(57)【要約】      （修正有）【課題】単純でコンパクトな放射構造を有する個々の放射素子を備えるリフレクタアレイを提供する。【解決手段】リフレクタアレイは、急な遷移のない反射表面を形成する複数の個々の放射素子を備え、反射表面の各放射素子が、パターンと呼ばれる連続した所定の放射素子のセットから選択され、パターンの最初の素子１および最後の素子９が、１つの同じ位相、モジュロ３６０°に対応し、同一であり、パターンのうちの放射素子１-９が、ある放射素子から隣接した別の放射素子に漸進的に変化する金属パッチ型および／または放射アパーチャ型の放射構造を有し、前記放射構造の変化が、少なくとも１つの金属パッチ２５および／または少なくとも１つのアパーチャ２７ならびにアパーチャ２７内の少なくとも１つの金属パッチ２５の外観および／または金属パッチ２５内の少なくとも１つのアパーチャ２７の外観の漸進的な成長の連続を備える。【選択図】図５
2010093811.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに沿って配列され、急な遷移がなく、所与のカバレッジを提供するように選択された位相変化法則で入射波を反射することが可能な反射表面を形成する複数の個々の放射素子を備えるリフレクタアレイであって、
−前記個々の放射素子（１、２、３、４、５、６、７、８、９）が、プレーナ技術を使用して生成され、
−前記反射表面の各放射素子が、パターンと呼ばれる所定の連続した放射素子（１、２、３、４、５、６、７、８、９）のセットから選択され、前記パターンが、その中の最初の素子（１）と最後の素子（９）との間で少なくとも３６０°の漸進的な位相シフトを生み出すことが可能であり、
−前記パターンのうちの前記最初の素子（１）および前記最後の素子（９）が、１つの同じ位相、モジュロ３６０°に対応し、同一であり、
−前記パターンの前記放射素子（１、２、３、４、５、６、７、８、９）が、ある放射素子から隣接する別の放射素子に漸次的に変化するメタルパッチ型および／または放射アパーチャ型の放射構造を有し、前記放射構造の変化は、少なくとも１つのメッシュパッチ（２５）および／または少なくとも１つのアパーチャ（２７）ならびにアパーチャ（２７）内の少なくとも１つの金属パッチ（２５）の外観および／または金属パッチ（２５）内の少なくとも１つのアパーチャ（２７）の外観の連続した漸次的成長を含むことを特徴とする、リフレクタアレイ。
【請求項２】
前記アパーチャ（２７）が、ある放射素子（７）から隣接する別の放射素子（８）に漸進的に増大する電気的長さを有する管状スロット（２４）であることを特徴とする、請求項１に記載のリフレクタアレイ。
【請求項３】
前記金属パッチ（２５）が、ある放射素子（３）から隣接した別の放射素子（４）に変化する幅を有する金属リング（２６）であることを特徴とする、請求項３に記載のリフレクタアレイ。
【請求項４】
前記パターンが、
−内部アパーチャ（２７）を区切る金属リング（２６）を備えるいくつかの連続した第１の放射素子（１、２、３、４）であって、前記金属リング（２６）の幅が、放射素子（５）を形成する完全金属パッチ（２５）が得られるまで、ある放射素子から隣接する別の放射素子に漸進的に増大する、いくつかの連続した第１の放射素子（１、２、３、４）と、
−内部金属パッチ（２５）および少なくとも１つの管状スロット（２４）を備えるいくつかの第２の連続した素子（６、７、８、９）であって、前記管状スロット（２４）の幅が、前記内部金属パッチ（２５）がなくなり、金属リング（２６）が得られるまで、ある放射素子から隣接する別の放射素子に漸進的に増大する、いくつかの第２の連続した素子（６、７、８、９）と
を備えることを特徴とする、請求項３に記載のリフレクタアレイ。
【請求項５】
前記パターンが、少なくとも１つの金属パッチ（２５）および前記金属パッチ（２５）に形成された２つの同心管状スロット（５４、５５、５６）を備える少なくとも１つの放射素子（５１、５２、５３）も備えることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のリフレクタアレイ。
【請求項６】
前記パターンが、金属パッチ（２５）および前記金属パッチ（２５）に形成されたいくつかの同心管状スロット（５４、５５、５６）を備えるいくつかの放射素子（５１、５２、５３）も備えること、および放射素子（５１）の少なくとも１つの管状スロットが、隣接する別の放射素子（５２）に相対して変化する電気的長さを有することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のリフレクタアレイ。
