特許 7526471 アレーアンテナ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-24

(45)【発行日】2024-08-01

(54)【発明の名称】アレーアンテナ

(51)【国際特許分類】

   H01Q 13/22 20060101AFI20240725BHJP

【ＦＩ】

H01Q13/22

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2020155836

(22)【出願日】2020-09-16

(65)【公開番号】P2022049576

(43)【公開日】2022-03-29

【審査請求日】2023-07-12

(73)【特許権者】

【識別番号】304021417

【氏名又は名称】国立大学法人東京工業大学

(74)【代理人】

【識別番号】100106909

【弁理士】

【氏名又は名称】棚井 澄雄

(74)【代理人】

【識別番号】100161207

【弁理士】

【氏名又は名称】西澤 和純

(74)【代理人】

【識別番号】100181722

【弁理士】

【氏名又は名称】春田 洋孝

(74)【代理人】

【識別番号】100163496

【弁理士】

【氏名又は名称】荒 則彦

(74)【代理人】

【識別番号】100154852

【弁理士】

【氏名又は名称】酒井 太一

(72)【発明者】

【氏名】廣川 二郎

【審査官】赤穂 美香

(56)【参考文献】

【文献】特表２０００－５１３５５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０５５４１６１２（ＵＳ，Ａ）

【文献】特開昭５０－０８１０４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－１６７７５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－０４６１３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－０２２０２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０６２０１５０７（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】米国特許第０５６１９２１６（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｑ １３／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数のスロットが形成されたスロット面と、前記スロット面に対向する底面と、前記スロット面の長辺と前記底面の長辺との間に形成された一対の側面と、に囲まれた導波路が形成された方形導波管を備え、
前記スロットは、前記スロット面において管軸方向における中心線に沿って直線状に配置され、
前記導波路内には、前記スロットの位置に対応して一対の前記側面側から前記スロットに近位するように前記管軸方向に沿って交互に複数の励振部が形成され、
前記方形導波管は、前記導波路の導波方向において前記励振部に隣接して配置され、進行波の反射を抑圧する反射抑圧用壁を備え、
前記反射抑圧用壁は、前記反射抑圧用壁で生じる反射波の位相が、前記励振部で生じる反射波の位相と１８０度ずれる位置に配置される、
アレーアンテナ。

【請求項2】

前記方形導波管は、前記導波路において進行波を励振し、
前記励振部は、前記スロットの長手方向のいずれかの側に沿って近位する壁状に形成され、前記スロットに磁界を結合させる、
請求項１に記載のアレーアンテナ。

【請求項3】

前記方形導波管は、前記導波路において定在波を励振し、
前記励振部は、前記スロットに近位する柱状に形成され、前記スロットに磁界を結合させる、
請求項１に記載のアレーアンテナ。

【請求項4】

前記励振部は、前記底面から前記スロット面の方向に突出し前記励振部に接続された容量性壁を備える、
請求項１または３に記載のアレーアンテナ。

【請求項5】

前記励振部は、誘導性リアクタンスを発生し、
前記容量性壁は、前記誘導性リアクタンスを相殺する容量性リアクタンスを発生するように形成されている、
請求項４に記載のアレーアンテナ。

【請求項6】

複数の放射スロットが形成された放射板と前記放射板と平行に配置された給電板とを有する放射部と、
入力される信号電力に基づいて電磁波を導波し前記給電板を介して前記放射部に電磁波を入力する前記方形導波管を備える給電部と、を備える、請求項１から５のうちいずれか１項に記載のアレーアンテナ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、指向性の利得を向上させるアレーアンテナに関する。

【背景技術】

【0002】

指向性の高いミリ波を放射する平面アンテナとして、アンテナ素子が平面上に多数配列されたアレーアンテナが知られている（例えば、特許文献１参照）。アレーアンテナは、主に、信号電力を分配する給電回路を備える給電部と、給電部から入力された電力に基づいて電磁波を放射する複数の放射スロットが形成された放射部とを備えている。放射部は、例えば、複数の放射スロットがマトリクス状に配置されたスロット板を備えている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０００－３５７９１６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

