(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波アンテナであって、
該マイクロ波アンテナは、
A)  マイクロ波を放射-収集する薄い層でできた放射-収集マイクロ波導波管部分と、
B)  マイクロ波レンズと、
C)  少なくとも１つの送信-収集マイクロ波要素と
を有し、
A)  前記放射-収集マイクロ波導波管部分は、
1)  導体底部プレートと、
2)  前記導体底部プレート上に配置された誘電体スラブと、
3)  複数の離間したスロットを有して、前記誘電体スラブ上に配置され、放射-収集範囲を画定する導体放射-収集カバープレートと
を有し、
前記複数の離間したスロットは、前記放射-収集マイクロ波導波管部分内のマイクロ波放射の伝搬方向によって決定される、前記導体放射-収集カバープレート内、あるいは外への方向を有するマイクロ波ビームを生成または画定するための選択されたスペースを画定する；
B)  前記マイクロ波レンズは、
1)  収集モードにおいて、各位置が前記薄層放射-収集導波管部分におけるマイクロ波放射の進行方向に対応した焦点位置を画定するような複数の位置で、前記薄層の放射-収集導波管部分を伝搬するマイクロ波放射を集束させる機能、
2)  放射モードにおいて、前記薄層放射-収集導波管部分で、任意の前記焦点位置から放出されるほぼ単一の周波数のマイクロ波放射から、実質的に線形の波面を有するマイクロ波ビームを生成する機能、
のうちの少なくとも１つを実行するように配置される；
C)  前記少なくとも１つの送信-収集マイクロ波要素は、
1)  収集モードにおいて、前記複数の焦点位置に集束する前記薄層放射-収集マイクロ波導波管部分からのマイクロ波エネルギーを収集する機能、
2)  送信モードにおいて、前記複数の点からのマイクロ波エネルギーを前記薄層放射-収集マイクロ波部分内に伝達する機能、
のうちの少なくとも１つを実行する；
ものであり、
当該マイクロ波アンテナは、放射または収集されるマイクロ波の各周波数成分に対し、角度をもって伝えるマイクロ波ビームを画定するものであって、該各ビームは、
D)  周波数成分の周波数によって決定される第１の方向成分、
E)  前記放射-収集マイクロ波導波管部分の前記誘電体スラブにおける、前記周波数成分でのマイクロ波放射の方向によって決定される、前記第１の方向成分に対して垂直な第２の方向成分、
によって画定される
ことを特徴とするマイクロ波アンテナ。
【請求項２】
前記誘電体スラブが、前記放射-収集マイクロ波導波管部分において前記マイクロ波放射をTEMマイクロ波放射に限定するべく選択された厚さを有することを特徴とする請求の範囲１に記載のアンテナ。
【請求項３】
a)  前記導波管部分が、周波数帯域内で動作するべく設計帯され、前記域が、最高設計周波数と最低設計波長を画定し、
b)  前記誘電体スラブの厚さが、前記最低設計波長の約40%よりも薄い、
ことを特徴とする請求の範囲２に記載のアンテナ。
【請求項４】
a)  前記マイクロ波レンズが、前記誘電体スラブ内に中心を持つ第１円形の弧を画定する端部を有する前記誘電体スラブの延長部分を有し、
b)  前記複数の焦点位置が、前記第１円と同じ中心を持つ第２円形の弧上にある、
ことを特徴とする請求の範囲１に記載のアンテナ。
【請求項５】
前記少なくとも１つの送信-収集マイクロ波要素がマイクロ波ホーンであることを特徴とする請求の範囲１に記載のアンテナ。
【請求項６】
前記複数のスロットが少なくとも500個のスロットであることを特徴とする請求の範囲２に記載のアンテナ。
【請求項７】
前記導体底部プレート、前記誘電体スラブ、前記導体放射-収集カバープレートの各々が少なくとも10平方インチ（25.4cm）の面積を有することを特徴とする請求の範囲１に記載のアンテナ。
【請求項８】
前記少なくとも１つの送信-収集マイクロ波要素が開放端導波管であることを特徴とする請求の範囲１に記載のアンテナ。
【請求項９】
前記少なくとも１つの送信-収集マイクロ波要素が複数のマイクロ波ホーンであることを特徴とする請求の範囲１に記載のアンテナ。
【請求項１０】
前記マイクロ波レンズがブーツレースタイプレンズであることを特徴とする請求の範囲１に記載のアンテナ。
【請求項１１】
前記マイクロ波レンズが、Rottman-Turnerレンズ、Archerレンズ、ジオデシックレンズ、ルネブルグレンズのグループの中から選択されることを特徴とする請求の範囲１に記載のアンテナ。
【請求項１２】
中間点波長を画定するマイクロ波放射の周波数帯域内で機能するよう設計され、
前記誘導電体スラブが前記中間点波長の約20%〜約60%の厚さを有することを特徴とする請求の範囲１に記載のアンテナ。
【請求項１３】
前記誘電体スラブが、前記中間点波長の約40%の厚さを有することを特徴とする請求の範囲８に記載のアンテナ。
【請求項１４】
視野からの前記アンテナで収集されたマイクロ波放射から、前記視野内にある物体の画像を生成するイメージングシステムをさらに有することを特徴とする請求の範囲１に記載のマイクロ波アンテナ。
【請求項１５】
マイクロ波イメージングシステムであって、
該マイクロ波イメージングシステムは、
A)  マイクロ波アンテナと、
B)  処理システムと
を有し、
A)  前記マイクロ波アンテナが、
1)  薄層放射-収集マイクロ波導波管部分と、
2)  マイクロ波レンズと、
3)  少なくとも１つの送信-収集マイクロ波要素と
を有し、
1)  前記薄層放射-収集マイクロ波導波管部分は、
a)  金属製の底部プレートと、
b)  前記金属製の底部プレート上に配置された誘電体スラブと、
C)  放射-収集範囲を画定し、前記誘電体スラブ上に配置された金属製の放射-収集カバープレートと
を有し、
前記放射-収集カバープレートは、複数の離間したスロットを有し、
該離間したスロットは、前記薄層放射-収集マイクロ波導波管部分におけるTEMマイクロ波放射の伝搬方向によって決定される、前記放射-収集カバープレートの中へ、あるいは外へ向かう方向を有するマイクロ波を生成または画定するための選択された規則的な空間を画定する；
2)  前記マイクロ波レンズは、
a)  収集モードにおいて、各位置が前記薄層放射-収集導波管部分におけるTEMマイクロ波放射の進行方向に対応した焦点位置を画定するような複数の複数の位置で、前記薄層の放射-収集導波管部分を伝搬するマイクロ波放射を集束させる機能、
b)  放射モードにおいて、前記薄層放射-収集導波管部分で、任意の前記焦点位置から放出されるマイクロ波放射から、実質的に線形の波面を有するマイクロ波ビームを生成する機能、
のうちの少なくとも１つを実行するように配置される；
3)  前記少なくとも１つの送信-収集マイクロ波要素は、