【請求項７】
前記パターンが、完全金属パッチ（２５）を備えた放射素子（５０）と、金属パッチ（２５）および前記金属パッチ（２５）に形成されたいくつかの同心管状スロット（５４、５５、５６）を備えたいくつかの連続する放射素子（５１、５２、５３）とを備えること、および前記管状スロットが、ある放射素子（５１）から隣接する別の放射素子（５２）に独立して、または同時に変化する長さを有することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のリフレクタアレイ。
【請求項８】
少なくとも１つの放射素子が、管状スロット（２４）またはいくつかの同心管状スロット（５４、５５、５６）および少なくとも１つの管状スロット（２４、５４、５５、５６）に配置された少なくとも１つの短回路手段（２８）および／または容量性手段を含み、前記短回路手段および／または前記容量性手段は、前記スロットの前記電気的長さを変化させることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のリフレクタアレイ。
【請求項９】
前記短回路手段（２８）が、所定のポイントおよび長さにわたって前記スロット（２４）を分割する金属被膜であることを特徴とする、請求項８に記載のリフレクタアレイ。
【請求項１０】
前記短回路手段がマイクロスイッチ（８５）であることを特徴とする、請求項９に記載のリフレクタアレイ。
【請求項１１】
前記パターンの各放射素子が、少なくとも１つのマイクロスイッチ（８５）を含むこと、および各マイクロスイッチ（８５）が、所定のポイントにおいて管状スロット（２４）に位置決めされ、選択された開状態または閉状態であり、前記管状スロットはすべて同じ幅を有することを特徴とする、請求項１０に記載のリフレクタアレイ。
【請求項１２】
前記パターンが、いくつかの連続した放射素子（９０〜９９）を備え、各放射素子が、いくつかの同心管状スロット（８１、８２、８３）を含み、前記放射素子のすべてが、前記管状スロット内の同じポイントに位置決めされた同数のマイクロスイッチ（８５）を備え、前記パターンの前記放射素子のすべての前記マイクロスイッチが、異なる状態に構成され、前記マイクロスイッチの状態が、ある放射素子（９０）から隣接する別の放射素子（９１）に漸進的に変化することを特徴とする、請求項１１に記載のリフレクタアレイ。
【請求項１３】
前記放射素子が、六角形または垂直な２つの枝部を有する十字形から選択される幾何学的形状を有することを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のリフレクタアレイ。
【請求項１４】
少なくとも１つの請求項１〜１３のいずれか一項に記載のリフレクタアレイを備えることを特徴とする、リフレクタアレイアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リフレクタアレイアンテナ用のリフレクタアレイに関する。本発明は、特に、通信衛星等の宇宙機に搭載されるアンテナまたは衛星通信システムもしくは放送システム用の地上ターミナルのアンテナに適用される。
【背景技術】
【０００２】
例えば、図１に示されるリフレクタアレイ（または「反射アレイ」）アンテナ１０は、一次元または二次元のアレイ１１に配列され、アンテナ１０の指向性および利得の増大を可能にする反射表面１４を形成する個々の放射素子１２のセットを備える。リフレクタアレイの金属パッチ型および／またはスロット型の、個々のセルとも呼ばれる個々の放射素子は、選択された放射パターンを得るように設定される可変パラメータ、例えば、エッチングパターンの幾何学的寸法（パッチまたはスロットの長さおよび幅）等を有する。例えば図２に示すように、個々の放射素子１２は、放射スロットが満たされ、λｇ／１０〜λｇ／６の典型的な距離だけ金属地板から離間された金属パッチからなることができ、λｇはスペーサ媒体内の導波長である。このスペーサ媒体は誘電性であり得るが、蜂の巣型セパレータおよび薄い誘電性外皮の対称レイアウトによって生成されるサンドイッチ複合体でもあり得る。アンテナ１０を効率的にするためには、個々のセルが帯域幅のうちの異なる周波数の入射波に対して生成する位相シフトを正確に制御可能なことが極めて重要である。リフレクタアレイを生成する方法はまた、可能な限り単純でなければならない。
