(57)【要約】  本発明は、航空機通信システムなどに使用する、一般に厳しい空間的制限および利得要求が適用される、高性能で小型サイズの螺旋構造アンテナ素子およびそのアレイを提供する。アレイの性能は、その巻線が高電流振幅を有する素子の一部分にわたってアンテナ素子間の横方向距離を増大させることにより改善される。アレイの掃過包絡面は、その巻線が低電流振幅を有する素子の一部分にわたって最初の距離に戻すことにより小さく維持される。【選択図】図４
2013507849.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
大地面と、
名目上の螺旋構造アンテナ素子のアレイと、
を備えるアンテナにおいて、
前記アンテナ素子のそれぞれは、支持構造体、およびそれにより螺旋状に支持された導体を備え、前記大地面からそれにほぼ垂直な方向に延びるそれぞれの素子軸を画定し、
１つまたは複数の前記名目上の螺旋構造体素子は、前記アレイが球体容積をより均一に満たすように隆起し、頂部および底部の投影面積を増大させずに、前記アレイの投影口径および投影面積を増大させるようにする、アンテナ。
【請求項２】
請求項１に記載のアンテナにおいて、
その基底端部と末端部との間の第１の螺旋構造アンテナ素子の軸から第２の螺旋構造アンテナ素子の軸までの少なくとも１つの横方向距離は、その前記基底端部および前記末端部における前記第１の螺旋構造アンテナ素子の軸から、そのそれぞれの前記基底端部および前記末端部における前記第２の螺旋構造アンテナ素子の軸までの横方向距離よりも大きい、アンテナ。
【請求項３】
請求項１に記載のアンテナにおいて、隆起部は、１つまたは複数の螺旋構造体の前記末端部と前記基底端部との間の１つまたは複数の点において螺旋構造巻線に抵抗結合または容量結合する導電板により導入され、これらの導電板は、前記螺旋構造体の軸から前記アレイの外側に向かってオフセットされ、前記アレイ形状が徐々に球形になるようにする、アンテナ。
【請求項４】
請求項１に記載のアンテナにおいて、隆起部は、１つまたは複数の螺旋構造体の前記末端部と前記基底端部との間の１つまたは複数の点において非対称な誘導性負荷を用いて導入される、アンテナ。
【請求項５】
請求項２に記載のアンテナにおいて、少なくとも１つの螺旋構造アンテナ素子の前記導体により形成された螺旋構造体は、前記大地面からの垂直距離の関数としての面積を有する不均一な断面を含む、アンテナ。
【請求項６】
請求項１に記載のアンテナにおいて、少なくとも１つの螺旋構造アンテナ素子の導体によりその末端部に形成された前記螺旋構造体の断面は、前記少なくとも１つの螺旋構造アンテナ素子の導体によりその基底端部に形成された前記螺旋構造体の断面とほぼ縦方向に並ぶ、アンテナ。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載のアンテナにおいて、少なくとも１つの螺旋構造アンテナ素子の前記導体は、導体ワイヤを含む、アンテナ。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項に記載のアンテナにおいて、少なくとも１つの回転軸の周りに前記アンテナを方向付けるアンテナ方向付機構をさらに含むアンテナであって、前記少なくとも１つの軸の周りの前記アンテナの掃過包絡面は、基底面寸法およびアンテナ素子末端部の組合寸法の少なくとも１つにより画定される、アンテナ。
【請求項９】
請求項８に記載のアンテナにおいて、前記アンテナ方向付機構は、２つのほぼ直交する軸に関して前記アンテナを方向付けることを含む、アンテナ。
【請求項１０】
請求項８に記載のアンテナにおいて、前記アンテナの前記掃過包絡面がレドーム内に含まれるように、前記レドーム内に取り付けられるように寸法を決められる、アンテナ。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか一項に記載のアンテナにおいて、航空機通信システムに使用する、アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アンテナの分野に関し、具体的には、螺旋構造アンテナ素子およびそのアレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
