(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フェーズドアレイアンテナであって、
電磁（ＥＭ）波エネルギの入力を第１の複数のＥＭ波信号に分割するための第１の誘電体充填導波路構造と、
前記第１の誘電体充填導波路構造に隣接して配置され、複数の誘電体充填導波路を有する第２の誘電体充填導波路構造とを含み、前記第２の誘電体充填導波路構造は、前記第１の複数のＥＭ波信号の各々を受取って前記第１の複数のＥＭ波信号を前記複数の誘電体充填導波路の各々の出力端へ向けて通すためのものであり、前記フェーズドアレイアンテナはさらに、
前記第２の誘電体充填導波路構造に隣接して位置付けられ、前記誘電体充填導波路の前記出力端に重なり合う複数の入力を形成する回路配線を有するストリップライン導波路回路基板を含み、前記ストリップライン導波路回路基板は、前記ＥＭ波信号を、前記回路配線を介して、間隔が近接した複数のＥＭ波放射素子に分布させ、
前記第１の誘電体充填導波路構造は、前記ＥＭ波信号を複数の４つのＥＭ波信号に均一に分割するための１×４誘電体充填共同導波路給電装置を形成する、フェーズドアレイアンテナ。
【請求項２】
前記第１の誘電体充填導波路構造は、１×４誘電体充填導波路構造を形成する、請求項１に記載のフェーズドアレイアンテナ。
【請求項３】
前記第２の誘電体充填導波路構造は、概して円形の複数の誘電体充填導波路を含む、請求項１に記載のフェーズドアレイアンテナ。
【請求項４】
前記ストリップライン導波路回路基板は、前記ＥＭ波信号からのＥＭ波エネルギを前記ＥＭ波放射素子の各々に等しく分布させるための複数のバイナリ信号分配器を含む、請求項１に記載のフェーズドアレイアンテナ。
【請求項５】
フェーズドアレイアンテナであって、
電磁（ＥＭ）波エネルギの入力を第１の複数のＥＭ波信号に分割するための第１の誘電体充填導波路構造と、
概して円形の複数の誘電体充填導波路を有する、前記第１の複数のＥＭ波信号の各々をその入力端で受取って前記第１の複数のＥＭ波信号を前記複数の誘電体充填導波路の出力端へ向けて通すための第２の誘電体充填導波路構造と、
前記第２の誘電体充填導波路構造に概して平行に、かつ隣接して配置され、前記ＥＭ波信号を受取り、それからのＥＭ波エネルギを複数のＥＭ波放射素子にさらに分割し、さらに分布させるためのストリップライン導波路分布回路とを含み、
前記第１の誘電体充填導波路構造は、前記ＥＭ波信号を複数の４つのＥＭ波信号に均一に分割するための１×４誘電体充填共同導波路給電装置を形成する、フェーズドアレイアンテナ。
【請求項６】
前記ストリップライン導波路分布回路は、信号経路を形成する複数の信号配線を含み、前記信号配線の複数の入力配線は、前記概して円形の導波路と通信して前記ＥＭ波信号を受取って前記ストリップライン導波路分布回路へ通す、請求項５に記載のフェーズドアレイアンテナ。
【請求項７】
前記第１の誘電体充填導波路構造は、１×４共同導波路構造を形成する、請求項５に記載のフェーズドアレイアンテナ。
【請求項８】
前記ストリップライン導波路分布回路は、前記ＥＭ波信号が前記ストリップライン導波路分布回路を通してルーティングされる際、前記ＥＭ波信号を分割するための複数のバイナリ信号分配器を含む、請求項５に記載のフェーズドアレイアンテナ。
【請求項９】
前記第１の誘電体充填導波路構造は、空気充填矩形導波路を含む、請求項５に記載のフェーズドアレイアンテナ。
【請求項１０】
ミリメートル波フェーズドアレイアンテナであって、
入力電磁（ＥＭ）波信号を下位複数のＥＭ波信号に均一に分割するための共同導波路給電装置と、
概して円形の複数の誘電体充填導波路を形成する、前記下位複数のＥＭ波信号を受取って前記下位複数のＥＭ波信号を前記誘電体充填導波路の出力端に通すための誘電体充填導波路構造と、
前記誘電体充填導波路構造に重なり合う、前記ＥＭ波信号からのＥＭ波エネルギを複数の放射素子にさらに分割し分布させるためのストリップライン導波路構造とを含み、
