JP2018536362A - 単一平面ストリップラインフィードを有する二重偏波広帯域放射器 - Google Patents

Abstract

複数のアンテナ素子からアンテナが設けられ、各アンテナ素子が、インターリーブされたストリップライン・ツー・スロットフィード構造に結合された、一対の直交して結合されたノッチ素子を有する。各二重偏波インターリーブテーパースロットアンテナ素子が１つのビルディングブロックを形成し、複数のそのようなテーパースロットアンテナ素子を配列することで、三角格子パターンを持つフェーズドアレイアンテナを形成することができる。このフェーズドアレイアンテナは、直交偏波を持つ電磁信号を受信することができるとともに、単一平面上の相互接続を提供するフィード構造を含む。このテーパースロットアンテナ構造の構造は、隣接するノッチアンテナ素子間の電気的連続性を必要とせずに、複数の偏波に対して広帯域で広い走査性能を提供する。

Description

技術的に知られているように、フェーズドアレイアンテナ（又はより単純に“フェーズドアレイ”）が、通信、レーダー、及び方向探知システム、並びにその他の多機能無線周波数（ＲＦ）システムにおいて使用されている。フェーズドアレイは典型的に、多数の個々の放射アンテナ素子から設けられる。個々の放射素子の選択及びそのような素子の配置が、フェーズドアレイアンテナの性能及びコストに重要な影響を及ぼす。

これまた知られているように、しばしば望まれるのは、放射素子が、複数の偏波を持つＲＦ信号を効率的に送受信することができ、それと同時に、広い周波数帯域幅及び広い電子走査ボリュームにわたって低い挿入損失特性を示すことである。

フェーズドアレイアンテナを作製するのに使用されるアンテナ素子の１つのタイプは、テーパースロット（tapered slot）アンテナ素子（“ノッチ”アンテナ素子としても知られる）と呼ばれている。ノッチアンテナ素子は、比較的低い挿入損失特性を持つことができるとともに、比較的広い周波数帯域幅及び比較的広い電子走査ボリュームにわたって動作することができる。

しかしながら、このようなテーパースロットフェーズドアレイアンテナの構築は、素子間の電気的連続性を必要とする。これは、フェーズドアレイにおける三角格子パターンの使用を難しくする（一部のケースでは禁止する）とともに、単一平面上には配置されないインターコネクトを持つフィード構造の使用を必要とする（すなわち、フィード構造が、多層プリント回路基板の複数の異なる層上にある）。これは、比較的複雑な物理的アーキテクチャ（例えば、複雑なフィード構造及び電子回路パッケージング）を持つフェーズドアレイをもたらす。さらに、三角格子を使用することができないことが、複雑なフィード構造と組み合わさって、ノッチアンテナ素子から設けられるフェーズドアレイアンテナの増大されたコスト及び複雑さをもたらす。

これまた知られているように、優れた性能特性を持つ多様なテーパースロットアンテナ設計が存在する。Lee J．J．，Livingston S．，Koenig R．による非特許文献１は、アンテナ素子間の電気的連続性の必要性を除いている。

Lee J．J．，Livingston S．，Koenig R．，"A Low-Profile Wide-Band（5：1）Dual-Pol Array"，IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters，Vol．2，2003年

ここに記載される概念、システム、回路、及び技術によれば、単一平面に沿って位置する無線周波数（ＲＦ）相互接続を提供するフィード構造を持つフェーズドアレイアンテナが必要とされることが認識されている。単一平面に沿って位置するＲＦ相互接続を持つフェーズドアレイアンテナを提供することは、フェーズドアレイへの電子回路の接続を容易にする。

ここに記載されるシステム及び方法は、以下の特徴のうちの１つ以上を個別に又は他の特徴と組み合わせて含み得る。

ここに記載される概念、システム、回路、及び技術の一態様によれば、アンテナ素子が、各々がストリップライン・ツー・スロット（stripline-to-slot）フィード構造に結合された、一対の直交配置され且つインターリーブされたノッチアンテナ素子（又はより単純にノッチ素子）を有する。

この特有の構造を用いることで、直交偏波を持つ電磁信号を受信することができるとともに、単一平面上の相互接続を提供するフィード構造を有するフェーズドアレイアンテナが提供される。このような構造は、ノッチアンテナ素子及び関連電子回路の間の接続を容易にし、また、フェーズドアレイアンテナにおける三角格子の使用を可能にする。

このノッチアンテナ素子（テーパースロットアンテナ素子とも称する）の構造は、隣接するノッチアンテナ素子間の電気的連続性を必要とせずに、複数の偏波に対して広帯域で広い走査（ワイドスキャン）性能を提供する。ノッチアンテナ素子のアーム又はフィン間の電気的連続性が必要とされないので、複数のこのような素子から設けられるフェーズドアレイアンテナの開口（アパーチャ）を、モジュール構築技術を用いて、三角格子にて配列させることができる。また、ここに記載されるテーパースロットアンテナ構造は、柔軟な基板の使用と相性がよい。さらに、個々のアンテナ素子（又は放射器）ビルディングブロックを、比較的単純な多層回路カードアセンブリ（circuit card assembly；ＣＣＡ）技術を用いて構成することができる。また、ここに記載されるインターリーブされたアンテナ素子及びフィード構造は、単一平面上の放射素子相互接続についての低い挿入損失経路を提供し、それにより、例えば、フェーズドアレイアンテナの物理的なアーキテクチャ及びパッケージングが単純化される。

ここに記載される概念、回路、及び技術の実施形態は、以下の特徴のうちの１つ以上を含み得る：電子回路への接続を単純化する単一平面内に出力を有する二重偏波インターリーブテーパースロットアンテナ素子。このような二重偏波インターリーブテーパースロットアンテナ素子が、１つのビルディングブロックを形成し、複数のこのようなテーパースロットアンテナ素子を配列することで、三角格子パターンを持つフェーズドアレイアンテナを形成することができる。