近年、超高速無線通信の研究開発が進められている。アレーアンテナを更なる超高速、且つ、大容量の無線通信に対応させる場合、アンテナ特性の更なる向上が求められる。

【0005】

本発明は、利得を向上することができるアレー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】

【0006】

本発明は、複数のスロットが形成されたスロット面と、前記スロット面に対向する底面と、前記スロット面の長辺と前記底面の長辺との間に形成された一対の側面と、に囲まれた導波路が形成された方形導波管を備え、前記スロットは、前記スロット面において管軸方向における中心線に沿って直線状に配置され、前記導波路内には、前記スロットの位置に対応して一対の前記側面側から前記スロットに近位するように前記管軸方向に沿って交互に複数の励振部が形成されている、アレーアンテナである。

【0007】

本発明によれば、方形導波管のスロット面において、複数のスロットがオフセットされずに中心線に沿って形成されているため、各スロットから放射される電磁波の位相及び振幅を等しくすることで、平行平板によって形成された放射部内における領域の電磁界分布の一様度が向上し、結果として、アンテナの利得を向上させることができる。

【0008】

本発明の前記方形導波管は、前記導波路において進行波を励振し、前記励振部は、前記スロットの長手方向のいずれかの側に沿って近位する壁状に形成され、前記スロットに磁界を結合させてもよい。

【0009】

本発明によれば、励振部が導波路内に形成されていることにより、導波路内において進行波の磁界のループを交互にオフセットして導波することができ、スロット面においてスロットがオフセットされて形成されていなくても、スロットに磁界を結合させることができる。

【0010】

本発明の前記方形導波管は、前記導波路の導波方向において、前記励振部に隣接して進行波の反射を抑圧する反射抑圧用壁を備えていてもよい。前記反射抑圧用壁は、前記反射抑圧用壁で生じる反射波の位相が、前記励振部で生じる反射波の位相と１８０度ずれる位置に配置されることが好ましい。

【0011】

本発明によれば、導波路内において、励振部から発生する反射波と、反射抑圧用壁によって発生する反射波とを相殺させ、導波路内において発生する反射波を抑圧することができる。

【0012】

本発明の前記方形導波管は、前記導波路において定在波を励振し、前記励振部は、前記スロットに近位する柱状に形成され、前記スロットに磁界を結合させるように構成されていてもよい。

【0013】

本発明によれば、励振部が導波路内に形成されていることにより、導波路内において定在波の磁界のループを交互にオフセットして発生させることができ、スロット面においてスロットがオフセットされて形成されていなくても、スロットに磁界を結合させることができる。

【0014】

本発明の前記励振部は、前記底面から前記スロット面の方向に突出し前記励振部に接続された容量性壁を備えていてもよい。

【0015】

本発明によれば、容量性壁が形成されていることにより、スロットにおける等価回路に示される直列インピーダンスを調整することができる。

【0016】

本発明の前記励振部は、誘導性リアクタンスを発生し、前記容量性壁は、前記誘導性リアクタンスを相殺する容量性リアクタンスを発生するように形成されていてもよい。

【0017】

本発明によれば、容量性壁が形成されていることにより容量性リアクタンスを発生させ、励振部において発生する誘導性リアクタンスを相殺することができる。

【0018】

本発明は、複数の放射スロットが形成された放射板と前記放射板と平行に配置された給電板とを有する放射部と、入力される信号電力に基づいて電磁波を導波し前記給電板を介して前記放射部に電磁波を入力する前記方形導波管を備える給電部と、を備えていてもよい。

【0019】

本発明によれば、方形導波管を給電部に適用することにより、各スロットから放射される電磁波の振幅及び位相のばらつきを抑制し、放射部において発生する電磁界強度分布のリップルを低減し、アンテナの利得を大幅に向上することができる。

【発明の効果】

【0020】

本発明によれば、アレーアンテナの利得を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明の実施形態に係るアレーアンテナの構成を示す斜視図である。

【図2】アレーアンテナの構成を示す分解斜視図である。

【図3】方形導波管の構成を示す分解斜視図である。

【図4】比較例１に係る方形導波管の原理を示す図である。

【図5】比較例２に係る方形導波管の原理を示す図である。

【図6】比較例に係るアレーアンテナの構成を示す分解斜視図である。

【図7】比較例に係るアレーアンテナの特性を示す図である。

【図8】比較例３に係る方形導波管の原理を示す図である。

【図9】方形導波管の原理を示す図である。

【図10】方形導波管の原理を示す図である。

【図11】方形導波管の原理を示す図である。

【図12】アレーアンテナの特性を示す図である。

【図13】変形例に係る方形導波管の構成を示す分解斜視図である。

【図14】変形例に係る方形導波管の構成を示す平面図である。

【図15】変形例に係る方形導波管の等価回路を示す図である。

【図16】変形例に係る方形導波管の特性を示す図である。

【図17】変形例に係る方形導波管の特性を示す図である。

【図18】変形例に係る方形導波管の特性を示す図である。

【図19】変形例に係る方形導波管のスロット長の設定方法を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

