JP2004531990A - 供給ラインの形成体及び関連する方法を有するパッチダイポールのアレイアンテナ - Google Patents

Abstract

アンテナ（１０）は、接地平面（２６）と、接地平面に隣接する誘電層（２４）と、基板（１２）によって保持される少なくとも一つのアンテナユニット（１３）とを含む基板（１２）を有する。少なくとも一つのアンテナユニット（１３）は、接地平面（２６）と反対の誘電層（２４）の中心の供給位置（２２）に関して互いに間隔が離れた関係で配置される、４つの隣接するアンテナ要素（１４、１６、１８及び２０）を有してよい。少なくとも一つのアンテナユニット（１３）はまた、各アンテナ要素（１４、１６、１８及び２０）のためのそれぞれの共軸の供給ライン（３２）と、それぞれの共軸の供給ライン（３２）を受けるためのアンテナ供給構造の経路（６１）を有する供給ラインの形成体６０を含むアンテナ供給構造（３０）を有する。

Description

【技術分野】
【０００１】
（関連出願）
この出願は、２０００年１０月３１日出願の米国出願第０９／７０２，７１２号の一部継続出願である。
【０００２】
本発明は、通信分野に関し、より詳細には位相アレイアンテナに関する。
【背景技術】
【０００３】
既存のマイクロ波アンテナは、衛星受信、遠隔放送、又は軍事通信などの様々な適用における幅広い形態を有する。低コスト、軽量、ロープロファイル（ｌｏｗ ｐｒｏｆｉｌｅ）、大量生産性の特徴は、一般的に、印刷された回路アンテナによって提供され、フラットな伝導性の要素は、均一厚の誘電性のシートによる単一の本質的に連続的な接地要素から間隔が離れている。アンテナはアレイで設計され、仲間／敵対者の識別（ＩＦＦ）システム、パーソナルコミュニケーションサービス（ＰＣＳ）システム、衛星通信システム、及び航空システムなどの低コスト、軽量、ロープロファイル、ローサイドローブ（ｌｏｗ ｓｉｄｅｌｏｂｅ）などの通信システムで使用されてよい。
【０００４】
しかしながら、かかるアンテナの帯域幅及び指向性能力は、航空システムなどのある適用において制限できる。さらに、マイクロストリップパッチアンテナが航空システムなどの正角の配置を必要とする適用において有利である一方、アンテナの取り付けは、それが正角性及び満足な放射線の範囲及び指向性が維持され、表面を取り囲むことに対する損失が縮小されるように与えられる方法に関する挑戦を示す。
【０００５】
より詳細には、ワイドな走査角度を備える位相アレイアンテナの帯域幅が増大することは、従来は周波数の範囲を複数の帯域に分割することによって達成される。このアプローチは、アンテナのサイズと質量の相当な増加となり、一方で無線周波数（ＲＦ）のインターフェイス問題を生じる。さらに、ジンバルは必要な走査角度を機械的に獲得するために使用される。再度、かかるアプローチはアンテナのサイズ及び質量を増大し、遅い応答時間となる。
【０００６】
加えて、従来の位相アレイアンテナは、様々なアンテナ要素に接続する共軸の供給ラインを有するアンテナ供給構造を頻繁に有する。かかる共軸の供給ラインは、共通軸に対して一般的に平行であり、アンテナ供給構造を形成するために共にハンダづけされる。供給構造は、アンテナ要素を備える接続にためのアンテナの基板により挿入される。さらに、望ましくない共通モードの電流の結果となってよいアンテナ要素にアンテナ供給構造を接続する一方で、かかるアンテナ供給構造を適切に接地することは困難であるかもしれない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、ワイドは周波数帯域幅及びワイドな走査角度を備え、表面に対して正角に取り付け可能である、軽量なパッチダイポール位相アレイアンテナの必要がある。
【０００８】