他の一態様において、複数の二重偏波スロットアンテナ素子を有するアレイアンテナが提供される。複数の二重偏波スロットアンテナ素子の各々が、１つ以上のノッチアンテナ素子が上に配置された放射部と、フィード回路が上に配置された給電部とを有する第１の素子基板であり、当該第１の素子基板の上記放射部上に配置された上記１つ以上のノッチアンテナ素子の各々に信号を提供するように構成され、且つ当該第１の素子基板の上記放射部又は上記給電部のうちの第１の一方の中に設けられたスロットを有する第１の素子基板と、１つ以上のノッチアンテナ素子が上に配置された放射部と、フィード回路が上に配置された給電部とを有する第２の素子基板であり、当該第２の素子基板の上記放射部上に配置された上記１つ以上のノッチアンテナ素子の各々に信号を提供するように構成され、且つ当該第２の素子基板の上記放射部又は上記給電部のうちの第２の一方の中に設けられたスロットを有する第２の素子基板とを有し、上記第１の素子基板及び上記第２の素子基板がインターリーブされて直交配置されるように、上記第１の素子基板の上記スロットが上記第２の素子基板の上記スロットと係合される。

一実施形態において、上記フィード回路の各々がフィード回路出力を含むことができ、上記第１及び第２の素子基板の上記フィード回路の上記フィード回路出力の各々が、上記複数の二重偏波スロットアンテナ素子の各々のための上記フィード回路出力が単一平面内に配置されるようにオフセットされる。

上記第１の素子基板は、その上に配置された一対のノッチアンテナ素子を有することができ、且つ上記フィード回路は、上記フィード回路の出力に結合された入力と一対の出力とを有する分割回路、上記分割回路の上記出力のうちの第１出力と上記一対のノッチアンテナ素子のうちの第１ノッチアンテナ素子との間に結合された第１の結合器、及び上記分割回路の上記出力のうちの第２出力と上記一対のノッチアンテナ素子のうちの第２ノッチアンテナ素子との間に結合された第２の結合器を有し得る。

水平基板素子及び鉛直基板素子の上記放射部は、第１のノッチアンテナ素子及び第２のノッチアンテナ素子を含み得る。上記第１のノッチアンテナ素子及び上記第２のノッチアンテナ素子の各々が、第１のフィン、第２のフィン、及び上記第１のフィンと上記第２のフィンとの間のスロート領域を含み得る。

上記水平基板素子は、上記放射部内に、上記鉛直基板素子の上記給電部を受け入れるように上記第１のフィンと上記第２のフィンとの間に配置された受け入れスロットを含み得る。上記鉛直基板素子は、上記給電部内に、上記水平基板素子の上記放射部を受け入れる受け入れスロットを含み得る。一部の実施形態において、上記水平基板素子及び上記鉛直基板素子に１つ以上のコネクタが結合されてもよく、該コネクタの各々が同一平面内にある。

一実施形態において、上記複数の二重偏波スロットアンテナに上側グランドブロック及び下側グランドブロックが結合され得る。上記上側グランドブロック及び上記下側グランドブロックは、当該アンテナに対するグランド連続性を提供する。

当該アンテナは更に、１つ以上の行をなす上記複数の二重偏波スロットアンテナを有し得る。上記複数の二重偏波スロットアンテナの各行が、隣接する行に対してインターリーブされたストリップライン・ツー・スロットフィード構造にて配列され得る。上記複数の二重偏波スロットアンテナの上記１つ以上の行は、三角格子パターンにて配列されることができる。

他の一態様において、複数の行をなす二重偏波スロットアンテナ素子を有するアレイアンテナが提供される。上記複数の二重偏波スロットアンテナ素子の各々が、１つ以上のノッチアンテナ素子が上に配置された放射部と、フィード回路が上に配置された給電部とを有する第１の素子基板であり、当該第１の素子基板の上記放射部上に配置された上記１つ以上のノッチアンテナ素子の各々に信号を提供するように構成され、且つ当該第１の素子基板の上記放射部又は上記給電部のうちの第１の一方の中に設けられたスロットを有する第１の素子基板と、１つ以上のノッチアンテナ素子が上に配置された放射部と、フィード回路が上に配置された給電部とを有する第２の素子基板であり、当該第２の素子基板の上記放射部上に配置された上記１つ以上のノッチアンテナ素子の各々に信号を提供するように構成され、且つ当該第２の素子基板の上記放射部又は上記給電部のうちの第２の一方の中に設けられたスロットを有する第２の素子基板とを有し、上記第１の素子基板及び上記第２の素子基板がインターリーブされて直交配置されるように、上記第１の素子基板の上記スロットが上記第２の素子基板の上記スロットと係合される。上記二重偏波スロットアンテナ素子の上記複数の行の各行が、隣接する行に対してインターリーブされたストリップライン・ツー・スロットフィード構造にて配列される。

上記複数の行をなす二重偏波スロットアンテナ素子は、三角格子パターンにて配列されることができる。上記フィード回路の各々がフィード回路出力を含むことができ、上記第１及び第２の素子基板の上記フィード回路の上記フィード回路出力の各々が、上記複数の二重偏波スロットアンテナ素子の各々のための上記フィード回路出力が単一平面内に配置されるようにオフセットされる。

一部の実施形態において、第１の素子基板は、その上に配置された一対のノッチアンテナ素子を有し、且つ上記フィード回路は、上記フィード回路の出力に結合された入力と一対の出力とを有する分割回路、上記分割回路の上記出力のうちの第１出力と上記一対のノッチアンテナ素子のうちの第１ノッチアンテナ素子との間に結合された第１の結合器、及び上記分割回路の上記出力のうちの第２出力と上記一対のノッチアンテナ素子のうちの第２ノッチアンテナ素子との間に結合された第２の結合器を有する。