図１及び図２に示されるように、アレーアンテナ１は、電磁波を放射する放射部２と、放射部２に給電する給電部５とを備える。アレーアンテナ１は、例えば、平行平板スロットアレーアンテナである。

【0023】

放射部２は、矩形の板状に形成された放射板３と、矩形の板状に形成された給電板４とを備える。放射板３は、一面３Ａ側から電磁波が放射される。放射板３の他面３Ｂ側と給電板４の一面４Ａ側とは、対向して所定距離離間して平行に配置されている。放射板３と給電板４とは、所定距離を保持する構造（不図示）により接続されている。放射板３と給電板４との間には、空間Ｓが形成されている。

【0024】

空間Ｓには、給電部５から給電板４を介して入力された電磁波によって電磁波が励振される。空間Ｓには、励振される電磁波の波長を調整するための樹脂などにより形成された誘電体（不図示）が挿入されていてもよい。誘電体によって放射板３と給電板４とが接続されていてもよい。給電板４の他面４Ｂ側には、給電部５が設けられている。

【0025】

放射板３には、例えば、並置されたペアとなる放射スロットＨ１，Ｈ２が直線状に配置された放射スロット群Ｈが形成されている。放射板３には、複数の放射スロット群Ｈが平行に配置されている。隣接する放射スロット群Ｈ同士は、１管内波長間隔で配置され、各放射スロット群Ｈは、同相で励振される。放射スロットＨ１，Ｈ２は、略矩形の開口に形成されている。放射スロットＨ１，Ｈ２は、開口が完全な矩形ではなく、開口の両端が半円状に形成されていてもよい。

【0026】

放射スロットＨ１は、長手方向に沿って直線状に配置されている。放射スロットＨ１に平行に隣接して放射スロットＨ２が形成されている。放射スロットＨ２は、長手方向に沿って直線状に配置されている。放射スロットＨ２は、放射スロットＨ１に対して長手方向（配置方向）に１／４管内波長分オフセットされて配置されている。放射スロット群Ｈにおいて、ペアとなる放射スロットＨ１，Ｈ２と隣接するペアとなる放射スロットＨ１，Ｈ２とは、配置方向に沿って１／２周期分、離間している。

【0027】

放射スロットＨ１は、例えば、配置方向に沿って直線状に３３個形成されている。放射スロットＨ２は、例えば、放射スロットＨ１に隣接して配置方向に沿って直線状に３３個形成されている。放射スロット群Ｈは、例えば、２６列が並置して形成されている。放射スロットＨ１，Ｈ２の数、放射スロット群Ｈの数は一例であり、所望の電波強度に応じて適宜変更されてもよい。

【0028】

対向する放射板３と給電板４との間の空間Ｓには、給電部５により入力された電磁波によって電界が生じる。空間Ｓには、生じた電界に基づいて平面波の電磁波が導波される。空間Ｓにおいて隣接する放射スロット群Ｈの間に沿って、生じた電界と直交方向に磁界が発生する。隣接する放射スロット群Ｈの間に生じた磁界によって、放射スロット群Ｈにおける各放射スロットＨ１，Ｈ２に磁界が励振される。

【0029】

放射スロットＨ１に磁界が結合すると、１／４波長分遅れて放射スロットＨ２にも磁界が結合する。放射スロットＨ１に磁界が励振されると、放射スロットＨ２にも磁界が励振される。同様の原理によって放射スロット群Ｈにおける複数のペアとなる放射スロットＨ１，Ｈ２に磁界が励振される。これにより、複数の放射スロット群Ｈから同相に電磁波が放射される。

【0030】

給電板４には、給電部５が有する後述の方形導波管１０に形成されたスロットＳの位置に対応して複数の給電スロット４Ｓが形成されている。給電スロット４Ｓは、略矩形の開口に形成されている。給電スロット４Ｓは、開口が完全な矩形ではなく、開口の両端が半円状に形成されていてもよい。複数の給電スロット４Ｓは、長手方向に沿って直線状に配置されている。

