(57)【要約】エンクロージャを形成する複数の壁を有するハウジングと、ハウジングの第１の壁に形成されたスロットと、その第１の壁に対向するハウジングの第２の壁に形成された折返し空洞とを含んでいるアンテナである。折返し空洞は第１の空洞部分と第２の空洞部分とからなる複合空洞であり、これら第１の空洞部分および第２の空洞部分の各全周囲は折返し部またはシェルフによって接合されていることが好ましい。ＲＦエネルギを折返し空洞中に注入するために、たとえば導波管または同軸ケーブル等の任意の都合のよいＲＦ伝送ラインが使用されることができる。ある実施形態では、ハウジングの幅および長さは共にそれぞれ自由空間波長の１／２未満であり、アンテナは非常に正確な円偏波を生成することができ、たとえば１０ｋＷ等の非常に高い電力レベルを処理することが可能であり、したがって、たとえばワイドスキャンフェイズドアレイアンテナ等の非常にコンパクトなアンテナ素子を必要とする高電力用途に適したものとなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンクロージャを形成する複数の壁を有するハウジングと、
ハウジングの第１の壁に形成されたスロットと、
第１の壁に対向するハウジングの第２の壁に形成された折返し空洞とを含んでいるアンテナ。
【請求項２】
さらに、ＲＦエネルギを折返し空洞中に注入する手段を備えており、それによってスロットから放射を生成する請求項１記載のアンテナ。
【請求項３】
前記注入する手段は同軸伝送ケーブルを含んでいる請求項２記載のアンテナ。
【請求項４】
前記注入する手段は導波管を含んでいる請求項２記載のアンテナ。
【請求項５】
注入する手段はリッジ導波管を含んでいる請求項２記載のアンテナ。
【請求項６】
さらに、第１の偏波のＲＦエネルギを第２の偏波のＲＦエネルギに結合する結合ポストを含んでおり、それによってスロットから円偏波放射を生成する請求項５記載のアンテナ。
【請求項７】
折返し空洞は第１の空洞部分と第２の空洞部分とからなる複合空洞であり、これら第１の空洞部分および第２の空洞部分の各全周囲はシェルフによって接合されている請求項１記載のアンテナ。
【請求項８】
折返し空洞は第１の空洞部分と第２の空洞部分とからなる複合空洞であり、これら第１の空洞部分および第２の空洞部分の各全周囲はシェルフによって接合されている請求項６記載のアンテナ。
【請求項９】
第１の方向における空洞の折返し量は第２の方向より大きく、それによって折返し空洞は異なった偏波のＲＦエネルギに対して異なった周波数で共振する請求項８記載のアンテナ。
【請求項１０】
折返し空洞は、第１の偏波のＲＦエネルギに対して第１の周波数で共振し、第２の偏波のＲＦエネルギに対して第２の周波数で共振するように構成されている請求項８記載のアンテナ。
【請求項１１】
スロットは十字形である請求項１記載のアンテナ。
【請求項１２】
スロットは交差したダンベル形である請求項１記載のアンテナ。
【請求項１３】
スロットは十字形である請求項１０記載のアンテナ。
【請求項１４】
スロットは交差したダンベル形である請求項１１記載のアンテナ。
【請求項１５】
ハウジングの長さおよび幅ディメンションの少なくとも一方が自由空間波長の７／１０より小さい請求項１記載のアンテナ。
【請求項１６】
ハウジングの長さおよび幅ディメンションの少なくとも一方が自由空間波長の１／２以下である請求項１記載のアンテナ。
【請求項１７】
各アンテナ素子が、エンクロージャを形成する複数の壁を有するハウジングと、
ハウジングの第１の壁に形成されたスロットと、
第１の壁に対向するハウジングの第２の壁に形成された折返し空洞とを含んでいる複数のアンテナ素子からなるフェイズドアレイアンテナ。
【請求項１８】
さらに、ＲＦエネルギを各アンテナ素子の折返し空洞中に注入する手段を備えており、それによって各アンテナ素子のスロットが放射を生成する請求項１７記載のフェイズドアレイアンテナ。
【請求項１９】
エンクロージャを形成する複数の壁を有し、その長さおよび幅ディメンションの少なくとも一方が自由空間波長の１／２以下であるハウジングと、
ハウジングの第１の壁に形成された十字形のスロットと、
第１の壁に対向するハウジングの第２の壁に形成され、第１の空洞部分および第２の空洞部分の各全周囲がシェルフによって接合されている第１の空洞部分と第２の空洞部分とからなる複合空洞を含む折返し空洞と、
ＲＦエネルギを折返し空洞中に注入する手段とを具備しており、
前記十字形のスロットは円偏波放射を生成するコンパクトで折返し空洞を後面に備えたスロットアンテナ。
【請求項２０】
さらに、第１の偏波のＲＦエネルギを第２の偏波のＲＦエネルギに結合する結合ポストを含んでおり、
前記注入する手段はリッジ導波管を含み、
