主要

スロット付き導波管アンテナ – 設計原理

図1は一般的なスロット付き導波管の概略図を示しており、中央にスロットを備えた細長い導波管構造となっている。このスロットは電磁波を伝送するために使用できる。

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図1. 最も一般的なスロット付き導波管アンテナの形状。

前面(xz平面でY=0の開口部)のアンテナに給電が行われます。遠端は通常、短絡(金属製の筐体)になっています。導波管は、ページ上のキャビティスロットアンテナの背面にある短いダイポールアンテナ、または別の導波管によって励振されます。

図1のアンテナの解析を始めるにあたり、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アドミタンスと見なすことができます。導波管は短絡されているため、近似回路モデルは図1に示されています。

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図2.スロット付き導波管アンテナの回路モデル。

最後のスロットは端から距離「d」だけ離れており(図2に示すように短絡されている)、スロット要素同士の間隔は距離「L」だけである。

溝のサイズは波長の目安となります。導波波長とは、導波管内の波長のことです。導波波長()は、導波管の幅(「a」)と自由空間波長の関数です。支配的なTE01モードの場合、導波波長は次のようになります。

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最後のスロットと終端「d」の間の距離は、しばしば1/4波長に選ばれる。伝送線の理論的な状態、すなわち1/4波長短絡インピーダンス線路が下向きに伝送される場合、開放回路となる。したがって、図2は次のように簡略化される。

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図3.1/4波長変換を用いたスロット付き導波管回路モデル。

パラメータ「L」を半波長に設定すると、入力インピーダンスzは半波長距離zオームで測定されます。「L」は、設計が約半波長となる理由です。導波管スロットアンテナをこのように設計すると、すべてのスロットが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ある。

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。導波管の設計が機能する周波数から周波数が上がると、アンテナの性能が低下します。スロット付き導波管の周波数特性を考える例として、サンプルの周波数に対する測定結果を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。これは、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.スロット付き導波管アンテナは同軸給電によって給電される。

得られたSパラメータのプロットを以下に示します。

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注: このアンテナは、約 10 GHz で S11 が非常に大きく低下します。これは、電力消費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。アンテナの帯域幅 (S11 が -6 dB 未満と定義した場合) は約 9.7 GHz から 10.5 GHz までで、比帯域幅は 8% です。また、6.7 GHz と 9.2 GHz 付近にも共振があることに注意してください。6.5 GHz 未満、つまりカットオフ導波管周波数未満では、エネルギーはほとんど放射されません。上記の S パラメータ プロットは、帯域幅スロット付き導波管の周波数特性がどのようなものに似ているかをよく示しています。

スロット付き導波管の三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界解析ソフトウェアを用いて計算したものです)。このアンテナの利得は約17dBです。

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XZ平面(H平面)ではビーム幅が非常に狭い(2~5度)ことに注意してください。YZ平面(またはE平面)では、ビーム幅ははるかに広くなります。

スロット付き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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