(57)【要約】マルチビームアンテナ（１００、１２８、１３２、１３６、１４４）は、電磁レンズ（１０２、１０２．１）、少なくとも１つの第１のアンテナフィード要素（１０４、１４）、少なくとも１つの第２のアンテナフィード要素（１０６、１４）、および各アンテナフィード要素（１０４、１０６、１４）とそれぞれ協働する、電磁レンズ（１０２、１０２．１）の第１の部分（１０８）と第２の部分（１１０）との間に配置された選択要素（１１２）を含む。選択要素（１１２）の透過性および反射性は、電磁波特性、例えば周波数または偏光、に応答する。少なくとも１つの第１のアンテナフィード要素（１０４、１４）と協働し、第１の電磁波特性値を有する第１の電磁波は、選択要素（１１２）を介して実質的に透過し、電磁レンズ（１０２、１０２．１）の第１の部分（１０８）と第２の部分（１１０）の両方に伝搬する。少なくとも１つの第２のアンテナフィード要素（１０６、１４）と協働し、第２の電磁波特性値を有する第２の電磁波は、選択要素（１１２）によって実質的に反射される。
2005534231.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マルチビームアンテナであって：
ａ．第１の部分および第２の部分を含む、電磁レンズ；
ｂ．前記電磁レンズの第１の部分と協動するように適合する、少なくとも１つの第１のアンテナフィード要素；
ｃ．前記電磁レンズの第２の部分と協動するように適合する、少なくとも１つの第２のアンテナフィード要素；および
ｄ．前記電磁レンズの第１の部分と第２の部分との間に配置され、透過性および反射性を有する選択要素であって、
前記透過性および反射性は電磁波特性に応答し、
前記選択要素の透過性は、前記電磁波特性の第１の値を有する第１の電磁波が実質的に前記選択要素を介して透過され、前記電磁レンズの第１の部分と第２の部分の両方に伝搬するように適合し、
前記選択要素の反射性は、前記電磁波特性の第２の値を有する第２の電磁波が実質的に前記選択要素によって反射されるように適合し、
前記第１の電磁波は、前記少なくとも１つの第１のアンテナフィード要素と協動し、前記第２の電磁波は、前記少なくとも１つの第２のアンテナフィード要素と協動する、前記選択要素
を含む、前記マルチビームアンテナ。
【請求項２】
電磁レンズが、球面レンズ、ルネバーグレンズ、球面シェルレンズ、半球面レンズ、少なくとも部分的に球面のレンズ、少なくとも部分的に球面のシェルレンズ、円柱レンズおよび回転レンズから選択される、請求項１に記載のマルチビームアンテナ。
【請求項３】
少なくとも１つの第１のアンテナフィード要素が、少なくとも１つの対応する主ゲインの第１の軸を有し、該少なくとも１つの主ゲインの第１の軸は、電磁レンズの第１の部分と第２の部分の両方を介して導かれ、
少なくとも１つの第２のアンテナフィード要素が、少なくとも１つの対応する主ゲインの第２の軸を有し、該少なくとも１つの主ゲインの第２の軸は、少なくとも電磁レンズの第２の部分を介して導かれ、
少なくとも１つの第２のアンテナフィード要素および選択要素が、前記少なくとも１つの主ゲインの第２の軸の、選択要素からの少なくとも１つの反射が、電磁レンズの第２の部分における前記少なくとも１つの主ゲインの第１の軸の少なくとも１つと略整列するように適合する、請求項１に記載のマルチビームアンテナ。
【請求項４】
少なくとも１つの第１のアンテナフィード要素が、対応する主ゲインの第１の中心軸を含み、前記主ゲインの第１の中心軸は、電磁レンズの第１の部分と第２の部分の両方を介して導かれ、
少なくとも１つの第２のアンテナフィード要素が、対応する主ゲインの第２の中心軸を含み、前記主ゲインの第２の中心軸は、少なくとも電磁レンズの第２の部分を介して導かれ、
少なくとも１つの第２のアンテナフィード要素および選択要素が、主ゲインの第２の中心軸の反射が電磁レンズの第２の部分における主ゲインの第１の中心軸と略整列するように適合する、請求項１に記載のマルチビームアンテナ。
【請求項５】
少なくとも１つの第１のアンテナフィード要素が、少なくとも１つの電磁レンズの第１の部分に実質的に向かう方向に電磁波を発射するように適合する、第１のエンドファイアアンテナ要素を含み、ここで、少なくとも１つの前記第１のエンドファイアアンテナ要素の前記方向は、少なくとも別の前記第１のエンドファイアアンテナ要素の前記方向とは異なり、
少なくとも１つの第２のアンテナフィード要素が、
少なくとも１つの電磁レンズの第２の部分に実質的に向かう方向に電磁波を発射するように適合する、第２のエンドファイアアンテナ要素を含み、ここで、少なくとも１つの前記第２のエンドファイアアンテナ要素の前記方向は、少なくとも別の前記第２のエンドファイアアンテナ要素の前記方向とは異なる、請求項１に記載のマルチビームアンテナ。
【請求項６】
第１および第２のエンドファイアアンテナ要素が、八木・宇田アンテナ、共面ホーンアンテナ、ビバルディアンテナ、テーパ形誘電体ロッド、スロットアンテナ、ダイポールアンテナおよびヘリカルアンテナから選択される、請求項５に記載のマルチビームアンテナ。
【請求項７】
少なくとも１つの第１のアンテナフィード要素が、実質的に第１の面上に用意された複数の第１のアンテナフィード要素を含み、少なくとも１つの第２のアンテナフィード要素が、実質的に第２の面上に用意された複数の第１のアンテナフィード要素を含む、請求項１に記載のマルチビームアンテナ。
【請求項８】
第１の面と第２の面とが互いに少なくとも実質的に平行である、請求項７に記載のマルチビームアンテナ。
【請求項９】
第１の面および第２の面が、少なくとも実質的に同一平面上にある、請求項８に記載のマルチビームアンテナ。
【請求項１０】
選択要素が実質的に第３の面上に配置される、請求項１に記載のマルチビームアンテナ。
【請求項１１】
第１の面、第２の面および選択要素がそれぞれ実質的に第４の面に対して直角である、請求項７に記載のマルチビームアンテナ。
【請求項１２】
電磁波特性が周波数を含む、請求項１に記載のマルチビームアンテナ。
【請求項１３】
第１の電磁波が第１のキャリア周波数を含み、第２の電磁波が第２のキャリア周波数を含み、第２のキャリア周波数は、第１のキャリア周波数とは異なる、請求項１２に記載のマルチビームアンテナ。