a)  収集モードにおいて、前記複数の焦点位置に集束する前記薄層放射-収集マイクロ波導波管部分からのマイクロ波エネルギーを収集する機能、
b)  送信モードにおいて、前記複数の点からのマイクロ波エネルギーを前記薄層放射-収集マイクロ波部分内に伝達する機能、
のうちの少なくとも１つを実行する；
ものであり、
B)  処理システムが、
1)  前記アンテナにより収集されたマイクロ波放射を、対応するより低い周波数の信号に変換するフロントエンド電子回路と、
2)  前記対応するより低い周波数信号を、複数の周波数サブバンドに変換するプロセッサインタフェース電子回路と、
3)  前記周波数サブバンドを光学画像に変換するプロセッサと、
を有し、
前記マイクロ波アンテナは、放射または収集されるマイクロ波の各周波数成分に対し、角度をもって伝えるマイクロ波ビームを画定するものであって、該各ビームは、
C)  周波数成分の周波数によって決定される第１の方向成分、
D)  前記放射-収集マイクロ波導波管部分の前記誘電体スラブにおける、前記周波数成分でのマイクロ波放射の方向によって決定される、前記第１の方向成分に対して垂直な第２の方向成分、
によって画定される
ことを特徴とするマイクロ波イメージングシステム。
【請求項１６】
前記プロセッサが光プロセッサであることを特徴とする請求の範囲15に記載のイメージングシステム。
【請求項１７】
前記光プロセッサが、
a)  ブラッグセルと、
b)  前記周波数サブバンド内に含まれる信号情報から前記ブラッグセルに回折格子を生じるために、前記ブラッグセルに取付けられた音響変換器と、
c)  前記ブラッグセルに向けてレーザビームを生じるレーザと、
d)  前記ブラッグセルから回折したレーザ放射を検出し、前記回折した放射内に含まれる情報から画像を形成するための光検出器と、
を有することを特徴とする請求の範囲16に記載のイメージングシステム。
【請求項１８】
前記プロセッサがArcherプロセッサであることを特徴とする請求の範囲15に記載のイメージングシステム。
【請求項１９】
周波数帯域における最高周波数に対応する最小波長を画定する周波数帯域内で、マイクロ波放射を収集または送信するためのマイクロ波アンテナであり、
A)  端部、放射-収集面、対向する面を画定する誘電体スラブと、
B)  少なくとも１つの送信-収集マイクロ波要素と、
c)  複数のサブ共振放射-収集要素と
を有し、
B)  前記少なくとも１つの送信-収集マイクロ波要素は、
1)  収集モードにおいて、前記誘電体スラブの少なくとも１端からのマイクロ波エネルギーを収集する機能、
2)  送信モードにおいて、前記誘電体スラブの少なくとも１端内にマイクロ波エネルギーを送信する機能、
のうちの少なくとも１つの機能を実行し；
C)  前記複数のサブ共振放射-収集要素は、前記最小波長の約40%よりも短い大    きさを有し、前記放射-収集面を介して、前記誘電体スラブ内または外にマ    イクロ波エネルギーを結合するように配置されている、
ものであり、
当該マイクロ波アンテナは、放射または収集されるマイクロ波の各周波数成分に対し、角度をもって伝えるマイクロ波ビームを画定するものであって、該各ビームは、
D)  周波数成分の周波数によって決定される第１の方向成分、
E)  前記放射-収集マイクロ波導波管部分の前記誘電体スラブにおける、前記周波数成分でのマイクロ波放射の方向によって決定される、前記第１の方向成分に対して垂直な第２の方向成分、
によって画定される
ことを特徴とするマイクロ波アンテナ。
【請求項２０】
前記複数のサブ共振放射-収集要素が、金属製のカバープレートのスロット内にある前記誘電体スラブに設けられた溝を含むことを特徴とする請求の範囲19に記載のアンテナ。
【請求項２１】
前記複数のサブ共振放射-収集要素が、前記誘電体スラブ上に配置されたパッチを含むことを特徴とする請求の範囲19に記載のアンテナ。
【請求項２２】
前記パッチが金属パッチであることを特徴とする請求の範囲21に記載のアンテナ。
【請求項２３】
前記パッチが誘電体パッチであることを特徴とする請求の範囲21に記載のアンテナ。
【請求項２４】
前記複数のサブ共振放射-収集要素が、前記誘電体スラブ内の溝を含むことを特徴とする請求の範囲19に記載のアンテナ。
【請求項２５】
TEMモードで動作するように設計され、前記誘電体スラブが前記最小波長の約50%よりも薄い厚さを有することを特徴とする請求の範囲19に記載のアンテナ。
【請求項２６】
焦点平面を画定する多焦点マイクロ波要素をさらに有し、前記多焦点マイクロ波要素が、前記誘電体スラブ上に入射するマイクロ波エネルギーの入射角度によって、前記焦点平面上の複数の位置においてマイクロ波エネルギーを集束するように配置されていることを特徴とする請求の範囲19に記載のアンテナ。
【請求項２７】
前記多焦点マイクロ波要素が誘電体レンズであることを特徴とする請求の範囲26に記載のアンテナ。
【請求項２８】
前記誘電体レンズが平-凸レンズであることを特徴とする請求の範囲27に記載のアンテナ。
【請求項２９】
前記誘電体レンズが広角レンズであることを特徴とする請求の範囲27に記載のアンテナ。
【請求項３０】
マイクロ波放射を収集または送信するためのマイクロ波アンテナであって、TEMモードにおいて、周波数帯域内の最高周波数に対応する最小波長を画定する周波数帯域内にあり、
A)  前記最小波長の1/2よりも薄い厚さを有し、端部、放射-収集面、対向する 面を画定する誘電体スラブと、
B)  少なくとも１つの送信-収集マイクロ波要素と
を有し、
B)  前記少なくとも１つの送信-収集マイクロ波要素は、
1)  収集モードにおいて、前記誘電体スラブの少なくとも１端からマイクロ波エネルギーを収集する機能、
2)  送信モードにおいて、前記誘電体スラブの少なくとも１端にマイクロ波エネルギーを送信する機能、
のうちの少なくとも１つの機能を実行するものであり、
当該マイクロ波アンテナは、放射または収集されるマイクロ波の各周波数成分に対し、角度をもって伝えるマイクロ波ビームを画定するものであって、該各ビームは、
C)  周波数成分の周波数によって決定される第１の方向成分、
D)  前記放射-収集マイクロ波導波管部分の前記誘電体スラブにおける、前記周波数成分でのマイクロ波放射の方向によって決定される、前記第１の方向成分に対して垂直な第２の方向成分、
によって画定される
ことを特徴とするマイクロ波アンテナ。
【請求項３１】
前記放射-収集面を介して、マイクロ波エネルギーを前記誘電体スラブ内または外で結合するように配列された複数のサブ共振放射-収集要素をさらに有することを特徴とする請求の範囲30に記載のアンテナ。
【請求項３２】
前記放射-収集要素が、金属製のカバープレートのスロット内にある前記誘電体スラブに設けられた溝を含むことを特徴とする請求の範囲31に記載のアンテナ。
