(57)【要約】【課題】フェーズドアレイアンテナ用のユニットセルについて説明する。【解決手段】ユニットセルは、フェーズドアレイアンテナを形成するために使用される、複数のダイポールアンテナを含む。特に、フェーズドアレイアンテナを形成するユニットセルは、そのそれぞれが、基板の表面に形成された複数のダイポールアンテナを含み、ダイポールアンテナは、集合的に三角形を形成するように配置される。複数のユニットセルは、ほぼどのような所望のサイズにもなる三角格子のアレイ、および開口を形成するように互いに連結してもよく、これにより、フェーズドアレイアンテナを設計するときに、ＲＦ技術者が、多種多様な性能目標を自由に実現することが可能になる。【選択図】図２
2019193264.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのユニットセルであって、
第１の表面を有する基板を含む、ユニットセルと、
集合的に三角形を形成するように前記第１の表面に配置された、複数のダイポールアンテナと
を備える、フェーズドアレイアンテナ。
【請求項２】
前記複数のダイポールアンテナが、第１のダイポールアンテナ、第２のダイポールアンテナ、および第３のダイポールアンテナを含み、
前記少なくとも１つのユニットセルが、
前記第１のダイポールアンテナに電気的に結合された、第１の無線周波（ＲＦ）供給線と、
前記第２のダイポールアンテナに電気的に結合された、第２のＲＦ供給線と、
前記第３のダイポールアンテナに電気的に結合された、第３のＲＦ供給線と
をさらに含む、
請求項１に記載のフェーズドアレイアンテナ。
【請求項３】
前記複数のダイポールアンテナが、
第１の線に沿って配置された、第１のアンテナ素子および第２のアンテナ素子を有する、第１のダイポールアンテナと、
第２の線に沿って配置された、第１のアンテナ素子および第２のアンテナ素子を有する、第２のダイポールアンテナであって、前記第２の線と前記第１の線とが、６０度の角度で交差する、第２のダイポールアンテナと、
第３の線に沿って配置された、第１のアンテナ素子および第２のアンテナ素子を有する、第３のダイポールアンテナであって、前記第３の線と、前記第１の線および前記第２の線のそれぞれとが６０度の角度で交差する、第３のダイポールアンテナと
を含む、請求項１に記載のフェーズドアレイアンテナ。
【請求項４】
前記基板が、
前記第１の表面に対向する第２の表面であって、前記第２の表面が金属膜を有する、第２の表面と、
前記金属膜と、前記第１のダイポールアンテナ、前記第２のダイポールアンテナ、および前記第３のダイポールアンテナのそれぞれの前記第１のアンテナ素子との間の、第１の電気接続と、
前記第１のダイポールアンテナ、前記第２のダイポールアンテナ、および前記第３のダイポールアンテナのそれぞれの前記第２のアンテナ素子に対する、第２の電気接続と
をさらに含む、請求項３に記載のフェーズドアレイアンテナ。
【請求項５】
前記金属膜が、前記第１のダイポールアンテナ、前記第２のダイポールアンテナ、および前記第３のダイポールアンテナ用のグランドプレーンを含み、
前記第２の電気接続が、前記第１のダイポールアンテナ、前記第２のダイポールアンテナ、および前記第３のダイポールアンテナ用の無線周波（ＲＦ）供給線を含む、
請求項４に記載のフェーズドアレイアンテナ。
【請求項６】
前記基板が、プリント基板（ＰＣＢ）を含む、
請求項４に記載のフェーズドアレイアンテナ。
【請求項７】
前記第１の電気接続が、
前記第１のダイポールアンテナ、前記第２のダイポールアンテナ、および前記第３のダイポールアンテナのそれぞれの前記第１のアンテナ素子を、前記ＰＣＢの前記第２の表面の前記金属膜に電気接続する、前記ＰＣＢの前記第１の表面と、前記ＰＣＢの前記第２の表面との間の第１の組のビア
を含む、請求項６に記載のフェーズドアレイアンテナ。
【請求項８】
前記第２の電気接続が、
前記第１のダイポールアンテナ、前記第２のダイポールアンテナ、および前記第３のダイポールアンテナのそれぞれの前記第２のアンテナ素子に電気接続され、前記ＰＣＢの前記第２の表面の前記金属膜から電気的に隔離される、前記ＰＣＢの前記第１の表面と、前記ＰＣＢの前記第２の表面との間の第２の組のビア
を含む、請求項６に記載のフェーズドアレイアンテナ。
【請求項９】
三角格子を有する密結合ダイポールアレイ（Ｔｉｇｈｔｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｉｐｏｌｅ  Ａｒｒａｙ、ＴＣＤＡ）を形成するようにアレイ状に配置された、少なくとも１つの前記ユニットセルを複数、
さらに含む、請求項１に記載のフェーズドアレイアンテナ。
【請求項１０】
フェーズドアレイアンテナ用のユニットセルを製造する方法であって、前記方法が、
第１の表面と、前記第１の表面に対向する第２の表面とを有する、基板を取得するステップと、
集合的に三角形を形成するように配置された前記第１の表面に、複数のダイポールアンテナを形成するステップと
を含む、方法。
【請求項１１】
