(57)【要約】  フェーズドアレイアンテナ（６）が、基板（１１）と、基板上にマイクロストリップとして形状に適応するように取り付けられた複数の放射要素（８）とを有している。複数の放射要素の各々は、三角形の形状を有しており、４つの放射要素が、交差蝶ネクタイ・クローバー形放射体を形成するべく配列されている。更に、４つの放射要素は、放射要素の２つの対を形成しており、放射要素の２つの対は、互いに直交している。放射要素は、基板の前面上に配置されており、ＲＦ中心導体（２１、２２、２３及び２４）が、基板の裏面に向かって直交するように方向付けられ、且つ、ＲＦ信号を１つの放射要素に供給するべく複数の放射要素の中の１つに接続されている。
2009527145.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上にマイクロストリップとして形状に適応するように取り付けられた複数の放射要素とを有しており、
複数の前記放射要素の各々は、三角形の形状を有しており、且つ、４つの前記放射要素が、交差蝶ネクタイ・クローバー形放射体を形成するべく配列されていることを特徴とするフェーズドアレイアンテナ。
【請求項２】
４つの前記放射要素は、放射要素の２つの対を形成しており、
前記放射要素の２つの対は、互いに直交している請求項１記載のフェーズドアレイアンテナ。
【請求項３】
前記放射要素は、前記基板の前面上に配置されており、
ＲＦ中心導体が、前記基板の裏面に向かって直交するように方向付けられ、且つ、ＲＦ信号を前記放射要素に供給するべく前記放射要素の各々に接続されている請求項１記載のフェーズドアレイアンテナ。
【請求項４】
前記フェーズドアレイアンテナは、更に、
前記基板の前面上に配置された前記放射要素と、
前記基板の裏面に対向するように配置された金属接地層と、
溝を通して冷却剤を通過させるために、前記金属接地層と前記基板との間に挟持され且つ溝が形成されたコア層とを有する請求項１記載のフェーズドアレイアンテナ。
【請求項５】
前記三角形の形状の放射要素の各々は、二等辺三角形の２つの等辺によって形成された頂点に隣接するように配置された発射点を有しており、
前記三角形の形状の放射要素の対は、前記放射要素の対における１つの放射要素の前記発射点を、前記放射要素の対におけるもう１つの放射要素の前記発射点に隣接させることにより、第１の蝶ネクタイ構造を形成するべく配列されている請求項１記載のフェーズドアレイアンテナ。
【請求項６】
前記フェーズドアレイアンテナは、前記三角形の形状の放射要素の別の対であって、前記放射要素の別の対における１つの放射要素の前記発射点を、前記放射要素の別の対におけるもう１つの放射要素の前記発射点に隣接させることにより、第２の蝶ネクタイ構造を形成するべく配列されている前記三角形の形状の放射要素の別の対を含んでおり、
前記第１の蝶ネクタイ構造は、前記第２の蝶ネクタイ構造と直交するように配列されている請求項５記載のフェーズドアレイアンテナ。
【請求項７】
前記フェーズドアレイアンテナは、前記フェーズドアレイアンテナのスキャン軸を含んでおり、
前記頂点から延長され、且つ、前記二等辺三角形の基部の中点と交差するラインは、前記スキャン軸に対して４５度の角度を形成している請求項５記載のフェーズドアレイアンテナ。
【請求項８】
前記フェーズドアレイアンテナは、複数の前記放射要素の中の１つの放射要素にＲＦ信号を供給するために、前記放射要素の中の１つの放射要素に対して直交するように方向付けられたＲＦ中心導体を有しており、
前記ＲＦ中心導体は、前記１つの放射要素から離れた一端にて同軸中心導体を含み、そして、前記１つの放射要素に隣接した他端にて細くなっている中心導体を含んでおり、
前記ＲＦ中心導体は、前記細くなっている中心導体と前記同軸中心導体との間に伸びている幅の広い中心導体をも含んでいる請求項１記載のフェーズドアレイアンテナ。
【請求項９】
前記細くなっている中心導体は、前記幅の広い中心導体よりも小さな直径を有している請求項８記載のフェーズドアレイアンテナ。
【請求項１０】
前記細くなっている中心導体は、前記細くなっている中心導体のねじ山が形成されたレセプタクル内に挿入されたねじにより、前記１つの放射要素の発射点に接続されている請求項８記載のフェーズドアレイアンテナ。
【請求項１１】
前記幅の広い中心導体は、前記同軸中心導体を受け入れるための軸方向コアを含んでおり、
前記同軸中心導体は、前記同軸中心導体に接触するべく前記軸方向コア内に半径方向において挿入された止めねじにより、前記幅の広い中心導体に堅固に接続されている請求項８記載のフェーズドアレイアンテナ。
【請求項１２】
前記同軸中心導体は、金属接地層を横切る方向にて前記金属接地層を貫通しており、
