(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ平坦なリング型の素子から構成され、縦軸を中心軸として並んで配置された複数の放射素子によって構成され、全体として円筒形状に形成されている放射素子のアレイ（20）を具備し、
各放射素子はリングの外側部分と内側部分と、それらの間に充填された強誘電性材料で構成された中間のリング部分（25）とにより構成され、
さらに、少なくとも２つの放射素子の前記強誘電性材料で構成された前記中間のリング部分（25）に別々にバイアス電圧を与える回路（30）を具備し、
送受信マイクロ波はリング型の放射素子の内側と外側の部分との間で前記中間のリング部分の強誘電性材料を通って伝達され、
放射素子の強誘電性材料の中間のリング部分（25）の誘電率は、前記回路（30）によって与えられるバイアス電圧に応じて変化して、放射素子の強誘電性材料の前記中間のリング部分（25）の誘電率に応じたマイクロ波の伝播速度によって、放射素子から放射されるマイクロ波の指向方向の走査を制御するアンテナ。
【請求項２】
縦軸から外れた方向への電磁エネルギの送信または受信ビームを放射素子に発生させるように少なくとも幾つかの放射素子を励起するための第２の回路をさらに含んでいる請求項１記載のアンテナ。
【請求項３】
第２の回路は縦軸を中心に方位角でビームを走査させるために放射素子を励起する回路を含んでおり、方位角軸は縦軸と高低軸を横断する方向にある請求項２記載のアンテナ。
【請求項４】
第２の回路はバトラマトリックス（70）を含んでいる請求項３記載のアンテナ。
【請求項５】
信号源（60）をさらに含んでいる請求項４記載のアンテナ。
【請求項６】
信号源（60）に接続されているパワー分割器（64）をさらに含んでいる請求項５記載のアンテナ。
【請求項７】
パワー分割器の出力とバトラマトリックスとの間に接続されている位相シフト素子（66）をさらに含んでいる請求項６記載のアンテナ。
【請求項８】
パワー分割器（64）の出力とバトラマトリックス（70）との間に接続されている可変位相シフタ（68）をさらに含んでいる請求項７記載のアンテナ。
【請求項９】
バトラマトリックスとアレイとの間に接続されているフィードネットワーク（80）をさらに含んでいる請求項５記載のアンテナ。
【請求項１０】
方位角および高低角方向で前記ビームを制御する制御装置（40）をさらに含んでいる請求項３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、特に電子的に走査されるアンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
探知器は電磁放射を感知するために使用される。ある応用では、少なくとも２つの探知器が必要とされる。例えば、ミサイル技術では、赤外線（ＩＲ）探知器および無線周波数（ＲＦ）探知器が必要とされる。両方の探知器がミサイルのノーズに取付けられなければならないので、典型的に一方は少なくとも部分的に他方の視野を不明瞭にする。ＩＲ探知器はＲＦ探知器のブラインドスポットを生成するだけでなく、そのアンテナのフィールド放射パターンを劣化する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ターゲットの検出と弁別におけるさらに高いレベルの性能を実現するために高い周波数の探知器を使用する傾向があることにより状態は悪化している。現在のＲＦ探知器はＸバンド（８乃至１２ＧＨｚ）で動作するが、これらの新しい探知器はＫａバンドまたはＷバンド（２７乃至４０ＧＨｚ）で動作するように計画されている。しかしながら、Ｘバンド能力に対する要求が残されている。２つのアンテナが必要とされ、これは前述のオクルージョンの問題につながる。
【０００４】
したがって、探知器が他方の探知器の動作に干渉しないように２以上の探知器を単一のハウジング中に一体化するシステムまたは方法についての技術で必要とされている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この技術上の要求は本発明のアンテナおよびアンテナ励起方法により解決される。本発明のアンテナはそれぞれ縦軸に関して予め定められた実質的に横断する角度で取付けられている放射素子のアレイと、少なくとも実質的に縦軸に横断する高低軸に沿って電磁エネルギの送信または受信ビームを走査するために少なくとも２つの素子間に電位を与える回路とを含んでいる。