前記複数のダイポールアンテナを形成するステップが、
前記第１の表面に、第１のダイポールアンテナ、第２のダイポールアンテナ、および第３のダイポールアンテナを形成するステップ
をさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１のダイポールアンテナに電気的に結合する、第１の無線周波（ＲＦ）供給線を製造するステップと、
前記第２のダイポールアンテナに電気的に結合する、第２のＲＦ供給線を製造するステップと、
前記第３のダイポールアンテナに電気的に結合する、第３のＲＦ供給線を製造するステップと
をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記複数のダイポールアンテナを形成するステップが、
第１の線に沿って配置された、第１のアンテナ素子と、第２のアンテナ素子とを有する、第１のダイポールアンテナを形成するステップと、
第２の線に沿って配置された、第１のアンテナ素子と、第２のアンテナ素子とを有する、第２のダイポールアンテナであって、前記第２の線と前記第１の線とが、６０度の角度で交差する、第２のダイポールアンテナを形成するステップと、
第３の線に沿って配置された、第１のアンテナ素子と、第２のアンテナ素子とを有する、第３のダイポールアンテナであって、前記第３の線と、前記第１の線および前記第２の線のそれぞれとが６０度の角度で交差する、第３のダイポールアンテナを形成するステップと
をさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記第２の表面の金属膜と、前記第１のダイポールアンテナ、前記第２のダイポールアンテナ、および前記第３のダイポールアンテナのそれぞれの前記第１のアンテナ素子との間に、第１の電気接続を形成するステップと、
前記第１のダイポールアンテナ、前記第２のダイポールアンテナ、および前記第３のダイポールアンテナのそれぞれの前記第２のアンテナ素子に対して、第２の電気接続を形成するステップと
をさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記金属膜が、前記第１のダイポールアンテナ、前記第２のダイポールアンテナ、および前記第３のダイポールアンテナ用のグランドプレーンを含み、
前記第２の電気接続が、前記第１のダイポールアンテナ、前記第２のダイポールアンテナ、および前記第３のダイポールアンテナ用の無線周波（ＲＦ）供給線
を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記基板を取得するステップが、
プリント基板（ＰＣＢ）を取得するステップ
をさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１の電気接続を形成するステップが、
前記第１のダイポールアンテナ、前記第２のダイポールアンテナ、および前記第３のダイポールアンテナのそれぞれの前記第１のアンテナ素子を、前記ＰＣＢの前記第２の表面の前記金属膜に電気接続する、前記ＰＣＢの前記第１の表面と、前記ＰＣＢの前記第２の表面との間の第１の組のビアを製造するステップ
を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記第２の電気接続を形成するステップが、
前記第１のダイポールアンテナ、前記第２のダイポールアンテナ、および前記第３のダイポールアンテナのそれぞれの前記第２のアンテナ素子に電気接続され、前記ＰＣＢの前記第２の表面の前記金属膜から電気的に隔離される、前記ＰＣＢの前記第１の表面と、前記ＰＣＢの前記第２の表面との間の第２の組のビアを製造するステップ
を含む、請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示はフェーズドアレイの分野に関し、特に、ユニットセルアンテナのアレイで形成されたフェーズドアレイアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
フェーズドアレイは、多数のアンテナ素子を含む電磁アンテナシステムであり、ビーム形成を行う、アンテナ素子に接続された電子機器を伴う。アンテナ素子は、通常はアンテナ開口内の規則的なグリッドに配置される。
【０００３】
フェーズドアレイが受信モードのときは、各アンテナ素子は上り信号から一部の無線周波（ＲＦ）エネルギーを捕捉し、ＲＦエネルギーを、電子機器に供給される個別の電気信号に変換する。電子機器は、特定の方向から到達する信号に特に有利な空間フィルタを生成するために、個別の電気信号に対して、再構成可能な利得および位相の遅延を利用する。この有利な方向はそのビームのルック角（ｌｏｏｋ  ａｎｇｌｅ）を表し、ビームの形状は、個別の電気信号に適用される重み係数に基づいて調節可能である。
【０００４】