【０００３】
リフレクタアレイ内での放射素子のレイアウトには、かなりの注意を要する。リフレクタアレイの反射特徴（通常、０．６５°λ未満であり、好ましくは０．５°λに等しく、λは自由空間中の波長である）を定義する高い周期性が、少なくともおおよそ、観察されるべきである。以下に説明するように、周期性が高いほど、効率が高くなる。しかし、現在既知のリフレクタアレイは、大きな問題を呈する。
【０００４】
リフレクタアレイを形成する互いに対する個々の放射素子のレイアウトは、所与のカバレージを生み出すように選択された指向方向において所与の放射パターンを得るように合成される。図３ａは、アンテナに対して横方向に向けられた指向性ビームを得ることを可能にする、従来技術によるリフレクタアレイアンテナの放射素子の例示的な配列を示す。リフレクタアレイが平坦であり、かつ一次フィード１３からアレイの各放射素子に発せられる波の経路長が異なるため、一次フィード１３から発せられた入射波によるリフレクタアレイの照明は、反射表面上に電磁場の位相外乱を発生させる。したがって、放射素子の寸法は、入射波が、入射波の相対位相を補償する位相シフトを有してアレイ１１によって反射されるように定義される。したがって、すべての放射素子１２が、同様の素子によって囲まれるわけではなく、ある放射素子から別の放射素子への遷移は、位相変化が速いほど大きい。
【０００５】
この結果、２つの問題がある。第１に、無限の周期性を仮定して放射素子の電気特徴を計算することにある標準近似が、これら素子に対してはもはや有効ではない。回折現象も、個々の放射素子１２の配列の疑似周期性が破られるエリアに現れる。電場の振幅は、一次フィード１３からの光線の幅に関連するアポダイズ分布（ａｐｏｄｉｚｅｄ  ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）に従うと仮定されるが、リフレクタアレイ１１の上の放射電場の全体としての実測分布は、高遷移のロケーションに厳密に対応する減衰エリアを示す。リフレクタアレイのメッシュサイズが大きいほど、この回折は大きくなる。これは、−２０ｄＢ未満に留まる場合であっても、通信アンテナにとって許容できない、関連するアンテナ１０の指向性の低下を生み出す副ローブのレベルを増大させる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、反射表面上の放射素子の周期性に大きな破れを導入せず、したがって、放射パターンの外乱の低減およびこのようなリフレクタアレイを備えたアレイアンテナの指向性の向上が可能なリフレクタアレイを提案することによってこれら欠点を解消することである。
【０００７】
本発明の別の目的は、放射素子によって反射された波の位相を変化させる可能性を増大しながら、遷移数を低減することが可能なリフレクタアレイを提案することである。
【０００８】
本発明の最終的な目的は、単純でコンパクトな放射構造を有する個々の放射素子を備えるリフレクタアレイを提案することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このために、本発明の主題は、互いに沿って配列され、急な遷移がなく、所与のカバレッジを提供するように選択された位相変化法則で入射波を反射することが可能な反射表面を形成する複数の個々の放射素子を備えるリフレクタアレイであって、
−個々の放射素子が、プレーナ技術を使用して生成され、
−反射表面の各放射素子が、パターンと呼ばれる所定の連続した放射素子のセットから選択され、パターンが、その中の最初の素子と最後の素子との間で少なくとも３６０°の漸進的な位相シフトを生み出すことが可能であり、
−パターンのうちの最初の素子および最後の素子が、１つの同じ位相、モジュロ３６０°に対応し、同一であり、
−パターンの放射素子が、ある放射素子から隣接する別の放射素子に漸次的に変化するメタルパッチ型および／または放射アパーチャ型の放射構造を有し、放射構造の変化は、少なくとも１つの金属パッチおよび／または少なくとも１つのアパーチャならびにアパーチャ内の少なくとも１つの金属パッチの外観および／または金属パッチ内の少なくとも１つのアパーチャの外観の連続した漸次的成長を含むことを特徴とする、リフレクタアレイである。
【００１０】
例えば、アパーチャは、ある放射素子から隣接する別の放射素子に漸進的に増大する電気的長さを有する管状スロットであり得、金属パッチは、ある放射素子から隣接した別の放射素子に変化する幅を有する金属リングであり得る。
