(57)【要約】  コンパクトな広帯域アンテナ(10)。アンテナ(10)は、入力電磁エネルギを受け取る第１の機構(12，20)を含む。第２の機構(26)は、入力電磁エネルギを受け取ると、放射電磁エネルギ(46)を与える。放射電磁エネルギ(46)は、１つ以上の角度を付けられた表面(27)をもつアンテナ素子(26)を介して与えられる。第３の機構(14,32,28)は、放射電磁エネルギ(26)を特定の方向に方向付ける。より特定的な実施形態では、第３の機構(14,32,28)は、反射バックストップ(28)を含み、これは、第２の機構(26)の後ろに選択的に配置され、後方に放射されたエネルギを、第２の機構(26)の前方に反射し、それによって、反射された電磁エネルギを、第２の機構(26)から前方に放射されたエネルギ(46)と同位相で結合させる。第３の機構(14,32,28)は、誘電材料の複数の層(14，32)も含む。誘電材料の複数層(14，32)の１つ以上は、第２の機構(26)の角度を付けられた放射表面(27)を部分的に取り囲み、第２の機構は、特定の実施形態では、実質的に円錐伝送素子(26)によって与えられる。【選択図】    図２
2007536811.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力電磁エネルギを受け取る第１の機構(12,20)と、
入力電磁エネルギを受け取ると、放射電磁エネルギ(46)を与える第２の機構(26)であって、放射電磁エネルギ(46)が、１つ以上の角度を付けられた表面(27)をもつアンテナ素子(26)を介して与えられる、第２の機構(26)と、
放射電磁エネルギ(46)を特定の方向に方向付ける第３の機構(28,14,32)とによって特徴付けられるコンパクトな広帯域アンテナ(10)。
【請求項２】
第３の機構(28,14,32)が、第２の機構(26)の後ろに選択的に配置された後部反射器(28)を含み、後方に放射されたエネルギを第２の機構(26)の前方へ反射し、それによって、反射された電磁エネルギを、第２の機構(26)から前方に放射されたエネルギ(46)と同位相で結合させる請求項１記載のシステム(10)。
【請求項３】
第３の機構(28,14,32)が、誘電材料の複数の層(14，32)をさらに含む請求項２記載のシステム(10)。
【請求項４】
誘電材料の複数の層(14,32)の１つ以上が、第２の機構(26)の角度を付けられた放射表面(27)を部分的に取り囲んでいる請求項３記載のシステム(10)。
【請求項５】
第２の機構(26)が、後部反射器(28)とほぼ平行な縦軸(34)をもつ実質的に円錐のアンテナ素子(26)を含み、円錐アンテナ素子(26)が、誘電材料の第１の層(32)によって支持され、部分的に取り囲まれている請求項４記載のシステム(10)。
【請求項６】
第１の機構(12，20)が、同軸フィード伝送線路(22)またはワイヤに結合された入力ストリップ線路の伝送線路(18,50,54)をもつアンテナフィード(20)を含み、同軸フィード伝送線路(22)またはワイヤが、円錐アンテナ素子(26)の頂点(24)に結合されている請求項５記載のシステム(10)。
【請求項７】
ストリップ線路の伝送線路(18,50,54)が、先細部分(96)をもつ中心導体(18)を含む請求項６記載のシステム(10)。
【請求項８】
上部接地平面(78)と底部接地平面(90)との間の誘電材料(50，54)が、そこを貫通しているアンテナ同調孔（44）を含む請求項７記載のシステム(10)。
【請求項９】
上部接地平面(78)と第１の誘電体層(32)との間に第２の誘電体層(68)をさらに含む請求項７記載のシステム(10)。
【請求項１０】
第２の機構(26)が、円錐素子(26)を含み、第３の機構(28,14,32)が、円錐素子(26)に関係して配置された後部反射器(28)を含み、指向性ビーム(46)の生成を容易にしている請求項１記載のシステム(10)。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、政府の支援を伴って、契約番号第Ｎ０００２４−９６−Ｃ−５２０４ ＥＲＧＭ号のもとで作成られた。政府は、本発明において、ある特定の権利をもち得る。
【０００２】
本発明は、アンテナに関する。具体的には、本発明は、エネルギのビームを選択的に方向付けるか、または受信するシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
エネルギのビームを方向付けるシステムは、マイクロ波、レーダ、レーザレーダ、レーザ、赤外線、およびソナーの検知および目標設定システムを含む、種々の要求のある応用において採用されている。このような応用は、最適な検知のための十分な利得および帯域幅の特性をもつ、空間効率およびコスト効率の良い受信機およびアンテナを要求する。
【０００４】
