(57)【要約】【課題】定ビーム幅、ブロードバンド、高ゲインのアンテナを提供すること【解決手段】内面を有する導電シェルと、前記シェル内に形成された空隙部と、前記空隙部の一端で定義された開口部と、前記開口部と反対の前記空隙部の別の端と通信する前記導電シェルに接続されたスロート部と、前記スロート部および前記開口部の間の前記空隙部を伝播するＲＦエネルギの減衰が、前記ＲＦエネルギの前記周波数が増大すると、前記導電シェルの前記内面に向かって外方向により高速に増大するように、前記空隙部内に配置された空間および周波数依存の無線周波数（ＲＦ）減衰器とを備える、ホーン・アンテナ。【選択図】図１
2018093476.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内面を有する導電シェルと、
前記シェル内に形成された空隙部と、
前記空隙部の一端で定義された開口部と、
前記開口部と反対の前記空隙部の別の端と通信する前記導電シェルに接続されたスロート部と、
前記スロート部および前記開口部の間の前記空隙部を伝播するＲＦエネルギの減衰が、前記ＲＦエネルギの周波数が増大すると、前記導電シェルの前記内面に向かって外方向により高速に増大するように前記空隙部内に配置された空間および周波数依存の無線周波数（ＲＦ）減衰器と、
を備える、ホーン・アンテナ。
【請求項２】
前記ＲＦ減衰器は、前記ＲＦエネルギの周波数に反比例して前記開口部の電気有効サイズを変化させる、請求項１に記載のホーン・アンテナ。
【請求項３】
前記ＲＦ減衰器は前記外方向に減衰を漸進的かつ離散的に増大させる、請求項１に記載のホーン・アンテナ。
【請求項４】
前記ＲＦ減衰器は、前記外方向に減衰を漸進的に増大させるように入れ子になった複数の離散領域を含む、請求項３に記載のホーン・アンテナ。
【請求項５】
前記離散領域はそれぞれ単位長あたり異なる減衰を有する、請求項４に記載のホーン・アンテナ。
【請求項６】
前記離散領域は前記外方向にそれぞれ増大する前記開口部に垂直な平面に沿った長さを有する、請求項４に記載のホーン・アンテナ。
【請求項７】
前記ＲＦ減衰器は前記外方向に減衰を連続的に増大させる、請求項１に記載のホーン・アンテナ。
【請求項８】
前記ホーン・アンテナは動作周波数帯にわたって実質的に均一であるビーム幅を有する、請求項１に記載のホーン・アンテナ。
【請求項９】
前記ＲＦ減衰器は、前記ＲＦ減衰器のない対応するホーン・アンテナの名目ビーム幅と相対的な動作周波数帯にわたる前記ホーン・アンテナのビーム幅の分散を減少させる、請求項１に記載のホーン・アンテナ。
【請求項１０】
備えた無線周波数（ＲＦ）システムであって、
内面を有する導電シェルと、
前記シェル内に形成された空隙部と、
前記空隙部の一端で定義された開口部と、
前記開口部と反対の前記空隙部の別の端と通信する前記導電シェルに接続されたスロート部と、
前記スロート部および前記開口部の間の前記空隙部を伝播するＲＦエネルギの減衰が、前記ＲＦエネルギの前記周波数が増大すると、前記導電シェルの前記内面に向かって外方向により高速に増大するように、前記空隙部内に配置された空間および周波数依存の無線周波数（ＲＦ）減衰器と、
を備えたホーン・アンテナと、
前記ホーン・アンテナの前記スロート部に接続されるＲＦ回路と、
を備え、
前記ＲＦ回路は、前記ＲＦエネルギを前記ホーン・アンテナに送信しかつ／またはＲＦエネルギを前記ホーン・アンテナから受信する、
無線周波数（ＲＦ）システム。
【請求項１１】
構造体と、
前記構造体に搭載された請求項１０に記載のＲＦシステムと、
を備えた、通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は一般に高ゲイン・アンテナに関し、より詳細にはホーン・アンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に２つのタイプの開口部アンテナがある。第１のタイプの開口部アンテナは、一般に無線周波数（ＲＦ）信号を直接的に送受信するためのクラスタまたはアレイとともに含まれるホーン・アンテナである。第２のタイプの開口部アンテナは反射器アンテナであり、一般に、ＲＦ信号を送受信するための１つまたは複数のフィードホーンにより補完されたパラボラ反射器を含む。
【０００３】
開口部アンテナのビーム幅は、特に空間アプリケーションにおいて、その動作周波数範囲にわたって出来るだけ均一であり、その結果当該アンテナにより生産された所望の放射パターンが実質的に変化しないことが有利である。反射器アンテナが、反射器の表面をより高い動作周波数であまり照射しないことによってその動作範囲にわたって一定のビーム幅を生成するように修正されてもよい。かかる修正された反射器アンテナのビーム幅は、パラボラ反射器とフィード・ホーン（複数可）の間の自己補償関係に起因して本質的に周波数独立であり、その動作周波数範囲にわたる十分に均一なビーム幅をもたらす。即ち、過度に大きすぎる反射器表面にはより小さな開口部アンテナ・フィードが供給される。フィード・アンテナのビーム幅が周波数とともに減少すると、当該反射器表面の照射された部分も減少し、当該組合せの有効な開口部を減少させる。これは、周波数が一定の（一定のビーム幅を提供する）電気開口部サイズを提供する。しかし、当該反射器表面をあまり照射しない結果、当該アプリケーションに必要なものよりかなり大きな反射器がもたらされ、これは幾つかの欠点（増大されたサイズ、重量、および複雑性）を有する。定ビーム幅の周波数を提供するための他のソリューションは、反射性変動を周波数に提供するための、（可変のサイズの穴を通じた、または、可変の間隔を有するメッシュを用いることによる）反射器表面への修正を含む。
【０００４】
この修正された反射器アンテナと対照的に、ホーン・アンテナのビーム幅は周波数依存である。即ち、ホーン・アンテナのビーム幅は、波長において電気開口部サイズに反比例する（即ち、より大きな電気開口部サイズがより小さなビーム幅に変換される）。固定の物理開口部サイズを有するホーン・アンテナに対して、波長の電気サイズは、当該波長が減少するにつれ（即ち、周波数が増大するにつれ）増大する。即ち、ＲＦ信号の周波数が増大すると、ビーム幅が減少し、当該ＲＦ信号の周波数が減少すると、当該ビーム幅が増大する。
【０００５】
その動作周波数帯にわたる均一なビーム幅を示すように反射器アンテナを修正してもよいが、これは、分厚く、重く、および大きすぎる反射器構造の利用を必要とし、したがって空間アプリケーションに対して不適切であるおそれがあり、空間内の温度の広い分散に起因して熱歪みに苦しみ、相対的に複雑な製造プロセスを必要とする。対照的に、ホーン・アンテナは相対的にコンパクトで軽量であり、構造的に安定であり、熱効果に苦しまず、単純な構築および調節のみを必要とする。しかし、上の議論から理解できるように、従来型のホーン・アンテナは、周波数依存であるビーム幅を有し、そのブロードバンド幅に起因して、その動作周波数帯にわたってビーム幅の極端な変動を示し得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって定ビーム幅、ブロードバンド、高ゲインのアンテナの必要性が残っている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の第１の態様によれば、ホーン・アンテナは内面を有する導電シェルおよび当該シェル内に形成された空隙部、当該シェル内に形成された空隙部、当該空隙部の一端で定義された開口部、および当該開口部と反対の空隙部の別の端と通信する導電シェルに接続されたスロート部を含む。１実施形態では、導電シェルの内面は平滑である。導電シェルは、例えば、円錐状であってもよく、または、例えば、ピラミッド状、扇形、または断面状であってもよい。
