JP4021150B2

JP4021150B2 - スロットアレーアンテナ

Info

Publication number: JP4021150B2
Application number: JP2001019945A
Authority: JP
Inventors: ウー・ホクホア
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 2001-01-29
Filing date: 2001-01-29
Publication date: 2007-12-12
Anticipated expiration: 2021-01-29
Also published as: US20020101385A1; JP2002223115A; US6535173B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はスロットアレーアンテナの給電口の配置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
アレーアンテナは複数のアンテナをあるパターンに配置し、単一アンテナで得られない特性をもたせることのできるアンテナ系である。また、アレーアンテナを構成する各素子アンテナの位相を制御することによってアンテナ系全体の指向性を制御することが可能なので、アンテナ本体を機械的に動かすことなくビーム走査アンテナとして利用することができる。
【０００３】
近年、無線通信技術の目覚ましい発展に伴って、各種通信機器に割り当てられた周波数帯域が不足がちになってきており、これを補うために周波数の有効利用とさらなる高域への移動が必要な状況となってきた。この周波数の有効利用と高域への移動のために必要な技術開発が緊急課題になっている。
【０００４】
例えば、ほとんど基礎研究にしか用いられることがなかったミリ波が、高度道路交通システム（ＩＴＳ：Intelligent Transport System）に用いられるようになる。近い将来、日本や欧米のような車社会においては、ミリ波関連通信機器が家電並みに爆発的に利用されるようになることが予測される。
【０００５】
上述のような状況において、ミリ波通信の分野で各種部品と装置のミリ波化が必要不可欠になることは必然である。この中でミリ波通信を担う最重要装置のひとつはアンテナである。ミリ波信号を送受信できるアンテナなしではミリ波通信は成立しない。現在、ミリ波通信の研究開発に参加している世界中の研究機関、メーカーは競って高性能なミリ波アンテナを開発している。今まで開発されたミリ波アンテナの構成はさまざまあるが、この中で特性的にかなり優れているミリ波アンテナのひとつはスロットアレーアンテナである。
【０００６】
スロットアレーアンテナは、その名の通り、従来の複数のスロットアンテナを素子アンテナとして、あるパターンに配置したアレーアンテナである。各スロットアンテナの寸法と配置によってある領域内に所望の電界分布が得られる。例えば、複数の前記スロットアンテナを二次元的に正方形領域内に配置し、一様な方向、位相と振幅の電界分布を得ることができる。このようなアンテナの放射特性は一様な電界分布を有した開口面アンテナの放射特性と理論的にほぼ同じであるが、構成の自由度や電界分布の均一性が開口面アンテナより優れている。
【０００７】
図２は従来の二次元的なアレーアンテナの基本構成である。図中の２０はアレーアンテナの信号源または給電口である。２１はアレーアンテナを構成する素子アンテナである。２２は各素子アンテナと信号源を結ぶ伝送路である。伝送路２２は同時に位相器の役割も果たしている。すなわち、信号源２０からそれぞれの素子アンテナまでの伝送路２２の長さはそれぞれの素子アンテナから放射される電磁波の位相を決定し、アレーアンテナ全体の放射特性に重大な影響を及ぼす。場合によってさらに位相調整を必要とするときに各伝送路に直列に位相器が追加されることもある。
【０００８】
図３は単一方形導波管を用いたスロットアレーアンテナの構成の例である。３１は導波管、３２は導波管３１の管壁に設けたスロットアンテナとなる細いスロット（切り口）である。各スロット３２の長さは通常、導波管３１に入力される電磁波の波長λの約半分程度で、幅は約その２０分の１程度である。図３に示されたスロットアレーアンテナのようなスロット３２の配置は導波管３１が基本モードであるＴＥ_１０モードで励振されるときで、各スロット３２の長さ方向は磁界が、幅方向は電界が分布している。
【０００９】
本願発明で扱っている導波管内の電磁波のモードは特に言及しない限りすべて基本モードＴＥ_１０モードである。また、各スロットの間隔は、一般的には図３で示すように、管内波長λｇの約半分で、同じ列の隣接しているスロットの中心間隔は導波管の管内波長λｇと同じ程度である。
【００１０】
導波管の管壁上に所望の電磁界分布を得るためには、各スロットの寸法と配置を調整することによってある程度実現できる。このようなスロットアレーアンテナは一次元的なアレーアンテナである。さらに、前記スロットアレーアンテナを複数並列に配置すると、広範囲で二次元的なスロットアレーアンテナを得ることができる。このようなスロットアレーアンテナが盛んに研究開発され、高利得なアンテナのひとつとして理論的にも実験的にも確認された。