フェーズドアレイが送信モードのときは、電子機器によって生成された電気信号がアンテナ素子に供給され、これにより電気信号が放射エネルギーに変換される。制御電子機器は、アンテナ素子間の位相関係を変化させ、その結果、個別のアンテナ素子からきた電波が足し合わされて望ましい方向への放射が増加する一方で、望ましくない方向への放射は、抑制するように相殺される。
【０００５】
現在の解決策の１つは、比較的大きくて狭帯域の導波管を使用することであって、フェーズドアレイアンテナの開口を形成するために、円形の断面を有している。しかしながら、この解決策、その他既存の解決策では、走査中に超広帯域幅に対応できず、また現在開発中の一部用途の、他の要件に対応することができない。
【０００６】
したがって、今日使用されている超広帯域用途を支援するために、フェーズドアレイアンテナに改善の余地があることは明らかである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
フェーズドアレイアンテナ用のユニットセルについて説明する。ユニットセルは、フェーズドアレイアンテナのアレイを形成するために使用される、複数のダイポールアンテナを含む。特に、フェーズドアレイアンテナを形成するユニットセルは、そのそれぞれが、基板の表面に形成された複数のダイポールアンテナを含み、ダイポールアンテナは、集合的に三角形を形成するように配置される。複数のユニットセルは、ほぼどのような所望のサイズにもなる三角格子のアレイ、およびアンテナ開口を形成するように互いに連結してもよく、これにより、フェーズドアレイアンテナを設計するときに、ＲＦ技術者が、多種多様な性能目標を自由に実現することが可能になる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
１つの実施形態は、少なくとも１つのユニットセルを含む、フェーズドアレイアンテナを備える。少なくとも１つのユニットセルは、第１の表面を有する基板と、集合的に三角形を形成するように第１の表面に配置された、複数のダイポールアンテナとを含む。
【０００９】
別の実施形態は、フェーズドアレイアンテナのユニットセルを製造する方法を含む。本方法は、第１の表面と、第１の表面に対向する第２の表面とを有する、基板を取得するステップを含む。本方法は、第１の表面に、集合的に三角形を形成するように配置された複数のダイポールアンテナを形成するステップをさらに含む。
【００１０】
別の実施形態は、フェーズドアレイアンテナを含む。フェーズドアレイアンテナは、三角格子を有する密結合ダイポールアレイ（Ｔｉｇｈｔｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｉｐｏｌｅ  Ａｒｒａｙ、ＴＣＤＡ）を形成するように配置された、複数のユニットセルを含む。各ユニットセルは、第１の表面を有する基板と、集合的に三角形を形成するように第１の表面に配置された、複数のダイポールアンテナとを含む。
【００１１】
これまで述べてきた形態、機能、および利点は、種々の実施形態において別個独立に達成することができ、あるいは以下の説明および図面を参照してさらなる詳細を見ることができる、さらに別の実施形態で組み合わせることができる。
【００１２】
ここでいくつかの実施形態について、添付の図面を参照しながら、単なる例として説明する。全ての図面において、同一の参照符号は同一の要素、または同種の要素を表す。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】例示的な実施形態における、フェーズドアレイアンテナを有する航空機の移動プラットフォームを示す。
【図２】例示的な実施形態における、フェーズドアレイアンテナのユニットセルを示す。
【図３】例示的な実施形態における、フェーズドアレイアンテナを形成する複数のユニットセルを示す。
【図４】例示的な実施形態における、フェーズドアレイアンテナのユニットセルを製造する方法を示す。
【図５】例示的な実施形態における、図４の方法のステップを実行した結果を示す。
【図６】例示的な実施形態における、図４の方法のステップを実行した結果の別の図を示す。
【図７】例示的な実施形態における、図４の方法の別のステップを示す。
【図８】例示的な実施形態における、図７で説明した別のステップを実行した結果を示す。
【図９】例示的な実施形態における、図４の方法の別のステップを示す。
【図１０】例示的な実施形態における、図９で説明した別のステップを実行した結果を示す。
【図１１】例示的な実施形態における、図４の方法の別のステップを示す。
【図１２】例示的な実施形態における、図１１で説明した別のステップを実行した結果を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図面と以下の説明は、特定の例示的な実施形態を示す。当業者であれば、本明細書で明示的に説明または図示されていなくとも、本明細書で説明する原理を具体化し、本明細書に続く請求項の考えられる範囲内に含まれる、さまざまな配置を考案できることは理解されよう。さらに、本明細書で説明する例はいずれも、本開示の原理を理解する一助となることが意図されており、本開示の原理を限定するものではないと解釈されるべきである。結果として、本開示は、以下で説明する特定の実施形態または例に限定されるものではなく、請求項およびその均等物によって限定される。