【０００６】
図示の実施形態では、放射素子のアレイは平坦で平行で導電性のリング型の放射素子のスタックを含んでいる。空間整合材料は各放射素子の内部および外部周辺に位置されている。
【０００７】
第２の回路は縦軸に関して電磁エネルギの軸外れの送信または受信ビームを素子に発生させるように少なくとも幾つかの素子を励起するための特別な構造に含まれている。好ましい実施形態では、第２の回路はバトラマトリックスであり、縦軸を中心に方位角でビームを走査させるのに有効であり、方位軸は縦軸および高低軸に少なくとも実質的に横断する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図示の実施形態と例示的な応用を本発明の有効な教示を説明するために添付図面を参照して説明する。
本発明を特別な応用の例示的な実施形態を参照してここで説明するが、本発明はそれに限定されないことを理解すべきである。当業者は本発明が非常に有効であるその技術的範囲内および付加的な分野で付加的な変更、応用、実施形態を認識するであろう。
【０００９】
図１は通常の方法にしたがって構成されたマルチモードミサイルのノーズコーンの簡単化された断面図である。図１に示されているように、ミサイルは10' は内部にＲＦ探知器14' が取付けられているノーズコーン12' を有する。探知器14' により放射（または受信）される電磁エネルギ16' はノーズコーン12' の末端部に配置されているＩＲ探知器18' により少なくとも部分的に阻止される。したがって図１は探知器が他方の探知器の動作に干渉しない方法で２以上の探知器を単一のハウジング中に一体化するシステムまたは方法が技術的に必要とされていることを示している。
【００１０】
前述したように、技術の要求は本発明のアンテナおよびアンテナ励起方法により解決される。以下さらに十分に説明するように、本発明のアンテナはそれぞれ縦軸に関して予め定められた実質的に横断する角度で取付けられている放射素子のアレイと、少なくとも実質的に縦軸に横断する高低軸に沿って電磁エネルギの送信または受信ビームを走査するのに有効な少なくとも２つの放射素子間に電位を与える回路とを含んでいる。図示の実施形態では、放射素子のアレイは平坦で平行で導電性のリング型の放射素子のスタックを含んでおり、各放射素子は強誘電性のバルクな材料で充填されている。空間整合材料が各放射素子の内部および外部周辺に位置されている。第２の回路は縦軸に関して電磁エネルギの軸外れの送信または受信ビームを放射素子に発生させるように少なくとも幾つかの放射素子を励起するための特別な構成で含まれている。好ましい実施形態では、第２の回路はバトラマトリックスであり、縦軸を中心に方位角でビームを走査させるのに有効であり、方位軸は縦軸および高低軸に少なくとも実質的に横断する。
【００１１】
図２は本発明の技術にしたがって構成されたマルチモードアンテナのブロック図である。アンテナ10は放射素子のアレイ20のコンフォーマル（本体が固定した）フェイズドアレイを含んでいる。
【００１２】
図３は図２の放射素子のアレイの分解した簡単化された側方斜視図である。放射素子のアレイ20の主な放射素子は強誘電性のバルクな材料を含む平行プレートを有するＴＥＭモード伝送線である。コンフォーマルなアレイでは、放射素子のアレイ20は円筒形である。図３で示されているように、放射素子のアレイ20は図３ではｎ個が示されている平坦で平行で導電性のリング型のプレート形の放射素子（22、24、26、28、29）のスタックを含んでいる。図示の実施形態では、プレート形の放射素子は金またはその他の適切な導体から作られている。
【００１３】
図４は図３で示されているアレイの１つの放射素子22の平面図である。図３および４で示されているように、プレート形の放射素子は強誘電性材料の中間のリング25と、空間整合変換器を与える内部リング23と、外部リング27とを含んでいる。中間のリング25の強誘電性材料の誘電定数は与えられたＤＣバイアス電圧によって変化し、放射素子のアレイを通るＲＦ波の位相は与えられたＤＣバイアス電圧の関数として変化する。したがって、積層された円筒形の放射素子は適切なＤＣバイアスを円筒形のアレイの各放射素子へ設定することにより高低角方向で走査する。