【００１１】
一実施形態によれば、パターンは、
−内部アパーチャを区切る金属リングを備えるいくつかの第１の連続した放射素子であって、金属リングの幅が、放射素子を形成する完全金属パッチが得られるまで、ある放射素子から隣接する別の放射素子に漸進的に増大する、いくつかの第１の連続した放射素子と、
−内部金属パッチおよび少なくとも１つの管状スロットを備えるいくつかの第２の連続した素子であって、管状スロットの幅が、内部金属パッチがなくなり、金属リングが得られるまで、ある放射素子から隣接する別の放射素子に漸進的に増大する、いくつかの第２の連続した素子と
を備える。
【００１２】
有利なことに、パターンは、少なくとも１つの金属パッチおよび金属パッチに形成された２つの同心管状スロットを備える少なくとも１つの放射素子も備え得る。
【００１３】
有利なことに、パターンは、金属パッチおよび金属パッチに形成されたいくつかの同心管状スロットを備えるいくつかの放射素子も備え得、放射素子の少なくとも１つの管状スロットは、隣接する別の放射素子に相対して変化する電気的長さを有する。
【００１４】
有利なことに、パターンは、完全金属パッチを備えた放射素子と、金属パッチおよび金属パッチに形成されたいくつかの同心管状スロットを備えたいくつかの連続する放射素子とを備え得、管状スロットは、ある放射素子から隣接する別の放射素子に独立して、または同時に変化する長さを有する。
【００１５】
有利なことに、パターンは、管状スロットまたはいくつかの同心管状スロット、および少なくとも１つの短回路手段、および／または少なくとも１つの管状スロットに配置された容量性手段を含む少なくとも１つの放射素子を備え得、短回路手段および／または容量性手段は、スロットの電気的長さを変化させる。
【００１６】
短回路手段は、１つのポイントにおいて、ならびに所定の長さにわたってスロットを分割する金属被膜またはマイクロスイッチであることができる。
【００１７】
有利なことに、パターンの各放射素子は、少なくとも１つのマイクロスイッチを含み得、各マイクロスイッチは、所定のポイントにおいて管状スロットに位置決めされ、選択された開状態または閉状態であり、管状スロットはすべて同じ幅を有する。
【００１８】
有利なことに、パターンは、いくつかの連続した放射素子を備え得、各放射素子は、いくつかの同心管状スロットを含み、放射素子のすべては、管状スロット内の同じポイントに位置決めされた同数のマイクロスイッチを備え、パターンの放射素子のすべてのマイクロスイッチは、異なる状態に構成され、マイクロスイッチの状態は、ある放射素子から隣接する別の放射素子に漸進的に変化する。
【００１９】
好ましくは、放射素子が、六角形および垂直な２つの枝部を有する十字形から選択される幾何学的形状を有する。
【００２０】
本発明は、少なくとも１つのリフレクタアレイを備えるリフレクタアレイアンテナにも関する。
【００２１】
本発明の他の特徴および利点が、添付図面を参照して、純粋に例示的な非限定的な例として与えられる以下の説明から明確になるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】例示的なリフレクタアレイアンテナの図である。
【図２】プレーナ技術を使用して生成された例示的な個々の放射素子の図である。
【図３ａ】従来技術によるリフレクタアレイの放射素子の例示的な配列の図である。
【図３ｂ】従来技術によるリフレクタアレイの周期性の急な破れの例の拡大図である。
【図４】図３ａのアレイアンテナの放射表面上の放射電磁場の減衰の例である。
【図５】本発明による、いくつかの個々の放射素子の一次元配列を備え、３６０°の位相回転を得ることが可能な周期パターンの例の図である。
【図６】本発明による、幅が変化するいくつかのスロットを備えた個々の放射素子の例の図である。
【図７】本発明による、少なくとも１つのスロットおよび少なくとも１つの短回路を備える個々の放射素子の例の図である。
【図８ａ】本発明による、ＭＥＭＳを備える放射素子の例である。
【図８ｂ】本発明による、３つの同心管状スロットと、各スロット内にＭＥＭＳを有する十字形の形状のいくつかの放射素子からなる周期パターンの例である。
【図９】本発明による、異なる構造のいくつかの個々の放射素子の配列を備えた二次元データベースの例および３６０°の位相回転を得ることを可能にする、可能な変化経路のうちの２つの例の図である。
