効率を保持し得る
アレーアンテナを提供する。【構成】アレーアンテナは、給電部１１、側壁１２、
上部金属板１３、下部金属板１４、終端部１５により構
成され、上部金属板１３には放射素子として複数のスロ
ット１６が設けられる。上記側壁１２、上部金属板１
３、下部金属板１４によりオーバーサイズ導波管１７が
構成される。給電部１１は、高次モード例えばＴＥ40モ
ードの電磁波を発生し、オーバーサイズ導波管１７に給
電する。１列目と２列目のスロット１６に対して２列目
と４列目のスロット１６を同相にするためにＴＥ40モー
ドのおよそ半波長ずれている。また、同じ列のスロット
１６の間隔はおよそ１波長である。終端部１５として
は、オーバーサイズ導波管１７を短絡する金属板、また
は電波吸収材による無反射終端が用いられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電波の送受信に用いる
アレーアンテナに関する。

【０００２】

【従来の技術】矩形導波管を用いたアレーアンテナにお
いては、電磁波の基本モードであるＴＥ10モードを用い
て放射素子に給電している。この場合、アンテナの利得
を大きくするためには、導波管中の電磁波の進行方向に
対して垂直方向に複数の放射素子を設けなければならな
い。このため単純に導波管の幅を広くしたオーバーサイ
ズ導波管にして放射素子に電磁波の基本モードにて給電
する方法、または、電磁波の基本モードだけ伝搬住め導
波管を並列に配置する方法が用いられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の矩形導波管
を用いたアレーアンテナにおいて、導波管の幅を広くし
たオーバーサイズ導波管の場合には、電磁波の基本モー
ドを用いるために、放射素子への給電電力が導波管中央
部と側壁近傍で違うことによるアンテナ効率の低下が起
きる。また、導波管の歪みによる電磁波の高次モードが
発生し、アンテナ利得が低下するという問題がある。

【０００４】また、電磁波の基本モードだけ伝搬する導
波管を並列に配置した場合には、各導波管に均一に電力
が分配でき、放射素子への給電電力が均一になるためア
ンテナ効率が低下しない。しかし、先のオーバーサイズ
導波管に対して構造が複雑であるため高価格になるとい
う問題がある。

【０００５】本発明は上記実情に鑑みてなされたもの
で、オーバーサイズ導波管を用いて放射素子への給電電
力を均一にでき、高いアンテナ効率を保持し得るアレー
アンテナを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係るアレーアン
テナは、電波を放射する放射素子と、この放射素子に電
波を供給する電磁波の高次モードが伝搬可能なオーバー
サイズ導波管と、このオーバーサイズ導波管に伝搬する
電磁波の高次モードを発生するアンテナ給電部とを具備
したことを特徴とする。

【０００７】

【作用】電磁波の高次モードを用いて放射素子に給電す
ることにより、給電電力が導波管中央部と側壁近傍部に
おいても等しくでき、アンテナ効率が低下しない。従っ
て、簡単な構造のオーバーサイズ導波管を用いて安価に
構成でき、しかも、高いアンテナ効率を保持することが
できる。

【０００８】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の一実施例を説
明する。図１は、本発明に係るアンテナの基本原理図を
示し、導波管の断面図と放射素子へ給電する電磁波のモ
ードの電界であり、導波管上面の４個の放射素子に給電
する場合を例示している。そして、図１（ａ）はＴＥ10
モードを用いたオーバーサイズ導波管１、（ｂ）はＴＥ
10モードだけ伝搬する導波管２を並列配置した場合、
（ｃ）はＴＥn0モード（ｎ＝４）を用いたオーバーサイ
ズ導波管１について示したのである。

【０００９】図１（ａ）に示すようにＴＥ10モードを用
いたオーバーサイズ導波管の場合には、電界は中央が最
大値となり、側壁で０になるように減少しており、放射
素子の給電電力が不均一になる。

【００１０】図１（ｂ）に示すようにＴＥ10モードだけ
伝搬する導波管を並列配置した場合は、それぞれの導波
管上に放射素子が１つずつあるために放射素子への給電
電力は均一になる。しかし、それぞれの導波管に分ける
ために金属の仕切りが必要になる。