【０００８】
ホーン・アンテナはさらに、当該スロート部および当該開口部の間の空隙部を伝播するＲＦエネルギの減衰が、当該ＲＦエネルギの周波数が増大すると、導電シェルの内面に向かって外方向により高速に増大するように、当該空隙部内に配置された空間および周波数依存の無線周波数（ＲＦ）減衰器を含む。ＲＦ減衰器はＲＦエネルギの周波数に反比例して当該開口部の電気的に有効なサイズを変化させるように構成されてもよい。
【０００９】
１実施形態では、ＲＦ減衰器は、ＲＦ減衰器上で衝突するＲＦエネルギが相対的に低い反射係数を有するように、ＲＦ吸収材料で構成される。別の実施形態では、ＲＦ減衰器はＲＦ反射材料で構成される。ＲＦ減衰器は市販の材料、例えば、炭素粉末をロードしたポリウレタン材料から構成されてもよい。あるいは、ＲＦ減衰器は、カスタム設計されたメタマテリアル、例えば、誘導性、容量性、および／または抵抗性の要素を含むハチの巣コア材料から構成されてもよい。当該開口部に平行な平面に沿ったホーンシェルおよびＲＦ減衰器の断面は幾何学的に類似であってもよい。ＲＦ減衰器は空洞中央領域を備えてもよい。
【００１０】
さらに別の実施形態では、ＲＦ減衰器は外方向に減衰を漸進的かつ離散的に増大させる。例えば、ＲＦ減衰器は外方向に減衰を漸進的に増大させるように入れ子になった複数の離散領域を備えてもよい。当該離散領域は、当該開口部に垂直な平面に沿った当該離散領域の長さは等しくてもよいように、例えば、それぞれ単位長あたり異なる減衰を有してもよい。あるいは、当該離散領域は、当該離散領域はそれぞれ単位長あたり同一の減衰を有しうるように、外方向にそれぞれ増大する当該開口部に垂直な平面に沿った長さを有してもよい。さらに別の実施形態では、ＲＦ減衰器は外方向に減衰を連続的に増大させる。
【００１１】
ホーン・アンテナは動作周波数帯にわたって実質的に均一であるビーム幅を有してもよい。例えば、当該ビーム幅は当該動作周波数帯上で２０％より少なく変化してもよい。当該動作周波数帯は、例えば、少なくとも１０：１の帯域幅であってもよい。別の例として、当該ビーム幅は当該動作周波数帯上で１０％より少なく変化してもよく、当該動作周波数帯は、例えば、少なくとも４：１の帯域幅であってもよい。さらに別の例として、当該ビーム幅は当該動作周波数帯上で５％より少なく変化してもよく、当該動作周波数帯は例えば、少なくとも２：１の帯域幅であってもよい。ＲＦ減衰器は、ＲＦ減衰器のない対応するホーン・アンテナの名目ビーム幅と相対的な動作周波数帯にわたるホーン・アンテナのビーム幅の分散を低下させてもよい。
【００１２】
本開示の第２の態様によれば、無線周波数（ＲＦ）システムは、ホーン・アンテナのスロート部に接続された上述のホーン・アンテナおよびＲＦ回路を備えてもよい。当該ＲＦ回路は、ＲＦエネルギをホーン・アンテナに送信し、かつ／または、ＲＦエネルギをホーン・アンテナから受信するように構成される。
【００１３】
本開示の第３の態様によれば、通信システムは構造体（例えば、通信衛星の構造）、および当該構造体に搭載されたＲＦシステムを含む。
【００１４】
本開示の第４の態様によれば、動作周波数帯および名目ビーム幅を定義する性能要件、および当該名目ビーム幅からの最小許容可能分散に従うホーン・アンテナを製造する方法が提供される。当該方法は、当該動作周波数帯内の第１の周波数で当該名目ビーム幅を示すホーン・アンテナの開口部サイズを決定するステップと、空隙部を有し選択された開口部サイズを有する開口部を定義する導電シェルを製造するステップとを含む。第１の周波数は、例えば、当該動作周波数帯における最低周波数であってもよい。１実施形態では、導電シェルの内面は平滑である。導電シェルは、例えば、円錐状であってもよく、または、例えば、ピラミッド状、扇形、または断面状であってもよい。
【００１５】
当該方法はさらに、ＲＦ減衰器の最内領域からＲＦ減衰器の最外領域に徐々に増大する減衰を有するＲＦ減衰器を製造するステップを含む。ＲＦ減衰器の外周は導電シェルの内面に従う。１つの方法はさらに当該動作周波数帯の幅に基づいて最小減衰と相対的な最大減衰を選択するステップを含む。この場合、ＲＦ減衰器は当該選択された最大減衰に等しい当該周辺での最大減衰を有してもよい。ＲＦ減衰器は例えば、ＲＦ吸収材料またはＲＦ反射材料から構成されてもよい。ＲＦ減衰器は空洞中央領域を備えてもよい。
【００１６】
１実施形態では、ＲＦ減衰器は、ＲＦ減衰器上で衝突するＲＦエネルギが相対的に低い反射係数を有するように、ＲＦ吸収材料で構成される。別の実施形態では、ＲＦ減衰器はＲＦ反射材料で構成される。ＲＦ減衰器は市販の材料、例えば、炭素粉末をロードしたポリウレタン材料から構成されてもよい。あるいは、ＲＦ減衰器は、カスタム設計されたメタマテリアル、例えば、誘導性、容量性、および／または抵抗性の要素を含むハチの巣コア材料から構成されてもよい。当該開口部に平行な平面に沿ったホーンシェルおよびＲＦ減衰器の断面は幾何学的に類似であってもよい。ＲＦ減衰器は空洞中央領域を備えてもよい。
【００１７】
１実施形態では、ＲＦ減衰器が、減衰が外方向に漸進的かつ離散的に増大する方式で製造されてもよい。例えば、ＲＦ減衰器は、それらが外方向の減衰において漸進的かつ離散的に増大するように、入れ子になった複数の離散領域で製造されてもよい。この場合、当該方法はさらに、当該動作周波数帯の幅に基づいて幾つかの離散領域を選択するステップを含んでもよい。この方法はさらに、それぞれ当該離散領域に対する異なる減衰値を選択するステップと、当該異なる選択された減衰値に基づいて単位長あたりの異なる減衰を有する材料をそれぞれ選択または設計するステップと、それぞれ当該離散領域を当該材料から製造するステップとを含んでもよい。この場合、当該開口部に垂直な平面に沿った当該離散領域の長さは等しくてもよい。さらに別の方法はさらにそれぞれ当該離散領域に対する異なる減衰値を選択するステップと、単位長あたりの減衰を有する減衰材料を選択または設計するステップと、それぞれ当該減衰材料の当該異なる選択された減衰値および単位長あたりの減衰に基づいて当該減衰材料の長さを計算するステップと、それぞれ当該離散領域を当該減衰材料から製造するステップとを含む。当該離散領域は外方向にそれぞれ増大する当該開口部に垂直な平面に沿った当該計算された長さに等しい長さを有してもよい。この場合、当該離散領域はそれぞれ単位長あたり同一の減衰を有してもよい。
【００１８】
