(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
組立てられるときアレイアンテナの導波管構造を形成する複数の押出セクションを押出し成形によって製造し、
製造された前記複数の押出セクションを導波管構造を形成するような関係位置で配置し、
前記複数の押出セクションを接合してアレイアンテナを形成するステップを有し、
この複数の押出セクションを接合するステップにおいて、
複数の押出セクションの両端部を密閉するために複数の押出セクションの各端部に共通である共通の端部プレートを形成し、
複数の押出セクションの両端部をそれぞれ前記共通の端部プレートに接合して密封してアレイアンテナを形成することを特徴とする正確な時間遅延を有する連続的な横断スタブアレイアンテナの製造方法。
【請求項２】
複数の押出セクションはプラスティックにより構成されており、前記複数の押出セクションを形成するステップは複数の押出セクションを金属で被覆するステップを含んでいる請求項１記載の方法。
【請求項３】
複数の押出セクションは導電性金属により構成されている請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アレイアンテナとその製造方法、特に正確な時間遅延の連続的な横断スタブアレイアンテナの廉価な製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の正確な時間遅延を有する連続的な横断スタブアレイアンテナは、Ｒｅｘｏｌｉｔｅ（商標名）またはポリプロピレン等の低損失プラスティックからマイクロ波回路の特徴構造を機械加工またはモールドすることにより製造された。プラスティックはその後、誘電体で充填されたオーバーモード導波管または並列プレート導波管構造を形成するように金属被覆された。このようなアンテナは、発明の名称“Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ｄｅｖｉｃｅｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ Ｍａｋｉｎｇ Ｓａｍｅ”の米国特許第５，２６６，９６１ 号明細書と、発明の名称“Ｐｌａｎａｒ Ａｎｔｅｎｎａ Ｒａｄｉａｔｉｎｇ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｅｘｈｉｂｉｔｉｎｇ Ｑｕａｓｉ−Ｓｃａｎ／Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ Ｄｒｉｖｉｎｇ−Ｐｏｉｎｔ Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ”の１９９７年６月３０日出願の米国特許第０８／８５５，５８３号明細書および発明の名称“Ｃｏｍｐａｃｔ， Ｕｌｔｒａｗｉｄｅｂａｎｄ ａｎｄ， Ｍａｔｃｈｅｄ Ｅ−Ｐｌａｎｅ Ｐｏｗｅｒ Ｄｉｖｉｄｅｒ ”の１９９７年６月３０日出願の米国特許第０８／８８４，８３７号明細書に記載されている。
【０００３】
上記の発明に続いて、発明の名称“Ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ Ｆａｂｒｉｃａｔｉｎｇ Ｔｒｕｅ−Ｔｉｍｅ−Ｄｅｌａｙ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｓｔｕｂ Ａｒｒａｙ Ａｎｔｅｎｎａｓ”の１９９７年６月３０日出願の米国特許第０８／８８４，８３７号明細書には所望のマイクロ波回路の特徴構造特性が形成されている金属または金属被覆されたプラスティックシートから製造された空気−誘電体設計を記載している。その後層が集合され、不活性ガスの炉におけるブレージングまたは超音波溶接のような幾つかの利用可能なプロセスのうちの１つを使用して共に結合される。しかしながら、装置が組立てられた後では、内部検査および修理は通常実際には困難であるので、シーム結合を行うときに無傷の欠陥のない結合プロセスが確実に行われることが必要である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