上記二重偏波スロットアンテナ素子の各々内の水平基板素子及び鉛直基板素子は、互いに対して直交して配置されることができる。上記水平基板素子及び上記鉛直基板素子は放射部及び給電部を含み得る。上記水平基板素子及び上記鉛直基板素子の上記放射部は、第１のノッチアンテナ素子及び第２のノッチアンテナ素子を含むことができる。

上記第１のノッチアンテナ素子及び上記第２のノッチアンテナ素子の各々が、第１のフィン、第２のフィン、及び上記第１のフィンと上記第２のフィンとの間のスロート領域を含み得る。

上記水平基板素子は、上記放射部内に、上記鉛直基板素子の上記給電部を受け入れるように上記第１のフィンと上記第２のフィンとの間に配置された受け入れスロットを含むことができる。上記鉛直基板素子は、上記給電部内に、上記水平基板素子の上記放射部を受け入れる受け入れスロットを含むことができる。一部の実施形態において、上記二重偏波スロットアンテナ素子の上記複数の行の各行に、上側グランドブロック及び下側グランドブロックが結合され得る。上記上側グランドブロック及び上記下側グランドブロックは、当該アンテナに対するグランド連続性を提供することができる。

理解されるべきことには、ここに記載される異なる実施形態の要素が組み合わされて、具体的に上述されていない他の実施形態を形成し得る。単一の実施形態の文脈にて記載される様々な要素が、別々に、又は何らかの適切なサブコンビネーションにて提供されてもよい。ここには具体的に記載されない他の実施形態も、以下の請求項の範囲内にある。

上述の特徴は、以下の図面の説明から、より十分に理解され得る。
複数の二重偏波インターリーブスロットアンテナ素子から設けられるリニアフェーズドアレイアンテナの正面等角図である。 図１のリニアフェーズドアレイアンテナの等角部分分解図である。 図１のリニアフェーズドアレイアンテナの背面図である。 スロットアンテナ素子及びフィード回路の上面図である。 三角格子パターンにて配列された複数の二重偏波スロットアンテナ素子から設けられるフェーズドアレイアンテナの一部の正面等角図である。 図３に示されるフェーズドアレイアンテナの背面等角図である。

ここに記載される事項は、ストリップライン・ツー・スロット（stripline-to-slot）フィード構造を持つ二重偏波インターリーブテーパースロットアンテナ素子（“ノッチアンテナ素子”としても知られる）に関する。インターリーブされたノッチ素子とストリップライン・ツー・スロットフィード構造との組み合わせは、およそ３０％（典型値）の比較的広帯域幅にわたって、そして、およそ６０°（典型値）の比較的広い走査角にわたって動作することができるアンテナをもたらす。複数の二重偏光インターリーブノッチ素子を配置して、フェーズドアレイを形成し得る。ここに記載されるノッチアンテナ素子は、隣接する素子間の電気的連続性を必要としないので、複数のそのような二重偏波インターリーブノッチアンテナ素子をモジュール構築技術にて用いることで、任意の偏波を持つ電磁信号を受信するように動作可能な、三角格子パターンを有するフェーズドアレイアンテナを形成することができる。

さらに、アンテナ素子及びフィード回路が配置されるプリント回路基板（故に、ここでは“素子基板”と称する）をインターリーブすることと、そのようなプリント回路基板上でのフィード回路信号経路の適切な配置とにより、ノッチ素子放射器給電用の複数の入力ポートが単一平面内になる。これは、フィード拡張（すなわち、オフセットフィード）を回避して、フェーズドアレイアンテナの入力ポートに回路を結合する際に所謂“ブラインドメイト”接続技術の使用を可能にするアレイアンテナをもたらす。これは、伝統的な送／受信（Ｔ／Ｒ）集積マイクロ波モジュール（ＴＲＩＭＭ）及び／又はスラットアーキテクチャ（例えば、Ｔ／Ｒモジュール機能が、比較的長くて薄い放射器構造（故に、“スラット”アレイという名称を生み出している）の両面の別々のパッケージでの実装を必要とする）への接続を可能にする。さらに、ここに記載される概念、システム、回路、及び技術に従って設けられたインターリーブ二重偏波ノッチ素子の使用は、２つの直線偏波間で一致する位相中心を持つフェーズドアンテナをもたらす。

以下に続く説明では、様々なアンテナ構造を説明するときに右手デカルト座標系（ＣＣＳ）を仮定する。記述を単純化するため、アンテナの面に垂直な方向をＣＣＳのｚ方向（単位ベクトルｚを有する）として使用し、アンテナの一方の辺に沿う方向をｘ方向（単位ベクトルｘを有する）として使用し、アンテナの直交する辺に沿う方向をｙ方向（単位ベクトルｙを有する）として使用する。理解されるべきことには、ここに開示される様々な図に示される構造は、必ずしも縮尺通りではない。すなわち、図における１つ以上の次元が、例えば、ここに記載される概念、回路、及び技術の明瞭さを増し、その理解を容易にするために誇張されることがある。

ここで図１−図１Ｂ（幾つもの図を通して同様の要素は同様の参照符号を有して与えられる）を参照するに、リニアフェーズドアレイアンテナ１０（又はより単純に“フェーズドアレイ１０”）は、ハウジング１２内に配置された、ここでは６個である複数の二重偏波スロットアンテナ素子１１ａ−１１ｆ（全体を１１と表記する）を含んでいる。図１は、６個の二重偏波スロットアンテナ素子１１を有するリニアフェーズドアレイアンテナ１０を示しているが、理解されるべきことには、所望の用途に従って如何なる数の二重偏波スロットアンテナ素子１１が使用されてもよい。当業者は、具体的な用途のニーズを満たすためにフェーズドアレイで使用するのに適した要素数の選択方法を理解することになる。