【００１５】
フェーズドアレイは、機械式ではなく、電子的で迅速なビームステアリングが可能なため、従来の機械式走査アンテナよりも受け入れられるようになってきている。「フェーズドアレイ」および「電子走査アレイ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｌｌｙ  Ｓｃａｎｎｅｄ  Ａｒｒａｙ、ＥＳＡ）」という用語は、しばしば置き換え可能に用いられる。旧世代のフェーズドアレイは、パッシブ電子走査アレイ（Ｐａｓｓｉｖｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｌｌｙ  Ｓｃａｎｎｅｄ  Ａｒｒａｙ、ＰＥＳＡ）として実装された。ＰＥＳＡでは、フェーズドアレイ内のアンテナ素子は、調節可能な移相器を介して単一の送信機、および／または受信機に接続される。
【００１６】
現代の電子機器の発達によって、アクティブ電子走査アレイ（Ａｃｔｉｖｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｌｌｙ  Ｓｃａｎｎｅｄ  Ａｒｒａｙ、ＡＥＳＡ）が開発され、これは、フェーズドアレイの各アンテナ素子に通信可能に結合された、ソリッドステートの送受信モジュール（ＴＲＭ）を使用する。単一の電源に接続された移相器を用いるＰＥＳＡと比較して、ＴＲＭの使用は、フェーズドアレイの個々の放射素子で位相、利得、および周波数を制御することを可能にする。ＡＥＳＡは、ＰＥＳＡのより高性能なバージョンと考えられている。ＰＥＳＡは、一度に１つの電波のビームを１つの周波数で放射できるのみであるが、ＡＥＳＡは、複数の電波のビームを複数の周波数で同時に放射することができる。最も現代的な航空機は、ＡＥＳＡを用いたレーダーシステムを実装している。
【００１７】
レーダーはフェーズドアレイの一用途であるが、他の用途に、無線通信および電子戦（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｗａｒｆａｒｅ、ＥＷ）が含まれ得る。フェーズドアレイは、アンテナを機械的に動かすことなくビーム形成を行う性能により、移動プラットフォームに双方向通信機能を持たせるのに有用である。例えば、飛行中の航空機は、アンテナを機械的に動かすのではなく、フェーズドアレイアンテナを電子的にステアリングして衛星を追跡することによって、１つ以上の衛星と通信するためにフェーズドアレイアンテナを使用してもよい。航空機の飛行中は、従来のアンテナの機械的ステアリングではなく、フェーズドアレイの電子的ステアリングを用いて、航空機のピッチ、ヨー、およびロールを電子的に相殺することができる。これにより、データ接続の信頼性が向上する。ＥＷの用途において、フェーズドアレイは、標的に向けたビーム形成を使用する、ジャマーとして動作することができる。超広帯域は、周波数が異なる標的に関する、別の機能を提供する。シグナルインテリジェンス（ＳｉｇＩｎｔ）などの受信専用モードにおいて、超広帯域は、より広範な周波数スペクトルにわたって対象となる信号をカバーする。
【００１８】
フェーズドアレイは、フェーズドアレイの設計、および無線周波（ＲＦ）回路の統合に柔軟性を与えるＰＣＢ製造技術を用いて、ますます実装されるようになってきている。場合によっては、フェーズドアレイのユニットセルは、アンテナ素子を含むＰＣＢで形成される。このようなユニットセルは、ＰＣＢのアレイを形成するように所望通りに結合されてもよく、これによって、フェーズドアレイの形状に柔軟性を持たせることが可能になる。しかしながら、超広帯域（ｕｌｔｒａ−ｗｉｄｅｂａｎｄ、ＵＷＢ）用途におけるフェーズドアレイの既存のユニットセルは長方形格子を使用しており、さまざまな形状のフェーズドアレイを実装する柔軟性に欠ける。フェーズドアレイアンテナをより広い周波数帯で動作させることが可能な、ＵＷＢ対応セルを使用したフェーズドアレイが望まれている。例えば、ＵＷＢフェーズドアレイは、高帯域通信、ＵＷＢレーダー実装、およびＵＷＢ  ＥＷ実装において有用な場合がある。
【００１９】