本発明は上述に鑑みてなされたものであり、ワイドは周波数帯域幅及びワイドな走査角度を備え、表面に対して正角に取り付け可能である、軽量なパッチダイポール位相アレイアンテナを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明と一致する目的、特徴及び利点は、接地平面と、接地平面に隣接する誘電層と、基板によって保持される少なくとも一つのアンテナユニットとを含む基板を有するアンテナによって提供される。少なくとも一つのアンテナユニットは、接地平面と反対の誘電層の中心供給位置に関して互いに間隔が離れた関係で配置された複数の隣接するアンテナ要素を有してよい。少なくとも一つのアンテナユニットは、各アンテナ要素のためのそれぞれの共軸の供給ラインと、それぞれの共軸の供給ラインを受けるための経路を有する供給ラインの形成体とを含むアンテナ供給構造を有する。
【００１０】
より詳細には、供給ラインの形成体は、接地平面に接続された基部と、基部によって保持されたガイド部分とを有してよい。基部とガイド部分は、例えば、単一体のユニットとして統合的に形成されてよい。さらに、ガイド部分は、基部によって保持されるガイド部分が包含された底部と、アンテナ要素に隣接するガイド部分が包含された上部と、ガイド部分が包含された底部とアンテナ要素に隣接するガイド部分が包含された上部との間で延在する、中間の開口のガイド部分とを有してよい。各共軸の供給ラインは、中間の開口のガイド部分で供給ラインの形成体にハンダづけされてよい。さらに、アンテナ供給ラインは、ガイド部分によって保持される同調プレートを有してよい。加えて、経路は共通軸に対して各々平行であり、供給ラインの形成体は、例えば、真鍮など少なくとも一つの伝導性物質を有してよい。
【００１１】
接地平面は、少なくとも一つのアンテナユニットの周囲を超過して横で外側に向かって延在してよい。さらに、アンテナはさらに、基板によって保持されて、アンテナ供給構造に接続された少なくとも一つにハイブリッド回路を有してよい。各アンテナ要素は、一般的に長方形の形状を有し、少なくとも一つのアンテナユニットはアレイで配置された複数のアンテナユニットを有してよい。さらに、誘電層は、少なくとも一つのアンテナユニットの操作波長の約１／２の範囲の厚さを有してよい。加えて、少なくとも一つのアンテナユニット上にインピーダンスが合致する少なくとも一つの誘電層が存在してよい。
【００１２】
本発明の方法の態様はアンテナを成すためであり、接地平面と、接地平面に隣接する誘電層を含む基板上の少なくとも一つのアンテナユニットの提供を含む。少なくとも一つのアンテナユニットは、接地平面と反対の誘電層上の中心の供給位置に関して互いに間隔が離れた関係で配置された、複数の隣接するアンテナ要素を有してよい。加えて、基板は、複数の隣接するアンテナ要素の部分を露出する、アンテナ要素での開口部を有してよい。方法はさらに、供給ラインの形成体の経路内にそれぞれの共軸の供給ラインを位置づけることによるアンテナ供給構造を形成することを含む。さらに、アンテナ供給構造は開口部に挿入され、各々の共軸の供給ラインはそれぞれのアンテナ要素に接続される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明は、本発明の好ましい実施態様が示される添付図を参照して下記でより詳細に記載される。しかしながら、本発明は多数の異なる形態で具体化されてよく、ここに記載の実施態様に限定されるべきではない。むしろ、それら実施態様は、かかる開示が完全となり、当業者に本発明の範囲を示唆するように提供される。同一の参照番号は、同一の要素を示す。
【００１４】
図１乃至４を参照するに、本発明による二重極性のアンテナ１０が記載される。アンテナ１０は、接地平面２６と、接地平面に隣接する誘電層２４と、基板によって保持される少なくとも一つのアンテナユニットとを有する基板１２を有する。好ましくは、複数のアンテナユニット１３は、アレイで配置される。図１に示されるように、アンテナ１０は９つのアンテナユニット１３を有する。各アンテナユニット１３は、接地平面２６と反対の誘電層２４の中心の供給位置２２に関して互いに間隔が離れた関係で配置される、４つの隣接するアンテナパッチ又は要素１４、１６、１８、２０を有する。好ましくは、例えば、１６／１８及び１４／２０のアンテナ要素の対角のペアは、当業者によって認識されるように、それぞれのアンテナダイポールを確定し、それによって二重極性を提供する。当然のこととして、アンテナダイポールを形成する、例えば、１６／１８のアンテナ要素の単一のペアだけが、単一極性の実施態様にために提供されてよい。