前記誘電体充填導波路構造は、前記ＥＭ波信号を複数の４つのＥＭ波信号に均一に分割するための１×４誘電体充填共同導波路給電装置を形成する、ミリメートル波フェーズドアレイアンテナ。
【請求項１１】
前記共同導波路構造は、１×４空気充填共同導波路給電装置を含む、請求項１０に記載のアンテナ。
【請求項１２】
前記ストリップライン導波路構造は、前記概して円形の誘電体充填導波路のうちの関連する１つと電気的に各々結合された複数の入力配線を含む、請求項１０に記載のアンテナ。
【請求項１３】
前記ストリップライン導波路構造は、前記ＥＭ波信号を前記放射素子に印加する前に前記ＥＭ波信号を分割するための複数のバイナリ信号分配器を含む、請求項１０に記載のアンテナ。
【請求項１４】
フェーズドアレイアンテナを形成するための方法であって、
入力電磁（ＥＭ）波信号を複数のＥＭ波信号に均一に分割するための共同導波路給電装置を使用するステップと、
複数の誘電体充填導波路を通して前記下位複数のＥＭ波信号を通すステップと、
前記ＥＭ波のエネルギを複数の放射素子にさらに分割し分布させるために、前記誘電体充填導波路と通信しているストリップライン導波路を使用するステップとを含み、
前記誘電体充填導波路は、前記ＥＭ波信号を複数の４つのＥＭ波信号に均一に分割するための１×４誘電体充填共同導波路給電装置を形成する、方法。
【請求項１５】
共同導波路を使用するステップは、前記ＥＭ波信号を複数の４つのＥＭ波信号に均一に分割するための１×４共同導波路を使用するステップを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
ストリップライン導波路を使用するステップは、前記下位複数のＥＭ波信号を複数のアンテナ放射素子にさらに均一に分割する複数のバイナリ信号分配器を使用するステップを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
フェーズドアレイアンテナを使用する方法であって、
電磁（ＥＭ）波入力信号を生成するステップと、
前記ＥＭ波入力信号を共同導波路の入力へ向け、そこで前記ＥＭ波入力信号が第１の下位複数のＥＭ波信号に分割されるステップと、
前記第１の下位複数のＥＭ波信号を、対応する複数の誘電体充填導波路を有する誘電体充填導波路構造に通すステップと、
前記第１の下位複数のＥＭ波信号をストリップライン導波路構造に結合させ、そこで前記第１の下位複数のＥＭ波信号の前記ＥＭ波のエネルギが第２の下位複数のＥＭ波信号にさらに連続して分割されるステップと、
前記第２の下位複数のＥＭ波信号を、対応する複数のアンテナ素子に印加するステップとを含み、
前記誘電体充填導波路構造は、前記ＥＭ波信号を複数の４つのＥＭ波信号に均一に分割するための１×４誘電体充填共同導波路給電装置を形成する、方法。
【請求項１８】
前記第１の下位複数のＥＭ波信号を誘電体充填導波路構造に結合させるステップは、前記第１の下位複数のＥＭ波信号を連続して分割する複数のバイナリ信号分配器を使用するステップをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記共同導波路を使用するステップは、１×４共同導波路を使用するステップを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１の下位複数のＥＭ波信号を誘電体充填導波路構造に通すステップは、前記第１の下位複数のＥＭ波信号を概して円形の誘電体充填導波路に通すステップを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
ＭＩＬＳＴＡＲ通信プロトコルでミリメートル波周波数で使用するためのフェーズドアレイアンテナを、前記ＭＩＬＳＴＡＲ通信プロトコルの実施において使用される将来のビームホッピング周波数を知る必要なく形成する方法であって、
電磁（ＥＭ）波入力信号を生成するステップと、
前記ＥＭ波入力信号が第１の下位複数のＥＭ波信号に分割されるように、前記ＥＭ波入力信号を空気充填共同導波路を通してルーティングするステップと、