本明細書で説明する実施形態では、フェーズドアレイアンテナを形成するように組み合わされると三角格子を実装する、三角形のダイポール構成を使用したユニットセルが説明される。ＵＷＢフェーズドアレイに三角格子を使用することにより、グレイティングローブのない最大値を制限できる可能性を犠牲にすることなく、ユニットセルのサイズを、長方形のアレイよりも約１５％大きくすることが可能になる。また、三角格子のフェーズドアレイアンテナは、ユニットセルのサイズが大きいことにより、ミリ波長での電子的統合により適している。また、三角格子のフェーズドアレイアンテナを使用することにより、非長方形のアンテナ開口を形成するための柔軟性もより高まり、これは、サイドローブレベルの標的に到達する能力、交差偏波を低減する能力、ならびに走査野および／または観察視野にわたって他のパラメータを高める能力を含む、ＲＦ性能を高めるために使用されてもよい。接続アレイ、または密結合アレイ（Ｔｉｇｈｔｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ａｒｒａｙ、ＴＣＡ）などの他の解決策は、走査中に超広帯域幅に対応できるが、通常は、より望ましい三角格子ではなく、長方形、または正方形のアレイ格子に依存している。本開示では、走査中の超広帯域幅と、三角格子とを組み合わせる。三角格子の利点として、ユニットセルのサイズを大きくできることによるＲＦパッケージングの低減、交差偏波または走査時の軸比性能の向上が含まれる。
【００２０】
図１は、例示的な実施形態における、フェーズドアレイアンテナ１０２を有する移動プラットフォーム１００を示す。この実施形態では、移動プラットフォーム１００は特定の構成を有する航空機であるが、他の実施形態では、移動プラットフォーム１００は、有人および無人の両方を含み、所望通りの異なる構成を有する、他の航空機が含まれてもよい。移動プラットフォーム１００は、所望に応じて、ドローン、ミサイル、ビークル、固定された通信設備、携帯用通信機器などを含んでもよい。したがって、図１の移動プラットフォーム１００に関する特定の図は、単に考察する目的で示されているに過ぎない。
【００２１】
この実施形態では、移動プラットフォーム１００は、フェーズドアレイアンテナ１０２を使用して１つ以上の衛星１０４と通信するが、他の実施形態では、フェーズドアレイアンテナ１０２は、ＣＤＬ（Ｃｏｍｍｏｎ  Ｄａｔａ  Ｌｉｎｋ）プロトコルを使用する他のエンティティと通信するために使用されてもよい。この実施形態では、フェーズドアレイアンテナ１０２は、移動プラットフォーム１００と、（複数の）衛星１０４との間に双方向通信リンクを設ける。例えば、フェーズドアレイアンテナ１０２は、移動プラットフォーム１００に高速双方向データサービスを提供するために、Ｋａバンドで（複数の）衛星１０４と通信してもよく、これは、２６．５ＧＨｚ〜４０ＧＨｚの周波数をカバーする。（複数の）衛星１０４によって提供され得るＫａバンドデータサービスの一例には、インマルサットＧｌｏｂａｌ  Ｘｐｒｅｓｓ（ＧＸ）プログラムが含まれる。他の実施形態では、フェーズドアレイアンテナ１０２は、レーダー（ＵＷＢレーダーなど）、またはＥＷ（ＵＷＢ  ＥＷなど）を実装するために使用されてもよい。本明細書で説明する実施形態において、フェーズドアレイアンテナ１０２は複数のユニットセルで形成され、これは、フェーズドアレイアンテナ１０２の基本的なアンテナユニットを形成する。特に、ユニットセルは、正三角形を形成するように基板の表面に配置された複数のダイポールアンテナを含む。一般に、本明細書で説明するユニットセルは、フェーズドアレイアンテナのＲＦ構築ブロックである。例えば、ユニットセルがＰＣＢに実装されている場合は、ユニットセルを形成している個別のＰＣＢが、フェーズドアレイアンテナを形成するようにアレイ状に配置されてもよい。
【００２２】
図２は、例示的な実施形態における、フェーズドアレイアンテナ（例えば、フェーズドアレイアンテナ１０２）のユニットセル２０２を示す。この実施形態では、ユニットセル２０２は、基板５０２に形成された、集合的に三角形を形成するダイポールアンテナ２０４〜２０６を含む。ダイポールアンテナ２０４は、線２０４−３に沿って配置されギャップ２０４−４によって分離された、アンテナ素子２０４−１、およびアンテナ素子２０４−２を含む。アンテナ素子２０４−１は、ギャップ２０４−４に近接する部分２０４−５と、ギャップ２０４−４から遠い部分２０４−６とを含む。部分２０４−６は、基板５０２の外周２０１に近接し、かつ先細になっている。アンテナ素子２０４−２は、ギャップ２０４−４の近位にある部分２０４−７と、ギャップ２０４−４から遠位にある部分２０４−８とを含む。部分２０４−８は、基板の外周２０１に近接し、かつ先細になっている。
【００２３】
ダイポールアンテナ２０５は、線２０５−３に沿って配置されギャップ２０５−４によって分離された、アンテナ素子２０５−１、およびアンテナ素子２０５−２を含む。アンテナ素子２０５−１は、ギャップ２０５−４に近接する部分２０５−５と、ギャップ２０５−４から遠い部分２０５−６とを含む。部分２０５−６は、基板５０２の外周２０１に近接し、かつ先細になっている。アンテナ素子２０５−２は、ギャップ２０５−４の近位にある部分２０５−７と、ギャップ２０５−４から遠位にある部分２０５−８とを含む。部分２０５−８は、基板の外周２０１に近接し、かつ先細になっている。線２０４−３と線２０５−３とは、６０度の角度２０５−９で交差する。部分２０４−８と、部分２０５−６とは、ギャップ２０５−１０で離間される。
【００２４】
