(57)【要約】  ビア・レス・ビームフォーマは回路レイアウトを有する複数の回路要素から提供され、回路レイアウトはそれらの間の非所望のリアクティブ・カップリングを緩和するように選択される。複数の回路要素のうちの少なくとも１つはリアクティブ・フィールド理論に基づいて選択される回路レイアウトを有するように提供され、回路レイアウトは：そこに提供される信号に応じて、回路要素のうち何れの回路特徴がリアクティブ・フィールドを生成するかを決定すること；トータル・フィールドをモード・セットに分解すること；及び回路要素の幾何学的及び/又は設計上の特徴に基づいて、モードの重み付け係数を決定することによって選択されうる。実施形態において、ビア・レス・ビームフォーマは１つ以上のビア・レス・コンバイナ／ディバイダ回路を含む。実施形態において、ビア・レス・ビームフォーマは１つ以上のブランチ・ハイブリッド・カプラー回路を含む。実施形態において、ビア・レス・ビームフォーマは１つ以上のビア・レス・コンバイナ／ディバイダ回路と１つ以上のブランチ・ハイブリッド・カプラー回路とを含む。
2020504582.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の回路を含むビア・レス・ビームフォーマであって、前記複数の回路の各々はそれらの間で非所望のリアクティブ・カップリングを緩和するように選択される回路レイアウトを有し、前記複数の回路のうちの少なくとも１つはディバイダ／コンバイナ回路を含み、前記ディバイダ／コンバイナ回路は：
前記ビームフォーマの第１ポートに対応する第１端部を有し、且つ第２端部を有する第１信号経路；
信号経路の第１ペアであって、前記信号経路の第１ペアのうちの各々は、半径を有し、且つ前記第１信号経路の前記第２端部に結合される第１端部を有する、信号経路の第１ペア；
信号経路の第２ペアであって、前記信号経路の第２ペアのうちの各々は、半径を有し、且つ第１及び第２端部を有し、前記信号経路の第１ペアのうちの第２端部は、前記信号経路の第２ペアのうちの各自の第１端部に結合される、信号経路の第２ペア；及び
第１及び第２端部を有する信号経路の第３ペアであって、前記信号経路の第２ペアのうちの各自の第２端部は、前記信号経路の第３ペアのうちの各自の第１端部に結合され、前記信号経路の第３ペアのうちの第２端部は、前記ディバイダ／コンバイナ回路の第２及び第３ポートに対応する、信号経路の第３ペア；
を含む、ビア・レス・ビームフォーマ。
【請求項２】
前記信号経路の第３ペアのうちの各々は、前記信号経路の第３ペアのうちの第１端部に近接する部分で或る半径を有するように提供される、請求項１に記載のビア・レス・ビームフォーマ。
【請求項３】
前記複数の回路のうちの少なくとも１つは、リアクティブ・フィールド理論に基づいて選択される回路レイアウトを有するように提供される、請求項２に記載のビア・レス・ビームフォーマ。
【請求項４】
前記複数の回路のうちの少なくとも１つは：
そこに提供される信号に応じて、何れの回路特徴がリアクティブ・フィールドを生成するかを決定すること；
トータル・フィールドをモード・セットに分解すること；及び
前記複数の回路のうちの１つ以上の幾何学的及び/又は設計上の特徴に基づいて、モードの重み付け係数を決定すること；
により選択される回路レイアウトを有する、請求項３に記載のビア・レス・ビームフォーマ。
【請求項５】
前記１つ以上の回路は、加法的な製造（ＡＭ）技術を利用して製造されている、請求項１に記載のビア・レス・ビームフォーマ。
【請求項６】
前記ディバイダ／コンバイナ回路はＮ：１ディバイダ／コンバイナ回路であり、Ｎは２の倍数である、請求項１に記載のビア・レス・ビームフォーマ。
【請求項７】
前記ディバイダ／コンバイナ回路は、直列配置で結合される複数の２：１ウィルキンソン・ディバイダ／コンバイナ回路を含む、請求項１に記載のビア・レス・ビームフォーマ。
【請求項８】
前記複数の回路のうちの少なくとも１つは、複数の伝送ラインと複数のブランチとを含むブランチ・ハイブリッド・カプラーを含み、前記伝送ラインの各々は異なる幅を有する少なくとも２つのセグメントを含む、請求項１に記載のビア・レス・ビームフォーマ。
【請求項９】
複数のビア・レス回路要素を含むビア・レス・ビームフォーマであって、前記複数のビア・レス回路要素の各々はそれらの間で非所望のリアクティブ・カップリングを緩和するように選択される回路レイアウトを有し、前記複数のビア・レス回路要素のうちの少なくとも１つはビア・レス・ブランチ・ハイブリッド・カプラー回路に対応し、前記ビア・レス・ブランチ・ハイブリッド・カプラー回路の各々は：
複数の伝送ラインであって、前記複数の伝送ラインの各々は、異なる幅を有する少なくとも２つのセグメントを有する、複数の伝送ライン；及び
複数のブランチであって、前記複数のブランチの各々は、前記複数のブランチ・ハイブリッド・カプラーの伝送ラインの幅とは異なる幅を有し、前記複数の伝送ラインのうちの１つの第１端部は前記ビア・レス・ビームフォーマの第１ポートに対応し、前記複数の伝送ラインのうちの１つの第２端部は前記複数のビア・レス回路要素のうちの１つに結合される、複数のブランチ；
を含む、ビア・レス・ビームフォーマ。
【請求項１０】
前記複数のブランチ・ハイブリッド・カプラー回路の伝送ラインのうちの１つの第２端部は、第２のビア・レス・ブランチ・ハイブリッド・カプラー回路に結合される、請求項９に記載のビア・レス・ビームフォーマ。
【請求項１１】
前記少なくとも１つのビア・レス・ブランチ・ハイブリッド・カプラー回路の各々は、リアクティブ・フィールド理論に基づいて選択される回路レイアウトを有する、請求項１０に記載のビア・レス・ビームフォーマ。