前記幅の広い中心導体及び前記細くなっている中心導体は、単一のＲＦ導体であり、該単一のＲＦ導体は、前記金属接地層と前記基板との間に挟持され且つ溝が形成されたコア層を横切る方向にて前記コア層を貫通している請求項８記載のフェーズドアレイアンテナ。
【請求項１３】
基板と、
前記基板上にマイクロストリップとして形状に適応するように取り付けられた複数の交差蝶ネクタイ・クローバー形放射体とを有しており、
各々の前記交差蝶ネクタイ・クローバー形放射体は、同一の第１及び第２の蝶ネクタイ構造として形成されており、
前記第１及び第２の蝶ネクタイ構造は、互いに直交するように方向付けられていることを特徴とするフェーズドアレイアンテナ。
【請求項１４】
前記第１及び第２の蝶ネクタイ構造の各々は、２つの放射要素を含んでおり、
各々の前記放射要素は、二等辺三角形の形状を有しており、発射点が前記二等辺三角形の基部の反対側の頂点に隣接するように配置されており、
前記２つの放射要素のそれぞれの発射点は、互いに近接するように方向付けられ、且つ、前記２つの放射要素のそれぞれの基部は、互いに離れるように方向付けられている請求項１３記載のフェーズドアレイアンテナ。
【請求項１５】
前記フェーズドアレイアンテナは、前記フェーズドアレイアンテナのスキャン軸を含んでおり、
前記頂点から延長され、且つ、前記二等辺三角形の基部の中点と交差するラインは、前記スキャン軸に対して４５度の角度を形成している請求項１４記載のフェーズドアレイアンテナ。
【請求項１６】
前記フェーズドアレイアンテナは、複数の前記交差蝶ネクタイ・クローバー形放射体の中の１つに直交するように方向付けられた４つのＲＦ中心導体を含んでおり、
前記４つのＲＦ中心導体の中の２つは、前記第１の蝶ネクタイ構造に接続されており、
前記４つのＲＦ中心導体の中の残りの２つは、前記第２の蝶ネクタイ構造に接続されている請求項１３記載のフェーズドアレイアンテナ。
【請求項１７】
前記フェーズドアレイアンテナは、複数の前記交差蝶ネクタイ・クローバー形放射体に直交するように方向付けられた４つのＲＦ中心導体の複数のセットを含んでおり、
前記４つのＲＦ中心導体の１つのセットにおける２つのＲＦ中心導体が、それぞれの第１の蝶ネクタイ構造に接続されており、
前記４つのＲＦ中心導体の１つのセットにおける残りの２つのＲＦ中心導体が、それぞれの第２の蝶ネクタイ構造に接続されている請求項１３記載のフェーズドアレイアンテナ。
【請求項１８】
前記フェーズドアレイアンテナは、更に、
前記基板の前面上に配置された各々の前記交差蝶ネクタイ・クローバー形放射体と、
前記基板の裏面に対向するように配置された金属接地層と、
溝を通して冷却剤を通過させるために、前記金属接地層と前記基板との間に挟持された且つ溝が形成されたコア層とを有する請求項１３記載のフェーズドアレイアンテナ。
【請求項１９】
第１誘電体層上に取り付けられた複数の交差蝶ネクタイ・クローバー形放射体と、
第２誘電体層内に配置された冷却溝と、
第３層上に形成された金属接地部と、
を有しており、
前記第１層、第２層、及び第３層は、第１層、第２層、及び第３層の順番に配置されており、
前記交差蝶ネクタイ・クローバー形放射体の各々は、交差した構成にて配列された４つの放射要素の１つのセットを含んでいることを特徴とするフェーズドアレイアンテナ。
【請求項２０】
前記フェーズドアレイアンテナは、複数のＲＦ中心導体を含んでおり、
前記ＲＦ中心導体の各々は、前記４つの放射要素の１つのセットにおける前記放射要素の各々に結合されている請求項１９記載のフェーズドアレイアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、アンテナに関するものである。更に詳しくいえば、本発明は、クローバーの葉のパターンにて配列された複数の放射要素を有するフェーズドアレイアンテナに関するものである。このフェーズドアレイは、マルチオクターブの帯域幅にわたって動作し、広い視野角を有しており、且つ、空間内において任意の所望の偏向に応答する。このフェーズドアレイはまた、形状に適応して設置することが可能であり、且つ、高出力のピーク電力及び平均電力にて伝送することが可能である。
【背景技術】
【０００２】
広帯域の半導体装置の出力生成技術における大きな進歩により、「アレイファクタ（Array Factor）」と呼ばれるフェーズドアレイの拡大された特性を利用して、個々の半導体装置の出力を高出力の伝送に効率的に結合させるようなフェーズドアレイに新しく力点が置かれるようになっている。このような傾向に対応して、１桁を上回るほどの大きさで伝送される実効放射電力（Effective Radiated Power（ＥＲＰ））に対する要求が増大している。更には、動作周波数の範囲が、ＨＦ（短波）／ＶＨＦ（超短波）の領域に引き下げられている。