【図１０】本発明による、アンテナのリフレクタアレイの放射素子のレイアウトの例である。
【図１１】本発明による、図９の２つの変化経路に対応する位相変化の例である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１は、後述するように、周期的反射表面１４およびリフレクタアレイ１１を入射波で照明する一次フィード１３を形成する最適化されたリフレクタアレイ１１を備えるリフレクタアレイアンテナの例を示す。
【００２４】
図２は、底面に金属地板１７が設けられた誘電基板１６の上面にプリントされた金属パッチ１５を備えた、長さｍの辺を有する正方形状の個々の放射素子１２の例を示す。金属パッチ１５は、寸法ｐの辺を有する正方形状を有し、中央に長さｂおよび幅ｋの２つのスロット１８を含み、スロットは、十字形の形状に配置される。三次元座標系ＸＹＺでは、放射素子の反射表面の平面は、平面ＸＹである。個々の放射素子１２の形状は、正方形に限定されず、矩形、三角形、円形、六角形、十字形状、または他の任意の幾何学的形状であってもよい。生成されるスロットの数も、２と異なってもよく、スロットの配置は十字と異なってもよい。
【００２５】
図３ａは、従来技術によるリフレクタアレイアンテナの放射素子の配列の例を示す。この図では、図２の放射素子と同様であるが、可変寸法金属パッチ１５を有する放射素子１２が、周期性に急な破れを備えたリフレクタアレイ１１として配置される。図３ｂは、周期性の急な破れの例の拡大図である。実際には、素子２２および素子２３等のいくつかの隣接する放射素子は、互いに非常に異なる。２つの非常に異なる隣接する放射素子の遷移において、リフレクタアレイによって反射された放射線の回折１９および放射表面上の放射電磁場の減衰を誘発する非連続性がある。図４は、図３ａのリフレクタアレイと使用して得られる電磁場の減衰４０を示す。この図４は、図３ａの放射表面の周期性の破れとこの表面の上の放射電磁場の減衰との間に非常に明確な相関があることを示す。この配列は、副ローブのレベルが増大した外乱放射パターンを与え、このリフレクタアレイを備えたアンテナの良好な指向性を得ることを可能にしない。
【００２６】
図５は、本発明による、いくつかの個々の放射素子の一次元配列を備え、３６０°の位相回転を得ることを可能にする半周期的パターンの例を表す。この例では、放射素子の幾何学的形状は、六角形であり、その周縁寸法は同一である。プレーナ技術を使用して生成され、その放射構造は、図２に表される放射素子よりも複雑ではないが、前記放射構造は、反射表面１４の平面においてある放射素子から隣接する放射素子に漸進的に変化し、したがって、２つの隣接する放射素子間に急ないかなる破れも示さない。最初の放射素子１および最後の放射素子９は、同一である。これにより、最終状態が最初の状態と同一であるため、３６０°の位相変化ループの生成が可能になる。
【００２７】
この例では、最初の素子１は、内部キャビティ２７を区切る周縁金属リング２６を備える。次の３つの連続した素子２、３、４も、内部キャビティ２７を区切る周縁金属リング２６を備え、完全金属パッチ２５であるパターンの中央に配置された５番目の素子５まで、ある放射素子から直接隣接した次の放射素子に漸進的に増大するリングの幅が得られる。６番目の素子６から、例えば放射素子が六角形を有する場合には六角形の管状スロット２４が、内部金属パッチ２５の周縁の近傍に導入され、周縁金属リング２６は、周縁に残される。次の連続した放射素子７、８は、六角形スロット２４を有し、その幅は、内部金属パッチ２５が放射素子９のようになくなるまで漸進的に増大する。スロットの幅を変更することに代えて、スロットの長さを変更するか、またはスロットに容量性負荷を付けることも可能である。スロットの幅もしくは長さの変更または容量性負荷の追加は、スロット内の波の伝播特徴に影響する効果およびスロットの電気的長さに影響する効果を有する。注意として、スロットの電気的長さは、物理的長さとスロット内を伝播する波長との比に対応する。
【００２８】
放射素子が完全金属パッチ５である場合、放射素子をなくす一次フィード１３から発せられた入射波は、パッチによって完全に反射される。金属パッチが、アパーチャ、例えばスロット等を有する場合、共振キャビティが金属パッチと金属地板との間に形成される。その場合、この放射素子を照明する入射波の部分は、放射素子の金属地板に透過され、金属地板は、位相シフトを有する入射波を反射する。したがって、アパーチャは、放射素子によって反射された波に位相シフトを導入し、その大きさは、アパーチャが大きいほど大きい。完全パッチを備えた放射素子と比較して、放射素子１、９がもはや金属パッチを含まず、共振キャビティを区切る薄い金属リングのみを含むとき、最大位相シフトが得られる。
