JP2006528464A - ミリメートル波フェーズドアレイアンテナを形成するための方法および装置 - Google Patents
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Abstract
Description
この発明はアンテナに関し、より特定的には、ミリメートル波長で動作し、かつ共同の(corporate)ストリップライン導波路構造を取入れることが可能な電子走査デュアルビームフェーズドアレイアンテナに関する。
フェーズドアレイアンテナは、多数の放射アンテナ素子と、個々の素子制御回路と、信号分布網と、信号制御回路と、電源と、機械的支持構造とで構成される。アンテナの総利得、有効等方性放射電力、走査要件および副ローブ要件は、アンテナアパーチャにおける素子の数、素子間隔、素子および素子電子機器の性能に直接関係する。多くの用途では、所望のアンテナ性能を達成するために何千もの個別の素子/制御回路が必要とされる。典型的なフェーズドアレイアンテナは、外部の分布網を通して相互接続される放射素子および制御回路のための個別の電子パッケージを含む。図1は、入力と、分布網と、素子電子機器と、ラジエータとを含む典型的な送信フェーズドアレイアンテナの概略を示す。
々のレールビームの傾きを計算することを必要としない、新しい形の共同の給電導波路網が、必要とされている。
この発明は、次のビームホッピング周波数の予備知識なく、44GHzで、かつMILSTAR通信プロトコルに従って動作可能なフェーズドアレイアンテナシステムおよび方法に向けられている。この発明のシステムおよび方法は、新しい導波路網の使用を取入れたフェーズドアレイアンテナを提供することによって、これを達成している。第1の空気充填導波路構造が、電磁(EM)波入力エネルギを、第2の、誘電体で充填された導波路構造に給電する。第2の誘電体充填導波路構造は、EM波エネルギを、共同のストリップライン導波路網に給電する。共同のストリップライン導波路網は、EM波エネルギを、この発明のフェーズドアレイアンテナを構成する複数の個別のアンテナモジュールの各々の対応する複数の放射素子に分布させる。
以下の好ましい実施例の説明は、本質的に単なる例示であり、この発明、その用途、または使用を限定する意図は全くない。
のビームホッピング周波数の予備知識を必要とすることなく、ミリメートル波長で、より特定的には44GHz(Q帯)で、かつMILSTARプロトコルに従って動作可能なアンテナを形成している。アンテナシステム10は、60°までの(またはそれを超える)走査角度で著しいビームおよび性能の劣化を被ることなく、ミリメートル波周波数での、より好ましくは約44GHzでの動作を可能にするよう、互いに対して間隔が非常に近接した複数の524個の個別のアンテナモジュールを有するデュアルビームシステムを形成している。アンテナシステムは一般にシャーシ11を含み、その内部に給電網12および関連する電子機器(図示せず)が支持されている。
、4つの開口部39が各々、1つの円形バックショート誘電体プラグ40と1つの円形バックショートアルミニウム(導電性)プラグ42とで充填される。充填された開口部39は、矩形給電プレート20のスロット20a−20d、およびテーパ付き伝送プレート22の開口部24a1−24a4と長手方向に整列されたものである。参照番号38で示される残りの524個の開口部は、円形導波路誘電体プラグ44(図5では単に代表的な複数として示される)で充填される。プラグ44は、好ましくはレキソライト(Rexolite:登録商標)プラスチックで構成される。1対のモジュール整列ピン46が、導波路プレート36の開口部36a、WDNストリップライン回路基板34の開口部34b、給電プレート28の開口部28a、テーパ付き移行プレート22の開口部22a、矩形給電プレート20の開口部21、WDN入力プレート18の開口部18a、およびスペーサプレート16の開口部16bを通って延び、図5に示す構成要素22、28、34および36の多い複数の開口部の整列を維持する。
する。開口部26a−26dからのEM波エネルギはプラグ40を通って伝わり、プラグ42によって反射され、回路基板34の入力トレース34a1−34a4へ向けて戻される。プラグ30、32、40および44は各々、好ましくは約2.5の誘電定数を有し、非常に狭い素子間隔がアンテナシステムで使用される状態で、ミリメートル波周波数でのアンテナシステム10の動作を可能にする。
Claims (21)
- フェーズドアレイアンテナであって、
電磁(EM)波エネルギの入力を第1の複数のEM波信号に分割するための第1の誘電体充填導波路構造と、
前記第1の導波路充填導波路構造に隣接して配置され、複数の誘電体充填導波路を有する第2の誘電体充填導波路構造とを含み、前記第2の誘電体充填導波路構造は、前記第1の複数のEM波信号の各々を受取って前記第1の複数のEM波信号を前記複数の誘電体充填導波路の各々の出力端へ向けて通すためのものであり、前記フェーズドアレイアンテナはさらに、
前記第2の誘電体充填導波路構造に隣接して位置付けられ、前記誘電体充填導波路の前記出力端に重なり合う複数の入力を形成する回路トレースを有するストリップライン導波路回路基板を含み、前記ストリップライン導波路回路基板は、前記EM波信号を、前記回路トレースを介して、間隔が近接した複数のEM波放射素子に分布させる、フェーズドアレイアンテナ。 - 前記第1の誘電体導波路構造は、1×4誘電体充填導波路構造を形成する、請求項1に記載のフェーズドアレイアンテナ。
- 前記第2の誘電体充填導波路構造は、概して円形の複数の誘電体充填導波路を含む、請求項1に記載のフェーズドアレイアンテナ。
- 前記ストリップライン導波路回路基板は、前記EM波信号からのEM波エネルギを前記EM波放射素子の各々に等しく分布させるための複数の2値信号分配器を含む、請求項1に記載のフェーズドアレイアンテナ。
