スロットアンテナ

船舶搭載用Xバンドスロット導波管海洋レーダーアンテナ、8～12GHz。アンテナは狭い垂直扇形のマイクロ波ビームを放射し、1回転ごとに船舶の周囲360°の水面全体をスキャンします
プラスチック製のレドームの一部を取り除いた、同様の海洋レーダーアンテナの断面図。導波管のスロットを示しています。
スロットアンテナを備えたKh-35E対艦ミサイルのシーカー。

スロットアンテナは、通常は平板状の金属面に1つ以上の穴またはスロットが切られた構造です。 [ 1 ]プレートに高周波電流を流してアンテナとして駆動すると、スロットはダイポールアンテナと同様に電磁波を放射します。スロットの形状とサイズ、そして駆動周波数によって放射パターンが決まります。スロットアンテナは通常、波長が十分に短いUHFおよびマイクロ波周波数で使用されます。これらの周波数では、プレートとスロットを小型化できるため、電波は導波管によって伝導されることが多く、アンテナは導波管内のスロットで構成されます。これはスロット導波管アンテナと呼ばれます。複数のスロットは指向性アレイアンテナとして機能し、狭い扇形のマイクロ波ビームを放射することができます。スロットアンテナは、研究用に使用される標準的な実験室用マイクロ波源、UHFテレビ送信アンテナ、ミサイルや航空機のアンテナ、携帯電話基地局のセクターアンテナ、そして特に海洋レーダーアンテナに使用されています。スロットアンテナの主な利点は、小型であること、設計が単純であること、そして導波管またはプリント基板技術を用いて容易に大量生産できることです。

構造

スロットアレイUHFテレビ放送アンテナ

1946 年に HG Booker が示したように、光学におけるバビネの原理によれば、金属板または導波管のスロットは、スロットと同じ形状のロッドを持つ駆動ロッド アンテナと同じ放射パターンを示します。ただし、電界と磁界の方向が入れ替わっている点が異なります。アンテナは電気双極子ではなく磁気双極子です。磁界はスロットの長軸に平行で、電界はスロットに垂直です。したがって、スロットの放射パターンは、ダイポールアンテナなどのロッド要素アンテナに使用されるよく知られた方程式で計算できます。電波はスロット軸に垂直に直線偏波します。波長の長さまでのスロットには、表面に垂直な方向に最大放射を持つ単一のメイン ローブがあります。

導波管内に複数の平行スロットを備えたアンテナは、広く使用されているアレイアンテナです。これらのアンテナは、対応するダイポールアンテナの直線アレイに類似した放射パターンを持ちますが、スロットは導波管表面の片側、つまり周囲空間の180°の空間にのみ放射できるという点が異なります。広く使用されているタイプには以下の2つがあります。

縦方向スロット導波管アンテナ
スロットの軸は導波管の軸と平行です。これは共線ダイポールアンテナに似た放射パターンを持ち、通常は垂直に取り付けられます。放射パターンは、アンテナに垂直な水平面内ではスロット前方 180° 方位にわたってほぼ全方向性ですが、垂直面内では狭く、垂直ゲインはスロット数が 2 倍になるごとに約 3 dB 増加します。放射は水平偏波です。UHF テレビ局の垂直全方向性送信アンテナに使用されます。放送用には、円筒形または半円形の導波管が異なる側面に数列のスロットを切り込んで、全方向性 360° 放射パターンを実現するために使用されることがあります。
横方向スロット導波管アンテナ
スロットは導波管の軸にほぼ垂直ですが、わずかな角度で傾斜しており、交互に反対の角度で傾斜したスロットがあります。これにより、アンテナに垂直な平面でダイポールパターンを放射し、アンテナの平面では非常に鋭いビームを放射します。最大の用途は、マイクロ波海洋レーダーアンテナです。アンテナは機械駆動装置に水平に取り付けられ、垂直軸を中心に回転します。回転するたびに、アンテナの垂直扇形ビームが船の周囲の水面を 360° スキャンして水平線まで広がります。ビームの垂直方向の広がりが広いため、悪天候で船とアンテナ軸が波によって広い角度で揺さぶられても、レーダービームが水面を外すことはありません。

歴史

スロットアンテナは、1938年にEMIに勤務していたアラン・ブルムラインによって発明されました。彼は、水平偏波、全方向性の水平放射パターン、そして狭い垂直放射パターンを持つVHFテレビ放送用の実用的なアンテナを製造するために、このスロットアンテナを発明しました。[ 2 ] [ 3 ]

表面捜索レーダーに使用される以前は、このようなシステムではパラボラセグメント反射器、いわゆる「チーズアンテナ」が使用されていました。スロット導波管アンテナは、第二次世界大戦中にマギル大学とカナダ国立研究評議会が共同で行ったレーダー研究の成果です。[ 4 ]共同発明者であるマギル大学のWHワトソンとEWガプティルは、1951年に「マイクロ波用指向性アンテナ」と称されるこの装置で米国特許を取得しました。[ 5 ]

2.4GHz用スロット導波管アンテナ。

その他の用途

関連する用途として、いわゆる漏洩導波管は、特定の高速輸送用途における鉄道車両の位置特定にも使用されています。これらは主に、列車が駅で停止しているときに正確な位置を特定するために使用され、出入口の位置がプラットフォーム上の待ち行列ポイント、または設置されている場合は2組目の安全ドアと正しく位置合わせされます

参照

参考文献

  1. ^ Chaudhuri, S.; Kshetrimayum, RS; Sonkar, RK; Mishra, M. (2019). 「デュアル円偏波進行波スロットアンテナアレイ」 . Electronics Letters . 55 (20): 1071– 1073. Bibcode : 2019ElL....55.1071C . doi : 10.1049/el.2019.1972 . S2CID  201254746
  2. ^ブルームライン、アラン（1938年3月7日）、「高周波電気導体または放射器の改良またはそれに関連する改良」、英国特許第515684号
  3. ^バーンズ、ラッセル (2000). AD ブルームラインの生涯.工学技術協会. ISBN 0-85296-773-X。
  4. ^コヴィントン、アーサー・E. (1991). 「カナダ国立研究会議無線・電気工学部門の回想録、1946-1977」 .カナダ科学技術医学史ジャーナル. 15 (2): 155– 175. doi : 10.7202/800334ar .
  5. ^ワトソン、ウィリアム・ヘリオット、ガプティル、アーネスト・ウィルモット（1951年11月6日）、マイクロ波用指向性アンテナ、 2016年12月20日閲覧。
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