【請求項１２】
前記ビア・レス・ブランチ・ハイブリッド・カプラー回路のうちの少なくとも１つは：
そこに提供される信号に応じて、前記ビア・レス・ブランチ・ハイブリッド・カプラー回路のうち何れの回路特徴がリアクティブ・フィールドを生成するかを決定すること；
トータル・フィールドをモード・セットに分解すること；及び
前記ビア・レス・ブランチ・ハイブリッド・カプラー回路の幾何学的及び/又は設計上の特徴に基づいて、モードの重み付け係数を決定すること；
により選択される回路レイアウトを有する、請求項１１に記載のビア・レス・ビームフォーマ。
【請求項１３】
前記１つ以上のビア・レス・ブランチ・ハイブリッド・カプラー回路は、加法的な製造（ＡＭ）技術を利用して製造されている、請求項１２に記載のビア・レス・ビームフォーマ。
【請求項１４】
前記少なくとも１つのビア・レス・ハイブリッド・カプラー回路のポートに結合される少なくとも１つのポートを有する少なくとも１つのビア・レス・ウィルキンソン・ディバイダ／コンバイナ回路を含む請求項１０に記載のビア・レス・ビームフォーマ。
【請求項１５】
前記少なくとも１つのブランチ・ハイブリッド・カプラー回路の各々は：
複数の伝送ライン；及び
複数のブランチであって、前記複数の伝送ラインの各々は異なる幅を有する少なくとも２つのセグメントを含む、請求項１４に記載のビア・レス・ビームフォーマ。
【請求項１６】
前記少なくとも１つのビア・レス・ウィルキンソン・ディバイダ／コンバイナ回路は：
前記ビームフォーマの第１ポートに対応する第１端部を有し、且つ第２端部を有する第１信号経路；
信号経路の第１ペアであって、前記信号経路の第１ペアのうちの各々は、半径を有し、且つ前記第１信号経路の前記第２端部に結合される第１端部を有する、信号経路の第１ペア；
信号経路の第２ペアであって、前記信号経路の第２ペアのうちの各々は、半径を有し、且つ第１及び第２端部を有し、前記信号経路の第１ペアのうちの第２端部は、前記信号経路の第２ペアのうちの各自の第１端部に結合される、信号経路の第２ペア；及び
第１及び第２端部を有する信号経路の第３ペアであって、前記信号経路の第２ペアのうちの各自の第２端部は、前記信号経路の第３ペアのうちの各自の第１端部に結合され、前記信号経路の第３ペアのうちの第２端部は、前記ディバイダ／コンバイナ回路の第２及び第３ポートに対応する、信号経路の第３ペア；
を含む、請求項１４に記載のビア・レス・ビームフォーマ。
【請求項１７】
１つ以上のフェーズド・アレイ・アンテナ；
前記１つ以上のフェーズド・アレイ・アンテナに結合される送受信システム；
を含むフェーズド・アレイ・レーダー・システムであって、前記フェーズド・アレイ・アンテナのうちの少なくとも１つ及び前記送受信システムはビア・レス・ビームフォーマを構成し、前記ビア・レス・ビームフォーマは複数の回路を含み、前記複数の回路はそれらの間で非所望のリアクティブ・カップリングを緩和するように選択されるレイアウトを含み、前記複数の回路のうちの少なくとも１つはディバイダ／コンバイナ回路を含み、前記ディバイダ／コンバイナ回路は：
前記ビームフォーマの第１ポートに対応する第１端部を有し、且つ第２端部を有する第１信号経路；
信号経路の第１ペアであって、前記信号経路の第１ペアのうちの各々は、半径を有し、且つ前記第１信号経路の前記第２端部に結合される第１端部を有する、信号経路の第１ペア；
信号経路の第２ペアであって、前記信号経路の第２ペアのうちの各々は、半径を有し、且つ第１及び第２端部を有し、前記信号経路の第１ペアのうちの第２端部は、前記信号経路の第２ペアのうちの各自の第１端部に結合される、信号経路の第２ペア；及び
第１及び第２端部を有する信号経路の第３ペアであって、前記信号経路の第２ペアのうちの各自の第２端部は、前記信号経路の第３ペアのうちの各自の第１端部に結合され、前記信号経路の第３ペアのうちの第２端部は、前記ディバイダ／コンバイナ回路の第２及び第３ポートに対応する、信号経路の第３ペア；
を含む、フェーズド・アレイ・レーダー・システム。
【請求項１８】
前記１つ以上のフェーズド・アレイ・アンテナは単独のフェーズド・アレイ・アンテナとして提供され、前記送受信システムは前記単独のフェーズド・アレイ・アンテナに結合される、請求項１７に記載のフェーズド・アレイ・レーダー・システム。
【請求項１９】
前記１つ以上のフェーズド・アレイ・アンテナは、送信フェーズド・アレイ・アンテナと受信フェーズド・アレイ・アンテナとを含み；
前記送受信システムは、前記送信フェーズド・アレイ・アンテナに結合される送信サイドと、前記受信フェーズド・アレイ・アンテナに結合される受信サイドとを含む、請求項１７に記載のフェーズド・アレイ・レーダー・システム。
【請求項２０】
前記ビア・レス・ビームフォーマにおける前記複数の回路のうちの少なくとも１つはビア・レス・ブランチ・ハイブリッド・カプラーとして提供され、前記ビア・レス・ブランチ・ハイブリッド・カプラーは複数の伝送ラインと複数のブランチとを含み、前記複数の伝送ラインの各々は異なる幅を有する少なくとも２つのセグメントを有し、前記ビア・レス・ブランチ・ハイブリッド・カプラーは回路レイアウトを有し、前記回路レイアウトは：
そこに提供される信号に応じて、前記ビア・レス・ブランチ・ハイブリッド・カプラーのうち何れの回路特徴がリアクティブ・フィールドを生成するかを決定すること；
トータル・フィールドをモード・セットに分解すること；及び
前記ビア・レス・ブランチ・ハイブリッド・カプラー回路の幾何学的及び/又は設計上の特徴に基づいて、モードの重み付け係数を決定すること；