【請求項３３】
前記放射-収集要素が、前記誘電体スラブ上に配置されたパッチを含むことを特徴とする請求の範囲31に記載のアンテナ。
【請求項３４】
前記パッチが金属製のパッチであることを特徴とする請求の範囲33に記載のアンテナ。
【請求項３５】
前記パッチが誘電体パッチであることを特徴とする請求の範囲33に記載のアンテナ。
【請求項３６】
前記放射-収集要素が、前記誘電体スラブ内の溝を含むことを特徴とする請求の範囲31に記載のアンテナ。
【請求項３７】
焦点平面を画定する多焦点マイクロ波要素をさらに有し、前記多焦点マイクロ波要素が、前記誘電体スラブ上に入射するマイクロ波エネルギーの入射角度によって、前記焦点平面上の複数の位置でマイクロ波エネルギーを集束するように配置されていることを特徴とする請求の範囲31に記載のアンテナ。
【請求項３８】
前記多焦点マイクロ波要素が誘電体レンズであることを特徴とする請求の範囲37に記載のアンテナ。
【請求項３９】
前記誘電体レンズが平-凸レンズであることを特徴とする請求の範囲37に記載のアンテナ。
【請求項４０】
前記誘電体レンズが広角レンズであることを特徴とする請求の範囲37に記載のアンテナ。
【請求項４１】
前記第１の方向成分、垂直方向成分であり、前記第２の方向成分は、方位成分であることを特徴とする請求の範囲１に記載のアンテナ。
【請求項４２】
前記第１の方向成分は、方位成分であり、前記第２の方向成分は、垂直方向成分であることを特徴とする請求の範囲１に記載のアンテナ。
【発明の詳細な説明】
本発明はアンテナ、特に指向性マイクロ波アンテナに関するものである。
発明の背景
一般に、マイクロ波放射は、電波と赤外線放射との間の波長を有する電磁放射として定義される。はっきりとした区分はないが、本明細書中ではマイクロ波放射という表現を、周波数が約1GHz〜約1,000GHzに関連する3μm〜30cmの波長を持つ電磁放射の帯域であると定義する。
マイクロ波放射は、特別に設計した導波管内を移動させることができる。マイクロ波放射はマイクロ波ビームの形で、マイクロ波アンテナから空間または大気中に送信することができ、また、マイクロ波エネルギーはマイクロ波アンテナで集束することができる。
環境内の物体は、マイクロ波スペクトル内の様々な波長においてマイクロ波を放射および反射する。物体からの放射と反射の強度は、物体の温度、構造、その他様々な要素に依存する。このため、マイクロ波の強度を方向の関数として計測できるマイクロ波アンテナを利用して、物体の画像を得ることが可能である。このような装置は、マイクロ波カメラと呼ばれることもある。発明者の中には、1994年11月15日付で発行された米国特許第5,365,237号明細書と1992年6月9日付で発行された米国特許第5,121,124号明細書で述べられているマイクロ波カメラの共同発明者だった者もいる。両特許とも本発明書中で参照している。
現在あるアンテナの多くは、マイクロ波放射を送受信するためのものである。通信に利用されるマイクロ波アンテナが非常に一般的である。これらの装置は、代表的に、開放端導波管、パラボラ反射器またはホーンを備えており、一般に所定の周波数を所定の方向に向けて送信する。Johnson and Janik編集、ニューヨーク州ニューヨークのMcGraw-Hill Book Company出版のAntenna Engineering Handbookに従来技術アンテナの優れた説明が記載されている。
数種のアンテナのビーム方向が、ある次元においては放射されているマイクロ波エネルギーの周波数（または波長）を、また、別のある次元においては検出されているマイクロ波エネルギーの周波数を調整することによって変更または「走査」することができることがよく知られている。米国特許第5,365,237号明細書に記載されているこれら周波数走査可能アンテナを以下に示す。
a）スロット付き導波管アンテナ
b）タップ付きヘリカル送信線
c）タップ付き誘電体ロッド送信線
d）透過性回折格子
e）反射回折格子
f）分散プリズム
g）タップ付き平行プレート送信線
h）タップ付き誘電体スロット送信線
i）タップ付きストリップ線
j）タップ付きマイクロストリップ
k）遅延線につないだ個々のアンテナ
別タイプのマイクロ波アンテナにはフラットスロットアレイアンテナがある。このような2種のアンテナは、Arimura等による1992年12月22日発行の米国特許第5,173,714号明細書、やはりArimura等による1993年1月5日発行の米国特許第5,177,496号明細書に記載されている。これらのアンテナは、所定の方向におけるマイクロ波ビームのマイクロ波放出に使用するために設計されたようであり、ビーム走査に関しては示唆していない。これらの従来技術のフラットスロットアレイは、厚さが少なくともλ（アンテナ公称波長）であるか、またはこれよりも厚く、TEモードで動作する。効果的な厚さλを持つフラットアンテナを本明細書中では共振アンテナと呼ぶ。
必要なのは、2次元においてスキャンすることができ、マイクロ波イメージングに利用できる低コストのマイクロ波アンテナである。
発明の概要
本発明は低コストのマイクロ波アンテナを提供するものである。マイクロ波は、薄層放射-収集マイクロ波導波管部分から放射され、またこれによって収集される。薄層放射-収集マイクロ波導波管部において誘電体スラブが、金属底部プレートと金属放射-収集カバープレートに挟まれている。カバープレートは、（1）放射-収集マイクロ波導波管部分内でのマイクロ波放射の伝搬方向、及び、（2）放射の周波数、によって方向が決定するマイクロ波ビームを放出するため、またはその入射を画定するための、離間した多数のスロットを備えている。収集モードにおいて、マイクロ波レンズは、導波管部分内の放射の伝搬方向によって決まる焦点位置において、導波管部分内を伝搬する単一周波数マイクロ放射を集束する。また、放射モードにおいて、レンズは、前記焦点位置から放出されるマイクロ波エネルギーを、放射-収集マイクロ波導波管部分内を伝播する平行ビームに変換する。本発明の好ましい実施例は、主な大きさが0.1λ〜0.4λの範囲にあるスロットを備え（ここで、λはアンテナが設計される公称波長である）、本明細書中でサブ同調アンテナとして参照される。
【図面の簡単な説明】
第1A図、第1B図、第1C図は、支持プレートを示す3つの図である。
第2A図、第2B図はピボットアームの2つの図を示す。
第3A図、第3B図は、ホーンを取付けたピボットを示す2つの図である。
第4A図、第4B図は誘電体スラブを示す2つの図である。
第5図は放射-集束カバープレートの図である。
第6図は、第5図に示したカバープレートの1部を拡大したものである。