空気を誘電体とするマイクロ波導波管構造は固体を誘電体とするマイクロ波導波管構造よりも幾つか重要な利点を有し、それらの利点には低損失であり、不均一性および異方性のような誘電体のマイクロ波特性の非均一性に対する影響力が少いことが含まれている。誘電材料はＲＦエネルギは伝送させることができないので、連続的な横断スタブアレイは、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）のような優れた物理的特性であるが貧弱なマイクロ波特性を有し、導電表面を模倣するために金属表面を有する廉価な材料を使用して製造されることができる。
【０００５】
プロトタイプのアンテナの導波管構造が固体誘電体を使用して開発された。プロトタイプの設計は３．５乃至２０．０ＧＨｚの拡張された帯域にわたって適切に動作する。均一な断面の誘電体部分は一般的な機械加工技術を使用してＲｅｘｏｌｉｔｅ（商標名）１４２２から作られた。その部品は接着剤により共に結合され、ライン供給入力と放射開口を除く全ての外部表面は高い導電性の銀の塗料で金属被覆されて導波管が形成されていた。
【０００６】
固体誘電体を使用する導波管構造の主要な欠点は、その誘電体損失が大きいことであり、しかもこの誘電体損失はミリメートル波の周波数が高くなる程顕著に増加する。その他の欠点としては、固体誘電体には不均一性および異方性のような誘電体特性の変化が存在すること、高価な高級なマイクロ波誘電材料が必要であること、少しではあるが誘電体部分の製造と結合と金属被覆のために価格が増加すること等が挙げられる。従来の空気を充填した導波管構造もまた問題を有しており、特にマイクロ波回路構造は導波管構造の内部にあり、組立て後の機械的な検査が困難である。したがって、このようなアンテナの製造に使用されるプロセスは、部品の正確な整合を確実にし、精密な許容度を維持し、全てのシームにわたって連続的な導電表面を提供しなければならない。
【０００７】
したがって、従来の方法を改良する正確な時間遅延の連続的な横断スタブアレイアンテナを製造する廉価な方法を開発することが求められている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は所望のマイクロ波回路特性を形成するために押出成形で形成された押出セクションで導波管壁の一部を形成することによって空気を誘電体とする正確な時間遅延の連続的な横断スタブアレイアンテナを製造する改良された方法を提供する。端部プレートは押出セクションを正確な関係位置に支持する。本発明の方法は非常に廉価で大量生産されることができる生産性の高い設計を結果として提供する。
【０００９】
１つの例示的な方法は以下のステップを有する。物理的に相互に独立した複数の押出セクションが製造される。複数の押出セクションはアレイアンテナ構造を規定する予め定められたパターンで配置され、ここで隣接表面はアレイアンテナの導波管を形成する。複数の押出セクションはアレイアンテナを形成するためにそれぞれの端部で端部プレートに接合される。
【００１０】
押出セクションを共に接合するために、複数の端部プレートが典型的に製造され、その後押出セクションが固定され、特に端部プレートによって位置を定められる。複数の押出セクションと端部プレートは金属またはプラスティックで構成されることができる。押出セクションと端部プレートがプラスティックで形成される場合には、これらは真空付着、無電解メッキのようなプロセスを使用して金属被覆が形成され、あるいは押出プロセス中に行われる金属層との積層により金属被覆される。金属または金属で被覆された端部プレートはアレイアンテナ構造を形成するために金属または金属で被覆された押出セクションに接続される。
【００１１】
本発明の製造方法では、空気充填誘電体の並列プレート導波管構造を形成するために金属またはプラスティックのいずれかの押出部（押出セクション）を使用してもよい。ＲＦ導電性を得るために、プラスティック表面は真空付着、無電解メッキのようなプロセスを使用して、または押出プロセス中の積層により金属被覆される。押出成形は重量を最小にするために薄い壁の管として押出されることができる。
【００１２】