前記第１の下位複数のＥＭ波信号を、前記空気充填共同導波路に対して概して平行に配置され、かつ複数のＥＭ波放射素子を含むストリップライン導波路構造に結合し、そこで前記ＥＭ波のエネルギが第２の下位複数のＥＭ波信号にさらに連続して分割されるステップと、
前記第２の下位複数のＥＭ波信号を前記ＥＭ波放射素子へルーティングするために前記ストリップライン導波路構造を使用するステップとを含み、
前記空気充填共同導波路は、前記ＥＭ波信号を複数の４つのＥＭ波信号に均一に分割するための１×４空気充填共同導波路給電装置を形成する、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
この発明はアンテナに関し、より特定的には、ミリメートル波長で動作し、かつ共同の（corporate）ストリップライン導波路構造を取入れることが可能な電子走査デュアルビームフェーズドアレイアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
フェーズドアレイアンテナは、多数の放射アンテナ素子と、個々の素子制御回路と、信号分布網と、信号制御回路と、電源と、機械的支持構造とで構成される。アンテナの総利得、有効等方性放射電力、走査要件および副ローブ要件は、アンテナアパーチャにおける素子の数、素子間隔、素子および素子電子機器の性能に直接関係する。多くの用途では、所望のアンテナ性能を達成するために何千もの個別の素子／制御回路が必要とされる。典型的なフェーズドアレイアンテナは、外部の分布網を通して相互接続される放射素子および制御回路のための個別の電子パッケージを含む。図１は、入力と、分布網と、素子電子機器と、ラジエータとを含む典型的な送信フェーズドアレイアンテナの概略を示す。
【０００３】
アンテナ動作周波数が高まるにつれ、放射素子間の必要な間隔は減少し、ますます狭くなる素子間隔内に制御電子機器および配線を物理的に構成することが難しくなる。狭い素子間隔を緩めることはビーム走査性能を劣化させるが、多数の配線を適切に提供することは、システムの複雑性およびコストを高める厳密な製造および組立公差を必要とする。したがって、フェーズドアレイアンテナの性能およびコストは主として、モジュールパッケージングと分布網配線とに依存する。多数のビームを適用することは、同じアンテナ体積内により多くの電子構成部品および配線を必要とすることによって、この問題をさらに複雑にする。
【０００４】
フェーズドアレイ・パッケージング・アーキテクチャは、タイル（すなわち同一平面上にある）スタイルとブリック（すなわちインラインの）スタイルとに分けることができる。図２は、アンテナアパーチャと同一平面上にあり、タイルとしてともに組立てられる構成要素を提示する典型的なタイルタイプのアーキテクチャを示す。図３は、アンテナアパーチャに対して垂直で、ブリックと同様にともに組立てられるインライン構成要素を使用した典型的なブリックタイプのアーキテクチャを示す。
【０００５】
本出願の譲受人であるザ・ボーイング・カンパニーは、フェーズドアレイモジュール／素子パッケージング技術において先導する革新者であり続けている。ザ・ボーイング・カンパニーは、ラジエータモジュールおよび／または分布網を作製するのにタイル、ブリックおよびハイブリッド手法を使用する多くのフェーズドアレイを設計し、開発し、提供してきた。フェーズドアレイモジュールの各々に電磁（ＥＭ）波エネルギを提供するＲＦ分布網は、いわゆる「直列」または「並列」で提供可能である。直列分布網は、分布中にＥＭ波信号が経験するさまざまな遅延のために、瞬時帯域幅がしばしば制限されている。しかしながら、並列網はモジュールの各々に「等しい遅延」を提供し、それは幅広い瞬時帯域幅を可能にする。しかしながら、並列分布は、ラジエータモジュールの数が多いと難易度が上がる。フェーズドアレイモジュールの一群に等しい遅延を提供する最も一般的な方法は、「統合」分布網である。統合分布網は、バイナリ信号分配器を用いて、２n個のモジュールに等しく遅延された信号を配送する。このタイプの分布は、業界中で広範囲に使用されてきたタイルアレイアーキテクチャに良好に役立っている。