螺旋構造アンテナアレイは、通常、一連の螺旋構造アンテナ素子を備え、それらのアンテナ素子のそれぞれは、通電されたとき、円形またはほぼ円形の偏光ビームを発生させる、名目上の螺旋形状を有する、ワイヤ、テープ、成形導体、打抜導体、押出物、または印刷回路などの導体を備える。いくつかの実施形態では、螺旋構造体は、１つより多い巻線を有することができ、巻線は、同じまたは異なるピッチ、および同じまたは異なる開始位置を有することができる。構造的完全性を確保するのに、螺旋構造巻線は、通常、円筒などから構成される誘電性巻型により支持され、したがって、ほぼ円形の螺旋構造体断面を有する。螺旋構造アンテナアレイは、アンテナ素子のＲＦ源に信号戻りまたは接地をもたらす大地面をさらに含むことができ、後方に伝播する、アンテナ素子により発生した電磁波の一部分をさらに反射することができ、すなわち大地面は、この電波を効果的に前方に向け直す。他方、ＲＦ源の活動端子は、場合によっては大地面に隣接し、または大抵は大地面の直上にある、アンテナの螺旋巻線の開始点に接続する。したがって、大地面は、アンテナを励振させる、通常は同軸ケーブルである入力伝送線に回路接続させることができる。例えば、同軸線の中心導体は、螺旋巻線の端部に接続する一方、同軸線の外側導体は、大地面に接続する。大地面は、平面を有するか、または代わりに米国特許第６，６６４，９３８号に示されるようなカップから構成することができる。いくつかの実施形態では、大地面が存在せず、波が、隣接する巻線間、または１つもしくは複数の巻線に沿った一点において放射される可能性がある。
【０００３】
比較的小さい螺旋構造アンテナ素子の性能は、通常、５から１２ｄＢＩｃの範囲の利得パラメータにより少なくとも部分的に特徴付けることができる。場合によっては、より長い螺旋構造体を使用することにより、１２ｄＢＩｃを超えるより高い利得レベルを達成することができる一方、比較的小さい利得増加量を達成するのに、極めて大きい長さ増加量がしばしば必要とされる。したがって、螺旋構造アンテナは、通常、それが比較的短いとき、構造容積に対して達成される利得において、より効率的であると見なされる。多くの用途に対して、より高い利得を達成するのにより適切な解決策は、適度なサイズの螺旋構造体のアレイを組み立てることである。
【０００４】
米国特許出願公開第２００８／００１２７８７号に示される用途などの、いくつかの用途では、螺旋構造アンテナ素子は、巻線の供給端部の巻線直径が放射端部の直径よりも大きい場合がある、円錐形状を有することができる。円錐螺旋構造体は、螺旋構造アンテナが広周波数帯域にわたって操作されるとき、有利である可能性がある。米国特許第６，１７２，６５５号および米国特許出願公開第２００４／０１３５７３２号に示される用途などの他の用途では、螺旋構造体は、中央の最大値に向かって直線的に増加し、その後は直線的に減少する、変化する断面直径を有する巻型の周りに巻かれる。このタイプのアンテナ素子は、広帯域性能の向上をもたらすことが当技術分野で一般的に知られている。これらの例は、巻線が供給端部ではより小さいピッチを有し、放射端部ではより大きいピッチを有する、変化する螺旋構造巻線密度をさらに含むことができる。
【０００５】
螺旋構造体は、通常、その巻線の脚部をＲＦ源に接続することにより励振することが当業者には理解されよう。その際、電磁波は、巻線の周りに進行する。この波は、巻線の放射端部すなわち末端部の頂点に到達するとき、最終的に放射場を放射する。次いで、放射場の大部分は、前方に進行し、螺旋構造巻線に沿って主に波の位相分布により決定付けられた方向に進む。高利得の固定ビームアレイの設計では、通常、螺旋構造巻線の軸に沿った最大利得のために個々の螺旋構造体を設計するのが望ましい。
【０００６】
多くの要素が、螺旋構造アンテナの利得の低減に影響を及ぼす可能性があり、すなわち、回路が開放したとき、アンテナの終端部は、電流を流さず、支持構造体の誘電性材料は、散逸損失または関連する不整合損失を伴う蓄積エネルギーを導く可能性があり、隣接する螺旋構造体間の相互結合は、ビームを広げる可能性があり、従来の螺旋構造体の軸構造により、アンテナを回転させることができる容積の使用が非効率になり、小さい巻線直径に由来する高放射インピーダンスは、下位の整合構造体をもたらす可能性がある。
