スロットアンテナ

スロットアンテナは、通常は平らなプレートで、1 つ以上の穴またはスロットが切り抜かれた金属表面で構成されています。 ^[1]プレートが印加された無線周波数電流によってアンテナとして駆動されると、スロットはダイポールアンテナと同様の方法で電磁波を放射します。スロットの形状とサイズ、および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、波長が十分に小さいためプレートとスロットを小さくできる 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、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できます。これらは、研究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、特に海洋レーダーアンテナで使用されます。スロットアンテナの主な利点は、サイズ、設計の単純さ、および導波管または PC ボード技術を使用した大量生産への容易な適応です。

構造

1946 年に HG Booker によって示されたように、光学におけるバビネの原理から、金属板または導波管のスロットは、電界と磁界の方向が入れ替わっている点を除いて、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。アンテナは電気双極子ではなく磁気双極子であり、磁界はスロットの長軸に平行で、電界は垂直です。したがって、スロットの放射パターンは、双極子などのロッド要素アンテナに使用されるのと同じよく知られた式で計算できます。波は、スロット軸に垂直に直線偏波されます。波長の長さまでのスロットには、表面に対して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。

導波管内の複数の平行スロットで構成されるアンテナは、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線形アレイに似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、つまり周囲の空間の 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は 2 つあります。

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、スロットの前の 180° 方位にわたってアンテナに垂直な水平面内では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み、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対してほぼ垂直ですが、わずかな角度で傾斜しており、交互のスロットは反対の角度で傾斜しています。これにより、アンテナに対して垂直な平面にダイポールパターンが放射され、アンテナの平面には非常に鋭いビームが放射されます。最大の用途は、マイクロ波海洋レーダーアンテナです。アンテナは機械式ドライブ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を取り囲む水面の周りを 360° スキャンして水平線に向かいます。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、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タイプのアンテナを製造するためにそれを発明しました。^[2]^[3]

表面捜索レーダーに使用される前は、このようなシステムではパラボラセグメント反射器、つまり「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」と説明されたこの装置で米国特許を取得しました。^[5]

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の決定にも使用されます。漏洩導波管は主に、列車が駅で停止しているときに列車の正確な位置を決定するために使用されます。これにより、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 2 組目の安全ドア (提供されている場合) と正しく揃います。

参照

マイクロ波放射計（ジュノー）（スロットアレイアンテナ搭載）
RIMFAX（火星探査機のレーダーはスロットアンテナ設計）

参考文献

^ 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.
^ ブルームライン、アラン (1938-03-07)、「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
^ バーンズ、ラッセル (2000)。ADブルームラインの生涯と時代。工学技術協会。ISBN 0-85296-773-X。
^コヴィントン 、アーサー E. (1991)。「カナダ国立研究会議の無線および電気工学部門の思い出、1946-1977」。カナダ科学技術医学史誌。15 ( 2): 155–175。doi : 10.7202/800334ar。
^ 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

外部リンク

「スロットアンテナ」。アンテナ理論。
スロット導波管アンテナ Antenna-Theory.com

[kshetrimayum2-1] 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 (1938-03-07)、「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と時代。工学技術協会。ISBN 0-85296-773-X。

[Covington-4] ^コヴィントン 、アーサー E. (1991)。「カナダ国立研究会議の無線および電気工学部門の思い出、1946-1977」。カナダ科学技術医学史誌。15 ( 2): 155–175。doi : 10.7202/800334ar。

[patent-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