【０００６】
タイルアーキテクチャにおける統合網の使用は、モジュール間隔によって制限される。より高い動作周波数では、広角ビーム走査アレイの密にパッキングされたモジュールを用いてＥＭ波エネルギ、ＤＣ電力信号、および論理信号を分布させることが、ますますより難しくなる。ＲＦ電力のコストも動作周波数とともに増加するため、設計者達は、低損失伝送媒体を使用することによって分布損失を制限しようとしている。使用される最低損失媒体は、空気で充填された矩形の導波路である。しかしながら、そのような導波路は大きな体積を必要とし、個々の場所（すなわちアンテナモジュール）へ容易にはルーティングされない。材料パラメータおよび寸法に依存するストリップライン導体は、提示する導波路の単位長当りの損失量が、空気で充填された矩形の導波路の５〜１０倍にもなる場合がある。しかしながら、ストリップライン導波路は非常にコンパクトであり、非常に微量の間隔で隔てられている密にパッキングされたモジュール（すなわち放射素子）にＲＦエネルギを容易に分布させることができる。
【０００７】
空気充填導波路は、直列網において、密にパッキングされたアンテナモジュールに給電するために幅広く使用可能である。導波路の空気で充填された各長さは、「レール」と呼ばれるものにおいて一連のスロットを使用する。レール内のスロット間の電気的長さは、動作周波数とともに変わる。アンテナビームを形成するためにレールが使用される場合、スロット間の電気的長さの変化により、ビームは、動作周波数が変わるにつれて意図された角度から離れるよう変位し、または「傾く」ようになる。レール内のスロットの数が増加するにつれ、ビームの傾きはより顕著になり、このため瞬時帯域幅をさらに減少させる。レール内のスロットはまた、互いに相互作用してレール設計をより困難かつ複雑にする傾向がある。スロットが互いから隔離されれば、所望の結合レベルに必要な各スロットの長さはより容易に決定され得るであろう。レールはまた、その所望の位相および振幅分布を単一の中心周波数で達成し、動作周波数が中心周波数から逸脱するにつれて急速に劣化する。
【０００８】
フェーズドアレイアンテナについて、直列分布網によって導入された位相エラーは、アンテナモジュールにおいて位相変位器を使用して調節されることができる。調節または較正を達成するには、瞬時動作周波数の事前知識が必要とされる。アレイの動作帯域幅に沿ったさまざまな周波数点でのビームの傾きを補正するために、ルックアップテーブルが使用される。レールの長さは、位相変位器を適切に調節するのに必要なステップまたは増分の数を決定する。より長いレールは、より多くのビームの傾きおよびより狭い瞬時帯域幅をもたらし、それは、アンテナの多数のアンテナモジュールを較正するためにより多くの周波数増分が必要とされることを意味する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ザ・ボーイング・カンパニーが直面してきた、かつこの発明のアンテナおよび方法が克服する、特に手腕を問われる問題は、ＭＩＬＳＴＡＲ通信用に４４ＧＨｚで動作可能なワイドビーム走査のＱ帯フェーズドアレイアンテナを開発することである。ＭＩＬＳＴＡＲ通信プロトコルは、２ＧＨｚの動作帯域幅をホッピングする情報周波数の狭帯域バーストを使用する。しかしながら、直列で給電される導波路とビームの異なる傾きとを使用することは、適切な遅延がルックアップテーブルから得られて位相変位器に適用され得るよう、次のビームホッピング周波数の知識を必要とする。次のビームホッピング周波数のそのような知識がなければ、直列で給電されるビームレールの傾きは正確には決定できない。機密保護のため、フェーズドアレイアンテナシステムが、動作のために特定の周波数情報を必要とせず、代わりに受動素子として帯域幅全体にわたって動作可能である、ということが望ましい。したがって、非常に狭いモジュール間隔を可能にするものの、依然として、アンテナの個々のモジュール素子すべての較正を維持するために、直列で給電される個