折返し空洞は、第１の偏波のＲＦエネルギに対して第１の周波数で共振し、第２の偏波のＲＦエネルギに対して第２の周波数で共振するように構成されている請求項１９記載のアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アンテナに関する。とくに、本発明は、高電力適用において使用されるスロットアンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ワイドスキャンフェイズドアレイアンテナ（たとえば、±４５°のような非常に広い角度を走査することのできるもの）の個々のアンテナ素子は典型的に、非常に接近した間隔を置いて配置されなければならない。とくに、個々のアンテナ素子は一般に、自由空間波長のほぼ１／２の間隔を互いに隔てて配置されなければならない。このようなコンパクトな設計の各種のアンテナ素子が存在している。しかしながら、ワイドスキャンフェイズドアレイアンテナにおける使用に対して十分にコンパクトで現在入手可能なアンテナはいずれも非常に高い平均電力レベルを処理することができず、それと同時に、たとえば円偏波等の非常に正確な偏波をかなり広い角度の区域（たとえば、両平面において±５０°）に供給することはできない。この点について、これらの制約を満足させる非常にコンパクトなアンテナ設計を必要とする多くの適用が存在し、それには高電力ワイドスキャンフェイズドアレイアンテナが含まれる。現在利用可能なアンテナテクノロジーの以下の簡単な概説は、その制限および欠点の例証に役立つであろう。円偏波ピッチアンテナは、誘電体を使用することによってのみ自由空間波長の１／２より小さく形成されることが可能であり、そのためにピッチアンテナは高電力適用に対して不適切なものになる。表面にスロットが形成されている円偏波されたリッジ導波管アンテナは、自由空間波長の１／２より小さく形成されることができる。このようなアンテナ設計は高い電力レベルを処理することが可能であるが、正確な円偏波を供給することはできない。
【０００３】
高い電力レベルを処理することのできる方形の空洞を後面に備えたスロットアンテナ（すなわち、誘電体が不要である）が構成されることができる。しかしながら、装置が動作可能であるためには、空洞の断面のディメンションが自由空間波長の１／２（典型的に、エッジ上で波長の７／１０）より大きくなければならない。空洞のディメンションが自由空間波長の１／２より大きくなければならない理由は、空洞が共振するために方形ディメンションが、自由空間波長より長い導波管波長の１／２に等しくなければならないためである。
【０００４】
通常の空洞を後面に備えたスロットアンテナは、誘電性材料で空洞を充填することによってその寸法を減少させることができるが、しかしこれは実質的な損失を導き、そのためにアンテナが高い平均電力用途には不適切なものとなる。
【０００５】
別の既知のアンテナ設計には、米国特許第 ３，５７３，８３４号明細書（ｉｓｓｕｅｄ ｔｏ ＭｃＣａｂｅ ｅｔ ａｌ． ）、第 ４，１３０，８２３号明細書（ｉｓｓｕｅｄ ｔｏ Ｈｏｏｐｌｅ）、米国特許第 ４，１３２，９９５号明細書（ｉｓｓｕｅｄ ｔｏ Ｍｏｎｓｅｒ）、および米国特許第 ５，４６１，３９３号明細書（ｉｓｓｕｅｄ ｔｏ Ｇｏｒｄｏｎ）に記載されているものが含まれる。しかしながら、これらの特許明細書に開示されているアンテナは大き過ぎて円偏波性能が低いか、および、または高い電力レベルを処理することができない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、ワイドスキャンフェイズドアレイアンテナのような、非常に広い角度範囲（たとえば、両平面において±５０°）にわたって高い電力レベルを処理し、非常に正確な円偏波を供給することのできる非常にコンパクトなアンテナが技術的に必要とされている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この問題は、本発明のコンパクトで折返し空洞を後面に備えたスロットアンテナによって解決される。その特徴の１つにおいて、本発明は、エンクロージャを形成する複数の壁を有するハウジングと、ハウジングの第１の壁に形成されたスロットと、第１の壁に対向するハウジングの第２の壁に形成された折返し空洞とを含んでいるアンテナを含んでいる。折返し空洞は第１の空洞部分と第２の空洞部分とからなる複合空洞であり、これら第１の空洞部分および第２の空洞部分のそれぞれの全周囲は折返し部またはシェルフによって接合されていることが好ましい。ＲＦエネルギを折返し空洞中に注入するために、たとえば導波管または同軸ケーブル等の任意の都合のよいＲＦ伝送ラインが使用されることができる。
【０００８】
１実施形態において、スロットは十字形であり、９０°位相のずれたＲＦ信号を伝送する同軸ケーブルが折返し空洞に対して直交する各方向に給電するために使用され、それによって十字形のスロットから正確な円偏波された放射を生成する。
【０００９】
