(57)【要約】  リフレクトアレイは、パッチ要素（１０〜１３）のアレイを有している。それぞれのパッチ要素は、少なくとも１つの交差ギャップを有する導電性リングから形成された切り欠きリング形状を具備している。外部直径及び内部直径並びに交差ギャップは、φ（Ｅox）＝φ（Ｅix）＋α  （１）、φ（Ｅoy）＝φ（Ｅiy）＋α＋β  （２）という関係によって定義される位相シフトβがゼロとは異なるものになるように調節されており、この場合に、φ（Ｅox）及びφ（Ｅoy）は、それぞれ、直交成分及び反射波の位相であり、φ（Ｅix）及びφ（Ｅiy）は、それぞれ、直交成分及び入射波の位相であり、αは、位相角である。【選択図】図１
2009515397.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パッチ要素（１０〜１３；８９、９１）のアレイを有するリフレクトアレイにおいて、
それぞれのパッチ要素は、入射偏波電磁波の位相を所定の位相角αだけシフトさせるべく設計されており、且つ、
それぞれのパッチ要素は、少なくとも１つの交差ギャップ（３２）を有する導電性リング（３０）から形成された切り欠きリング形状（２８）を具備しており、前記導電性リングは、外部直径ｒo及び内部直径ｒiを具備しており、それぞれの交差ギャップは、個々の幅ｈを具備しており、
直径ｒo、ｒi、及び幅ｈは、次の関係によって定義される位相シフトβがゼロとは異なるものになるように、調節されており、
φ（Ｅox）＝φ（Ｅix）＋α          （１）
φ（Ｅoy）＝φ（Ｅiy）＋α＋β      （２）
ここで、Ｅix及びＥiyは、それぞれ、方向ｕx及びｕyと同一直線上にある前記入射偏波電磁波の直交成分であり、Ｅox及びＥoyは、それぞれ、方向ｕx及びｕyと同一直線上にある前記反射偏波電磁波の直交成分であり、φ（Ｅox）及びφ（Ｅoy）は、それぞれ、前記直交成分Ｅox及びＥoyの位相であり、φ（Ｅix）及びφ（Ｅiy）は、それぞれ、前記直交成分Ｅix及びＥiyの位相である、ことを特徴とするリフレクトアレイ。
【請求項２】
直径ｒo、ｒi及び幅ｈは、直線偏波を有する入射電磁波においてφ（Ｅox）−φ（Ｅoy）＝±９０°となるように調節されている請求項１記載のリフレクトアレイ。
【請求項３】
位相シフトβは、１８０°に等しい請求項１記載のリフレクトアレイ。
【請求項４】
前記交差ギャップのいずれもが、同一の導電性リングの別の交差ギャップの正反対の側に位置してはいない請求項１から３のいずれか一項記載のリフレクトアレイ。
【請求項５】
前記導電性リングは、１つの交差ギャップ（３２）のみを具備している請求項１から４のいずれか一項記載のリフレクトアレイ。
【請求項６】
前記パッチ要素は、１つの導電性リングのみを具備している請求項１から５のいずれか一項記載のリフレクトアレイ。
【請求項７】
少なくとも１つのパッチ要素は、その導電性リング内に内部ディスク（３４）を具備している請求項１から６のいずれか一項記載のリフレクトアレイ。
【請求項８】
前記パッチ要素は、Ｐ個のフレネルゾーン（６〜９；８２〜８５）内に配置されており、Ｐは、４以上の整数であり、それぞれのフレネルゾーンの半径（ｒn）は、次の関係によって付与されており、
【数１】
2009515397.tif 000008
ここで、ｎは、前記フレネルゾーンのランク次数であり、ｎ＝１は、最も内側のフレネルゾーンに対応しており、λは、前記電磁波の波長であり、ｆは、前記リフレクトアレイの焦点距離であり、Ｐは、使用するフレネルゾーンの数であり、
同一のフレネルゾーン内に配置されたすべてのパッチ要素は、前記入射偏波電磁波の位相を前記同一の所定の位相角αだけシフトさせるべく設計されており、異なるフレネルゾーンのパッチ要素は、前記入射電磁波の前記位相を異なる所定の位相角αだけシフトさせるべく設計されている、請求項１から７のいずれか一項記載のリフレクトアレイ。
【請求項９】
前記方向ｕxは、１つのギャップを通じて前記導電性リングの中心から延長するラインによって定義されており、いくつかのパッチ要素の前記方向ｕxをその他のパッチ要素の前記方向ｕxとの関係において回転させることにより、前記回転したパッチ要素の前記位相角を調節している請求項１から８のいずれか一項記載のリフレクトアレイ。
【請求項１０】
それぞれのパッチ要素は、誘電体基板（５４）上における直接的に印刷されたマイクロストリップ要素であり、接地プレーン（５２）は、前記誘電体基板の底部に直接的に固定されている請求項１から９のいずれか一項記載のリフレクトアレイ。
【請求項１１】
直線偏波電磁波を放射するプライマリソース（４６）であって、前記直線偏波は、方向ｙに平行である、プライマリソースと、