により選択されている、請求項１７に記載のフェーズド・アレイ・レーダー・システム。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
当技術分野で公知のように、フェーズド・アレイ・システムは、指向性信号送信及び受信のためのビームフォーマを含み得る。既存のビームフォーマは、高密度プリント配線板回路（ＰＷＢ）として提供される。ＰＷＢにおける回路の近接性は、望ましくないカップリング効果を生じさせることがある。例えば、典型的なストリップライン回路に見受けられる電界モードは、意図されるしばしば支配的なトランスバース電磁界（ＴＥＭ）モードを、エバネッセント・モード並びに伝搬するトランスバース磁界（ＴＭ）及びトランスバース電界（ＴＥ）モードの双方とともに含む。これらの非ＴＥＭモードは、それらが回路素子間に意図しないカップリング経路を形成するという点で、リアクティブ・セット（ａ  ｒｅａｃｔｉｖｅ  ｓｅｔ）として考えられる。
【０００２】
いくつかの既存のフェーズド・アレイ・システムにおいて、ＰＷＢ回路素子間のカップリング効果は、回路コンポーネント間の望ましくないカップリングを防止するように、追加構造コンポーネントを用いて低減され得る。例えば、従来のフェーズド・アレイ・システムは、ＰＷＢ回路素子間の高次の（すなわち、望ましくない）モードの伝搬を抑制するために、一連の導電性ビア（又は「フェンス」）を含み得る。
【発明の概要】
【０００３】
導電性ビアの使用は、プリント配線板（ＰＷＢ）製造プロセスに幾つかのステップを追加し、重大なコスト要因であることが本願では認識されている。さらに、これらのビアは多層ＰＷＢ内の種々の層における所望の信号経路の引き回しをしばしば妨げるので、導電性ビアは設計に複雑さを加える。さらに、導電性ビアは典型的には除去的な製造技術を使用する必要がある。
【０００４】
ここに記載されるものは、ビア・レス・ビームフォーマ（ｖｉａ−ｌｅｓｓ  ｂｅａｍｆｏｒｍｅｒｓ）（すなわち、モード抑制のために導電性ビアに依存しないビームフォーマ）のための回路である。ビア・レス・ビームフォーマの実施形態は、既存のビームフォーマ回路と比較して高い電気的パフォーマンスを有することが可能であり、フェーズド・アレイの低コスト付加製造（ＡＭ）を促すことが可能であり、広範囲の様々なフェーズド・アレイ用途に対する幅広い用途を有する。更に、ここに記載されるものは、導電性ビアが存在しない状態で許容可能なビームフォーマ回路レイアウトを選択するために使用されることが可能な、リアクティブ・フィールド理論及びモード展開（ｒｅａｃｔｉｖｅ  ｆｉｅｌｄ  ｔｈｅｏｒｙ  ａｎｄ  ｍｏｄａｌ  ｅｘｐａｎｓｉｏｎ）に基づく回路設計技術である。
【０００５】
一態様では、ビア・レス・ビームフォーマは、レイアウト間の望ましくないリアクティブ・カップリングを緩和するように選択された回路レイアウトを有する複数の回路素子から提供される。複数の回路素子のうちの少なくとも１つは、リアクティブ・フィールド理論に基づいて選択された回路レイアウトを有することにより提供される。一実施形態では、回路レイアウトは：回路素子のうち何れの回路特徴がそこに提供される信号に応答してリアクティブ・フィールドを生成するかを決定し、全体的なフィールドをモード・セットに分解し、そして回路素子の幾何学的な及び／又は設計上の特徴に基づいてモード重み付け係数を決定することによって選択されてもよい。
【０００６】
一実施形態では、ビア・レス・ビームフォーマは、１つ以上のビア・レス・コンバイナ／ディバイダ回路を含む。一実施形態では、ビア・レス・ビームフォーマは、１つ以上のブランチ・ハイブリッド・カプラー回路を含む。一実施形態では、ビア・レス・ビームフォーマは、１つ以上のビア・レス・コンバイナ／ディバイダ回路及び１つ以上のブランチ・ハイブリッド・カプラー回路を含む。
【０００７】
望ましくない信号の抑制（例えば、モード抑制）のためにビアを必要としない回路を設けることによって、このようなビア・レス回路を組み合わせて、例えば、フェーズド・アレイ・レーダーで使用するのに適した他の回路と共にビア・レス・ビームフォーマ回路を設けることが可能である。従って、ＰＷＢ回路素子間のカップリング効果は、回路コンポーネント間の望ましくないカップリングを防止するために追加の構造コンポーネントを使用することなく、低減され得る。例えば、ビームフォーマ回路内のＰＷＢ回路素子間の高次の（すなわち、望ましくない）モードの伝搬を抑制するために、一連の導電性ビア（又は「フェンス」）を含める必要はない。従って、ビア・レス・ビームフォーマ回路が提供され得る。導電性ビアはＲＦ信号の伝搬を抑制するために必要とされないので、このようなビア・レス・ビームフォーマ回路は、望ましくないＲＦ信号の抑制のために導電性ビアを利用する従来のビームフォーマ回路よりも、製造に関して低コストである。
【０００８】
ここで説明される概念、システム、回路、及び技術の一態様によれば、ビア・レス・ビームフォーマは複数の回路を有し、複数の回路の各々はそれらの間で非所望のリアクティブ・カップリングを緩和するように選択される回路レイアウトを有し、複数の回路のうちの少なくとも１つはディバイダ／コンバイナ回路を含み、ディバイダ／コンバイナ回路は、ビームフォーマの第１ポートに対応する第１端部を有し、且つ第２端部を有する第１信号経路；信号経路の第１ペアであって、信号経路の第１ペアのうちの各々は、半径を有し、且つ第１信号経路の第２端部に結合される第１端部を有する、信号経路の第１ペア；信号経路の第２ペアであって、信号経路の第２ペアのうちの各々は、半径を有し、且つ第１及び第２端部を有し、信号経路の第１ペアのうちの第２端部は、信号経路の第２ペアのうちの各自の第１端部に結合される、信号経路の第２ペア；及び第１及び第２端部を有する信号経路の第３ペアであって、信号経路の第２ペアのうちの各自の第２端部は、信号経路の第３ペアのうちの各自の第１端部に結合され、信号経路の第３ペアのうちの第２端部は、ディバイダ／コンバイナ回路の第２及び第３ポートに対応する、信号経路の第３ペアを含む。