【0031】

給電部５は、例えば、給電板４の他面４Ｂ側から電磁波を入力する方形導波管１０を備える。方形導波管１０は、矩形断面の筒状体に形成されている。方形導波管１０は、帯状の板状に形成されたスロット面１１と、スロット面１１と離間して対向し配置され、帯状の板状に形成された底面１２と、スロット面１１の長手方向の両側の長辺と底面１２の長手方向の両側の長辺に対向して配置された一対の側面１３，１４とを備える。側面１３，１４は、帯状の板状に形成されている。スロット面１１、底面１２、及び一対の側面１３，１４に囲まれて導波路Ｄが形成される。スロット面１１は、給電板４の他面４Ｂ側と一体に形成することにより省略されてもよい。

【0032】

方形導波管１０は、例えば、一端が開口し、他端が閉塞して形成されている。一端側の開口は、信号電力が入力される給電口１０Ｋである。給電口１０Ｋから信号電力が入力されると導波路Ｄにおいて電磁波が導波方向Ｄ１に導波される。方形導波管１０は、例えば、導波路Ｄにおいて進行波を励振するように形成されている。

【0033】

方形導波管１０は、両端を閉塞し、給電口を導波路Ｄの中心位置に設けてもよい。給電口を導波路Ｄの中心位置に設ける場合、電磁波は、方形導波管１０の中心から両端に向かう方向に導波される。この場合、方形導波管１０は、中心から両端に向かう方向に対称に後述の内部構造が形成される。方形導波管１０への給電は、底面１２に給電用のスロットを形成し、給電用のスロットに励振された磁界に基づいて行われてもよい。

【0034】

方形導波管１０は、例えば、金属の板状体等の導体によって形成されている。方形導波管１０は、樹脂によって形成され、導波路Ｄに面する壁面が金属メッキで覆われて形成されていてもよい。導波路Ｄの導波方向Ｄ１は、給電口１０Ｋの位置によって適宜設定される。

【0035】

図３に示されるように、方形導波管１０は、図示される単位が管軸Ｌ方向に沿って連続して形成される。スロット面１１は、複数のスロットＳ１，Ｓ２が管軸方向に沿って列状に形成されている。スロットＳ１，Ｓ２は、矩形の開口に形成されている。スロットＳ１，Ｓ２は、スロット面１１において管軸Ｌ方向における中心線Ｃに沿って配置されている。スロットＳ１とスロットＳ２、スロットＳ２とさらに先のスロットＳ１の間隔は方形導波管１０の管内波長の半分である。

【0036】

導波路Ｄ内において、一対の側面１３，１４側には、各スロットＳ１，Ｓ２の位置に対応して複数の励振部１５，１６が形成されている。励振部１５は、例えば、側面１３側からスロットＳ１側に突出する矩形の柱状体に形成されている。励振部１６は、例えば、励振部１５と管軸Ｌに関して対称に形成されている。励振部１６は、側面１４側から各スロットＳ２側に突出する矩形の柱状体に形成されている。各励振部１５，１６は、各スロットに近位するように管軸方向に沿って一対の側面１３，１４側に交互に配置されている。各励振部１５，１６は、スロット面１１と、底面１２との間を接続している。

【0037】

各励振部１５，１６は、各スロットＳ１，Ｓ２のいずれかの長手方向の側に沿って近位する壁状となるように配置されている。各励振部１５，１６は、側面１３，１４から分離されて柱状に形成されていてもよいし、スロット面１１と底面１２との間が中空に形成された筒状や板状に形成されていてもよい。

【0038】

導波路Ｄの導波方向Ｄ１において、各励振部１５，１６における上流側に隣接して、進行波の反射を抑圧する複数の反射抑圧用壁１７，１８がそれぞれ形成されている。各反射抑圧用壁１７，１８は、導波路Ｄの断面においていずれかの側面側の一部を閉塞するように矩形の板状に形成されている。各反射抑圧用壁１７，１８は、スロット面１１と、底面１２との間を接続している。