請求項１から１０のいずれか一項記載のリフレクトアレイ（５０）と、
を有するミリメートル波レーダーにおいて、
それぞれの切り欠きリング形状（２８）は、少なくとも１つの交差ギャップ（３２）を有する導電性リング（３０）から形成されており、それぞれのパッチ要素（８９〜９１）は、１つの交差ギャップを通じて前記導電性リングの中心から延長するラインによって定義された方向ｕxを具備しており、前記方向ｕxは、方向ｙと同一直線上にはなく、
それぞれのパッチ要素の前記内部及び外部直径ｒo、ｒi並びに幅ｈは、前記反射偏波電磁波の２つの直交成分間における位相差が０°及び１８０°とは異なるものになるように調節されている、ことを特徴とするミリメートル波レーダー。
【請求項１２】
前記内部及び外部直径ｒo、ｒi並びに幅ｈは、前記反射偏波電磁波の前記２つの直交成分間における前記所定の位相差が＋９０°又は−９０°に等しくなるように調節されており、それぞれのパッチ要素（８９〜９１）の前記方向ｕxは、方向ｙとの関係において４５°、１３５°、２２５°、又は３１５°だけ傾斜している請求項１１記載のレーダー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リフレクトアレイ及びミリメートル波レーダーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
リフレクトアレイ（ｒｅｆｌｅｃｔａｒｒａｙ）は、特定の目的を具備したアンテナを構築するのに非常に有用である。
【０００３】
入射偏波電磁波の位相を所定の位相角だけシフトさせるべくそれぞれのパッチ要素が設計されたパッチ要素のアレイを具備したリフレクトアレイが存在している。
【０００４】
位相角とは、入射電磁波と出射又は反射電磁波間においてパッチ要素によって導入される時間における遅延又は先行を表している。
【０００５】
いくつかの特定のアプリケーションにおいては、ａ）入射偏波電磁波の位相を所定の位相角だけシフトさせる能力と、ｂ）入射偏波電磁波の２つの直交成分の間に所定の位相差を設定する能力の両方を具備したパッチ要素が必要である。
【０００６】
電磁波の直交成分とは、二次元プレーン内における電界ベクトルの２つの直交成分への分解を意味している。この二次元プレーンは、電磁波の伝播方向に対して垂直である。それぞれの直交成分は、その独自の位相を具備している。それぞれの直交成分の位相間の差を「位相差」と呼んでいる。
【０００７】
例えば、位相差が０°又は１８０°に等しい場合には、電磁波は、直線偏波を具備していると表現される。位相差が＋又は−９０°に等しく、且つ、直交成分の振幅が等しい場合には、電磁波は、円偏波を具備していると表現される。その他の値の位相差の場合には、電磁波は、楕円偏波を具備していると表現される。
【０００８】
能力ａ）及びｂ）の両方を具備した矩形のパッチ要素は、Ｗｏｌｆｇａｎｇ  Ｍｅｎｚｅｌ、Ｄｉｅｔｍａｒ  Ｐｉｌｚ、及びＭａｙｓｏｕｎ  Ａｌ−Ｔｉｋｒｉｔｉによる「Ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ−Ｗａｖｅ  Ｆｏｌｄｅｄ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ  Ａｎｔｅｎｎａｓ  ｗｉｔｈ  ｈｉｇｈ  Ｇａｉｎ，  Ｌｏｗ  Ｌｏｓｓ，  ａｎｄ  Ｌｏｗ  Ｐｒｏｆｉｌｅ」（ＩＥＥＥ  Ａｎｔｅｎｎａｓ  ａｎｄ  Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ  Ｍａｇａｚｉｎｅ、第４４巻、第３号、２００２年６月）という参考文献Ｄ１に開示されている。
【０００９】
能力ａ）及びｂ）の両方を具備した矩形のパッチ要素以外のパッチ要素を具備することが望ましい。
【発明の開示】
【００１０】
従って、能力ａ）及びｂ）の両方を具備した代替パッチ要素を使用するリフレクトアレイを提供することが本発明の目的である。
【００１１】
本発明は、それぞれのパッチ要素が、少なくとも１つの交差ギャップ（ｃｒｏｓｓｉｎｇ  ｇａｐ）を有する導電性リングから形成された切り欠きリング形状を具備しており、導電性リングは、外部直径ｒo及び内部直径ｒiを具備すると共に、それぞれの交差ギャップが、個々の幅ｈを具備しているリフレクトアレイを提供している。直径ｒo、ｒi及び幅ｈは、以下の関係によって定義されている位相シフトβが、ゼロとは異なるものになるように、調節されている。
【００１２】
φ（Ｅox）＝φ（Ｅix）＋α          （１）
φ（Ｅoy）＝φ（Ｅiy）＋α＋β      （２）
【００１３】