【請求項１４】
選択要素が複数の核要素を含み、それぞれの核要素は、伝導体または伝導体におけるアパーチャを含み、それぞれの核要素は、エルサレムクロス、円形、ドーナツ形、長方形、正方形およびポテントクロスから選択される形状を有する、請求項１２に記載のマルチビームアンテナ。
【請求項１５】
選択要素が、調和モードの制御に適合する複数の少なくとも部分的に伝導性を有する層を含う、請求項１２に記載のマルチビームアンテナ。
【請求項１６】
選択要素が、伝導性要素の周期的な構造を含む、請求項１２に記載のマルチビームアンテナ。
【請求項１７】
伝導性要素の周期的な構造が、誘電体基質上に配置される、請求項１６に記載のマルチビームアンテナ。
【請求項１８】
伝導性要素が、エルサレムクロス、円形、ドーナツ形、長方形、正方形およびポテントクロスから選択される形状を有する、請求項１６に記載のマルチビームアンテナ。
【請求項１９】
電磁波特性が偏光を含む、請求項１に記載のマルチビームアンテナ。
【請求項２０】
選択要素が偏光反射体を含む、請求項１９に記載のマルチビームアンテナ。
【請求項２１】
少なくとも１つの第１のアンテナフィード要素が第１の偏光にしたがって偏光され、少なくとも１つの第２のアンテナフィード要素が第２の偏光にしたがって偏光され、第２の偏光が第１の偏光に直交する、請求項２０に記載のマルチビームアンテナ。
【請求項２２】
少なくとも１つの第１のアンテナフィード要素と選択要素との間、または少なくとも１つの第２のアンテナフィード要素と選択要素との間に配置される偏光回転体をさらに含む、請求項２０に記載のマルチビームアンテナ。
【請求項２３】
偏光回転体が、少なくとも１つの第１のアンテナフィード要素と電磁レンズの第１の部分との間、または少なくとも１つの第２のアンテナフィード要素と電磁レンズの第２の部分との間に配置される、請求項２２に記載のマルチビームアンテナ。
【請求項２４】
偏光回転体が、電磁レンズの第１の部分または電磁レンズの第２の部分に組み込まれる、請求項２２に記載のマルチビームアンテナ。
【請求項２５】
電磁波を送信または受信する方法であって：
ａ．電磁レンズの第１の部分を介して第１の方向に沿って第１の電磁波を送信または受信すること；
ｂ．電磁レンズの第２の部分を介して第２の電磁波を送信または受信すること；および
ｃ．電磁レンズの第１の部分と第２の部分との間の領域において、第２の電磁波の実質的な部分を選択要素で反射させることを含み、ここで、電磁レンズの第２の部分を介して第２の電磁波を送信または受信する前記工程、および電磁レンズの第１の部分と第２の部分との間の領域において、第２の電磁波を選択要素で反射させる前記工程は、第１の電磁波および第２の電磁波が電磁レンズの第２の部分内の類似の中心方向に沿って伝搬するように適合する、前記方法。
【請求項２６】
第１の電磁波のキャリア周波数が第２の電磁波のキャリア周波数と異なり、第２の電磁波を反射させる工程が、第２の電磁波のキャリア周波数に応答する、請求項２５に記載の電磁波を送信または受信する方法。
【請求項２７】
第１の電磁波の偏光が第２の電磁波の偏光と異なり、第２の電磁波を反射させる工程が、第２の電磁波の偏光に応答する、請求項２５に記載の電磁波を送信または受信する方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
態様の詳細な説明
図１、図２を参照し、マルチビームアンテナ１０、１０．１は、少なくとも１つの電磁レンズ１２を含み、かつ誘電体基質１６上であって、その第１の縁１８近傍に複数のアンテナフィード要素１４を含み、ここで、複数のアンテナフィード要素１４は、複数の電磁エネルギーのビーム２０のそれぞれを少なくとも１つの電磁レンズ１２を介して放射するように適合している。
少なくとも１つの電磁レンズ１２は、基準面２６、例えば面２６．１、との交差部において第１の外形２４を有する第１の側２２を有する。少なくとも１つの電磁レンズ１２は、それぞれのアンテナフィード要素１４からの電磁波を回折するように作用し、ここで、異なる場所にあり、かつ少なくとも１つの電磁レンズ１２に対して異なる方向にある、異なるアンテナフィード要素１４は、異なる関連の電磁エネルギーのビームを生成する。少なくとも１つの電磁レンズ１２は、自由空間とは異なる屈折率ｎ、例えば１より大きい屈折率、を有する。
【０００２】
例えば、少なくとも１つの電磁レンズ１２は、ＲＥＸＯＬＩＴＥ（登録商標）、ＴＥＦＬＯＮ（登録商標）、ポリエチレンまたはポリエステルなどの材料から構成することができ、またはルネバーグレンズ（Luneburg lens）のように異なる屈折率を有する複数の異なる材料から構成することができる。公知の屈折の法則にしたがって、少なくとも１つの電磁レンズ１２の形状および大きさ、その屈折率、およびアンテナフィード要素１４の電磁レンズ１２に対する相対位置は、アンテナフィード要素１４の放射パターンにしたがって、少なくとも１つの電磁レンズ１２の第２の側２８から出る電磁エネルギーのビーム２０それぞれの所望の放射パターンを提供するように適合する。少なくとも１つの電磁レンズ１２は、図１、図２において球面レンズ１２’として示されるが、少なくとも１つの電磁レンズ１２は、いずれの特定の設計にも限定されず、例えば球面レンズ、ルネバーグレンズ、球面シェルレンズ、半球面レンズ、少なくとも部分的に球面のレンズ、少なくとも部分的に球面のシェルレンズ、円柱レンズまたは回転レンズのいずれかを含んでよい。さらに、関連のマルチビームアンテナ１０、１０．１の性能に重大な影響を与えることなく、パッケージ化を改良するために、電磁レンズ１２の１または２以上の部分の先端を切ってもよい。例えば、図３は、対向する第１の部分２７および第２の部分２９が除去された、少なくとも部分的に球面の電磁レンズ１２’’を示す。
【０００３】