【0039】

次に、方形導波管１０の動作原理について説明する。

【0040】

図４に示されるように、比較例１に係る方形導波管４０は、スロット面において管軸４０Ｌ方向に沿った中心線４０Ｃに関して複数のスロット４０Ｓが交互にオフセットされて形成されている。方形導波管４０は、従来、アレーアンテナの放射部への給電用に用いられる場合がある。

【0041】

比較例１に係る方形導波管４０の導波路４０Ｄには、ある時点において管軸方向４０Ｌに沿って１／２管内波長λｇ分の磁界のループＧ１，Ｇ２が隣接して発生する。磁界のループＧ１，Ｇ２において、磁界のベクトル方向は交互に反対方向である。磁界のループＧ１，Ｇ２は、交流磁界であり、導波された電磁波の進行に伴って反転し入れ替わる。

【0042】

例えば、方形導波管４０から電磁波を放射するために、複数のスロット４０Ｓを管軸方向における中心線４０Ｃに対して交互に傾き方向を反転させて形成する。方形導波管４０において隣接するスロット４０Ｓ同士は、例えば、管軸４０Ｌ方向における中心線４０Ｃに対して長手方向の傾きが交互に反対方向となるように形成される。複数のスロット４０Ｓは、磁界のループＧ１，Ｇ２の発生位置に対応して配置される。スロット４０Ｓにおいて磁界が結合して長手方向に沿った方向の磁界が生じる。スロット４０Ｓにおける磁界の方向は、導波路４０Ｄにおいて導波方向４０Ｄ１導波された電磁波の進行に伴って入れ替わる磁界のループＧ１，Ｇ２の磁界のベクトルに従って反転する。

【0043】

図５に示されるように、比較例２に係る方形導波管５０において、複数のスロット５０Ｓは、スロット面において管軸５０Ｌに関して交互にオフセットされて配置されている。複数のスロット５０Ｓは、管軸５０Ｌの方向に沿って形成されている。複数のスロット５０Ｓは、磁界のループＧ１，Ｇ２の発生位置に対応して配置される。スロット５０Ｓにおいて磁界が結合して長手方向に沿った方向の磁界が生じる。スロット５０Ｓにおける磁界の方向は、導波路５０Ｄにおいて導波方向５０Ｄ１導波された電磁波の進行に伴って入れ替わる磁界のループＧ１，Ｇ２の磁界のベクトルに従って反転する。

【0044】

図６に示されるように、比較例に係るアレーアンテナ１００は、平行平板により形成された放射部２０と、方形導波管４０により形成された給電部３０とを備える。放射部２０は、アレーアンテナ１における放射部２と同様の構成を備える。給電部３０は、例えば、比較例１に係る方形導波管４０により形成されている。方形導波管４０は、中央部から給電されるように給電導波管４０Ｑが設けられている。

【0045】

放射部２０は、放射板２１と給電板２２とを備える。放射板２１には、放射部２と同様に複数の放射スロット群Ｈ（図１参照）が形成されている。給電板２２には、方形導波管４０の複数のスロット４０Ｓの位置に対応して複数の給電スロット２２Ｓが形成されている。

【0046】

図７に示されるように、方形導波管４０から平行平板により形成された放射部２０に電磁波を導波する場合、複数のスロット４０Ｓにおける隣接するスロット４０Ｓ同士の傾いている方向が互いに逆になっているため、放射部２０内において導波される電磁波には、２次元的に振幅のリップルが生じる。このため、放射板２１の複数の放射スロットから放射される電磁波の強度が一様でなくなり、アンテナの利得が低下する。給電部３０において、比較例に係る方形導波管５０を適用した場合も同様に、放射部２０内において導波される電磁波に、隣接するスロット５０Ｓの図５の左右方向の位置がずれているために２次元的に振幅のリップルが生じ、アンテナの利得が低下する。従って、方形導波管により形成された給電部によって平行平板の放射部に電磁波を入力する場合、複数のスロットから放射される電磁波の位相及び振幅は、等しいことが望ましい。

【0047】

図８に示されるように、比較例３に係る方形導波管６０のスロット面において、複数のスロット６０Ｓを導波路６０Ｄにおいて管軸６０Ｌに関してオフセットして配置せずに、管軸Ｌ方向における中心線６０Ｃに沿って形成する。この場合、導波路６０Ｄ内に発生する磁界に対してスロット６０Ｓの長手方向が直交し、スロット６０Ｓに磁界が結合しない。