【００１１】図１（ｃ）に示すようにＴＥn0モード（ｎ
＝４）を用いたオーバーサイズ導波管の場合には、金属
の仕切りが必要なく、放射素子への給電電力の大きさは
等しくなる。しかし、同一断面上に放射素子を配置した
場合、給電電力の位相が隣接する放射素子では逆になる
ため、導波管の電磁波の進行方向に対して隣接する放射
素子の配置を給電電力が同相となるように変えなければ
ならない。

【００１２】以下、上記のことがらを用いた本発明に係
るアレーアンテナの実施例を説明する。（第１実施例）本発明の第１実施例に係るアレーアンテ
ナを図２に示す。なお、放射素子としてスロット素子を
用い、縦方向に４列のスロットがある場合を示してい
る。

【００１３】図２（ａ）はスロット素子側から見た正面
図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は同図（ａ）のＡ−Ａ線矢
視断面図である。上記図２に示すアレーアンテナは、給
電部１１、側壁１２、上部金属板１３、下部金属板１
４、終端部１５から構成されており、上部金属板１３に
は放射素子として複数のスロット１６が設けられてい
る。そして、側壁１２、上部金属板１３、下部金属板１
４により、オーバーサイズ導波管１７が構成される。ま
た、給電部１１には、給電用の同軸線路１０が接続され
る。上記給電部１１は、高次モード例えばＴＥ40モード
の電磁波を発生し、オーバーサイズ導波管１７に給電す
る。

【００１４】上記給電部１１からオーバーサイズ導波管
１７に給電されたＴＥ40モードの電磁波は、スロット１
６を給電しながら終端部１５に向かう。１列目と２列目
のスロット１６に対して２列目と４列目のスロット１６
を同相にするためにＴＥ40モードのおよそ半波長（０．
５λｇ）ずれている。また、同じ列のスロット１６の間
隔はおよそ１波長（１λｇ）である。

【００１５】終端部１５としては、オーバーサイズ導波
管１７を短絡する金属板、または電波吸収材による無反
射終端が用いられる。しかし、終端部１５に到達する電
磁波が小さい場合には終端部１５を無くすことができ
る。

【００１６】上記の構成とすることにより、オーバーサ
イズ導波管１７を用いて放射素子への給電電力を均一に
でき、アンテナ効率を高い状態に保持できる。なお、本
発明に係るアレーアンテナを用いてビームチルトを行な
う場合には、違う列のスロット１６に対してのずれを半
波長から変えることにより、ピームチルトが可能にな
る。

【００１７】スロット１６が例えば１列毎に半波長から
ΔL ずつずれた場合には、各列間の位相差は、βｇΔL
となる。この場合、βｇはオーバーサイズ導波管１７の
位相定数である。これにより列間の位相が遅れる方向に
チルト角θｔのビームチルトとなる。このチルト角θｔ
とΔL は、違う列との間隔をｄ、自由空間の位相定数β
0 とすると、次式の関係となる。

【００１８】sin（θｔ）＝βｇΔL ／β0 ｄ上記のようにして違う列のスロット１６に対するずれを
変えることにより、ピームチルトが可能になる。

【００１９】（第２実施例）図３は給電部１１に漏れ波
ＮＲＤ（Non Radiative Dielectric）ガイド２１を使用
した実施例を示したものである。ＴＥ40モードの電磁波
を励振するために誘電体ストリップ２２には、ＮＲＤガ
イド２１の１／２管内波長ごとに上部だけに切り欠き２
３が設けられている。この場合、誘電体ストリップ２２
の上部だけ切り欠き２３がある部分をＮＲＤガイド２１
の１／２管内波長毎に４個形成している。また、給電部
１１の始端部及びオーバーサイズ導波管１７の終端部に
短絡壁２４ａ，２４ｂを形成し、始端部側の短絡壁２４
ａから１／４波長離れて上記誘電体ストリップ２２を設
けている。