ここで、Ｅix及びＥiyは、それぞれ、方向ｕx及びｕyと同一直線上にある入射偏波電磁波の直交成分であり、Ｅox及びＥoyは、それぞれ、方向ｕx及びｕyと同一直線上にある反射偏波電磁波の直交成分であり、φ（Ｅox）及びφ（Ｅoy）は、それぞれ、直交成分Ｅox及びＥoyの位相であり、φ（Ｅix）及びφ（Ｅiy）は、それぞれ、直交成分Ｅix及びＥiyの位相であり、αは、位相角であり、βは、位相シフトである。
【００１４】
切り欠きリング形状を具備したパッチ要素は、能力ａ）及びｂ）の両方を具備している。更には、９４ＧＨｚの動作周波数において０°〜３６０°の位相角を導入するパッチ要素を具備したリフレクトアレイを得るには、切り欠きリング形状を具備したパッチ要素を使用するほうが容易であり、この理由は、矩形のパッチ要素を使用する場合よりも厚い基板を使用してこれを得ることができるためである。基板は、パッチ要素と接地プレーン（ｇｒｏｕｎｄ  ｐｌａｎｅ）の間に介在している誘電材料レイヤである。相対的に厚い基板を具備することにより、リフレクトアレイの製造プロセスが容易になる。
【００１５】
前述のリフレクトアレイの実施例は、次の特徴の中の１つ又は複数のものを有することができる。
【００１６】
直線偏波を有する入射電磁波においてφ（Ｅox）−φ（Ｅoy）＝±９０°となるように、直径ｒo、ｒi及び幅ｈが調節されている。
【００１７】
位相シフトβが１８０°に等しい。
【００１８】
交差ギャップのいずれもが、同一の導電性リングの別の交差ギャップの正反対の側に位置してはいない。
【００１９】
導電性リングは、１つの交差ギャップのみを具備している。
【００２０】
パッチ要素は、１つの導電性リングのみを具備している。
【００２１】
少なくとも１つのパッチ要素は、その切り欠きリング形状内に内部ディスクを具備している。
【００２２】
パッチ要素は、そのそれぞれの位相角に従って、Ｐ個のＦｒｅｓｎｅｌ（フレネル）ゾーン内に配列されて、Ｐは、４以上の整数であって、それぞれのＦｒｅｓｎｅｌゾーンの半径（ｒn）は、次の関係から付与されている。
【００２３】
【数１】
2009515397.tif 000003
【００２４】
ここで、ｎは、Ｆｒｅｓｎｅｌゾーンのランク次数であって、ｎ＝１は、最も内側のＦｒｅｓｎｅｌゾーンに対応しており、λは、電磁波の波長であり、ｆは、リフレクトアレイの焦点距離であり、Ｐは、使用するＦｒｅｓｎｅｌゾーンの数である。
【００２５】
同一のＦｒｅｓｎｅｌゾーン内に配置されたすべてのパッチ要素は、同一の所定の位相角αだけ入射偏波電磁波の位相をシフトさせるべく設計されており、異なるＦｒｅｓｎｅｌゾーンのパッチ要素は、異なる所定の位相角αだけ入射電磁波の位相をシフトさせるべく設計されている。
【００２６】
パッチ要素は、１つのギャップを通じて導電性リングの中心から延長するラインによって定義された方向ｕxを具備しており、いくつかのパッチ要素の方向ｕxをその他のパッチ要素の方向ｕxとの関係において回転させることにより、回転したパッチ要素の位相角を調節している。
【００２７】
それぞれのパッチ要素は、誘電体基板上における直接的に印刷されたマイクロストリップ（ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ）要素であり、接地プレーンは、誘電体基板の底部において直接的に固定されている。
【００２８】
リフレクトアレイの前述の実施例は、次のような利点を有している。
【００２９】
パッチ要素の内部円形ディスクを使用することにより、位相角を更に調節可能である。
【００３０】
Ｆｒｅｓｎｅｌゾーン内にパッチ要素を配置することにより、球面電磁波を平面電磁波に、並びに、この逆方向に、変換するのに使用するゾーンの数が制限されている。
【００３１】
パッチ要素の方向を回転させることにより、同一のパッチ要素を使用して異なる位相角を得ることができる。
【００３２】
マイクロストリップパッチ要素により、リフレクトアレイの製造コストが低減される。
【００３３】
又、本発明は、直線偏波電磁波を放射するプライマリソースであって、直線偏波は、方向ｙに平行である、プライマリソースと、前述のリフレクトアレイと、を有するミリメートル波レーダーを有しており、この場合に、それぞれの切り欠きリング形状は、少なくとも１つの交差ギャップを有する導電性リングから形成されており、それぞれのパッチ要素は、１つの交差ギャップを通じて導電性リングの中心から延長するラインによって定義されている方向ｕxを具備しており、方向ｕxは、方向ｙと同一直線上にはなく、それぞれのパッチ要素の内部及び外部直径ｒo、ｒi及び幅ｈは、直線偏波電磁波の２つの直交成分間の位相差が０°及び１８０°とは異なるものになるように調節されている。