さらに別の実施形態では、ＲＦ減衰器は外方向に減衰を連続的に増大させる。
【００１９】
当該方法はさらに、当該動作周波数帯上のホーン・アンテナの名目ビーム幅の分散は当該名目ビーム幅からの最小許容可能分散に準拠するように、ＲＦ減衰器を導電シェルの空隙部内に添付するステップを含む。１実施形態では、ＲＦ減衰器は、当該開口部の電気的に有効なサイズが周波数に反比例して変化するように製造される。
【００２０】
ホーン・アンテナは、動作周波数帯にわたって実質的に均一であるビーム幅を有してもよい。例えば、当該ビーム幅は当該動作周波数帯上で２０％より少なく変化してもよく、当該動作周波数帯は、例えば、少なくとも１０：１の帯域幅であってもよい。別の例として、当該ビーム幅は当該動作周波数帯上で１０％より少なく変化してもよく、当該動作周波数帯は、例えば、少なくとも４：１の帯域幅であってもよい。さらに別の例として、当該ビーム幅は当該動作周波数帯上で５％より少なく変化してもよく、当該動作周波数帯は例えば、少なくとも２：１の帯域幅であってもよい。ＲＦ減衰器は、ＲＦ減衰器のない対応するホーン・アンテナの名目ビーム幅と相対的な動作周波数帯にわたるホーン・アンテナのビーム幅の分散を低下させてもよい。
【００２１】
１つまたは複数の実施形態では、ホーン・アンテナは内面を有する導電シェルを含む。当該ホーンはさらに当該シェル内に形成された空隙部を含む。また、当該ホーンは当該空隙部の一端で定義された開口部を含む。さらに、当該ホーンは当該開口部と反対の空隙部の別の端と通信する導電シェルに接続されたスロート部を含む。さらに、当該ホーンは当該スロート部および当該開口部の間の空隙部を伝播するＲＦエネルギの減衰が、ＲＦエネルギの周波数が増大すると、導電シェルの内面に向かって外方向により高速に増大するように、当該空隙部内に配置された空間および周波数依存の無線周波数（ＲＦ）減衰器を含む。
【００２２】
少なくとも１つの実施形態では、導電シェルの内面は平滑である。１つまたは複数の実施形態では、導電シェルは円錐状である。幾つかの実施形態では、導電シェルはピラミッド状、扇形、または断面状である。
【００２３】
１つまたは複数の実施形態では、ＲＦ減衰器は、ＲＦ減衰器上で衝突するＲＦエネルギが相対的に低い反射係数を有するように、ＲＦ吸収材料で構成される。少なくとも１つの実施形態では、ＲＦ減衰器はＲＦ反射材料で構成される。
【００２４】
少なくとも１つの実施形態では、当該開口部に並列な平面に沿った当該ホーンシェルおよびＲＦ減衰器の断面は幾何学的に類似である。幾つかの実施形態では、ＲＦ減衰器は、ＲＦエネルギの周波数に反比例して当該開口部の電気的に有効なサイズを変化させるように構成される。
【００２５】
１つまたは複数の実施形態では、ＲＦ減衰器は外方向に減衰を漸進的かつ離散的に増大させる。幾つかの実施形態では、ＲＦ減衰器は、外方向に減衰を漸進的に増大させるように入れ子になった複数の離散領域を含む。少なくとも１つの実施形態では、当該離散領域はそれぞれ単位長あたり異なる減衰を有する。幾つかの実施形態では、当該開口部に垂直な平面に沿った当該離散領域の長さは等しい。少なくとも１つの実施形態では、当該離散領域は外方向にそれぞれ増大する当該開口部に垂直な平面に沿った長さを有する。１つまたは複数の実施形態では、当該離散領域はそれぞれ単位長あたり同一の減衰を有する。幾つかの実施形態では、ＲＦ減衰器は外方向に減衰を連続的に増大させる。
【００２６】
少なくとも１つの実施形態では、ＲＦ減衰器は市販の材料で構成される。少なくとも１つの実施形態では、当該市販の材料は炭素粉末をロードしたポリウレタン材料である。幾つかの実施形態では、ＲＦ減衰器はカスタム設計されたメタマテリアルで構成される。１つまたは複数の実施形態では、当該メタマテリアルは誘導性、容量性、および／または抵抗性の要素を含むハチの巣コア材料を含む。少なくとも１つの実施形態では、ＲＦ減衰器は空洞中央領域を含む。
【００２７】
１つまたは複数の実施形態では、ホーン・アンテナは動作周波数帯にわたって実質的に均一であるビーム幅を有する。少なくとも１つの実施形態では、当該ビーム幅は当該動作周波数帯上で２０％より少なく変化する。幾つかの実施形態では、当該動作周波数帯は少なくとも１０：１の帯域幅を有する。１つまたは複数の実施形態では、当該ビーム幅は当該動作周波数帯上で１０％パーセントより少なく変化する。少なくとも１つの実施形態では、当該動作周波数帯は少なくとも４：１の帯域幅を有する。幾つかの実施形態では、当該ビーム幅は当該動作周波数帯上で５％より少なく変化する。少なくとも１つの実施形態では、当該動作周波数帯は少なくとも２：１の帯域幅を有する。幾つかの実施形態では、ＲＦ減衰器は、ＲＦ減衰器のない対応するホーン・アンテナの名目ビーム幅と相対的な動作周波数帯にわたるホーン・アンテナのビーム幅の分散を減少させる。
【００２８】
少なくとも１つの実施形態では、無線周波数（ＲＦ）システムはホーン・アンテナを含む。ホーン・アンテナは内面を有する導電シェルを含む。ホーン・アンテナはさらに当該シェル内に形成された空隙部を含む。ホーン・アンテナはまた、当該空隙部の一端で定義された開口部を含む。また、ホーン・アンテナは当該開口部と反対の空隙部の別の端と通信する導電シェルに接続されたスロート部を含む。さらに、ホーン・アンテナは当該スロート部および当該開口部の間の空隙部を伝播するＲＦエネルギの減衰が、ＲＦエネルギの周波数が増大すると、導電シェルの内面に向かって外方向により高速に増大するように、当該空隙部内に配置された空間および周波数依存の無線周波数（ＲＦ）減衰器を含む。さらに、当該無線周波数（ＲＦ）システムはホーン・アンテナの当該スロート部に接続されるＲＦ回路を含む。当該ＲＦ回路は、ＲＦエネルギをホーン・アンテナに送信し、かつ／または、ＲＦエネルギをホーン・アンテナから受信するように構成される。
【００２９】
１つまたは複数の実施形態では、通信システムは構造体を含む。当該通信システムはさらに当該構造体に搭載されたＲＦシステムを含む。幾つかの実施形態では、当該構造体は通信衛星の構造である。
【００３０】
少なくとも１つの実施形態では、動作周波数帯および名目ビーム幅を定義する性能要件、および当該名目ビーム幅からの最小許容可能分散に従うホーン・アンテナを製造する方法は、当該動作周波数帯内の第１の周波数で当該名目ビーム幅を示すホーン・アンテナの開口部サイズを決定するステップを含む。当該方法はさらに、空隙部を有し選択された開口部サイズを有する開口部を定義する導電シェルを製造するステップを含む。また、当該方法は、ＲＦ減衰器の最内領域からＲＦ減衰器の最外領域に徐々に増大する減衰を有するＲＦ減衰器を製造するステップを含む。ＲＦ減衰器の外周は導電シェルの内面に従う。さらに、当該方法は、当該動作周波数帯上のホーン・アンテナの名目ビーム幅の分散は当該名目ビーム幅からの最小許容可能分散に準拠するように、ＲＦ減衰器を導電シェルの空隙部内に添付するステップを含む。
【００３１】
１つまたは複数の実施形態では、第１の周波数は当該動作周波数帯における最低周波数である。幾つかの実施形態では、当該方法はさらに当該動作周波数帯の幅に基づいて最小減衰と相対的な最大減衰を選択するステップを含む。ＲＦ減衰器は当該選択された最大減衰に等しい当該周辺での最大減衰を有する。