【００１５】
各アンテナユニットはまた、４つの共軸の供給ライン３２を有するアンテナ供給構造を有する。各共軸の供給ライン３２は、例えば、内部コンダクタ４２と、そこを取り巻く関係の管状の外部コンダクタ４４とを有する（図２）。アンテナ供給構造３０は、それぞれの共軸の供給ライン３２を受けるためのアンテナ供給構造の経路６１を有する供給ラインの形成体６０を含む。供給ラインの形成体６０は、当業者によって認識されるように、単一体のユニットとして、好ましくは統合的に形成される。
【００１６】
より詳細には、供給ラインの形成体６０は、接地平面２６に接続される基部と、基部によって保持されるガイド部分６３とを有する。基部６２は、ネジを使用して接地平面２６に接続されるように、基部に孔６８を有してよい。当然のこととして、当業者にとって周知である、他の適切な接続を使用してよい。
【００１７】
ガイド部分６３は、基部６２によって保持されるガイド部分６４を包含した底部と、アンテナ要素１４、１６、１８、２０に隣接するガイド部分６５を包含した上部と、ガイド部分が包含された底部とガイド部分が包含された上部との間に延在する、中間の開口のガイド部分６６とを有してよい。各共軸の供給ライン３２の外部コンダクタ４４は、図２に例証して示されるように、ハンダ６７を介して中間の開口のガイド部分６６で供給ラインの形成体６０に接続されてよい。
【００１８】
供給ラインの形成体６０は、比較的容易な生成及び機械加工を可能にする、例えば、真鍮などの伝導性物質から好ましく生成される。結果として、アンテナ供給構造３０は、一定で信頼できる接地平面２６の接続を提供するために大量生産されてよい。当然のこととして、他の適切な物質は、当業者に認識されるように、供給ラインの形成体６０のために使用されてよい。
【００１９】
加えて、図３に例示されるように、共軸の供給ライン３２が平行で互いに隣接するように、好ましくは、経路６１は共通の軸Ａ−Ａに対して平行である。さらに、アンテナ供給構造３０は、ガイド部分が包含された上部６５によって保持される同調プレート６９を有利に有してよい。同調プレート６９は、当業者に認識されるように、供給インダクタンスにおいて補償されるように使用されてよい。
【００２０】
接地平面２６はアンテナユニット１３の周辺を超過して外側に向かって横に延在してよく、共軸の供給ライン３２は、図２から分かるように、中心の供給位置２２から上流に互いに接触して外側に向かって拡がる。アンテナ１０は、基板１２によって保持され、アンテナ供給構造３０に接続される少なくとも一つのハイブリッド回路５０を有してよい。ハイブリッド回路５０は、当業者に認識されるように、アンテナユニット１３のそれぞれのアンテナ要素１４、１６、１８、２０に対する信号を制御し、受信及び生成する。
【００２１】
好ましくは、誘電層はアンテナ１０の操作波長の約１／２の範囲の厚さを有し、インピーダンスが合致する少なくとも一つの誘電層２８はアンテナユニット１３上に提供されてよい。このインピーダンスが合致する誘電層２８は、図４に示されるように、アンテナユニット１３の周辺を超過して外側に向かって横に延在してよい。延在された基盤１２及び延在されたインピーダンスが合致する誘電層２８の使用は、２：１の比率又はそれ以上の比率のアンテナの帯域幅となる。基板１２は柔軟であり、例えば、航空機又は宇宙船の先端の円錐などの強固な表面に正角で取り付けできる。
【００２２】
本発明の関連する方法の態様は、アンテナ１０を成すためである。本方法は、接地平面２６と、そこに隣接する誘電層２４を有する基板１２に少なくとも一つのアンテナユニット１３を提供することを有する。少なくとも一つのアンテナユニット１３は、接地平面２６と反対の誘電層２４の中心の供給位置２２に関して互いに間隔が離れた関係で配置された、複数の隣接するアンテナ要素１４、１６、１８、２０を有する。上に記載のように、基板１２は、アンテナ要素１４、１６、１８、２０の部分を露出する開口を有する。
【００２３】