第7A図、第7B図、第7C図は、トップカバープレートを示す3つの図である。
第8A図、第8B図、第8C図は組立てた状態のアンテナを示す3つの図である。
第9図、第10図は、アンテナの断面図である。
第11図は、ホーン位置の数例を示す図である。
第12A図、第12B図、第12C図は、放射-集束マイクロ波導波管内で送信される周波数マイクロ波エネルギーのもとで波面を生じ、集束を行うマイクロ波レンズの機能を示す図である。
第13A図、第13B図、第13C図、第13D図は、好ましい実施例でどのようにビームを方向付けるかを示す。
第14A図、第14B図は、好ましい実施例の周波数とホーン入力角度に基づいたビーム方向を示すグラフである。
第15A図は単純なマイクロ波放射ターゲットを示す図である。
第15B図は、本発明の技術に従って製造したプロトタイプアンテナ採用のマイクロ波イメージングシステムを使って、第15A図のターゲットから得た画像である。
第16図は、イメージングシステムの第1部を示すブロック図である。
第17図は、上述のイメージングシステムの第2部を示すブロック図である。
第18図は、上述のイメージングシステムの第3部を示すブロック図である。
第19A図、第19B図、第19C図は、本発明の好ましい実施例を示す3つの図である。
第20図はレンズ不使用のアンテナを示す図である。
好ましい実施例の詳細な説明
本発明の好ましい実施例は、第1図〜第18図を参照して説明される。アンテナをマイクロ波イメージングシステムの1部として使用している。2次元マイクロ波画像が生じるが、ここで、第1次元における画像情報を提供するために、収集されたマイクロ波エネルギーの強度が分析され、また、第2次元における画像情報を提供するために、多くの焦点位置でマイクロ波放射の強度値が分析される。この好ましい実施例では、ブラッグセルを介して回折するレーザビームを使って周波数を分析するが、ここで、回折格子は、収集されるマイクロ波放射に含まれる情報を持つ信号を利用する音響変換器によって生成される。
プロトタイプアンテナ
発明者が実際に組立て、試験を行った、マイクロ波画像を得るための使用を目的とするプロトタイプアンテナは、第1A図〜第15B図を参照して説明することができる。
アンテナの部品とアセンブリ
第1A図、第1B図、第1C図は、各々、アルミニウム支持プレート2の平面図、側面図、端面図を示す。該プレートは、長さが約14 1/2インチ（36.8cm）、幅が約5 1/４インチ（13.3cm）である。その1端に、第4A図、第4B図に示す誘電体スラブ9と、第5図に示す銅製の放射プレート8とを配置するための幅4インチ（10.2cm）のスロットが設けられている。支持プレート2の低端部から2インチ（5.08cm）離れた場所には、第1A図、第1B図、第1C図に示すねじ切りしたねじ穴10が設けられている。プレート2の1端部3は、ねじ穴10の中心線からllインチ（27.9cm）の半径によって画定された弓形を形成し、ねじ穴10から10インチ（25.4cm）の半径によって画定された第1シェルフ端部5と、ねじ穴10から4インチ（10.2cm）の半径によって画定された第2シェルフ端部7を備えている。
第2A図、第2B図はピボットアームを示す2つの図である。アーム14はアルミニウムから成り、長さが15インチ（38.1cm）で、第2A図、第2B図に示すように、低端部から1/4インチ（0.64cm）の場所にピボット穴16が貫通している。第3A図、第3B図に示すように、ピボットアーム14上にはマイクロ波ホーン18が、その口部がピボット穴16の中心線から10インチ（25.4cm）の場所に配置されるように、スペーサ20、カバープレート22と共に取付けられている。
第4A図、第4B図には誘電体スラブ9が示されている。誘電体スラブ9は、厚さ0.031インチ（0.079cm）のポリスチレンシートから成り、幅は4インチ（10.2cm）である。長い方の2端の長さは6 1/4インチ（15.9cm）である。短い方の端のうち片方の端は真直であり、もう片方の端は半径4インチ（10.2cm）の弓形である。
誘電体スラブ9は支持プレート2の幅4インチ（10.2cm）のスロット内に配置されるため、スラブの円形切断縁が集束面上のマイクロ波ホーンに直面し、また、そのためにスラブが支持プレートに設けられた4インチ（10.2cm）の円形シェルフ端部7と一致する。
第5図には、銅製の放射カバープレート8が示されている。該プレート8は、厚さ0.2mm、幅4インチ（10.2cm）、長さ6 1/4インチ（15.9cm）の銅フォイルから成る。これには、リソグラフィー方法を使って、6 1/2インチ（16.5cm）方向において1.8mm中心間隔で大きさ約0.1mm×1.2mmの5628個のスロットが、また、4インチ（10.2cm）方向において1.5mm間隔で、4インチ（10.2cm）方向に大きさの長いスロットが、リソグラフィー処理を使って切込まれている。放射カバープレート8の円形部分6を拡大した図を第6図に示す。
次に、第7A図、第7B図、第7C図にアルミニウムのトップカバープレート20を示す。2つの側部は平行し、長さ5インチ（12.7cm）であり、横方向にのびるもう1つの側部は幅5 1/4インチ（13.3cm）である。残りの1側部は半径10インチ（25.4cm）の弓形を画定する。プレート20は、2つの長い側部の厚さが1/4インチ（0.64cm）であり、第7C図の符号22で示すように、縦方向にのびる厚さ0.31インチ（0.79cm）、横4インチ（10.2cm）のスロットを設けている。
第8A図、第8B図、第8C図、第9図、第10図に、組立てた状態のマイクロ波アンテナ24を示す。マイクロ波ホーン18を備えたピボットアーム14が、ピボットねじ26をねじ切りされたねじ穴10内に締めることによって支持フレーム2に旋回可能に取り付けられているため、ホーン18の口部は、ねじ穴10周囲で旋回し、第11図に示すように、ピボットアーム14がねじ穴10の中心線周囲を旋回する際に、常にねじ穴10の中心線の方向を指すことになる。
第9図、第10図は、第9図に示す位置で導波ホーン18の中心線を含む垂直面における断面図である。第9図、第10図はアンテナ24の重要な要素を示している。アルミニウムカバープレート20と支持プレート2が、4辺を導体アルミニウムで封じられた空気誘電体平行プレート導波空洞28を形成している。誘電体スラブ9はその3辺をアルミニウム支持プレート2で、1辺を銅製放射カバープレート8で封じられている。誘電体スラブ9の端部29は平-凸マイクロ波レンズとして機能する。第10図に示すように、ホーン18の口部、空気空洞28、誘電体スラブ9は整列している。上述したその大きさのために、アンテナは第9図に示す位置において、約80 GHz〜110 GHzのマイクロ波放射を、誘電体スラブ9の長い全長を通りホーン18の口部へと集束する。同様に、ホーン18の口部から放出される80〜110 GHzの放射が、誘電体スラブ9の全長にかけて進行する実質的に平行なビームに集束される。