誘電体基質１６の第１の縁１８は、第１の外形２４に近接する第２の外形３０を含む。誘電体基質１６の第１の縁１８は、基準面２６上に配置され、少なくとも１つの電磁レンズ１２の１つの第１の側２２に近接して位置している。誘電体基質１６は、少なくとも１つの電磁レンズ１２によって、電磁エネルギーのビーム２０の形成に必要な回折を提供するように、電磁レンズ１２に対して配置される。面２６．１を含む基準面２６上に配置される平面の誘電体基質１６を含み、中心３２を有する電磁レンズ１２、例えば球面レンズ１２’、と組み合わされたマルチビームアンテナ１０の例として、面２６．１は、電磁レンズ１２の少なくとも一部によって回折を提供するように、実質的に電磁レンズ１２の中心３２の近くに配置される。図４を参照し、誘電体基質１６は、電磁レンズ１２の中心３２に対して離れていてもよく、例えば誘電体基質１６’、１６’’で示されるように、中心３２の一方または他方にあり、この場合それぞれ基準面２６’、２６’’上に配置される。
【０００４】
誘電体基質１６は、例えば動作周波数において損失の低い材料、例えばＤＵＲＯＩＤ（登録商標）、ＴＥＦＬＯＮ（登録商標）を含む材料、セラミック材またはエポキシ／ファイバーグラス複合材料などの複合材料である。さらに、一態様において、誘電体基質１６は、回路基板３４、例えば誘電体基質１６に接着された少なくとも１つの伝導性層３６を含むプリント回路基板３４．１、の誘電体１６．１を含み、例えばサブトラクティブ技術（subtractive technology）、例えば化学エッチング若しくはイオンエッチングまたはスタンピング、或いはアディティブ技術（additive technology）、例えば堆積、結合またはラミネーションによって、この回路基板からアンテナフィード要素１４および他の関連の回路トレース（circuit trace）３８が形成される。
【０００５】
複数のアンテナフィード要素１４は、第１の縁１８の第２の外形３０に沿って誘電体基質１６上に配置され、それぞれのアンテナフィード要素１４は、誘電体基質１６に動作可能に接続された少なくとも１つの伝導体４０を含む。例えば、アンテナフィード要素１４の少なくとも１つは、実質的に少なくとも１つの電磁レンズ１２の第１の側２２に向かう方向４２、またはそこからの方向４２に対して、電磁波を発射または受信するように適合したエンドファイアアンテナ（end-fire antenna）要素１４．１を含み、ここで、異なるエンドファイアアンテナ要素１４．１は、異なる方向４２に対してそれぞれの電磁波を発射または受信するように、第２の外形３０に沿った異なる場所に配置される。エンドファイアアンテナ要素１４．１は、例えば、八木・宇田アンテナ、（テーパ形スロットアンテナとしても知られる）共面ホーンアンテナ（coplanar horn antenna）、ビバルディアンテナ、テーパ形誘電体ロッド、スロットアンテナ、ダイポールアンテナまたはヘリカルアンテナのいずれかを含んでよく、これらはそれぞれ、例えばサブトラクティブ技術（subtractive technology）、例えば化学エッチング若しくはイオンエッチングまたはスタンピング、或いはアディティブ技術（additive technology）、例えば堆積、結合またはラミネーションによって、例えばプリント回路基板３４．１から誘電体基質１６上に形成することができる。さらに、アンテナフィード要素１４は、送信、受信またはその両方に利用することができる。
【０００６】
図４を参照し、１または２以上の電磁エネルギーのビーム２０の電磁レンズ１２、１２’を通る方向４２は、誘電体基質１６、１６’、１６’’の相対位置、および電磁レンズ１２の中心３２に対する関連の基準面２６、２６’、２６’’に応答する。例えば、中心３２に対して実質的に整列する誘電体基質１６では、１または２以上の電磁エネルギーのビーム２０の方向４２は、基準面２６に対して名目上整列する。代替的に、電磁レンズ１２、１２’の中心３２の上方にある誘電体基質１６’では、その結果の１または２以上の電磁エネルギーのビーム２０’は、中心３２の下方の方向４２’に伝搬する。同様に、電磁レンズ１２、１２’の中心３２の下方にある誘電体基質１６’’では、その結果の１または２以上の電磁エネルギーのビーム２０’’は、中心３２の上方の方向４２’’に伝搬する。
【０００７】
さらにマルチビームアンテナ１０は、関連のアンテナフィード要素１４に信号を供給するための複数のアンテナフィード要素１４の１つのフィードポート４６に動作可能に接続された、誘電体基質１６上の少なくとも１つの送信ライン４４を含んでもよい。例えば、少なくとも１つの送信ライン４４は、ストリップライン、マイクロストリップライン、逆マイクロストリップライン（inverted microstrip line）、スロットライン、イメージライン（image line）、絶縁イメージライン（insulated image line）、タップドイメージライン（tapped image line）、共面ストリップラインまたは共面ウェイブガイドライン（coplanar waveguide line）のいずれかを含んでよく、これらは、例えばサブトラクティブ技術（subtractive technology）、例えば化学エッチング若しくはイオンエッチングまたはスタンピング、或いはアディティブ技術（additive technology）、例えば堆積、結合またはラミネーションによって、例えばプリント回路基板３４．１から誘電体基質１６上に形成される。
【０００８】
マルチビームアンテナ１０は、さらに、少なくとも１つの入力５０および複数の出力５２を有するスイッチングネットワーク（switching network）４８を含んでもよく、少なくとも１つの入力５０は、例えば少なくとも１つの上述の送信ライン４４を介して、共同アンテナフィードポート５４に動作可能に接続され、また、複数の出力５２のそれぞれの出力５２は、例えば少なくとも１つの上述の送信ライン４４を介して、複数のアンテナフィード要素１４の異なるアンテナフィード要素１４の各々のフィードポート４６に動作可能に接続される。スイッチングネットワーク４８は、さらに、所与の時間においてどの出力５２が少なくとも１つの入力５０と接続されるかを制御するために、少なくとも１つの制御ポート５６を含んでもよい。スイッチングネットワーク４８は、例えば複数のマイクロ機械スイッチ、ＰＩＮダイオードスイッチ、トランジスタスイッチまたはその組み合わせを含んでよく、また、例えばプリント回路基板３４．１の関連する伝導性層３６への表面実装によって、例えば誘電体基質１６に動作可能に接続されてもよい。