図１−図１Ｂの例示実施形態において、二重偏波スロットアンテナ素子１１の各々は、一対のインターリーブされ（又は相互接続され）且つ直交配置された素子基板１６、１８を含んでいる。この例示実施形態において、二重偏波スロットアンテナ１１は、第１の素子基板１６（ここでは水平素子基板１６としても参照する）及び第２の素子基板１８（ここでは鉛直素子基板１８としても参照する）から設けられている。理解されるべきことには、用語“水平”及び“鉛直”の使用は、単に識別目的でのものであり、限定するものとして解釈されるべきでない。

一部の実施形態において、水平素子基板１６及び鉛直素子基板１８は各々、１つ以上のノッチアンテナ素子を含む。各素子基板１６、１８は、故に、一般的に知られているように、放射表面内のノッチ又はスロットのサイズ及び形状によって決定される放射パターン特性を有して設けられる。

１つの偏波方向に１つのアンテナ素子（例えば、水平基板素子１６）を配置し、直交する偏波方向に第２のアンテナ素子（例えば鉛直基板素子１８）を配置することにより、如何なる偏波を持つ信号にも応答する二重偏波アンテナ素子が提供される。また、直交配置されたノッチアンテナ素子（例えば、水平素子及び鉛直素子の双方）の使用は、複数の偏波に対して広帯域で広い走査角性能を有する放射素子をもたらす。

水平素子基板１６と鉛直基板素子１８とをインターリーブし、素子基板１６、１８（及び故に、その上に配置されたアンテナ素子）を互いに対して９０°の角度で配置することにより、一致する位相中心を有する二重偏波ノッチアンテナ素子１１が提供される。さらに、図３及び３Ａに関してのここでの以下の記載から明らかになるように、複数のこのようなリニアフェーズドアレイ１０が、インターリーブ構成で、ともに結合され得る。

水平及び鉛直素子基板１６、１８をともに結合するために、各素子基板１６ａ−１６ｆ、１８ａ−１８ｆは、受け入れスロット又はその他の形態の開口部（例えば、図２におけるスロット１９ａ、１９ｂ）を含む。それらの受け入れスロットは、水平素子基板１６と鉛直素子基板１８とをともにインターリーブ的に結合することを可能にし、それにより、一致する位相中心を有する二重偏波素子１１がもたらされる。一部の実施形態において、受け入れスロットは、水平素子基板１６及び鉛直素子基板１８の中点に位置付けられる。なお、水平素子基板１６及び鉛直素子基板１８の受け入れスロットの位置及び寸法（すなわち、長さ、幅、深さ）は、所望の用途のニーズに従って変わり得る。例えば、一実施形態において、限定することなく、受け入れスロットは、水平素子基板１６及び鉛直素子基板１８の各々の中に、それぞれ、当該受け入れスロットの長さが水平素子基板１６及び鉛直素子基板１８の全長の１／２であるように形成され得る。このような一実施形態において、水平素子基板１６及び鉛直素子基板１８は、一方の素子基板の受け入れスロットを他方の素子基板の受け入れスロットでない部分と整列させることによって、ともに結合されることができる。

二重偏波スロットアンテナ素子１１は、限定することなく水平及び鉛直素子基板１６、１８の少なくとも一部を含め、二重偏波スロットアンテナ素子１１の内部コンポーネントを覆って保護するハウジング１２を含んでいる。ハウジング１２は、誘電材料又はその他の形態の電気絶縁材料から形成され又はその他の方法で設けられ得る。このような実施形態において、素子基板に対する連続したグランド表面を形成するように、ハウジング１２の表面の全て又は一部の上に導電材料が配置され得る。故に、ハウジング１２は、図１Ａに示すように、水平及び鉛直素子基板１６、１８の周りに外殻を形成し得るとともに、個々のアンテナ素子の各々のためのグランドプレーンを提供する。

ハウジング１２は、上側グランドブロック３０と下側グランドブロック３２とを含んでいる。上側及び下側グランドブロック３０、３２は、モジュール式アセンブリを可能にするように、及び上側グランドブロック３０を下側グランドブロック３２に接続する平面に沿うストリップライン給電網（フィードネットワーク）を作り出すように、結合されて、二重偏波スロットアンテナ１１ａ−１１ｆを構成する複数の素子基板１６、１８を固定する。

上側グランドブロック３０及び下側グランドブロック３２は、リニアフェーズドアレイアンテナ１０にグランド連続性を提供する。ハウジング１２は更に、コネクタボディ１４を含み得る。コネクタボディ１４は、ハウジング１２と同じ材料で形成され得る。一部の実施形態において、コネクタボディ１４は、フィード回路から二重偏波スロットアンテナ素子１１への１つ以上の接続を覆って保護する。

二重偏波スロットアンテナ素子１１を受け入れるために、上側グランドブロック３０は、素子基板１８の頂部を受け入れる１つ以上の開口部又はスロット２４を含んでおり、下側グランドブロック３２は、素子基板１８の底部を受け入れる１つ以上のスロット２６を含んでいる。故に、スロット２４、２６が、素子基板１８をハウジング１２内に固定する。

上側グランドブロック３０及び下側グランドブロック３２は、二重偏波スロットアンテナ素子１１に結合されたコネクタ２２を受け入れるコネクタ部１４を含んでいる。このような一実施形態において、鉛直素子基板１８は、上側グランドブロック３０のスロット２４及び下側グランドブロック３２のスロット２６の中に配置され、水平素子基板１６は、上側グランドブロック３０と下側グランドブロック３２との間の平面上に配置される。上側グランドブロック３０と下側グランドブロック３２との間に配設された二重偏波スロットアンテナ素子１１の、インターリーブされたテーパースロットアンテナとフィード回路とのこの構成は、二重偏波スロットアンテナ素子１１の各々のコネクタが単一平面内にあることを可能にする。