第12A図、第12B図、第12C図に、端部29の集束特性を図式的に例証している。これらの図に示すように、ホーン18はどの位置においても誘電体スラブ9内に平行ビームを発生する。しかし、スラブ9内を進むビームの方向は、ホーンの位置によって決定する。ホーンが第12A図に示す位置にある場合、ビームはスラブ9を下方向に向かって直進する。ホーンが左側または右側に寄っている場合、ビームはスラブ9内を第12B図、第12C図に示したように進む。
また、マイクロ波放射の波長は、第12A図、第12B図、第12C図に示した平行線の間隔よりも大幅に短いことにも注意すること。例えば、106 GHzのマイクロ波周波数は誘電体スラブ9内で1.8 mmの波長を生じ、これにより、第6図に示した間隔で提案したように、銅製放射カバープレート9からビームが垂直に放射されることになる。
ビームポインティング
誘電体スラブ9（伝搬モード状態）を下方向へと進むビーム内の本質的に全てのマイクロ波エネルギーが、放射銅製カバープレート8のスロットから漏出し、これが放射銅製プレート8の表面から出て行くマイクロ波ビームを形成する。垂直方向におけるビームの進行方向は、マイクロ波放射の周波数によって決定され、方位角方向における方向は、ホーン18の口部の角度位置によって決まる誘電体スラブ9内を進行するビームの方向によって決定される。特に、これらの方向は以下に示す通りである。すなわち、
ｃ=3・1010 cm/sec（光速）
Ｓ=0.18 cm（縦方向のスロット間隔）
Ｆ=単位がHzの信号周波数
ε=2.54（スラブの誘電率）
θ=度数で表すホーンの角度位置（第12図参照）
これらの関係を第14A図、第14B図に図式的に示している。
また、これらの関係を第13A図〜第13D図に絵画的に示している。図中で、アンテナ1は（x-y平面で）垂直に配置されている。スクリーン40の底部付近の十字は、アンテナ1の表面の中心から、アンテナ1の平面に対して垂直に引いた（z方向における）線上にある、スクリーン上の或る点を表す。第13A図は89GHzの周波数で、ホーンを第12A図、第13A図に示す位置に配置した状態で生じたビームの方向を示す。ビーム方向は方位角において0°であり、垂直方向において17°である（0°はアンテナ1の平面に対して垂直な方向を表す）。第13B図に示すようにホーンの角度を右に12°ずらすとビームの方向が左に20°ずれ、第13C図に示すようにホーンの角度を左に12°ずらすとビームの方向が右に20°ずれる。ビームの周波数を94 GHzに高め、ホーンを12°右にずらすと、第13D図に示すように、方位角面において左に20°、垂直面において垂直より上に10°の方向に向かうビームが生じる。
アンテナ出力の画像への変換
フロントエンド電子回路
本発明の好ましい実施例において、上述したアンテナは受動マイクロ波カメラ（PMC）のマイクロ波コレクタとして使用される。アンテナの出力を画像に変換する電子および光学装置は、第16図、第17図、第18図を参照して説明される。
第16図にはフロントエンド電子回路アセンブリ39が説明されている。第16図に示すように、40において、アンテナ1からのマイクロ波出力が、単極双投Dickeスイッチとして機能するフェライトスイッチング導波管サーキュレータ42（ジョージア州ノークロスに本拠地を置くElectro Magnitic Sciences社製）に供給される。サーキュレータ42はアンテナ1からの信号40のサンプリングと、固定温度基準ロード44からの信号とを切り替える。このアンテナ、固定ロード間の電子トグリングは、カメラの利得ゆらぎをリアルタイムで補正するために使用される。
スイッチングサーキュレータ42の出力は、82.5GHz以下に対してシャープなマイクロ波カットオフを備え、73-79 GHzの画像帯域中のいかなる熱信号も除去する高域フィルタ46を通過する。関心のある熱マイクロ波信号（すなわち、91-97GHzの範囲のマイクロ波信号）が、最低限の損失でフィルタ46を通過し、ガン発振器50（部品番号47246H-502、マサチューセッツ州ディアフィールドに拠点を置くMillitech Corp.製）によって供給される85 GHzの信号をミクサ48（ニューハンプシャー州コンコルドに拠点を置くNortheast Microwave Systems社製）で混合することで6-12 GHzにダウンコンバートされる。その結果得られる6-12 GHzの信号が、次に、マイクロ波増幅器52（部品番号NM-62、ニュージャージー州ハケンサックに拠点を置くElectrodyne Systems社製）で約35 dB増幅される。次にこの信号は減衰器54で10 dB減衰され、さらに変換を行うために第17図に示す光プロセッサインタフェース電子回路アセンブリ57に送られる前に、6-12 GHz帯域フィルタ56（部品番号118B10-900、カリフォルニア州ロサンゼルスに拠点を置くK&L Microwave社製）で濾過される。
光プロセッサインタフェース電子回路
第17図にブロック図形式で示した光プロセッサインタフェース電子回路アセンブリ57は、フロントエンド電子回路アセンブリ39からの出力信号を受取り、これをPMC光プロセッサ70と互換性のある信号に変換する。
アセンブリ57への信号入力は、周波数範囲6-12 GHz、電力範囲約1 nWにある。信号は、アセンブリ57において、音響変換器を駆動するために必要な電力レベル1 mW、周波数範囲1.5〜2.5 GHzに変換される。集積ダウンコンバータ58は、6-12 GHz入力の選択されたlGHz幅のサブバンドをピックオフし、これを66 dBに増幅し、混合して1.5〜2.5 GHzの第2周波数帯域にするように同調される。増幅された6 GHz発振器74と、10.5から15.5 GHz電圧制御された発振器76とによるダウンコンバータへの供給が行われる。
ダウンコンバータユニット58（部品番号ST MS-9106、カリフォルニア州サニービルに拠点を置くST Microwave Corporation製）は、3つの利得段階、すなわち、6-12 GHzにおける30 dB 60、3.565〜4.5 GHzにおける20 dB 62、1.5〜2.5 GHzにおける29 dB 64と；2つのミクサ66及び68と；3.5〜4.5 GHz信号における帯域フィルタ70及び1.5〜2.5 GHz信号における帯域フィルタ72と；ミクサ66用の局部発振器信号の14 dB利得段階とを備える。ダウンコンバータ58はまた、温度調整器と電力調整器（両方とも図示せず）を備える。このユニットは、6-12 GHz入力信号をカバーする、幅1-GHzの6つのサブバンドの各々に対して合計66 dBの利得を供給する。