【０００９】
動作する際、共同アンテナフィードポート５４に与えられるフィード信号５８は、（例えば開回路、反射または吸収によって）遮断されるか、または制御ポート５６に与えられる制御信号６０に応答して、１または２以上の関連する送信ライン４４を介して、スイッチングネットワーク４８によって１または２以上のアンテナフィード要素１４の関連するフィードポート４６に切り替わる。フィード信号５８は、各アンテナフィード要素１４に共通する単一の信号、または異なるアンテナフィード要素１４に関連する複数の信号を含み得ると理解されるべきである。フィード信号５８が与えられる各々のアンテナフィード要素１４は、関連する電磁波を関連する電磁レンズ１２の第１の側２２に対して発射し、この電磁波が回折され、それによって関連する電磁エネルギーのビーム２０を形成する。異なるアンテナフィード要素１４によって発射された関連する電磁エネルギーのビーム２０は、関連する異なる方向４２に伝搬する。多種の電磁エネルギーのビーム２０は、異なるときに個別に生成されてもよく、それによりスキャンされた電磁エネルギーのビーム２０が提供される。代替的に、２以上の電磁エネルギーのビームが同時に生成されてもよい。さらに、異なるアンテナフィード要素１４は、異なる周波数で動くことができ、この周波数は、例えば各アンテナフィード要素１４に直接切り替わり、またはその少なくともいくつかがそれぞれ異なるフィード信号５８につながる複数の入力５０を有する、関連するスイッチングネットワーク４８を介して切り替わる。
【００１０】
図５を参照し、マルチビームアンテナ１０、１０．１は、それぞれの信号がそれぞれのアンテナフィード要素１４と一対一の関係で関連するように適合し、それによって関連するスイッチングネットワーク４８が必要でなくなる。例えば、それぞれのアンテナフィード要素１４は、関連する処理要素６１を介して関連する信号５９に動作可能に接続可能である。一例として、イメージ列（imaging array）として構成されたマルチビームアンテナ１０、１０．１では、それぞれのアンテナフィード要素１４が電磁エネルギーを受信するために使用され、それぞれの処理要素６１が検出器を含む。別の例として、通信アンテナとして構成されたマルチビームアンテナ１０、１０．１では、それぞれのアンテナフィード要素１４が電磁エネルギーの送信と受信の両方に使用され、それぞれの処理要素６１は、送信／受信モジュール、つまり送受信器を含む。
【００１１】
図６を参照し、スイッチングネットワーク４８は、使用される場合、共通の誘電体基質１６に併置される必要がなく、別々に配置することができ、これは例えば低周波数、例えば１〜２０ＧＨｚでの適用において有用であることがある。
図７、図８、図９を参照し、第２の側面にしたがって、マルチビームアンテナ１０’は、少なくとも第１の電磁レンズ１２．１および第２の電磁レンズ１２．２を含み、これらはそれぞれ第１の側２２．１、２２．２を有し、第１の側２２．１、２２．２それぞれと基準面２６との交差部において、対応する第１の外形２４．１、２４．２を備える。誘電体基質１６は、第３の外形６４を含む少なくとも第２の縁６２を含み、ここで、第２の外形３０は、第１の電磁レンズ１２．１の第１の外形２４．１に近接し、第３の外形６４は、第２の電磁レンズ１２．１の第１の外形２４．２に近接する。
【００１２】
図７を参照し、マルチビームアンテナ１０．２の第２の態様にしたがって、第２の縁６２は、第１の縁１８と同じであり、第２の外形３０と第３の外形６４とは、誘電体基質１６の第１の縁１８に沿って互いに離れている。
図８を参照し、マルチビームアンテナ１０．３の第３の態様にしたがって、第２の縁６２は、第１の縁１８とは異なり、より具体的には誘電体基質１６の第１の縁１８の反対にある。
【００１３】
図９を参照し、第３の側面にしたがって、マルチビームアンテナ１０’’は、少なくとも１つの反射体６６を含み、基準面２６は、少なくとも１つの反射体と交差しており、少なくとも１つの電磁レンズ１２の１つは、誘電体基質１６と反射体６６との間に配置される。少なくとも１つの反射体６６は、複数のアンテナフィード要素１４の少なくとも１つによって生成された後に、少なくとも１つの電磁レンズ１２を介して伝搬する電磁エネルギーを反射するように適合する。マルチビームアンテナ１０の第３の態様は、少なくとも第１の反射体６６．１および第２の反射体６６．２を含み、第１の電磁レンズ１２．１は、誘電体基質１６と第１の反射体６６．１との間に、第２の電磁レンズ１２．２は、誘電体基質１６と第２の反射体６６．２との間に配置され、第１の反射体６６．１は、第２の外形３０上の複数のアンテナフィード要素１４の少なくとも１つによって生成された後に、第１の電磁レンズ１２．１を介して伝搬する電磁エネルギーを反射するように適合し、第２の反射体６６．２は、第３の外形６４上の複数のアンテナフィード要素１４の少なくとも１つによって生成された後に、第２の電磁レンズ１２．２を介して伝搬する電磁エネルギーを反射するように適合する。例えば、第１の反射体６６．１および第２の反射体６６．２は、図９に示すように、電磁エネルギーのビーム２０をそれぞれの側から名目上共通の方向に導くように方向付けされてもよい。図９を参照し、マルチビームアンテナ１０’’は、図の面に垂直な方向にスキャンを提供する。誘電体基質１６が電磁レンズ１２．１、１２．２それぞれにつながる軸回りであって、反射体６６．１、６６．２に対して９０度回転した場合においては、マルチビームアンテナ１０’’は、図の面と平行な方向にスキャンを提供するであろう。
【００１４】
