(57)【要約】エッグクレート構造にインターリーブされた広帯域素子を有する低コストのアレイである。放射素子はフレアノッチ放射素子である。テーパーを有する疑似ＴＥＭスロットラインにより各素子を給電することによって広帯域にわたって良好なインピーダンス整合が得られ、それは５０オームの入力インピーダンスを１２０オームの放射インピーダンスに変換する。放射素子は時間減衰ビーム形成ネットワークによって給電される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直偏波放射素子の垂直偏波サブアレイと、
水平偏波放射素子の水平偏波サブアレイとを具備し、
垂直偏波サブアレイは第１の複数の垂直偏波素子スラブ（６０〜６６）を含み、それらの垂直偏波素子スラブはそれぞれ第２の複数の垂直偏波放射素子（６０Ａ〜６６Ｄ）を支持し、
水平偏波サブアレイは第３の複数の水平偏波素子スラブ（７０〜７６）を含み、それらの水平偏波素子スラブはそれぞれ第４の複数の水平偏波放射素子（７０Ａ〜７６Ｄ）を支持し、
垂直偏波素子スラブと水平偏波素子スラブは網状の区画された構造（８２）を形成するようにほぼ横断する間隔を隔てた関係でインターリーブされているレーダアンテナ（５０）。
【請求項２】
さらに、垂直偏波素子と水平偏波素子に結合された真の時間遅延ビーム形成ネットワーク（１６０， １７０）を備えている請求項１記載のアンテナ。
【請求項３】
さらに、各放射素子に対して、対応する放射素子に結合されたテーパーされた疑似ＴＥＭＬスロットラインを含み、それは入力インピーダンスを放射インピーダンスに変換するように構成されている請求項１または２記載のアンテナ。
【請求項４】
アレイは航空機（１０）に設置され、複数の放射素子の一部は水平方向に傾斜している請求項１乃至３のいずれか１項記載のアンテナ。
【請求項５】
さらに、輪郭を有する接地面（８２）およびレドーム構造（４０）を備えている請求項４記載のアンテナ。
【請求項６】
放射素子はそれぞのスラブ上に印刷されている請求項１乃至５のいずれか１項記載のアンテナ。
【請求項７】
垂直偏波放射素子と水平偏波放射素子はフレアノッチ放射素子である請求項１乃至６のいずれか１項記載のアンテナ。
【請求項８】
各放射素子は拡張された形態のダイポール素子を含み、そのダイポール素子は中心軸に沿って給電端から所定の距離で互いに離れるように延在した対向するエッジを有し、そのエッジ間に放射開口を形成するほぼ対称な平坦な１対の導体を備え、この平坦な導体は（ａ）給電端から離れるように延在する１対の転移セクションと、（ｂ）転移セクションから延在して１対の転移セクション導体の横幅よりも大きい横幅を有している１対の拡大された形状のダイポールウイング導体とを有している請求項１乃至７のいずれか１項記載のアンテナ。
【請求項９】
垂直偏波放射素子に接続された垂直偏波ビーム形成ネットワーク（１６０） と、
水平偏波放射素子に接続された水平偏波ビーム形成ネットワーク（１７０） とをさらに備えている請求項１および３乃至８のいずれか１項記載のアンテナ。
【請求項１０】
垂直偏波ビーム形成ネットワークは複数の伝送ラインを含む真の時間遅延ネットワークであり、その伝送ラインの長さは所望の垂直偏波ビームを与えるように選択され、水平偏波ビーム形成ネットワークは複数の伝送ラインを含む真の時間遅延ネットワークであり、その伝送ラインの長さは所望の水平偏波ビームを与えるように選択されている請求項９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、レーダシステムに関し、特に、植物透過に適したレーダアンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
政府は森林中に隠れたターゲットを検出するためにレーダに対する超広帯域植物透過アンテナを必要としている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このアンテナに対する要求には、１）超広帯域の、４：１の比のＵＨＦ周波数範囲であること、２）コンパクトで監視航空機の下部に取付けられた非常に薄い（５０ｃｍ）レドームに適合すること、３）二重線形偏波，すなわち垂直偏波と水平偏波であること、４）帯域の９０％以上で２：１より小さい入力ＶＳＷＲを有するように良好に整合されること、５）３０度の俯角、すなわち天底から６０度の指向された側方探査ビームを有すること、６）比較的高い高度で高いパワーであることが含まれる。
【０００４】
