JPH03195105A - 方形導波管スロットアレイアンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、通ｆ３用アンテナ・放送用アンテナ等に用い
て好適の方形導波管スロットアレイアレイに関する。

〔従来の技術〕

従来の方形導波管内の伝播モードとしては、第７ｔ２１
の直交座標系における電波伝播の説明図（同図（ａ）は
電磁界分布を示し、（ｈ）は電流分布を示す、）に示す
ように、直交座標系で表される減衰の最も小さい基本モ
ード（Ｔ　Ｅ　＋。、ＴＥ、、波）が用いられる。した
がって方形導波管は、遮断周波数く遮断周波数をｒｃ、
光の速さをＣ５方形導波管の長辺をａとするとｒｃ＝　
ｃ／　２　ａ）から他の高次モードの減衰域となるよう
な周波数（ｆ（”　＝ｃ／ａ）まての範囲内で使用され
るため、長辺ａは、λを自由空間波長とするとａ＝λ／
１．０６〜１．５６の範囲にあり、短辺すはほぼａ／２
となるのが一般的である。

そして、従来のスロットアレイアンテナは、上述のよう
な方形導波管の管壁にスロットを切ったものであり、こ
のアンテナでは、第８図の斜視図に示すように、管壁の
電流が半波長λｇ／２（λｇを管内波長とする）ごとに
方向が逆になるので、それに会わせてスロットの傾斜方
向も交互に逆になっている。これにより、一対のスロッ
トから放射される電波のさ成型界のＺ成分は同位相とな
って加え３わゼられ、Ｙ成分は逆位相となって相殺され
る。したがって、第８図のような配置の場きは、直線偏
波を放射する。放射される電波の指向性は、ＸＹ面では
ビーム幅が１６°〜２０°と広く、ｘＺ面ではビーノ、
幅がスロワｌ−のアレイ数に比例して１°　〜２°と秋
くなる。

〔発明が解決しようとする課題〕

衛星放送と命星通ｆ、Ｅとでは、それぞれの電波の到来
方向が約４０°違うため、従来それぞれ用に個別にアン
テナを設置する必要があった。

また、スロットアレイアンテリ′を攻数並べると、ビー
ム幅を狭くてき、利得を高くてきるが構造が複雑になり
重量がまし、生産コストが高くなるという問題点がある
。

本発明は、これらの問題点の解決をはかろうとするもの
で、ｔ１７星放送用と衛星通信用との給電部をアンテナ
の左右に別個に取ｆ・１゛け、また、それぞれのビーム
を大きくチルトさせたり、左右円偏波を発生さぜたり、
円偏波直線偏波を発生さぜたりすることにより、１′ノ
のアンテナで、衛星放送と衛星通信とを共に受信できる
とともに、簡単な構造て軽量となり生産コストを下げる
ことができる、方形導波管スロワＩ・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〕

このため、本発明の方形導波管スロワＩ・アレイアンテ
ナは、相互に離隔して対向するように配設されたほぼ１
ノ形な一対の金属板と、同一対の金属板の長さ方向の対
向する二辺に設けられた２つの電力ａＦ、給用開用開口
上記一対の金属板のいずれか一方に列設された多数の電
力放射用スロワ１へとで構成される方形導波管線路と、
上記各電力供給用開口に接続された給電手段とをそなえ
、上記の各給電手段から電力が、電界方向が上記電力供
給用開口の高さ方向に平行な基本モードのほぼ平面波と
して給電されることを特徴としている。

〔作　　用〕

上述の本発明の方形導波管スロットアレイアンテリでは
、左右２り所に設けられた給電手段によって方形導波管
線路空間へほぼ平面波である電力が左右から供給される
と、電力放射用スロットを通じて電力が自由空間へ放射
される。

そしてまた、上記作用に加えて、左右２つの給電部へそ
れぞれ異なる周波数で電力を給電することにより、１つ
のアンテナで２つの異なる周波数の電波をそれぞれ異な
る方向へ放射する作用が行なわれる。