図１０を参照し、第３の側面および第４の態様にしたがって、マルチビームアンテナ１０’’、１０．４は、曲面６８および境界７０、例えば平坦な境界７０．１を有する、少なくとも部分的に球面の電磁レンズ１２’’’、例えば半球面電磁レンズを含む。マルチビームアンテナ１０’’、１０．４は、さらに、境界７０に近接する反射体６６および外形縁７２に近接する、誘電体基質１６上の複数のアンテナフィード要素１４を含み、アンテナフィード要素１４のそれぞれは、電磁エネルギーのビーム２０を電磁レンズ１２’’’の第１の区域７４に放射するように適合する。電磁レンズ１２’’’は、第１の区域７４と基準面２６、例えば面２６．１との交差部において第１の外形２４を有する。外形縁７２は、第１の区域７４の第１の外形２４に近接する基準面２６上に配置される第２の外形３０を有する。マルチビームアンテナ１０’’、１０．４は、さらに、他の態様において上記説明されたように、スイッチングネットワーク４８およびアンテナフィード要素１４に動作可能に接続される複数の送信ライン４４を含む。
【００１５】
動作する際、共同アンテナフィードポート５４に与えられる少なくとも１つのフィード信号５８は、遮断されるか、またはスイッチングネットワーク４８の制御ポート５６に与えられる制御信号６０に応答するスイッチングネットワーク４８によって、１または２以上の関連する送信ライン４４を介して、スイッチングネットワーク４８によって１または２以上のアンテナフィード要素１４の関連するフィードポート４６に切り替わる。フィード信号５８が与えられるそれぞれのアンテナフィード要素１４は、関連する電磁レンズ１２’’’の関連する電磁波を第１の区域７４に発射する。電磁波は、曲面６８を介して、それにより回折されて伝搬し、そして境界７０に近接する反射体６６によって反射され、その後反射された電磁波は、電磁レンズ１２’’’を介して伝搬し、第２の区域７６により回折されて関連する電磁エネルギーのビーム２０として出る。図１０に示すとおり、基準面２６に対して実質的に垂直な反射体６６により、異なる電磁エネルギーのビーム２０は、関連するアンテナフィード要素１４によって、基準面２６に対して実質的に平行な異なる方向に導かれる。
【００１６】
図１１を参照し、第４の側面および第５の態様にしたがって、マルチビーム１０’’’、１０．５は、電磁レンズ１２および複数の誘電体基質１６を含み、これらはそれぞれ１組のアンテナフィード要素１４を含み、上記の説明にしたがって動作する。各組のアンテナフィード要素１４は、関連する組の電磁エネルギーのビーム２０．１、２０．２、２０．３を生成し（または生成可能であり）、これらはそれぞれ、関連するフィード信号５８および制御信号６０に応答して関連する方向４２．１、４２．２、４２．３を有している。関連するフィード信号５８および制御信号６０は、各組のアンテナフィード要素１４の関連するスイッチネットワーク４８に直接与えられるか、または第２のスイッチネットワーク７８を介して与えられ、第２のスイッチネットワーク７８は関連するフィードポート８０および制御ポート８２を有し、これらはそれぞれ少なくとも１つの関連する信号を含む。したがって、マルチビームアンテナ１０’’’、１０．４は、３次元空間上における１または２以上の電磁エネルギーのビームの送信または受信を提供する。
【００１７】
マルチビームアンテナ１０は、比較的広い視野を提供し、これらに限定されないが、アンテナフィード要素１４が放射するように設計され得る広範囲の周波数帯、例えば１〜２００ＧＨｚにわたって、自動車レーダ、ポイントツーポイント通信（point-to-point communication）およびポイントツーマルチポイント通信（point-to-multi-point communication）を含む多種の用途に適する。さらにマルチビームアンテナ１０は、モノスタティックまたはバイスタティック動作用に構成されてもよい。
【００１８】
図１２を参照し、第５の側面および第６の態様にしたがって、マルチビームアンテナ１００は、電磁レンズ１０２、少なくとも１つの第１のアンテナフィード要素１０４、１４および少なくとも１つの第２のアンテナフィード要素１０６、１４を含む。電磁レンズ１０２は、第１の部分１０８および第２の部分１１０を含み、少なくとも１つの第１のアンテナフィード要素１０４、１４は、電磁レンズ１０２の第１の部分１０８に近接して配置され、少なくとも１つの第２のアンテナフィード要素１０６、１４は、電磁レンズ１０２の第２の部分１１０に近接して配置され、それによりそれぞれのフィード要素１０４、１０６、１４は、近接する電磁レンズ１０２のそれぞれの部分１０８、１１０と協動する。電磁レンズ１０２は、例えば球面レンズ１０２．１、ルネバーグレンズ、球面シェルレンズ、半球面レンズ、少なくとも部分的に球面のレンズ、少なくとも部分的に球面のシェルレンズ、円柱レンズまたは回転レンズのいずれかを含み得、第１の部分１０８と第２の部分１１０に分けられる。
【００１９】
マルチビームアンテナ１００は、さらに電磁レンズ１０２の第１の部分１０８と第２の部分１１０との間に配置される選択要素１１２を含み、選択要素１１２は、電磁波特性、例えば周波数または偏光、に応答する透過性および反射性を有する。選択要素１１２の透過性は、第１のアンテナフィード要素１０４、１４と協動し、第１の電磁波特性値を有する第１の電磁波が選択要素１１２を介して実質的に透過され、電磁レンズ１０２の第１の部分１０８と第２の部分１１０の両方に伝搬するように適合している。選択要素１１２の反射性は、第２のアンテナフィード要素１０６、１４と協動し、第２の電磁波特性値を有する第２の電磁波が実質的に選択要素１１２によって反射されるに適合している。図１２に図示される第６の態様において、選択要素１１２は、周波数選択面１１４、本質的にはダイプレクサ、と適合しており、その透過性および反射性はそれにぶつかる電磁波の周波数に応答する。したがって、第１のキャリア周波数ｆ１を有し、第１のアンテナフィード要素１０４、１４と協動する第１の電磁波は、比較的小さな減衰を伴って選択要素１１２を介して透過され、第１のキャリア周波数ｆ１とは異なる第２のキャリア周波数ｆ１を有し、第２のアンテナフィード要素１０６、１４と協動する第２の電磁波は、選択要素１１２によって比較的小さな減衰を伴って反射される。
【００２０】