【０００９】
ビア・レス・ビームフォーマは、以下の特徴のうちの１つ以上を独立に又は１つ以上の他の特徴と組み合わせて含んでもよい：
信号経路の第３ペアのうちの各々は、信号経路の第３ペアのうちの第１端部に近接する部分で或る半径を有するように提供されること；
複数の回路のうちの少なくとも１つは、リアクティブ・フィールド理論に基づいて選択される回路レイアウトを有するように提供されること；
複数の回路のうちの少なくとも１つは：そこに提供される信号に応じて、何れの回路特徴がリアクティブ・フィールドを生成するかを決定すること；トータル・フィールドをモード・セットに分解すること；及び複数の回路のうちの１つ以上の幾何学的及び/又は設計上の特徴に基づいて、モードの重み付け係数を決定することにより選択される回路レイアウトを有すること；
１つ以上の回路は、加法的な製造（ＡＭ）技術を利用して製造されていること；
ディバイダ／コンバイナ回路はＮ：１ディバイダ／コンバイナ回路であり、Ｎは２の倍数であること；
ディバイダ／コンバイナ回路は、直列配置で結合される複数の２：１ウィルキンソン・ディバイダ／コンバイナ回路を含むこと；及び
複数の回路のうちの少なくとも１つは、複数の伝送ラインと複数のブランチとを含むブランチ・ハイブリッド・カプラーを含み、伝送ラインの各々は異なる幅を有する少なくとも２つのセグメントを含むこと。
【００１０】
ここで説明される概念、システム、回路、及び技術の別の態様によれば、ビア・レス・ビームフォーマは：複数のビア・レス回路要素を含み、複数のビア・レス回路要素の各々はそれらの間で非所望のリアクティブ・カップリングを緩和するように選択される回路レイアウトを有し、複数のビア・レス回路要素のうちの少なくとも１つはビア・レス・ブランチ・ハイブリッド・カプラー回路に対応し、ビア・レス・ブランチ・ハイブリッド・カプラー回路の各々は：複数の伝送ラインであって、複数の伝送ラインの各々は、異なる幅を有する少なくとも２つのセグメントを有する、複数の伝送ライン；及び複数のブランチであって、複数のブランチの各々は、複数のブランチ・ハイブリッド・カプラーの伝送ラインの幅とは異なる幅を有し、複数の伝送ラインのうちの１つの第１端部はビア・レス・ビームフォーマの第１ポートに対応し、複数の伝送ラインのうちの１つの第２端部は複数のビア・レス回路要素のうちの１つに結合される、複数のブランチを含む。
【００１１】
ビア・レス・ビームフォーマは、以下の特徴のうちの１つ以上を独立に又は１つ以上の他の特徴と組み合わせて含んでもよい：
複数のブランチ・ハイブリッド・カプラー回路の伝送ラインのうちの１つの第２端部は、第２のビア・レス・ブランチ・ハイブリッド・カプラー回路に結合されること；
少なくとも１つのビア・レス・ブランチ・ハイブリッド・カプラー回路の各々は、リアクティブ・フィールド理論に基づいて選択される回路レイアウトを有すること；
ビア・レス・ブランチ・ハイブリッド・カプラー回路のうちの少なくとも１つは回路レイアウトを有し、回路レイアウトは：そこに提供される信号に応じて、ビア・レス・ブランチ・ハイブリッド・カプラー回路のうち何れの回路特徴がリアクティブ・フィールドを生成するかを決定すること；トータル・フィールドをモード・セットに分解すること；及びビア・レス・ブランチ・ハイブリッド・カプラー回路の幾何学的及び/又は設計上の特徴に基づいて、モードの重み付け係数を決定すること；により選択されること；
１つ以上のビア・レス・ブランチ・ハイブリッド・カプラー回路は、加法的な製造（ＡＭ）技術を利用して製造されていること；
少なくとも１つのビア・レス・ウィルキンソン・ディバイダ／コンバイナ回路が、少なくとも１つのビア・レス・ハイブリッド・カプラー回路のポートに結合される少なくとも１つのポートを有すること；
少なくとも１つのブランチ・ハイブリッド・カプラー回路の各々が：複数の伝送ライン；及び複数のブランチであって、複数の伝送ラインの各々が異なる幅を有する少なくとも２つのセグメントを含むこと；
少なくとも１つのビア・レス・ウィルキンソン・ディバイダ／コンバイナ回路が：ビームフォーマの第１ポートに対応する第１端部を有し、且つ第２端部を有する第１信号経路；信号経路の第１ペアであって、信号経路の第１ペアのうちの各々は、半径を有し、且つ第１信号経路の第２端部に結合される第１端部を有する、信号経路の第１ペア；信号経路の第２ペアであって、信号経路の第２ペアのうちの各々は、半径を有し、且つ第１及び第２端部を有し、信号経路の第１ペアのうちの第２端部は、信号経路の第２ペアのうちの各自の第１端部に結合される、信号経路の第２ペア；第１及び第２端部を有する信号経路の第３ペアであって、信号経路の第２ペアのうちの各自の第２端部は、信号経路の第３ペアのうちの各自の第１端部に結合され、信号経路の第３ペアのうちの第２端部は、ディバイダ／コンバイナ回路の第２及び第３ポートに対応する、信号経路の第３ペアを含む。
【００１２】
