JPH0351122B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は広い周波数範囲で広角のビーム走査
が可能なレーダ用のアンテナ装置に関するもので
ある。

まず、この種アンテナ装置を簡単に説明する。
第１図はこの種アンテナ装置を示す概略構成図で
ある。図において１は平行平板、２ａ，２ｂ，…
…，２ｍは平行平板１に電力を供給する入力素
子、３ａ，３ｂ，……，３ｎは平行平板１内の電
力を取り出す出力素子、４ａ，４ｂ，……，４ｎ
は空間に電波を放射する素子アンテナ、５は複数
個の素子アンテナ４ａ，４ｂ，……，４ｎが直線
状に配列されたアレイアンテナ、６ａ，６ｂ，…
…，６ｎは上記出力素子と上記素子アンテナを結
ぶ伝送線路、７は長さが異なつた伝送線路６ａ，
６ｂ，……，６ｎからなる線路部である。８は中
心線であり、このアンテナ装置は中心線８に関し
て上下対称である。９は入力素子２ａの位置を表
わすための補助直線であり、入力素子２ａは中心
線８から角度αの方向にある。１０は入力素子２
ａを励振したときに空間でのビーム方向を示す直
線であり、上記アレイアンテナの正面方向から角
度βの方向に向いている。

このアンテナ装置は以上のように構成されてい
るために、入力素子２ａ，２ｂ，……，２ｍのう
ちの一つの入力素子を励振したとき、電力は平行
平板１内に供給される。平行平板１内の電力は出
力素子３ａ，３ｂ，……，３ｎで取り出され、伝
送線路６ａ，６ｂ，……，６ｎを通つて素子アン
テナ４ａ，４ｂ，……，４ｎに至る。アレイアン
テナ５の励振振幅、励振位相は入力素子２ａ，２
ｂ，……，２ｍのどの入力素子を励振するかによ
つて決まり、アレイアンテナ５の励振位相に応じ
て空間でのビームの方向が決まる。入力素子２
ａ，２ｄ，２ｍの位置は焦点であり、この三つの
焦点の位置を与えたとき出力素子３ａ，３ｂ，…
…，３ｎが配列される曲線及び伝送線路６ａ，６
ｂ，……，６ｎの長さが決まり、三つの焦点の位
置にある入力素子２ａ，２ｄ，２ｍを励振したと
きアレイアンテナ５での励振位相誤差はなくな
る。

従来のアンテナ装置では平行平板１の大きさは
設計可能な最小の大きさにはなつてなく、したが
つて、平行平板の大きさに制限がある場合に設計
できない場合もあつた。この発明はこの欠点を除
くために平行平板の大きさを設計可能な最小の大
きさにするものであり、以下、本発明を説明す
る。

出力素子３ｄの位置は座標系（Ｘ、Ｙ）の原点
であり、出力素子３ｄと入力素子２ａ，２ｄの距
離をそれぞれＦ、Ｇ、平行平板１を構成する誘電
体の比誘電率をε〓、平行平板１内での波数をＫ、
アレイアンテナ５の開口長を2Nmax、出力素子
３ｄに結ばれた伝送線路の電気長をW₀、その他
の伝送線路の電気長をＷとしたとき、電気長Ｗは
次式で表わされる。

Ｗ＝W₀＋Nmaxk−ｂ±√b²−4ac／2a …(1) ここに、 ＝Ｆ／Nmax ａ＝１−²−（ｇ−１／ｇ−a₀）² ｂ＝２a₀−１／ｇ−a₀−ｇ−１／（ｇ−a₀）²b₀ ^2
2＋２² ｃ＝gb₀ ²η²／ｇ−a₀−b₀ ⁴η⁴／４（ｇ−a₀）²−²(
2) ＝１／√ε〓 b₁／b₀ ｎ／、＝Ｇ／Ｆ a₀＝cosα、b₀＝sinα、b₁＝sinβ ｎ＝Ｎ／Nmax（Ｎ；アレイアンテナ上の位置．｜ ｎ｜１） 線路部７が構成できるためには第１式における平
方根の中が正あるいは零である必要があり、次式
が得られる。

b²−4ac＝b₀ ⁴g⁶／（ｇ−a₀）²（１／g²−η＝²）（η² ₁
−η＝²）（η² ₂ −η＝²）０ (3) ここに、 η＝１／√ε〓 b₁／b₀ Ｎ／Ｇ (4) 第３式が｜Ｎ｜Nmaxで成り立つためには ０η＝（１／ｇ、η₁、η₂）のうちの最小値(6
) が成り立つ必要がある。したがつて、b₂−4ac＝
０の３根１／ｇ、η₁、η₂の大小関係によりη＝の最大 値が決まる。第２図はα、を変えたときの３根
１／ｇ、η₁、η₂の変化を示し、伝送線路が構成でき るための条件を示す図である。第２図の実線のグ
ラフの値以下のη＝が第３式の条件を満足する。第
４式においてＮ＝Nmaxとおいたときのηをη＝と
おくと、 η＝１／√ε〓 b₁／b₀ Nmax／Ｇ (7) が得られ、あるの値に対して第２図の実線のグ
ラフ上のη＝の値を選ぶとき、ηが最大、すなわ
ち、ε〓、α、β、Nmaxを与えた場合にＧが最小
になる。第７式を用いるとき第６式より、 η＝（１／ｇ、η₁、η₂）のうちの最小値 (8) が得られ、第８式を満足するように平行平板の形
状を決めるとき、あるの値に対するＧが最小に
なる。