【００３２】
少なくとも１つの実施形態では、ＲＦ減衰器は、当該開口部の電気的に有効なサイズが周波数に反比例して変化するように製造される。幾つかの実施形態では、ＲＦ減衰器は、当該減衰が外方向に漸進的かつ離散的に増大する方式で製造される。
【００３３】
１つまたは複数の実施形態では、ＲＦ減衰器は、それらが外方向の減衰において漸進的かつ離散的に増大するように、入れ子になった複数の離散領域で製造される。幾つかの実施形態では、当該方法はさらに当該動作周波数帯の幅に基づいて幾つかの当該離散領域を選択するステップを含む。
【００３４】
少なくとも１つの実施形態では、当該方法はさらにそれぞれ当該離散領域に対する異なる減衰値を選択するステップを含む。また、当該方法はさらに、当該異なる選択された減衰値に基づいて単位長あたりの異なる減衰を有する材料をそれぞれ選択または設計するステップを含む。さらに、当該方法はそれぞれ当該離散領域を当該材料から製造するステップを含む。
【００３５】
１つまたは複数の実施形態では、当該開口部に垂直な平面に沿った当該離散領域の長さは等しい。
【００３６】
少なくとも１つの実施形態では、当該方法はさらにそれぞれ当該離散領域に対する異なる減衰値を選択するステップを含む。また、当該方法はさらに単位長あたりの減衰を有する減衰材料を選択または設計するステップを含む。さらに、当該方法はさらにそれぞれ当該減衰材料の当該異なる選択された減衰値および単位長あたりの減衰に基づいて当該減衰材料の長さを計算するステップを含む。さらに、当該方法はそれぞれ当該離散領域を当該減衰材料から製造するステップを含む。当該離散領域は外方向にそれぞれ増大する当該開口部に垂直な平面に沿った当該計算された長さに等しい長さを有する。
【００３７】
１つまたは複数の実施形態では、ＲＦ減衰器は外方向に減衰を連続的に増大させる。
【００３８】
本開示の他のおよびさらなる態様および特徴は当該好適な実施形態の以下の詳細な説明を読むと明らかであろう。当該実施形態は本開示を示すためのものであり、限定ではない。
【００３９】
当該図面は本開示の好適な実施形態の設計と利用を示す。図面において、同様な要素は共通の参照番号により参照される。どのように本開示の上述のおよび他の利点と目的が得られるかをより良く理解するために、上で簡単に説明した本開示のより具体的な説明を、その特定の実施形態を参照して行う。当該特定の実施形態は添付図面で示されている。これらの図面は本開示の典型的な実施形態のみを示ししたがってその範囲の限定と考えられないことを理解して、本開示を、添付図面の利用を通じた追加の具体性および詳細をもって説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】衛星通信システムに組み込まれているとして示されている、本開示の１実施形態に従って構築されたホーン・アンテナのブロック図である。
【図２】図１のホーン・アンテナの透視図である。
【図３】特にＲＦ減衰器によって示される高周波数および低周波減衰曲線を示す、図２のホーン・アンテナで使用されるＲＦ減衰器の正面図である。
【図４】本開示の別の実施形態に従って構築されたホーン・アンテナの側面図である。
【図５】本開示のさらに別の実施形態に従って構築されたホーン・アンテナの側面図である。
【図６】図２乃至５のホーン・アンテナを製造するステップの１つの方法を示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
本開示で示す各図は、提示された当該実施形態の１態様の変形を示し、差分のみを詳細に説明する。
【００４２】
図１を参照して、本開示の１実施形態に従って構築されたホーン・アンテナ１０ａを説明する。従来型の方式では、ホーン・アンテナ１０ａは、１つまたは複数の導波管１４および１つまたは複数のそれぞれのポート（図示せず）を介してホーン・アンテナ１０ａとＲＦ信号を送受信する送受信回路１２に接続される。ホーン・アンテナ１０ａ、送受信回路１２、および導波管（複数可）１４は、ＲＦ通信システムのようなＲＦシステムの少なくとも一部を形成する。示した実施形態において、ホーン・アンテナ１０ａは、宇宙船１６（例えば、通信衛星）のような通信プラットフォームから成る構造の構造体に搭載され、単一のアンテナとして使用されてもよく、または、同様に設計されたホーン・アンテナのより大きなアレイの一部を形成してもよい。簡単さおよび例示の目的のため、ホーン・アンテナ１０ａのみが示され説明される。ホーン・アンテナ１０ａが衛星通信で使用されるとして本明細書で説明されているが、ホーン・アンテナ１０ａをレーダおよび研究室の機器のような他の応用例で使用できることは理解されるべきである。
【００４３】
従来型のホーン・アンテナで典型的であるように、ホーン・アンテナ１０ａの動作周波数帯幅（動作周波数帯の幅）は１０：１のオーダ（例えば、１ＧＨｚから１０ＧＨｚで動作可能とする）であってもよく、高々２０：１（例えば、１ＧＨｚから２０ＧＨｚで動作可能とする）であることができる。やはり従来型のホーン・アンテナで典型的であるように、ホーン・アンテナ１０ａのゲインが、高々２５ｄＢｉの範囲であってもよく、典型的には１０−２０ｄＢｉである。しかし、従来型のホーン・アンテナと異なり、ホーン・アンテナ１０ａのビーム幅は、ホーン・アンテナ１０ａのゲインを大幅に減少させることなくその動作周波数帯十分に均一であり、それにより、周波数にわたって均一なビーム幅を有することに関して反射器アンテナと同じ効果を提供する。
【００４４】
この目的を達成するために、図２をさらに参照して、ホーン・アンテナ１０ａは、内面２２を有する導電シェル２０と、ホーンシェル２０内に形成された空隙部２４と、空隙部２４の一端で定義された開口部２６と、ホーン開口部２６と反対の空隙部２４の他端と通信するホーンシェル２０に接続されたスロート部２８とを備える。示した実施形態において、ホーン・アンテナ１０ａは円錐状ホーン・アンテナの形をとり、したがって、ホーンシェル２０は同様に円錐状であり、ホーン開口部２６は対応して円形である。しかし、代替的な実施形態では、ホーン・アンテナ１０ａは他のタイプの形をとってもよい。当該他のタイプには、ピラミッド状ホーン・アンテナ、扇形ホーン・アンテナ（開口部の１つの次元にのみ先細る（Ｅ−またはＨ−面））、または断面状ホーン・アンテナが含まれるがこれらに限られない。
【００４５】
スロート部２８は、導波管（複数可）１４（図１に示す）が電気的に接続される１つまたは複数のポート（図示せず）を有する。導波管（複数可）１４は一般に本質的に同軸であり、スロート部２８内で延伸する中央コンダクタ・ピン（複数可）を介してスロート部２８の当該１つまたは複数のポートに接続される。したがって、ホーン・アンテナ１０ａがＲＦ信号を送信するために使用される場合、送受信回路１２により生成されたＲＦ信号は、導波管（複数可）１４を介して運搬され、中央コンダクタ・ピンを介してホーン・アンテナ１０ａのスロート部２８にそれぞれ送信されてもよい。当該ＲＦ信号はホーン空隙部２４内を伝播し、ホーン開口部２６から放出される。対照的に、ホーン・アンテナ１０ａがＲＦ信号を受信するために使用される場合、当該ＲＦ信号はホーン・アンテナ１０ａのホーン開口部２６に受信される。それはついで、ホーン空隙部２４を介してスロート部２８に伝播し、中央コンダクタ・ピンを介して導波管（複数可）１４を通じて送受信回路１２に運搬される。