〔実　施　例〕

以下、図面により本発明の一実施例としての方形導波管
スロットアレイアンテナについて説明すると、第１図は
その斜視図、第２図は第１図のものとは別の形のスロッ
ト配置の場合の斜視図、第３図は導波管中に遅波手段を
配置したスロットアレイアンテナでの電波の遅波率（管
内波長の短縮率）の周波数特性を示すグラフ、第４図お
よび第５図はその指向性を説明する説明図である。第６
図はその給電部の変形例を示した斜視図である。

第１図に示すように、相互に離隔して対向するように奥
行きすなわち幅がＷ（３λ。以上、ここでλ０は自由空
間波長である）、長さがＬ（Ｌは１０λ０以上でＬＡＷ
）のほぼ方形な一対の金属板１゜２が配設され、これら
一対の金属板１，２の長さ方向の向き音う二辺は互いに
金属壁３．４により連結されて内部に方形導波管空間Ｓ
を形成している。一対の金属板１．２の幅方向の向き合
う二辺間には、それぞれ電力供給用開口５．６が形成さ
れ、金属板１には幅方向に平行な多数の電力放射用スロ
ットＩ１１が一定間隔のもとに列設されている。そして
、これら金属板１．２と金属壁３．４とで方形導波管線
路が構成されている。導波管線路内部には、電波を遅波
させるための誘電体製の遅波手段７が配置されている。

また電力供給用開口５．６には給電手段としてのホーン
型導波管８．９が接続されている。なお、ホーン型導波
管８．９の内部には誘電体製の電波レンズ１０．１１が
配設されている。ここではホーン型導波管８，９の内部
に設ける電波レンズ１０．１１に誘電体を用いたが、こ
れらの遅波手段のほかにも金属板や、コルゲート等の電
波レンズを用いることもてきる。

上述の構成により、ホーン型導波管８．９のそれぞれに
電界方向がＺ方向を向く電力が給電されると、各々の電
力は、同位相面が仮想波源点を中心とするほぼ同心円状
に伝播していくが、この各々の電力は電波レンズ１０．
１１を通過する間にほぼ平面波と見なせるモードに変換
される。

ポーン型導波管８からＢＳ用の周波数帯の電波を給電し
、ポーン型導波管９からＣ８用の周波数帯の電波を給″
；すると、両側から給電された電波は、それぞれ電力放
射用スロワ１司」を励振して電力を自由空間に放射する
０周波数と遅波率〈自由空間波長＾Ｏ１管内波長λｇと
して、ξ−λビ／λＯとなる〉との関係は、スロットの
特性から第３図のように変化し、スロットの共振周波数
の前後で遅波率は大きく変化する。この性質を利用する
と１つの遅波回路で異なる２つの遅波率を共振周波数の
前後の周波数で得られる。

ちなみにＢＳの周波数帯は１１．７〜１２．０［Ｇ［Ｉ
ｚｌて、ＣＳの周波数帯は１２．２５〜１２．７５が［
［：ｌＩｚ］である。

したがって、この画周波数帯の間に共振周波数が存在す
るように設定すると、Ｃ３，［３Ｓ用にそれぞれに異な
る遅波率が得られる。また、第４図において、信白波長
をλｇ、自由空間波長をλＯ，電力放射用スロット間隔
をＳＰ、電力の放射角をθとすると、θ−ｃｏｓ−’　
（λ。／Ｓｐ−λ。／′λビ）というｒ’Ａ　係が成り
立つので、この２つの異なる遅波率（例えば、［ｌＳの
周波数帯では０．７６、ＣＳの周波数帯では０．８１）
となる遅波回路を使用し、スロット間隔Ｓｐを１５．３
ｍｍにすれば、第５図に示すようにＢＳのビームＰ１は
正面方向からＡ方向ｌ＼約２０°傾！Ｊることができく
この場合θ−７０，２６°となる）、Ｃ８のビームＰ２
は正面方向からＢ方向ｌ＼約２０’傾０ることができく
この場合θ−７０，５５°となる）、両名′のビーム間
には約４０°の開きが生じる。こりにより、■白のアン
テナてＢＳとＣ５との両電波を受信することが可能とな
る。