【００２９】
図５に示すような位相変化サイクルが完了すると、３６０°を超える位相シフトを得ることが可能である。このために必要なのは、放射素子の構造の同じ変化パターンを数回繰り返すことだけである。パターンを生み出すための放射素子の数は、図５の数と異なってもよいが、反射表面１４の周期性に急ないかなる破れも生み出さないために十分な数がなければならない。追加の位相変化可能性を得るため、かつリフレクタアレイでの急な遷移の数をさらに制限するために、１つまたは複数の追加の放射素子を図５に示すパターンに追加することも可能である。
【００３０】
図６に示すように、個々の放射素子によって結合されるいくつかの共振器が得られるように、いくつかのスロットを放射素子の金属パッチに生成することができる。この例では、最初の素子５０は完全金属パッチからなり、次の３つの放射素子５１、５２、５３のそれぞれは、金属パッチに形成された３つの同心六角形スロット５４、５５、５６を備える。反射表面１４の平面におけるスロットの幅は、２番目の素子５１と３番目の素子５２との間で増大し、それから、金属エリアの幅は、３番目の素子５２と４番目の素子５３との間で増大する。図６に４つある放射素子は、この例において示されるパターンに配列することができ、このパターンは、反射表面１４の全体上に再帰的に再生成することが可能である。入射波の周波数は、パッチの３つのスロットのいずれが共振するかを決める。図６の例では、３つのスロットの幅は、同時に変化するが、本発明はこのような事例に限定されない。スロットが、互いに独立して変化する幅を有する放射素子および／または１つもしくは２つのスロットのみが、ある放射素子から別の隣接した放射素子に変化する幅を有する放射素子を備えたパターンを生成することも可能である。
【００３１】
金属パッチにいくつかのスロットを含む放射素子の利点は、単一のみのスロットを有する素子を使用する場合よりも高度な、漸進的な位相変化を得ることを可能にすることである。最高で１０００°までの様々な位相変化を取得し、遷移の数を低減することを可能にする。上述した事例では、放射素子は六角形を有するが、同じ原理をすべての種類の幾何学的形状、例えば、正方形、矩形、円形、三角形、十字形、または他の任意の形状等に使用することができる。
【００３２】
あるいは、１つの同じパターン内で、いかなるスロットも含まない放射素子と、１つまたは複数のスロットを含む放射素子とを組み合わせことが可能である。スロットを連続した放射素子内に漸進的に導入することにより、遷移の数をさらに低減すると共に、パターンの放射素子によって反射される波の位相変化範囲をさらに広げることが可能である。
【００３３】
本発明の代替の実施形態として、図７に関連して上述したように、または図８に関連して後述するように、少なくとも１つのスロットを備えた放射素子が１つまたは複数の短回路を漸進的に導入することも可能である。
【００３４】
図７では、放射素子は、パッチ２５および１つまたはいくつかのスロット２４を備え、パッチの中に、スロットの電気的長さを変化させることが可能な１つまたは複数の短回路２８が導入される。短回路２８は、選択された長さの少なくとも２つのハーフスロット２４ａおよび２４ｂを得るように、ポイントにおいて、ならびに所定の長さにわたってスロット２４を分割する単純な金属被膜を備える場合、受動型であることができる。あるいは、短回路は、マイクロスイッチによって生成された場合、能動型、例えばＭＥＭＳ（微小電気機械システム）型またはダイオードであることができる。したがって、個々の放射素子のスロット２４内に配置される短回路２８の追加により、同じ個々の放射素子上にいくつかの共振器を生成することが可能になり、それにより、位相変化の可能性を増大すると共に、急な遷移の数をさらに低減することが可能になる。
【００３５】
１つの同じパターンの１つの同じ放射線素子および／または２つ以上の異なる放射線素子において、１つまたは複数の能動短回路を有するスロットと、１つまたは複数の受動短回路を有するスロットとを組み合わせることが可能である。すべての可能な組み合わせを本発明の枠組み内で考えることができる。
【００３６】