【００４６】
実質的に、ホーン・アンテナ１０ａは、ホーン開口部２６およびスロート部２８の間のホーン空隙部２４内で伝播するＲＦエネルギがＲＦ減衰器３０により減衰されるように、ホーン空隙部２４内に配置された空間および周波数依存の無線周波数（ＲＦ）減衰器３０を含む。ＲＦ減衰器３０は、ホーン・アンテナ１０ａの動作周波数帯内の周波数を有するＲＦエネルギを減衰するように調節された段階的な、円錐状の、容積材料を含む。ＲＦ減衰器３０は、ホーンシェル２０の内面２２に向かって外方向に（ホーン・アンテナ１０ａが円錐状である場合、半径方向に外方向に）全ての周波数に対して減衰が徐々に増大する点で空間依存であり、ＲＦエネルギの周波数が増大するにつれ減衰が徐々に増大する点で周波数依存である。結果として、スロート部２８およびホーン開口部２６の間のホーン空隙部２４を通じて伝播するＲＦエネルギの減衰は、ＲＦエネルギの周波数が増大するにつれ、より高速に半径方向に外方向に増大する。
【００４７】
例えば、図３で示すように、低周波ＲＦエネルギおよび高周波数ＲＦエネルギの両方に対する減衰は、ＲＦ減衰器３０の中央からＲＦ減衰器３０の周辺に増大する。示した実施形態において、ＲＦ減衰器３０は空洞中央領域３２を含み、したがって、この領域では減衰はない。代替的な実施形態では、ＲＦ減衰器３０は完全に固体であり、したがって、ＲＦ減衰器３０の中央に少なくとも幾つかの減衰を有する。いずれにせよ、高周波数ＲＦエネルギの減衰は、低周波ＲＦエネルギの減衰がＲＦ減衰器３０の中央（０ｄＢ）からＲＦ減衰器３０の周辺（−２０ｄＢ）に増大するよりも高速に、ＲＦ減衰器３０の中央（０ｄＢ）からＲＦ減衰器３０の周辺（−５０ｄＢ）に増大する。
【００４８】
最大動作周波数に対するＲＦ減衰器３０の周辺での減衰ができるだけ高い（最適には、無限の減衰）こと、最低動作周波数に対するＲＦ減衰器３０の周辺の減衰ができるだけ低いこと（最適には、ゼロ減衰）が望ましい。現実的に言うと、１．５のＲＦエネルギ間の分数周波数差分（即ち、高周波数は低周波の１．５倍より大きい）に対して、高周波数ＲＦエネルギおよび低周波ＲＦエネルギの間のＲＦ減衰器３０の周辺での減衰の差は、例えば、１０ｄＢ（即ち、高周波数ＲＦエネルギの減衰はＲＦ減衰器３０の周辺での低周波ＲＦエネルギの減衰より１０ｄＢ高い）から５０ｄＢ（即ち、高周波数ＲＦエネルギの減衰はＲＦ減衰器３０の周辺での低周波ＲＦエネルギの減衰より５０ｄＢ高い）の範囲内にあるが、例えば、２０ｄＢから４０ｄＢの範囲内であってもよい。
【００４９】
したがって、より高い周波数では、少量のＲＦエネルギのみが領域ホーン開口部２６の外部領域に渡され、それによりホーン開口部２６を高周波数で効果的により小さくし、低周波数では、大量のＲＦエネルギがホーン開口部２６の外部領域に渡され、それによりホーン開口部２６を低周波数で効果的により大きくする。結果として、ホーン開口部２６の有効なサイズはより高い周波数で減少するが、より低い周波数ではそれほどではない。実際、ＲＦ減衰器３０はＲＦエネルギの周波数に反比例してホーン開口部２６の有効なサイズを変化させ、その結果、ＲＦ減衰器３０が正しく較正されると、有効な電気開口部は（波長において）周波数とともに一定にとどまり、したがって、ホーン・アンテナ１０ａは潜在的に非常に広い動作周波数帯上で十分に均一なビーム幅を示す。
【００５０】
空洞中央領域３２は動作周波数帯の最大周波数で所望の有効な開口部サイズより十分に小さいべきである。なぜなら、大量の減衰がこの最大周波数で物理開口部サイズを有効な開口部サイズに減らすのに必要であるからである。ホーン開口部２６の周辺およびホーン開口部１０に平行な面に沿ったＲＦ減衰器３０の断面周囲が幾何学的に類似であることが好ましい。例えば、ホーン・アンテナ１０ａが円錐状である場合、ホーンシェル２０およびＲＦ減衰器３０の両方の断面は円形であり、一方、ホーン・アンテナ１０ａがピラミッド状である場合、ホーンシェル２０およびＲＦ減衰器３０の両方の断面は長方形である。
【００５１】
ホーン・アンテナ１０ａがＲＦ信号を送信することを意図したケースでは、ＲＦ減衰器上で衝突するＲＦエネルギ３０が相対的に低い反射係数を有する（即ち、ＲＦ減衰器上で衝突するＲＦエネルギ３０の圧倒的大部分が送信されるかまたは吸収されるかの何れかである）ように、ＲＦ減衰器３０がＲＦ吸収材料から構成されるのが好ましい。この方式では、エネルギは殆ど送受信回路１２に反射し戻されず、そうでなければ送受信回路１２を損傷しうる。しかし、ホーン・アンテナ１０ａがＲＦ信号を受信するのみであるケースでは、ＲＦ減衰器３０が、ＲＦ減衰器３０に衝突するＲＦエネルギが無難に空間に反射し戻されるように、ＲＦ反射材料から構成されてもよい。
【００５２】
示した実施形態において、ＲＦ減衰器３０は空隙部２４の一部のみの内部に配置され、特に、ホーン開口部２６に延伸するが、スロート部２８までずっと延伸するわけではない。したがって、示した実施形態において、ＲＦ減衰器３０は頂点の欠けた部分円錐形を有する。もちろん、ピラミッド状ホーン・アンテナのケースでは、ＲＦ減衰器３０は頂点の欠けた部分ピラミッド形を有する。究極的には、空隙部２４がＲＦ減衰器３０で埋められる範囲は、ホーン・アンテナ１０ａが動作することを意図した最大動作周波数でＲＦ減衰器３０を構成する材料の減衰特性に依存する。一般に、ＲＦ減衰器３０により占有される空隙部２４の部分は、当該材料の減衰特性に反比例する（即ち、減衰特性より大きくなると、空隙部２４を占有するＲＦ減衰器３０がより少なくなる）。したがって、減衰材料２８の減衰特性が最大動作周波数で相対的に低い場合、ＲＦ減衰器３０が専ら空隙部２４を占有する可能性がある。
【００５３】
ＲＦ減衰器３０は、ホーン・アンテナ１０ａがその動作周波数帯で十分に均一なビーム幅を持たせることが可能な多数の方式の任意の１つで構成されてもよい。１実施形態では、ＲＦ減衰器３０は漸進的かつ離散的に半径方向に外方向に減衰が増大する。
【００５４】
例えば、図３を参照すると、ＲＦ減衰器３０は、外方向に減衰が漸進的に増大する（即ち、離散領域３４ｈが最大の減衰を有し、離散領域３４ａが最少の減衰を有し、離散領域３４ｂが次に最大の減衰を有し、離散領域３４ｃが次に最大の減衰を有する等である）ように、入れ子となった複数の離散減衰領域３４ａ乃至３４ｈを含む。図３に示す減衰曲線は本質的に連続的であるが、減衰領域３４ａ乃至３４ｈは、これらの減衰曲線を実際に離散化することは理解されるべきである。示した実施形態において、当該離散領域は、図３で示すように断面が円形である円錐状である。もちろん、ピラミッド状のホーン・アンテナのケースでは、ＲＦ減衰器は断面が長方形であるピラミッド形である。
【００５５】