ダイポールアンテナ２０６は、線２０６−３に沿って配置されギャップ２０６−４によって分離された、アンテナ素子２０６−１、およびアンテナ素子２０６−２を含む。アンテナ素子２０６−１は、ギャップ２０６−４の近位にある部分２０６−５と、ギャップ２０６−４から遠位にある部分２０６−６とを含む。部分２０６−６は、基板５０２の外周２０１に近接し、かつ先細になっている。アンテナ素子２０６−２は、ギャップ２０６−４の近位にある部分２０６−７と、ギャップ２０６−４から遠位にある部分２０６−８とを含む。部分２０６−８は、基板の外周２０１に近接し、かつ先細になっている。線２０６−３と線２０５−３とは、６０度の角度２０６−９で交差する。部分２０５−８と、部分２０６−６とは、ギャップ２０６−１０で離間される。線２０６−３と線２０４−３とは、６０度の角度２０４−９で交差する。また、部分２０４−６と、部分２０６−８とは、ギャップ２０４−１０で離間される。
【００２５】
図３は、例示的な実施形態における、フェーズドアレイアンテナ１０２を形成する複数のユニットセル２０２を示す。図３は、フェーズドアレイアンテナ１０２の１つの可能な構成を示し、ユニットセル２０２の非長方形のアレイである。しかしながら、ユニットセル２０２を結合して、フェーズドアレイアンテナ１０２用の複数の異なるアレイ構成にする柔軟性によって、当業者には理解されるように、異なるアレイ構成が所望通りに実装されてもよい。ユニットセル２０２が、図３に示すようにアレイ状に編成されると、ユニットセル２０２は、密結合ダイポールアレイ（ＴＣＤＡ）を形成する。例えば、ユニットセル２０２−１とユニットセル２０２−２とは、互いに近接している。ユニットセル２０２−１はダイポールアンテナ３０２を含み、ユニットセル２０２−２はダイポールアンテナ３０３を含む。ダイポールアンテナ３０２は、ダイポールアンテナ３０３に端部結合される。特に、ダイポールアンテナ３０２のアンテナ素子３０２−１は、ダイポールアンテナ３０３のアンテナ素子３０３−１に電磁的に結合される。この工程が、同様のアンテナ素子の対に対して繰り返される。
【００２６】
図４は、例示的な実施形態における、フェーズドアレイアンテナのユニットセルを製造する方法４００を示す。方法４００は、図２に示すユニットセル２０２に関して説明するが、代替的な実施形態において、方法４００はユニットセル２０２の他の構成に適用されてもよい。本明細書で説明する方法のステップは、図示されていない他のステップを含む場合がある。また、ステップは、異なる順序で行われてもよく、かつ／または代替的な実施形態と組み合わされてもよい。
【００２７】
方法４００のステップ４０２は、第１の表面と、第１の表面に対向する第２の表面とを有する、基板を取得するステップを含む（例えば、誘電体基板を取得する）。例えば、基板は、ダイポールアンテナ２０４〜２０６を形成するためにエッチングされた、第１の表面に金属膜を有する、プリント基板（ＰＣＢ）を含んでもよい。しかしながら、基板は所望に応じて他の材料を含んでもよい。図５は、例示的な実施形態における、第１の表面５０４と、第１の表面５０４に対向する第２の表面５０６とを含む、基板５０２を示す。方法４００のステップ４０４は、第１の表面５０４に、集合的に三角形を形成するように配置された複数のダイポールアンテナを形成するステップを含む。図６は、例示的な実施形態における、第１の表面５０４に形成されたダイポールアンテナ２０４〜２０６を含む、基板５０２を示す。ダイポールアンテナ２０４〜２０６を製造するステップは、基板５０２の第１の表面５０４にダイポールアンテナ２０４〜２０６を形成または製造するのに用いられる、堆積工程、エッチング工程などを含んでもよい。例えば、基板５０２がＰＣＢを含む場合、ダイポールアンテナ２０４〜２０６を製造するステップは、基板５０２の第１の表面５０４に適用された金属膜をエッチングするステップを含んでもよい。
【００２８】
図７は、例示的な実施形態における、方法４００の別のステップを示す。ステップ７０２〜７０６において、ダイポールアンテナ２０４〜２０７に電気的に結合される、ＲＦ供給線がユニットセル２０２用に製造される。ＲＦ供給線は、ダイポールアンテナ２０４〜２０７に電気信号を供給するのに使用されてもよく、これによりダイポールアンテナ２０４〜２０７は送信モードで動作するようになる。ＲＦ供給線は、ダイポールアンテナ２０４〜２０７から電気信号を受信するのに使用されてもよく、これによりダイポールアンテナ２０４〜２０７は受信モードで動作するようになる。図８は、例示的な実施形態における、方法４００のステップ７０２〜７０６を実行した結果を示す。特に、ＲＦ供給線８０２は、ダイポールアンテナ２０４に電気的に結合され（例えば、ＲＦ供給線８０２は、アンテナ素子２０４−２に電気的に結合され）、ＲＦ供給線８０３は、ダイポールアンテナ２０５に電気的に結合され（例えば、ＲＦ供給線８０３は、アンテナ素子２０５−２に電気的に結合され）、ＲＦ供給線８０４は、ダイポールアンテナ２０５に電気的に結合される（例えば、ＲＦ供給線８０４は、アンテナ素子２０６−２に電気接続される）。ＲＦ供給線８０２〜８０４の製造は、いくつかの異なる方法で行われてもよい。例えば、ＲＦ供給線８０２〜８０４は、第１の表面５０４と第２の表面５０６との間で基板５０２を横切る、ビアを用いて製造されてもよい。しかしながら、ＲＦ供給線８０２〜８０４の製造には、ダイポールアンテナ２０４〜２０７のそれぞれに電気接続されるＲＦストリップラインの使用を含む、他の製造オプションが存在する。