第２図より、すべてのを考慮したときηが最
大になるのはη＝＝η＝₁とη＝１／ｇのグラフの交点
Ｐ であり、そのときのは、 ＝１／4a₀［（１＋a₀）²−b₀（１−a₀）］ (9) で与えられ、第７式のηを用いると、そのときの
ηは、 η＝１／ｇ (10) で与えられる。すなわち、第９式、第１０式を満
足するように平行平板１の形状を決めるとき、Ｇ
が最小になる。

第２図に示す点Ｑはη＝１／ｇとη＝＝η＝₂のグラ
フ の交点であり、点Ｑの、ηの値を用いるとき、
第１図の入力素子２ａと出力素子３ａの位置が一
致することは容易に示すことができる。入力素子
２ａと出力素子３ａの位置が一致しない場合、そ
の部分には出力素子が配列されないことになり、
その部分での電波の反射があり、また、その部分
の反射をなくするようにダミーを付けたときには
電力の損失になる。第２図の点Ｑでのは、 ＝１／4a₀［（１＋a₀）²＋b₀（１−a₀）］ (11) で与えられ、そのときのηは η＝１／ｇ (12) で与えられる。すなわち、第(11)式、第(12)式を満足
するように平行平板１の形状を決めるとき、第１
図の入力素子２ａと出力素子３ａの位置が一致す
ることになり、一致しないことによる電波の反射
あるい電力の損失がなくなる。

以上のように、この発明によれば線路部を構成
する伝送線路が構成きるための条件を用いて平行
平板の寸法であるＧの最小値を求め、そのＧの値
を用いて平行平板の形状を決めることにより、平
行平板の大きさに制限がある場合に有効になり、
また、入力素子、出力素子が配列される曲線の端
が一致するようにパラメータを選び、平行平板の
形状を決めることにより、その曲線の端が一致し
ないことによる電波の反射あるいは電力の損失が
なくなり、このアンテナ装置をレーダ用アンテナ
などに用いることによりその効果は著しく大き
い。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に関するアンテナ装置の概略
構成図、第２図は伝送線路が構成できるための条
件を示す図である。図中、１は平行平板、２ａ，
２ｂ……，２ｍは入力素子、３ａ，３ｂ，……，
３ｎは出力素子、４ａ，４ｂ，……，４ｎは素子
アンテナ、５はアレイアンテナ、６ａ，６ｂ，…
…，６ｎは伝送線路、７は線路部、８は中心線、
９は補助直線、１０はビーム方向を示す直線であ
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 個々に励振でき、電力を供給する複数個の入
   力素子及び上記入力素子の電力を取り出す複数個
   の出力素子を備えた平行平板と、複数個の素子ア
   ンテナで構成され、空間に電波を放射するアレイ
   アンテナと、上記出力素子と上記素子アンテナと
   を結ぶ伝送線路とからなり、上記入力素子が配列
   される曲線上の三つの焦点をもとに、上記出力素
   子が配列される曲線及び伝送線路の長さを決定
   し、所定の入力素子を励振したときその入力素子
   に対応した角度方向にビームが放射されるように
   したアンテナ装置において、上記平行平板の対称
   軸である中心線と上記出力素子が配列される曲線
   との交点を座標系の原点とし、上記三つの焦点の
   うち上記中心線に関して対称な位置にある二つの
   焦点のいずれか一つの焦点と上記中心線との角度
   をα、その焦点の位置の入力素子を励振したとき
   の空間でのビームの方向と上記アレイアンテナの
   正面方向とのなす角度をβ、また、その焦点と上
   記座標系の原点との距離をＦ、上記中心線上の焦
   点と上記座標系の原点との距離をＧ、上記平行平
   板を構成する誘電体の比誘電率をε〓、上記アレイ
   アンテナの開口長を2Nmaxとし、 η＝１／√ε〓 b₁／b₀ Nmax／Ｇ ただし、 b₁＝sinβ、a₀＝cosα、b₀＝sinα、＝Ｇ／Ｆ とおいたとき、 η＝（１／ｇ、η₁、η₂）のうちの最小値 の関係式を満足するように平行平板の形状を決め
   て構成することを特徴とするアンテナ装置。