々のレールビームの傾きを計算することを必要としない、新しい形の共同の給電導波路網が、必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
発明の概要
この発明は、次のビームホッピング周波数の予備知識なく、４４ＧＨｚで、かつＭＩＬＳＴＡＲ通信プロトコルに従って動作可能なフェーズドアレイアンテナシステムおよび方法に向けられている。この発明のシステムおよび方法は、新しい導波路網の使用を取入れたフェーズドアレイアンテナを提供することによって、これを達成している。第１の空気充填導波路構造が、電磁（ＥＭ）波入力エネルギを、第２の、誘電体で充填された導波路構造に給電する。第２の誘電体充填導波路構造は、ＥＭ波エネルギを、共同のストリップライン導波路網に給電する。共同のストリップライン導波路網は、ＥＭ波エネルギを、この発明のフェーズドアレイアンテナを構成する複数の個別のアンテナモジュールの各々の対応する複数の放射素子に分布させる。
【００１１】
好ましい一形態では、第１の導波路構造は、矩形の空気導波路構造を含む。この構造は、ＥＭ波入力エネルギをその入力から複数の出力へ給電し、その複数の出力間でＥＭ波エネルギを分割する。これらの出力は第２の導波路構造に給電し、それは、好ましい一形態では、誘電体で充填された複数の円形導波路を含む。第２の導波路構造はＥＭ波エネルギをストリップライン導波路構造の対応する複数の入力へ通し、そこでこのＥＭ波エネルギはさらに連続的に分割されて、その後、アンテナシステムの複数のアンテナモジュールの放射素子の各々に印加される。共同のストリップライン導波路構造の使用は、システムの効率がほんのわずか減少するだけで非常に狭い素子間隔が達成されることを可能にする。共同のストリップライン導波路構造の使用はさらに、ＭＩＬＳＴＡＲ用途において次のビームホッピング周波数を知ることを必要とする個々のビームの傾きの補正を適用する必要性を排除する。共同のストリップライン導波路構造の使用は、第１および第２の導波路構造ならびに好適な位相変位器の使用に関連して、アンテナシステムの各放射素子に同じ遅延を効果的に提供し、それはまた、アンテナシステムに必要な電子機器の複雑性を著しく簡略化する。
【発明の効果】
【００１２】
有利には、この発明のアンテナシステムは単一のルックアップテーブルを用いて較正され、したがって、次のビームホッピング周波数の事前知識は必要ない。この発明のアンテナシステムは、ボアサイト（boresight）で、および６０°の走査角度で、優れたビーム副ローブレベルを提供する。この発明のアンテナシステムによって作られるビームパターンも、優れた交差偏波レベルを提示する。
【００１３】
この発明の利用可能性のさらなる分野は、以下に提供される詳細な説明から明らかとなるであろう。詳細な説明および特定の例は例示のみのために意図されており、この発明の範囲を限定するよう意図されてはいないことが理解されるべきである。
【００１４】
この発明は、詳細な説明および添付図面からより十分に理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
好ましい実施例の詳細な説明
以下の好ましい実施例の説明は、本質的に単なる例示であり、この発明、その用途、または使用を限定する意図は全くない。
【００１６】
図４を参照すると、この発明の好ましい一実施例および方法に従ったアンテナシステム１０が示されている。アンテナシステム１０は、ＭＩＬＳＴＡＲ用途で採用されている次
のビームホッピング周波数の予備知識を必要とすることなく、ミリメートル波長で、より特定的には４４ＧＨｚ（Ｑ帯）で、かつＭＩＬＳＴＡＲプロトコルに従って動作可能なアンテナを形成している。アンテナシステム１０は、６０°までの（またはそれを超える）走査角度で著しいビームおよび性能の劣化を被ることなく、ミリメートル波周波数での、より好ましくは約４４ＧＨｚでの動作を可能にするよう、互いに対して間隔が非常に近接した複数の５２４個の個別のアンテナモジュールを有するデュアルビームシステムを形成している。アンテナシステムは一般にシャーシ１１を含み、その内部に給電網１２および関連する電子機器（図示せず）が支持されている。