【０００７】
アレイを形成するために、いくつかの螺旋構造体が組み合わされるとき、隣接する螺旋構造体間に電磁結合が生じる可能性がある。均一な螺旋方向を有するアレイの従来の励振は、素子間の結合を最大化することにより、この問題を悪化させる。この結合の１つの影響は、個々の素子のパターンをアレイの中央に徐々に引き寄せることである。その際、アレイの個々の素子は、様々な方向に放射し、それにより、アレイの利得を低減させる。それに加えて、この結合は、インピーダンス帯域幅を狭め、不整合損失を増大させる可能性がある。例えば、非螺旋構造の素子を備える４素子アレイでは、このアレイを使用すれば、単一の素子の利得を超える約５ｄＢの電力利得を達成することができる。しかし、螺旋構造体素子間の電磁結合を考えると、４素子螺旋構造アレイは、単一の螺旋構造体素子の利得よりも高い４ｄＢの電力利得しかもたらさない可能性がより高い。
【０００８】
米国特許第５，８７４，９２７号は、他の直線螺旋構造アンテナ素子を互いに離間させて傾斜させることにより、螺旋構造アンテナアレイの性能を改善する１つの解決策を提供し、それにより、そのように傾斜させることにより、アレイの有効口径が広がることが報告されている。この解決策は、並列実装部にわたり、いくつかの利点をもたらす一方、アレイの全掃過半径を増大させる効果も有し、空間的制限が極めて重大ないくつかの実施形態では、そうした構造の適用性を制限する可能性がある。
【０００９】
例えば、螺旋構造アンテナアレイは、航空機などの衛星通信に一般に使用される。衛星通信の例は、限定はされないが、数例を挙げると、天気予報および／もしくは航空交通制御情報を受け取り、または、状況および緊急メッセージを交換するための、航空および／または地上ベースの通信を含むことができる。さらに、そうした衛星通信システムは、航空機乗客に対して、電話通信、インターネットサービス、および／またはデータ交換の他の形態などのサービスを提供するとき、有用である可能性もある。航空機通信に関して、螺旋構造アンテナアレイは、極めて狭くなる傾向があり、配備することができるアンテナアレイのサイズを制限する可能性がある、航空機の尾部などに一般に取り付けられる。したがって、航空機通信用螺旋構造アンテナアレイの設置および操作は、そうした用途に適したタイプのアンテナにいくつかの操作上および構造上の制限を与える可能性があることを当業者は理解するであろう。
【００１０】
さらに、航空機通信システムは、通常、航空機から通信衛星へのリンクを介して通信を中継し、次いで、その通信は、別のリンクを介して接地源に中継され、そうしたシステムは、通常、地球の周りの航空機の位置に関係なく機能するように期待されるので、関連する航空機通信アンテナは、通常、その電波を常に選択する衛星の方に向けることができなくてはならない。したがって、アンテナビームは、航空機の局地緯度および経度、航空機の姿勢、ならびに航空機の機首方向に応じて、適当な手段により操縦されるべきである。いくつかの用途では、アンテナ構造体の機械的に動く、または回転する部品の数を低減するのに、電子操縦方法が使用される。しかし、そうした操縦方法は、通常、単一の螺旋構造体実施形態に適用されない。むしろ、機械的操縦方法を、単独で、または電子操縦と組み合わせて使用することができる。しかし、上述のように、航空機は、アンテナを設置し、それを操作（すなわち、操縦）することができる利用可能な空間に関するいくつかの制限を与える可能性がある。これらの制限は、アンテナ組立体のサイズ、およびアンテナ組立体が必要とする走査包絡面容積に関する極めて要求が厳しい制約を課す。例えば、所望の適用領域を走査するように航空機の尾部内のアンテナを機械的に操縦するために、通常、アンテナの方向に関係なく、空間的制限に配慮すべきであり、すなわち、アンテナは、操作中、航空機尾部およびアンテナの頂部を保護するレドームにより規定された走査半径または容積内で自由に動作すべきである。同様に、トラック、列車、船、機体、および他の乗物の頂部上のレドームは、小型であり、設置されたアンテナの掃過容積を制限する可能性がある。