【００２９】
図９は、例示的な実施形態における、方法４００の別のステップを示す。特に、ステップ９０２〜９０６は、図６に示すダイポールアンテナ２０４〜２０６の製造に関する。図９のステップ９０８は、基板５０２の第２の表面５０６の金属膜と、ダイポールアンテナ２０４〜２０６との間に電気接続を形成するステップについて説明する。ステップ９１０は、ダイポールアンテナ２０４〜２０６に対する電気接続を形成するステップについて説明する（例えば、前述したＲＦ供給線８０２〜８０４を製造するステップ）。図１０は、例示的な実施形態における、ステップ９０２〜９１０を実行した結果を示す。基板５０２は、第２の表面５０６に、金属膜１００２を有する。例えば、基板５０２がＰＣＢであれば、金属膜１００２は、ユニットセル２０２の製造工程中にエッチングされた、ＰＣＢの金属表面層のうちの１つを含んでもよい。図１０は、ダイポールアンテナ２０４〜２０６と、金属膜１００２との間の電気接続１００４〜１００６を示す。特に、電気接続１００４は、ダイポールアンテナ２０４のアンテナ素子２０４−１を金属膜１００２に電気的に結合し、電気接続１００５は、アンテナ素子２０５−１を金属膜１００２に電気的に結合し、電気接続１００６は、アンテナ素子２０６−１を金属膜１００２に電気的に結合する。金属膜１００２は、いくつかの実施形態において、ダイポールアンテナ２０４〜２０６用のグランドプレーンを含んでもよく、ＲＦ供給線８０２〜８０４は、金属膜１００２から電気的に隔離される。ＲＦ供給線８０２〜８０４はそれぞれ、金属膜１００２上にあるリリーフ１００８〜１０１０を用いて、金属膜１００２から電気的に隔離されてもよい。リリーフ１００８〜１０１０は、ＲＦ供給線８０２〜８０４が第２の表面５０６まで延伸している、第２の表面５０６の箇所の周囲の、金属膜１００２のエッチング部分で形成されてもよい。
【００３０】
図１１は、例示的な実施形態における、方法４００の別のステップを示す。特に、基板５０２がＰＣＢを含むとき、電気接続１００４〜１００６はビアを用いて形成されてもよく（図１１のステップ１１０２を参照）、ＲＦ供給線８０２〜８０４もまた、ビアを用いて形成されてもよい（図１１のステップ１１０４を参照）。ビアは、基板５０２の機械的穿孔、またはレーザー穿孔、ならびに基板５０２に形成された穴をめっきすることを含む、穿孔およびめっきの工程に基づいて製造されてもよい。
【００３１】
いくつかの実施形態では、誘電体材料が、基板５０２の第１の表面５０４に形成されてもよい（図１１のステップ１１０６を参照）。図１２は、例示的な実施形態における、基板５０２の第１の表面５０４に適用された、誘電体材料１２０２を示す。誘電体材料１２０２は、ダイポールアンテナ２０４〜２０６を物理的に保護し、アレイの走査性能を向上させるために使用されてもよい。誘電率、および誘電体材料１２０２の厚さは、制約付き最適化を用いて決定されてもよい。
【００３２】
図１２に示すユニットセル２０２の円偏波を生成するために、ＲＦ供給線８０２〜８０４間に位相差が生成される。例えば、ＲＦ供給線８０２〜８０４間の相対的な位相オフセットは、ダイポールアンテナ２０４〜２０６が正三角形を形成する場合は、互いに対して１２０度であってもよい。時計回り、または反時計回りのいずれかの位相遅延が、所望に応じて生成されてもよい。例えば、時計回りの位相遅延は左旋円偏波（Ｌｅｆｔ−Ｈａｎｄ  Ｃｉｒｃｕｌａｒ  Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ、ＬＨＣＰ）になり、反時計回りの位相遅延は右旋円偏波（Ｒｉｇｈｔ−Ｈａｎｄ  Ｃｉｒｃｕｌａｒ  Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ、ＲＨＣＰ）になる。ダイポールアンテナ２０４〜２０６が正三角形を形成する場合、例えば、ＲＦ供給線８０４の位相オフセットがゼロ度で、ＲＦ供給線８０３の位相オフセットが１２０度で、ＲＦ供給線８０２の位相オフセットが２４０度のときはＬＨＣＰが形成され得る。例えば、ＲＦ供給線８０４の位相オフセットがゼロ度で、ＲＦ供給線８０２の位相オフセットが１２０度で、ＲＦ供給線８０３の位相オフセットが２４０度のときはＲＨＣＰが形成され得る。非正三角形の三角格子の場合、最適なＬＨＣＰまたはＲＨＣＰを生成するために、１２０度の位相遅延の増分からの摂動が使用される。
【００３３】
前述したように、ユニットセル２０２はＰＣＢ上に製造されて、フェーズドアレイアンテナ１０２を形成するユニットセル２０２のアレイに組み込まれてもよい。個別のＰＣＢタイルのアレイにより、ユニットセルを用いた多種多様なアンテナ開口の実装が可能になる。図３に関して説明したように、ダイポールアンテナの、１つのＰＣＢタイルから隣接するＰＣＢタイルまでの距離が近接して、ＴＣＤＡ三角格子となっている。