【００１７】
図５を参照すると、アンテナシステム１０の給電ネットワーク１２の主要構成要素の分解斜視図が例示されている。ＥＭ波入力信号が、マイクロ波生成器（図示せず）によって、導波路入力移行部材１４の入力端１４ａへと生成される。ＥＭ波信号は矩形の孔を通って矩形の出力１４ｂへと伝わる。導波路入力移行部材１４は、後部の機械的共熱スペーサプレート１６の開口部１６ａに挿入され、出力１４ｂは、導波路分布網（ＷＤＮ）入力プレート１８に接続される。ＷＤＮ入力プレート１８は、入力１９′と出力１９ａ−１９ｄとを有する導波路１９を有する。ＷＤＮ入力プレート１８は、出力１９ａ−１９ｄと整列する複数の４つの矩形の導波路スロット２０ａ−２０ｄを有する底部矩形給電プレート２０に結合される。ＥＭ波入力信号は、ＷＤＮ入力プレート１８から、導波路１９を通り、スロット２０ａ〜２０ｄを通って、ＷＤＮテーパ付き伝送プレート２２へと通される。伝送プレート２２は、プレート２２の厚さを貫通して延びてはいない複数の５２４個の概して円形の窪み２４を有する。プレート２２はまた、プレート２２を貫通して延びる４つの開口部２４ａ1−２４ａ4も含む。４つの開口部２４ａ1−２４ａ4は、４つの導波路スロット２０ａ−２０ｄと整列されている。５２４個の窪み２４および４つの開口部２４ａ1−２４ａ4の各々は、ＷＤＮ給電プレート２８の対応する複数の開口部２６と長手方向に整列されている。複数の５２４個の１／４波の円形バックショート誘電体プラグ３０（図５では単に代表的な複数として示される）が、５２４個の開口部２６を充填し、また、伝送プレート２２の５２４個の開口部２４も充填する。複数の４つのテーパ付き移行誘電体プラグ３２が、４つの開口部２６ａ−２６ｄを通って延びる。テーパ付き移行誘電体プラグ３２によって充填された開口部２６は、テーパ付き伝送プレート２２の開口部２４ａ1−２４ａ4、および矩形給電プレート２０の矩形スロット２０ａ−２０ｄと長手方向に整列された開口部である。給電網１２が十分に組立てられると、誘電体プラグ３２は開口部２４ａ1−２４ａ4内へも部分的に延びる。これを図５ａに例示するが、ここではプラグ３２が円形のヘッド部３２ａと円錐形の本体部３２ｂとを有するのが見てわかる。円形のヘッド部３２ａは、ＷＤＮ給電プレート２８の関連する開口部（すなわち開口部２６ａ−２６ｄのうちの１つ）を充填し、円錐形の本体部３２ｂは、ＷＤＮテーパ付き伝送プレート２２の開口部２４ａ1−２４ａ4のうちの関連する１つの内部にある。
【００１８】
ＷＤＮテーパ付き伝送プレート２２の開口部２４ａ1−２４ａ4は、断面が伝送プレートの裏側（すなわち図５では見えない側）で矩形として始まり、図５で見える側では円形の断面形状に移行している。これは、プラグ３２の円錐形の部分とともに、矩形から円形への導波路移行区域を、プレート２２を伝わるＥＭ波エネルギに提供する役割を果たす。好ましい一形態では、プラグ３２は、好ましくは約２．５の誘電定数を有する。したがって、ＷＤＮ伝送プレート２２は、矩形から円形への導波路移行構成要素として機能する。
【００１９】
図５をさらに参照すると、ＷＤＮストリップラインプリント回路基板（ＰＣＢ）３４がＷＤＮ給電プレート２８の出力側上に固定され、４つの開口部２４ａの各々を通ってＷＤＮストリップラインＰＣＢ３４上に形成される共同のストリップライン分布網３４ａの対応する入力配線へ通されるＥＭ波エネルギを分割するための手段を形成する。ＷＤＮ円形