発射される弾薬の誘導装置（projected munition guidance）および信管の応用において、付帯的損害が回避されなければならないとき、電磁エネルギを方向付ける効率的で正確なシステムが、とくに重要である。高性能の弾薬、例えば、高性能の火砲の砲弾は、しばしば、電子機器および付属の信管を組み込んで、弾薬の爆発の時間を調節する。このような電子機器は、目標の位置を検出し、弾薬が目標の所定の範囲内にあるときに、爆発を選択的にトリガするセンサを含み得る。センサは、しばしば縦形アンテナ列（end-fire array）と呼ばれる指向性アンテナを含み、これは、発射される弾薬の前方の電磁エネルギのビームに照準を合せる。方向付けられたビームは、目標から反射し、戻りビームを生成し得る。センサは、目標の戻りビームを検出し、時間を計って、目標の範囲および接近速度を判断し得る。
【０００５】
都合の悪いことに、ドアストップ、パッチ、およびモノポールアンテナのような、種々の従来のアンテナは、種々の欠点をもち、発射される弾薬の応用におけるそれらの使用を問題のあるものにする。ドアストップアンテナは、しばしば、コンパクトな弾薬の設計に効率的に取り入れるには大き過ぎる。パッチアンテナは、しばしば、電磁エネルギを方向付けるのに不十分であり、望ましくない帯域幅の制約を示す。モノポールアンテナは、しばしば、十分な利得または帯域幅の特性を欠く。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、優れたビームの方向付け、帯域幅、および利得の特性を示し、弾薬の応用に適したコンパクトで効率的なアンテナが、当技術に必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
当技術における必要は、本発明のコンパクトな広帯域アンテナによって対処される。例示的な実施形態では、アンテナは、弾薬の応用において使用するのに適した縦形アンテナ列である。アンテナは、入力電磁エネルギを受け取る第１の機構を含む。第２の機構は、入力電磁エネルギの受け取ると、放射電磁エネルギを与える。放射電磁エネルギは、１つ以上の角度を付けられた表面をもつアンテナ素子を介して与えられる。第３の機構は、放射電磁エネルギを特定の方向に方向付ける。
【０００８】
より特定的な実施形態では、第３の機構は、第２の機構の後ろに戦略的に配置された反射バックストップを含み、後方放射されたエネルギを第２の機構の前方へ反射し、それによって、反射された電磁エネルギを、第２の機構から前方に放射されたエネルギと同位相で結合する。第３の機構は、誘電材料の複数の層も含む。誘電材料の複数の層の１つ以上が、第２の機構の角度を付けられた放射表面を部分的に取り囲んでいる。
【０００９】
特定的な実施形態では、第２の機構は、円錐アンテナ素子を含む。アンテナ素子の縦軸は、後部反射器の表面とほぼ平行している。円錐アンテナ素子は、誘電材料の第１の層によって支持され、部分的に取り囲まれている。円錐アンテナ素子の上部部分は、誘電材料を欠いている。第１の機構は、入力ストリップ線路の伝送線路をもつアンテナフィードを含み、入力ストリップ線路の伝送線路は、同軸フィード伝送線路またはワイヤに結合されていて、同軸フィード伝送線路またはワイヤは、円錐アンテナ素子の頂点に結合されている。
【００１０】
ストリップ線路の伝送線路は、先細部分をもつ中心導体を含んでいる。モード抑制孔が通されている誘電材料が、上部接地平面および底部接地平面との間に配置され、これは、ストリップ線路の伝送線路の対応するアンテナ同調孔をもつ。誘電材料は、ストリップ線路の中心導体を収容している。第２の誘電体層は、上部接地平面と第１の誘電体層との間に配置されている。
【００１１】
本発明の斬新な設計は、第２および第３の機構によって容易にされ、これは、広帯域の性能をもつコンパクトで高利得のアンテナを可能にする。第２の機構が実質的に円錐の伝送素子を含み、第３の機構が後部反射器を含む本発明の実施形態は、相当な加速および熱の負荷に耐えるに違いない縦形アンテナ列の応用にとくに有効である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明は、個々の応用の例示的な実施形態に関連して、本明細書に記載されているが、本発明がそれに制限されないことが理解されるべきである。当技術において普通の技能をもち、本明細書に与えられている教示にアクセスする者は、その範囲内における追加の変更、応用、および実施形態、並びに本発明が相当な有用性をもつであろう追加の領域が分かるであろう。
【００１３】
図１は、本発明の実施形態にしたがうコンパクトな広帯域アンテナ10の図である。分かり易くするために、電源、周波数発生器、回路網解析器、等のような種々の特徴は、図面から省かれている。しかしながら、本発明の教示にアクセスする当業者は、実施するための構成要素および特徴（feature）が何れであるか、および所与の応用の必要を満たすためにそれらをどのように実施するかが分かるであろう。
【００１４】
コンパクトな広帯域アンテナ10は、コネクタピン60を介して基層部分14に接続される入力同軸コネクタ12を含み、これは、ストリップ線路の中心導体18への同軸からストリップ線路への中心導体の遷移部16を含んでいる。基層部分14は、中心導体18をもつストリップ線路の伝送線路を収容している。ストリップ線路の伝送線路の中心導体18は、同軸フィード伝送線路22に結合され、これらは一緒に、フィード回路網20を形成している。同軸フィード伝送線路22は、円錐アンテナ素子26の頂点24に結合され、これは、戦略的に、後部反射器28に隣り合って配置されている。アンテナ素子26は、選択的に角度を付けられた側壁27をもち、これは、効率的な放射表面を与える。