【０００３】
高効率の放射電力と共に、マルチオクターブの帯域幅、広い視野角、同時に出力される複数のビーム、及び偏向の応答の敏捷性等のフェーズドアレイに関連した多機能の性能特性も維持されなければならない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
これらの要求との関連において、現在は、フェーズドアレイのアパーチャ内における電力の処理に関連した問題と、全体的な共同体としての供給構造に対して、力点が付与されなければならない。この電力の処理は、ピーク電力及び平均（ＣＷ（連続波））電力に対する要求に耐える能力のみならず、上記フェーズドアレイ上の不利な温度においても動作することが可能な能力をも含んでいる。
【０００５】
本願は、２００６年１月３１日付けでモフキ（Mohuchy）に対して発行された「低プロフィール且つ多様な偏向に応答可能なヘリンボーン構造のフェーズドアレイ（Low Profile Polarization-Diverse Herringbone Phased Array）」という名称の米国特許第６，９９２，６３２号、及び２００５年２月８日付けでモフキ（Mohuchy）に対して発行された「コンパクト且つ高出力の反射空洞形バックスパイラル構造のアンテナ（Compact High-Power Reflective-Cavity Backed Spiral Antenna）」という名称の米国特許第６，８５３，３５１号に関連している。上記２つの米国特許を本願明細書で言及することによって、その全ての内容が本願明細書に包含されている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の要求及びその他の要求を満たすために、且つ、本発明の目的に鑑みて、本発明は、基板と、基板上にマイクロストリップとして形状に適応するように取り付けられた複数の放射要素とを有するフェーズドアレイアンテナを提供している。複数の放射要素の各々は、三角形の形状を有しており、４つの放射要素が、交差蝶ネクタイ・クローバー形放射体（Crossed Bowtie Cloverleaf Radiator）を形成するべく配列されている。
【０００７】
４つの放射要素は、放射要素の２つの対を形成しており、この放射要素の２つの対は、互いに直交している。更には、放射要素は、基板の前面上に配置されており、ＲＦ中心導体（無線周波用中心導体）が、基板の裏面に向かって直交するように方向付けられていると共に、ＲＦ信号（無線周波信号）を放射要素に供給するべく放射要素の各々に接続されている。
【０００８】
フェーズドアレイアンテナは、基板の前面上に配置された放射要素を具備している。金属接地層が、基板の裏面に対向するように配置されており、溝が形成されたコア層が、この溝を通して冷却剤を通過させるために、金属接地層と基板との間に挟持されている。
【０００９】
三角形の形状の放射要素の各々は、二等辺三角形の２つの等辺によって形成された頂点に隣接するように配置された発射点（Launch Point）を有している。三角形の形状の放射要素の対は、当該放射要素の対における１つの放射要素の発射点をもう１つの放射要素の発射点と隣接させることにより、第１の蝶ネクタイ構造を形成するべく配列されている。三角形の形状の放射要素の別の対は、当該放射要素の別の対における１つの放射要素の発射点をもう１つの放射要素の発射点と隣接させることにより、第２の蝶ネクタイ構造を形成するべく配列されている。第１の蝶ネクタイ構造は、第２の蝶ネクタイ構造と直交するように配列されている。
【００１０】
フェーズドアレイアンテナには、スキャン軸が含まれている。頂点から延長され、且つ、二等辺三角形の基部の中点と交差するラインを形成することが可能である。このラインは、スキャン軸に対して４５度の角度を形成している。
【００１１】
フェーズドアレイアンテナは、複数の放射要素の中の１つの放射要素にＲＦ信号を供給するために、上記放射要素の中の１つの放射要素に対して直交するように方向付けられたＲＦ中心導体を有している。このＲＦ中心導体は、その１つの放射要素から離れている一端にて同軸中心導体を含み、そして、その１つの放射要素に隣接している他端にて細くなっている中心導体を含んでいる。又、ＲＦ中心導体は、細くなっている中心導体と同軸中心導体との間に伸びている幅の広い中心導体をも含んでいる。細くなっている中心導体は、幅の広い中心導体よりも小さな直径を有している。細くなっている中心導体は、細くなっている中心導体のねじ山が形成されたレセプタクル内に挿入されたねじにより、１つの放射要素の発射点に接続されている。更には、幅の広い中心導体は、同軸中心導体を受け入れるための軸方向コアを含んでおり、且つ、同軸中心導体は、この同軸中心導体に接触するべく軸方向コア内に半径方向において挿入された止めねじにより、幅の広い中心導体に堅固に接続されている。同軸中心導体は、金属接地層を横切る方向にて当該金属接地層を貫通している。幅の広い中心導体及び細くなっている中心導体は、単一のＲＦ導体であり、このＲＦ導体は、金属接地層と基板との間に挟持され且つ溝が形成されたコア層を横切る方向にて当該コア層を貫通している。