【００１１】
したがって、米国特許第５，８７４，９２７号により提供された解決策は、標準的なアレイを超えるいくつかの操作上の利点を提供する一方、空間的制限が適用されるか、または標準的な設置では通常、アレイ掃過半径の増大を調整することができない、上述の文脈において適合性が制限される可能性がある。
【００１２】
したがって、既知のアンテナアレイの欠点のいくつかを克服し、または公衆に有用な代替手段を提供する、新しい螺旋構造アンテナ素子およびそのアレイに対する要求がある。
この背景情報は、本発明に関係がありそうなものと出願人が信じる情報を明らかにするのに提供される。先行する情報のいくつかが、本発明に対する先行技術を構成するものと認められることを必ずしも目的としておらず、そう解釈する必要もない。
【発明の概要】
【００１３】
本発明の目的は、螺旋構造アンテナ素子およびそのアレイを提供することである。本発明の一態様によれば、大地面、および螺旋構造アンテナ素子のアレイを備えるアンテナが提供され、各螺旋構造アンテナ素子は、支持構造体およびそれにより螺旋状に支持される導体を備え、導体により形成された螺旋構造体の断面の幾何学的中心は、螺旋構造アンテナ素子のそれぞれの軸を画定し、この軸は、大地面からそれにほぼ垂直な方向に延びており、螺旋構造アンテナ素子は、末端部を有し、大地面に取り付けられる基底端部を有し、その基底端部と末端部との間の第１の螺旋構造アンテナ素子の軸から第２の螺旋構造アンテナ素子の軸までの少なくとも１つの横方向距離は、その基底端部および末端部における第１の螺旋構造アンテナ素子の軸から、そのそれぞれの基底端部および末端部における第２の螺旋構造アンテナ素子の軸までの横方向距離よりも大きい。本発明の本態様によれば、少なくとも１つの前記螺旋構造アンテナ素子は、その中点の近くで隆起し、素子のアレイが、球体容積をより十分に満たし、その結果、利用可能な球体容積からより高い利得を達成するようにする。この隆起部の様々な実施形態は、螺旋構造体全長に沿ったいくつかの点で螺旋構造体軸からオフセットした負荷円板もしくは他の金属構造体を組み込むこと、前記大地面からの距離の関数として別の素子の軸に対して非直線軸の少なくとも一部分の間で離間させる非直線軸を画定するように螺旋構造体支持部を変更すること、螺旋構造体軸の周りに均一でない追加の巻線もしくは巻線部を組み込むこと、または螺旋構造体軸の周りに均一には配置されない誘電性材料を組み込むことを含むものと見なすことができる。
【００１４】
別の態様によれば、本発明は、大地面、および名目上の螺旋構造アンテナ素子のアレイを備えるアンテナを提供し、それらのアンテナ素子のそれぞれは、支持構造体、およびそれにより螺旋状に支持された導体を備え、前記大地面からそれにほぼ垂直な方向に延びるそれぞれの素子軸を画定し、１つまたは複数の名目上の螺旋構造体素子は、アレイが球体容積をより均一に満たすように隆起し、頂部および底部の投影面積を増大させずに、アレイの投影口径および投影面積を増大させるようにする。
【００１５】
本発明のいくつかの実施形態では、その基底端部と末端部との間の第１の螺旋構造アンテナ素子の軸から第２の螺旋構造アンテナ素子の軸までの少なくとも１つの横方向距離は、その基底端部および末端部における第１の螺旋構造アンテナ素子の軸から、そのそれぞれの基底端部および末端部における第２の螺旋構造アンテナ素子の軸までの横方向距離よりも大きい。
【００１６】
本発明のいくつかの実施形態では、隆起部は、１つまたは複数の螺旋構造体の末端部と基底端部との間の１つまたは複数の点において螺旋構造巻線に抵抗結合または容量結合する導電板により導入され、これらの導電板は、螺旋構造体の軸からアレイの外側に向かってオフセットされ、アレイ形状が徐々に球形になるようにする。
【００１７】
本発明のいくつかの実施形態では、隆起部は、１つまたは複数の螺旋構造体の末端部と基底端部との間の１つまたは複数の点において非対称な誘導性負荷を用いて導入される。