【００１５】
フィード回路網20、円錐アンテナ素子26、および後部反射器28は、種々の層部分30によって支持されていて、これは、別途より完全に記載されるように、支持層、接合層、および上部の面取りされた誘電体32と基層部分14とを含む誘電体層を含む。当業者には、円錐アンテナ素子26が、この実施形態において放射素子として採用されている一方で、素子26が、応用に依存して、受信素子または送信素子、あるいはこの両者としての役割を果たし得ることが分かるであろう。
【００１６】
この特定の実施形態では、円錐アンテナ素子26は、後部反射器28および種々の層部分30に関係して向きを定められ、したがって、円錐アンテナ素子26の縦軸34は、種々の層部分30に対してほぼ垂直であり、後部反射器28の表面に対して平行である。
【００１７】
上部の面取りされた誘電体32は、右切子面36、左切子面38、出力切子面40、および上部切子面42を含む、種々の切子面36ないし42を含んでいる。種々の切子面36ないし42は、広帯域アンテナ10のコンパクトな形状の要因を強化し、ビーム整形を容易にし得る。より完全に別途記載されるように、ビーム整形、モード選択、および広帯域の性能は、誘電体層部分を含む層部分30の戦略的な選択によっても容易にされる。ビームモード選択は、モード抑制孔44を含むフィード回路網20の特徴によっても容易にされる。モード抑制孔44は、層部分30を貫通して配置され、円錐アンテナ素子26に供給する同軸フィード伝送線路22の周りに戦略的に置かれている。この特定の実施形態では、貫通孔44は、約３０°の角度離隔ずつ、離されている。モード抑制孔44は、アンテナ10の同調を容易にし、したがって、結果の放射パターンは、ビーム46の方向の前方に延びるローブを含む。追加の取り付け孔48は、基層部分14に配置され、アンテナ10の取り付けを容易にする。取り付け孔48は、出力ビーム46に対するそれらの影響を最小化するように配置されている。
【００１８】
当業者には、切子面36ないし42の正確な寸法および角度は応用別であることが分かり、必要以上の実験なしに、所与の応用の必要を満たすように、当業者によって判断され得る。さらに加えて、切子面36ないし42は、本発明の範囲から逸脱することなく、垂直切子面であってもよい。この実施形態では、上部表面42に対して、側部切子面36、38は約２２．４°の傾斜を付けられ、一方で、前部切子面は約１０．４°の角度を付けられている。
【００１９】
動作において、希望の周波数の電磁エネルギは、入力同軸コネクタ12を介して中心導体18によって形成されているストリップ線路の伝送線路へ入力される。入力電磁エネルギは、層14によって形成された接地平面間のストリップ線路の中心導体18に沿って伝搬し、次に、同軸フィード伝送線路22に結合する。次に、エネルギは、同軸フィード伝送線路22から円錐アンテナ素子26へ伝搬する。入力電磁エネルギが、フィード回路網20を通って、円錐アンテナ素子26へ伝搬するとき、モード抑制孔44のような種々の特徴、および層部分30の誘電率が、円錐アンテナ素子26からの伝送の準備において、電磁エネルギの同調を容易にする。
【００２０】
電磁エネルギが円錐アンテナ素子26に達すると、エネルギは、角度を付けられた表面27から放射する。角度を付けられた表面27は、この実施形態では、縦軸34に対して約２７°の角度を付けられている。部分的に、後部反射器28と、上部の面取りされた誘電体部分32を含む層状部分30のビーム整形作用とにより、ほとんどのエネルギは、出力切子面40から前方に放射することになり、誘電性出力ビーム46を形成する。出力ビーム46は、円錐アンテナ素子26の縦軸34に対してほぼ垂直の方向に伝搬する。
【００２１】
後部反射器28を円錐アンテナ素子26に対して戦略的に配置することによって、および個々の応用および入力周波数に対して適切な素子26および反射器を28の寸法を選択することによって、追加の利得が達成される。後部反射器28を適切に使用すると、円錐アンテナ素子26から後方へ伝搬しているエネルギが、前方へ反射され、円錐アンテナ素子26から前方へ放射しているエネルギ46と同位相で結合するので、５ｄＢｉ以上の利得になり得る。結果のビーム46のピークは、コンパクトな広帯域アンテナ10の前方である。
【００２２】
この特定の実施形態では、後部反射器28は、ニッケルまたは銅、あるいはこの両者の平らな板から形成されるか、または銀の層で塗装またはめっきされる。後部反射器28は、後部反射器28の縁端部が、上部誘電体層32の右側の面取りされた切子面36および左側の面取りされた切子面38と整列するように、切断される。後部反射器28は、本発明の範囲から逸脱することなく、平ら以外の別の形であってもよい。例えば、後部反射器28は、放物線の形および方向に曲げられていてもよく、放物線は、円錐アンテナ素子26の方向に開き、アンテナ10の前方で電磁エネルギを集中させることを容易にする。
【００２３】