本発明の主要な利点は、押出により形成される並列プレート導波管が完全にシームがないことである。これは隣接層間に隔離ラインが存在する背景技術について前述した層を形成する構造を著しく改良したものである。
【００１３】
押出セクションからマイクロ波構造を形成する方法は通常、正確な時間遅延の連続的な横断スタブアレイアンテナで使用される超広帯域のアンテナフィードおよび開口アーキテクチャを製造するために使用される。製造プロセスは完成したものであり、廉価な価格から適正な範囲の価格で大量生産されることができる設計が得られる。このような手頃な広帯域アンテナは、単一の広帯域開口が幾つかの狭帯域アンテナと置換できる多機能の軍用システムまたは高い生産性の商用製品に対して非常に重要である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の種々の特徴および利点は添付図面を伴った以下の詳細な説明を参照してさらに容易に理解されよう。図中の同一の参照符号は類似の構造素子を示している。
図面を参照すると、図１は背景技術の部分で説明した固体誘電体を使用して構成された通常のプロトタイプの正確な時間遅延の連続的な横断スタブアレイアンテナ１０を示している。アレイアンテナ１０は共に結合され、金属被覆されている機械加工された誘電体部分１１から製造される。このアレイアンテナ１０は３．５乃至２０．０ＧＨｚの広い帯域にわたって適切に動作することができる。
【００１５】
図２は、（層１乃至４として示されている）一体化されたフィード構造１２または並列プレート導波管構造１２と開口プレート１３（層５）が構成される方法を示している。均一な断面の誘電体部分１１は、通常の機械加工技術を使用してＲｅｘｏｌｉｔｅ（商標名）１４２２から製造される。部分１１は接着剤１４により共に結合され、（層１の上部表面に沿ったライン供給入力１５と、層５の下部の放射開口１６を除く）全ての外部表面は高導電性の銀の塗料の層１７によって被覆される。
【００１６】
図１の固体誘電体の内部に充填された設計を空気を誘電体とする構造に変換するには、固体誘電材料により占有される容積を空気に置換する必要があり、一方反対に図１の導波管の周囲の空間は固体の電気的に導電性の材料で充填される必要がある。重量の軽減が望まれる場合には空間を全て導電材料で充填するのではなく、構造の一体性および形態の保持に必要な程度の厚さに周囲の空間が部分的に充填される。しかしながらこのような構造の導波管を相互接続することは困難である。
【００１７】
図２は図１の誘電体充填アレイアンテナ１０の断面（実寸ではない）を示している。アンテナ１０はライン供給入力１５（層１）と、第１の２方向パワースプリッタ１５ａ（層２）と、別の１対の２方向パワースプリッタ１５ｂ（層３）と、４以上の２方向パワースプリッタ１５ｃ（層４）と、構造上の一体性のため１つの層として製造された８個の連続的な横断スタブラジエータ１５ｄ（層５）とを含んでいる。種々の部材ピースは結合するためアセンブリの自己をジグとするように溝を付けられている。アンテナ１０のパワースプリッタ１５ｃがカンチレバー構造であるために、適度の圧力が接合期間に与えられることができ、それによってエアギャップを導入せずに２つの結合表面が確実に接合される。これらは並列プレート導波管区域内であるので、任意のギャップは特に導電材料による侵入が生じたとき正常な導波管伝播を深刻に妨害する。
【００１８】
誘電体充填方式の主要な欠点はその誘電体損失が大きいことであり、これはミリメートル波周波数が高い程、顕著に増加する。その他の欠点は、不均一性と異方性のような誘電体特性の変化と、高価の高品質のマイクロ波誘電材料が必要であることと、それよりは少いが誘電体部分の製造と結合と金属被覆の価格を含んでいる。空気誘電体設計も問題を有し、特に、マイクロ波回路の特徴構造は導波管構造の内部にあり、組立て後の機械的な検査が困難である。したがって、このようなアンテナの製造に使用されるプロセスは部品の正確な整合を確実にし、精密な許容度を維持し、導波管壁のシームを横切って連続的な導電表面を提供しなければならない。
【００１９】