例えば、図１Ｂに示すように、水平素子基板１６に結合された水平コネクタ２２と、鉛直素子基板１８に結合された鉛直コネクタ２３とが、単一平面内で整列される。二重偏波スロットアンテナ素子１１は、リニアフェーズドアレイアンテナ１０がコネクタ２２、２３を同一平面内に配設するためのビルディング（構築）ブロック又はモジュールとして構成されることができる。一実施形態において、コネクタ２２、２３を単一平面内に有することは、その平面に沿ったストリップライン給電網を提供し、伝統的なＴＲＩＭＭ及びＳＬＡＴアーキテクチャへの接続を可能にする。

次に図２を参照するに、図１−図１Ｂに関して上述した水平及び鉛直素子基板１６、１８と同じ又は同様とし得るものである水平基板素子１６’及び鉛直基板素子１８’は各々、放射部４３ａ、４３ｂと給電部４５ａ、４５ｂとを含んでいる。

水平素子基板１６’において、放射部４３ａは、第１及び第２のノッチアンテナ素子２０ａ、２０ｂを含んでいる。ノッチアンテナ素子２０ａは、第１及び第２のフィン部５０ａ、５２ａを含み、ノッチアンテナ素子２０ｂは、第１及び第２のフィン部５０ｂ、５２ｂを含んでいる。第１及び第２のノッチアンテナ素子２０ａ、２０ｂは、素子基板１６の表面上で隣接して配置され、フィン５０ａとフィン５２ｂとの間のスロート（喉）領域によって離間されている。

素子基板給電部４５ａは、コネクタ２２と第１及び第２のノッチアンテナ素子２０ａ、２０ｂの各々との間で信号を結合するフィード回路４４ａを含んでいる。フィード回路４４ａは、コネクタ２２に結合された第１の端部と、分割回路４２ａの入力に結合された第２の端部とを持つ信号経路を有している。一部の実施形態において、フィード回路４４ａは、フィード回路４４ａの２つの部分をつなぎ合わせる留め継ぎ部（マイター）を含む。この留め継ぎ部は、９０°の角度で形成された、フィード回路４４ａの２つの部分、又は素子基板１６、１８のその他の部分の間に、接合線がこの角度を二等分するように作られるジョイントとし得る。分割回路４２は、その入力に提供される信号に応答して、該信号を分割して、第１及び第２のノッチアンテナ素子２０ａ、２０ｂの間に該信号を分配する。一部の実施形態において、マルチセクションウィルキンソン電力分割器／スプリッタを含むウィルキンソン電力分割器／スプリッタとして、電力分割器４２ａが提供され得る。他のタイプの電力分割器も使用され得る。

一実施形態において、電力分割器４２ａは、入力を少なくとも２つの出力へと分割し、これら少なくとも２つの出力の間に均等に分配することができる。分割回路４２ａの出力は、ここでは素子基板１６’の放射部４３ａに配置された放射器フィードカプラ（結合器）４６ａ、４８ａとして例示する第１及び第２の放射器フィード回路４６ａ、４８ａのうちのそれぞれの一方に結合される。例えば、電力分割器４２ａは、コネクタ２２から受け取った入力を、信号経路４４ａを介して分割し、２つの出力信号を、カプラ４６ａ、４８ａを介して、第１及び第２のノッチアンテナ素子２０ａ、２０ｂに分配し得る。

鉛直基板素子１８’において、放射部４３ｂは、第１及び第２のノッチアンテナ素子２０ｃ、２０ｄを含んでいる。ノッチアンテナ素子２０ｃは、第１及び第２のフィン部５０ｃ、５２ｃを含み、ノッチアンテナ素子２０ｄは、第１及び第２のフィン部５０ｄ、５２ｄを含んでいる。第１及び第２のノッチアンテナ素子２０ｃ、２０ｄは、素子基板１８の表面上で隣接して配置され、フィン５０ｃとフィン５２ｄとの間のスロート領域によって離間されている。

素子基板給電部４５ｂは、コネクタ２３と第１及び第２のノッチアンテナ素子２０ｃ、２０ｄの各々との間で信号を結合するフィード回路４４ｂを含んでいる。フィード回路４４ｂは、コネクタ２３に結合された第１の端部と、分割回路４２ｂの入力に結合された第２の端部とを持つ信号経路を有している。分割回路４２ｂは、その入力に提供される信号に応答して、該信号を分割して、第１及び第２のノッチアンテナ素子２０ｃ、２０ｄの間に該信号を分配する。一部の実施形態において、マルチセクションウィルキンソン電力分割器／スプリッタを含むウィルキンソン電力分割器／スプリッタとして、電力分割器４２ｂが提供され得る。他のタイプの電力分割器も使用され得る。

一実施形態において、電力分割器４２ｂは、入力を少なくとも２つの出力へと分割し、これら少なくとも２つの出力の間に均等に分配することができる。分割回路４２ｂの出力は、ここでは素子基板１８’の放射部４３ｂに配置された放射器フィードカプラ４６ｂ、４８ｂとして例示する第１及び第２の放射器フィード回路４６ｂ、４８ｂのうちのそれぞれの一方に結合される。例えば、電力分割器４２ｂは、コネクタ２３から受け取った入力を、信号経路４４ｂを介して分割し、２つの出力信号を、カプラ４６ｂ、４８ｂを介して、第１及び第２のノッチアンテナ素子２０ｃ、２０ｄに分配し得る。