かかる方法はさらに、上に記載のように供給ラインの形成体６０の経路６１内でそれぞれの共軸の供給ライン３２を位置づけることによってアンテナ供給構造３０の形成を有する。さらに、本方法はまた、すでに上に記載したように、それぞれのアンテナ要素１４、１６、１８、２０に共軸の供給ライン３２を開口し接続するアンテナ供給構造３０の挿入を含む。
【００２４】
より詳細には、供給ラインの形成体６０は、少なくとも一つのアンテナユニット１３に対して比較的容易に接続するための基板１２にアンテナ供給構造３０を本質的に差し込むようにする。供給ラインの形成体６０を有するアンテナ供給構造３０はさらに、アンテナ１０にダメージを与えることをせずに、比較的容易な除去及び／又は置き換えを可能にする。さらに、共軸の供給ライン３２の不適切な接地からなる共通モードの電流は、供給ラインの形成体６０を有するアンテナ供給構造３０を使用して実質的に減少されてよい。すなわち、アンテナ供給構造の中間の開口のガイド部分６６は、共軸の供給ライン３２の一定で信頼できる接地を可能にする。
【００２５】
アンテナ１０は、２乃至２８ＧＨｚの周波数範囲の２から１の帯域幅を有し、±４５°の走査角度を達成し、約１０ｄｂ以下の反射減衰量を提供してよい。したがって、ワイドな周波数帯域幅及びワイドな走査角度を伴う軽量のパッチダイポールの位相アレイアンテナ１０が提供される。さらに、アンテナ１０は柔軟であり、表面に対して正角で取り付けできる。
【００２６】
さらに、アンテナ供給構造３０が４つのアンテナ要素１４、１６、１８、２０での使用を記載されている一方で、この供給構造がさらに異なる数のアンテナ要素を備えるアンテナアレイにおいて良好に適することは、当業者によって認識されるだろう。さらに、アンテナ供給構造３０はまた、ここに記載されたアンテナ１０以外のアンテナで使用されてよい。実施例の手法によって、本発明によるアンテナ供給構造３０はまた、ここに参照として組み込まれて、現譲受人に割り当てられた、２０００年１０月３１日出願の米国出願第０９／７０２，７１２号に開示された位相アレイアンテナなどのアンテナでの使用において良好に適する。当業者によって認識されるように、多数の他のアンテナ構造への適用はまた可能である。
【００２７】
本発明の多数の修正及び他の実施態様は、前述の記載と関連する添付図で表された教示の利点を有して、当業者に考慮されるだろう。したがって、本発明が開示された特定の実施態様に限定されず、修正及び実施態様が請求項の範囲内に包含されるように意図されることが理解される。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明と一致する二重極性の位相アレイアンテナの概略図を示す。
【図２】図１の線２−２に沿って得られるアンテナ供給構造を有するアンテナの断面図を示す。
【図３】図２のアンテナ供給構造の供給ラインの形成体の斜視図を示す。
【図４】図１の線４−４に沿って得られる、接地平面と、誘電層と、アンテナユニット及びインピーダンスが合致する誘電層との断面図を示す。

Claims (38)

1. 接地平面と、該接地平面に隣接する誘電層と、及び
   基板によって保持される少なくとも一つのアンテナユニットと、
   を有する該基板を有するアンテナであって、
   前記接地平面と反対の前記誘電層の中心供給位置に関して互いに間隔が離れた関係で配置された複数の隣接するアンテナ要素と、
   前記各アンテナ要素のためのそれぞれの共軸の供給ラインと、それぞれの共軸の供給ラインを受けるための経路を有する供給ラインの形成体とを有するアンテナ供給構造と、
   を有することを特徴とするアンテナ。
2. 前記供給ラインの形成体は、前記接地平面に接続された基部と、
   前記基部によって保持されたガイド部分を有し、前記基部及びガイド部分は、単一体のユニットとして統合的に形成されることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
3. 前記ガイド部分は、
   前記基部によって保持されるガイド部分が包含された底部と、
   前記アンテナ要素に隣接するガイド部分が包含された上部と、