使用される製造プロセスは、精密な許容度を保持し、部品の正確な整合を確実にし、高いＲＦ電流密度が存在するシームを横切って連続的な導電表面を提供できなければならない。空気誘電体で正確な時間遅延の連続的な横断スタブアレイアンテナを製造するための本発明の方法は前述の問題を解決する。
【００２０】
図３を参照すると、本発明の原理にしたがった製造方法（図５）を使用して製造された空気誘電体を使用する正確な時間遅延の連続的な横断スタブアレイアンテナ２０の断面図である（図３では図１とは上下逆に示されている）。図１の固体誘電体を使用する設計を空気を誘電体とする構成に変換することは概念上、図３の断面図で示されている誘電材料によりそれぞれ占有される容積の部分を空気に置換することを必要とする。マイクロ波構造の壁は、組立てられるときそれそれの端部を除いて、物理的に相互に独立している複数の押出セクション２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７の導電表面により形成される。複数の押出セクション２１乃至２７は端部プレート３０により正確に位置を規制されて保持されている。端部プレート３０の１つの一部分が図４に示されている。ほとんどの押出部２１乃至２７は空洞２８を有して製造され、それによってこれらは中空であり、それは重量の減少のためだけではなく端部プレート３０から突出するタブに取付けるための簡単な手段として利用される。
【００２１】
図３で示されているように、空気充填設計の導波管チャンネル３１乃至３４は図１の誘電体充填設計における層１乃至４により規定された導波管チャンネルに対応している。図３の導波管チャンネル３５は設計を変更してアレイの素子数を４８の素子に増加している。通常のアンテナアレイ１０の図１で示されている開口プレート１６に対応して図３で示されているアンテナアレイ２０は開口プレート３６を有している。
本発明のアンテナアレイ２０は、図３に断面図で示されているようにそれぞれ断面形状が異なる７つのタイプの押出セクション２１乃至２７を使用して導波管構造の図３の紙面に垂直な方向の導波管壁を形成する。これらの押出セクションは図３に示されるように全体の導波管構造を形成するような関係位置で、それらの端部を図３の紙面に平行な導波管構造の側面を形成する図４に示された端部プレート３０のような部材に取付けられて接合されている。端部プレート３０にはタブ２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄに取付けられており、押出セクション２１乃至２６の端部はこのタブによって導波管構造を形成するような関係位置でそれぞれ端部プレート３０に取付けられている。図３の一番上の押出セクション２７は長方形の断面であり、端部プレート３０の上縁に形成された溝２９によこから挿入されて指示されている。
別の製造技術は端部プレート３０を押出成形によって形成する方法であり、整列固定部（図示せず）を使用して押出セクション２１乃至２７を導波管構造を構成する所定の関係位置に整列して保持した状態でそれらの押出セクション２１乃至２７の端部に端部プレート３０をプラスチックで注入モールドして固定する方法である。このようにすればモールドされた端部プレート３０は押出セクション２１乃至２７を規定した関係位置で保持することができる。
【００２２】
本発明にしたがった押出金属またはプラスティック部材を使用して製造された空気を誘電体とする正確な時間遅延を有する連続的な横断スタブアレイアンテナの特性を以下説明する。空気は伝播媒体として固体誘電体と置換される。並列プレート導波管構造は接触しない部分として形成され、基本モードよりも高次のモードであるオーバーモードが伝送できる並列プレート導波管構造を形成する。アレイアンテナは押出または注入モールド部分を使用して形成されてもよい。オーバーモードに整合するための構造の必要な形態は押出しにより形成されることができる。押出し部分は重量を減少させ、組立てを容易にするように中空に作られてもよい。整合した構造は直交する壁のセットを含んでいる。押出セクションは端部プレートにモールドされる。アレイアンテナの放射側の導波管構造の端部はシールされない開放されたオープン構造を有する。構造の特徴的な構造部分は押出しによって製造する場合には外側形状としても表れるから、外部から検査されることが可能になる。