したがって、リフレクタアレイにおいて一緒に結合された複数の共振器を有するこれら放射素子の使用により、リフレクタアレイでの急な遷移の数をかなり低減すると共に、それに対応して、放射パターンに誘発される外乱を低減することが可能になる。別の利点は、自由度の増大により、中心周波数のみならず、リフレクタアレイの通過帯域のうちのいくつかの他の周波数での所要位相シフトを保証することが可能なことである。
【００３７】
図８ａは、２つの垂直な枝部を有する十字部の形状の放射素子の例を示す。十字および六角形は、共振を決めるスロットが湾曲しているため、小型であるという属性を有する。これは、いくつかのセパレータ共振器を４つのスロットと共に、金属パッチ上に挿入することを可能にする。例えば、高遷移を作らずに、位相を最高で１０００°まで変化させることが可能である。
【００３８】
図８ａでは、十字は、金属パッチ内に形成される３つの同心管状スロット８１、８２、８３を備えるが、３以外の数のスロットを備えることも可能である。六角形の場合と同じ方法で、いくつかの放射素子を十字形に配置し、可変スロット幅または金属リング幅を有することにより、反射表面上の位相変化を漸進的に制御することが可能である。
【００３９】
図８ｂに示すように、当接する放射素子を得るために、各十字は、例えば、異なる幾何学的形状、例えば、正方形、矩形、または六角形のメッシュセルを有する連続金属グレーティング８４内に内接することができる。あるいは、スロットの幾何学的形状を変更させることに代えて、例えば、図８ａおよび図８ｂに表されるようにスロット内に選択的に配置された、例えば、ＭＥＭＳ（微小電気機械システム）型８５またはダイオード等の他のスイッチシステムのマイクロスイッチを使用することにより、位相を変化させることが可能である。この場合、すべての放射素子は同じ構造を有し、かつすべての管状スロットは同じ幅を有する。スロット８１、８２、８３内に配置されたＭＥＭＳ８５は、２つの可能な状態、開閉を有し、短回路または開路として機能する。容量性ＭＥＭＳの場合、可変容量性電荷として機能することも可能である。したがって、スロットの電気的長さを変化させ、したがって、各放射素子によって反射された波の位相を変化させることが可能である。可変スロット幅を有する放射素子と同じ方法で、所定の様式で、例えば、所望の位相シフト法則に従って、電磁場が最も強い最も活性度の高いエリアに、特定のＭＥＭＳを閉状態で配置し、他のＭＥＭＳを開状態で配置することにより、放射素子の位相を制御することが可能である。したがって、同じ幾何学的形状および管状スロットの同じポイントに位置決めされるが、ＭＥＭＳ構成が異なる状態である同数のＭＥＭＳを有するいくつかの放射素子を使用することにより、例えば、急な遷移を含まない漸進的な位相変化を有するパターンを生成することが可能である。例えば、３つの同心管状スロットおよびＭＥＭＳが各スロットに設けられた、十字または六角形の形状のいくつかの放射素子を含むパターンを使用する場合、すべてのＭＥＭＳが閉状態の放射素子が得られるまで、隣接する放射素子の異なるスロットに漸進的に短い開路を付けることにより、位相を最高で１０００°まで漸進的に変化させ、次に、いくつかの追加の隣接する素子にわたり、すべてのＭＥＭＳが開状態の放射素子が得られるまで、ＭＥＭＳを漸進的に開状態セットすることが可能である。特定のＭＥＭＳを一緒にペアにし、グループ化して１つの同じコマンドで開状態または閉状態を同時に変化させることも可能である。これにより、例えば、２つの垂直な枝部を有する十字形の幾何学的形状の場合、十字の２つの枝部の２つの軸ＸおよびＹを中心としたミラー対称を取得し、リフレクタアレイの帯域幅の低減および偏光十字の生成の可能性が高い準位の主モードよりも大きな励起放射モードを回避することが可能になる。
【００４０】
図８ｂに示す例では、パターンは、３つの同心管状スロットおよび同数のＭＥＭＳ、この場合、第１の最も内側のスロット内にＹ軸上でペアになった２つのＭＥＭＳ、第２のスロット内に６つのＭＥＭＳ、および第３の最も外側のスロット内に６つのＭＥＭＳを有する十字形の１０個の同一の放射素子を備える。第２のスロットの６個のＭＥＭＳおよび第３のスロットの６個のＭＥＭＳは、Ｙ軸上に２対を有し、他の４個のＭＥＭＳは一緒にペアにされる。第１の放射素子９０では、すべてのＭＥＭＳが閉状態である。第２の放射素子９１では、一緒にペアになった第３のスロットの４個のＭＥＭＳが開状態であり、他のすべてのＭＥＭＳは、閉状態である。第３の放射素子９２では、第１のスロットの２個のＭＥＭＳが開状態であり、他のすべてのＭＥＭＳは閉状態である。続く放射素子９３〜９８は、すべてのＭＥＭＳがパターンの最初の放射素子と同じ閉状態であるパターンの最後の放射素子９９である限り、異なるＭＥＭＳの他の状態の組み合わせを含む。このようなパターンは、放射素子の位相を３６０°回転することを可能にする。