【００１２】
本発明の別の実施例は、基板と、基板上にマイクロストリップとして形状に適応するように取り付けられた複数の交差蝶ネクタイ・クローバー形放射体とを有するフェーズドアレイアンテナである。各々の交差蝶ネクタイ・クローバー形放射体は、同一の第１及び第２の蝶ネクタイ構造として形成されており、これらの第１及び第２の蝶ネクタイ構造は、互いに直交するように方向付けられている。第１及び第２の蝶ネクタイ構造の各々は、２つの放射要素を含んでいる。各々の放射要素は、二等辺三角形の形状を有しており、発射点が二等辺三角形の基部とは反対側の頂点に隣接するように配置されており、２つの放射要素のそれぞれの発射点が、互いに近接するように方向付けられ、且つ、それぞれの基部が、互いに離れるように方向付けられている。
【００１３】
更には、４つのＲＦ中心導体が、複数の交差蝶ネクタイ・クローバー形放射体の中の１つに直交するように方向付けられている。４つのＲＦ中心導体の中の２つが、第１の蝶ネクタイ構造に接続されており、４つのＲＦ中心導体の中の残りの２つが、第２の蝶ネクタイ構造に接続されている。４つのＲＦ中心導体の複数のセットが、複数の交差蝶ネクタイ・クローバー形放射体に直交するように方向付けられている。４つのＲＦ中心導体の１つのセットにおける２つのＲＦ中心導体が、それぞれの第１の蝶ネクタイ構造に接続されており、４つのＲＦ中心導体の１つのセットにおける残りの２つのＲＦ中心導体が、それぞれの第２の蝶ネクタイ構造に接続されている。
【００１４】
本発明の更に別の実施例は、第１誘電体層上に取り付けられた複数の交差蝶ネクタイ・クローバー形放射体を有するフェーズドアレイアンテナである。冷却溝が第２誘電体層内に配置されており、金属接地部が第３層上に形成されている。第１層、第２層、及び第３層は、第１層、第２層、及び第３層の順番に配置されており、交差蝶ネクタイ・クローバー形放射体の各々は、交差した構成にて配列された４つの放射要素の１つのセットを含んでいる。このフェーズドアレイアンテナは、ＲＦ中心導体の各々が、４つの放射要素の１つのセットにおける当該放射要素の各々に結合されている複数のＲＦ中心導体を含んでいる。
【００１５】
尚、上記の概略的な説明及び下記の詳細な説明は、本発明を例示するものであり、本発明を限定するものではないことを理解されたい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明については、添付の図面との関連において以下の詳細な説明を参照することにより、十分に理解することができるであろう。添付の図面には、「図面の簡単な説明」の欄に記載されている図面が含まれている。
【００１７】
図１を参照すれば、本発明の一実施例によるフェーズドアレイアンテナの部分斜視図が示されており、このフェーズドアレイアンテナは、参照符号６によって総合的に表されている。図示のように、フェーズドアレイアンテナ６は、複数の放射要素８を有しており、この場合に、各々の放射要素８は、三角形の形状を有している。４つの放射要素８は、クローバーの葉のパターンにおける２つの直交する対として配列されており、本願明細書においては、これを交差蝶ネクタイ・クローバー形放射体とも呼ばれている。要素８の直交する対は、薄い基板１１上に形状に適応するように形成されており、且つ、次の関係に従って、グレイティング・ローブ（Grating Lobe）の出現を排除する三角形のグリッドとして配置されている。
【００１８】
λ／ｓ＝１＋ｓｉｎθ
【００１９】
ここで、λは、最高動作周波数における波長であり、ｓは、スキャン方向における要素の間隔であり、θは、最大アレイ・スキャン角度である。
【００２０】
放射要素８の直交する対は、参照符号５として総合的に表されているフェーズドアレイアンテナのスキャン軸に対して４５度に配置されている。尚、このスキャン軸は、Ｘ軸に沿って方向付けられた状態で示されているが、スキャン軸は、Ｙ軸又は任意のその他の角度方位に沿って方向付けることも可能であることを理解されたい。例えば、スキャン軸は、円錐スキャン方位を有することも可能である。