ここで説明される概念、システム、回路、及び技術の更に別の態様によれば、フェーズド・アレイ・レーダー・システムは、１つ以上のフェーズド・アレイ・アンテナ；１つ以上のフェーズド・アレイ・アンテナに結合される送受信システムを含み、フェーズド・アレイ・アンテナのうちの少なくとも１つ及び送受信システムはビア・レス・ビームフォーマを構成し、ビア・レス・ビームフォーマは複数の回路を含み、複数の回路はそれらの間で非所望のリアクティブ・カップリングを緩和するように選択されるレイアウトを含み、複数の回路のうちの少なくとも１つはディバイダ／コンバイナ回路を含み、ディバイダ／コンバイナ回路は：ビームフォーマの第１ポートに対応する第１端部を有し、且つ第２端部を有する第１信号経路；信号経路の第１ペアであって、信号経路の第１ペアのうちの各々は、半径を有し、且つ第１信号経路の第２端部に結合される第１端部を有する、信号経路の第１ペア；信号経路の第２ペアであって、信号経路の第２ペアのうちの各々は、半径を有し、且つ第１及び第２端部を有し、信号経路の第１ペアのうちの第２端部は、信号経路の第２ペアのうちの各自の第１端部に結合される、信号経路の第２ペア；及び第１及び第２端部を有する信号経路の第３ペアであって、信号経路の第２ペアのうちの各自の第２端部は、信号経路の第３ペアのうちの各自の第１端部に結合され、信号経路の第３ペアのうちの第２端部は、ディバイダ／コンバイナ回路の第２及び第３ポートに対応する、信号経路の第３ペアを含む。
【００１３】
フェーズド・アレイ・レーダー・システムは、以下の特徴のうちの１つ以上を独立に又は１つ以上の他の特徴と組み合わせて含んでもよい：
１つ以上のフェーズド・アレイ・アンテナは単独のフェーズド・アレイ・アンテナとして提供され、送受信システムは単独のフェーズド・アレイ・アンテナに結合されること；
１つ以上のフェーズド・アレイ・アンテナは、送信フェーズド・アレイ・アンテナと受信フェーズド・アレイ・アンテナとを含み；送受信システムは、送信フェーズド・アレイ・アンテナに結合される送信サイドと、受信フェーズド・アレイ・アンテナに結合される受信サイドとを含むこと；
ビア・レス・ビームフォーマにおける複数の回路のうちの少なくとも１つはビア・レス・ブランチ・ハイブリッド・カプラーとして提供され、ビア・レス・ブランチ・ハイブリッド・カプラーは複数の伝送ラインと複数のブランチとを含み、複数の伝送ラインの各々は異なる幅を有する少なくとも２つのセグメントを有し、ビア・レス・ブランチ・ハイブリッド・カプラーは回路レイアウトを有し、回路レイアウトは：そこに提供される信号に応じて、ビア・レス・ブランチ・ハイブリッド・カプラーのうち何れの回路特徴がリアクティブ・フィールドを生成するかを決定すること；トータル・フィールドをモード・セットに分解すること；及びビア・レス・ブランチ・ハイブリッド・カプラー回路の幾何学的及び/又は設計上の特徴に基づいて、モードの重み付け係数を決定すること；により選択されていること。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
上記の特徴は、以下の図面の説明からより十分に理解され得る。
【図１】本開示の実施形態による、ビア・レス・ビームフォーマを含み得る例示的なフェーズド・アレイ・レーダー・システムのブロック図である。
【図２】本開示の実施形態による、ビア・レス・ビームフォーマの一部を形成し得る２：１ディバイダ／カプラー回路の等角図である。
【図３】本開示の実施形態による、ビア・レス・ビームフォーマの一部を形成し得る４：１ディバイダ／カプラー回路の平面図である。
【図４】本開示の実施形態による、ビア・レス・ビームフォーマの一部を形成し得るブランチ・ハイブリッド・カプラー回路の等角図である。  図面は、必ずしも寸法通りではなく、システムのすべての要素を包含するものでもなく、むしろ本願で保護されるよう求められる概念、構造、及び技術を説明することに重点を置くことを概して強調している。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、本開示の実施形態による例示的なフェーズド・アレイ・レーダー・システム１００を示す。例示的なシステム１００は、衛星として示される遠隔ターゲットとともに個々の送信及び受信アレイ１０２、１０４を含む。他の実施形態では、一般的に知られているように、送信及び受信の機能に同じアンテナが使用されてもよい。送信側では、システム１００は、送信アレイ１０２にエネルギを与えるＰＡＭ（電力増幅モジュール）１１４に給電する送信ビームフォーマ１１２に結合されるドライバ１１０を含む。受信側は、ＩｎｆｉｎｉＢａｎｄ等のユニバーサルＩ／Ｏデバイス１２４を介してディジタル受信システム１２２に結合される信号データ・プロセッサ制御モジュール１２０を含む。受信ビームフォーマ１２６は、受信アレイ１０４に結合される低雑音増幅器１２８から入力を受信する。
【００１６】
特定の実施形態では、送信側及び受信側は、全体的又は部分的に統合されてもよい（例えば、送信ビームフォーマ１１２及び受信ビームフォーマ１２６は、共通のハードウェアから提供されてもよい）。本願で使用される場合、用語「送受信システム」は、一般に、送信及び受信の能力両方を有するシステムを指す。
【００１７】
様々な実施形態では、送信ビームフォーマ１１２及び／又は受信ビームフォーマ１２６は、ビア・レス・ビームフォーマ（すなわち、モード抑制のために導電性ビアを当てにしないビームフォーマ）として提供されてもよい。特定の実施形態では、ビア・レス・ビームフォーマは、加法的な製造（ＡＭ）技術を用いて製造され得る。多くの実施形態において、ビームフォーマ１１２、１２６は、図２−４に関連して以下に記載されるものと同様な１つ以上の回路を含んでもよい。
【００１８】