また第２図のようなスロット配置、すなわちス〜］ツト
１ａのほかに各スロットＩＩＬをはさんで互いに直交す
る傾斜をもつスロット１ｂと１０とからなるスロワ１へ
パターンにすれば、左右円偏波を異なる方向に発生させ
ることもできる。

また、ビームをチル１へさせる必要があるため、遅波回
路がなくてもスロット間隔が１波長より大きくならない
。よって遅波回路をなくすことも可能である。

さらに、金属壁３．４は給電された電力がほぼ下面波と
なるため、取り外すこともてきる。

次に、第６図により給電部の変形例について説明リーる
と、連結孔１２ａ　、　１３ｂを設りられた穴あき導波
管１２．１３が給電手段として用いられている。そして
ここでは連結孔１２ｍ、ＩＩＬ＋が約手波長スロワｌ−
とされたものが示されている。なおその他の構成は第１
図に示したものと同様である。この構成により給電電力
は、連結孔１２ａ、１３ｂを通して方形導波管空間Ｓ内
に平面波として伝播されていく。

ところζ、連結孔１２ａ　、　１３Ｌ＋は、スロワ１−
の場合はその幅、長さ、傾斜角度および配置などを変え
ることにより、はぼ円形な穴の場合はその大きさを変え
ることにより、方形導波管Ｓ内を伝する内部電磁界の分
布を制御でき、これにより放射電力の開口分布を一様に
することができる。その他の作用効果は前述の第１図の
ものの場合と同様である。

なお、給電手段としてはこれらの実施例のほかに、オフ
セット型反射鏡、グレゴリアン型反射鏡、カセグレン型
反射鏡およびパラボラ型反射鏡等を用いることができる
。その場合も前述の第１図のものの場合と同様な作用効
果が得られる。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、本発明の方形導波管スロットアレ
イアンテナによれば、次のような効果ないし利点が得ら
れる。

（１）左右２つの給電部ｌ＼それぞれ異なる周波数で電
力を給電することにより、１つのアンテナで２つの異な
る周波数の電波をそれぞれ異なる方向へ放射するアンテ
ナが得られる。

（２）上記（１）の理由により、衛星放送と衛星通信と
を共に受信可能なアンテナを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１〜４図は本発明の一実施例としての方形導波管スロ
ットアレイアンテナを示すもので、第１図はその斜視図
、第２図は第１図のものと異なったスロワ１〜配列をそ
なえたものの斜視図、第３図は遅波率と周波数の関係を
示すグラフ、第１１図およ第５図はいずれもその指向性
を説明する説明図、第６図は第１図のものと異なった給
電部をそなえたものの斜視図、第７〜８図は従来の技術
を示すもので、第７図（ａ）ＪＵよび（ｂ）はいずれも
その直交座標系における電波伝播の説明図、第８図はそ
のストフッＩ・アレイアンテナの斜視図。 １．２・・・金属板、ｌａ、１１＋・・・電力放射用ス
ロット、３、・・１・・・金属壁、５，６・・・電力供
給用開口、７−・・遅波回路、８．９・・・ホーン型導
波管、１０．１１・・・ホーン型導波管、１２．１３・
・・方形導波管、１３ｍ　、　１４ｍ・・連結孔、Ｓ・
・方形導波管空間、ＳＰ・・・スロット間隔、ｄ・・・
方形導波管線路の高さ、Ｗ・・・方形導波管線路の幅、
Ｌ・・・方形導波管線路の長さ、ｐ、ｐｔ、Ｐｚ・・・
主ｔコープ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 相互に離隔して対向するように配設されたほぼ方形な一
   対の金属板と、同一対の金属板の長さ方向の対向する二
   辺に設けられた２つの電力供給用開口と、上記一対の金
   属板のいずれか一方に列設された多数の電力放射用スロ
   ットとで構成される方形導波管線路と、上記各電力供給
   用開口に接続された給電手段とをそなえ、上記の各給電
   手段から電力が、電界方向が上記電力供給用開口の高さ
   方向に平行な基本モードのほぼ平面波として給電される
   ことを特徴とする、方形導波管スロットアレイアンテナ
   。