JPWO2006092862A1

JPWO2006092862A1 - 導波管スロットアレーアンテナ装置

Info

Publication number: JPWO2006092862A1
Application number: JP2007505781A
Authority: JP
Inventors: 山口　聡; 山口　　聡; 西澤　一史; 一史西澤; 宮下　裕章; 裕章宮下; 重雄宇田川
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-03-03
Filing date: 2005-03-03
Publication date: 2008-08-07
Also published as: WO2006092862A1; US20080266195A1

Abstract

導波管内の定在波比を低く抑え、かつ、グレーティングローブを抑圧する。矩形導波管１の幅広面に、当該矩形導波管の管軸に対して所定角度傾斜した矩形スロット２，３を、１／２管内波長の間隔で、当該矩形導波管の幅広面の管軸方向に沿う中心線に対して交互に反対の位置にそれぞれ複数個配置した導波管スロットアレーアンテナにおいて、前記中心線に対して同じ側にあるスロット同士は、長さ、幅、および前記中心線からの距離が同一であって、かつ、前記中心線に対して反対の位置にあるスロットとは、長さ、幅、または前記中心線からの距離のうち、少なくともいずれか一つが異なる。

Description

この発明は、導波管スロットアレーアンテナ装置に関し、特に、導波管の管軸に対して斜めの方向に偏波を有する導波管スロットアレーアンテナ装置に関するものである。

自動車の正面、あるいは側方に搭載され、先行車や対向車、あるいは障害物などを探知し、それらとの衝突を防止するために用いられる電波レーダ装置（以下、車載レーダ）において、対向車が発した電波との干渉を避けるためには、斜め４５度偏波の使用が有用である。これは、自分の車が発した電波と対向車が発した電波が直交するので、互いに誤認するのを回避することができるためである。

車載レーダでは、ミリ波帯、特に７６ＧＨｚ帯を使用することが想定されている。マイクロ波帯に比べてミリ波帯では、アンテナの導体損が大きく増加し、また、誘電体材料を用いる場合には誘電体損が大きく増加してしまうので、探知距離を延伸するためにできるだけ低損失なアンテナが要求される。

ミリ波帯でも低損失なアンテナとしては、斜め４５度偏波に対応した導波管スロットアレーアンテナが知られている（非特許文献１参照）。

この非特許文献１においては、導波管の一方の端を励振し、もう一方の端を無反射終端とした「進行波給電」と、もう一方の端を短絡することで導波管内に定在波を立たせた「定在波給電」の２種類の給電方法について述べられている。そして、「進行波給電」ではグレーティングローブレベルが高くなるが、「定在波給電」を行うことでグレーティングローブレベルを低くすることができることが示されている。

千本、小塩、後藤、"４５度偏波一層構造導波管スロットアンテナ"、電子情報通信学会総合大会、Ｂ−１−１７８、１９９８

従来の導波管スロットアレーアンテナ装置において、グレーティングローブを抑圧するためには、導波管内の定在波比を大きくする必要があった。そのため、導波管１の給電装置との整合が困難であるという問題があった。

また、反射量が大きいために、結果として空間への放射量が減少してしまうので、アンテナの利得が低下し、車載レーダに用いた場合は探知距離が短くなってしまうという問題があった。

一方、進行波型給電の場合、定在波比は１となるが、グレーティングローブレベルが上昇してしまうという問題があった。

この発明は、前記のような問題点を解決するためになされたもので、導波管の管軸に対して斜めの方向に偏波を有するものであって、導波管内の定在波比を低く抑え、かつ、グレーティングローブを抑圧することができる、導波管スロットアレーアンテナ装置を得ることを目的とする。

この発明に係る導波管スロットアレーアンテナ装置は、矩形導波管の幅広面に、当該矩形導波管の管軸に対して所定角度傾斜した矩形スロットを、１／２管内波長の間隔で、当該矩形導波管の幅広面の管軸方向に沿う中心線に対して交互に反対の位置にそれぞれ複数個配置した導波管スロットアレーアンテナにおいて、前記中心線に対して同じ側にあるスロット同士は、長さ、幅、および前記中心線からの距離が同一であって、かつ、前記中心線に対して反対の位置にあるスロットとは、長さ、幅、または前記中心線からの距離のうち、少なくともいずれか一つが異なることを特徴とする。

この発明によれば、給電点における反射を改善し、かつ、広角のグレーティングローブを抑圧することができる。

この発明の実施の形態１に係る導波管スロットアレーアンテナ装置を模式的に示す概略構成図、給電点におけるリターンロスの周波数特性の数値計算例を示す図（実線がこの発明の結果であり、破線が従来例の結果である）、この発明の実施の形態２に係る導波管スロットアレーアンテナ装置を示す斜視図、図３の正面図である。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る導波管スロットアレーアンテナ装置を模式的に示す概略構成図である。図１において、便宜上、矩形導波管１の管軸方向をｘ方向、矩形スロット２を形成する面上で導波管１の管軸方向ｘと直交する方向をｙ方向、矩形スロット２を形成する面の法線方向をｚ方向とする。