円錐アンテナ素子26は、実質的に中空または中実であり、周知のリトグラフ技術によって構成され得る。例えば、円錐形の窪みは、層30において形成され、次に、ニッケルでめっきされるか、または銀の金属の導電性塗料で塗装され得る。その代わりに、円錐アンテナ素子26は、中実の銅のように、中実であってもよい。円錐アンテナ素子26は、別の形であってもよい。例えば、素子26は、本発明の範囲から逸脱することなく、放物線または台形の垂直断面か、あるいは多数の切子面のある水平断面をもち得る。一次放射源として、入力端部24から上部表面42へ向かって直径が大きくなる円錐アンテナ素子または他の適切なアンテナ素子の使用は、指向性ビームを生成するのに使用される従来のアンテナよりも大きい帯域幅を与え得る。
【００２４】
幾つかの具体化では、同軸フィード伝送線路22は省かれていてもよく、その代わりに、円錐アンテナ素子26は、本発明の範囲から逸脱せずに、ストリップ線路の中心導体18に直接に接続してもよい。さらに加えて、ストリップ線路18、入力同軸コネクタ12、およびモード抑制孔44を含む、フィード回路網20の種々の特徴は、応用別であり、本発明の範囲から逸脱することなく、所与の応用の必要を満たすように、他のタイプのフィード回路網によって変更され、省かれ、または置換され得る。
【００２５】
電界は、中心導体56から半径方向外側へ放射し、モード抑制孔44上で終端する。これは、電流が中心導体56を上へ流れているときに行われる。しかしながら、これは、モード抑制孔44が層内に存在しているときにのみ行われる。界が層62ないし70および32に及ぶとき、電界は、誘電体領域(層32を参照)へ広がり始め、それらの誘電体によって、上部の面取りされた誘電体部分32のめっきされた後部壁28から跳ね返らせることによって形成され、その後で、それらは平行になって、アンテナ10からビーム46として出て行く。さらに加えて、この実施形態では、モード抑制孔44は、それらの間のギャップが波長の１０分の１よりも相当に小さくなるように、間隔を置かれる。
【００２６】
図１を参照して、広帯域アンテナ10の送信の動作を記載したが、当業者には、広帯域アンテナ10が受信機能にも採用され得ることが分かるであろう。
【００２７】
図２は、図１のコンパクトな広帯域アンテナ10のより詳細な分解組立図である。基層部分14は、第１の層部分50、第２の層部分52、および第３の層部分54を含んでいる。第１の層部分50は、ストリップ線路の伝送線路の中心導体18を収容している。より詳しく別途記載されるように、第１の層部分50は、底部表面上に配置された接地平面と、上部表面76上に配置され、コアの誘電材料によって支持されている金属ストリップ線路の中心導体18とを含む。この特定の実施形態では、コアの誘電材料は、ロジャーズ３００３（Rogers 3003）の誘電体である。
【００２８】
モード抑制孔44は、めっきされた壁をもち、すなわち、それらは、第１の層部分50を貫通して延びているめっきされた貫通孔であり、中心同軸フィード導体56の周りに戦略的に置かれ、中心の同軸フィードの導体56は、ストリップ線路の伝送線路の中心導体18の一方の端部を終端させている。ストリップ線路の伝送線路の中心導体18の他方の端部は、同軸コネクタ孔58において終端している。さらにより完全に別途記載されるように、同軸コネクタ孔58は、入力同軸コネクタ12と付属のピン60とを収容するように設計されており、その結果、同軸コネクタ12からのエネルギは、中心導体18と付属の接地平面とによって形成されたストリップ線路の伝送線路に効率的に結合することになる。
【００２９】
第２の層部分52は、接合層としての役割を果たし、第１の層部分50を第３の層部分54へ接合するのを容易にする。第２の層部分52は、デュポン ボンド フィルム(Dupont Bond Film)（部品番号ＦＥＰ ２００ Ｃ−２０）から構成され得る。第２の層部分52は、戦略的に配置された貫通孔44も含み、これらは、第１の層部分50および第３の層部分54内の対応する貫通孔44と整列する。種々の基層部分14(50ないし54)は、同軸コネクタ孔58をもち、それらの幾つかは、めっきされ、それらの幾つかは、めっきされていない。当業者には、必要以上の実験なしに、同軸コネクタ孔58の何れにめっきするか、何れの孔を裸のままにするかが分かるであろう。さらに加えて、モード抑制孔44を含む、種々のアンテナの特徴の正確な寸法、種々の層30の厚さ、等は、応用別であり、必要以上の実験なしに、所与の応用の必要を満たすように、当業者によって判断され得る。
【００３０】
別途より完全に記載されるように、第３の層部分54は、金属接地平面の上部表面78および底部表面92を含み、これらは誘電性のコアによって支持されている。この特定の実施形態では、誘電性のコアは、ロジャーズ３００３の誘電体であり、接地平面78は、ニッケルでめっきされたロジャーズ電着銅（Rogers ElectroDeposited Copper, EDC）のフォイルによって実施される。
【００３１】