【００２３】
押出された金属またはプラスティック部材を使用して製造される空気誘電体を使用する正確な時間遅延の連続的な横断スタブアレイアンテナの利点について以下説明する。低いＲＦ損失が得られ、不均一性または異方性は存在しない。開口区域内にシームは存在せず、これは不連続性とＲＦ漏洩を減少する。したがって通常は端部に設けられるＲＦ漏洩を阻止するために必要なＲＦ漏洩を封鎖する構造を設ける必要はない。高容積で製造価格が低くなるように設計が構成される。部品数と組立て時間が減少される。整列および捕捉は容易で重量は減少される。交差部材はその構造に剛性を与える。組立て時間が減少され気密性の密封が行われる。この構造はプレート（メッキ）またはパッシベーション処理を行うことが容易である。この構造は検査と修理を可能にする。開口構造は端部プレート３０でそれ自体をジグとして組立てられることができる。
【００２４】
図５は、本発明の原理にしたがった空気−誘電体の正確な時間遅延の連続的な横断スタブアレイアンテナ２０を製造する例示的な方法４０のフロー図である。例示的な方法４０は以下のステップを有している。
【００２５】
物理的に相互に独立している複数の押出部２１乃至２７が製造される。複数の押出部２１乃至２７はアレイアンテナ構造を規定する予め定められたパターンで配置されており、隣接表面はアレイアンテナ２０の導波管を形成する。複数の押出部２１乃至２７はアレイアンテナ２０を形成するためにステップ４３においてそれぞれの端部で共に接合または密封される。
【００２６】
ステップ４３で押出部２１乃至２７を共に接合または密封するために、複数の端部プレート３０がステップ４５で製造され、その後押出部２１乃至２７はステップ４６で端部プレート３０により固定される。複数の押出部２１乃至２７と端部プレート３０は金属またはプラスティックで構成されることができる。押出部２１乃至２７と端部プレート３０がプラスティックであるならば、これらは真空付着、無電解メッキまたは押出プロセス中の積層のようなプロセスを使用してステップ４４で金属被覆される。（金属被覆された、または金属の）端部プレート３０と押出部２１乃至２７はアレイアンテナ構造を形成するためステップ４６で接合される。
【００２７】
本発明の連続的な横断スタブアレイの製造方法４０は、空気−誘電体の並列プレート導波管構造を形成するために金属またはプラスティック部品を使用することもできる。良好なＲＦ導電性を与えるため、プラスティック表面は真空付着、無電解メッキ、または押出プロセス中の積層のようなプロセスを使用して金属被覆される。押出部２１乃至２７は重量を最小にするため薄い壁の管として押出される（または引出される）。
【００２８】
押出部２１乃至２７と端部プレート３０は、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）またはポリプロピレンのようなプラスティック、またはアルミニウムまたは銅合金のような金属から作られることができる。押出部２１乃至２７と端部プレート３０がプラスティックからつくられるならば、並列プレート導波管構造１２を形成する表面は動作周波数帯域にわたって良好な電気的導電性のためにステップ４４で金属被覆される。標準的なマイクロ波における実用では少なくともスキン浸入度“δ”の厚さの３倍の厚さの金属被覆が行われ、スキン浸入度“δ”の厚さの５倍の厚さが好ましい。プラスティック部品の金属被覆（ステップ４４）には幾つかのオプションが存在する。これらは導電性の銀塗料の塗布、真空付着、積層および無電解メッキ等の使用を含んでいる。これらのプロセスは組立て前に並列プレート導波管表面の金属被覆（ステップ４４）に使用されることができる。
【００２９】
ブラシまたはスプレーガンにより施される銀の塗装は、通常ブレッドボード（実験用の回路構造）またはタッチングアップ区域（接触により導電層が脱落した区域）での使用に限定される。これらの場合にはその他の金属被覆技術では被覆が失敗する可能性が高いからである。
【００３０】