本発明は、他のアプリケーションにも使用可能であるが、この特定のアプリケーションに対して特に適している。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明によるレーダアンテナは、垂直偏波放射素子の垂直偏波サブアレイを備えており、この垂直偏波サブアレイは第１の複数の垂直偏波素子スラブを含み、それらの垂直偏波素子スラブはそれぞれ第２の複数の垂直偏波放射素子を支持している。アンテナはまた水平偏波放射素子の水平偏波サブアレイを備えており、この水平偏波サブアレイは第３の複数の水平偏波素子スラブを含み、それらの水平偏波素子スラブはそれぞれ第４の複数の水平偏波放射素子を支持している。垂直偏波素子スラブおよび水平偏波素子スラブは網状の区画された構造を与えるためにほぼ横断する間隔を隔てた関係でインターリーブされている。
【０００６】
【発明の実施の形態】
これらおよびその他の本発明の特徴および利点は、添付図面を参照にした本発明の例示的な実施形態の詳細な説明によって明らかになるであろう。
本発明の１特徴を使用するＵＨＦ植物透過アンテナは、森林の樹木に隠れたターゲットを検出するためのレーダシステムで有用である。図１に示された例示的な実施形態の概略図では、アンテナ５０は、比較的高い高度で飛行している航空機の下部に取付けられた小型のアレイを含んでいる。その設計は任意の適当な周波数範囲、例えばＵＨＦで、あるいはその帯域内のサブレンジで動作するように構成されることができる。給電装置および成形された接地面８２を含んでいるアンテナは非常に浅いレドーム、例えば５０ｃｍ×１００ｃｍ×１００ｃｍのレドームに適合する。この例示的な応用に対する小さい容積は電気設計およびアンテナのパッケージに厳しい制約を負わせる。このアンテナは水平から３０度の俯角（天底から６０度）で指向する側方探査ビームを生成する。
【０００７】
この実施形態に対して中央帯域における３ｄＢのビームは高低（ＥＬ）平面および方位（ＡＺ）平面の両者において約５０度である。ビームは１０度から６０度の範囲の俯角をカバーするように十分に広いから、高低（ＥＬ）平面におけるビームの操縦はこの実施形態では行われていない。しかしながら方位（ＡＺ）走査はジンパルによって行われる。この実施形態ではアンテナは帯域の９０％にわたって２：１より小さいＶＳＷＲで４：１以上の帯域幅で二重直線偏波を与える。広い側から６０度まで操縦されたビームピークにより、それはＥＬ平面で広い走査を行うことと等価である。帯域の高い端部における格子ローブを抑制するために、素子の間隔は２５ｃｍよりも小さく、それは帯域の低い端部におけるアンテナの入力インピーダンスを整合させることを困難にする。何故ならば素子は電気的に非常に小さいからである。
【０００８】
図２はアンテナ５０の簡単化された斜視図である。アンテナアレイは垂直偏波（Ｖポール）のための垂直の、４個のスラブ６０〜６６の４素子×４素子のサブアレイと、水平偏波（Ｈポール）のための水平の、４個のスラブ７０〜７６の３素子×４素子のサブアレイとを含んでいる。Ｖポールサブアレイは各スラブ６０〜６６上に印刷された４個の素子を有し、一方Ｈポールサブアレイは各スラブ７０〜７６上に印刷された３個の素子を有している。したがって、例えば、Ｖポールのスラブ６０はその上に印刷された放射素子６０Ａ〜６０Ｄを有し、Ｈポールのスラブ７０はその上に印刷された放射素子７０Ａ〜７０Ｃを有している。Ｖポールスラブ６０〜６６およびＨポールスラブ７０〜７６は剛固な“エッグクレート”（卵を入れる仕切りのある容器）構造８０を形成するために直交してインターリーブされている。各放射素子は、ここで参考文献とされる米国特許第５，４２８，３６４号明細書（ＪａｒＪ．ＬｅｅおよびＳｔａｎ Ｗ、リビングストン）に記載されているようなフレアノッチ放射素子の変形である。米国特許第５，４２８，３６４号明細書に記載されたようなテーパーを有する疑似ＴＥＭＬスロットラインにより各素子を給電することによってこの実施形態において広い帯域にわたって良好なインピーダンス整合が得られた。それは５０オームの入力インピーダンスを１２０オームの放射インピーダンスに変換する。スロットライン伝送ラインはまた文献（Ｊ．Ｊ．Ｌｅｅ，ＩＥＥＥトランザクションズ・オン・マイクロウエーブセオリーおよびテクニック３９巻４号６６６頁１９９１年４月）にも記載されている。
【０００９】
スラブ６０〜６６および７０〜７６はファイバガラスＦＲ−４のような誘電体基板で形成され、基板の両面に形成された銅のような導電材料層を有する。導電材料層はフォトリソグラフ技術のような良く知られた処理により基板の両面でパターン化されて放射素子を規定する。したがって、放射素子は各スラブ上に形成された導電材料層のパターンによって規定される。
【００１０】