【0048】

図９に示されるように、方形導波管１０の導波路Ｄにおいて、側面１３，１４からスロットＳ１，Ｓ２に向かって近位するように壁状の励振部１５，１６を中心線Ｃに関して対称に形成する。この場合、導波路Ｄ内の磁界は、スロットＳ１，Ｓ２の長手方向に沿った励振部１５，１６の壁面を避けるように発生する。そうすると、励振部１５，１６の壁面に沿った磁界によってスロットＳ１，Ｓ２に磁界が結合する。

【0049】

励振部１５，１６は、導波方向に対する位置、壁面の長さ、スロットＳ１，Ｓ２と壁面との間の距離を調整して形成される。これにより、スロットＳ１，Ｓ２に励振される磁界の強度が調整される。導波路Ｄにおいて励振部１５，１６を設けると、導波方向Ｄ１に対して反対方向に、励振部１５，１６に反射した第１反射波Ｒ１，Ｒ２が発生する。第１反射波Ｒ１，Ｒ２には、スロットＳ１，Ｓ２から生じた反射波も含まれる。

【0050】

図１０に示されるように、励振部１５，１６が形成されていない状態の導波路Ｄ内に反射抑圧用壁１７，１８を形成した場合、導波方向Ｄ１と反対方向に反射抑圧用壁１７，１８において反射した第２反射波Ｒ３，Ｒ４が生じる。第２反射波は、隣接する反射抑圧用壁の位置、大きさによって強度、振幅、位相が調整される。

【0051】

図１１に示されるように、方形導波管１０の導波路Ｄにおいて、励振部１５，１６の導波方向Ｄ１の上流側に反射抑圧用壁１７，１８を形成する。方形導波管１０の導波路Ｄにおいて、上流側から反射された第２反射波は、反射抑圧用壁１７，１８の下流側の位置において、励振部１５，１６から発生した第１反射波と位相が１８０度ずれるように調整される。これにより、反射抑圧用壁１７，１８の下流側において、第１反射波と第２反射波とは相殺され、導波路Ｄにおいて反射波が抑圧される。

【0052】

上記構成によって、方形導波管１０内の導波路Ｄにおいては、磁界のループＧ１，Ｇ２が管軸Ｌ方向に関して交互にオフセットされて発生する。これにより、方形導波管１０の複数のスロットＳには磁界が結合し、電磁波を放射することができる。方形導波管１０においては、スロットＳがスロット面１１の中心線Ｃに沿って形成されているため、複数のスロットＳから同じ振幅、同じタイミングで電磁波が放射される。アレーアンテナ１の給電部５に方形導波管１０を適用すると、放射部２内に電磁波が同位相、同振幅により入力される。

【0053】

図１２に示されるように、アレーアンテナ１によれば、放射部２内において２次元的な振幅のリップルが低減される。この結果、アレーアンテナ１によれば、放射部２における振幅のリップルは、スロットがオフセットされた方形導波管が給電部に適用された比較例に係るアレーアンテナに比して低減される。アレーアンテナ１によれば、９．６５ＧＨｚにおけるアレーアンテナ１の磁界分布の指向性利得は、３７．２ｄＢｉであり、開口効率は９０．５％である。

【0054】

これに比して、比較例に係るアレーアンテナ１００（図６参照）の放射部２０の磁界分布の指向性利得は、３６．０ｄＢｉであり、開口効率は６７．５％である。アレーアンテナ１によれば、従来用いられていた方形導波管を適用した給電部を有するアレーアンテナに比して、アンテナ特性を大幅に向上させることができる。

【0055】

［変形例］
上記実施形態においては、方形導波管１０は、進行波を導波するものとして構成されていた。変形例に係る方形導波管１０Ａは、定在波を導波するように構成されている。そして、方形導波管１０Ａを適用してアレーアンテナ１Ａが構成される。以下の説明では、上記実施形態と同一の構成については同一名称、符号を用い、重複する説明は適宜省略する。

【0056】

図１３及び図１４に示されるように、方形導波管１０Ａにおいて励振部Ｐ１，Ｐ２は、例えば、スロットＳ１，Ｓ２に近位する円形断面を有する少なくとも１つの柱状に形成されている。励振部Ｐ１，Ｐ２は、スロットＳ１，Ｓ２の長手方向に沿って２つ以上並置されて形成されていてもよい。