【００３４】
前述のレーダーは、左及び右楕円偏波電磁波の両方を受信可能である。この結果、例えば、高電圧電力線の検出が相対的に容易になる。又、この結果、高電圧電力線を検出するのに必要なミリメートル波ソースの数も低減される。
【００３５】
前述のレーダーの実施例は、内部及び外部直径ｒo、ｒi、並びに、幅ｈが、反射偏波電磁波の２つの直交成分間の所定の位相差が＋９０°又は−９０°に等しくなると共に、それぞれのパッチ要素の方向ｕxが方向ｙとの関係において４５°、１３５°、２２５°、又は３１５°だけ傾斜するように、調節されているという特徴を有することができる。
【００３６】
前述のレーダーの実施例は、直線偏波電磁波を円偏波電磁波に変換している。この結果、放射された円偏波電磁波に応答して得られるこれらの電力線のレーダーシグネチャ（ｒａｄａｒ  ｓｉｇｎａｔｕｒｅ）の識別が相対的に容易であるため、高電圧電力線を正しく検出する確率が向上することになる。
【００３７】
本発明のこの態様及びその他の態様については、以下の説明、図面、及び請求項から明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
図１は、能力ａ）及びｂ）の両方を具備したリフレクトアレイ２の平坦な前面を示している。
【００３９】
リフレクトアレイ２は、円形のアパーチャ（ａｐｅｒｔｕｒｅ）を具備している。前面は、直径が約１３０ｍｍ〜１５０ｍｍのディスクである。
【００４０】
図１は、ディスクの中心から延長している１つの水平軸ベクトルＸ及び１つの垂直軸ベクトルＹを示している。
【００４１】
リフレクトアレイ２は、入射球面電磁波を出射平面電磁波に変換するべく設計されている。これを実行するべく、リフレクトアレイ２の前面は、Ｐ個のＦｒｅｓｎｅｌゾーンに分割されている。Ｆｒｅｓｎｅｌゾーンは、内部円形ゾーンを中心とした同軸の環状ゾーンである。それぞれのゾーンは、球面波を平面波に、並びに、この逆方向に変換するべく、所定の位相角に対応している。
【００４２】
それぞれのＦｒｅｓｎｅｌゾーンの半径ｒnは、次の関係によって付与されている。
【００４３】
【数２】
2009515397.tif 000004
【００４４】
ここで、ｎは、そのＦｒｅｓｎｅｌゾーンのランク次数であって、ｎ＝１は、内部の円形Ｆｒｅｓｎｅｌゾーンに対応しており、λは、電磁波の波長であり、ｆは、リフレクトアレイの焦点距離であり、Ｐは、使用するＦｒｅｓｎｅｌゾーンの数である。
【００４５】
わかりやすくするべく、リフレクトアレイ２は、４つのＦｒｅｓｎｅｌゾーン６〜９のみを具備している。
【００４６】
ゾーン６は、内部の円形ゾーンである。ゾーン７〜９は、内部の環状ゾーンから外部の環状ゾーンに連続した環状ゾーンである。
【００４７】
それぞれのゾーンは、同一の個々の位相角を導入するマイクロストリップパッチ要素によって充填されている。更に詳しくは、ゾーン６は、ゼロ度に等しい位相角だけ入射電磁波をシフトさせるべく設計されたパッチ要素１０によって充填されている。
【００４８】
ゾーン７、８、及び９は、それぞれ、パッチ要素１１〜１３によって充填されている。パッチ要素１１〜１３は、それぞれ、９０°、１８０°、及び２７０°に等しい位相角だけ入射電磁波をシフトさせるべく設計されている。
【００４９】
ゾーン９は、パッチ要素２０によって充填された更なる環状ゾーン１８によって取り囲まれているが、これは、例示を目的としたものに過ぎない。パッチ要素２０は、ゼロ度に等しい位相角だけ入射電磁波をシフトさせるべく設計されている。例えば、それぞれのパッチ要素２０は、パッチ要素１０と同一である。
【００５０】
パッチ要素１０、１２、及び２０については、図２ａに更に詳しく示されており、パッチ要素１１及び１３については、図２ｂに更に詳しく示されている。
【００５１】
それぞれのパッチ要素は、正方形２６内に収容されている。正方形２６のそれぞれの辺の長さは、Ａに等しい。長さＡは、２つの隣接するパッチ要素の間の間隔を設定している。長さＡは、λ／２に等しくなるように選択するのが便利であり、ここで、λは、反射対象の電磁波の波長であり、
【００５２】
【数３】
2009515397.tif 000005
【００５３】
である。その他の実施例においては、長さＡは、λ／２以上であると共に、厳格にλ未満である。
【００５４】
例えば、９４ＧＨｚの周波数を具備した電磁波の場合には、長さＡは、１．６ｍｍに等しい。
【００５５】
図２ａ及び図２ｂのパッチ要素は、いずれも、切り欠きリング形状２８を具備している。切り欠きリング形状２８は、交差ギャップ３２を有する導電性リング３０から形成されている。
【００５６】