【００１１】
参考文献：「ミリ波技術の基礎と応用」、ミリ波技術の基礎と応用編集委員会株式会社リアライス社、ｐ．１４０〜１８４、平成１０年７月３１日図４は従来の二次元的なスロットアレーアンテナを示す図であって、スロット板とプレートを分離した状態で示す分解斜視図である。なお、これ以降、特に言及しない限り、二次元的なスロットアレーアンテナをスロットアレーアンテナと略称する。
【００１２】
このスロットアレーアンテナは主に、スロット板と、導波管の働きをするプレートとから構成されている。図中の４１１はスロット板、４１２はプレートである。一般的に、スロット板４１１は薄い導体板でできており、その上にスロットアンテナとなるスロット（切り口）４２１が複数設けられる。プレート４１２はやや厚めの導体板の上にあるひとつの給電口から前記スロット板上にあるすべてのスロットに入力電磁波を給電できるように、方形の溝が設けられる。スロット板４１１とプレート４１２を重ねて接着すると丁度一列に並べられている導波管の管壁上にスロットの列ができ、系全体がスロットアレーアンテナとなる。スロット板とプレートに使われる導体の伝導率が高いほどオーミック損失が少なく、アンテナの低損失化に貢献する。また、スロット板４１１とプレート４１２の加工精度および接着精度もアンテナの放射特性に強い影響を及ぼす。
【００１３】
図５は前記スロット板４１１の平面図である。スロット４２１の形状は、基本的に長方形であるが、加工の都合から両端にまるみをもたせたことがある。上述したようにスロット４２１の長さは放射電磁波の約半波長で、幅は約２０分の１波長程度である。また、同じ列の隣接しているスロットの中心間隔は導波管の管内波長λｇと同じ程度である。
【００１４】
図６は前記プレート４１２の平面図である。図中の４３１は給電口である。破線の楕円で囲まれている部分４３２は、前記スロット板４１１とプレート４１２を接着させるとマイクロ波回路素子でいうＨ面分岐になる。給電口４３１から入力された電磁波は、Ｈ面分岐４３２において左右に電力的に同相の電磁波に二等分される。ここでは、突起４３３は従来のＨ面分岐の整合棒の役割を果たしている。前記Ｈ面分岐の左右につながっている溝は、前記スロット板４１１とプレート４１２を接着させると導波管になる。この導波管を給電導波管と呼ぶことにする。この給電導波管は給電口４３１の軸線に対して左右対称な構成となっている。このため、プレート４１２の構造の説明は片側だけで行う。４３４は放射導波管への給電口で、その寸法は給電導波管の断面とほぼ同じ程度である。給電導波管内のうち、各給電口４３４に対向する位置に突起４３５が設けられ、整合棒の役割を果たしている。また、給電導波管の先端から最終の給電口までの距離は、反射波を抑制するために管内波長λｇの約４分の１程度にする。給電導波管には、給電口４３４を介して複数の放射導波管４３７が直交方向に接続されている。放射導波管４３７は中央の壁４３６で２つに分けられている。各給電口４３４から入力する電磁波は、中央の壁４３６で二等分され、２本の放射導波管４３７に給電される。前記スロット板とプレートを接着させると、各放射導波管４３７の管壁上に複数のスロットができ、図３で示すような一次元的なアレーアンテナが得られる。このような構造なので、従来の二次元的なスロットアレーアンテナを構成する放射導波管４３７の本数は必ず４の倍数になる。所望の放射特性と使用周波数が決定すれば、およその放射導波管の本数と各放射導波管管壁上のスロットの数も決まるので、アンテナ全体の寸法もほぼ決まる。
【００１５】
図７はスロット板とプレートを接着させた後のスロットアレーアンテナの斜視図である。放射導波管内の電磁波のモードはＴＥ_１０モードなので、磁界方向はスロットの長さ方向で、電界方向はスロットの幅方向である。図中の５１はアンテナ全体の磁界方向、５２はアンテナ全体の電界方向を示している。すべてのスロットは同じ方向に配置されるのでアンテナ表面付近の電界方向はアンテナの縁を除いてほぼ５２と同じ方向になる。したがって、５２はアンテナの偏波方向と言えるわけである。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
一般的に、アンテナに望まれる特性は高利得、低サイドローブレベルであるが、利用目的によって、主ビーム幅や偏波方向等にも厳しい条件が要求されることがある。たとえば、近い将来、本格的に導入されるであろう衝突防止用自動車レーダシステムには前記スロットアレーアンテナが２個必要である。このうち、一つは送信アンテナ、他の一つは受信アンテナとして使用される。スロットアレーアンテナは直線偏波を利用するため、送信波と受信波は同じ方向に偏波し、送信アンテナと受信アンテナとは同じように設置すればよいことになる。
【００１７】