第４の層62は、第３の層54と第５の層64との間の接合層としての役割を果たす。第５の層64は、戦略的に配置された誘電体層であり、アンテナ同調、関係付けられた広帯域アンテナ性能、およびビーム整形を容易にする。この特定の実施形態では、第５の層64は、ロジャーズ３００６（Rogers 3006）の裸の誘電体によって実施される。第５の層64は、裸であって、層64の上部表面および底部表面上はめっきをされていない。
【００３２】
第６の層66は、接合層としての役割を果たし、第５の層64の上で、第７の層68の下に配置される。接合層66は、ロジャーズ３００１（Rogers 3001）のボンドフィルムから構成され得る。第７の層68は、アンテナ同調および関係付けられた広帯域アンテナ性能を容易にする第２の特別な誘電体層である。第７の層68は、裸のロジャーズ３００６の誘電体からも構成され得る。
【００３３】
第８の層70は、接合層としての役割を果たし、第７の誘電体層68の上で、上部の面取りされた誘電体32の下に配置される。第８の層70は、ロジャーズ３００１の接合フィルムによって実施され得る。この特定の実施形態において、上部の面取りされた誘電体32に対応する第９の層は、ロジャーズＴＭＭ４（Rogers TTM4）の裸の誘電体によって実施される。第１０の層71は、補強構造としての役割を果たし、第５の層64の上に、第７の層68および第６の層66に隣り合って配置される。補強する第１０の層71は、アルミニウムまたは当技術において知られている種々の材料から構成され得る。追加の補強層は、本発明の範囲から逸脱することなく、アンテナ10に加えられるか、または取り除かれ得る。
【００３４】
この特定の実施形態では、Ａｂｌｅｂｏｎｄ（商標）のような、導電性の接着剤72が、上部の面取りされた誘電体32内の円錐形の孔74において円錐アンテナ素子26を固定するために採用される。円錐アンテナ素子26は、同軸フィード伝送線路の中心導体56に接続されていることが示されている。同軸フィード伝送線路の中心導体56と円錐アンテナ素子26とは、1つの部品として実施されることができ、その場合は、同軸フィード伝送線路の中心導体56は、入力端部、すなわち、円錐アンテナ素子26の頂点端部24に接合される。同軸フィード伝送線路の中心導体56は、種々の層を貫通して延び、第１の層50内の中心の同軸フィード伝送線路の導体56においてストリップ線路の伝送線路の中心導体18に結合する。モード抑制孔44は、基層部分14のみを貫通して延びている。
【００３５】
図３は、図２のコンパクトな広帯域アンテナ10の分解組み立て図の断面図である。第１の層部分50は、第１のストリップ線路の接地平面の表面90と上部の中心ストリップ線路導体の表面76とを含んでいる。第１のストリップ線路の接地平面の表面90は、ニッケルでめっきされた銅のような金属から構成されている。上部の中心ストリップ線路導体の表面76は、本質的に誘電材料であるが、銅から作られ得る図２の導電性のストリップ線路の中心導体18を含んでいる。ストリップ線路の表面76および90は、ロジャーズ３００３の誘電体から構成され得る誘電性のコアによって支持される。
【００３６】
第３の層部分54は、導電性の接地平面の表面78を含み、これは、この実施形態では、ニッケルでめっきされた銅によって与えられている。接地平面の表面78は、誘電性のコアの上に形成され、誘電性のコアは、第３の層部分54の底部表面92も与えている。
【００３７】
接合層66、70によって離されている第５の層64と、第７の層68と、第９の面取りされた誘電体層32とは、ビーム整形およびアンテナ同調を容易にする層状の誘電体を表している。層の厚さおよび誘電率は、必要以上の実験のなしに、所与の応用の必要を満たすように、当業者によって調節され得る。
【００３８】
この特定の実施形態では、第５の層部分64および第７の層部分68は、約０．０２５インチの厚さである。面取りされた誘電体層32は、約０．２６インチの厚さである。放射素子26の中心線に対応する縦軸34は、金属の後部反射器28から約０．２インチのところに位置する。
【００３９】
接着剤72および円錐アンテナ素子26を収容する円錐形の孔74は、アンテナ素子26の縦軸34に対して約２７°の角度を付けられた側壁をもつ。この実施形態では、接地平面90、78は、約１５０マイクロインチの厚さのニッケルのオーバープレートが付された、少なくとも０．００１５インチの厚さの銅である。
【００４０】
中心導体56および外側導体82を収容する種々の伝送線路のフィード孔は、詰め物または誘電体を含み、外側導体82および中心導体56によって形成された同軸フィード伝送線路(図１の参照番号22を参照)を収容するのを容易にし得る。詰め物または誘電体の正確なタイプは、応用別であり、本発明の範囲から逸脱することなく、省かれ得る。
【００４１】
図４は、図２のコンパクトな広帯域アンテナ10の第１の層部分50の底部のストリップ線路の接地平面の表面90を示している。底部の接地平面の表面90は、めっきされたモード抑制孔44を含み、めっきされたモード抑制孔44は、中心同軸フィード部分22の周りに部分的に分散しており、フィード部分は、外側同軸フィード導体を通っている内側同軸フィード導体56の断面を示し、外側同軸フィード導体は、接地平面90によって与えられている。底部の接地平面の表面90は、標準の同軸ケーブルコネクタおよび付属のピン60を収容する同軸コネクタ孔58も含んでおり、これは、Ｃｏｒｎｉｎｇ ＧＰＯ ＲＦコネクタ（部品番号Ａ００８−Ｌ３５−０２）によって実施され得る。同軸コネクタ孔58は、図１および２の入力同軸コネクタ12の中心導体を収容する中心孔86を含んでいる。この実施形態では、接地平面の表面90は、少なくとも１５０マイクロインチの厚さのニッケルでオーバープレートされた、０．００１５インチの厚さの銅によって与えられる。