リング３０は、導電性材料のストリップ（ｓｔｒｉｐ）から製造されている。リング３０は、内部直径ｒi及び外部直径ｒoを具備している。好ましくは、ストリップは、幅が１００μｍを上回る一定の幅を具備している。
【００５７】
ギャップ３２は、リング３０を切り欠いてリング３０を電気的に開かれた回路に変形させるための非導電性ギャップである。例えば、ギャップ３２は、一定の幅ｈを具備している。ギャップ３２は、リング３０の中心から半径方向において延長している。
【００５８】
それぞれのパッチ要素は、ギャップ３２の中央を通じてリング３０の中心から延長するラインによって定義された方向ｕxを具備している。
【００５９】
図２ｂのパッチ要素は、導電性材料から製造された内部ディスク３４を具備している。ディスク３４及びオープンリング３０は、同軸である。ディスク３４は、半径ｒを具備している。
【００６０】
図２ａのパッチ要素は、ディスク３４のような内部ディスクを具備していないという事実が図２ｂのパッチ要素と異なっている。
【００６１】
又、図２ａ及び図２ｂは、方向ｕxに垂直の方向ｕyをも示している。
【００６２】
図３に示されているように、偏波入射電磁波の電界ベクトルＥiは、２つの直交成分ベクトルＥix及びベクトルＥiyに分解可能である。ベクトルＥix及びベクトルＥiyは、それぞれ、方向ｕx及びｕy上におけるベクトルＥiの投影に対応している。従って、ベクトルＥix及びベクトルＥiyのベクトル和は、ベクトルＥiに等しい。
【００６３】
成分ベクトルＥixは、成分ベクトルＥiyのように反射しないことが判明した。更に正確には、方向ｕxに平行な方向において偏波した電磁波の位相は、方向ｕyに平行な方向において偏波した電磁波の位相のようにシフトされない。この結果、図２ａ及び図２ｂのパッチ要素は、反射電磁波の出射電界ベクトルＥoの直交成分ベクトルＥox及びベクトルＥoyの間に位相シフトβを導入している。成分ベクトルＥox及びベクトルＥoyは、それぞれ、方向ｕx及びｕy上におけるベクトルＥoの投影に対応している。
【００６４】
更には、これらのパッチ要素は、入射電磁波の位相を所定の位相角αだけシフトさせている。この結果、入射電界、出射電界の直交成分の位相、並びに、角度α及びβの間には関係が存在している。例えば、次の関係を規定可能である。
【００６５】
φ（Ｅox）＝φ（Ｅix）＋α          （１）
φ（Ｅoy）＝φ（Ｅiy）＋α＋β      （２）
【００６６】
ここで、φ（Ｅox）及びφ（Ｅoy）は、それぞれ、直交成分ベクトルＥox及びベクトルＥoyの位相であり、φ（Ｅix）及びφ（Ｅiy）は、それぞれ、直交成分ベクトルＥix及びベクトルＥiyの位相であり、αは、位相角であり、βは、位相シフトである。
【００６７】
所定の位相角α及び位相シフトβは、長さＡ、幅ｈ、及び半径ｒi及びｒoを調節することによって得ることができる。長さＡ、幅ｈ、並びに、半径ｒi及びｒoの調節は、例えば、シミュレーションソフトウェアを使用して実験的に実行される。
【００６８】
次の表１は、厚さが３８０μｍの基板を具備したリフレクトアレイにおける位相φ（Ｅoy）及びφ（Ｅox）を付与しているが、これは、例示を目的としたものである。基板は、２．２に等しい比誘電率を具備したデュロイド（ｄｕｒｏｉｄ）から製造されている。表１の値は、９４ＧＨｚの周波数を具備した直線偏波入射電磁波から得たものである。「／」の前の第１の値は、位相φ（Ｅoy）に対応しており、「／」の後の値は、位相φ（Ｅox）に対応している。
【００６９】
【表１】
2009515397.tif 000006
【００７０】
入射電磁波は、直線偏波を具備しているため、位相φ（Ｅix）は、位相φ（Ｅiy）に等しいことに留意されたい。
【００７１】
次の表２は、表１において得られた結果に対応する位相シフトβを示している。
【００７２】
【表２】
2009515397.tif 000007
【００７３】
ディスク３４の半径ｒは、位相角αを調節するべく使用可能な更なるパラメータである。半径ｒは、位相シフトβに対する影響をほとんど具備してはいない。
【００７４】
リフレクトアレイ２の特定のケースにおいては、パッチ要素１０〜１３の半径ｒo、ｒi、ｒ及び幅ｈは、位相シフトβが１８０°に等しくなるように、調節されている。この結果、成分ベクトルＥox及びベクトルＥoyの中の１つのものの振幅は、それぞれ、ベクトル-Ｅix及びベクトル-Ｅiyに等しい。図３においては、成分ベクトルＥoxの振幅は、−１によって乗算されたＥixの振幅に等しい。従って、入射電磁波の直線偏波方向は、このようなパッチ要素によって反射された後に、角度γだけシフトされることになる。角度γの値は、入射電磁波の直線偏波方向と方向ｕxの間の角度ｉに依存している。例えば、角度ｉは、９０°に等しい角度γを得るべく、４５°、１３５°、２２５°、又は３１５°に等しくなるように選択されている。