しかし、前方から同じような衝突防止用自動車レーダシステムを装着している車が向かってくれば、自分の送信した電波が反射して戻ってきたものなのか、相手方の送信した電波なのか、識別できないという現象が生じる。すなわち、衝突防止用自動車レーダシステムに利用する電波が垂直偏波または水平偏波のときに上述したような問題が生じてしまう。これに対して、スロットアレーアンテナの偏波面を垂直方向または水平方向に対して４５°傾ければ、すなわちアンテナ本体を垂直方向または水平方向に対して４５°傾ければ、自分の送信した電波の反射波と相手方の送信波の偏波面が互いに直交する。このため、送信アンテナと同じように受信アンテナを設置すれば、相手方の送信波が受信されることはない。従って、衝突防止用自動車レーダシステムの送信アンテナと受信アンテナは、両方とも４５°傾けて実装しなければならない。
【００１８】
しかし、従来の構成では、図６に示すように、スロットアレーアンテナの給電口４３１がプレートの端面上にあるので、仮に偏波方向を垂直方向または水平方向に対して４５°傾けるようにアンテナを実装すれば、給電口の位置のために、前記衝突防止用自動車レーダシステムの小型化が困難になる。すなわち、給電口の回転に伴ってこの給電口に接続された給電回路等の周辺機器も回転されることになり、そのような周辺機器の回転を許容するための無駄なスペースが多く生じてしまう。
【００１９】
本願発明はこのような欠点を除去し、アンテナ本体の給電口をアンテナの裏面中心に設けて、無駄なスペースの発生を抑制しながら、アンテナの偏波方向を自由に変えられるスロットアレーアンテナを提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、第１の発明にかかるスロットアレーアンテナは、電磁波が給電可能な第一の給電口と、前記第一の給電口から給電された電磁波を分配可能な給電導波管と、前記給電導波管で分配された電磁波を放射導波管へ給電可能な第二の給電口と、給電された電磁波を遠方に放射可能なスロットを有する放射導波管とを備えてプレート状に形成されたスロットアレーアンテナにおいて、前記第一の給電口と前記給電導波管との連結部にＨ面分岐が形成され、前記第一の給電口を前記プレートの一側面のほぼ中心に設けたことを特徴とする。前記放射導波管は並列に複数設けられると共に、前記給電導波管は前記放射導波管の長手方向の中央部に直交して重なるように設置することが望ましい。前記放射導波管及び当該放射導波管へ給電するときの整合棒の働きをする整合用突起は、２の倍数であることが望ましい。
【００２１】
前記構成により、前記第一の給電口を前記平板の一側面のほぼ中心に設けたので、第一の給電口に接続される給電回路等を第一の給電口の中心軸に沿って配設することにより、アンテナを回転させても給電回路等が大きく振れることがなくなる。この結果、給電回路等のためのスペースを小さくすることができ、装置全体の小型化を図ることができる。
【００２２】
第４の発明にかかるスロットアレーアンテナは、電磁波が給電可能な第一の給電口と、前記第一の給電口から給電された電磁波を分配可能な給電導波管とを備えた給電導波管プレートと、前記給電導波管で分配された電磁波を給電可能な第二の給電口と、前記第二の給電口から給電された電磁波を分配可能な放射導波管とを備えた放射導波管プレートと、給電された電磁波を遠方に放射可能なスロットを備えたスロット板とからなり、前記第一の給電口と前記給電導波管との連結部にＨ面分岐が形成され、前記第一の給電口を前記給電導波管プレートのほぼ中心に設けると共に、前記放射導波管プレートの表面と前記放射導波管プレートの裏面とを接着させ、さらに前記放射導波管プレートの表面と前記スロット板の裏面を接着させたことを特徴とする。
【００２３】
前記構成により、前記給電導波管プレートの表面と前記放射導波管プレートの裏面を接着させると共に、前記放射導波管プレートの表面と前記スロット板の裏面を接着させることで、スロットアレーアンテナが構成される。また、第一の給電口を前記給電導波管プレートのほぼ中心に設けることで、給電回路等のためのスペースを小さくすることができ、装置全体の小型化を図ることができる。
【００２４】
第５の発明にかかるスロットアレーアンテナは、第４の発明にかかるスロットアレーアンテナにおいて、前記給電導波管プレートが、前記給電導波管内の前記第一の給電口側管壁上に前記放射導波管へ給電するときの整合棒の働きをする整合用突起を前記第二の給電口に対向して偶数設けられ、前記放射導波管プレートが、前記第二の給電口及び前記放射導波管を前記給電導波管の整合用突起と同数設けられ、この第二の給電口と放射導波管との連結部にＥ面分岐を形成されると共に、前記給電導波管のＨ面分岐の整合棒の働きをする整合用突起を前記第一の給電口に対向して設けられ、前記スロット板が、その裏面に前記放射導波管のＥ面分岐の整合棒の働きをする整合用突起を前記放射導波管と同数備えると共に、前記スロットを前記放射導波管上にほぼ一様に分布させたことを特徴とする。
【００２５】