【００１４】
図５は図４で示されているプレート形の放射素子の一部分の断側面図である。空間整合変換器は高誘電性材料または平行なプレートで作られてもよい。空間整合素子の機能は全てのＲＦエネルギを空間に放射することである。当業者は本発明がプレート形の放射素子22、24、26、28、29のサイズ、形態、数または構造に限定されないことを認識するであろう。多くの他の設計が種々の応用で使用されてもよい。
【００１５】
当業者により認識されているように、強誘電性材料の使用は与えられたＤＣ電圧の供給において、材料の誘電定数が変化し、図３で示されているように放射素子から放射される出力ビームの高低角に変化を行わせる。即ち平行プレート形の放射素子中のマイクロ波の伝播速度は強磁性材料の誘電定数が対応して変化するときプレート形の放射素子間のＤＣ電圧バイアスの関数として変化する。結果として、入来するＲＦ信号の相はそのＤＣバイアスにしたがって放射素子により変化される。放射素子のスタックアレイがＤＣバイアス電圧の適切なセットでバイアスされ平面アレイにより供給されるとき、アレイの出力は１方向で走査される。
【００１６】
典型的な強磁性材料はＢＳＴ（ベリリウム、ストロンチウム、テタネート複合材料、液晶等）を含んでいる。当業者は本発明が放射素子で強磁性材料を使用することに限定されないことを認識するであろう。与えられた電圧に応答して出力ビームの高低角度の変化を与える任意の装置は本発明の技術的範囲を逸脱せずに使用されることができる。
【００１７】
再び図２を参照すると、プレート形の放射素子間の電圧差Ｖn はソース30により与えられる。実際には、ソース30はパワー分割回路、デジタル的に制御された電源またはその他の適切な装置であってもよい。ソースは入力／出力回路50により受信される入力に応答してシステム制御装置40により制御される。
【００１８】
方位角方向での出力ビームの走査は以下さらに十分に説明するようにマルチビーム（例えばバトラマトリックス）回路の使用により行われる。
【００１９】
図２で示されているように、ＲＦ送信機（例えば進行波管）60からの送信信号はサーキュレータ62により１：ｍパワー分割器64へ導かれる。パワー分割器の各“ｍ”出力は固定した位相シフタ66と可変位相シフタ68とを含む位相シフタ装置によりバトラマトリックスの関連する入力へ接続されている。したがってパワー分割器の各出力は、バトラマトリックス70へのモード入力へ入力を与える。第１のモードでは、第１の入力に与えられる信号はバトラマトリックス70の各“ｘ”出力において与えられる。バトラマトリックス回路の出力はフィード装置80により円筒形のアレイ20の放射素子に与えられる。フィード装置80は図６でさらに詳細に示されている。
【００２０】
図６は図２で示されている２進フィードの一部分を示した図である。図６では２進フィード80は斜視図で放射プレートまたはレンズのセクションを示すように回転される。２進フィードは共同フィード、簡単なパワー分割器、直列フィードまたはその他の適切な装置であってもよい。図６から明白であるように、プレート形の放射素子22、24等は円形またはリング型のディスクである必要はない。小さい部片の長方形放射素子が本発明の技術的範囲を逸脱せずに本体またはハウジングの周辺で使用される。
【００２１】
図７は本発明により、バトラマトリックスが単一の放射素子に接続される態様を示した図である。図７では、９個の接続だけがバトラマトリックス70と放射素子22との間に示されている。実際には、３６０°の方位角のカバー範囲で、バトラマトリックス80の各出力はプレート形の放射素子22上の対応する位置に接続されている。さらに、最良のモードでは、バトラマトリックス80の各出力はアレイ20の他の放射素子の上の同一位置に接続されている。これは図８で示されている。
【００２２】
図８は、バトラマトリックスの出力を本発明のアンテナのアレイの各放射素子に接続する装置を示した簡略図である。図８に示されているように、バトラマトリックスは２次元（２Ｄ）開口分布を３次元（３Ｄ）開口分布に変換する。