【００７５】
例えば、図１においては、反射器２は、方向ｙにアライメントされた直線偏波を具備した入射電磁波を反射するべく設計されている。従って、パッチ要素１０及び１１は、その個々の方向ｕxが方向ｙとの関係において４５°に等しい角度ｉを生成するように、ゾーン６及び７内において配列されている。
【００７６】
位相要素１２及び１３の構造は、それぞれ、位相要素１０及び１１の構造と同一である。但し、パッチ要素１２及び１３の方向は、パッチ要素１０及び１１の方向との関係において９０°だけ傾斜している。実際に、パッチ要素１０及び１１を９０°だけ回転させれば、位相角αが１８０°だけ増大する。この結果、パッチ要素１２及び１３用の新しい構造を設計する必要がなく、リフレクトアレイ２の設計が簡単になる。
【００７７】
反射器２の動作の際には、入射直線偏波電磁波を出射直線偏波電磁波に変換している。出射電磁波は、入射電磁波の偏波方向との関係において９０°だけシフトされた偏波方向を具備している。
【００７８】
リフレクトアレイ２を使用することにより、参考文献Ｄ１において使用されているリフレクトアレイを置換可能である。
【００７９】
図４は、高電圧電力線を検出するべく設計されたミリメートル波レーダー４０を示している。例えば、レーダー２は、低空飛行する航空機又はヘリコプターに搭載するべく意図されている。
【００８０】
レーダー４０は、電磁波を生成するミリメートル波ソース４２を具備している。ソース４２の１つの出力は、直交モード接合部４４を通じて、端部が開放された導波路４６の入力に接続されている。例えば、導波路４６は、方形導波路である。
【００８１】
接合部４４は、受信した直線偏波電磁波の直交成分を分離するべく設計されている。又、接合部４４は、生成された電磁波を直線偏波波に変換している。
【００８２】
例えば、直交モード接合部４４は、Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｒａｄｉｏ  Ａｓｔｒｏｎｏｍｙ  Ｏｂｓｅｒｖａｔｏｒｙ，  ９１９  Ｎｏｒｔｈ  Ｃｈｅｒｒｙ  Ａｖｅｎｕｅ，  Ｔｕｃｓｏｎ，  ＡＺ  ８５７２１又はＬａｂｏｒａｔｏｒｙ  ｆｏｒ  Ａｓｔｒｏｎｏｍｙ  ａｎｄ  Ａｓｔｒｏｐｈｙｓｉｃｓ  ＮＡＳＡ／Ｇｏｄｄａｒｄ  Ｓｐａｃｅ  Ｆｌｉｇｈｔ  Ｃｅｎｔｅｒ，  Ｇｒｅｅｎｂｅｌｔ，  ＭＤ  ２０７７１を通じて入手可能であるＥ．  Ｊ．  Ｗｏｌｌａｃｋ、Ｗ．  Ｇｒａｍｍｅｒ、及びＪ．  Ｋｉｎｇｓｌｅｙによる「ＴＨＥ  ＢＯＩＦＯＴ  ＯＲＴＨＯＭＯＤＥ  ＪＵＮＣＴＩＯＮ」という参考文献Ｄ２の開示内容から構築されている。
【００８３】
導波路４６は、２つの直交偏波を受信するべく適合されている。例えば、導波路４６の出力４８は、共振モードＴＥ10及びＴＥ01によって動作する正方形セクションを具備している。出力４８は、平坦なＦｒｅｓｎｅｌ反射器５０の焦点に配置されている。例えば、反射器５０の焦点距離は、８ｃｍに等しい。
【００８４】
反射器５０は、その上部に誘電体基板５４が積層された接地プレーン５２を具備したリフレクトアレイである。パッチ要素が、出力４８に対向する基板５４の前面上に固定されている。
【００８５】
前面及びパッチ要素については、図６との関連において、更に詳述することとする。
【００８６】
反射器５０は、自由度を有することなしに、支持部６０上に堅固に取り付けられている。
【００８７】
又、回転平面反射器６４も、反射器５０の前面において、支持部６０上に取り付けられている。反射器６４は、例えば、金属平面である。
【００８８】
反射器６４は、反射器５０によって反射された電磁波の伝播方向に対して垂直である軸６６を中心として回転可能である。
【００８９】
又、レーダー４０は、接合部４４に接続された信号処理回路７０をも具備している。
【００９０】
回路７０は、受信した電磁波の直交成分のそれぞれを処理し、これらの成分から高電圧電力線の存在又は不存在を検出するべく設計されている。
【００９１】
図５は、反射器６４の前面を示している。図４において既に説明済みの要素は、図５において、同一の参照符号を具備している。
【００９２】
反射器６４は、中央孔７２を有する平坦なディスクである。反射器６４の中心に位置するように、出力４８が孔７２内に配置されている。
【００９３】
又、レーダー４０は、軸６６を中心として反射器６４を回転させることができる駆動メカニズム７８を操作するためのモーター７６をも具備している。これを使用することにより、レーダー４０によって様々な方向を走査している。