周波数選択面１１４は、例えば、比較的低い誘電率を有する基質物質、例えばＤＵＲＯＩＤ（登録商標）またはＴＥＦＬＯＮ（登録商標）、の上に伝導性のシートをエッチングすることにより、伝導性要素の周期的な構造を形成することによって構築することができる。例えば図１３を参照し、周波数選択面１１４は、エルサレムクロス（Jerusalem Crosses）１１６として知られる領域により形成され、これは、図１４、図１５にそれぞれ図示される反射性および透過性の特性を提供し、ここで、周波数選択面１１４は、７７ＧＨｚの関連するキャリア周波数ｆ１を有する第１の電磁波を実質的に透過するように、かつ２４ＧＨｚの関連するキャリア周波数ｆ１を実質的に反射するように寸法決めされる。図１４、図１５において、“Ｏ”と“Ｑ”は、それぞれ直交偏光と平行偏光を表す。それぞれのエルサレムクロス１１６は、それにエッチングされたスロット１２０によって、周囲の伝導性面１１８から隔離されており、ここで、スロット１２０は、関連するスロット幅ｗｓを有する。それぞれのエルサレムクロス１１６は、中央の四角形のハブから広がり十字形を形成する、足長Ｌ、足幅ｗｍの４つの足１２２含む。隣接するエルサレムクロス１１６同士は、関連するスロット１２０および伝導性のギャップＧによって互いに隔離されており、こうしてエルサレムクロス１１６の関連する両方の方向に対して周期ＤＸで周期的な構造が形成される。
【００２１】
図１３に図示される７７ＧＨｚの通過周波数を有する例示的態様は、以下のように特徴づけられる：スロット幅ｗｓ＝８０ミクロン、足幅ｗｍ＝２００ミクロン、ギャップＧ＝１５０ミクロン、足長Ｌ＝５００ミクロン、周期ＤＸ＝１５１０ミクロン（直交する両方の方向に対して）、ここで、ＤＸ＝ｗｍ＋２（Ｌ＋ｗｓ）＋Ｇである。一般に、周波数選択面１１４は、例えば誘電体基質上に配された、例えば実質的に平面に配された、伝導性要素の周期的な構造を含む。伝導性要素は必ずしも基質上に配される必要はない。例えば周波数選択面１１４は、周期的な穴、つまり適切な大きさ、形、間隔の穴を備えた伝導性物質から構築され得る。代替的に、周波数選択面１１４は、電磁レンズ１０２のそれぞれの第１の部分１０８、第２の部分１１０の一方または両方の内面に伝導性層を含んでもよい。図１３は、エルサレムクロス１１６を周波数選択面１１４の関連する周期的な構造の核要素（kernel element）として図示しているが、この核要素として、例えば本明細書に参照として組み込まれる下記の技術論文に説明されるように、例えば円形、ドーナツ形、長方形、正方形またはポテントクロス（potent cross）などの他の形状も同様に可能である：
下記アドレスにおいてアクセス可能な
【表１】
2005534231.tif 000003
および下記アドレスにおいてアクセス可能な
【表２】
2005534231.tif 000004
【００２２】
２４ＧＨｚと７７ＧＨｚから選択される第１のキャリア周波数ｆ１および第２のキャリア周波数ｆ２を備えるシステムにおいて、２４ＧＨｚのキャリア周波数を有する電磁波は、図１３に図示される周波数選択面１１４を通過するときに、調和モードを生成することが実験で示されている。したがって、（反射された電磁波の）第２のキャリア周波数ｆ２よりも大きな（透過された電磁波の）第１のキャリア周波数ｆ１は、低減された調和モードを有益に提供するであろう。しかしながら、透過された電磁波において、反射された電磁波よりも広い視野を有することは可能である。より具体的には、反射された供給源からのビームパターンは、例えば約±２０°の範囲においてのみ良い挙動を示し、ここで、この場合視野は約４０°に限定される。用途によっては、例えば自動車レーダにおいては、低い周波数の電磁波が広い視野を有することは有益である。したがって、（透過された電磁波の）第１のキャリア周波数ｆ１が低い周波数（例えば２４ＧＨｚ）を有することが有益となり得、これは複数の層の周波数選択面１１４により容易となる。
【００２３】
周波数選択面１１４は、単一または複数の層のいずれかを有し得る。複数の層の周波数選択面１１４は、例えば低周波数放射によって生成される際に、調和モードの制御を提供し、それにより低周波数放射の周波数選択面１１４を通る透過を改善し、電磁レンズ１０２から広がる関連する放射パターンの視野をより広くする。
少なくとも１つの第１のアンテナフィード要素１０４、１４および少なくとも１つの第２のアンテナフィード要素１０６、１４は、実質的に少なくとも１つの電磁レンズの第１の部分１０８、第２の部分１１０に向かってそれぞれ電磁波を発射するように適合したエンドファイアアンテナ要素をそれぞれ含む。例えば、各々のエンドファイアアンテナ要素は、それぞれ八木・宇多アンテナ、共面ホーンアンテナ、ビバルディアンテナ、テーパ形誘電体ロッド、スロットアンテナ、ダイポールアンテナまたはヘリカルアンテナのいずれでもよい。
【００２４】
少なくとも１つの第１のアンテナフィード要素１０４、１４は、対応する少なくとも１つの第１の主ゲイン軸１２４を有し、これは、電磁レンズ１０２の第１の部分１０８と第２の部分１１０の両方を介して導かれ、また、少なくとも１つの第２のアンテナフィード要素１０６、１４は、対応する少なくとも１つの第２の主ゲイン軸１２６を有し、これは、少なくとも電磁レンズ１０２の第２の部分１１０を介して導かれており、少なくとも１つの第２のアンテナフィード要素１０６、１４および選択要素１１２は、選択要素１１２からの少なくとも１つの第２の主ゲイン軸１２６の反射が電磁レンズ１０２の第２の部分１１０における少なくとも１つの第１の主ゲイン軸１２４と略整列するように適合する。
【００２５】
図１６ａを参照し、第７の態様にしたがって、マルチビームアンテナ１２８は、偏光選択要素１３０を組み込み、そのためにその反射性または透過性は、それにぶつかる電磁波の偏光に対して応答する。より具体的には、直交偏光の一方は偏光選択要素１３０によって実質的に透過され、直交偏光の他方は偏光選択要素１３０によって実質的に反射される。例えば、第１のアンテナフィード要素１０４、１４に関連する第１の電磁波は、例えば第１のアンテナフィード要素１０４、１４を第２のアンテナフィード要素１０６、１４に対して回転することによって、または関連する基礎基質（underlying substrate）に関して直交偏光する関連するアンテナフィード要素によって、ｙ方向に偏光し、偏光選択要素１３０を介して実質的に透過する（つまり減衰が比較的小さい）；また、第２のアンテナフィード要素１０６、１４に関連する第２の電磁波は、ｚ方向に偏光し、偏光選択要素１３０によって実質的に反射される。例えば偏光選択要素１３０は、偏光反射体として知られるものであることができ、ここで、第２のアンテナフィード要素１０６、１４は、偏光反射体と同じ偏光を有するように適合する。例えば偏光反射面は、適当に寸法決めされた平行の金属線を比較的低誘電性の基質上に適当な間隔でエッチングすることによって造ることができる。