構成されて詳細に試験された別の実施形態では、スロットは交差したダンベル形であり、折返し空洞に給電するためにリッジ導波管が使用される。この実施形態において、第１の方向における空洞の折返し量は第２の方向より大きく、それによって折返し空洞は異なった偏波のＲＦエネルギに対して異なった周波数で共振する。さらに、第１の偏波のＲＦエネルギを第２の偏波のＲＦエネルギに結合するために結合ポストが設けられ、それによってスロットは正確な円偏波された放射を生成する。
【００１０】
両実施形態において、ハウジングの幅および長さディメンションの少なくとも一方が自由空間波長の７／１０よりも小さく、ハウジングの幅および長さの両方がそれぞれ自由空間波長の１／２より小さいことが好ましい。これらの実施形態にいずれによっても、アンテナは非常に正確な円偏波を生成することができ、たとえば、１０ｋＷ等の非常に高い平均電力レベルを処理することが可能であり、したがって、たとえば、ワイドスキャンフェイズドアレイアンテナ等の非常にコンパクトなアンテナ素子を必要とする高電力用途に適したものとなる。
【００１１】
別の特徴において、本発明はまた、本発明にしたがってそれぞれ構成された複数のアンテナ素子を含むフェイズドアレイアンテナを含んでいる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の有効な教示を開示するために添付図面を参照として例示的な実施形態および例示的な適用を説明する。
本発明はここにおいて特定の適用に対して例示的な実施形態を参照として記載されているが、本発明はそれに限定されないことを認識すべきである。当業者は、本発明の技術的範囲内の付加的な修正、適用および実施形態、ならびに本発明が非常に有用となる付加的な分野を認識するであろう。
【００１３】
図１を参照すると、本発明の例示的な１実施形態の折返し空洞を後面に備えたスロットアンテナ２０の斜視図が示されている。折返し空洞を後面に備えたスロットアンテナ２０は、本発明の新しい特徴にしたがって折返し方形空洞２４が下部空洞壁２６に形成されたハウジング２２と、上部空洞壁３０において機械加工で形成されたスロット２８とを含んでいる。ハウジング２２はアルミニウムその他の適切な導電性材料から構成されることができる。
【００１４】
折返し方形空洞２４は標準的な方形空洞のエッジを２次元で裏側に折返すことによって形成されていると考えられる。この折返し空洞設計により、アンテナ２０はエッジに関して１／２波長より小さくすることが可能となり、したがって広範囲走査フェイズドアレイアンテナにおけるアンテナ素子として使用するのに十分にコンパクトなものとなる。従来技術の標準的な方形空洞設計に関するこの寸法の減少は誘電体材料を使用することなく行われ、それによってアンテナ２０は高電力適用において使用可能となる。
【００１５】
アンテナ２０は導波管、同軸ケーブルまたは任意の他のＲＦ伝送ラインによって給電されることができる。アンテナ２０は、円偏波された放射線パターンを生成するように構成されることができる。たとえば、図１に示されている実施形態において、スロット２８は十字形であり、それによって円偏波された放射線パターンを生成する。当然ながら、スロット２８は、上部空洞壁３０において２つの直交するスロットを十字形になるように機械加工することにより形成されることができる。
【００１６】
図２は従来技術の標準的な方形空洞３２の、たとえば幅ディメンション等の１次元についての断面図である。空洞３２の幅は“ｗ”で示されている。
【００１７】
図３は、本発明の折返し方形空洞２４の、たとえば幅ディメンション等の１次元の断面図である。折返し空洞２４の幅は、本発明の折返し方形空洞２４の幅が従来技術の“折返されていない”空洞３２の幅より著しく小さいことを表すために“＜＜ｗ”で示されている。図３に示されているように、折返された幅全体は“ｗ”にほぼ等しいことに注意すべきである。折返し空洞はその幅と同様にその長さに沿って“折返される”ため、当然この同じ寸法減少は直交するディメンション、たとえば折返し空洞２４の長さディメンションにおいて行われる。
【００１８】
当然ながら、このように標準的な方形空洞を直交するディメンションで折返すことにより、第１の空洞部分３２と第２の空洞部分３４とから成り、それらの各全周囲が折返し部またはシェルフ３６によって接合されている“複合”空洞が結果的に生成される。もちろん、空洞の特定の形状は本発明の広い観点において限定されない。
【００１９】
図４は図３に示されている折返し空洞を後面に備えたアンテナ２０の実施形態の斜視図であり、１対の同軸ケーブル４０によって給電されていることが示されている。各同軸ケーブル４０はその２つの直交する方向のそれぞれにおいて折返し空洞２４に給電する。同軸信号の位相が９０°ずれている場合、折返し空洞を後面に備えたスロット２８は円偏波を放射する。
【００２０】