【００９４】
図６は、反射器５０の前面を示している。
【００９５】
リフレクトアレイ２として、反射器５０は、内部の円形ゾーンから最も外側の環状ゾーンにわたって、４つのＦｒｅｓｎｅｌゾーン８２〜８５を具備している。これらのゾーン８２〜８５を使用することにより、球面電磁波を平面電磁波に、並びに、この逆方向に、変換している。
【００９６】
ゾーン８２〜８５は、それぞれ、位相角０°、９０°、１８０°、及び２７０°に対応している。
【００９７】
又、反射器５０は、直線偏波を有する入射電磁波を円形偏波を有する出射電磁波に、並びに、この逆方向に、変換するべく設計されている。
【００９８】
このために、ゾーン８２及び８３は、それぞれ、パッチ要素８８及び８９によって充填されている。パッチ要素８８及び８９は、図２ａとの関連において説明したものに類似した構造を具備している。ゾーン８４及び８５は、それぞれ、パッチ要素９０及び９１によって充填されている。パッチ要素９０及び９１は、図２ｂとの関連において説明したものに類似した構造を具備している。
【００９９】
パッチ要素８９〜９１の半径ｒi及びｒoは、出射電界の直交成分間に９０°に等しい位相差を得るべく調節されている。
【０１００】
更には、パッチ要素８８及び８９の半径ｒi、ｒo及び幅ｈは、それぞれ、０°及び９０°に等しい位相角αを得るべく調節されている。
【０１０１】
同様に、パッチ要素９０及び９１の半径ｒi、ｒo、ｒ及び幅ｈは、それぞれ、１８０°及び２７０°に等しい位相角を得るべく調節されている。
【０１０２】
反射器５０のｘ及びｙ軸は、反射器２のｘ及びｙ軸と同一である。方向ｘは、軸６６の方向に平行である。
【０１０３】
入射電磁波は、方向ｙに平行な直線偏波方向を具備している。
【０１０４】
円偏波を有する出射電磁波を得るには、出射波の２つの直交成分間における位相の差は、＋又は−９０°に等しくなければならず、直交成分は、同一の振幅を具備していなければならない。これを実現するべく、それぞれのパッチ要素の方向ｕxと方向ｙの間の角度ｉは、４５°、１３５°、２２５°、又は３１５°に等しくなるように選択されている。図６においては、角度ｉは、それぞれのパッチ要素において４５°に等しくなっている。
【０１０５】
切り欠きリング形状を具備したパッチ要素を使用する反射器を使用して直線偏波を円偏波に変換する際には、パッチ要素の方向の回転によって位相角が変化しないということに留意されたい。
【０１０６】
以下の節においては、方向ｙに平行な直線偏波方向を「垂直」と呼称し、方向ｘに平行な直線偏波方向を「水平」と呼称することとする。
【０１０７】
次に、図７を参照し、レーダー４０の動作について説明する。
【０１０８】
まず、段階１１０において、ソース４２は、接合部４４によって垂直偏波波に変換されるミリメートル波を生成している。垂直偏波波を導波路４６を通じて導波している。
【０１０９】
段階１１２において、垂直偏波波を球面波として出力４８を通じて放射している。
【０１１０】
段階１１４において、球面波を反射器５０によって平面波に変換している。同時に、反射器５０が、垂直偏波を右円偏波に変換している。
【０１１１】
段階１１６において、右偏波を有する平面波を反射器６４によって高電圧電力線に向かって導波している。
【０１１２】
段階１１８において、電力線は、右又は左円偏波、或いは、右及び左円偏波の組み合わせを具備した電磁波を反射している。
【０１１３】
段階１２０において、反射器６０は、電力線から反射された波を反射器５０に向かって導波している。
【０１１４】
段階１２２において、反射器５０は、平面波を焦点上に合焦している。同時に、左円偏波を水平直線偏波に変換すると共に、右円偏波を垂直直線偏波に変換している。
【０１１５】
段階１２４において、垂直及び水平偏波を有する電磁波を出力４８を通じて受信すると共に、導波路４６を通じて接合部４４に導波している。
【０１１６】
段階１２６において、接合部４４は、水平偏波から垂直偏波を分離し、これらのそれぞれを回路７０に伝送している。
【０１１７】
段階１３０において、回路７０は、垂直及び水平偏波を有する受信した電磁波から電力線のシグネチャ（ｓｉｇｎａｔｕｒｅ）を構築している。
【０１１８】
段階１３２において、その構築されたシグネチャが電力線の特徴を示している場合には、電力線の存在を通知している。
【０１１９】
図８は、リフレクトアレイ２又は反射器５０において使用可能である代替パッチ要素１３６を示している。
【０１２０】