【００４２】
図５は、図２のコンパクトな広帯域アンテナ10の第１の層部分50の上部表面76を示している。上部表面76は、ストリップ線路の中心導体18を含んでおり、これは、同軸からストリップ線路への中心導体の遷移部16における中心同軸コネクタ孔86において、中心同軸ケーブルコネクタ(図１のピン60の中心ピンを参照)に接続する。ストリップ線路の中心導体18は、ストリップ線路から同軸への中心導体の遷移部84において、同軸フィード伝送線路22の中心導体56に接続する。
【００４３】
ストリップ線路の中心導体18は、第１のレッグ94を含み、これは、４５°のベベル100をもつ９０°のベンド98において、入れ子式レッグ96に接続している。入れ子式レッグ96は、より広い部分102を含み、より広い部分102は、より狭い部分104へ延びている。この特定の実施形態では、第１のレッグ94および入れ子式レッグ96のより広い部分102は、約０．０２６インチの幅であり、一方で、より狭い部分104は、約０．０２１インチの幅である。入れ子式部分96は、アンテナ同調を容易にする。
【００４４】
図６は、図２のコンパクトな広帯域アンテナ10の第３の層部分54の底部表面92を示している。底部表面92は、金属の壁で囲われたモード抑制孔44と、内側導体56をもつ同軸フィード伝送線路部分22とを含んでいる。表面92には、同軸コネクタ孔58も収められている。
【００４５】
図７は、図２のコンパクトな広帯域アンテナ10の第３の層部分54の上部の接地平面の表面78を示している。同軸コネクタ孔58およびモード抑制孔44は、上部の接地平面の表面78において終端している。同軸フィード部分22は、表面78を貫通して、図２の上部の面取りされた誘電体32まで延び、そこで終端している。円錐アンテナ素子26が中実または実質的に中空である具体化では、中心導体56は、円錐アンテナ素子26の頂点に接合されているか、または円錐アンテナ素子26内に部分的に延びている。
【００４６】
図８は、図２のコンパクトな広帯域アンテナ10と共に使用するのに適応した例示的な取り付けシステム110の図である。アンテナ10は、取り付けシステム110の表面に取り付けられ、アンテナ10からのエネルギ46が前方に放射して、システムの縦軸112にほぼ平行するように向けられる。取り付けシステム110は、全地球測位システム(Global Positioning System, GPS)アンテナ104のような、他のアンテナも収容し得る。取り付けシステム110は、そのレードームカバーが取り外された、発射される弾薬の正面端部を表している。
【００４７】
本明細書に開示された種々の実施形態では、ロジャーズ（Rogers）の材料が、熱の安定性を失うことなく、温度に耐える能力のために選択され、したがって、アンテナが熱で過度に膨張し、それによってアンテナを離調させるといった懸念を軽減している。Ｇ力の作用は、アルミニウムのスチフナ(図２の参照番号71を参照)でさらに軽減される。
【００４８】
当業者は、図１および２のアンテナ10は、全ての構成要素を大きさにおいて基準化し、一方で、構成要素の縦横比を維持することによって、より低い、またはより高い周波数で動作するようにされ得ることが分かるであろう。
【００４９】
したがって、本発明は、本明細書において、特定の応用のための特定の実施形態に関して記載された。当技術において普通の技能をもち、この教示にアクセスする者は、その範囲内における追加の変更、応用、および実施形態が分かるであろう。
【００５０】
したがって、本発明の範囲内における幾つかのおよび全てのこのような応用、変更、および実施形態をカバーすることが、特許請求項によって意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施形態にしたがうコンパクトな広帯域アンテナの図。
【図２】図１のコンパクトな広帯域アンテナのより詳細な分解組立図。
【図３】図２のコンパクトな広帯域アンテナの分解組立図の断面図。
【図４】図２のコンパクトな広帯域アンテナの第１の層部分の底部のストリップ線路の接地平面の表面を示す図。
【図５】図２のコンパクトな広帯域アンテナの第１の層部分の上部表面を示す図。
【図６】図２のコンパクトな広帯域アンテナの第３の層部分の底部表面を示す図。
【図７】図２のコンパクトな広帯域アンテナの第３の層部分の上部のストリップ線路の接地平面の表面を示す図。
【図８】図２のコンパクトな広帯域アンテナと共に使用するのに適応させられた例示的な取り付けシステムの図。
【符号の説明】
【００５２】