図１に示す導波管スロットアレーアンテナ装置は、矩形導波管１の管軸に対して矩形スロット２とスロット３を、所定角度α傾斜させて、１／２管内波長（λｇ／２、λｇ：管内波長）の間隔で、当該矩形導波管１の幅広面の管軸方向に沿う中心線に対して交互に反対の位置にそれぞれ複数個配置した導波管スロットアレーアンテナであって、スロット２は、長さをＬ１、幅をＷ１、導波管幅広面の中心線からの距離をＤ１とする。また、スロット３は、長さをＬ２、幅をＷ２、導波管幅広面の中心線からの距離をＤ２とする。

スロット２とスロット３は、長さＬ１とＬ２、あるいは、幅Ｗ１とＷ２、あるいは、導波管幅広面の中心線からの距離Ｄ１とＤ２のうち、少なくともいずれか一つが異なる。さらに、導波管１の中心線に対して同じ側にあるスロットはそれぞれ同一である。すなわち、図１において、導波管幅広面の中心線から左側（＋ｙ方向側）のスロットは全てスロット２であり、導波管幅広面の中心線から右側（−ｙ方向側）のスロットは全てスロット３である。

次に、この発明の効果を説明する。スロットの長さ、あるいは幅、あるいは導波管幅広面の中心線からの距離といったパラメータを変えれば、導波管１内の磁界とスロットの結合の度合いを変化させることができる。ゆえに、導波管１内でのスロットからの反射成分、あるいは、スロットから空間へ放射される成分の振幅と位相が変化する。したがって、隣接する２つのスロット２とスロット３のパラメータを調整することにより、導波管１内での反射が少なく、かつ、空間への放射量が多いといった組合せを選ぶことができる。

スロット単体の放射パターンは、電界面（Ｅ面）では無指向性となり、一方、磁界面（Ｈ面）では広角方向への放射が少ない形状を示す。このため、導波管１の管軸に対してスロットを斜めに傾けた導波管スロットアレーアンテナにおいて、空間を介して結合する成分は、Ｅ面方向の位置関係にあるスロット同士は結合が強く、Ｈ面方向の位置関係にあるスロット同士の結合は弱いといった特徴を有する。したがって、空間を介して結合する成分の影響を考慮する場合、特にＥ面方向の位置関係にあるスロット２とスロット３に着目し、前記パラメータの調整を行えばよい。

また、この発明では、スロット２とスロット３の各々が、導波管１の中心線に対して同一側でそれぞれ１管内波長の間隔で並ぶので、各々のスロット２同士、あるいは各々のスロット３同士から放射される電波の振幅と位相は同一となる。したがって、スロット２とスロット３の励振分布を均一にすれば、アレーアンテナ全体としても均一な励振分布が得られる。

この発明による効果の一例として、給電点におけるリターンロスの周波数特性の数値計算例を図２に示す。計算には有限要素法を用いた。図２に示す実線がこの発明の結果であり、破線が従来例の結果である。図２に示すように、この発明により、十分低い反射特性が得られることがわかる。

実施の形態２．

図３は、この発明の実施の形態２に係る導波管スロットアレーアンテナ装置を示す斜視図である。また、図４は、図３の正面図を表す。図３及び図４では、スロット２及び３の上部に、所定の断面積及び深さを有する金属筒４をスロットが塞がないようにそれぞれ設けている。

アレーアンテナにおいて、広角方向に生じるグレーティングローブを抑圧する手段として、各放射素子のアレー素子パターンのビーム幅を狭くし、指向性を鋭くするのが有効であることが知られている。そのためには、各放射素子の放射面積を大きくすれば良い。

そこで、図３及び図４に示すように、スロット２及び３の上部に金属筒４を設けることで、各スロット２及び３の等価的な放射面積を大きくすることができる。これにより、広角方向に生じるグレーティングローブを抑圧し、かつ、アンテナ利得を向上させることができる。

また、金属筒４の断面積や厚さを調整することにより、各素子の利得やビーム幅を制御することができる。

金属筒４の設け方としては、金属板を切り抜いたものを導波管１の上に被せる、あるいは、スロット２及び３と一体で切削加工してもよい。

金属筒４の断面は、方形形状、円形形状、楕円形形状など適宜選択すればよい。また、金属筒４の断面形状はｚ方向に対して階段状、あるいはテーパ状など、徐々に変化していてもよい。さらに、スロット３とスロット４とで金属筒４の形状が異なっていてもよい。

この発明に係る導波管スロットアレーアンテナは、給電点における反射を改善し、かつ、広角のグレーティングローブを抑圧し、車載レーダとして有用である。

Claims

矩形導波管の幅広面に、当該矩形導波管の管軸に対して所定角度傾斜した矩形スロットを、１／２管内波長の間隔で、当該矩形導波管の幅広面の管軸方向に沿う中心線に対して交互に反対の位置にそれぞれ複数個配置した導波管スロットアレーアンテナにおいて、
前記中心線に対して同じ側にあるスロット同士は、長さ、幅、および前記中心線からの距離が同一であって、かつ、前記中心線に対して反対の位置にあるスロットとは、長さ、幅、または前記中心線からの距離のうち、少なくともいずれか一つが異なる
ことを特徴とする導波管スロットアレーアンテナ装置。
請求項１に記載の導波管スロットアレーアンテナ装置において、
前記スロットの上部に、所定の断面積及び深さを有する金属筒を、前記スロットを塞がないようにそれぞれ設けた
ことを特徴とする導波管スロットアレーアンテナ装置。