図 1 は、一般的なスロット付き導波路の図を示しています。これは、中央にスロットのある細長い導波路構造を持っています。このスロットは電磁波の送信に使用できます。
図 1. 最も一般的なスロット付き導波管アンテナの形状。
フロントエンド (xz 平面の Y = 0 の開いた面) アンテナに給電されます。通常、遠端は短絡しています (金属製の筐体)。導波管は、ページ上の短いダイポール (キャビティ スロット アンテナの背面に見られる) によって、または別の導波管によって励起される場合があります。
図 1 のアンテナの解析を始めるために、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平行（平行）アドミタンスとみなすことができます。導波管は短絡しているため、おおよその回路モデルを図 1 に示します。
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部 (図 2 に示すように短絡されている) まで距離「d」にあり、スロット要素は互いに距離「L」だけ離れています。
溝の大きさが波長の目安となります。ガイド波長は導波管内の波長です。管内波長 ( ) は、導波管の幅 (「a」) と自由空間波長の関数です。ドミナント TE01 モードの場合、ガイダンス波長は次のとおりです。
最後のスロットと端「d」の間の距離は、多くの場合 4 分の 1 波長になるように選択されます。伝送線路の理論上の状態では、下方に伝送される 4 分の 1 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 は次のようになります。
画像 3. 1/4 波長変換を使用したスロット付き導波管回路モデル。
パラメータ「L」が半波長となるように選択された場合、入力 ž オーミック インピーダンスは半波長距離 z オームで表示されます。「L」というのは、約半分の波長になるように設計されている理由です。導波管スロット アンテナがこのように設計されている場合、すべてのスロットは平行であると考えることができます。したがって、「N」要素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、次のようにすぐに計算できます。
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注意してください。そこから周波数が進むにつれて導波路の設計が機能し、アンテナの性能が低下します。スロット導波管の周波数特性を考える例として、周波数の関数としてのサンプルの測定値を S11 に示します。導波管は 10 GHz 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給電されます。
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ます。
結果の S パラメータ プロットを以下に示します。
注: S11 では、約 10 GHz でアンテナのドロップオフが非常に大きくなります。これは、消費電力のほとんどがこの周波数で放射されることを示しています。アンテナ帯域幅 (S11 が -6 dB 未満として定義されている場合) は約 9.7 GHz から 10.5 GHz となり、8% の部分帯域幅になります。6.7 GHz および 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、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。上に示した 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ような帯域幅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 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パッケージを使用して計算されました)。このアンテナの利得は約 17 dB です。
XZ 面 (H 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 面 (または E 面) では、ビーム幅ははるかに大きくなります。
スロット導波管アンテナ シリーズ製品紹介:
投稿時刻: 2024 年 1 月 5 日