【００２１】
基板１１は、コア９として表されている誘電体材料の溝が形成されたコア層上に取り付けられている。このコア９の層は、参照符号１０として表されている反射性の金属接地プレーンによって支持されている。説明のために、図１は、１６個の交差蝶ネクタイ・クローバー形放射体のみを示している。フェーズドアレイアンテナは、１６を上回る数又は１６を下回る数の交差蝶ネクタイ・クローバー形放射体を包含することが可能であり、且つ、異なる三角形グリッド又はアスペクト比において配列可能である。
【００２２】
クローバー形の構造については、図２Ａ、図２Ｂ、及び図２Ｃに更に詳細に示されている。ＲＦ信号は、同軸伝送媒体によって入力又は受信されており、図２Ｃには、この同軸伝送媒体の中の２つが同軸部分２５及び２６として示されている（図２Ｃにおいては、２つの同軸部分２５及び２６のみが可視状態にあり、その他の２つの直交入力による同軸部分は、この図に含まれてはいない）。同軸部分２５及び２６は、それぞれ、図示のように、同軸導体２１Ａ及び２２Ａを含んでいる。
【００２３】
同軸導体２１Ａ及び２２Ａは、それぞれ、ＲＦ中心導体２１及び２２の一端を形成しており、幅の広い中心導体２１Ｂ及び２２Ｂは、それぞれ、ＲＦ中心導体２１及び２２の中央部分を形成しており、且つ、細くなっている中心導体２１Ｃ及び２２Ｃは、それぞれ、ＲＦ中心導体２１及び２２の他端を形成している。同軸部分の同軸導体、幅の広い中心導体、及び細くなっている中心導体は、放射要素の入力側から供給されるＲＦ信号を放射要素の出力側に結合させるための１つの連続したＲＦ伝導経路を形成していることを理解されたい。
【００２４】
ＲＦ信号は、４つのＲＦ中心導体２１、２２、２３、及び２４を介して受信されている（図２Ｃでは、ＲＦ中心導体２１及び２２のみが可視状態にあり、図２Ａでは、４つのＲＦ中心導体２１、２２、２３、及び２４が可視状態にある）。４つのＲＦ中心導体は、交差蝶ネクタイ・クローバー形放射体の４つのそれぞれの発射点において終端しており、この放射体は、４つのそれぞれの放射要素８を含んでいる。従って、４つのＲＦ中心導体の各々は、４つの放射要素８の中の１つの対応する発射点において終端している。
【００２５】
４つのＲＦ中心導体２１、２２、２３、及び２４は、図２Ｃに示されているように、金属接地プレーン１０、溝が形成されたコア９、及び基板１１を連続的に貫通して延長されている（わかりやすくするために、図２Ｃには、ＲＦ中心導体２１及び２２のみが示されている）。４つのＲＦ中心導体２１、２２、２３、及び２４は、４つのそれぞれのバルクヘッド同軸コネクタによって供給端にて支持されており、このコネクタの１つが図５に６０として示されている。同一の４つのＲＦ中心導体は、図２Ｂ及び図２Ｃに参照符号４０によって示されている適合された誘電体スペーサによって交差蝶ネクタイ・クローバー形放射体の端部において支持されている。
【００２６】
図２Ｃ及び図５に明確に示されているように、それぞれのＲＦ中心導体は、金属層１０において始まり、誘電体スリーブ２５、２６を通して延長されている同軸導体を含んでいる。それぞれの同軸導体は、誘電体スリーブを離れた後に、幅の広い導体２１Ｂ、２２Ｂ、２３Ｂ、及び２４Ｂに接続されている（後述する）。それぞれの幅の広い導体は、細くなっている導体に延長されており、この細くなっている導体のそれぞれは、２１Ｃ、２２Ｃ、２３Ｃ、及び２４Ｃによって表されている。そして、細くなっている導体は、誘電体スペーサ４０の孔４１（図２Ｂ）を貫通している。
【００２７】
複数の放射要素８は、図３に示されている方式において、銅が被覆された誘電体材料上において化学エッチングされており、この誘電体材料が基板層１１を形成している。ＲＦ中心導体２１、２２、２３、及び２４に対する接続は、それぞれのＲＦ中心導体と放射要素の発射点との間の良好な接触を保証するべく平坦なソケットねじ５１によって実現されている。１つの平坦なソケットねじ５１が、図５にも示されており、ワッシャ５１Ａが、ソケットねじ５１と細くなっている中心導体２１Ｃ、２２Ｃ、２３Ｃ、及び２４Ｃとの間に介在している。
【００２８】
図４は、溝が形成されたコア９内における２１Ｃ、２２Ｃ、２３Ｃ、及び２４Ｃとして示されているような細くなっている中心導体の相対的な位置と、ねじ山が形成されたコア５１Ｂに対するそれぞれの平坦なソケットねじ５１の装着ポイントとを示しており、後者は、それぞれの細くなっている中心導体内に形成されている。蝶ネクタイ形放射体のそれぞれの励起ポート（Excitation Port）において基板１１に平坦なソケットねじ５１を貫通させ（図３）、且つ、これらのソケットねじ５１を、ねじ山が形成されたコア５１Ｂ内にねじ込むことにより、ＲＦ中心導体とその対応する放射要素８との間に堅固な接続が効率的に形成されている。