【００２６】
図１７を参照し、偏光選択要素１３０を組み込む第８の態様のマルチビームアンテナ１３２にしたがって、偏光回転体１３４は、第１のアンテナフィード要素１０４、１４と電磁レンズ１０２の電磁レンズ１０２との間に組み込まれ、例えばそのため第１のアンテナフィード要素１０４、１４および第２のアンテナフィード要素１０６、１４は、共通の基質に構築することができる。代替的に、隔離された偏光回転体１３４を組み込む代わりに、電磁レンズ１０２の第１の部分１０８が関連する偏光回転体を組み込むように適合してもよい。
偏光選択要素１３０および関連する第２のアンテナフィード要素１０６、１４またはそれに近接する偏光回転体１３４は、図１６ａ、図１７の態様においては第１のアンテナフィード要素１０４、１４またはそれに近接する偏光回転体１３４であったように、代替的に適合してもよいと理解すべきである。偏光選択要素１３０のその結果のビームパターンは、周波数選択面１１４のそれと類似するものとなるであろう。
【００２７】
図１８を参照し、第９の態様にしたがって、マルチビームアンテナ１３６は、複数の第１のアンテナフィード要素１０４、１４および複数の第２のアンテナフィード要素１０６、１４を組み込み、各々によって複数のビーム受信範囲（multi-beam coverage）を提供する。複数の第１のアンテナフィード要素１０４、１４は、関連する第１の主ゲインの中心軸１３８を有し、複数の第２のアンテナフィード要素１０６、１４は、関連する第２の主ゲインの中心軸１４０を有する。
例えば、周波数選択面１１４を所望の伝搬の中心方向に対して角度θ＝４５°に、かつ複数の第２のアンテナフィード要素１０６、１４を角度θ＋φ＝９０°に方向付けすることによって、関連する第２の電磁波（単数または複数）を所望の方向に伝搬させることができる。複数の第１のアンテナフィード要素１０４、１４を所望の伝搬の中心軸上に方向付けすることによって、関連する第１の電磁波（単数または複数）は、選択要素１１２を介して所望の伝搬方向に沿って伝搬するだろう。特定の角度θは、限定するものとはみなされない。さらに、偏光選択要素１３０は、一般に比較的広い範囲の角度にわたって動作することができる。
【００２８】
複数の第１のアンテナフィード要素１０４、１４および第２のアンテナフィード要素１０６、１４は、図１〜図５に図示される態様について上記説明されたように構築されてもよく、ここで、少なくとも１つの第１のエンドファイアアンテナ要素の方向は、少なくとも別の第１のエンドファイアアンテナ要素の方向とは異なり、また、少なくとも１つの第２のエンドファイアアンテナ要素の方向は、少なくとも別の第２のエンドファイアアンテナ要素の方向とは異なる。
例えば、少なくとも１つの第１のアンテナフィード要素１０４、１４は、実質的に第１の面上に用意された複数の第１のアンテナフィード要素１０４、１４を含み、少なくとも１つの第２のアンテナフィード要素１０６、１４は、実質的に第２の面上に用意された複数の第２のアンテナフィード要素１０６、１４を含む。第１の面および第２の面は少なくとも一態様においては互いに実質的に平行であり、また、少なくとも実質的に同一平面上にあってもよく、アンテナフィード要素１０４、１０６、１４の全ての共通の基質への実装を提供する。
【００２９】
少なくとも１つの第１のアンテナフィード要素１０４、１４は、対応する主ゲインの第１の中心軸１３８を有し、これは電磁レンズ１０２の第１の部分１０８と第２の部分１１０の両方を介して導かれる。少なくとも１つの第２のアンテナフィード要素１０６、１４は、対応する主ゲインの第２の中心軸１４０を有し、これは電磁レンズ１０２の少なくとも第２の部分１１０を介して導かれ、少なくとも１つの第２のアンテナフィード要素１０６、１４および選択要素１１２は、主ゲインの第２の中心軸１４０の選択要素１１２からの反射１４２が電磁レンズ１０２の第２の部分１１０において主ゲインの第１の中心軸１３８と略整列するように適合する。
図１９を参照し、第１０の態様にしたがって、マルチビームアンテナ１４４は性能改善に適合し、図１３に図示される周波数選択面１１４、７７ＧＨｚの第１のキャリア周波数ｆ１および２４ＧＨｚの第２のキャリア周波数ｆ２に対して約２５°のオフセット角となる。
【００３０】
図２０を参照し、第１１の態様にしたがって、マルチビームアンテナ１４６は、図１８に図示されるものと直交するように方向付けされた周波数選択面１１４を含み、ここで、関連する複数の第１のアンテナフィード要素１０４、１４および関連する複数の第２のアンテナフィード要素１０６、１４は、図１８に図示されるそれぞれの方向性に対してそれぞれ直交している。より具体的には、複数の第１のアンテナフィード要素１０４、１４は実質的にｙ−ｚ平面に方向付けされ、複数の第２のアンテナフィード要素１０６、１４は実質的にｘ−ｙ平面に方向付けされ、そのため複数の第１のアンテナフィード要素１０４、１４および複数の第２のアンテナフィード要素１０６、１４は、実質的にｘ−ｚ平面に対してそれぞれ実質的に直角をなす。
【００３１】
マルチビームアンテナ１００は、電磁波の送信または受信のいずれかに使用することができる。動作の際に、第１の電磁波は、電磁レンズ１０２の第１の部分１０８を介して第１の方向に沿って送信されるか、または受信され、第２の電磁波は、電磁レンズ１０２の第２の部分１１０を介して送信されるか、または受信される。第２の電磁波の実質的な部分は、電磁レンズ１０２の第１の部分１０８および第２の部分１１０との間の領域において、選択要素１１２から反射される。電磁レンズ１０２の第２の部分１１０を介する第２の電磁波を送信する動作または受信する動作、および電磁レンズ１０２の第１の部分１０８および第２の部分１１０との間の領域において、選択要素１１２から第２の電磁波を反射させる動作は、第１の電磁波と第２の電磁波の両方が電磁レンズ１０２の第２の部分１１０内の同様の中心方向に沿って伝搬するように、かつ選択要素１１２が第１の電磁波を透過させ、キャリア周波数の違い、または第１の電磁波と第２の電磁波の偏光の違いのいずれかに応答して第２の電磁波を反射するように適合する。