図５は、本発明の折返し空洞を後面に備えたアンテナ２０’ の別の実施形態の斜視図である。この実施形態においては、アンテナ２０’ はリッジ導波管４４により給電されている。リッジ導波管４４は標準的な導波管より狭く、たとえばエッジに関してほぼ１／２波長に形成されることができる。さらに、この実施形態においては、非常に広い放射パターンを生成するために交差した“ダンベル”形のスロット２８’ が使用された。リッジ導波管フィード４４は、１つの偏波でエネルギを空洞中に結合するに過ぎない。円偏波を得るためには、折返し空洞２４’ は両偏波において共振する必要がある。これは、本発明のこの実施形態では１つの偏波から別の偏波にエネルギ結合する結合ポスト４８を含むことによって達成される。
【００２１】
さらに、円偏波を得るために折返し空洞２４’ の２つの偏波がわずかに異なった周波数で共振する必要がある。これは、本発明のこの実施形態では、一方の偏波に対する空洞折返し量を他方の偏波に対するものより大きくすることにより達成される。これは、折返し空洞３４’ のベースを非対称にすることによって達成される。
【００２２】
この実施形態の折返し空洞を後面に備えたアンテナ２０’ （すなわち、図５に示されているもの）が構成され、詳細に試験された。
【００２３】
図６は、図５に示されている本発明の折返し空洞を後面に備えたスロットアンテナ２０’ のリッジ導波管の入力ポートにおける反射損失対周波数を示すグラフである。このグラフを参照として認識されるように、中心（設計）周波数における損失は−２０ｄＢ未満であり、また、ほぼ３％の帯域幅にわたって−２０ｄＢ未満である。反射損失の二重共振特性もまた認識しなければならず、この二重共振特性は上述したように円偏波放射を生成するために異なった周波数で共振する折返し空洞２４’ の２つの偏波によるものである。この実施形態（すなわち、図５に示されている実施形態）に対して放射された軸比もまた試験され、中心周波数において軸比はゼロに近く、さらに折返し空洞２４’ に対する軸比はほぼ２％の帯域幅にわたって３ｄＢ未満であることが決定された。さらに、この実施形態（すなわち、図５に示されている実施形態）はまた高電力下で試験された。とくに、１０ｋＷを越える平均電力がアンテナ２０’ に供給されたが、その結果劣化は生じなかった。
【００２４】
本発明はここにおいて特定の適用に対する例示的な実施形態を参照として説明されているが、本発明はそれに限定されないことを認識すべきである。当業者は本発明の技術的範囲内において、ならびに本発明が非常に有用な付加的な分野において付加的な修正、適用および実施形態を認識するであろう。
【００２５】
以上、本発明はここにおいて特定の適用に対する例示的な実施形態を参照として説明されてきた。当業者は本発明の技術的範囲内において付加的な修正、適用および実施形態を認識するであろう。たとえば、本発明はフェイズドアレイアンテナにおける使用に対してとくに有用であるが、本発明はまた多くの他の適用、たとえば、工業用加熱および、またはクッキング等の用途において使用されることができる。
【００２６】
したがって、添付された特許請求の範囲は、本発明の技術的範囲内において任意および全てのこのような適用、修正および実施形態をカバーするものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の１実施形態の折返し空洞を後面に備えたスロットアンテナの斜視図。
【図２】
通常の折返し空洞を後面に備えたスロットアンテナの折返し空洞の断面図。
【図３】
図１に示されている折返し空洞を後面に備えたスロットアンテナの折返し空洞の断面図。
【図４】
同軸ケーブルにより給電されている本発明の折返し空洞を後面に備えたスロットアンテナの斜視図。
【図５】
リッジ導波管により給電されている本発明の折返し空洞を後面に備えたスロットアンテナの別の実施形態の斜視図。
【図６】
図５に示されている本発明の折返し空洞を後面に備えたスロットアンテナのリッジ導波管の入力ポートにおける反射損失対周波数を示すグラフ。
【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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【国際公開パンフレット】
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2004508751.tif 000027
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004508751.tif 000029
2004508751.tif 000030
【国際調査報告】
2004508751.tif 000031
2004508751.tif 000032
2004508751.tif 000033