幅1-GHzの6つのサブバンドの選択には電圧制御発振器76が使用される。例えば、発振器76を10.5 GHzに調整すると、6 GHz〜7 GHzのIFサブバンド（約12°〜14°の垂直ビーム方向を呈するアンテナ1が検波する91〜92 GHzの周波数サブバンドに相当する）が選択される。これを6-12 GHz入力と混合すると3.5〜9.5 GHzの出力が生じる。しかし、フィルタ70は、6〜7 GHz帯域を表す3.5〜4.5 GHzのサブバンドしか通過させない。次にこの信号が、発振器74からの6 GHzの信号と混合されて1.5〜2.5 GHzおよび9.5〜10.5 GHzの周波数帯域を生じるが、フィルタ72が1.5〜2.5 GHzの部分しか通過を許容しない。同様に、発振器76を12.5 GHzで作動することにより、8 GHz〜7 GHzのIFサブバンド（アンテナ周波数94〜95 GHz、ビーム方向約9°〜10°）が得られる。
可変減衰器80、30 dB増幅器82を備えたラックマウントアセンブリ78にアセンブリ57の出力が供給され、第18図に示す光プロセッサ70に増幅出力が供給される。
光プロセッサ
第18図に示すように、光プロセッサ70は、幅1-GHzの6つのサブバンドを光画像情報に変換する。ブロック82で示した、アンテナ1からのダウンコンバートおよび処理された信号が、単結晶リン化ガリウムを有するブラッグセル86と並んで取付けられた音響変換器84に供給される。変換器が、アンテナ1からの信号に含まれる画像情報を表す回折格子を生じる音波を、結晶内にランチする。
840 nm、100 mWのダイオードレーザ81（部品番号SDL-5411、カリフォルニア州サンノゼに拠点を置くSpectra Diode Labs製）が、2.5 mm×7.5 mmの楕円ビーム（大きさは1/ε2強度点に指定）にコリメートされ、λ/4波面質において光効率90％のレーザビームを供給する。このビームは楕円の短軸にそって偏光される。熱電気冷却器がダイオードの温度を25℃に保つ。ダイオードレーザドライバ（タイプ203、カリフォルニア州アービンに拠点を置くMelles Griot製）がレーザドライブの電流と熱電気冷却器を制御する。代表的なレーザパワー出力は約70 mWである。
コリメートされたビームは、カリフォルニア州サンタアナに拠点を置くOptics Plus Inc.製の1対のレンズアセンブリ88を介して5倍に拡張される。XZAR-09指定された第1アセンブリは、焦点距離50 mm、クリア開口10 mmである。XZAR-13指定された第2レンズアセンブリは、焦点距離250 mm、クリア開口50 mmである。各レンズは、開口全体にかけてλ/20の伝搬される波面質を有するが、これはこのビーム固有のλ/4波面質にごく僅かな収差を加える。拡張されたビームは、37.5-mm×12.5-mmの大きさの楕円である。
レーザビームはブラッグセル86に方向付けられ、音響変換器84を介して作用する処理済のアンテナ信号によって設定されたブラッグセル内の回折格子セットアップが、音響ビームの周波数成分に従ってレーザビームを様々な方向に回折する。ビームのゼロ次数部分が光トラップ87に捕獲される。
第1次数回折ビームはアナモルフィックリレー90に向けられる。アナモルフィックリレー90は、ブラッグセルから出る回折された光のアスペクト比をカメラ94のCCD画素列のアスペクト比と一致させるために、ブラッグセルから出るビームを1〜23の拡張比率において拡張するための1対のレンズを設けている。望遠レンズシステム92はビームをカメラ94のCCD画素列に集束する。レーザ81から放射されるレーザビームの或る小さな1部分が、小型ミラー83によって、カメラ94のCCD画素列の端にある少数の画素に向けられる。これらの画素が検出した強度情報が、レーザビーム強度変動用に画像データを規格化するために使用される。
コンピュータ95内のコンピュータソフトウェアが、アンテナの周波数デザイン周波数帯域（約8°〜13°のビーム角度に相当する91〜97 GHz）の6つの1-GHzサブバンドの順次サンプリングを提供する。このコンピュータ95は、モニタ96上の適切な位置に画像情報を白、黒、様々な色調のグレーで示すことにより結果を表示する。
画像の形成
モニタ上の画像がアンテナ1の5°（8°〜13°）の垂直視野を示すように、6つのサブバンドを表す6つの画像を重ねることによりモニタ96上にある1次元垂直画像が作成される。アンテナ1によって供給された（方位角）ビームの幅は約2°であるため、第12図に示す位置にあるホーン18で作成される画像は、垂直方向のみの解像度と、約5°の垂直視野とを有する1つの垂直画像である。ホーン18を、別の位置、例えばビームの方位角方向を、第14B図、第13A図、第13B図、第13C図に示すように変更する第11図に示す位置に移動することにより、方位角的解像度が得られる。従って、1連の1次元垂直画像をつなぎ合わせて合成画像を形成することにより、垂直角において8°〜13°、方位角において+10°〜-10°の視野の2次元画像を形成することができる。
第15B図は、発明者による本明細書の示唆に従って設計した第1プロトタイプアンテナを使って得た画像である。目標は、大型のベニヤ合板のボード上に、幅1フィートのアルミニウムフォイル片で作ったTTCという文字である。ボードを、アルミニウムフォイルが雲のない空からのマイクロ波放射を反射できる位置に配置した。ベニヤ合板ボードは約28℃の周囲温度を発し、アルミニウムフォイルは寒い空からのこれよりも大幅に低い温度の放射を反射した。
その他の実施例
上述した説明は、本発明の主な特徴を証明するために、発明者が作成および試験を行ったマイクロ波アンテナとカメラシステムの実例についてのものである。当業者は、上述のシステムへの様々な変更および改良が可能であることがわかるであろう。これらの改良および変更の数種を以下に説明する。
第11図に示すように、マイクロ波ホーンの列を作るようにアンテナを改良して、いくつかのまたは多くの方位角方向からのビームが同時に送信または受信されるようにすることも可能である。これにより、実時間の、あるいは実時間に近い2次元画像が得られる。この場合には、多重チャネルブラッグセルを推奨する。
アンテナ設計の変更
アンテナ設計の当業者は、既に詳細に説明したアンテナを特定の用途に適応させるために、多くの変更が可能なことがわかるであろう。非常によく知られているように、アンテナのサイズを大きくすればより高い性能が得られる。用途に合わせて特別にスロットのサイズを設計することもできる。一般に、各スロットは、関心のあるマイクロ波放射の公称波長の1/2よりもやや短い長さに設定されている。従って、例証において我々は、94 GHz公称マイクロ波周波数（3.1mm波長）に関連した約1.2 mmの長さのスロットを使用した。スロットの好ましい長さは、設計したアンテナの波長範囲の中間点の約10%〜40%である。垂直方向におけるスロットの間隔は、関心のある放射の公称周波数と、「ビームポインティング」の項で述べる垂直角度の方程式とを考慮して確立されるべきである。