【００３２】
したがって、マルチビームアンテナ１００、１２８、１３２、１３６、１４４、１４６は、同時に２つの異なるキャリア周波数ｆ１、ｆ２を有する電磁波に焦点を合わせるために共通の電磁レンズ１０２を使用することを提供し、それにより別の関連するアパーチャ（aperture）を必要とすることなく、異なる用途を提供し、それにより全体のパッケージサイズがよりコンパクトになる。マルチビームアンテナ１００、１２８、１３２、１３６、１４４、１４６の１つの特定の用途は、自動車レーダであり、衝突防止の用途、停発車機能および駐車補助などと共に比較的近い範囲、およびより広い視野を提供するために２４ＧＨｚ放射が用いられ、また、長時間の自動運転制御の用途には７７ＧＨｚ放射が用いられるであろう。同じアパーチャを使用することにより、短波長の７７ＧＨｚ放射に対して実質的に高いゲインでかつ狭いビーム幅を提供し、したがって長距離性能を与える。一方、２４ＧＨｚ放射は、均等に広いバンド幅および低いゲインを示し、広い視野、近距離での用途に適する。
【００３３】
詳細な態様が、上述の詳細な説明で詳細に説明され、添付の図面で図示されるが、当該技術分野において通常の知識を有する者は、本明細書による教示の全体に照らしてその細部について多種の改変および代替を加え得ることを認識するであろう。したがって、本明細書に開示される特定の構成は、説明することのみを目的とし、本発明の範囲について限定を加えるものではなく、本発明の範囲は、添付の請求の範囲の全範囲およびその均等物に対して与えられる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】電磁レンズを含むマルチビームアンテナの第１の態様の上面図である。
【図２】図１の態様の側断面図である。
【図３】先端が切られた電磁レンズを組み込んだ図１の態様の側方断面図である。
【図４】電磁レンズに対する誘電性其質の多種の配置を図示する態様の側方断面図である。
【図５】それぞれのアンテナフィード要素が隔離された信号と動作可能につなげられた態様を示す図である。
【００３５】
【図６】スイッチングネットワークが誘電性其質から隔離されて配置された態様を示す図である。
【図７】誘電性其質の一方の縁に近接するように配置された複数の電磁レンズを含む、第２の態様のマルチビームアンテナの上面図である。
【図８】誘電性其質の反対側の縁に近接するように配置された複数の電磁レンズを含む、第３の態様のマルチビームアンテナの上面図である。
【図９】さらに複数の反射体を含む、図８に図示された第３の態様の側面図である。
【図１０】電磁レンズおよび反射体を含む、第４の態様のマルチビームアンテナを示す図である。
【００３６】
【図１１】第５の態様のマルチビームアンテナを示す図である。
【図１２】第１の態様の選択要素を組み込んだ第６の態様のマルチビームアンテナを示す図である。
【図１３】第１の態様の選択要素にしたがう周波数選択面の例を示す図である。
【図１４】図１３に図示された周波数選択面の周波数の関数として反射性を示した図である。
【図１５】図１３に図示された周波数選択面の周波数の関数として透過性を示した図である。
【００３７】
【図１６ａ】第２の態様の選択要素を組み込んだ第７の態様のマルチビームアンテナを示す図である。
【図１６ｂ】第２の態様の選択要素を組み込んだ第７の態様のマルチビームアンテナを示す図である。
【００３８】
【図１７】さらに偏光回転体を組み込んだ、第２の態様の選択要素を組み込んだ第８の態様のマルチビームアンテナを示す図である。
【図１８】第１の態様の選択要素を組み込んだ第９の態様のマルチビームアンテナを示す図である。
【図１９】第１の態様の選択要素を組み込んだ第１０の態様のマルチビームアンテナを示す図である。
【００３９】
【図２０ａ】第１の態様の選択要素を組み込んだ第１１の態様のマルチビームアンテナを示す図である。
【図２０ｂ】第１の態様の選択要素を組み込んだ第１１の態様のマルチビームアンテナを示す図である。
【図２０ｃ】第１の態様の選択要素を組み込んだ第１１の態様のマルチビームアンテナを示す図である。
【図２０ｄ】第１の態様の選択要素を組み込んだ第１１の態様のマルチビームアンテナを示す図である。
【図１】
2005534231.tif 000005
【図２】
2005534231.tif 000006
【図３】
2005534231.tif 000007
【図４】
2005534231.tif 000008
【図５】
2005534231.tif 000009
【図６】
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【図７】
2005534231.tif 000011
【図８】
2005534231.tif 000012
【図９】
2005534231.tif 000013
【図１０】
2005534231.tif 000014
【図１１】
2005534231.tif 000015
【図１２】
2005534231.tif 000016
【図１３】
2005534231.tif 000017
【図１４】
2005534231.tif 000018
【図１５】
2005534231.tif 000019
【図１６ａ】
2005534231.tif 000020
【図１６ｂ】
2005534231.tif 000021
【図１７】
2005534231.tif 000022
【図１８】
2005534231.tif 000023
【図１９】
2005534231.tif 000024
【図２０ａ】
2005534231.tif 000025
【図２０ｂ】
2005534231.tif 000026
【図２０ｃ】
2005534231.tif 000027
【図２０ｄ】
2005534231.tif 000028
【国際調査報告】
2005534231.tif 000029
2005534231.tif 000030