【0057】

励振部Ｐ１，Ｐ２は、一つの柱状に形成されている場合、スロットＳ１，Ｓ２における長手方向の中心位置に形成されている。励振部Ｐ１，Ｐ２は、円形断面以外の柱状に形成されていてもよく、スロット面１１と底面１２との間が中空の筒状に形成されていてもよい。励振部Ｐ１，Ｐ２は、底面１２からスロット面１１の方向に突出した容量性壁Ｑ１，Ｑ２を備える。励振部１５Ａは、側面１３に連続して形成されていてもよい。同様に、励振部１６Ａは、側面１４に連続して形成されていてもよい。

【0058】

方形導波管１０Ａは、導波路Ｄにおいて定在波を励振するように形成されている。上記の方形導波管１０においては、進行波を導波し、各反射抑圧用壁１７，１８において各励振部１５，１６における反射を抑圧していた（図９から図１１参照）。変形例に係る方形導波管１０Ａは、定在波を導波し、後述の等価回路による回路設計において導波路Ｄにおいて全体的に反射波を抑圧する状態を形成する。

【0059】

図１５には、方形導波管１０ＡのＴ型の等価回路Ｔが示されている。複数のスロットＳｎ（ｎは、自然数）がスロット面１１の中心線Ｃに沿って配置された方形導波管１０Ａを複数の励振部Ｐｎによって励振した場合、方形導波管１０Ａは、Ｔ型の等価回路Ｔによって示される。等価回路Ｔは、スロット面１１における直列インピーダンスＺ１，Ｚ２と、直列インピーダンスＺ１，Ｚ２の間に接続され、スロット面１１と底面との間を接続する並列アドミッタンスＹ３とにより示される。ｎ個の各スロットＳｎにおける等価回路Ｔは、例えば、各スロットＳｎに対応する直列インピーダンスＺ１ｎ，Ｚ２ｎ、及び並列アドミッタンスＹ３ｎの各パラメータによって示される。

【0060】

ｎ個のスロットＳｎにおける等価回路は、各スロットＳｎに対応する等価回路Ｔを連結して示される。直列インピーダンスＺ１ｎ，Ｚ２ｎが０（ゼロ）である場合、並列アドミッタンスＹ３ｎの和は、各並列アドミッタンスの総和が１となるように設定される。この場合、各スロットＳｎの並列アドミッタンスは、１／ｎである。

【0061】

直列インピーダンスＺ１ｎ，Ｚ２ｎがゼロでない場合、複雑な行列計算を行い、直列インピーダンスＺ１ｎ，Ｚ２ｎ、及び並列アドミッタンスＹ３ｎを含む各パラメータを決定する必要がある。そこで、方形導波管１０Ａにおいては、形状を調整することによって、等価回路Ｔにおける直列インピーダンスＺ１ｎ，Ｚ２ｎを０にするように形成される。

【0062】

図１６は、等価回路Ｔにおける並列アドミッタンスＹ３の実部を示す。スロットＳｎにおける励振部Ｐｎに加わる電圧に応じてスロットＳから放射される電磁波に対応した値を示す。図示するように、スロットＳｎから放射される電磁波は、スロットＳｎにおける柱状の励振部Ｐｎの径が増加するほど増加し、個数が増加するほど増加する。

【0063】

図１７は、等価回路Ｔにおける並列アドミッタンスＹ３の虚部を示す。図示するように、並列アドミッタンスＹ３の虚部は、励振部Ｐｎの径を増加させても負の値を示すと共に、励振部Ｐｎの数を増加させても負の値を示す。並列アドミッタンスＹ３の虚部は、正の値のインピーダンスを有することを意味し、誘導性であることを示す。スロットＳｎに対応する励振部Ｐｎは、スロット面１１と底面１２との間に電流を発生し、この電流によって生じる磁界の影響により誘導性リアクタンスを発生する。

【0064】

図１８は、直列インピーダンスＺ１，Ｚ２の虚部を示す。図示するように、直列インピーダンスＺ１ｎ，Ｚ２ｎの虚部は、励振部Ｐｎが１本設けられている場合は０を示す。直列インピーダンスＺ１ｎ，Ｚ２ｎは、励振部Ｐｎが２本以上設けられている場合、励振部Ｐｎの径を増加させても負の値を示すと共に、励振部Ｐｎの数を増加させても負の値を示し、容量性であることを示す。従って、励振部Ｐｎは、１本であることが設計を容易にする。