離散領域３２の減衰特性は幾つかの方法のうち何れかで変化してもよい。図２および３に示す実施形態では、離散領域３２はそれぞれ、ＲＦ減衰器３０において半径方向に外方向に正の減衰勾配を生成するために、単位長あたり異なる減衰を有する。例えば、離散領域３２はそれぞれ、半径方向に外方向に増大する減衰を本質的に有する材料から構成されてもよい。
【００５６】
１例として、離散領域３２が、異なる減衰を有する離散領域を生成するために量を異ならせた炭素粒子をロードしたポリウレタン泡から構成されてもよい。かかる材料は市販の既製品であり、別々に離散領域３２を生成するために使用することができる。離散領域３２をついで結合して、ＲＦ減衰器３０を製造することができる。
【００５７】
別の例として、離散領域３２はそれぞれ、半径方向に外方向に増大する減衰を有するメタマテリアルから構成されてもよい。減衰メタマテリアルは、金属またはプラスチックのような複合材料、例えば、誘導性、容量性、および／または抵抗性の要素を含むハチの巣コア材料から形成された複数の要素のアセンブリから作成される。減衰メタマテリアルは、基板材料の特性からではなく、要素のアセンブリからその減衰特性を導出する。要素の当該アセンブリは、従来型の材料で可能なものを超える減衰特性を提供するための正確な形状、幾何形状、サイズ、および方位を有する。当該メタマテリアルは一般に、それが減衰させるＲＦエネルギの波長より小さなスケールでパターンを繰り返すように配置される。ＲＦ減衰器３０が、カスタムの減衰プロフィールを有するメタマテリアルの単一の統合されたブロックとして製造されてもよく、またはあるいは、ＲＦ減衰器３０が、メタマテリアルから離散領域３２を別々に形成することで、製造されてもよい。当該メタマテリアルをついで結合して、ＲＦ減衰器３０を製造することができる。
【００５８】
離散領域３２の減衰特性を変化させる別の方法は、ホーン開口部２６に垂直な面に沿って離散領域３２の長さを変化させることである。特に、図２および３に示す離散領域３２の長さは等しいが、離散領域３２の長さを、ＲＦ減衰器３０内で正の減衰勾配を生成するために半径方向に外方向に変化させてもよい。
【００５９】
例えば、図４を参照すると、離散領域３２の減衰特性を、半径方向に外方向にそれぞれ増大するホーン・アンテナ１０ｂの開口部２６に垂直な面に沿って異なる長さを有する離散領域３２を形成することで変化させてもよい。図４に示すように、離散領域３２が、ＲＦ減衰器３０の一端がホーン開口部２６で完全に平坦であり、ＲＦ減衰器３０の他端が一般に凹形状であるように配置される。即ち、スロート部２８に面する離散領域３２の長さとＲＦ減衰器３０のみが変更される。
【００６０】
いずれにせよ、離散領域３２の減衰は、離散領域３２の長さと比例して増大する。即ち、ＲＦエネルギがより多くの材料を伝播すると、より多くのそのＲＦエネルギが減衰する。このように、離散領域３２はそれぞれ単位長あたり同一の減衰を有してもよい。したがって、ＲＦ減衰器３０全体が、その減衰がｄＢ／ｉｎの関数として計算されうる点で本質的に予測可能な均一に減衰材料から構成されてもよい。例えば、２インチ長の材料は、１インチ長の材料の２倍の減衰を有する。ＲＦ減衰器３０は、均一な減衰材料の単一の統合されたブロックとして製造されてもよく、または、離散領域３２を当該均一な減衰材料から別々に形成することで製造されてもよい。当該均一な減衰材料をついで結合してＲＦ減衰器３０を製造することができる。
【００６１】
図２乃至４のＲＦ減衰器３０を、漸進的かつ離散的に半径方向に外方向に増大する減衰を有するとして説明したが、ＲＦ減衰器３０の減衰が半径方向に外方向に連続的に増大してもよいことは理解されるべきである。例えば、図５で示すように、ホーン・アンテナ１０ｃのＲＦ減衰器３０は、離散減衰特性を有する離散領域を含まないが、半径方向に外方向に連続的に増大する減衰を示す。この目的を達成するために、スロート部２８に面するＲＦ減衰器３０の端部はＲＦ減衰器３０の外縁から中央に連続的に先細る。
【００６２】
ＲＦ減衰器３０に使用される材料のタイプと配置に関わらず、当該材料は一般に予測可能に周波数依存である。なぜならば、材料の減衰は、どれだけ多くの波長が材料の長さの中にあるかの関数である。例えば、１インチの長さの材料は、５ＧＨｚの場合の２倍の減衰を１０ＧＨｚにて有する。
【００６３】
一般に、ホーン・アンテナ１０を設計するとき、ビーム幅均一性、周波数帯幅、およびアンテナ・ゲインの間でトレードオフを行わなければならない。一般に、ビーム幅均一性、周波数帯幅、およびアンテナ・ゲインは、ホーン・アンテナ１０からの最適性能を取り付けるように好適にバランスされた競合するパラメータである。例えば、周波数帯幅が大きくなるほど、ビーム幅は動作周波数帯上でより非均一となり、したがって、動作周波数帯上でビーム幅を均一にするためにより多くのＲＦエネルギを当該動作周波数帯のより高い側で減衰させなければならない。ＲＦエネルギが（特に当該帯域幅のより高い側で）より減衰すると、ホーン・アンテナ１０ａが有するゲインは少なくなる。
【００６４】
以上から、ＲＦ減衰器３０の利用が、ＲＦ減衰器３０なしの対応するホーン・アンテナ１０の名目ビーム幅と相対的な任意の動作周波数帯上のホーン・アンテナ１０のビーム幅の分散を減少させることが理解される。現実的な例として、従来型のホーン・アンテナに対するビーム幅の分散は、２：１の帯域幅を有する動作周波数帯上で２０％より大きくてもよく、４：１の帯域幅を有する動作周波数帯上で１００％より大きくてもよく、１０：１の帯域幅を有する動作周波数帯上で５００％より大きくてもよく、一方で、ホーン・アンテナ１０のビーム幅の分散は、２：１の帯域幅を有する動作周波数帯上で５％より少なくてもよく、４：１の帯域幅を有する動作周波数帯上で１０％より少なくてもよく、２０：１の帯域幅を有する動作周波数帯上で２０％より少なくてもよい。周波数帯幅が増大すると、ホーン・アンテナ１０は、当該帯域幅のより高い側で極端なケースでは高々３−４ｄＢの、従来型のホーン・アンテナと相対的な増大されたゲイン・ロスを有する。しかし、このゲインのロスは一般に十分に均一なビーム幅を達成するために価値があるトレードオフであり、その結果、放射パターンは動作周波数帯全体で十分に同一である。
【００６５】
ホーン・アンテナ１０は、その動作周波数帯上での十分に均一なビーム幅を有するその能力に起因して、反射器を利用することなく通信アプリケーションに良く適しているが、ホーン・アンテナ１０を、最大ゲインを得るために定ビーム幅フィードを要求するカセグレン式反射器システムで使用してもよいことは理解されるべきである。現在、カセグレン式反射器システムの分数帯域幅は、当該ビーム幅におおける大きな分散に起因して５０％に制限されている。ホーン・アンテナ１０をカセグレン式反射器システムに組み込むことで、当該カセグレン式反射器システムの帯域幅を増大させることができる。さらに、ホーン・アンテナ１０を通信システム以外のシステムで使用してもよい。例えば、ホーン・アンテナ１０を、広周波数範囲上でサイド・ローブを最小化するために偵察レーダにおいて使用してもよい。かかるサイド・ローブは一般に、反射器の縁でのＲＦエネルギの回折から生成される。周波数が減少すると、より多くのＲＦエネルギが当該反射器の縁を放射し、それにより当該サイド・ローブが増大する。したがって、当該偵察レーダの帯域幅のより低い側が制限される。ホーン・アンテナ１０を偵察レーダシステムに組み込むことで、当該偵察レーダシステムの帯域幅を増大することができる。