【００２９】
溝が形成されたコア９の一部を４つのＲＦ中心導体２１、２２、２３、及び２４の領域において除去することにより、コア材料との接触を不可能にすると共に対流による冷却を実現していることを理解されたい。コア材料は、図２Ｂの誘電体スペーサ４０の領域に対応する図４の領域（４０）内において除去されている。この結果、適合された誘電体スペーサ４０は、溝が形成されたコア９の除去された部分内に嵌入されることが可能である。
【００３０】
ＲＦ中心導体は、図５に示されているように、バルクヘッド同軸コネクタ６０を含んでおり、その誘電体スリーブ２５、２６は、金属接地プレーン１０の厚さに対応する距離Ｔだけ延長されている。バルクヘッド同軸コネクタ６０の同軸導体は、止めねじ６１によって幅の広いＲＦ導体２１Ｂ、２２Ｂ、２３Ｂ、２４Ｂに堅固に接合されている。
【００３１】
所定の交差蝶ネクタイ・クローバー形放射体用の４つのＲＦ中心導体は、平衡形二線伝送ラインの対として構成されている。それぞれのＲＦ中心導体は、その長さに沿って変化する断面直径を有しており、この結果として、それぞれの放射要素８に隣接するＲＦ中心導体の出力端において細くなっている。このようにＲＦ中心導体を細くすることにより、好ましくは、信号の反射を最小限に抑えるために望ましい駆動点インピーダンスとの関係において、蝶ネクタイ形放射体の励起ポートをマッチングさせることができる。蝶ネクタイ形放射体の入力に対する堅固な接続のために、ソケット止めねじ（ソケットねじ）５１が、細くなっている中心導体２１Ｃ、２２Ｃ、２３Ｃ、２４Ｃの上部に装着されている。
【００３２】
図６の溝が形成されたコア９は、誘電体材料（１つ又は複数の材料）の積層された複合体である。このコア９は、冷却剤の物理的特性に応じて、フェーズドアレイアンテナのスキャン軸に対して垂直の向き又は水平の向きのいずれかにおいて、冷却剤の通過のための溝が形成されている。厚さＨを有するものとして表されているコア９の層は、１インチ（２５．４ｍｍ）の厚さを有することが可能である。コアの厚さＨの半分は、参照符号７１によって表されているように、非中空状態にあり、コアの厚さＨの残りの半分は、参照符号７２によって表されているように、溝が形成されている。非中空状態のコア７１の幅と、除去されたか又は溝が形成されたコア７２の幅とは等しい。溝が形成されたコアの（４つのＨとして示されている）全体的な合計の高さは、所望の帯域の高周波数における１／４波長にほぼ等しい。
【００３３】
以上において説明した図において実施されている概念立証用のフェーズドアレイアンテナを製造し、６７０〜２０００ＭＨｚの周波数帯域において計測した。フェーズドアレイの放射アパーチャのベースラインは、マグローヒルブック社（McGraw-Hill Book Co.）から１９８８年に出版されたクラウス（Kraus）著の「アンテナ（Antennas）」の第２版の第８章に概説されているバイコニカルアンテナ用の一般的なガイドラインを使用して決定された。この第８章を本明細書で言及することによって、第８章の全ての内容が本願明細書に包含されている。そして、初期寸法は、交差蝶ネクタイ・クローバー形放射体のアレイの構築を実現させた三次元モーメント法（Method-Of-Moments（ＭＯＭ））ツールを使用して最適化した。この結果として得られる放射パターン及び駆動ポートインピーダンスを、相互インピーダンスの寄与を考慮しつつ演算した。
【００３４】
要素の寸法は、特に、１２０度の視野角にわたって最大動作帯域幅について最適化した。主要なトレードオフ・パラメータは、図３に示されているように、蝶ネクタイ（又は、放射要素８の対）の長さＬ、蝶ネクタイ（又は、放射要素８の対）の幅Ｗ、及び１つの蝶ネクタイと他の隣接する蝶ネクタイとの間のギャップＧとして示されるような上記の隣接する蝶ネクタイの要素間の間隔であった。
【００３５】
ネットワークの観点においては、長さＬは、誘電性要素として振る舞い、幅Ｗ及び隣接する要素間のギャップＧは、容量を表している。これらの要素を合成した効果として得られるものは、最大動作帯域幅について最適化が可能であるようなタンク回路である。
【００３６】
隣接する要素間における相互結合がスキャン角度に伴って大きく変化するため、この最適化には、視野角全体を含まなければならないことを理解されたい。実際的な解決策は、最大で＋／−４５度の全てのスキャン角度に焦点を絞るというものであってよい。４５度を上回る領域については、パターンビームの拡散効果により、スキャン有効範囲（Scan Coverage ）を提供することが可能である。
【００３７】