アンテナの実質的な上下面を被覆する伝導層を採用したアンテナの例証によって本発明を説明したが、本発明には、このような伝導層を実質的に使用しないアンテナも含まれることに留意すべきである。このような「純粋」な誘電体アンテナでは、スロットのコンプリメントであるパッチを結合要素として使用することができる。（スロットは金属層に設けられた穴であり、パッチは、ほとんどの場合、非導体状態に囲まれた孤立した金属部分である。）パッチは、非導体材料によって形成することもできる。このようなパッチは誘電体パッチと呼ばれ、このパッチの誘電率はアンテナを使用する媒体（通常、地球上での使用には空気、宇宙での使用には真空、のいずれか）の定数以外のものであれば何であってもよい。この他に「純粋」な誘電体アンテナに使用できる要素としては、例えば誘電体スラブの表面に切込まれた溝、誘電体の表面上に突出した突起がある（これらは、パッチの誘電率がスラブの誘電率と等しい特別な場合において誘電体パッチと同等である）。いわゆる「純粋」な誘電体アンテナには、スラブの後部、又は、第2、表面に配置された要素を利用することも可能である。前後の要素間の干渉効果を、放出される電磁波が前面から出て行くようにするために使用することができる。また、導体によって1面または両面を被覆するアンテナには、周波数選択面を採用することができる。これらの面を使用することの利点は、アンテナを、アンテナが使用しない波長における電磁放射に対して通過性に製造できることである。これにより、本発明のアンテナを別のアンテナの直ぐ前に設置することができ、重量および/またはスペースが少なくて済むので実用的である。例えば、本発明のアンテナを飛行機内の天候レーダアンテナの直ぐ前に設置するために、このアプローチを使用することができる。
本発明の好ましいモードはTEMモードである。TEMモードは、誘電体スラブの厚さのバリエーションに対して非常に鈍感であるという独特の特性を有している。これは、従来の、誘電体スラブの厚さに非常に厳密な限定を課するTEおよびTMモードと完全に異なるものである。TEMモードが好ましい別の理由として、非常に低い損失モードが挙げられる。
別のレンズシステム
上述したアンテナは、約4インチ（10.2cm）×6インチ（15.2cm）の活動範囲を備えているため、このアンテナを利用し、90 GHz付近で動作するカメラの解像度は約1.5°に制限される。より高い解像度を得るために、アンテナを大型に、または非常に大型にすることができる。実際、アンテナの活動範囲を横数メートルにすることもできる。これらの大型アンテナ用に、よりコンパクトなレンズシステムを使用してアンテナにより集められたマイクロ波エネルギーを集束することができる。
レンズは、薄い層の導波管内を様々な方向へ伝搬され、それぞれ伝搬方向に関連した1連の小さな点または焦点位置へ届く電磁波を集束することが可能でなければならない。多くの既知のレンズはこの要求を満たすものであり、ニューヨーク州ロングアイランドに拠点を置くMcGraw Hill Book Company出版、Johnson and Jack編集のAntenna Engineering Handbook、のようなアンテナ参考本に説明が載っている。（条項16-6参照。）使用できるレンズには、Rottman-Turnerレンズ、またはArcherレンズのような2次元のブーツレースタイプレンズがある。これらのレンズは、光線を焦点から対応する線形波面へと伝搬する、時間の遅れが均一な送信ラインを備えている。この他に使用できるレンズとしては、例えばルネベルグレンズ、ジオデシックレンズがある。
より大型なアンテナ用としてはArcher/Rottman-Turnerレンズのバリエーションが好ましい。Archer/Rottman-Turnerバリエーションを第19A図、第19B図、第19C図に示す。このレンズでは、マイクロ波焦点アークは（およそ）半径Rによって画定される。焦点アーク上の中心点111から半径2XRのレンズ出力面が出力面（すなわち出力モード）であると画定される。この2XR距離において、焦点アーク上の中心点からの放射はどの点においても完全に同相である。焦点アーク113上のその他の点からの放射は、焦点アーク上の中心位置からの供給点変位の位置と直接比例する（ほぼ）線形位相スロープで置換される。
レンズの出力面115上で、エネルギーがストリップ送信線120によりピックアップされ、同じ長さの電気距離ストリップ線を介して、誘電体スラブ112への入力上の平面波点117へと伝搬される。等しい長さの電気距離ストリップ線（物理的には同じ長さではない）を達成するために、ストリップ線の各々が、異なる長さの誘電体ローディング（すなわち第2レンズ119）を通過する。列の端にあるストリップ線が小さな誘電体負荷で誘電体範囲114を通過し、その一方で、列の中心範囲にあるストリップ線が、線を電気的に同等にするために十分な誘電体負荷距離を通過する。これは、Rottman-Turnerレンズと誘電体スラブ列範囲との間に現れる線補正レンズである。このレンズは、先に説明した平-凸レンズと多くの面で類似する。この配置による利点がいくつかある。1）レンズの焦点距離が、供給ホーンではなく開放端導波管供給であることは、過度の供給損失なく効果的に採用されるであろう（？P.17 L.28〜P.18 L.2）。これにより、過度の損失なく入力供給の間隔を近づけることができる。さらに、Rottman-Turnerレンズのより広い範囲を誘電体で満たしてもよく、これにより、レンズの上下間の隙間を維持するための構造が最小で済み、構造が単純になりコストを低く抑えられる。
その他の画像システム
本発明に従って構成されたアンテナの実施例は、決定可能な方向における比較的狭いビーム内のマイクロ波信号を集める（あるいは、狭いビームを所定の方向に伝搬することもできる）。集められたマイクロ波放射の周波数が、放射された方向からの1次元における方向を決定する。アンテナに集束されるべくマイクロ波放射が放射された場所が、2次元における放射された方向を決定する。この2つの次元の画像を作成するための2セットの情報を利用できる技術が数多くある。
ブラッグセルは32チャネルで使用可能であるため、2次元画像の好ましい作成方法は、第11図で指示したようにアンテナの焦点平面に沿って取付けた32個別のホーンの1つから、32ブラッグセルチャネルの各々を供給するというものである。ブラッグセルには、例えば64チャネルのようにさらに多くのチャネルを持たせることができるので、大型なアンテナに、さらに多くの対応するホーンとブラッグセルチャネルを設けてより多くの画素を供給することが可能である。