真空付着プロセスは２つのカテゴリ、即ち高真空中における加熱源からの金属原子の蒸着と、減少された圧力下の不活性ガスのイオンプラズマによる電極からの金属原子の付着に分けられる。蒸着は視野内、すなわち蒸発源から直視できる部分鑿に付着させる技術であり、プラズマ付着は粒子の衝突からのランダムな散乱のために、丸みをつけられたコーナに限定されたカバー区域を与える。いずれかのプロセスは組立てられていない層の金属被覆（ステップ４４）の形成に適しているが、組立て体が結合された後は、いずれの方法も使用できないい。
【００３１】
金属積層プラスティックシートはブローモールドとして知られているプロセスを使用して成形されることができる。別の技術は金属−ホイルプレフォームをモールド中に配置し、積層部分を形成するために圧力下で高温プラスティックを注入する技術である。ホイルが薄くモールドが鋭いエッジおよびコーナがないように設計されるならば、プロセスは高精度に規定された部品を与える。
【００３２】
ＡＢＳのような非導電材料は無電解メッキプロセスで直接メッキされることができる。化学メッキのためのバスのメッキ溶液中にメッキすべき表面を浸漬して通常銅またはニッケルの安定な金属層を付着する。無電解メッキの銅は実際には最大の厚さが約１００マイクロインチ（２．５４ミクロン）に限定され、その後もメッキを継続すると、高活性のメッキ溶液は固定物と反応し始め、バス中のメッキ溶液を汚染する。１００マイクロインチは１０ＧＨｚでは約４のスキン浸入度しか得られないので、高い動作周波数で十分に低い導体損失を実現するためにはより厚い金属の層が必要とされる。これは最も多くは一般的な無電解メッキプロセスを使用して無電解メッキ層をさらに“メッキ”することによって行われる。無電解メッキは幾つかの理由で、結合されたアセンブリの多くの配置で実用的ではない。第１に、メッキ電極は、アクセスできないブラインド通路が存在する狭い並列プレート導波管チャンネルを通って延在することを必要とされる。第２に、電界は鋭い角の部分で非常に大きくなり、金属の局部的な成長を起こし、一方凹面の部分では減少された電界により金属の付着は少なくなる。
【００３３】
前述のプロセスは組立てられていないプラスティック押出部２１乃至２７に対して金属被覆３２を行うために使用されることができる。しかしながら、最良の選択は特定のアプリケーションに依存している。
【００３４】
アンテナ製造の第２の方法は、例えば共にろう付けされている機械加工されたアルミニウム押出部２１乃至２７と端部プレート３０を使用する。この方法は精密な許容度のマイクロ波特徴構造とさらに頑強な機械設計を得るために高い製造価格がかかるアプリケーションにさらに良好に適している。炉中に入れて加熱してろう付けを行う炉を使用するブレージングは、通常アルミニウム合金用としては使用がされないことが多い。それはこの方法では通常低温でろう付けの接合を行うことは困難であり、アルミニウム合金は高い温度で処理することはできないからである。一方、銅合金は最も普通には低温の鉛ベースのはんだを使用するか、または高温の銀はんだを使用してトーチろう付けされる。
【００３５】
以上、正確な時間遅延を有する連続的な横断スタブアレイアンテナの製造方法を開示した。前述の実施形態は本発明の原理の応用を表した多数の特定の実施形態の数例にすぎないことが理解されよう。多数の、およびその他の装置が本発明の技術的範囲を逸脱することなく当業者により容易に行われることができることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】共に結合され金属被覆される機械加工された誘電体部分から作られた通常のプロトタイプアンテナの斜視図。
【図２】図１のアンテナの垂直断面図。
【図３】本発明の原理にしたがった製造方法を使用して製造された空気誘電体の正確な時間遅延の連続的な横断スタブアレイアンテナの断面図。
【図４】図３で示されているアンテナの押出部分を整列し捕捉するための端部プレートおよび対応する特徴構造の一部の斜視図。
【図５】空気誘電体の正確な時間遅延の連続的な横断スタブアレイアンテナを製造する本発明の原理にしたがった例示的な方法を示しているフロー図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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