図２に関し、本開示のいくつかの実施形態による２：１ディバイダ／カプラー回路２００はビア・レス・ビームフォーマの一部を形成することができる。例示的な回路２００は、入力ポート２０２と２つの出力ポート２０４、２０６とを含む（回路２００は、電力コンバイナとして使用されてもよく、その場合、ポート２０４、２０６は入力ポートと呼ばれてもよく、ポート２０２は出力ポートと呼ばれてもよいことが認識されるべきである）。
【００１９】
入力ポート２０２は、信号経路２０８を介して４分の１波長トランスフォーマ２１０ａ、２１０ｂの第１ペアに結合される。次に、４分の１波長トランスフォーマ２１０ａ、２１０ｂは、４分の１波長トランスフォーマ２１２ａ、２１２ｂの第２ペアに属するものにそれぞれ結合される。図示されるように、第１抵抗器２１４は４分の１波長トランスフォーマ２１０ａ、２１０ｂの第１ペアの間に結合され、第２抵抗器２１６は４分の１波長トランスフォーマ２１２ａ、２１２ｂの第２ペアの間に結合される。４分の１波長トランスフォーマ２１２ａ、２１２ｂは、信号経路２１８、２２０を介してそれぞれ出力ポート２０４、２０６に結合される。トランスフォーマ２１０ａ、２１０ｂ、２１２ａ、２１２ｂ及び／又は信号経路２０８、２１８、２２０は、ＡＭ技術を用いて基板上に印刷された伝送線路として提供されてもよい。抵抗器２１４、２１６の値は、２つの出力２０４、２０６が整合させられる一方、それらの間で十分なアイソレーションも提供するように選択され得る。特定の実施形態では、抵抗器２１４は約１．５Ｚ０オームの値を有し、抵抗器２１６は約５．６Ｚ０オームの値を有し得る。
【００２０】
回路２００は、ダブル同調ウィルキンソン・ディバイダとして分類され得ることが理解されよう。
【００２１】
特定の実施形態では、回路２００は、ポート２０２、２０４、２０６のうちの１つ以上をプリント配線板（ＰＷＢ）の他の層に結合するためのエッジ・ランチ・コネクタを含むことができる。
【００２２】
回路２００のレイアウトは、回路２００を構成する導体／信号経路間の高次モードのカップリングを抑制するために、一連の導電性ビア（又は「フェンス」）を設けることなく、所望の電気パフォーマンス特性−例えば、帯域幅及び／又は散乱パラメータ（Ｓ−パラメータ）パフォーマンスを達成するように選択され得る。
【００２３】
曲がり方及び他の回路特徴は、支配的なモード（すなわち、電流が信号経路２０８、２１８、２２０及びトランスフォーマ２１０ａ、２１０ｂ、２１２ａ、２１２ｂに従うモード）に加えて他の伝搬モードに、エネルギを分けることを引き起こし得ることが本願では認識されている。回路２００の２つのコンポーネントが十分に近接して配置される場合、これらの他のモードは、性能を低下させる（例えば、ポート間で望ましくないカップリングを導入する等の）望ましくないカップリング効果（即ち「近接効果」）を引き起こす可能性がある。同様に、回路２００のコンポーネントが同じ回路基板上で近傍の回路のコンポーネントに十分に近接して配置される場合、望ましくないカップリングが生じ得る。
【００２４】
従って、多くの実施形態において、回路２００のレイアウトは、ディバイダ２００がシングル・モード・デバイス（例えば、シングルＴＥＭ又は準ＴＥＭデバイス）として動作するように、高次モードを低減するように選択されるであろう。ここで使用されるように、用語「レイアウト」は、使用されるコンポーネントのタイプ（例えば、ストリップライン、同軸、又はコプレナ・ウェーブガイド）とともに、回路コンポーネントの幾何学的構成（信号経路の形状、長さ、及び幅を含む）を指す。多くの実施形態において、リアクティブ・フィールド理論は、様々な回路特徴の近接効果を決定するために使用される。この情報は、リアクティブ・フィールドを回避するように（又はその影響を緩和するように）回路レイアウトを選択するために使用されることが可能である。
【００２５】
いくつかの実施形態では、モード展開（又は「モード法」）を用いて、ビア・レス・ビームフォーマ内の１つ以上の回路のレイアウト及び構成を選択することができる。モード展開の目的は、一組の直交基底関数を提供することであり、一組の直交基底関数の総和は、ＰＷＢ回路内の任意の位置における全電界分布を完全に特徴付ける。
【００２６】
様々な実施形態において、回路レイアウトを選択するために、以下のプロセス：
（１）どの回路特徴がリアクティブ・フィールドを生成し得るかを決定すること；
（２）全電界をモード・セットに分解すること；
（３）回路の幾何学的及び／又は設計上の特徴に基づいてモード重み付け係数を決定すること；が使用されてもよい。
【００２７】
モード展開を使用する場合、以下の原則が適用され得る。
【００２８】
１．直交性−基底関数は直交性でなければならず、これは、各々の基底関数が可能性のある他の基底関数から独立しており、基底関数の間で相互作用なしに加算を支持することを意味する。
【００２９】
２．線形性−トータル・フィールドは、適切に重み付けされた基底関数の線形ではあるが複合的な和によって正確に特徴付けられなければならない。これは、モード展開がサポートするように意図される線形システムの条件である。また、多重解は、トータル・フィールド解を形成するために重ね合わせられる又は線形に加算されることが可能であることに留意すると、それは波動方程式の解にも一致する。
【００３０】
３．存在条件−基底関数は、境界条件によってサポートされるもののみでなければならない。このため、２つの当然の結論が存在する。第１に、与えられたモード又は基底関数が存在するために、モデル幾何学に固有の境界条件はそれをサポートしなければならない。逆もまた適切であり；与えられたモードをサポートするために必要な境界条件が存在しない場合、対象モードは存在し得ない。第２に、与えられたモード又は基底関数が存在するために、それは励起されなければならない。逆もまた適切であり；サポートする境界条件は存在するが、対象モードが励起されない場合、それは存在しない。