本発明の別の態様によれば、大地面、および螺旋構造アンテナ素子のアレイを備えるアンテナを提供し、それらのアンテナ素子のそれぞれは、支持構造体、およびそれにより螺旋状に支持された導体を備え、前記大地面からそれにほぼ垂直な方向に延びるそれぞれの素子軸を画定し、前記螺旋状に支持された各導体は、前記大地面に取り付けられ、または前記大地面を形成する印刷回路基板に接続することにより給電され、前記印刷回路基板は、電力分割器の一部分を形成し、前記電力分割器は、分散を補償するため、１つまたは複数の短絡および／または開放負荷スタブを組み込む。
【００１８】
本発明の別の態様によれば、上述のアンテナのいずれか１つは、航空機通信システムに使用することができる。
本発明の別の態様によれば、上述の螺旋構造アンテナ素子のいずれか１つは、螺旋構造アンテナアレイの製作に使用することができる。
【００１９】
本発明の他の目的、目標、利点、および特徴は、例えば添付の図面のみを参照して考えながら、その特定の実施形態の以下の非限定的な説明を読めば、より明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態による螺旋構造アンテナアレイの斜視図である。
【図２】図１のアンテナアレイの構成要素およびそのアンテナ素子に関して示された任意選択の軸外導電性負荷板の下向き斜視図を示す、図１のアンテナアレイの分解図である。
【図３】図１のアンテナアレイの構成要素の上向き斜視図を示す、図１のアンテナアレイの分解図である。
【図４】図１のアンテナアレイのアンテナ素子の斜視図である。
【図５】横方向に重なる基底端部および末端部の素子断面を実線で示し、増大した中間部断面をそれらのそれぞれの非直線軸に沿って横方向に移動した点線で示し、それにより、互いに離間した、本発明の一実施形態により、それぞれの非直線軸を画定する２つの螺旋構造アンテナ素子の二重アンテナアレイのアンテナ素子断面の概略図である。
【図６】横方向に重なる基底端部および末端部の素子断面を実線で示し、増大した中間部断面をそれらのそれぞれの非直線軸に沿って横方向に移動した点線で示し、それにより、アレイの対角軸に沿って互いに離間した、本発明の一実施形態により、それぞれの非直線軸を画定する４つの螺旋構造アンテナ素子の四角形アンテナアレイのアンテナ素子断面の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
別途定義されなければ、本明細書に使用されるすべての技術用語および科学用語は、本明細書が属する分野の当業者により一般に理解されるものと同じ意味を有する。
以下に、本発明の様々な実施形態により、螺旋構造アンテナアレイおよびそのアンテナ素子の説明を行う。概略的には、アレイは、大地面および螺旋構造アンテナ素子のアレイを備え、それらのアンテナ素子のそれぞれは、支持構造体、およびそれにより螺旋状に支持された導体を備え、前記大地面からそれにほぼ垂直な方向に延びるそれぞれの素子軸を画定する。例えば、様々な実施形態は、アレイを提供することを目的とする実施形態および用途に応じて、ほぼ同一の素子、または構造上もしくは操作上異なる素子とすることができる、２つ、４つ、またはそれより多い螺旋構造アンテナ素子を含むことができる。
【００２２】
様々な実施形態を、様々な用途のために設計および使用することができることが当業者には理解されよう。例えば、上述のように、螺旋構造アンテナアレイは、通常、限定はされないが、航空機通信に関して上述した、地上および／または航空の衛星通信を含むことができる衛星通信に使用される。明らかに、以下に説明する実施形態のいくつかは、特に航空機通信システムで使用できる可能性がある一方、これらの実施形態の特徴、ならびに操作上の改善および／またはそれによりもたらされる利点は、螺旋構造アンテナアレイが一般に使用される他の文脈に等しく適用できる可能性があるので、これらの実施形態を航空機通信システムに限定する意図はないことが当業者には理解されよう。しかし、以下の説明のために、本発明の実施形態は、航空機通信の文脈内で説明され、特に、アンテナアレイは、航空機の尾端部に一般に見られるレドームなどの限定的な空間領域内での操作のために通常取り付けられ、アンテナアレイの操作は、適当な適用範囲をもたらす適当な走査領域をアレイが掃過するのを可能にするとき、一定レベルの空間的自由度を必要とする。したがって、いくつかの実施形態により、同様の空間寸法または外形を有する従来のアレイに対して、このアンテナアレイの性能の改善が行われ、それにより、従来のアンテナの現行の空間的制限に変化を与えることなく、従来のアレイの交換の可能性をもたらす。