【００６６】
ホーン・アンテナ１０の構造と機能を説明したので、図２乃至４に示したホーン・アンテナ１０を製造する１つの方法２００を図６に関して次に説明する。まず、動作周波数帯（例えば、１ＧＨｚ乃至１０ＧＨｚ）、名目ビーム幅（例えば、３５％）、および当該動作周波数帯上での名目ビーム幅からの分散（例えば、１０％（±５％）より少ない）を定義する性能要件が規定される（ステップ２０２）。次に、当該動作周波数帯内の第１の周波数で名目ビーム幅を示すホーン・アンテナ１０の開口部サイズが従来型の方式で決定される（ステップ２０４）。当該好適な実施形態では、第１の周波数が当該動作周波数帯の最低周波数となるように選択される（例えば、１ＧＨｚ）。次に、決定された開口部サイズを有する開口部を定義する導電性ホーンシェル２０が従来型の方式で製造される（ステップ２０６）。導電性ホーンシェル２０は例えば、円錐状、ピラミッド状、扇形、断面状等であってもよく、平滑な内面を有してもよい。
【００６７】
図２および３に関して上述のように、ＲＦ減衰器３０は、減衰を漸進的かつ離散的に半径方向に外方向に増大する方式で製造され、特に、漸進的かつ離散的に半径方向に外方向に減衰が増大する複数の離散領域３４を伴って製造される。したがって、離散領域３４の数と減衰特性を選択する必要がある。
【００６８】
特に、最小減衰値と相対的な最大減衰値が当該動作周波数帯の幅に基づいて選択される（ステップ２０８）。一般に、当該帯域幅が広くなるほど、当該動作周波数帯上でビーム幅を均一とするのに必要な最大および最小減衰値の差が大きくなる。最大減衰値が、当該動作周波数帯上でのビーム幅の均一性およびゲイン・ロスの間の満足できるバランスを提供するように選択されるのが好ましい。したがって、最大減衰値の選択を減衰から生ずるゲインのロスに対してバランスしなければならず、したがって、ＲＦ減衰器３０の減衰をこの点で制限すべきである。一般に、最小減衰値はゼロであるべきであり、このケースでは、ホーン・アンテナ１０の中央に減衰はなく、したがって、ＲＦ減衰器３０は空洞中央領域３２を有する。次に、離散減衰領域の数３４が当該動作周波数帯の幅に基づいて選択される（ステップ２１０）。当該動作周波数帯の幅が大きくなるほど、離散減衰領域の数が大きくなることに留意されたい。一般的なルールとして、２５％の分数帯域幅ごとの離散減衰領域を含めるべきである。しかし、製造上の考慮事項に起因して、離散減衰領域３４の数を合理的な数に限定すべきである。
【００６９】
次に、当該動作周波数帯内の名目周波数（例えば、中央周波数）での離散減衰領域３４に対する減衰値が、最大および最小減衰値からそれぞれ計算される（ステップ２１２）。最外離散減衰領域３４に対する減衰値はステップ２０８で上で決定された最大減衰値に対応し、残りの離散減衰領域３４に対する減衰値は、最大減衰値から最小減衰値（一般に、ゼロ）に線形形式で離散的に変化すると決定することができる。例えば、最大減衰値減衰が−２ｄＢであり、最小減衰値が０ｄＢであり、離散減衰領域３４の総数が８に等しい場合、当該離散減衰領域に対する減衰値は、当該それぞれの８個の離散減衰領域３４に対して−０．２５ｄＢ、−０．５０ｄＢ、−０．７５ｄＢ、−１．００ｄＢ、−１．２５ｄＢ、−１．５０ｄＢ、−１．７５ｄＢ、および−２．００ｄＢである。
【００７０】
次に、離散減衰領域３４の均一な長さが離散減衰領域３４に対して選択され（ステップ２１４ａ）、異なる減衰率（即ち、単位長あたりの減衰）を有するＲＦ減衰材料が、均一な長さの離散減衰領域３４に対して名目周波数で計算された減衰値に基づいてそれぞれ選択または設計される（ステップ２１６ａ）。それぞれの離散減衰領域３４に対する特定のＲＦ減衰材料を、当該減衰値および当該名目周波数でのその離散減衰領域３４に対して選択された長さを含む非常に単純な式を用いて選択または設計することができる。例えば、離散減衰領域３４に対して当該計算された減衰値が−１．５ｄＢであり、当該長さが５インチである場合、その離散減衰領域３４に対する選択または設計されたＲＦ減衰材料は当該名目周波数で−１．５／５＝−０．３０ｄＢ／インチの減衰率を有するべきである。
【００７１】
あるいは、離散減衰領域３４に対する単位長あたり同一の減衰を有するＲＦ減衰材料が選択または設計され（ステップ２１４ｂ）、離散減衰領域３４に対する異なる長さがそれぞれ離散減衰領域３４に対する選択された減衰値および単位長あたりの減衰に基づいて計算される（ステップ２１６ｂ）。それぞれの離散減衰領域３４の長さを、離散減衰領域３４ごとに選択された減衰値と名目周波数での設計または選択されたＲＦ減衰材料の減衰率とを含む非常に単純な式を用いて計算することができる。例えば、離散減衰領域３４に対して、当該計算された減衰値が−１．０ｄＢであり、当該ＲＦ減衰材料の減衰率が−０．５ｄＢ／インチである場合、その離散減衰領域３４の長さは（−１．０ｄＢ）÷（−０．５ｄＢ／インチ）＝２インチであるべきである。
【００７２】
何れのケースでも、離散減衰領域３４に対して選択または設計されたＲＦ減衰材料は、ＲＦ吸収材料（特にホーン・アンテナ１０がＲＦエネルギを送信するものである場合）またはＲＦ反射材料（例えば、ホーン・アンテナ１０がＲＦエネルギを受信するのみである場合）であってもよい。当該ＲＦ減衰材料を、市販の材料（例えば、炭素粉末をロードしたポリウレタン材料）またはカスタム設計されたメタマテリアル（例えば、誘導性、容量性、および／または抵抗性の要素を含むハチの巣コア材料）から選択することができる。
【００７３】
次に、その最内領域からその最外領域に徐々に増大する減衰を有するＲＦ減衰器３０が、選択または設計されたＲＦ減衰材料から製造される（ステップ２１８）。ＲＦ減衰器３０は、離散減衰領域３４を有する単一の統合されたブロックとして製造されてもよく、またはあるいは、ＲＦ減衰器３０は離散領域３４を別々にＲＦ減衰材料から形成することで製造されてもよい。離散領域３４を、ついで結合してＲＦ減衰器３０を製造することができる。好適には、製造されたＲＦ減衰器３０の周辺は導電シェル２０の内面に従う。これを、単純にＲＦ減衰器３０の周辺を開口部２６に幾何学的に類似させることによって実現することができる。ＲＦ減衰器３０が外方向に減衰を連続的に増大させる、図５に示すホーン・アンテナ１０の代替的な実施形態では、ＲＦ減衰器３０は単一の統合された材料ブロックとして製造されてもよい。当該単一の統合された材料ブロックの減衰は、本質的にＲＦ減衰器３０の連続的な先細りに起因して変化する。
【００７４】