   前記ガイド部分が包含された底部と前記ガイド部分が包含された上部との間で延在する、中間の開口のガイド部分と、
   を有することを特徴とする請求項２に記載のアンテナ。
4. 前記共軸の供給ラインの各々は、前記中間の開口のガイド部分で前記供給ラインの形成体にハンダづけされることを特徴とする請求項３に記載のアンテナ。
5. 前記アンテナ供給構造はさらに、前記ガイド部分によって保持される同調プレートを有することを特徴とする請求項２に記載のアンテナ。
6. 前記経路は共通軸に対してすべて平行であることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
7. 前記供給ラインの形成体は、少なくとも一つの伝導性物質を有することを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
8. 前記接地平面は、前記少なくとも一つのアンテナユニットの周囲を超過して横で外側に向かって延在することを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
9. 前記基板によって保持されて、前記アンテナ供給構造に接続された少なくとも一つにハイブリッド回路をさらに有することを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
10. 前記アンテナ要素の各々は、一般的に長方形の形状を有することを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
11. 前記少なくとも一つのアンテナユニットは、アレイで配置された複数のアンテナユニットを有することを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
12. 前記誘電層は、前記少なくとも一つのアンテナユニットの操作波長の約１／２の範囲の厚さを有することを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
13. 前記少なくとも一つのアンテナユニット上にインピーダンスが合致する少なくとも一つの誘電層をさらに有することを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
14. 接地平面と、該接地平面に隣接する誘電層と、及び
    基板によって保持される少なくとも一つのアンテナユニットと、
    を有する該基板を有するアンテナであって、
    前記接地平面と反対の前記誘電層の中心供給位置に関して互いに間隔が離れた関係で配置された複数の隣接するアンテナ要素と、
    前記各アンテナ要素のためのそれぞれの共軸の供給ラインと、それぞれの共軸の供給ラインを受けるための経路を有する供給ラインの形成体とを有するアンテナ供給構造と、
    を有し、前記経路はすべて共通の軸に対して平行であり、前記供給ラインの形成体は単一体のユニットとして統合的に形成されることを特徴とするアンテナ。
15. 前記供給ラインの形成体は、前記接地平面に接続された基部と、
    前記基部によって保持されたガイド部分と、
    を有することを特徴とする請求項１４に記載のアンテナ
16. 前記ガイド部分は、
    前記基部によって保持されるガイド部分が包含された底部と、
    前記アンテナ要素に隣接するガイド部分が包含された上部と、
    前記ガイド部分が包含された底部と前記ガイド部分が包含された上部との間で延在する、中間の開口のガイド部分と、
    を有することを特徴とする請求項１５に記載のアンテナ。
17. 前記共軸の供給ラインの各々は、前記中間の開口のガイド部分で前記供給ラインの形成体にハンダづけされることを特徴とする請求項１６に記載のアンテナ。
18. 前記アンテナ供給構造はさらに、前記ガイド部分によって保持される同調プレートを有することを特徴とする請求項１５に記載のアンテナ。
19. 前記供給ラインの形成体は、少なくとも一つの伝導性物質を有することを特徴とする請求項１４に記載のアンテナ。