ブラッグセルシステムは、アンテナからのマイクロ波情報を画像に変換するための電気工学プロセッサでも代用できる。
サブ共振スロット
第6図に示し、先に好ましいプロトタイプ装置用として説明したスロットは、サブ共振スロットの例である（すなわち、大きさが約0.1〜0.4λのスロットであり、ここでλ＃はアンテナが設計された公称波長である）。共振スロットは、公称波長の半分とほぼ同じ大きさのスロットである。サブ共振要素は他にも、例えば、アンテナの頂部伝導層を貫通するあらゆる形状の開口がある。（いわゆる「純粋な」誘電体スラブアンテナ用には、サブ共振要素は前述したようにパッチ、溝等であってよい）。共振スロットを伴う設計では結合を制御するためにスロット角度を利用するため、共振スロットは、好ましい実施例ではうまく機能せず、また、多くの用途においてもうまく機能しないであろう。既述の好ましい実施例のような用途において利用している、結合を制御するためのスロット角度は、第12A図、第12B図、第12C図から明らかなほどには使用に適さない。
これらサブ共振スロットの結合係数は小さいが、スロットの数を多くすることでこれをカバーできる。結合係数は、横方向の間隔と動作の平行プレートモード（例えば、既述の好ましい実施例で使用したTEMモード）に依存する1/2波長プラスまたはマイナス供給効率要因の放射によって描かれたスロットの周囲の6番目のパワーと比例する。
サブ共振スロット（時として「絞り放射要素」または「絞り」と呼ばれる）は、伝搬のTEまたはTMモードといったTEM以外のモードでも機能するが、TEMモードが最も好ましい。スロットの前後端の励起において、誘電体スラブでの波動の伝播が位相の遅れを生じる。TEMモードでは、この位相の遅れには、スロット端部周囲で電荷の置換を生じる、スロットにかかる電圧が含まれる。この電荷の置換には、頂部表面から出る少量の放射が含まれる。
TEMモードにおいて、絞りにかかる電圧が、絞りの長さと幅の両方の逆関数を生み出した電圧をつくる誘電体媒体にかけての伝搬の遅れによって固定される一方で、放射電圧流は、幅、長さ両方の3乗と反比例して（すなわち、〜1/（L-W）3）変化するリアクタンスによって決められ、放射抵抗は長さの2乗関数に反比例して〜（1/L）2変化する。これら要因の組合せた結果、電力結合効率における6番目の電力変化が予期され、デモンストレーションシステムに採用した小型のスロット用として測定を行った。距離の関数としての結合の6番目の電力変化は、端部供給アレイのために必要な非常に小さな結合係数が簡単に得られることを示す。さらに、スラブ内の電力の流れの方向により、結合の衝撃は最小限に抑えられる。
多くの実施例で、スロットの好ましい形状は、第6図に示すような長い辺と短い辺を持つ形状である。しかし、他のサブ共振形状も可能であり、用途によっては好ましいこともある。円形の穴もまた、均一に効果的であることがわかっており、大きさではほぼ同じ結合変化を示した。これらを210 GHzアンテナに採用し、誘電体媒体中の伝搬にTEモードを使った試験を実施した。例えば、2つの垂直方向から供給を行う四角形のアンテナに円形の穴を採用してもよい。
特定の用途では、アンテナから、アンテナの長さに沿った一定値で電力を抽出することが重要である。これは、スロットを、入力端からの距離の関数として徐々に大きく作ることで行える。これを行うためにスロットの大きさを決める技術がよく知られている。一般に、標準サイズのアンテナでは、アンテナの末端部のスロットはこの開始端部のスロットよりも約2倍大きく、このためにアンテナの長さに沿ったおおよそ一定の出力が得られる。
レンズを使わないアンテナの使用
高利得アレイの組立てへの現代のアプローチは、共振スロットを結合係数を調整する角度で切込んだ端部供給導波管要素を採用するものである。共振スロットにより誘電体スラブアレイでの使用が制限された一方で、多数の導波管要素に匹敵するように、スラブの入力端上に多数の供給部を配置することで導波管要素のアレイの代わりに誘電体スラブを直接使用することができる。これら多数の供給入力の各々からの放射は、導波管入力に匹敵する供給要素の内部放射パターン（すなわち誘電体スラブの内部）によって制御される。放射が誘電体スラブを下方向に伝搬するに従い、スラブの表面上にある個々のスロット（絞り）ラジエータがエネルギーのいくつかの部分を抽出し、誘電体スラブの長さ、個々のスロットの結合係数によって画定された伝搬方向に向かうビームを形成するために、この抽出したエネルギーを放射する。クロス平面において、スロットが、放射の一部を成す方法をとり、入力供給要素のビーム幅によって画定されるクロスビームパターンを放射する。（レンズを使用しないこのようなアンテナを第20図に示す。ビームが誘電体を通過するときに、ホーン100は分散するビームパターン102を生じるが、アンテナからの放射出力は、スロットを設けた導波管で形成したアンテナの放射出力と類似する。）最終的な結果、放射開口からの放射のパターンが、入力供給のクロスパターンと、スロットを設けた放射面の軸に沿ったパターンによって完全に画定される。この結果、誘電体スラブの表面におけるスネルの法則回折によって幅を広くした誘電体スラブ内の入力供給パターンと同じパターンの、クロス平面においてスロットを設けた端部供給型のホーン付き導波管ラジエータに完全に匹敵する。実験で使用した誘電率2.54では、これがクロススラブビーム幅を内部スラブ供給ビーム幅の1.59倍に増す。
スロットを設けた導波管アンテナのアレイに匹敵するように、説明したような多供給を採用する利点は、誘電体スラブ方法の方が低コスト構造であり、そしてほとんどの場合において導波管よりも損失が少ないということである。
結論
上述した説明は多くの特性を有するが、読者はこれらが本発明の範囲を限定するものであると解釈するのではなく、単に好ましい実施例の例証であると解釈するべきである。従って、上述の例証によってではなく、付属の請求の範囲と、法的にこれに相当するものによって読者が本発明の範囲を決定するよう要求する。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１３Ｄ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図１９Ｃ】
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【図２０】
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