【００２０】上記の構成において、同軸線路１０により
給電されたＮＲＤガイド２１には、ＬＳＭ01モードの電
磁波が誘電体ストリップ２２に集中して伝搬する。この
誘電体ストリップ２２に上下非対称部分を形成すると、
即ち、図３に示したように上部だけに切り欠き２３を形
成すると、ＬＳＭ01モードの電磁波の一部が、この部分
から上下金属板１３，１４間の空間に放射される。この
放射された電磁波は、オーバーサイズ導波管１７のＴＥ
n0モードと同じ電界の向きを持つ。また、この放射され
た電磁波は、誘電体ストリップ２２の両側に逆相で放射
されるため、同軸線路１０側に向かう電磁波をスロット
１６側に向かう電磁波と同相となるように反射させるた
めに、始端部側（給電部１１側）の短絡壁２４ａから１
／４波長離れて誘電体ストリップ２２を設けている。

【００２１】また、上記のよう誘電体ストリップ２２の
上部だけ切り欠き２３がある部分をＮＲＤガイド２１の
１／２管内波長毎に４個形成することにより、それぞれ
上下金属板１３，１４間の空間に放射される電磁波は、
隣り合うものに対して逆相となり、この結果オーバーサ
イズ導波管１７のＴＥ40モードの電磁波を主に励振する
ことができる。

【００２２】（第３実施例）次に本発明の第３実施例に
ついて図４により説明する。図４は、スロット素子側か
ら見た正面図、（ｂ）は給電部から見た断面図である。
この実施例は、モード抑圧器として複数の金属板３１を
使用し、オーバーサイズ導波管１７内に低損失な発泡材
３２により支持するようにしたものである。この場合、
各金属板３１は、オーバーサイズ導波管１７を進む電磁
波のＴＥ40モード電界が０となる位置に配置することに
より、低次モードを抑圧する。

【００２３】この実施例によれば、所望の電磁波の高次
モード以外の不要な電磁波の低次モードを抑圧すること
ができる。（第４実施例）次に本発明の第４実施例について図５に
より説明する。

【００２４】図５は、スロット素子側から見た正面図、
（ｂ）は給電部から見た断面図である。この実施例は導
波管厚支持器として金属または絶縁物からなるスタッド
ボルト４１及びナット４２を使用し、導波管を所定の厚
みに支持するようにしたものである。

【００２５】オーバーサイズ導波管１７の厚さ支持部が
側壁や終端壁だけの場合、上部金属板１３、下部金属板
１４の歪みが大きくなる。従って、オーバーサイズ導波
管１７の不均一により生じる不要なモードの電磁波が大
きくなる。これを防止するためスタッドボルト４１を用
い、上部金属板１３と下部金属板１４をナット４２で固
定し、所定の厚みにする。これにより、上部金属板１
３、下部金属板１４の歪みを小さくでき、オーバーサイ
ズ導波管厚は、所定の厚みに保つことができ、不要なモ
ードの電磁波の発生量を小さくすることができる。

【００２６】更に、金属製のスタッドボルト４１を用い
た場合、オーバーサイズ導波管１７を進む所望の電磁波
のＴＥ40モード電界が０となる位置に配置することによ
り、モード抑圧器の役割を兼ねることができる。

【００２７】（第５実施例）図６は、例えば三角錐や球
の表面、あるいは航空機の胴体のような曲面に放射素子
を配列したコンフォーマルアレーアンテナに本アンテナ
を用いた実施例を示したもので、上部金属板１３及び下
部金属板１４が円弧状に形成される。

【００２８】（第６実施例）図７は、本発明によるアレ
ーアンテナを用いて直交偏波共用アンテナを構成した場
合の実施例を示したものである。この直交偏波共用アン
テナは、２組のアレーアンテナを直交するように組み合
わせた構成となっている。例えばオーバーサイズ導波管
１７の２つの近接する側部に給電部１１ａ，１１ｂを設
けると共に、この給電部１１ａ，１１ｂに対向する側部
に終端部１５ａ，１５ｂを設けている。また、給電部１
１ａ，１１ｂには、それぞれ給電用の同軸線路１０ａ，
１０ｂが接続される。そして、上部金属板１３に給電部
１１ａに対するスロット１６ａ，給電部１１ｂに対する
スロット１６ｂを直交するように設けている。