一部の実施形態において、水平及び鉛直素子基板１６’、１８’の双方に関する給電部４５ａ、４５ｂは、架空の輪郭線４０によって指し示されるように、ハウジング１２（例えば、上側グランドブロック３０、下側グランドブロック３２）によって覆われる部分である。上側グランドブロック３０及び下側グランドブロック３２は、給電部４５ａ、４５ｂを挟みこんでストリップライン給電網を作り出す２つのグランドプレーンとして動作する。

ここで先述したように、水平及び鉛直素子基板１６’、１８’をともに結合して、図１−図１Ｂからの二重偏波スロットアンテナ素子１１を形成することができる。ともに結合される一対の素子基板（例えば、水平素子基板１６、鉛直素子基板１８）において、他方の基板素子に対して対向する端部又は辺に受け入れスロット１９ａ、１９ｂが設けられ得る。例えば、水平素子基板１６は受け入れスロット１９ａを含み、鉛直素子基板は受け入れスロット１９ｂを含む。一部の実施形態において、受け入れスロット１９ａは、第１のノッチ素子２０ａと第２のノッチ素子２０ｂとの間に配置されて、水平素子基板１６の放射部４３ａ内に設けられて、鉛直素子基板１８の一部を受け入れる。鉛直素子基板１８の受け入れスロット１９ｂは、給電部４５ｂ内に設けられて、水平素子基板１６の一部を受け入れることができる。このような一実施形態において、水平素子基板１６及び鉛直素子基板１８は、コネクタ２２、２３を単一平面内に整列させるように、ともにインターリーブされることができる。

次に図３を参照するに、複数の二重偏波スロットアンテナ素子１１からフェーズドアレイアンテナ６０が設けられている。フェーズドアレイアンテナ６０は、第１の行のフェーズドアレイアンテナ素子６２と第２の行のフェーズドアレイアンテナ素子６４とを含んでいる。図３は、フェーズドアレイアンテナ素子６２、６４の第１の行及び第２の行の各々を４個の二重偏波スロットアンテナ素子１１を有するものとして示しているが、理解されるべきことには、所望の用途に従って、如何なる数の二重偏波スロットアンテナ素子１１が特定の行又は構成のアンテナ素子に使用されてもよい。さらに、所望の用途に従って、如何なる数の行又は構成のフェーズドアレイアンテナ素子６２、６４が使用されてもよい。

一部の実施形態において、第１の行のフェーズドアレイアンテナ素子６２の二重偏波スロットアンテナ素子１１は、隣の行又は隣接する行のフェーズドアレイアンテナ素子（例えば、第２の行のフェーズドアレイアンテナ素子６４）に対して三角格子パターンにてオフセットされるように配列される。三角格子のパターン（すなわち、アンテナ素子１１の位置決め）は、フェーズドアレイアンテナにおいて必要とされるアンテナ素子の数を減少させることを可能にする。三角格子パターンは概して、第１の行の水平基板素子１６と鉛直基板素子１８との交点群６５を、隣接する行の水平基板素子１６と鉛直基板素子１８との交点群６５に対して参照するものである。

フェーズドアレイアンテナ６０は、全体を６５と表記する複数の交点６５ａ−６５ｈを含む。交点６５は、水平素子基板１６と鉛直素子基板１８が接触してともに結合されている点を指す。例えば、図３に例示するように、第１の行のフェーズドアレイアンテナ素子６２の水平及び鉛直素子基板１６、１８の交点６５は、第２の行のフェーズドアレイアンテナ素子６４の水平及び鉛直素子基板１６、１８の交点６５に対してオフセットされる。換言すれば、第１の行のフェーズドアレイアンテナ素子６２の水平素子基板１６と鉛直素子基板１８との交点６５は、第２の行のフェーズドアレイアンテナ素子６４の水平及び鉛直素子基板１６、１８の交点６５の直上に配置されない。三角格子パターンは、フェーズドアレイアンテナ６０に投入する必要があるアンテナ素子の数を減少させ、フェーズドアレイアンテナ６０の値ごろ感を改善する。

本出願においては、二重偏波スロットアンテナ素子１１同士間の電気的連続性が必要とされないので、複数の二重偏波スロットアンテナ素子１１から設けられるフェーズドアレイアンテナ６０の開口（アパーチャ）を、モジュール構築技術を用いて、三角格子パターンにて配列させることができる。例えば、二重偏波スロットアンテナ素子１１はビルディングブロックを形成することができ、複数のこれらの素子（すなわち、第１の行のフェーズドアレイアンテナ素子６２、第２の行のフェーズドアレイアンテナ素子６４）を、三角格子パターンを含め、様々なパターンにて配列させることができる。

次に図３Ａを参照するに、フェーズドアレイアンテナ６０（図３）のコネクタ２２、２３が、第１及び第２の行のフェーズドアレイアンテナ素子６２、６４のそれぞれに結合される。重要なことには、コネクタ２２、２３は単一平面内に整列されている。三角格子パターンはまた、フェーズドアレイアンテナ６０内の各二重偏波スロットアンテナ素子１１のコネクタ２２、２３のアライメントに基づいて特定されることもできる。例えば、図３Ａに例示するように、第１の行のフェーズドアレイアンテナ素子６２の各二重偏波スロットアンテナ素子１１のコネクタ２２、２３は、第２の行のフェーズドアレイアンテナ素子６４の各二重偏波スロットアンテナ素子１１のコネクタ２２、２３に対してオフセットされている。

二重偏波スロットアンテナ素子１１を用いたフェーズドアレイアンテナ６０のモジュール構築は、任意のサイズ及び形状を持つフェーズドアレイアンテナの構築を可能にする。また、各行のアンテナ素子１１及びコネクタ２２、２３を同一平面内に整列させることは、フェーズドアレイアンテナの構築とフェーズドアレイ出力の他回路への接続との双方を単純化する。これは、伝統的なＴＲＩＭＭ及び／又はスラットアーキテクチャ（例えば、Ｔ／Ｒモジュール機能が、比較的長くて薄い放射器構造（故に、“スラット”アレイという名称を生み出している）の両面の２つの別々のパッケージでの実装を必要とする）への接続を可能にする。