【００４１】
図８ａおよび図８ｂの放射素子の幾何学的形状は十字形であるが、代替として、ＭＥＭＳを、六角形、正方形、矩形、または他の任意の所望の形状等の別の幾何学的形状を有する放射素子に配置することも可能である。
【００４２】
十字形または六角形の放射素子は、非常にコンパクトであり、ひいては広帯域という利点を有する。管状スロットの数ひいては共振器の数が増大するにつれて、放射素子はますますコンパクトになり、帯域幅が広くなる。特に、十字形放射素子は、１１ＧＨｚ〜１４ＧＨｚで動作するアンテナを得ることを可能にする。さらに、十字形は、正方形メッシュまたは矩形メッシュと互換性を有するという利点を提供し、これにより、この十字形を有する放射素子からなるリフレクタアレイを備えたパネルの生成が簡易化される。
【００４３】
あるいは、１つの同じパターン内に、幅が変化する１つまたは複数のスロットを有する放射素子と、電気的長さが変化する１つまたは複数のスロットを有する放射素子とを組み合わせることも可能であり、電気的長さが変化する少なくとも１つのスロットを有する放射素子が、少なくとも１つの受動短回路付きスロットを含む放射素子および／または少なくとも１つの能動短回路付きスロットを有する放射素子および／または容量性ＭＥＭＳを組み込んだ少なくとも１つのスロットを含む放射素子を備えてもよい。
【００４４】
周期性に急な破れを生み出すことなく、選択された位相変化法則を得ることが可能な二次元配列を生成するためには、上述したように、二次元パターンに配列された、３６０°の位相シフトを得ることが可能な変化する構造を有する異なる放射素子を備えたデータベースを作成することが賢明であり得る。図９は、本発明によるデータベースの例を示す。このデータベースは、図５の放射素子１〜９を含むと共に、異なる中間構造を有する追加の放射素子６３〜６８を含む。このデータベースを使用して、変化パスを正しく選択することにより、放射素子の漸進的な物理的変化から、反射波の位相の漸進的な変化を生み出すことが可能である。この図９では、可能な異なるパスを使用して、漸進的な３６０°の位相変化を得ることができる。パス６１、６２の２つの例を示す。３０°に等しい平坦波θの入射角度であり、３つの異なる中心周波数の場合の、図９のデータベースから選択されるパス６１または６２等の変化パスで得られる位相変化の例を図１１に示す。この例の３つの周波数は１４ＧＨｚ、１４．２５ＧＨｚ、および１４．５０ＧＨｚであり、４５個の異なる放射素子を含むパターンの場合、得られる位相変化は６０°〜４２０°である。この図１１は、急なジャンプを含まない漸進的な位相変化を示す。
【００４５】
データベースは、いくつかの六角形スロットを備えた放射素子に拡張することができる。この場合、アンテナの放射パターンの中心周波数に望ましい位相シフトおよび所望の位相分散を正確に生成することが可能になる。
【００４６】
所定の位相変化を生じさせるように選択された放射素子を、次に、例えば、図１０に示すような二次元反射アレイに配置することができる。このようにして生成された反射アレイは、アレイの個々の放射素子の漸進的な物理的変化から、アレイによって反射された入射波の位相を漸進的に変化させることが可能である。
【００４７】
本発明を特定の実施形態に関連して説明したが、本発明は決してこれに制限されず、説明した手段ならびに本発明の枠組み内にあるその組み合わせのすべての技術的等価物を含むことが明らかである。
【符号の説明】
【００４８】
１〜９、１２、２２、２３、５０〜５３、６３〜６８、９０〜９９  放射素子
１０  リフレクタアレイアンテナ
１１  リフレクタアレイ
１３  一次フィード
１４  反射表面
１５  金属パッチ
１６  誘電基板
１７  金属地板
１８  スロット
１９  回折
２４、５４、５５、５６、８１、８２、８３  管状スロット
２４ａ、２４ｂ  ハーフスロット
２５  金属パッチ
２６  金属リング
２７  アパーチャ
２８  短回路
４０  減衰
６１、６２  パス
８４  金属グレーティング
８５  マイクロスイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【外国語明細書】
2010093811000001.pdf