【００３１】
４．モード変換−各回路素子は、幾何学的変換又は意図される伝達関数のいずれかを生じる境界条件を導入することができる。これらの境界条件はまた、モード・セット変換を提供する追加のモード・セットを導入することができる。例えば、接続を容易にするため、又は制限されたエリア内に特定のストリップライン特徴を収容するために、９０°の曲げ方を使用して、ストリップライン・トレースの方向を変更するかもしれない。９０度の留め継ぎされた屈曲（Ａ  ９０−ｄｅｇｒｅｅ  ｍｉｔｅｒｅｄ  ｂｅｎｄ）はまた、境界条件の変化を導入する。一般に、導体電流は、曲げの内側コーナーで大きくなり、外側エッジで小さくなり、中心トレースと上下のグランド面との間のフィールド（又は場）に固有の非対称性を生じる。非対称なフィールドは、しばしば平行プレート・モードとして記述される、地板間の高次ＴＥフィールドを導入する。ストリップライン境界条件はＴＥ場をサポートし、曲げ非対称性はそれらを励起し、モード変換に必要な条件を与える。その結果、入射・準ＴＥＭフィールド・モードは、準ＴＥＭフィールドとＴＥフィールドとの両方の組み合わせに変換される。
【００３２】
モード展開によって使用される形式は、上記の条件を満たさなければならない。ＰＷＢ回路は一般に支配的なＴＥＭ伝搬を当てにするので、関連する境界条件はしばしば全体のモード・セットを排除又はカットオフする。例えば、ストリップラインの形状は、それらがカットオフされているので、ＴＭモードを伝搬することはできない。その結果、モード展開は以下の形式をとることができる。
【数１】
2020504582.tif 000003
全フィールド分布は周波数（ｆ）で決定され、検討中のすべての周波数について繰り返される。
【００３３】
モード加算に含まれるモードの数は、（Ｎ）によって規定され、必要とされる精度及び幾何学的純度（ｔｈｅ  ｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌ  ｐｕｒｉｔｙ）の影響を受ける。検討中の最低次モードは、その幾何学によってサポートされる支配的なＴＥＭであるＥＴＥ０，０（ｆ）である。モード重み付け係数（ａｎ）は、周波数依存性であり得るが、トータル・フィールドを特徴付けるために必要とされるモードに関連する複素係数を表す。
【００３４】
モード展開はビームフォーマ又は他のデバイスで生成される全電界分布を解釈する手段を提供する、ということがここでは認識されている。モード展開は、近接効果が発生し得るマイクロ波回路の領域を分離し、リアクティブ・フィールドが存在するか否かを決定するために、その領域のモードを展開するために使用されることが可能である。このような条件が存在する場合、リアクティブ・フィールド内容を許容可能なレベルまで減少させるために使用されることが可能な多くの設計技術が存在する。このような技術の具体例は、回路素子間の隔たりを増加させること、リアクティブ・フィールドが存在する伝送線路の長さを短くすること、そして伝送線路屈曲のコーナーを丸める又は留め継ぎすることを含む。
【００３５】
上述の技術を用いて、２．０ないし４．０ＧＨｚの周波数レンジでの動作に適したストリップライン・ディバイダ／カプラー回路は、それぞれが約２０ミルの厚さ及び約３．５の比誘電率（εｒ）を有する基板のペアを含む。信号経路２０２は、約５０オームの特性インピーダンスに対応する約２５ミルの幅（Ｗ１）を有してもよく、信号経路２１０ａ、２１０ｂは、約８０オームの特性インピーダンスに対応する約７ミルの幅（Ｗ２）を有してもよい。信号経路２１２ａ、２１２ｂは、約６０オームの特性ライン・インピーダンスに対応する約１５ミルの幅（Ｗ３）を有してもよく、信号経路２１８、２２０は、約５０オームの特性ライン・インピーダンスに対応する約２５ミルの幅（Ｗ４）を有してもよい。信号経路２１０ａ、２１０ｂの半径（Ｒ１）は、約０．１８３インチであってもよく、信号経路２１２ａ、２１２ｂの半径（Ｒ２）は、約０．１８３インチであってもよく、信号経路２１８、２２０の半径（Ｒ３）は、約０．０６インチであってもよい。
【００３６】
上述の寸法は、特定の用途の必要性に適合するようにスケーリングされてよいことが理解されるべきである。例えば、回路が７５オームの特性インピーダンスを有するシステムで動作するように意図される場合、ライン２０８、２１８、２２０の幅は、それに応じて調整されることになる。別の例として、半径Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３は、周波数と共に変化してもよい。
【００３７】
いくつかの実施形態では、ディバイダ回路２００に基づくビア・レス・ビームフォーマは、既存のシステムと比較して、製造コストを少なくとも２０％低減することができる。多くの実施形態において、Ｓパラメータ・パフォーマンスは、高次モードを抑制するために導電性ビアを使用する従来のＰＷＢベースの回路と同程度に良好である。
【００３８】
図３を参照すると、本開示のいくつかの実施形態に従って２ｘ２：１（又は４：１）ディバイダ／カプラー回路３００はビア・レス・ビームフォーマの一部を形成することができる。例示的な回路３００は、入力ポート３０２及び４つの出力ポート３０２、３０４、３０６、３０８を含む。回路３００が電力コンバイナとして使用されている場合、入力ポート及び出力ポートの指定は反転されてもよい。入力ポート３０２は、信号経路３１８を介して第１ディバイダ３１２の入力に結合される。第１ディバイダ３１２の第１出力は、信号経路３２０を介して第２ディバイダ３１４の入力に結合される。第１ディバイダ３１２の第２出力は、信号経路３２６を介して第３ディバイダ３１６の入力に結合される。第２ディバイダ３１４の出力は、それぞれ信号経路３２２、３２４を介して出力ポート３０４、３０６に結合され、第３ディバイダ３１６の出力は、それぞれ信号経路３２８、３３０を介して出力ポート３０８、３１０に結合される。