最後に、製造されたＲＦ減衰器３０は、動作周波数帯上のホーン・アンテナの名目ビーム幅の分散が名目ビーム幅からの最小許容可能分散に準拠するように、ホーン・アンテナ１０を完成するように（例えば、結合によって）導電シェル２の空隙部２４０内に添付される（ステップ２２０）。ＲＦ減衰器が、ＲＦ減衰器のない対応するホーン・アンテナの名目ビーム幅と相対的な動作周波数帯上でホーン・アンテナ１０のビーム幅の分散を減少させる方式で製造されるように、当該名目ビーム幅からの最小許容可能分散が定義されるのが好ましい。当該好適な結果は、ホーン・アンテナ１０が、当該動作周波数帯上で十分に均一である（例えば、２０％より少ない）ビーム幅を有することである。
【００７５】
さらに、本開示は以下の項に従う実施形態を含む。
【００７６】
項１：内面を有する導電シェルと、
当該シェル内に形成された空隙部と、
当該空隙部の一端で定義された開口部と、
当該開口部と反対の空隙部の別の端と通信する導電シェルに接続されたスロート部と、
当該スロート部および当該開口部の間の空隙部を伝播するＲＦエネルギの減衰が、ＲＦエネルギの周波数が増大すると、導電シェルの内面に向かって外方向により高速に増大するように、当該空隙部内に配置された空間および周波数依存の無線周波数（ＲＦ）減衰器と、
を備える、ホーン・アンテナ。
【００７７】
項２：ＲＦ減衰器は、ＲＦエネルギの周波数に反比例して当該開口部の電気有効サイズを変化させる、項１に記載のホーン・アンテナ。
【００７８】
項３：ＲＦ減衰器は外方向に減衰を漸進的かつ離散的に増大させる、項１に記載のホーン・アンテナ。
【００７９】
項４：ＲＦ減衰器は、外方向に減衰を漸進的に増大させるように入れ子になった複数の離散領域を含む、項３に記載のホーン・アンテナ。
【００８０】
項５：当該離散領域はそれぞれ単位長あたり異なる減衰を有する、項４に記載のホーン・アンテナ。
【００８１】
項６：当該離散領域は外方向にそれぞれ増大する当該開口部に垂直な平面に沿った長さを有する、項４に記載のホーン・アンテナ。
【００８２】
項７：ＲＦ減衰器は外方向に減衰を連続的に増大させる、項１に記載のホーン・アンテナ。
【００８３】
項８：ホーン・アンテナは動作周波数帯にわたって実質的に均一であるビーム幅を有する、項１に記載のホーン・アンテナ。
【００８４】
項９：ＲＦ減衰器は、ＲＦ減衰器のない対応するホーン・アンテナの名目ビーム幅と相対的な動作周波数帯にわたるホーン・アンテナのビーム幅の分散を減少させる、項１に記載のホーン・アンテナ。
【００８５】
項１０：ホーン・アンテナを備えた無線周波数（ＲＦ）システムであって、
ホーン・アンテナは、
内面を有する導電シェルと、
当該シェル内に形成された空隙部と、
当該空隙部の一端で定義された開口部と、
当該開口部と反対の空隙部の別の端と通信する導電シェルに接続されたスロート部と、
当該スロート部および当該開口部の間の空隙部を伝播するＲＦエネルギの減衰が、ＲＦエネルギの周波数が増大すると、導電シェルの内面に向かって外方向により高速に増大するように、当該空隙部内に配置された空間および周波数依存の無線周波数（ＲＦ）減衰器と、
ホーン・アンテナの当該スロート部に接続されたＲＦ回路と、
を備え、
当該ＲＦ回路は、ＲＦエネルギをホーン・アンテナに送信しかつ／またはＲＦエネルギをホーン・アンテナから受信する、
無線周波数（ＲＦ）システム。
【００８６】
項１１：構造体と、
当該構造体に搭載された項１０に記載のＲＦシステムと、
を備える、通信システム。
【００８７】
項１２：動作周波数帯および名目ビーム幅を定義する性能要件、および当該名目ビーム幅からの最小許容可能分散に従うホーン・アンテナを製造する方法であって、
当該動作周波数帯内の第１の周波数で当該名目ビーム幅を示すホーン・アンテナの開口部サイズを決定するステップと、
空隙部を有し、当該決定された開口部サイズを有する開口部を定義する導電シェルを製造するステップと、
ＲＦ減衰器の最内領域からＲＦ減衰器の最外領域に徐々に増大する減衰を有するＲＦ減衰器を製造するステップであって、ＲＦ減衰器の外周は導電シェルの内面に従う、ステップと、
当該動作周波数帯上のホーン・アンテナの名目ビーム幅の分散が当該名目ビーム幅からの最小許容可能分散に準拠するように、ＲＦ減衰器を導電シェルの空隙部内に添付するステップと、
を含む、方法。
【００８８】
項１３：ＲＦ減衰器は、当該開口部の電気的に有効なサイズが周波数に反比例して変化するように製造される、項１２に記載の方法。
【００８９】
項１４：ＲＦ減衰器は、当該減衰が外方向に漸進的かつ離散的に増大する方式で製造される、項１２に記載の方法。
【００９０】
項１５：ＲＦ減衰器は、それらが外方向の減衰において漸進的かつ離散的に増大するように、入れ子になった複数の離散領域で製造される、項１４に記載の方法。
【００９１】
項１６：それぞれ当該離散領域に対する異なる減衰値を選択するステップと、
それぞれ当該異なる選択された減衰値に基づいて単位長あたりの異なる減衰を有する材料を選択または設計するステップと、
それぞれ当該離散領域を当該材料から製造するステップと、
をさらに含む、項１５に記載の方法。
【００９２】
項１７：それぞれ当該離散領域に対する異なる減衰値を選択するステップと、
単位長あたりの減衰を有する減衰材料を選択または設計するステップと、
それぞれ当該減衰材料の当該異なる選択された減衰値および単位長あたりの減衰に基づいて当該減衰材料の長さを計算するステップと、
それぞれ当該離散領域を当該減衰材料から製造するステップであって、当該離散領域は外方向にそれぞれ増大する当該開口部に垂直な平面に沿った当該計算された長さに等しい長さを有する、ステップと、
をさらに含む、項１５に記載の方法。
【００９３】
項１８：ＲＦ減衰器は外方向に減衰を連続的に増大させる、項１２に記載の方法。
【００９４】
項１９：ホーン・アンテナは、当該動作周波数帯上で十分に均一であるビーム幅を有する、項１２に記載の方法。
【００９５】
項２０：ＲＦ減衰器は、ＲＦ減衰器のない対応するホーン・アンテナの名目ビーム幅と相対的な当該動作周波数帯上でホーン・アンテナのビーム幅の分散を減少させる、項１２に記載の方法。
【００９６】
特定の例示的な実施形態および方法を本明細書で開示したが、かかる実施形態および方法の変形と修正を、開示された技術の真の趣旨および範囲から逸脱することなく行いうることは以上の開示から当業者には明らかであろう。開示した技術の多くの他の例が存在し、それぞれは、細部の事項のみで他のものから異なる。したがって、開示された技術は添付の特許請求の範囲および適用可能な法律の規則と原理によって要求される範囲にのみ限定されるものとすることが意図されている。
【符号の説明】
【００９７】
１０  ホーン・アンテナ
１２  送信および／または受信回路
【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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【図６】
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【外国語明細書】
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