20. 前記接地平面は、前記少なくとも一つのアンテナユニットの周囲を超過して横で外側に向かって延在することを特徴とする請求項１４に記載のアンテナ。
21. 前記基板によって保持されて、前記アンテナ供給構造に接続された少なくとも一つにハイブリッド回路をさらに有することを特徴とする請求項１４に記載のアンテナ。
22. 前記アンテナ要素の各々は、一般的に長方形の形状を有することを特徴とする請求項１４に記載のアンテナ。
23. 前記少なくとも一つのアンテナユニットは、アレイで配置された複数のアンテナユニットを有することを特徴とする請求項１４に記載のアンテナ。
24. 前記誘電層は、前記少なくとも一つのアンテナユニットの操作波長の約１／２の範囲の厚さを有することを特徴とする請求項１４に記載のアンテナ。
25. 前記少なくとも一つのアンテナユニット上にインピーダンスが合致する少なくとも一つの誘電層をさらに有することを特徴とする請求項１４に記載のアンテナ。
26. アンテナを製造するための方法であって、
    接地平面と、該接地平面に隣接する誘電層を有する基板に少なくとも一つのアンテナユニットを提供することと、
    供給ラインの形成体の経路内でそれぞれの共軸の供給ラインを位置づけることによってアンテナ供給構造の形成と、
    それぞれのアンテナ要素に前記共軸の供給ラインを開口し接続する前記アンテナ供給構造の挿入と、
    を有し、
    前記少なくとも一つのアンテナユニットは、前記接地平面と反対の前記誘電層の中心の供給位置に関して互いに間隔が離れた関係で配置された、複数の隣接するアンテナ要素を有し、前記基板は、前記複数のアンテナ要素の部分を露出する基板の開口を有することを特徴とする方法。
27. 前記供給ラインの形成体は、単一体のユニットとして統合的に形成される前記基部によって保持される基部及びガイド部分を有し、前記開口に前記アンテナ供給構造を挿入することは、前記接地平面に対する前記基部の接続及びそれぞれのアンテナ要素に対する各共軸ケーブルの接続を有することを特徴とする請求項２７に記載の方法。
28. 前記ガイド部分は、
    前記基部によって保持されるガイド部分が包含された底部と、
    前記アンテナ要素に隣接して位置するガイド部分が包含された上部と、
    前記ガイド部分が包含された底部と前記ガイド部分が包含された上部との間で延在する、中間の開口のガイド部分と、
    を有することを特徴とする請求項１５に記載の方法。
29. 前記アンテナ供給構造を形成することはまた、前記共軸の供給ラインの各々を前記中間の開口のガイド部分で前記供給ラインの形成体にハンダづけすることを特徴とする請求項２８に記載の方法。
30. 前記アンテナ供給構造を形成することはさらに、前記ガイド部分に同調プレートを接続することを有することを特徴とする請求項２７に記載の方法。
31. 前記経路は共通軸に対して各々平行であることを特徴とする請求項２６に記載の方法。
32. 前記供給ラインの形成体は、少なくとも一つの伝導性物質を有することを特徴とする請求項２６に記載の方法。
33. 前記接地平面は、前記少なくとも一つのアンテナユニットの周囲を超過して横で外側に向かって延在することを特徴とする請求項２６に記載の方法。
34. 前記基板で、前記アンテナ供給構造に接続された少なくとも一つにハイブリッド回路を提供することをさらに有することを特徴とする請求項２６に記載の方法。
35. 前記アンテナ要素の各々は、一般的に長方形の形状を有することを特徴とする請求項２６に記載の方法。
36. 前記少なくとも一つのアンテナユニットが、アレイ状の複数のアンテナユニットの配置を有する提供を特徴とする請求項２６に記載の方法。
37. 前記誘電層は、前記少なくとも一つのアンテナユニットの操作波長の約１／２の範囲の厚さを有することを特徴とする請求項２６に記載の方法。
38. 前記少なくとも一つのアンテナユニット上にインピーダンスが合致する少なくとも一つの誘電層の提供をさらに有することを特徴とする請求項２６に記載の方法。

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