前記構成により、Ｈ面分岐、給電導波管、第二の給電口、Ｅ面分岐、整合用突起によって、第一の給電口から給電された電磁波を放射導波管まで効率的に伝送させることができ、スロット板のスロットで電磁波を放射させることができると共に、その機能を維持した状態で、給電回路等のためのスペースを小さくすることができ、装置全体の小型化を図ることができる。
【００２６】
第６の発明にかかるスロットアレーアンテナは、第１ないし第５の発明のいずれかにかかるスロットアレーアンテナにおいて、前記給電導波管と各放射導波管との間に、前記第二の給電口より狭くしてインピーダンスを調整する給電窓を設けたことを特徴とする。
【００２７】
前記構成により、給電窓の寸法を調整することにより、インピーダンスを調整することができる。
【００２８】
第７の発明にかかるスロットアレーアンテナは、第６の発明にかかるスロットアレーアンテナにおいて、前記給電導波管プレートと前記放射導波管プレートの間に補助導体板を導入し、前記補助導体板のうち前記放射導波管プレートの前記第二の給電口の一部分を遮蔽する前記給電窓を備えたことを特徴とする。
【００２９】
前記構成により、給電窓の寸法の異なる複数の補助導体板を適宜取り付けることにより、容易にインピーダンスを調整することができる。
【００３０】
第８の発明にかかるスロットアレーアンテナは、第７の発明にかかるスロットアレーアンテナにおいて、前記給電導波管プレートのＨ面分岐の整合用突起を前記補助導体板上に設けたことを特徴とする。
【００３１】
前記構成により、整合用突起を前記補助導体板上に設けたので、給電窓を、整合用突起に制約されることなく、最適なインピーダンス調整になるように寸法設定することができる。
【００３２】
第９の発明にかかるスロットアレーアンテナは、第１ないし第８の発明のいずれかにかかるスロットアレーアンテナにおいて、前記放射導波管プレートの前記放射導波管の本数が２の倍数であることを特徴とする。
【００３３】
前記構成により、放射導波管の本数が２の倍数であるため、設計の自由度が増し、スロットアレーアンテナを、用途に応じた機能を持たせてコンパクトに製造することができる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００３５】
本実施形態のスロットアレーアンテナは、大きく分けると三つの部分、すなわち給電導波管プレート、放射導波管プレート及びスロット板で構成されている。これらは独立に加工され、最後に互いに位置合わせして接着される。接着方法としては各種のものが用いられる。例えば、ネジでとめる方法、導電性接着剤を用いる方法、熔接する方法等があるが、本願発明では接着方法を限定せず、アンテナを構成する前記三つの部分が互いに完全に電気的に接続し、特性劣化の原因となるような接続不良、すなわち、接続の隙間、過剰な接着剤の使用等による接続不良さえなければどのような接着方法を用いてもよい。
【００３６】
図１は給電導波管プレート、放射導波管プレート及びスロット板を分解してその裏面側から示すスロットアレーアンテナの分解斜視図、図８はスロットアレーアンテナを表面側から示す分解斜視図である。図中の１１１は給電口と給電導波管を備えた給電導波管プレートである。１１２は放射導波管を備えた放射導波管プレートである。１１３はスロットを備えたスロット板である。これらは互いに重ねられて前記接着方法で接着されている。
【００３７】
図９は給電導波管プレート１１１を裏面から示す斜視図、図１０は給電導波管プレート１１１を表面から示す斜視図である。図中の１２１は外部の給電回路から電磁波が給電される第一の給電口で、給電導波管プレート１１１の中心にその表裏を貫通して設けられている。この給電口１２１はアンテナを使用するときに方形導波管と接続するためのものであるため、給電口１２１の形状および寸法は前記方形導波管の開口面と同じように加工される。なお、アンテナの給電口と前記方形導波管を接続させるために、給電口の周りには、ネジ穴および位置合わせのピン穴（いずれも図示せず）が設けられている。
【００３８】
図中の１２２は第一の給電口１２１から給電された電磁波を分配する給電導波管である。この給電導波管１２２の中心に給電口１２１が接続されている。給電口１２１と給電導波管１２２の連結部はＨ面分岐１２３を形成する。給電口１２１の両側（左右）に位置する給電導波管１２２は対称なので、入力される電磁波は二等分され、それぞれの導波管に給電される。さらに、前記電磁波は、後述する放射導波管プレート１１２の給電口１３２を通して放射導波管１３３に給電されることになるが、給電口１３２を整合するために給電導波管内側の管壁上の給電口１３２に対向する位置に整合棒の働きをする整合用突起１２４が設けられている。整合用突起１２４の数は前記給電口１３２の数と同じである。
【００３９】
図１１及び図１２はそれぞれ放射導波管プレート１１２の裏面と表面を示している。図中の１３１はＨ面分岐の整合用突起である。１３２は放射導波管プレート１１２の放射導波管１３３の第二の給電口である。給電口１３２は、放射導波管プレート１１２の表面まで貫通し、放射導波管１３３の中心と接続する。本実施形態におけるスロットアレーアンテナの放射導波管１３３は給電口１３２を中心にして給電口１３２の配列と直交する方向に設けられている。この放射導波管１３３の本数は２の倍数（偶数）で、それぞれの放射導波管１３３にひとつずつ給電口１３２が設けられる。給電導波管プレート１１１の表面と放射導波管プレート１１２の裏面を接着させると、給電口１３２に対向する位置に整合用突起１２４が配置されることになり、給電電磁波が効率よくそれぞれの給電口１３２に入力される。