【００２３】
例えば、本発明のいくつかの実施形態により、アンテナアレイは、以下に説明する変更の１つまたは複数を組み込むことができ、単独または様々な組合せで、アレイの全利得を増大させ、アレイの散逸損失を低減し、アンテナ素子間の相互結合を緩和し、または素子間の電磁結合のためにそうしたアレイで一般に見られる、偏り効果を補償することができる。ビームが様々な方向に向くことができるように、螺旋構造アレイが、アレイおよびそのビームを傾斜させることにより連続的に向きが変わる可能性がある、航空機通信システム内の操縦可能アンテナに関して、これらの変更は、様々な実施形態により、アンテナアレイの全掃過容積を維持する一方、より高い利得を達成することができる可能性がある。さらに、アンテナ構造体は、通常、容積適用範囲を合成するために２つの直交軸のそれぞれの周りに回転することができる。いくつかの実施形態では、各軸は、アンテナ構造体の中央を通過し、それにより、アレイの走査包絡面、すなわちその様々な異なる走査方向すべてにアンテナ組立体を含む単一の包絡面を低減し、したがって、この走査包絡面は、アンテナ構成要素を収容することができるレドーム構造体の最小サイズを規定する。航空機では、アンテナを設置することができる利用可能な空間に関して、通常、多くの厳しい制限が存在し、したがって、全アンテナ構造体を大幅に増大させることなく、著しい動作利得を達成することにより、この分野における著しい利点をもたらすことができる。しかし、上述のように、本明細書に説明される発明の実施形態により達成された動作利得は、構造体サイズ制限が厳しくは適用されない他の文脈に等しく適用できる。
【００２４】
以下に提供される例は、単独または組合せで螺旋構造アンテナアレイ性能を改善することができる可能性がある、本発明の様々な実施形態および様々な特徴により説明することが理解されよう。したがって、同じ例示的な実施形態を説明するとき、様々な特徴が組み合わされるが、これらの特徴は、単独または様々な組合せで、全体的な範囲および本発明の開示の性質から逸脱することなく様々な所望の効果をもたらすものと等しく見なすことができることを当業者は理解するであろう。
【００２５】
ここで図１〜４を参照すれば、本発明の１つの例示的な実施形態により、番号１００を使用して全体が参照される螺旋構造アンテナアレイをここで説明する。これらの図に示されるように、アレイ１００は、概略的には、大地面１０２および４つのほぼ同一のアンテナ素子１０４を含み、それらのアンテナ素子のそれぞれは、大地面からほぼ垂直に延び、支持構造体１０６およびそれにより螺旋状に支持される導体１０８（例えば導電性ワイヤ）を含む。本明細書には４つのアンテナ素子が示されるが、全体的な範囲および本発明の開示の性質から逸脱することなく、本明細書で様々な数のアンテナ素子を考えることができることが理解されよう。すなわち、本明細書に説明される特徴は、２つ、３つ、４つ、またはそれより多いアンテナ素子を備えた他のアレイに等しく適用できる可能性があるので、本明細書に示される４つの素子の例は、例示のみを目的としている。
【００２６】
この特定の実施形態では、各支持構造体１０６は、それぞれの導体１０８がその周りに巻かれ、非直線軸の少なくとも一部分にわたって素子軸間に相互離間をもたらす、それぞれの非直線軸（明確に図示されていない）を画定するように形成される。すなわち、アンテナ素子１０４は、その基底部分（すなわち、大地面１０２の近くの素子の一部分）にわたって互いに横方向に広がるものと示される。具体的には、非直線軸離間は、このアレイの対角軸に沿って最大化され、すなわち、アレイの幾何学的中心に関してそれらの効果を最大化する。アレイ１００を操作するとき、この最初の離間は、アンテナ素子１０４により発生したそれぞれのビームをほぼ補償する効果を有し、それにより、別の直線アンテナ素子と共通する相互結合または偏り効果を少なくとも部分的に緩和し、アレイの動作利得を増大させる。
【００２７】