パッチ要素１３６は、複数のギャップ３２を具備しているため、図２ａのパッチ要素とは異なっている。例えば、図８において、パッチ要素１３６は、２つのギャップ１３８及び１４０を具備している。例えば、ギャップ１３８は、方向ｕxにおいてアライメントされており、ギャップ１４０は、方向ｕyと同一直線上にはない方向においてアライメントされている。又、この実施例においては、ギャップ１４０は、ギャップ１３８と正反対の側に位置するべきではない。好ましくは、ギャップ１３８又は１４０の一方は、方向ｕx又はｕyの中の１つを中心とした他方のギャップとの対称性を構成するべきではない。
【０１２１】
図９は、２つの正反対の側に位置したギャップ１５４、１５６を有する導電性環状リング１５２を具備したパッチ要素１５０の別の実施例を示している。ギャップ１５４及び１５６は、同一の一定の幅ｈを具備している。例えば、直線偏波入射電磁波を円偏波反射電磁波に変換するべく、直径ｒo及びｒiは、それぞれ、０．９ｍｍ及び０．６５ｍｍに等しくなっている。幅ｈは、０．５ｍｍに等しくなっている。
【０１２２】
図１０は、パッチ要素１６０の別の実施例を示している。パッチ要素１６０は、２つの環状リング１６２及び１６４を具備している。内部の環状リング１６４は、１つのギャップ１６６のみを具備している。
【０１２３】
方向ｕxは、リング１６４の中心からギャップ１６６の中央を通じて延長している。
【０１２４】
外部の環状リング１６２は、２つの正反対の側に位置したギャップ１６８及び１７０を方向ｕyに沿って具備している。
【０１２５】
１８０°に等しい位相角α及び９０°に等しい位相差を得るべく、環状リング１６４の内部及び外部直径は、０．３ｍｍ及び０．５ｍｍに等しくなっている。ギャップ１６６は、幅が０．２２ｍｍである。環状リング１６２の内部及び外部直径は、それぞれ、０．７ｍｍ及び０．９ｍｍに等しくなっている。ギャップ１６８及び１７０は、幅が１．２５ｍｍである。
【０１２６】
図１０の実施例においては、ギャップ１６８及び１７０を通じて延長している方向ｕyは、方向ｕxと同一直線上にはない。好ましくは、方向ｕx及びｕyは、直交している。但し、別の実施例においては、方向ｕy及びｕxは、同一直線上にあってよい。
【０１２７】
好ましくは、同一環状リングのそれぞれのギャップは、同一の幅を具備している。但し、別の実施例においては、同一導電性リングの異なるギャップは、異なる幅を具備可能である。
【０１２８】
多くの更なる実施例が可能である。例えば、図２ａ、図２ｂ、及び図８のパッチ要素の寸法は、反射対象の電磁波の周波数に従って変化可能である。
【０１２９】
導波路４６は、垂直偏波のみを受信するためのものと、水平偏波のみを受信するためのもう１つのものという２つの導波路によって置換可能である。
【０１３０】
直交モード接合部４４は、同一機能を実行するその他の手段によって置換可能である。
【０１３１】
反射器６４は、必要に応じて、少なくとも２つの同一直線上にはない軸を中心として回転するべく、支持部６０上に取り付け可能である。例えば、反射器６４は、軸６６及び軸６６に対して垂直であるもう１つの軸を中心として回転する。
【図面の簡単な説明】
【０１３２】
【図１】リフレクトアレイの前面の概略図である。
【図２ａ】図１のリフレクトアレイにおいて使用されている２つの異なるパッチ要素の内の１つの概略図である。
【図２ｂ】図１のリフレクトアレイにおいて使用されている２つの異なるパッチ要素の内の１つの概略図である。
【図３】図２ａ及び図２ｂのパッチ要素の動作を概略的に示している。
【図４】ミリメートル波レーダーの構造の概略図である。
【図５】図４のレーダーの回転可能な反射器の概略図である。
【図６】図４のレーダーにおいて使用されているリフレクトアレイの前面の図である。
【図７】図４のレーダーを使用して高電圧電力線を検出する方法のフローチャートである。
【図８】図１のリフレクトアレイにおいて使用されているパッチ要素のその他の実施例の概略図である。
【図９】図１のリフレクトアレイにおいて使用されているパッチ要素のその他の実施例の概略図である。
【図１０】図１のリフレクトアレイにおいて使用されているパッチ要素のその他の実施例の概略図である。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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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８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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