【００４０】
給電口１３２は放射導波管１３３とその長手方向の中心で接続され、これらの連結部はＥ面分岐１３４を形成している。給電口１３２からの入力電磁波は電力的に左右に二等分されるが、Ｅ面分岐なので位相的に逆相となる。しかし、スロット板１１３上の後述するスロット素子１４２の配置の工夫ですべてのスロット素子開口面の電磁界の方向を一様にすることができる。すなわち、スロット素子１４２をスロット板１１３上の電流力線または磁流力線が同じ方向に流れるところに配置すればよい。電流力線または磁流力線は前記Ｅ面分岐の位置と管内波長から求められる。
【００４１】
さらに、設計の都合によって前記給電口１３２の寸法を本実施形態で使用する導波管の断面より狭くし、インピーダンス調整を行う場合もある。すなわち、前記給電口１３２を給電窓にすることがある。このようなインピーダンス調整は次のような方法も考えられる。例えば、インピーダンス調整を行う必要があるときは補助導体板を用いる。前記放射導波管プレートを加工する過程では、前記給電口１３２の寸法を狭くせずにそのままにする。前記給電導波管プレートの表面と前記放射導波管プレートの裏面の間に比較的に薄い前記補助導体板を導入する。この補助導体板上には、前記給電口１３２と同数、同じ配置、同じ形状の貫通穴を設けるが、それぞれの貫通穴の寸法は前記給電口１３２の寸法より小さくする。前記給電導波管プレートの表面、新しく導入した補助導体板、前記放射導波管プレートの裏面をそれぞれ接着させると、前記補助導体板の貫通穴がそれぞれ前記給電口１３２の一部分を遮蔽して前記給電口１３２が給電窓として機能し、インピーダンス調整が行えるようになる。
【００４２】
また、放射導波管プレート１１２に給電導波管プレート１１１のＨ面分岐の整合用突起１３１が備えてあるので、前記補助導体板を導入する際にはその整合用突起１３１の機能を妨げないようにする。具体的には、前記補助導体板に設けられる貫通穴を前記インピーダンス調整との兼ね合いで、前記整合用突起１３１と同様な寸法またはそれよりやや広く設定する。これにより、前記補助導体板と放射導波管プレート１１２の裏面を接着させても整合用突起１３１が前記補助導体板の表面から突き出して、補助導体板を導入する以前と同じように給電導波管プレートのＨ面分岐の整合棒の働きをする。また、前記補助導体板を導入しても給電導波管プレート１１１のＨ面分岐の整合用突起１３１の機能を妨げないもうひとつの方法は、整合用突起１３１を放射導波管プレート１１２の裏面に設けるのではなく、前記補助導体板の上に設ける手段がある。これにより、前記補助導体板を放射導波管プレート１１２の裏面と接着させると、放射導波管プレート１１２の給電口１３２が給電窓になると同時に給電導波管プレート１１１のＨ面分岐の整合用突起１３１が所定の位置に配置されるので、前記補助導体板に放射導波管プレート１１２の整合用突起１３１を通すための貫通穴を設ける必要はなくなる。
【００４３】
一方、前記補助導体板を導入することによって、前記給電口１３２の一部分を遮蔽する貫通穴の寸法を自由に変えられるようになるので、インピーダンス調整が容易に行える。すなわち、さまざまな寸法の貫通穴を備えた複数の助導体板を用意し、給電導波管プレ一ト１１１と放射導波管プレート１１２の間に適宜選択した補助導体板を挿入してインピーダンス特性を測定することで、実質的にインピーダンス調整が可能になると共に、反射の少ない最適な補助導体板を選択することができる。
【００４４】
図１３はスロット板をその裏面から示す斜視図、図１４はスロット板をその表面から示す斜視図である。図中の１４１は前記放射導波管プレート１１２のＥ面分岐１３４の整合棒の働きをする整合用突起で、スロット板１１３の裏面に設けられている。この整合用突起１４１は、放射導波管プレート１１２の表面とスロット板１１３の裏面を接着させたときに、放射導波管プレート１１２の各放射導波管１３３のＥ面分岐１３４の真ん中に位置するように配設されている。Ｅ面分岐１３４は横一列に並んでいるため、整合用突起１４１も横一列に配設されている。一方、１４２はそれぞれの放射導波管１３３のスロット素子で、このスロット素子１４２から電磁波が放射される。スロット板１１３上のスロット素子１４２の配置は、従来のスロットアレーアンテナの場合のスロット素子の配置と基本的に変わらない。しかし、従来のスロット板４１１の場合は、放射導波管の構成の違いから、図５に示すように、スロット素子４２１がスロット板４１１上の上部に偏って配置されていたが、本実施形態では、図１３及び図１４に示すように、スロット素子１４２はスロット板１１３の中央に配置されている。
【００４５】
以上の構成のスロットアレーアンテナは、衝突防止用自動車レーダシステム等の送信及び受信用のアンテナとして用いられる。