さらに、支持構造体１０６は、非直線軸が素子間の最初の離間を可能にする一方、これらの軸が素子の末端部すなわち放射端部１１０の方に再び集められ、アンテナ素子内の中間隆起部１１２を提供するように形成される。この特定の実施形態では、螺旋構造体半径は、以下により詳細に説明するように、さらに螺旋構造体の中央部分に向かって増大しており、それにより、中間隆起部１１２の形成に加わる。したがって、それぞれの素子ビームの補償を誘導するのに最初の離間／隆起がもたらされるが、この離間は、アンテナ素子の全長において維持されず、むしろ、その最初の構成に再び引き寄せられ、またはその最初の構成に再び戻りさえし、それにより、この効果を低減させ、この離間は、別にアレイの掃過包絡面上にあることができる。誘電体負荷、巻線の外側部分を膨張させるように螺旋構造体軸および巻線寸法の歪みからオフセットされる、オフセット共振器または追加の巻線部の導入を含む、様々な他の手段により、同様の隆起効果を得ることができる。
【００２８】
ここで図１〜４を参照すれば、巻線の電流振幅が全体的に高い構造体の下半分の近くで、摂動または湾曲形状は、各個々の螺旋構造体の波面をアレイの幾何学的中心から外側に、またはそれから離間させて傾斜させる効果を有する。この効果は、螺旋構造体間の結合により、もたらされる内側への傾斜角度を補償することができる。傾斜角度摂動は、アレイの上端部すなわち放射端部に向かって、符号反転するが、巻線電流は、振幅を大幅に低減させ、その結果、反転符号の傾斜角度は、その基底端部近くのアンテナ素子の外側への傾斜により達成される追加の利得にほとんど影響を及ぼさない。言い換えれば、利得は、素子の後続の内側への傾斜により、完全には低減されず、または大幅にも低減されない。
【００２９】
したがって、これらの非直線軸を画定および形成するときに選択されるパラメータに応じて、その掃過包絡面を必ずしも増大させることなく、アンテナアレイの性能を向上させることができる。例えば、図１〜３の例示的な実施形態では、別の八角形の螺旋構造体の１つまたは複数の頂点に沿って延びる、それぞれの非直線摂動により、非直線軸が画定される。したがって、所与の巻線ターンの八角形部の中心は、横方向に移動し、その八角形状の半径も増大する。しかし、これら２つの摂動のそれぞれの大きさは、巻線の全長に沿って変化する。特に、摂動は、いずれかの巻線端部で（すなわち、各素子の末端部および基底端部で）０まで低減し、すなわち、所与のアンテナ素子の末端部での巻線断面は、その基底端部での巻線断面にほぼ重なる。
【００３０】
例示のために、図５および６は、基底端部および末端部で切り取られたアンテナ素子断面（例えば、「＋」符号により特定されたその幾何学的中心を有する、実線で示された重なった断面）、およびアンテナ素子のそれぞれの非直線軸に沿った中間レベルで切り取られたアンテナ素子断面（「ｘ」符号により特定されたその幾何学的中心が横方向に移動した点線で示された）の両方の異なる例を提供する。これらの例では、中間部断面がどちらも、横方向に移動し、サイズは増大するが、同じ形状（すなわち円形）となるように示されている。四角形アレイに関する図５に提供される例では、それぞれの幾何学的中心５００は、アレイ５５０の幾何学的中心に対して対称に、すなわち、その対角軸に沿って移動する。図６では、二重アレイのそれぞれの移動は、２つのアンテナ素子をつなぐ横軸に関して示されている。素子断面および配列の様々な摂動および／または変形は、本発明の文脈内で、非直線素子軸を画定し、同様の結果を達成すると見なすことができるので、これらの実施形態は、例示のみを目的としていることが当業者には理解されよう。
【００３１】
ここで図１〜４を参照すれば、アンテナアレイ１００は、本発明の一実施形態により、単独または組合せで、アレイ性能の改善を実現することができる、いくつかの追加の特徴をさらに含む。
【００３２】