“エッグクレート”構造８２は本質的に区画された網状構造であり、それにおいてスラブは例えば区画室８４のような複数の隣接して開いた区画室を規定するように配置される。この実施形態では区画室は方形の断面を有しているが、区画室を規定している対向するスラブは直交している必要はない。内部区画室はＶポールとＨポールの放射素子の対向する対によって４個のスラブ側面で境界が定められる。図２で示されるように、ＨポールとＶポールのスラブは互いに横断して９０度の角度で交差している。この実施形態ではＶポールのスラブ６０， ６２， ６４， ６６は互いにほぼ平行であるが、Ｈポールのスラブ７０， ７２， ７４， ７６は平行ではなくこのアプリケーションに対して所望されているようなビームカバー範囲を与えるために傾斜している。もちろん他のアプリケーションに対してはその他の方向のＶポールとＨポールのスラブが使用可能であり、例えばＶポールのスラブが互いに平行であり、Ｈポールのスラブも互いに平行であることも可能である。
【００１１】
この例示的な実施形態ではＶポールとＨポールのスラブはそれぞれ側部に或る範囲に部分的に形成されたスロット（図示せず）を有し、スラブは“エッグクレート”構造中の分割構造と同様に対応するスロットに沿ってスラブをスライドさせることによって共に組立てられる。組立てられると、インターリーブされたＶポールのスラブとＨポールのスラブによって形成されたコーナーに隣接した導体領域間に十分な間隔が存在し、隣接する放射素子の導体部分の電気的な短絡が阻止される。固定具を有するブラケット８６（図２）のような直角ブラケットが使用されてＶポールのスラブとＨポールのスラブおよび接地平面構造との剛固な接続が与えられる。図面を明瞭にするために、図２では多数のブラケットの中の少しの部分しか示されていない。
【００１２】
この例示的な実施形態の放射素子はフレアノッチ放射素子である。図３の例示的な放射素子６０Ａ’ を参照すると、フレアノッチ放射素子は１対のほぼ対称的な平坦な導体６０Ａ１’，６０Ａ２’を含む拡張された形状のダイポール素子を具備し、それは平坦な導体の給電端６０Ａ３’，６０Ａ４’から中心軸に沿った給電端からの距離が大きくなると互いに離れるように広がる対向するエッジを有しており、その対向するエッジ間に放射開口が形成されている。平坦な導体は給電端から延在する１対の転移セクション導体部分と、転移セクション導体部分から延在する横に広がった形状の１対のダイポールウイング導体部分とを含み、それは１対の転移セクション導体部分の横幅よりも大きい横幅を有している。
【００１３】
３０度の俯角における利得は水平方向に素子を傾斜させることによって改善される。図３は１実施形態に対する例示的なＶポールスラブ６０’ におけるＶポール素子６０Ａ’ 〜６０Ｄ’ の位置と方向とを示しており、それにおいて放射素子の隣接するエッジの若干のオーバーラップが存在する。ここで素子６０Ａ’ は軸６８に関して角度１０Ｅ傾斜し、素子６０Ｂ’ は角度１６Ｅ傾斜し、素子６０Ｃ’ は角度４５Ｅ傾斜し、素子６０Ｄ’ は角度６５Ｅ傾斜している。図４はオートＣＡＤのようなコンピュータエイド設計（ＣＡＤ）プログラムの使用の結果を示している。それはスラブ上のオーバーラップを有しない素子６０Ａ〜６０Ｄと素子６０Ａ’ 〜６０Ｄ’ を連続的な放射開口に混合する。
【００１４】
主ビームの指向方向がこの例示的な実施形態に対して広帯域にわたって３０度の俯角に指向されることを確実にするために真の時間遅延ビーム形成ネットワークが使用される。これは図５に示されている。図５はスラブ６０上の放射素子６０Ａ〜６０Ｄに対する真の時間遅延ビーム形成ネットワーク１１０ の１例を示している。平面１０２ に沿って到着する入射波１００ により、４：１の結合器１１４ に対する対応する放射素子６０Ａ〜６０Ｄのためのバルンをそれぞれ結合する伝送ライン１１２ Ａ〜１１２ Ｄは異なった実効電気長を有しており、したがって遅延線路として作用し、それにより入射波から放射素子に到着したエネルギは同位相で結合されて結合された受信信号をライン１１６ に与えることができる。素子は受信モードについて説明したが、アンテナおよびその素子は可逆的であり、受信と同様に送信モードで動作できることを理解すべきである。
【００１５】
図６はアンテナ５０を構成しているＶポール放射素子のための真の時間遅延ビーム形成ネットワーク１６０ の１例を示している。このネットワーク１６０ は各スラブ６０， ６２， ６４， ６６上の放射素子のグループのそれぞれに対するスラブビーム形成ネットワーク１１０， １２０， １３０， １４０を含んでいる。スラブビーム形成ネットワーク１２０， １３０， １４０ は図５に関してすでに説明したようにビーム形成ネットワーク１１０ と類似しているので、スラブビーム形成ネットワークについてはこれ以上説明はしない。外側のスラブビーム形成ネットワーク１１０， １４０からの出力は２：１の結合器１５０ 中で結合され、ライン１５２ 上の結合された出力は３：１結合器１５４ においてスラブビーム形成ネットワーク１２０， １３０からの出力と結合されてＶポールアンテナ出力をライン１５６ 上に出力する。もちろん、Ｖポールアンテはまた送信に使用される。
【００１６】