【0065】

容量性壁Ｑｎは、例えば、スロット面１１と底面１２との間の距離を短くするように形成されている。容量性壁Ｑｎは、例えば、励振部Ｐｎの径と略同じ厚みに形成されている。上記構成により、容量性壁Ｑｎは、容量性壁Ｑｎが無い状態に比してスロット面１１と底面１２との間に生じる電界の強度を高め、容量性リアクタンスを発生するように形成されている。上述したように、励振部Ｐｎは、誘導性リアクタンスを発生する。容量性壁Ｑｎは、励振部Ｐｎにおいて発生した誘導性リアクタンスを相殺するような容量性リアクタンスを発生するように形成されている。

【0066】

上記構成により、方形導波管１０Ａは、等価回路Ｔにおける直列インピーダンスＺ１，Ｚ２を０とすることができる。方形導波管１０Ａによれば、複数の等価回路Ｔが接続された並列アドミッタンスＹ３の総和を１とするように設計することができ、設計が容易となる。上述のように、方形導波管１０Ａの全体の等価回路は、各スロットＳｎに対応する個別の等価回路Ｔを複数個接続して示される。

【0067】

図１９は、例えば、等価回路Ｔを４つ接続した場合（ｎ＝４）における方形導波管１０Ａにおいて、スロットＳｎの長さを変化させた際における、並列アドミッタンスＹ３の実部の変化と、並列アドミッタンスＹ３の虚部の変化とを示している。

【0068】

上記構成により、方形導波管１０Ａは、等価回路Ｔにおける直列インピーダンスＺ１，Ｚ２が０である。そのため、上述したように、並列アドミッタンスＹ３の和は、各並列アドミッタンスの総和が１となるように設定される。従って、スロットＳｎにおけるスロット長は、全体の等価回路における並列アドミッタンスの虚部を０とすると共に、並列アドミッタンスの実部の総和を１とするように設定されている。上記例においては、等価回路Ｔにおける並列アドミッタンスＹ３の実部が１／４＝０．２５であり、等価回路Ｔにおける並列アドミッタンスＹ３の虚部が０である交点におけるスロット長が設定される。上述した方形導波管１０Ａは、放射部２（図１参照）に適用し、アレーアンテナを構成することができる。

【0069】

上述したように、方形導波管１０Ａは、スロット面１１において中心線Ｃに沿って複数のスロットＳｎが形成され、アレーアンテナに適用することにより、アンテナ特性を大幅に向上させることができる（図１２参照）。方形導波管１０Ａによれば、励振部Ｐｎに容量性壁Ｑｎが設けられていることにより、導波路Ｄにおいて定在波を導波した際に生じる反射波を抑圧することができる。

【0070】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。例えば、上記実施形態においては、方形導波管を給電部に適用するアレーアンテナを例示した。方形導波管は、放射部として用いてもよい。方形導波管は、複数個を並置して放射部を形成することで、導波管スロットアレーアンテナを形成してもよい。

【符号の説明】

【0071】

１、１Ａ アレーアンテナ、２ 放射部、３ 放射板、４ 給電板、４Ｓ 給電スロット、５ 給電部、１０、１０Ａ 方形導波管、１０Ｋ 給電口、１１ スロット面、１２ 底面、１３ 側面、１４ 側面、１５、１５Ａ、１６、１６Ａ 励振部、１７、１８ 反射抑圧用壁、２０ 放射部、２１ 放射板、２２ 給電板、２２Ｓ 給電スロット、３０ 給電部、４０ 方形導波管、４０Ｑ 給電導波管、４０Ｓ スロット、５０ 方形導波管、５０Ｄ 導波路、５０Ｓ スロット、６０ 方形導波管、６０Ｄ 導波路、６０Ｓ スロット、１００ アレーアンテナ、Ｄ 導波路、Ｈ 放射スロット群、Ｈ１ 放射スロット、Ｈ２ 放射スロット、Ｐ１ 励振部、Ｐ２ 励振部、Ｐｎ 励振部、Ｑ１ 容量性壁、Ｑ２ 容量性壁、Ｑｎ 容量性壁、Ｓ スロット、Ｓ１ スロット、Ｓ２ スロット、Ｓｎ スロット、Ｔ 等価回路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】