【００３９】
いくつかの実施形態では、ディバイダ回路３００のレイアウトは、図２に関連して上述した技術（即ち、リアクティブ・フィールド理論及びモード展開）を使用して選択され得る。
【００４０】
多くの実施形態において、ディバイダ３１２、３１４、３１６のうちの１つ以上は、図２にされるディバイダと同様にダブル同調ウィルキンソン・ディバイダとして提供されてもよい。特定の実施形態では、信号経路３１８、３２０、３２２、３２４、３２６、３２８、３３０は、ＡＭ技術を用いて基板に印刷された伝送線路として提供されてもよい。
【００４１】
例示的な回路３００は、全体として４：１ディバイダを提供するために２：１ディバイダの２段構成を使用していることが理解されよう。このアプローチは、２：１、４：１、８：１、１６：１等の任意の二項電力配分を提供するように拡張されることが可能である。ここで説明される構造及び技術は、例えば３：１、５：１、７：１等の非二項電力配分回路にも適用可能であることが理解されるべきである。一般に、ここで説明される構造及び技術は、ビア・レス・ビームフォーマで使用するＮ：１電力ディバイダ／コンバイナを実現するために使用されることが可能である。
【００４２】
図４を参照すると、本開示のいくつかの実施形態に従ってブランチ・ハイブリッド・カプラー回路４００はビア・レス・ビームフォーマの一部を形成することができる。例示の回路４００は、入力ポート４０２、４０４及び出力ポート４０６、４０８を含む。図示されているように、第１信号経路４１０はポート４０２と４０６との間に結合され、第２信号経路４１２はポート４０４と４０８との間に結合される。信号経路４１０及び４１２は、互いにほぼ平行な形式で配置され、３つの追加的な信号経路４１４、４１６、４１８によって結合される。信号経路４１４、４１６、４１８は、図示されているように、近似的に９０度の角度で経路４１０、４１２と交わる。信号経路４１０、４１２は伝送ラインと称されてもよく、信号経路４１４、４１６、４１８はブランチと称されてもよい。
【００４３】
伝送ラインとブランチとの９０度の交わりは、リアクティブ・フィールドを生成することになり、エネルギが、支配的なモードに加えて他の伝搬モードに配分されることを引き起こすことが、本明細書では理解されている。従って、多くの実施形態において、ブランチで誘発されるリアクティブ・フィールドがどの程度遠くまで及びどの方向に伝搬するかを決定するために、リアクティブ・フィールド理論が使用され得る。次に、この情報は、適切な回路レイアウトを選択するために使用されることが可能である。
【００４４】
いくつかの実施形態において、ブランチ・ハイブリッド・カプラー回路４００のレイアウトは、図２に関連して上述した技術（即ち、リアクティブ・フィールド理論及びモード展開）を使用して選択されてもよい。
【００４５】
例えば、上述の技術を用いて、２．０ないし４．０ＧＨｚの周波数範囲での動作に適したブランチ・ハイブリッド・カプラー回路は、それぞれが約２０ミルの厚さ及び約３．５の比誘電率（εｒ）を有する一対の基板を含む。伝送線路４１０、４１２は、異なるインピーダンスを有する複数のセグメントを含み得る。例えば、各々の伝送線路は、約４４オームの特性インピーダンスに対応する約２４ミルの幅（Ｗ１）を有する第１セグメントと、約３８オームの特性インピーダンスに対応する約３０ミルの幅（Ｗ２）を有する第２セグメントと、約４４オームの特性インピーダンスに対応する約２４ミルの幅（Ｗ３）を有する第３セグメントとを含むことができる。第１ブランチ４１４は約１００オームの特性インピーダンスに対応する約３ミルの幅を有してもよく、第２ブランチ４１６は約６４オームの特性インピーダンスに対応する約１２ミルの幅を有してもよく、第３ブランチ４１８は約１００オームの特性インピーダンスに対応する約３ミルの幅を有してもよい。
【００４６】
上述の寸法は、特定の用途の必要性に適合するようにスケーリングされてよいことが認識されるべきである。
【００４７】
本願で引用される全ての文献は全体的にリファレンスとして本願に組み込まれる。
【００４８】
本願において保護されるように求められる種々の概念、構造、及び技術を説明するのに役立つ特定の実施形態を説明してきたが、これらの概念、構造、及び技術を組み込む他の実施形態が使用されてもよいことは、当業者に明らかであろう。上述した様々な実施形態の要素は、上記で具体的には記載されていない他の実施形態を形成ために組み合わせられてもよく、さらに、単独の実施形態の文脈で説明される要素が、別々に又は任意の適切なサブ・コンビネーションで提供されてもよい。従って、本願で保護が求められる範囲は、記述された実施形態に限定されるべきではなく、むしろ、添付の特許請求の範囲及び精神によってのみ限定されるべきである。
【図１】
2020504582.tif 000004
【図２】
2020504582.tif 000005
【図３】
2020504582.tif 000006
【図４】
2020504582.tif 000007
【国際調査報告】
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2020504582.tif 000009
2020504582.tif 000010