導波路プレート３６が、ＷＤＮストリップラインＰＣＢ３４上に固定される。ＷＤＮ円形導波路プレート３６は、概して参照番号３８で示される５２８個の円形開口部を含み、４つの開口部３９が各々、１つの円形バックショート誘電体プラグ４０と１つの円形バックショートアルミニウム（導電性）プラグ４２とで充填される。充填された開口部３９は、矩形給電プレート２０のスロット２０ａ−２０ｄ、およびテーパ付き伝送プレート２２の開口部２４ａ1−２４ａ4と長手方向に整列されたものである。参照番号３８で示される残りの５２４個の開口部は、円形導波路誘電体プラグ４４（図５では単に代表的な複数として示される）で充填される。プラグ４４は、好ましくはレキソライト（Rexolite：登録商標）プラスチックで構成される。１対のモジュール整列ピン４６が、導波路プレート３６の開口部３６ａ、ＷＤＮストリップライン回路基板３４の開口部３４ｂ、給電プレート２８の開口部２８ａ、テーパ付き移行プレート２２の開口部２２ａ、矩形給電プレート２０の開口部２１、ＷＤＮ入力プレート１８の開口部１８ａ、およびスペーサプレート１６の開口部１６ｂを通って延び、図５に示す構成要素２２、２８、３４および３６の多い複数の開口部の整列を維持する。
【００２０】
図６を簡単に参照すると、ＷＤＮ入力プレート１８をより詳細に見ることができる。ＷＤＮ入力プレート１８は、図５の導波路入力移行１４の出力端１４ｂからＥＭ波エネルギを受取る入力１９′を有する矩形の空気充填導波路１９を含む。矩形の空気充填導波路１９はこのＥＭ波入力エネルギを受取り、それを４つの矩形出力スロット１９ａ、１９ｂ、１９ｃおよび１９ｄ間で分割する。矩形スロット１９ａ−１９ｄを通って出たＥＭ波エネルギは、図５に示すＷＤＮ底部矩形給電プレート２０の矩形スロット２０ａ−２０ｄを抜けて通される。ＷＤＮ入力プレート１８は、好ましくは単一の金属シートから、より好ましくはアルミニウムから形成されるが、金などの他の好適な金属材料が採用可能であることが理解されるであろう。スペーサプレート１６も、好ましくは金属から、より好ましくはアルミニウムから形成され、プレート２２、２８および３８も同様である。
【００２１】
図７は、ストリップラインプリント回路基板３４の平面図である。入力トレース３４ａ1、３４ａ2、３４ａ3および３４ａ4は、導波路テーパ付き移行プレート２２の開口部２４ａ1−２４ａ4とそれぞれ整列されている。より具体的には、入力トレース３４ａ1−３４ａ4は各々、開口部２６ａ−２６ｄの各々における電磁場と平行に並ぶよう配置される。入力３４ａ1−３４ａ4は各々、回路基板３４の導電性部分（すなわちストリップライントレース）によって形成された複数の「Ｔ接合部」３５（図８に示す）を通して、複数のＥＭ波放射素子５６（すなわち個別のアンテナモジュール）に給電する。より具体的には、ＷＤＮストリップラインＰＣＢ３４の「Ｔ接合部」３５の各々は、入力３４ａ1−３４ａ4の各々で受取ったＥＭ波入力エネルギを、最終的には各放射素子５６に印加されるより小さな下位複数のものに連続して（かつ均一に）分割する２値信号分配器として動作する。図８は、ストリップラインＰＣＢ３４によって形成された共同のＥＭ波分布網の代表的な部分を例示している。入力３４ａ2が放射素子５６ａ−５６ｂに給電しているのが見てわかる。図８には２つの代表的なＴ接合部３５が示されている。
【００２２】
入力３４ａ1は２５４個の放射素子５６に給電し、入力３４ａ2は１２６個の放射素子５６に給電し、入力３４ａ3は９６個の放射素子５６に給電し、入力３４ａ4は４８個の放射素子５６に給電する。
【００２３】
動作時、ＥＭ波エネルギが放射素子５６の各々によって、ＷＤＮ円形導波路プレート３６の開口部３８を通して放射され、また、ＷＤＮ給電プレート２８へ向けて戻される。プラグ３０は約２．５という好ましい誘電定数を有する。電磁エネルギがプラグ３０を通って伝わり、伝送プレート２２の５２４個の窪みの各々の一番底の壁で反射されて、回路基板３４へ向けて戻され、ＷＤＮ円形導波路プレート３６の開口部３８を通って進み続ける。好ましい一形態では、プラグ３０はレキソライト（登録商標）プラスチック材料から作られる。好ましくはレキソライト（登録商標）プラスチックで構成されるプラグ４０と、好ましくは金属、より好ましくはアルミニウムであるプラグ４２とが、開口部３９を充填する。開口部２６ａ−２６ｄからのＥＭ波エネルギはプラグ４０を通って伝わり、プラグ４２によって反射され、回路基板３４の入力配線３４ａ1−３４ａ4へ向けて戻される。プラグ３０、３２、４０および４４は各々、好ましくは約２．５の誘電定数を有し、非常に