- フェーズドアレイアンテナであって、
電磁(EM)波エネルギの入力を第1の複数のEM波信号に分割するための第1の誘電体充填導波路構造と、
概して円形の複数の誘電体充填導波路を有する、前記第1の複数のEM波信号の各々をその入力端で受取って前記第1の複数のEM波信号を前記複数の誘電体充填導波路の出力端へ向けて通すための第2の誘電体充填導波路構造と、
前記第2の誘電体充填導波路構造に概して平行に、かつ隣接して配置され、前記EM波信号を受取り、それからのEM波エネルギを複数のEM波放射素子にさらに分割し、さらに分布させるためのストリップライン導波路分布回路とを含む、フェーズドアレイアンテナ。 - 前記ストリップライン導波路分布回路は、信号経路を形成する複数の信号トレースを含み、前記信号トレースの複数の入力トレースは、前記概して円形の導波路と通信して前記EM波信号を受取って前記ストリップライン導波路分布回路へ通す、請求項5に記載のフェーズドアレイアンテナ。
- 前記第1の誘電体充填導波路構造は、1×4共同導波路構造を形成する、請求項5に記載のフェーズドアレイアンテナ。
- 前記ストリップライン導波路分布回路は、前記EM波信号が前記ストリップライン導波路分布回路を通してルーティングされる際、前記EM波信号を分割するための複数の2値信号分配器を含む、請求項5に記載のフェーズドアレイアンテナ。
- 前記第1の誘電体充填導波路構造は、空気充填矩形導波路を含む、請求項5に記載のフ
ェーズドアレイアンテナ。 - ミリメートル波フェーズドアレイアンテナであって、
入力電磁(EM)波信号を下位複数のEM波信号に均一に分割するための共同導波路給電装置と、
概して円形の複数の誘電体充填導波路を形成する、前記下位複数のEM波信号を受取って前記下位複数のEM波信号を前記誘電体充填導波路の出力端に通すための誘電体充填導波路構造と、
前記誘電体充填導波路構造に重なり合う、前記EM波信号からのEM波エネルギを複数の放射素子にさらに分割し分布させるためのストリップライン導波路構造とを含む、ミリメートル波フェーズドアレイアンテナ。 - 前記共同導波路構造は、1×4空気充填共同導波路給電装置を含む、請求項10に記載のアンテナ。
- 前記ストリップライン導波路構造は、前記概して円形の誘電体充填導波路のうちの関連する1つと電気的に各々結合された複数の入力トレースを含む、請求項10に記載のアンテナ。
- 前記ストリップライン導波路構造は、前記EM波信号を前記放射素子に印加する前に前記EM波信号を分割するための複数の2値信号分配器を含む、請求項10に記載のアンテナ。
- フェーズドアレイアンテナを形成するための方法であって、
入力電磁(EM)波信号を複数のEM波信号に均一に分割するための共同導波路給電装置を使用するステップと、
複数の誘電体充填導波路を通して前記下位複数のEM波信号を通すステップと、
前記EM波のエネルギを複数の放射素子にさらに分割し分布させるために、前記誘電体充填導波路と通信しているストリップライン導波路を使用するステップとを含む、方法。 - 共同導波路を使用するステップは、前記EM波信号を複数の4つのEM波信号に均一に分割するための1×4共同導波路を使用するステップを含む、請求項14に記載の方法。
- ストリップライン導波路を使用するステップは、前記下位複数のEM波信号を複数のアンテナ放射素子にさらに均一に分割する複数の2値信号分配器を使用するステップを含む、請求項14に記載の方法。
- フェーズドアレイアンテナを使用する方法であって、
電磁(EM)波入力信号を生成するステップと、
前記EM波入力信号を共同導波路の入力へ向け、そこで前記EM波入力信号が第1の下位複数のEM波信号に分割されるステップと、
前記第1の下位複数のEM波信号を、対応する複数の誘電体充填導波路を有する誘電体充填導波路構造に通すステップと、
前記第1の下位複数のEM波信号をストリップライン導波路構造に結合させ、そこで前記第1の下位複数のEM波信号の前記EM波のエネルギが第2の下位複数のEM波信号にさらに連続して分割されるステップと、
前記第2の下位複数のEM波信号を、対応する複数のアンテナ素子に印加するステップとを含む、方法。 - 前記第1の下位複数のEM波信号を誘電体充填導波路構造に結合させるステップは、前
記第1の下位複数のEM波信号を連続して分割する複数の2値信号分配器を使用するステップをさらに含む、請求項17に記載の方法。 - 前記共同導波路を使用するステップは、1×4共同導波路を使用するステップを含む、請求項17に記載の方法。
- 前記第1の下位複数のEM波信号を誘電体充填導波路構造に通すステップは、前記第1の下位複数のEM波信号を概して円形の誘電体充填導波路に通すステップを含む、請求項17に記載の方法。
- MILSTAR通信プロトコルでミリメートル波周波数で使用するためのフェーズドアレイアンテナを、前記MILSTAR通信プロトコルの実施において使用される将来のビームホッピング周波数を知る必要なく形成する方法であって、
電磁(EM)波入力信号を生成するステップと、
前記EM波入力信号が第1の下位複数のEM波信号に分割されるように、前記EM波入力信号を空気充填共同導波路を通してルーティングするステップと、
前記第1の下位複数のEM波信号を、前記空気充填共同導波路に対して概して平行に配置され、かつ複数のEM波放射素子を含むストリップライン導波路構造に結合し、そこで前記EM波のエネルギが第2の下位複数のEM波信号にさらに連続して分割されるステップと、
前記第2の下位複数のEM波信号を前記EM波放射素子へルーティングするために前記ストリップライン導波路構造を使用するステップとを含む、方法。
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