10・・・コンパクトな広帯域アンテナ、12・・・入力同軸アンテナ、14・・・基層部分、16,84・・・中心導体の遷移部、18・・・中心導体、20・・・フィード回路網、22・・・同軸フィード伝送線路、24・・・頂点、26,72・・・円錐アンテナ素子、27・・・側壁、28・・・後部反射器、30・・・層部分、32・・・誘電体、34,112・・・縦軸、36,38,40,42・・・切子面、44・・・モード抑制孔、46・・・ビーム、48・・・取り付け孔、50,52,54,62,64,66,68,70,71・・・層、56,82・・・導体、58,86・・・同軸コネクタ孔、60・・・付属ピン、74・・・円錐形の孔、76,78・・・上部表面、90,92・・・底部表面、94,96・・・レッグ、98・・・曲がり、100・・・ベベル、102・・・より広い部分、104・・・より狭い部分、110・・・取り付けシステム。
【図１】
2007536811.tif 000003
【図２】
2007536811.tif 000004
【図３】
2007536811.tif 000005
【図４】
2007536811.tif 000006
【図５】
2007536811.tif 000007
【図６】
2007536811.tif 000008
【図７】
2007536811.tif 000009
【図８】
2007536811.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成18年12月4日(2006.12.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力電磁エネルギを受け取る第１の手段と、
前記入力電磁エネルギを受け取ると、放射電磁エネルギを与える第２の手段であって、前記放射電磁エネルギが円錐アンテナ素子を介して与えられる、第２の手段と、
前記放射電磁エネルギを特定の方向に方向付ける第３の手段であって、前記第３の手段が、前記第２の手段の後ろに選択的に配置された後部反射器を含み、したがって、前記アンテナ素子の縦軸が、前記後部反射器にほぼ平行し、後方に反射されたエネルギを前記第２の手段の前方へ反射し、それによって、反射された電磁エネルギを、第２の手段から前方に放射されたエネルギと同位相で結合させる第３の手段とを含むコンパクトな広帯域アンテナ。
【請求項２】
前記第３の手段が、誘電材料の複数の層をさらに含む請求項１記載のシステム。
【請求項３】
誘電材料の前記複数の層の１つ以上が、前記第２の手段の角度を付けられた放射表面を部分的に取り囲んでいる請求項２記載のシステム。
【請求項４】
前記円錐アンテナ素子が、誘電材料の第１の層によって支持され、部分的に取り囲まれている請求項１記載のシステム。
【請求項５】
前記円錐アンテナ素子の上部部分が、誘電材料を欠いている請求項４記載のシステム。
【請求項６】
誘電材料の前記第１の層が、１つ以上の傾斜をつけられた表面を含む請求項４記載のシステム。
【請求項７】
前記第１の手段が、同軸フィード伝送線路またはワイヤに結合された入力ストリップ線路の伝送線路をもつアンテナフィードを含み、同軸フィード伝送線路またはワイヤが、前記円錐アンテナ素子の頂点に結合されている請求項４記載のシステム。
【請求項８】
前記ストリップ線路の伝送線路が、先細部分をもつ中心導体を含む請求項７記載のシステム。
【請求項９】
前記ストリップ線路の伝送線路が、上部接地平面と底部接地平面との間に誘電材料を含み、前記誘電材料が、ストリップ線路の中心導体を収容している請求項８記載のシステム。
【請求項１０】
前記上部接地平面と前記底部接地平面との間の前記誘電材料が、そこを貫通しているアンテナ同調孔を含む請求項９記載のシステム。
【請求項１１】
前記アンテナ同調孔が、前記ストリップ線路の中心導体と前記同軸フィード伝送線路またはワイヤとの間の遷移部を部分的に取り囲んでいる請求項１０記載のシステム。
【請求項１２】
前記上部接地平面と前記第１の誘電体層との間に第２の誘電体層をさらに含む請求項９記載のシステム。
【請求項１３】
アンテナが取り付けられている取り付けシステムをさらに含むシステムであって、前記取り付けシステムが、前記アンテナによって伝送された放射とほぼ平行している縦軸をもつ請求項７記載のシステム。
【請求項１４】
前記後部反射器が、指向性ビームを生成するように、前記円錐素子に関係して配置されている請求項１記載のシステム。
【請求項１５】
アンテナフィードと、
前記アンテナフィードに通じている実質的に円錐のアンテナ素子と、
前記円錐アンテナ素子を支持し、前記アンテナフィードを収容している１つ以上の層状の誘電体と、
前記円錐アンテナ素子の縦軸にほぼ平行して配置されていて、前記アンテナの前方に向いている反射表面をもつ後部反射器とを含むコンパクトな広帯域アンテナ。
【請求項１６】
前記１つ以上の層状の誘電材料が、そこを貫通している１つ以上のアンテナ同調孔を含む請求項１５記載のシステム。
【請求項１７】
前記アンテナフィードが、前記同軸フィード伝送線路を含み、円錐アンテナ素子の頂点に接続する請求項１６記載のシステム。
【請求項１８】
前記アンテナフィードが、前記層状の誘電体の1つ以上によって支持されているストリップ線路の伝送線路を含み、前記ストリップ線路の伝送線路が、入力伝送線路と前記同軸フィード伝送線路との間に接続されている請求項１７記載のシステム。