狭い素子間隔がアンテナシステムで使用される状態で、ミリメートル波周波数でのアンテナシステム１０の動作を可能にする。
【００２４】
図９および図１０を簡単に参照すると、この発明のアンテナシステムの性能が見てわかる。特に図９を参照すると、４４．５ＧＨｚで、かつ０°の走査角度で動作するアンテナシステムで、アンテナシステム１０のファーフィールド動作を見ることができる。図１０を参照すると、アンテナシステム１０は、４４．５ＧＨｚで、しかしながら６０°の走査角度で動作するよう示されている。参照番号５８によって表わされている、結果として生じる副ローブレベルは、許容可能な限度内で良好であり、図９および図１０に示すビームは良好な交差偏波レベルを提示している。性能は、４３．５−４５．５ＧＨｚの設計帯域幅にわたって同様である。
【００２５】
この発明のアンテナシステム１０はこのため、ミリメートル波周波数で、より特定的には４４ＧＨｚで動作できるように、フェーズドアレイアンテナが、互いに間隔が非常に近接した放射要素５６を有して形成されることを可能にする。重要なことに、アンテナシステム１０は、ＭＩＬＳＴＡＲ通信プロトコルで使用される際に、次のビームホッピング周波数の知識を必要としない。アンテナシステム１０の共同のＷＤＮストリップラインプリント回路基板３４は、ミリメートル波周波数での優れたアンテナ性能に必要な、極度に近接した放射要素５６の間隔を可能にする一方、各放射素子５６に適用される振幅および位相遅延が単一のルックアップテーブルから決定されることを可能にする。
【００２６】
「入力」および「出力」という用語がアンテナシステム１０の構成要素の一部を説明するために使用されたが、これは、アンテナが送信動作モードにおいて説明されたという理解で行なわれた、ということも理解されるであろう。当業者であれば容易に理解するように、これらの用語は、アンテナシステム１０が受信モードで動作している場合には逆となる。
【００２７】
さまざまな好ましい実施例が説明されたが、当業者であれば、この発明の概念から逸脱することなく行なわれ得る修正または変更を認識するであろう。例は発明を例示しており、それを限定するよう意図されてはいない。したがって、そのような限定は単に関係する先行技術に鑑みて必要なだけであるとして、説明および特許請求の範囲は寛容に解釈されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】典型的な送信フェーズドアレイアンテナシステムの簡略化されたブロック図である。
【図２】タイルタイプのフェーズドアレイアンテナシステムのある構成要素の簡略化された斜視図である。
【図３】ブリックタイプのフェーズドアレイアンテナシステムのある構成要素の簡略化された斜視図である。
【図４】この発明の好ましい一実施例に従ったフェーズドアレイアンテナの簡略化された斜視図である。
【図５】図４のアンテナシステム給電網の分解斜視図である。
【図５Ａ】テーパ付き伝送プレートおよびＷＤＮ給電プレート内に挿入されるテーパ付き移行誘電体プラグの部分断面図である。
【図６】１×４空気充填矩形導波路給電構造を形成する導波路分布網入力プレートの平面図である。
【図７】ストリップライン導波路プリント回路基板の拡大平面図である。
【図８】図７の回路基板を大きく拡大した部分の図である。
【図９】この発明のアンテナの、０°の走査角度での（すなわちボアサイトに沿った）ファーフィールド振幅のグラフである。
【図１０】この発明のアンテナシステムの、６０°の走査角度でのファーフィールド振幅のグラフである。
【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５Ａ】
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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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