図７はアンテナ５０を構成しているＨポール放射素子のための真の時間遅延ビーム形成ネットワーク１７０ の１例を示している。このネットワーク１７０ は真の時間遅延ビーム形成ネットワーク１８０， １９０， ２００ を含んでいる。これらのネットワークは図５に関してすでに説明したビーム形成ネットワーク１１０ と動作が類似している。ネットワーク１８０ はＨポール放射素子７０Ｃ， ７２Ｃ， ７４Ｃ， ７６Ｃのためのバランにそれぞれ結合された各遅延ラインと、４：１の結合器１８４ と、出力ライン１８６ とを有している。ネットワーク１９０ はＨポール放射素子７０Ａ， ７２Ａ， ７４Ａ， ７６Ａのためのバランにそれぞれ結合された各遅延ラインと、４：１の結合器１９４ と、出力ライン１９６ とを有している。ネットワーク２００ はＨポール放射素子７０Ｂ， ７２Ｂ， ７４Ｂ， ７６Ｂのためのバランにそれぞれ結合された各遅延ラインと、４：１の結合器２０４ と、出力ライン２０６ とを有している。ビーム形成ネットワーク１８０， １９０， ２００ からの出力ライン１８６， １９６， ２０６ の出力は３：１の結合器２０８ で結合されてライン２１０ 上にＨポールアンテナ出力を生成する。
【００１７】
例示的な実施形態において真の時間遅延ビーム形成ネットワークのラインの給電長はインパルス測定を使用して選択されることができ、それは各素子における信号の差動的な時間遅延を決定する。これはアンテナから離れた位置であるファーフィールドからアンテナに短いパルスを送信し、アンテナのブロードサイドを送信ホーンに関して視線から６０度回転させることによって達成することができる。これらのデータに基づいて、コヒーレントな組合わせのために各素子における入来パルスの時間遅延を整合させるために同軸ケーブルを構成することができる。
【００１８】
この例示的な実施形態の給電ネットワークは成形された接地面８２の背面に取付けられ、そのプロフィールは所望の３０度の俯角に主ビームを指向するように形成される。
【００１９】
エッグクレート構造にインターリーブされた広帯域素子を有する低コストのアレイについて説明した。放射素子はフレアノッチ放射素子である。テーパーされた疑似ＴＥＭスロットラインを有する各素子を給電することによって広帯域にわたる良好なインピーダンス整合が得られ、５０オームの入力インピーダンスを１２０オームの放射インピーダンスに変換する。この実施形態に対して、３０度の俯角における利得は水平方向に向けて素子を傾斜させることによって最大にされる。広帯域にわたって３０度の俯角に主ビームを確実に指向するために真の時間遅延ビーム形成ネットワークが使用される。給電長はインパルス測定を使用して選択されることができ、それは各素子における信号の差動的な時間遅延を決定する。
【００２０】
以上の説明した実施形態は本発明の原理を示す可能な特定の実施形態を単に例示したものである。当業者は本発明の技術的範囲を逸脱することなくこれらの原理にしたがってその他の形態を考えることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の１特徴によるアンテナアレイを取付けた航空機と、アンテナアレイおよびレドームの拡大された部分的に切開かれた斜視図。
【図２】
アンテナの簡単化された斜視図。
【図３】
本発明のアンテナの１実施形態の例示的なＶポール放射スラブ中のＶポール素子の位置および指向方向を示す説明図。
【図４】
図３のスラブの最良の形態を示し、素子は放射素子のエッジの重なりのない隣接した放射開口に調和された概略図。
【図５】
アンテナを構成する放射素子の垂直スラブ上の放射素子に対する例示的な真の時間遅延ビーム形成ネットワークの概略図。
【図６】
アンテナを構成する垂直偏波放射素子に対する例示的な真の時間遅延ビーム形成ネットワークの概略図。
【図７】
アンテナを構成する水平偏波放射素子に対する例示的な真の時間遅延ビーム形成ネットワークの概略図。
【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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【国際公開パンフレット】
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2004513550.tif 000024
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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2004513550.tif 000028
【国際調査報告】
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2004513550.tif 000030
2004513550.tif 000031