総括して、改良されたテーパースロットアンテナを用いたインターリーブ型ストリップライン・ツー・スロットフィード構造を有するアンテナがここに記載されている。この改良されたテーパースロットアンテナ構造は、隣接するアンテナ素子間の電気的連続性を必要とせずに、複数の偏波に対して広帯域で広い走査性能を提供する。

ここに記載されるアンテナ設計及び設計技術は、多様な様々な用途に適用される。例えば、これらのアンテナは、帯域幅と、リンクマージンをサポートするためのいっそう高い利得と、より高いデータレートをサポートするための広いインピーダンス帯域幅とを、小さい体積内で必要とするミサイルセンサ用の能動又は受動アンテナ素子として使用され得る。これらはまた、陸上、海上又は衛星通信用のアンテナとしても使用され得る。小さいアンテナ体積を持つアンテナが可能であるため、これらのアンテナは小型ミサイル機体上での使用によく適している。これらのアンテナはまた、例えば、ハンドヘルド通信装置、商用航空機通信システム、自動車ベースの通信システム（例えば、個人通信、トラフィック更新、緊急応答通信、衝突回避システムなど）、衛星デジタルオーディオラジオサービス（ＳＤＡＲＳ）通信、近接読取装置及び他のＲＦＩＤ構造、レーダーシステム、全地球測位システム（ＧＰＳ）通信、及び／又はその他のもので使用され得る。少なくとも１つの実施形態において、これらのアンテナ設計は医用撮像システムでの使用に適応される。ここに記載されるアンテナ設計は、送信動作と受信動作との双方に使用され得る。数多くの他の用途も可能である。

当然に理解されるはずのことには、開示実施形態に関して本技術を説明してきたが、請求項の精神及び範囲を逸脱することなく、数多くの変形、代替実施形態、均等物などが可能である。例えば、数ある要素のうちの何れがフェーズドアレイで使用されてもよい。

さらに、意図されることには、本請求項の範囲は、図面を参照してここに記載された要素及び構造に対するその他の全ての予測可能な均等物を含むものである。従って、ここで保護を求める事項は、請求項及びその均等物の範囲によってのみ限定されるべきである。

本特許に係る事項である様々な概念、構造、及び技術を例示する役割を果たす好適実施形態を説明してきたが、当業者にもはや明らかになることには、これらの概念、構造、及び技術を組み込んだ他の実施形態も使用され得る。例えば、留意すべきことには、ここに記載された異なる実施形態の個々の概念、特徴（又は要素）、及び技術を組み合わせて、具体的には上述されていない他の実施形態を形成し得る。また、単一の実施形態の文脈で説明される様々な概念、特徴（又は要素）、及び技術は、別々に設けられてもよいし、何らかの好適なサブコンビネーションにて設けられてもよい。故に、ここには具体的に記載されていない他の実施形態も、以下の請求項の範囲内にあると期待される。

従って、本特許の範囲は、記載された実施形態に限定されるべきではなく、むしろ、以下の請求項の精神及び範囲によってのみ限定されるべきである。

ここに引用された全ての刊行物及び参考文献は、参照によって、それらの全体がここに明示的に援用される。

Claims (20)