【００２３】
図７および８で示されている分布により、第１のビーム82は関連する開口分布83を有し、各モードで適切な位相シフタ装置を有するバトラマトリックスにより発生される全ての円形モードを使用して方位角の第１の角度φ1 で発生され、第２のビーム84は関連する開口分布85によって、第２の励起状態で方位角の第２の角度φ2 で発生される。したがって、方位角における走査は固定および可変位相シフタの適切な選択と、バトラマトリックスへの各入力へ逐次的に信号を与えることによって行われる。
【００２４】
したがって、方位角方向の走査はバトラマトリックス70と可変位相シフタによって実現され、高低角方向走査は１組の可変ＤＣ電圧バイアスにより円筒形のアレイの電子走査アレイ（ＥＳＡ）20によって実現される。バトラマトリックスの各入力ポートはシリンダ上において異なる円形モードを表す。バトラマトリックスの入力および出力はディスクリートなフーリエ変換対である。これらの円形モードの簡単な重畳は方位角走査位置の所望の開口分布を与える。図７の開口分布は全てのエネルギが適切な低いサイドロープテーパを含む所望の放射方向だけに分布されることを示している。新しい１組の位相を可変の位相シフタに割当てることにより、同一の開口分布は自由に放射素子のアレイ20の周囲で回転されてもよい。各２進フィード出力は空間的または隣接して放射素子のアレイ20の入力ポート（シリンダの内部円）に給電する。
【００２５】
システム制御装置40は方位角および高低角の走査制御信号を提供する。したがって、図示の応用では、図２のシステムは円錐／円筒形のコンフォーマルなアンテナ10の観察を阻止せずにミサイルのノーズコーン12に位置される探知器18に適合する。
【００２６】
簡単に言えば、図２で示されているシステムは二重モード（ＩＲ＆ＲＦまたはＲＦ＆ＲＦ）探知器で使用されることができる。この実施形態では、ＲＦ探知器はターゲット検出の逐次的なロービングまたはモノパルス方法である。
【００２７】
図９は本発明の教示によるバトラマトリックスおよび円筒形レンズ電子走査アレイを有するモノパルス装置を示した図である。モノパルスＲＦ探知器は４つの余分の位相シフタセットを有する４つのバトラマトリックスによって実現されることができる。本発明の教示は航空機搭載ミサイル、航空機または静止追跡システムにおける二重モード探知器で使用されることができる。
【００２８】
したがって、本発明を特定の応用についての特定の実施形態を参照してここで説明した。当業者は付加的な変更、応用、実施形態をその技術的範囲内で認識するであろう。
【００２９】
それ故、記載された特許請求の範囲によって任意のおよび全てのこのような応用、変形、実施形態を本発明の技術的範囲内でカバーすることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】  通常の方法にしたがって構成されたマルチモードミサイルのノーズコーンの簡単化された断面図。
【図２】  本発明の方法にしたがって構成されたマルチモードアンテナのブロック図。
【図３】  図２の放射素子のアレイの解体した簡単化された側面斜視図。
【図４】  図３で示されている放射素子のアレイの単一の放射素子の平面図。
【図５】  図４で示されているプレート形の放射素子の一部分の断側面図。
【図６】  図２で示されている２進フィードの一部分を示した図。
【図７】  バトラマトリックスが本発明にしたがった単一の放射素子に接続される態様を示した図。
【図８】  バトラマトリックスの出力を本発明のアンテナのアレイの各放射素子に接続する装置を示した簡略図。
【図９】  本発明にしたがったバトラマトリックスおよび円筒形のアレイの電子走査アレイを有するモノパルス装置の図。
【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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【図８】
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【図９】
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