アレイ性能の良好な指標は、ＲＦ信号供給によるアレイに対する入力とアレイ内への到来平面波によって観察される不整合減衰量の両方におけるアレイのＶＳＷＲ（Voltage Standing Wave Ratio（電圧定在波比））である。両方の条件における望ましい有効な尺度は、２：１以下のＶＳＷＲによって広帯域アレイを動作させるというものである。但し、実際上は、全体的なアレイの動作効率を大きく劣化させることなしに、最大で３：１の比率においてアレイを動作させることが許容されている。
【００３８】
図７は、概念立証用のアレイの最適化されたＶＳＷＲ性能を示している。ＴＮＣポートの表記は、アレイの入力を意味している。このＴＮＣポートは、５０Ωの特性インピーダンスを有する同軸ＴＮＣタイプコネクタである。駆動点の表記は、入射平面波に対するアパーチャの不整合を意味している。これらの駆動点の表記は、３７７Ωの自由空間インピーダンスを基準としている。図７のＶＳＷＲと不整合減衰量との間の関係は、次式のとおりである。
【００３９】
ρ＝（σ−１）／（σ＋１）
【００４０】
ここで、ρは、電圧比における不整合減衰量であり、σは、電圧比におけるＶＳＷＲである。
【００４１】
最適化によって導出されたアパーチャの寸法は、Ｌ＝３．０３８インチ（７７．１６５ｍｍ）、Ｗ＝０．９８１インチ（２４．９１７ｍｍ）、及びＧ＝０．０９０インチ（２．２８６ｍｍ）である。
【００４２】
方位角方向及び仰角方向の両方における要素の中心間の間隔は、２．３０７インチ（５８．５９８ｍｍ）である。
【００４３】
図５に示されているＲＦ中心導体は、その図４との関連において米国特許第６，８５３，３５１号に記述されているように電気的に動作する。インピーダンス、ひいては、ＲＦ中心導体の寸法は、これらのＲＦ中心導体が、アレイの入力を放射要素８の各々の対に接続している伝送ラインの対であるということを理解することによって、決定される。又、ＲＦ中心導体は、約λ／４の長さを有しており、これは、四分の一波長トランス（Quarter-Wave Transformer（ＱＷＴ））における理想的な電気的な長さである。
【００４４】
蝶ネクタイ（又は、放射要素８の対）の給電点において算出されたインピーダンスは、１６０Ωである。ＲＦ同軸コネクタ６０は、対として使用される際には、事実上、１００Ωを有している。従って、結果的に得られるインピーダンスは、１２６Ωとなり、これは、０．３４インチ（８．６３６ｍｍ）の直径を有する幅の広い中心導体（例えば、２１Ｂ）に対応している。ＲＦ中心導体（例えば、２１）を０．２２インチ（５．５８８ｍｍ）の直径に低減させ、これによって、ＲＦ中心導体２１の合計長の略１／４にわたる細くなっている中心導体（例えば、２１Ｃ）が形成される。この寸法は、止めねじと中心ＲＦ導体との間におけるＲＦコロナの可能性を除去するための手段としてそれぞれのＲＦ中心導体に蝶ネクタイの入力を結合するべく使用されている止めねじ（ソケットねじ）５１の直径に対応している。
【００４５】
図６に示されている溝が形成されたコアは、一実施例においては、１つの誘電体材料を含んでいる。概念立証用のアレイの場合には、１．４５の比誘電率を有するＳＦ成形法により作製された樹脂（Structural Foam）を利用した。この材料は、厚さＨが１インチであるパネルとして入手可能である。これらのパネルを積層し、単一のスラブに熱接合した。この熱接合に先立って、各々の層を機械加工することにより、高さＨの半分にわたり、且つ、幅方向において均等に離隔した溝を形成し、図６に示されているように、隣接する層間において、上記溝の位置を互いにずらして補正するようにした。空気と残りの誘電体との間の容積の平均に基づいて実効的な誘電率を演算した結果、１．３６という比誘電率が得られた。
【００４６】
図８に示されているサンプルアレイパターンは、送受信（Ｔ／Ｒ）能力及び完全な偏向制御のための手段をも提供している同時係属中の米国特許出願第６，９９２，６３２号に記述されている実時間遅れ（True Time Delay（ＴＴＤ））によるビーム操縦ネットワークによって計測されたものである。本発明の利点は、蝶ネクタイ形アレイの端部において必要な平衡形フィールド励起を提供するための１８０度の位相ビットの実施と、従来技術の基礎となっている出力が制限されたバラン（Balun）の除去である。
【００４７】