1. アレイアンテナであって、
   複数の二重偏波スロットアンテナ素子を有し、
   前記複数の二重偏波スロットアンテナ素子の各々が、
   １つ以上のノッチアンテナ素子が上に配置された放射部と、フィード回路が上に配置された給電部とを有する第１の素子基板であり、該フィード回路は、当該第１の素子基板の前記放射部上に配置された前記１つ以上のノッチアンテナ素子の各々に信号を提供するように構成され、当該第１の素子基板は、当該第１の素子基板の前記放射部又は前記給電部のうちの第１の一方の中に設けられたスロットを有する、第１の素子基板と、
   １つ以上のノッチアンテナ素子が上に配置された放射部と、フィード回路が上に配置された給電部とを有する第２の素子基板であり、該フィード回路は、当該第２の素子基板の前記放射部上に配置された前記１つ以上のノッチアンテナ素子の各々に信号を提供するように構成され、当該第２の素子基板は、当該第２の素子基板の前記放射部又は前記給電部のうちの第２の一方の中に設けられたスロットを有し、前記第１の素子基板及び当該第２の素子基板がインターリーブされて直交配置されるように、前記第１の素子基板の前記スロットが当該第２の素子基板の前記スロットと係合されている、第２の素子基板と、
   を有するアンテナ。
2. 前記フィード回路の各々がフィード回路出力を含んでおり、前記第１及び第２の素子基板の前記フィード回路の前記フィード回路出力の各々が、前記複数の二重偏波スロットアンテナ素子の各々に関する前記フィード回路出力が単一平面内に配置されるようにオフセットされている、請求項１に記載のアンテナ。
3. 前記第１の素子基板は、その上に配置された一対のノッチアンテナ素子を有し、且つ
   前記フィード回路は、
   前記フィード回路の出力に結合された入力と一対の出力とを有する分割回路、
   前記分割回路の前記出力のうちの第１出力と前記一対のノッチアンテナ素子のうちの第１ノッチアンテナ素子との間に結合された第１の結合器、及び
   前記分割回路の前記出力のうちの第２出力と前記一対のノッチアンテナ素子のうちの第２ノッチアンテナ素子との間に結合された第２の結合器
   を有する、
   請求項１に記載のアンテナ。
4. 前記水平基板素子及び前記鉛直基板素子の前記放射部は、第１のノッチアンテナ素子及び第２のノッチアンテナ素子を含む、請求項１に記載のアンテナ。
5. 前記第１のノッチアンテナ素子及び前記第２のノッチアンテナ素子の各々が、第１のフィン、第２のフィン、及び前記第１のフィンと前記第２のフィンとの間のスロート領域を含む、請求項４に記載のアンテナ。
6. 前記水平基板素子は、前記放射部内に、前記鉛直基板素子の前記給電部を受け入れるように前記第１のフィンと前記第２のフィンとの間に配置された受け入れスロットを含む、請求項５に記載のアンテナ。
7. 前記鉛直基板素子は、前記給電部内に、前記水平基板素子の前記放射部を受け入れる受け入れスロットを含む、請求項５に記載のアンテナ。
8. 当該アンテナは更に、前記水平基板素子及び前記鉛直基板素子に結合された１つ以上のコネクタを有し、該コネクタの各々が同一平面内にある、請求項１に記載のアンテナ。
9. 当該アンテナは更に、前記複数の二重偏波スロットアンテナに結合された上側グランドブロック及び下側グランドブロックを有し、前記上側グランドブロック及び前記下側グランドブロックは、当該アンテナに対するグランド連続性を提供する、請求項１に記載のアンテナ。
10. 当該アンテナは、１つ以上の行をなす前記複数の二重偏波スロットアンテナを有し、前記複数の二重偏波スロットアンテナの各行が、隣接する行に対してインターリーブされたストリップライン・ツー・スロットフィード構造にて配列されている、請求項１に記載のアンテナ。
11. 前記複数の二重偏波スロットアンテナの前記１つ以上の行は、三角格子パターンにて配列されている、請求項１０に記載のアンテナ。
12. アレイアンテナであって、
    複数の行をなす二重偏波スロットアンテナ素子であり、前記複数の二重偏波スロットアンテナ素子の各々が、
    １つ以上のノッチアンテナ素子が上に配置された放射部と、フィード回路が上に配置された給電部とを有する第１の素子基板であり、該フィード回路は、当該第１の素子基板の前記放射部上に配置された前記１つ以上のノッチアンテナ素子の各々に信号を提供するように構成され、当該第１の素子基板は、当該第１の素子基板の前記放射部又は前記給電部のうちの第１の一方の中に設けられたスロットを有する、第１の素子基板と、
    １つ以上のノッチアンテナ素子が上に配置された放射部と、フィード回路が上に配置された給電部とを有する第２の素子基板であり、該フィード回路は、当該第２の素子基板の前記放射部上に配置された前記１つ以上のノッチアンテナ素子の各々に信号を提供するように構成され、当該第２の素子基板は、当該第２の素子基板の前記放射部又は前記給電部のうちの第２の一方の中に設けられたスロットを有し、前記第１の素子基板及び当該第２の素子基板がインターリーブされて直交配置されるように、前記第１の素子基板の前記スロットが当該第２の素子基板の前記スロットと係合されている、第２の素子基板と
    を有し、
    前記二重偏波スロットアンテナ素子の前記複数の行の各行が、隣接する行に対してインターリーブされたストリップライン・ツー・スロットフィード構造にて配列されている、
    複数の行をなす二重偏波スロットアンテナ素子、
    を有するアンテナ。
13. 前記複数の行をなす二重偏波スロットアンテナ素子は、三角格子パターンにて配列されている、請求項１２に記載のアンテナ。
14. 前記フィード回路の各々がフィード回路出力を含んでおり、前記第１及び第２の素子基板の前記フィード回路の前記フィード回路出力の各々が、前記複数の二重偏波スロットアンテナ素子の各々のための前記フィード回路出力が単一平面内に配置されるようにオフセットされている、請求項１２に記載のアンテナ。
15. 前記第１の素子基板は、その上に配置された一対のノッチアンテナ素子を有し、且つ
    前記フィード回路は、
    前記フィード回路の出力に結合された入力と一対の出力とを有する分割回路、
    前記分割回路の前記出力のうちの第１出力と前記一対のノッチアンテナ素子のうちの第１ノッチアンテナ素子との間に結合された第１の結合器、及び
    前記分割回路の前記出力のうちの第２出力と前記一対のノッチアンテナ素子のうちの第２ノッチアンテナ素子との間に結合された第２の結合器
    を有する、
    請求項１２に記載のアンテナ。
16. 前記二重偏波スロットアンテナの各々内の前記水平基板素子及び前記鉛直基板素子は、互いに対して直交して配置されている、請求項１２に記載のアンテナ。
17. 前記水平基板素子及び前記鉛直基板素子は放射部及び給電部を含み、前記水平基板素子及び前記鉛直基板素子の前記放射部は、第１のノッチアンテナ素子及び第２のノッチアンテナ素子を含む、請求項１２に記載のアンテナ。
18. 前記第１のノッチアンテナ素子及び前記第２のノッチアンテナ素子の各々が、第１のフィン、第２のフィン、及び前記第１のフィンと前記第２のフィンとの間のスロート領域を含む、請求項１７に記載のアンテナ。
19. 前記水平基板素子は、前記放射部内に、前記鉛直基板素子の前記給電部を受け入れるように前記第１のフィンと前記第２のフィンとの間に配置された受け入れスロットを含み、前記鉛直基板素子は、前記給電部内に、前記水平基板素子の前記放射部を受け入れる受け入れスロットを含む、請求項１８に記載のアンテナ。
20. 当該アンテナは更に、前記二重偏波スロットアンテナ素子の前記複数の行の各行に結合された上側グランドブロック及び下側グランドブロックを有し、前記上側グランドブロック及び前記下側グランドブロックは、当該アンテナに対するグランド連続性を提供する、請求項１２に記載のアンテナ。

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