主要

スロット導波管アンテナ – 設計原理

図1は一般的なスロット導波管の図を示しています。これは、中央にスロットを持つ細長い導波管構造を有しています。このスロットは電磁波を伝送するために用いられます。

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図1. 最も一般的なスロット導波管アンテナの形状。

アンテナの先端(XZ平面におけるY = 0の開口面)に給電されます。遠端は通常、短絡回路(金属製の筐体)です。導波管は、図中の短いダイポールアンテナ(キャビティスロットアンテナの背面に表示)または別の導波管によって励振されます。

図1のアンテナを解析するために、まず回路モデルを見てみましょう。導波管自体は伝送線路として機能し、導波管内のスロットは並列(平行)アドミタンスとして考えることができます。導波管は短絡されているため、近似回路モデルは図1のようになります。

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図2. スロット導波管アンテナの回路モデル。

最後のスロットは端までの距離が「d」 (図 2 に示すように短絡されています) で、スロット要素は互いに距離「L」の間隔を置いて配置されます。

溝の大きさによって波長が導波されます。導波波長は導波管内の波長です。導波波長()は、導波管の幅(a)と自由空間波長の関数です。TE01モードが支配的な場合、導波波長は以下のとおりです。

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最後のスロットと終端「d」間の距離は、多くの場合、1/4波長に設定されます。伝送線路の理論的な状態において、下向きに伝送される1/4波長の短絡インピーダンス線路は開回路です。したがって、図2は次のように簡略化されます。

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図3. 1/4波長変換を使用したスロット導波回路モデル。

パラメータ「L」を半波長に選択した場合、入力の1/2オームインピーダンスは半波長の距離zオームで観測されます。この「L」が、設計を約半波長に設定した理由です。導波管スロットアンテナをこのように設計する場合、すべてのスロットは平行であるとみなすことができます。したがって、「N」素子スロットアレイの入力アドミタンスと入力インピーダンスは、次のように簡単に計算できます。

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導波管の入力インピーダンスはスロットインピーダンスの関数です。

上記の設計パラメータは単一の周波数でのみ有効であることにご注意ください。周波数が上昇するにつれて、導波管設計は機能しますが、アンテナの性能は低下します。スロット導波管の周波数特性を考える例として、サンプルの測定値を周波数の関数としてS11に示します。この導波管は10GHzで動作するように設計されています。この周波数は、図4に示すように、下部の同軸給電部に供給されます。

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図 4. スロット導波管アンテナは同軸給電によって給電されます。

結果の S パラメータ プロットを以下に示します。

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注:アンテナのS11は約10GHzで大きく低下します。これは、消費電力の大部分がこの周波数で放射されていることを示しています。アンテナ帯域幅(S11が-6dB未満と定義した場合)は約9.7GHzから10.5GHzまでで、比帯域幅は8%です。また、6.7GHzと9.2GHz付近にも共振点があることにご注意ください。6.5GHz未満、つまり導波管のカットオフ周波数を下回ると、放射されるエネルギーはほぼゼロになります。上記のSパラメータプロットは、スロット導波管の周波数特性がどの程度の帯域幅に似ているかを示しています。

スロット導波管の3次元放射パターンを以下に示します(これはFEKOと呼ばれる数値電磁気計算パッケージを用いて計算されたものです)。このアンテナの利得は約17dBです。

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XZ面(H面)ではビーム幅が非常に狭く(2~5度)、YZ面(またはE面)ではビーム幅がはるかに広くなることに注意してください。

スロット導波管アンテナシリーズ製品紹介:

 
 
 

RM-SWA910-22、9-10GHz


投稿日時: 2024年1月5日

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