【請求項１９】
縦軸をもつ円錐アンテナ素子と、
前記アンテナ素子のフィード端部に接続されたアンテナフィード部分と、
前記アンテナ素子に関係して配置された構造であって、前記アンテナフィード部分へ入力されたフィード信号に応答して、伝送ビームを、前記縦軸に垂直な成分をもつ方向に方向付けることを容易にする構造と、
前記アンテナ素子の前記縦軸にほぼ平行な表面をもつ後部反射器とを含むコンパクトな指向性アンテナ。
【請求項２０】
前記アンテナ素子が、前記アンテナ素子のフィード端部から前記アンテナ素子の開放端部へ向かって直径が大きくなる直径をもつ請求項１９記載のシステム。
【請求項２１】
前記アンテナ素子が、前記縦軸に関してほぼ対称である請求項２０記載のシステム。
【請求項２２】
前記アンテナ素子が、誘電材料によって支持されている導電性の壁を含む請求項２０記載のシステム。
【請求項２３】
前記後部反射器が、前記誘電材料によって支持されている請求項２２記載のシステム。
【請求項２４】
前記誘電材料が、希望の帯域内におけるアンテナ同調を容易にし、前記ビームを希望の方向に方向付けることを容易にするのに十分な層状の誘電体の混合物を含む請求項２３記載のシステム。
【請求項２５】
前記アンテナ素子が、中実の円錐構造を含む請求項２３記載のシステム。
【請求項２６】
前記中実の円錐構造が、銅を含む請求項２５記載のシステム。
【請求項２７】
前記アンテナ素子が、中空の円錐構造の頂点の近くに前記フィード端部を、前記中空の円錐構造の反対側の端部に前記開放端部をもつ前記中空の円錐構造を含む請求項２３記載のシステム。
【請求項２８】
前記円錐構造が、ニッケルでめっきされた、または銅の、あるいはこの両者の表面を含む請求項２７記載のシステム。
【請求項２９】
前記後部反射器が、ニッケルでめっきされた、または銅の、あるいはこの両者の表面を含む請求項２７記載のシステム。
【請求項３０】
前記アンテナフィードが、第１のフィード層上に配置された同軸からストリップ線路への遷移部を含む請求項２７記載のシステム。
【請求項３１】
前記第１のフィード層の上部に配置された１つ以上の追加の層をさらに含むシステムであって、前記１つ以上の追加の層が、ストリップ線路からの電磁エネルギを前記アンテナ素子へ結合するのに十分な1つ以上の孔をその中にもつ請求項３０記載のシステム。
【請求項３２】
前記１つ以上の追加の層が、１つ以上の誘電体層を含む請求項３１記載のシステム。
【請求項３３】
前記アンテナが取り付けられる取り付けシステムをさらに含むシステムであって、前記アンテナの傾斜をつけられた出力切子面が、前記取り付けシステムの先端へ向かって、前記取り付けシステムの縦軸にほぼ平行に送るように、前記アンテナが取り付けられる請求項３２記載のシステム。
【請求項３４】
電磁エネルギを放射する方法であって、
入力電磁エネルギを受け取るステップと、
前記入力電磁エネルギを受け取ると、放射電磁エネルギを与えるステップであって、前記放射電磁エネルギが、フィード端部からその開放端部へ向かって大きくなる直径をもつユニタリーアンテナ素子を介して与えられるステップと、
前記放射電磁エネルギを所定の方向に方向付けるステップとを含む方法。
【請求項３５】
入力電磁エネルギを受け取る第１の手段と、
前記入力電磁エネルギを受け取ると、放射電磁エネルギを与える第２の手段であって、前記放射電磁エネルギが、フィード端部からその開放端部へ向かって大きくなる直径をもつユニタリーアンテナ素子を介して与えられる第２の手段とを含むコンパクトな広帯域アンテナ。
【請求項３６】
前記放射電磁エネルギを特定の方向に方向付ける第３の手段をさらに含む請求項３５記載のアンテナ。
【請求項３７】
前記第３の手段が、前記アンテナ素子から放射されたエネルギを、その縦軸に対して直角の方向に反射するように取り付けられた後部反射器を含む請求項３６記載のアンテナ。
【請求項３８】
前記アンテナ素子が円錐である請求項３５記載のアンテナ。
【請求項３９】
前記アンテナ素子がパラボラである請求項３５記載のアンテナ。
【請求項４０】
前記アンテナ素子が台形である請求項３５記載のアンテナ。
【請求項４１】
前記アンテナ素子が中実である請求項３５記載のアンテナ。
【請求項４２】
前記アンテナ素子が中空である請求項３５記載のアンテナ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４６】
図８は、図２のコンパクトな広帯域アンテナ10と共に使用するのに適応した例示的な取り付けシステム110の図である。アンテナ10は、取り付けシステム110の表面に取り付けられ、アンテナ10からのエネルギ46が前方に放射して、システムの縦軸112にほぼ平行するように向けられる。取り付けシステム110は、全地球測位システム(Global Positioning System, GPS)アンテナ114のような、他のアンテナも収容し得る。取り付けシステム110は、そのレードームカバーが取り外された、発射される弾薬の正面端部を表している。
【国際調査報告】
2007536811.tif 000011
2007536811.tif 000012
2007536811.tif 000013