例えば、大地面１０２は、全体的に、アンテナ素子１０４が取り付けられる導体シート１３０などを含む。図１〜４に示されるように、大地シート１３０は、横方向に延び、アレイの基底部を画定し、隆起リップ１３２のその縁部に沿って終結する。大地面１０２は、大地面１０２上に提供されるアレイ取付構造体１３８に協調結合するために、適当な誘電性突出部１３６を導入することができる切欠部１３４を画定するように形成することができる。突出部は、アレイを、その回転軸の周りにアレイを回転させるように構成される駆動機構に協調結合することを可能にすることができる。例えば、本発明の実施形態は、アレイの幾何学的中心線を通って配置される横軸の周りにアレイが回転することを可能にし、その周りの回転は、アレイの掃過包絡面を外側に延ばさないようにする。本発明の実施形態は、アレイの対応する幾何学的中心線により画定された垂直軸の周りにアレイが縦方向に回転することも可能にする。縦方向回転は、突出部１３６が取り付けられる回転台１４０を通して実施することができる。したがって、組合機構は、螺旋構造アンテナ素子１０４の基底面１０２の直径および末端部のアレイの直径によりほぼ画定された所定の掃過包絡面内の直交軸の周りにアンテナアレイ１００を回転させることを可能にする。このため、大地面の外側縁部は、走査機構と機械的に干渉せず、４つの螺旋構造アレイの回転を可能にするように適当に形成することができる。
【００３３】
別の実施形態において、より大きい効率および利得を実現するのに、いくつかの実装形態では、単一の大地面ではなく、１つまたは複数の大地カップを使用することができる。
別の実施形態では、突出部１３６は、アレイ容積内の誘電性材料の量を低減し、したがって、突出部がアレイ性能に及ぼす場合がある、あり得る影響を低減するための手段として、１つまたは複数の空気ポケットを組み込む誘電性材料から製作される。
【００３４】
依然として図１〜４を参照すれば、名目上の螺旋構造体軸は、さらに、互いに回転し、結合を低減させ、アレイ利得を増大させるために、それらのそれぞれの供給点間の空間を増大させるようにすることができる。
【００３５】
本発明の上述の実施形態は、例示であり、様々に変形することができることは明らかである。そうした現在および未来の変形は、本発明の技術的思想および範囲から逸脱するものと見なすべきでなく、当業者には明らかであろうが、そうした変更のすべては、以下の特許請求の範囲の範囲内に含まれるものとする。
【図１】
2013507849.tif 000003
【図２】
2013507849.tif 000004
【図３】
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【図４】
2013507849.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年6月15日(2012.6.15)
【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】
大地面（１０２）と、
名目上の螺旋構造アンテナ素子（１０４）のアレイ（１００）と、
を備えるアンテナにおいて、
前記アンテナ素子のそれぞれは、支持構造体（１０６）、およびそれにより螺旋状に支持された導体（１０８）を備え、前記大地面（１０２）からそれにほぼ垂直な方向に延びるそれぞれの素子軸を画定し、
１つまたは複数の前記名目上の螺旋構造体素子（１０４）は、前記アレイ（１００）が球体容積をより均一に満たすように隆起し、頂部および底部の投影面積を増大させずに、前記アレイ（１００）の投影口径および投影面積を増大させるようにする、アンテナ。
【請求項２】
請求項１に記載のアンテナにおいて、
その基底端部と末端部（１１０）との間の第１の螺旋構造アンテナ素子（１０４）の軸から第２の螺旋構造アンテナ素子（１０４）の軸までの少なくとも１つの横方向距離は、その前記基底端部および前記末端部（１１０）における前記第１の螺旋構造アンテナ素子（１０４）の軸から、そのそれぞれの前記基底端部および前記末端部（１１０）における前記第２の螺旋構造アンテナ素子（１０４）の軸までの横方向距離よりも大きい、アンテナ。
【請求項３】
請求項１に記載のアンテナにおいて、隆起部（１１２）は、１つまたは複数の螺旋構造体の前記末端部（１１０）と前記基底端部との間の１つまたは複数の点において螺旋構造巻線に抵抗結合または容量結合する導電板により導入され、これらの導電板は、前記螺旋構造体の軸から前記アレイ（１００）の外側に向かってオフセットされ、前記アレイ形状が徐々に球形になるようにする、アンテナ。
【国際調査報告】
2013507849.tif 000009
2013507849.tif 000010