【００４６】
また、給電回路等の周辺機器は、第一の給電口１２１の中心軸方向に配設される。これにより、スロットアレーアンテナが必要に応じて回転されるとき、スロットアレーアンテナと同じ中心軸上で回転するようになっている。
【００４７】
（動作）
前記構成のスロットアレーアンテナの動作は、従来のスロットアレーアンテナとほとんど同じである。なお、ここで述べる動作の説明では、部分的な図を用いるが、実際にスロットアレーアンテナとして動作するのは、給電導波管プレート１１１、放射導波管プレート１１２およびスロット板１１３が完全に接着された後である。
【００４８】
図９に示す給電口１２１に基本モードの電磁波が給電されると、電磁波はＨ面分岐１２３において電力的に二等分された同相の電磁波に分配され、左右の給電導波管１２２に給電される。前記Ｈ面分岐における不整合損失は図１１の整合用突起１３１の影響で低く抑制される。前記給電導波管１２２の上部管壁となる放射導波管プレート１１２の裏面に放射導波管１３３の本数だけ給電口１３２が設けられているので、そこから電磁波がそれぞれの放射導波管に給電される。このとき、各給電口１３２に対向して設けられた整合用突起１２４のために不整合損失が低く抑制される。これにより、給電口１２１より給電される電磁波が給電導波管１２２および給電口１３２を通ってそれぞれの放射導波管１３３に効率よく分配される。
【００４９】
前記各給電口１３２はそれぞれの放射導波管１３３の中央部とＥ面分岐１３４を形成するため、各給電口１３２からの入力電磁波は電力的に給電口１３２に対して左右に二等分されるが、Ｅ面分岐なので位相的に互いに逆相となる。このとき、スロット板１１３の裏面の各Ｅ面分岐１３４の整合用突起１４１によって給電口１３２における不整合損失が低く抑制される。
【００５０】
一方、各放射導波管１３３の上にスロット板１１３が接着された状態では、結果的に各放射導波管１３３の管壁表面側にスロット素子１４２が位置することになる。また、スロット素子１４２は、スロット素子開口面の電磁界の方向が一様になるように、すなわち、スロット板１１３上の電流力線または磁流力線が同じ方向に流れるところに配置されるので、スロットアレーアンテナの表面上に、離散的ではあるが、同じ方向の電磁界源が分布することになる。これにより、各スロット素子１４２の寸法および配置次第で、遠方の特定の領域に強力に電磁波を放射することができる。言い換えれば、給電口１２１より給電された電磁波がスロットアレーアンテナを通して遠方の特定の領域に効率よく伝送されるわけである。
【００５１】
このとき、衝突防止用自動車レーダシステムのように、偏波方向を調整するために装置全体を回転させる必要があるときには、スロットアレーアンテナを適宜回転させる。スロットアレーアンテナを回転させると、それに伴って給電回路等の周辺機器も回転するが、これらはスロットアレーアンテナの中心軸上を回転するため、最小限のスペース内で回転する。
【００５２】
なおここでは、スロットアレーアンテナを送信用のアンテナとして使用した場合を例に説明したが、本発明はこれに限らず、受信用のアンテナとして使用することもできる。
【００５３】
可逆定理は一般的にすべてのアンテナに対して成立するため、送信特性と受信特性はまったく同じになる。上述した動作ではすべて送信の場合を例に説明したが、受信の場合は、上述した動作と逆の現象を辿ることになる。このため、第一の給電口１２１に受信回路等の受信装置を接続して、受信アンテナとすることもできる。これにより、微弱な電磁波が放射導波管１３３に入力すると、その電磁波は、放射導波管１３３、第二の給電口１３２、給電導波管１２２を伝搬しながら上述した動作を逆に辿り、互いに整合して強い電磁波になって、第一の給電口１２１から受信装置に出力する。この結果、微弱な電磁波を効率的に受信することができると共に、特定方向からの電磁波を効率的に受信することができる。
【００５４】
（効果）
以上のように、スロットアレーアンテナの第一の給電口１２１を裏面の中心に設けることで、偏波方向を変える必要があるときに、前記給電口１２１の中心軸を中心にアンテナ全体を回転させることができるようになる。すなわち、従来のスロットアレーアンテナの場合と異なって、給電回路等の周辺機器の位置をほとんど変えることなく所望の偏波方向を設定することができるようになる。この結果、給電回路等の周辺機器を前記給電口１２１の中心軸を中心にアンテナ全体と一緒に回転させることができるようになるため、内部の無駄なスペースを設ける必要がほとんどなくなり、スロットアレーアンテナを小型化することができる。
【００５５】
また、スロットアレーアンテナを、どのような偏波方向にも簡単に対応できる構造になっている衝突防止用自動車レーダシステムに用いる場合も、この衝突防止用自動車レーダシステムの小型化に大きく貢献することができる。
【００５６】
さらに、従来の二次元的なスロットアレーアンテナを構成する放射導波管の本数が必ず４の倍数になるのに対して、本願発明スロットアレーアンテナの場合は放射導波管の本数を２の倍数にすることができるため、設計の自由度が従来の場合と比べて広くなり、スロットアレーアンテナ自体も小型化することができる。