【００２９】即ち、給電部１１ａ、垂直なスロット１６
ａ、終端部１５ａにより、スロット１６ａに直交する水
平な電界を持つ水平偏波アンテナを構成する。また、給
電部１１ｂ、水平なスロット１６ｂ、終端部１５ｂによ
り、スロット１６ｂに直交する垂直な電界を持つ垂直偏
波アンテナを構成する。

【００３０】このとき、水平偏波アンテナの側壁は、垂
直偏波アンテナの給電部１１ｂ、終端部１５ｂとなり、
また、垂直偏波アンテナの側壁は、水平偏波アンテナの
給電部１１ａ、終端部１５ａとなるため、上下金属板１
３，１４間を短絡しなければならない。従って、終端部
１５ａ，１５ｂは、金属盤に因り短絡される。また、給
電部に図３に示したＮＲＤガイド２１を用いた場合に
は、図３におけるＮＲＤガイド２１に対して左側の短絡
壁２４ａがある。これによりそれぞれの偏波アンテナに
対してオーバーサイズ導波管が構成されるため、本アン
テナを用いて直交偏波共用アンテナとすることができ
る。

【００３１】また、給電部に導波管上にスロットを設け
たものを用いた場合、スロットを設けた導波管壁面によ
り、下部金属板間が短絡される。また、同軸線路１０ａ
の入力に対して同軸線路１０ｂの入力電圧の位相差が９
０°あるときに円偏波アンテナとなる。

【００３２】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、オ
ーバーサイズ導波管を用いて放射素子への給電電力を均
一にでき、高いアンテナ効率を保持することができる。
また、オーバーサイズ導波管の使用により、安価に構成
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るアレーアンテナの基本
原理を示すもので、（ａ）はＴＥ10モードを用いたオー
バーサイズ導波管、（ｂ）はＴＥ10モードだけ伝搬する
導波管を並列配置した場合、（ｃ）はＴＥ40モードを用
いたオーバーサイズ導波管の例を示す図。

【図２】本発明の一実施例に係るアレーアンテナの構成
図で、（ａ）はスロット素子側から見た正面図、（ｂ）
は側面図、（ｃ）は同図（ａ）のＡ−Ａ線矢視断面図。

【図３】本発明の第２実施例に係るアレーアンテナの斜
視図。

【図４】本発明の第３実施例に係るアレーアンテナを示
し、（ａ）はスロット素子側から見た正面図、（ｂ）は
給電部から見た断面図。

【図５】本発明の第４実施例に係るアレーアンテナを示
し、（ａ）はスロット素子側から見た正面図、（ｂ）は
給電部から見た断面図。

【図６】本発明の第５実施例によるコンフォーマルアレ
ーアンテナ化した場合の側面図。

【図７】本発明の第６実施例による直交偏波共用アンテ
ナを構成した場合の正面図。

【符号の説明】

１０同軸線路１１，１１ａ，１１ｂ給電部１２側壁１３上部金属板１４下部金属板１５終端部１６，１６ａ，１６ｂスロット１７オーバーサイズ導波管２１ＮＲＤガイド２２誘電体ストリップ２３切り欠き２４ａ，２４ｂ短絡壁３１金属板３２発泡材４１スタッドボルト４２ナット

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電波を放射する放射素子と、この放射素
子に電波を供給する電磁波の高次モードが伝搬可能なオ
ーバーサイズ導波管と、このオーバーサイズ導波管に伝
搬する電磁波の高次モードを発生するアンテナ給電部と
を具備したことを特徴とするアレーアンテナ。
【請求項２】請求項１記載のアレーアンテナにおい
て、オーバーサイズ導波管を進む電磁波のＴＥn0モード
電界が０となる位置に電磁波の不要モードを抑圧するモ
ード抑圧素子を設けたことを特徴とするアレーアンテ
ナ。
【請求項３】請求項１又は２記載のアレーアンテナに
おいて、オーバーサイズ導波管の厚みを一定に保持する
導波管厚支持器を設けたことを特徴とするアレーアンテ
ナ。