【００３４】
ユニットセル２０２を使用することにより、フェーズドアレイアンテナ１０２は、ユニットセル２０２のアレイを用いて、ほぼどのような所望のサイズ範囲にもすることができ、かつユニットセル２０２上に、ダイポールアンテナ２０４〜２０６の構成で形成された三角格子を用いて、特定の形状またはＲＦ開口を持つようにさらに構成することができる。ユニットセル２０２用のＰＣＢの実施形態は、既存のＰＣＢ製造工程、および共通のＰＣＢ基板を利用しており、これによりフェーズドアレイアンテナ１０２は、ユニットセル２０２の個別の構築ブロックで製造することが可能になる。
【００３５】
図面に示されている、または本明細書で説明するさまざまな要素はいずれも、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらをいくつか組み合わせたものとして実装されてもよい。例えば、要素は専用のハードウェアとして実装されてもよい。専用のハードウェア要素は、「プロセッサ」、「コントローラー」、またはいくつかの類似の用語で呼ばれてもよい。プロセッサによって提供される場合、その機能は単一の専用のプロセッサ、単一の共有プロセッサ、または複数の個別のプロセッサによって提供されてもよく、これらのうちのいくつかは共有されてもよい。さらに、「プロセッサ」または「コントローラー」という用語が明示的に使用されている場合、ソフトウェアを実行できるハードウェアを排他的に指していると解釈されるべきではなく、これに限定されないが、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）ハードウェア、ネットワークプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）その他の回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、ソフトウェアを記憶するための読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、不揮発性記憶装置、ロジック、その他いくつかの物理的ハードウェア構成要素またはモジュールを暗黙的に含む場合がある。
【００３６】
また、要素は、要素の機能を実行するために、プロセッサまたはコンピューターによって実行可能な命令として実装されてもよい。命令のいくつかの例は、ソフトウェア、プログラムコード、およびファームウェアである。命令は、プロセッサに要素の機能を実行させるために、プロセッサによって実行されたときに動作可能になる。命令は、プロセッサによって読み出し可能な記憶装置に記憶されてもよい。記憶装置のいくつかの例は、デジタルまたはソリッドステートメモリ、磁気ディスクおよび磁気テープなどの磁気記憶媒体、ハードドライブ、または光学的に読み出し可能なデジタルデータ記憶媒体などである。
【００３７】
本明細書で特定の実施形態について説明したが、その範囲はこれらの特定の実施形態に限定されない。むしろ範囲は、以下の請求項、およびその均等物によって定義される。
【符号の説明】
【００３８】
１００  移動プラットフォーム
１０２  フェーズドアレイアンテナ
１０４  衛星
２０１  外周
２０２  ユニットセル
２０２−１  ユニットセル
２０２−２  ユニットセル
２０４  ダイポールアンテナ
２０４−１  アンテナ素子
２０４−２  アンテナ素子
２０４−３  線
２０４−４  ギャップ
２０４−５  部分
２０４−６  部分
２０４−７  部分
２０４−８  部分
２０４−９  角度
２０４−１０  ギャップ
２０５  ダイポールアンテナ
２０５−１  アンテナ素子
２０５−２  アンテナ素子
２０５−３  線
２０５−４  ギャップ
２０５−５  部分
２０５−６  部分
２０５−７  部分
２０５−８  部分
２０５−９  角度
２０５−１０  ギャップ
２０６  ダイポールアンテナ
２０６−１  アンテナ素子
２０６−２  アンテナ素子
２０６−３  線
２０６−４  ギャップ
２０６−５  部分
２０６−６  部分
２０６−７  部分
２０６−８  部分
２０６−９  角度
２０６−１０  ギャップ
２０７  ダイポールアンテナ
３０２  ダイポールアンテナ
３０２−１  アンテナ素子
３０３  ダイポールアンテナ
３０３−１  アンテナ素子
４００  フェーズドアレイアンテナのユニットセルを製造する方法
５０２  基板
５０４  第１の表面
５０６  第２の表面
８０２  ＲＦ供給線
８０３  ＲＦ供給線
８０４  ＲＦ供給線
１００２  金属膜
１００４  電気接続
１００５  電気接続
１００６  電気接続
１００８  リリーフ
１００９  リリーフ
１０１０  リリーフ
１２０２  誘電体材料
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【外国語明細書】
2019193264000001.pdf