【００５７】
（変形例）
（１）上述した本実施形態のスロットアレーアンテナでは、第一の給電口１２１を、給電導波管プレート１１１の正確な中心位置に設けたが、この給電口１２１は給電導波管１２２に対して正確な中心位置に設けられていれば足り、給電導波管プレート１１１に対しては多少ずれていてもよい。すなわち、給電導波管１２２を給電導波管プレート１１１に対して適宜ずらして給電口１２１の位置を調整し、給電回路等の周辺機器の回転中心に整合させるようにしてもよい。これにより、無駄なスペースをさらに減らすことができる。
【００５８】
（２）上述した本実施形態のスロットアレーアンテナは、ミリ波通信用に適し、衝突防止用自動車レーダシステムに限らず、この衝突防止用自動車レーダシステム以外のＩＴＳ用アンテナや、ＥＴＣとして使用することもできる。
【００５９】
（３）スロット素子の数を増やすことで、放射利得をさらに高くすることができると共に、主ビーム幅も鋭くなるので、パラボラアンテナのような高利得アンテナとして使用することも可能である。例えば、電話通信基地局中継用アンテナ、テレビ基地局中継用アンテナ、衛星通信用アンテナ、電波天文学の電波望遠鏡用アンテナ等として使用することができる。
【００６０】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明のスロットアレーアンテナでは、次のような効果を奏する。
【００６１】
（１）第一の給電口をプレート状のアンテナの一側面のほぼ中心に設けたので、第一の給電口に接続される給電回路等を第一の給電口の中心軸に沿って配設することにより、アンテナを回転させても給電回路等が大きく振れることがなくなる。この結果、給電回路等の周辺機器のためのスペースを小さくすることができ、装置全体の小型化を図ることができる。
【００６２】
（２）給電導波管プレートと、放射導波管プレートと、スロット板とからなり、給電導波管プレートの表面と放射導波管プレートの裏面を接着させると共に、前記放射導波管プレートの表面と前記スロット板の裏面を接着させるようにしたので、容易にスロットアレーアンテナを成型できると共に、第一の給電口を前記給電導波管プレートのほぼ中心に設けたので、給電回路等のためのスペースを小さくすることができ、装置全体の小型化を図ることができる。
【００６３】
（３）前記給電導波管プレートには、前記第一の給電口と前記給電導波管との連結部にＨ面分岐を形成されると共に、前記給電導波管内の前記第一の給電口側管壁上に前記放射導波管へ給電するときの整合棒の働きをする整合用突起を前記第二の給電口に対向して偶数設けた。また、前記放射導波管プレートには、前記第二の給電口及び前記放射導波管を前記給電導波管の整合用突起と同数設けられ、この第二の給電口と放射導波管との連結部にＥ面分岐を形成されると共に、前記給電導波管のＨ面分岐の整合棒の働きをする整合用突起を前記第一の給電口に対向して設けた。さらに、前記スロット板が、その裏面に前記放射導波管のＥ面分岐の整合棒の働きをする整合用突起を前記放射導波管と同数備えると共に、前記スロットを前記放射導波管上にほぼ一様に分布させた。以上の構成により、Ｈ面分岐、給電導波管、第二の給電口、Ｅ面分岐、整合用突起によって、第一の給電口から給電された電磁波を放射導波管まで効率的に伝送させることができ、スロット板のスロットで電磁波を放射させることができるようになると共に、その機能を維持した状態で、給電回路等のためのスペースを小さくすることができ、装置全体の小型化を図ることができる。
【００６４】
（４）前記給電導波管と各放射導波管との間に、給電口より狭くしてインピーダンスを調整する給電窓を設けたので、この給電窓の寸法を調整することにより、インピーダンスを調整することができる。
【００６５】
（５）前記給電導波管プレートと前記放射導波管プレートとの間に比較的薄い補助導体板を導入し、この補助導体板のうち前記放射導波管プレートの各給電口と対向する位置に、各給電口より狭い寸法で給電口の一部分を遮蔽する給電窓を備えたので、給電窓の寸法の異なる複数の補助導体板を適宜取り付けることにより、容易にインピーダンスを調整することができる。
【００６６】
（６）前記給電導波管プレートのＨ面分岐の整合用突起を前記補助導体板の給電窓の位置に設けたので、この給電窓を、整合用突起に制約されることなく、最適なインピーダンス調整になるように寸法設定することができる。
【００６７】
（７）放射導波管プレートの放射導波管の本数が２の倍数にしたので、設計の自由度が増し、スロットアレーアンテナを、用途に応じた機能を持たせてコンパクトに製造することができる。この結果、スロットアレーアンテナを小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態にかかるスロットアレーアンテナをその裏面側から示す分解斜視図である。
【図２】従来の二次元的なアレーアンテナの基本構成を示す概略構成図である。