図８のサンプル放射パターンは、垂直（Ｖ）及び水平（Ｈ）に偏向された信号に対するアレイの応答の結果である。これらのサンプル放射パターンのプロットは、実質的なアレイ利得を基準としており、且つ、概念立証用のアパーチャにおける指向性予測の範囲内に収まっており、ボアサイト（Boresite）における効率、及び４０度にスキャンされた場合の効率の両方において良好な効率を示している。スキャンビームは、計測周波数帯域にわたって４０度の位置を維持しており、これは、ＴＴＤスキャンアレイから予想され得る性能である。このスキャン角度において、ビームは、十分に広がることにより、６０度までの良好な利得有効範囲、又は完全な１２０度の視野角を提供している。
【００４８】
以上、本発明の一実施例について説明したが、これらの概念を包含するその他の実施例も使用可能であることは明らかである。例えば、寸法の周波数スケーリングを使用することにより、その他の周波数帯域においても動作可能である。適切な電気的補償を施すことにより、留め具、コネクタ、又は誘電体のタイプを変更することが可能である。アレイは、平坦な構造、又は必要な空間的有効範囲に相応する任意のアスペクト比に配置された形状に適応するように調整された構造であってよい。
【００４９】
従って、ある程度の詳細事項によって本発明について説明したが、この説明は、ほんの一例として提供されたものであり、本発明の精神及び範囲を逸脱することなく、構成部品の構造、組み合わせ、及び配列の詳細における多数の変更を実施することが可能であることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の一実施例による、各々の放射要素が三角形のパターンにて構成されており、且つ、複数の放射要素の２つの直交する対が、平坦なフェーズドアレイアンテナを形成するべく多層基板上にマイクロストリップとして形状に適応するように取り付けられている交差蝶ネクタイ・クローバー形放射体を形成しているような、複数の放射要素の部分斜視図である。
【図２Ａ】本発明の一実施例による、単一の交差蝶ネクタイ・クローバー形放射体のそれぞれの放射要素に接続された４つのＲＦ中心導体を有するような図１に示された平坦なフェーズドアレイの単一の交差蝶ネクタイ・クローバー形放射体の斜視図である。
【図２Ｂ】本発明の一実施例による、図２Ａ及び図２Ｃに示された単一の交差蝶ネクタイ・クローバー形放射体の４つのそれぞれの発射点に接続するべく４つのＲＦ中心導体を受け入れる誘電体スペーサの平面断面図である。
【図２Ｃ】本発明の一実施例による、図２Ａに示された単一の交差蝶ネクタイ・クローバー形放射体及びその対応するＲＦ中心導体の前面断面図である（２つのＲＦ中心導体のみが示されている）。
【図３】本発明の一実施例による、図１に示された平坦なフェーズドアレイの４つの三角形の放射要素から構成された単一の交差蝶ネクタイ・クローバー形放射体の拡大図である。
【図４】本発明の一実施例による、図１に示された平坦なフェーズドアレイの交差蝶ネクタイ・クローバー形放射体の４つの発射点に対する４つのＲＦ中心導体からのＲＦ供給部の内部断面図である。
【図５】本発明の一実施例による、図１に示された平坦なフェーズドアレイの交差蝶ネクタイ・クローバー形放射体に対するＲＦ供給部において利用される単一のＲＦ中心導体の詳細図である。
【図６】本発明の一実施例による、金属接地層と化学エッチングされた平坦なフェーズドアレイを含む基板層との間で図１において挟持された状態において示されている溝が掘られたコア層又は溝が形成されたコア層の断面図である。
【図７】本発明の一実施例による、図１に示されたプロトタイプの交差蝶ネクタイ・クローバー形の平坦なフェーズドアレイの入力不整合減衰量対周波数のプロットである。
【図８Ａ】本発明の一実施例による、図１に示されたプロトタイプの交差蝶ネクタイ・クローバー形の平坦なフェーズドアレイのサンプル放射パターンである。
【図８Ｂ】本発明の一実施例による、図１に示されたプロトタイプの交差蝶ネクタイ・クローバー形の平坦なフェーズドアレイのサンプル放射パターンである。
【図８Ｃ】本発明の一実施例による、図１に示されたプロトタイプの交差蝶ネクタイ・クローバー形の平坦なフェーズドアレイのサンプル放射パターンである。
【図８Ｄ】本発明の一実施例による、図１に示されたプロトタイプの交差蝶ネクタイ・クローバー形の平坦なフェーズドアレイのサンプル放射パターンである。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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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８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【国際調査報告】
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