【図３】導波管を用いたスロットアレーアンテナを示す斜視図である。
【図４】従来のスロットアレーアンテナを示す分解斜視図である。
【図５】従来のスロットアレーアンテナのスロット板を示す平面図である。
【図６】従来のスロットアレーアンテナの導波管プレートを示す平面図である。
【図７】従来のスロットアレーアンテナの偏波方向を示す斜視図である。
【図８】本発明の実施形態にかかるスロットアレーアンテナをその表面側から示す分解斜視図である。
【図９】本発明の実施形態にかかるスロットアレーアンテナの給電導波管プレートをその裏面から示す斜視図である。
【図１０】本発明の実施形態にかかるスロットアレーアンテナの給電導波管プレートをその表面から示す斜視図である。
【図１１】本発明の実施形態にかかるスロットアレーアンテナの放射導波管プレートをその裏面から示す斜視図である。
【図１２】本発明の実施形態にかかるスロットアレーアンテナの放射導波管プレートをその表面から示す斜視図である。
【図１３】本発明の実施形態にかかるスロットアレーアンテナのスロット板をその裏面から示す斜視図である。
【図１４】本発明の実施形態にかかるスロットアレーアンテナのスロット板をその表面から示す斜視図である。
【符号の説明】
１１１：給電導波管プレート、
１１２：放射導波管プレート、
１１３：スロット板、
１２１：第一の給電口、
１２２：給電導波管、
１２３：Ｈ面分岐、
１２４：整合用突起、
１３１：Ｈ面分岐の整合用突起、
１３２：第二の給電口、
１３３：放射導波管、
１３４：Ｅ面分岐、
１４１：Ｅ面分岐の整合用突起、
１４２：スロット素子。

Claims

電磁波が給電可能な第一の給電口と、前記第一の給電口から給電された電磁波を分配可能な給電導波管と、前記給電導波管で分配された電磁波を放射導波管へ給電可能な第二の給電口と、給電された電磁波を遠方に放射可能なスロットを有する放射導波管とを備えてプレート状に形成されたスロットアレーアンテナにおいて、
前記第一の給電口と前記給電導波管との連結部にＨ面分岐が形成され、前記第一の給電口を前記プレートの一側面のほぼ中心に設けたことを特徴とするスロットアレーアンテナ。
請求項１に記載のスロットアレーアンテナにおいて、
前記放射導波管が並列に複数設けられると共に、前記給電導波管が前記放射導波管の長手方向の中央部に直交して重なるように設置したことを特徴とするスロットアレーアンテナ。
請求項２に記載のスロットアレーアンテナにおいて、
前記放射導波管及び当該放射導波管へ給電するときの整合棒の働きをする整合用突起が、２の倍数であることを特徴とするスロットアレーアンテナ。
電磁波が給電可能な第一の給電口と、前記第一の給電口から給電された電磁波を分配可能な給電導波管とを備えた給電導波管プレートと、
前記給電導波管で分配された電磁波を給電可能な第二の給電口と、前記第二の給電口から給電された電磁波を分配可能な放射導波管とを備えた放射導波管プレートと、
給電された電磁波を遠方に放射可能なスロットを備えたスロット板とからなり、
前記第一の給電口と前記給電導波管との連結部にＨ面分岐が形成され、前記第一の給電口を前記給電導波管プレートのほぼ中心に設けると共に、
前記放射導波管プレートの表面と前記放射導波管プレートの裏面とを接着させ、さらに前記放射導波管プレートの表面と前記スロット板の裏面を接着させたことを特徴とするスロットアレーアンテナ。
請求項４に記載のスロットアレーアンテナにおいて、
前記給電導波管プレートが、前記給電導波管内の前記第一の給電口側管壁上に前記放射導波管へ給電するときの整合棒の働きをする整合用突起を前記第二の給電口に対向して偶数設けられ、
前記放射導波管プレートが、前記第二の給電口及び前記放射導波管を前記給電導波管の整合用突起と同数設けられ、この第二の給電口と放射導波管との連結部にＥ面分岐を形成されると共に、前記給電導波管のＨ面分岐の整合棒の働きをする整合用突起を前記第一の給電口に対向して設けられ、
前記スロット板が、その裏面に前記放射導波管のＥ面分岐の整合棒の働きをする整合用突起を前記放射導波管と同数備えると共に、前記スロットを前記放射導波管上にほぼ一様に分布させたことを特徴とするスロットアレーアンテナ。
請求項１ないし５のいずれか１項に記載のスロットアレーアンテナにおいて、
前記給電導波管と各放射導波管との間に、前記第二の給電口より狭くしてインピーダンスを調整する給電窓を設けたことを特徴とするスロットアレーアンテナ。
請求項６に記載のスロットアレーアンテナにおいて、
前記給電導波管プレートと前記放射導波管プレートの間に補助導体板を導入し、
前記補助導体板のうち前記放射導波管プレートの前記第二の給電口の一部分を遮蔽する前記給電窓を備えたことを特徴とするスロットアレーアンテナ。
請求項７に記載のスロットアレーアンテナにおいて、
前記給電導波管プレートのＨ面分岐の整合用突起を前記補助導体板上に設けたことを特徴とするスロットアレーアンテナ。
請求項１ないし８のいずれか１項に記載のスロットアレーアンテナにおいて、
前記放射導波管プレートの前記放射導波管の本数が２の倍数であることを特徴とするスロットアレーアンテナ。