JP6820135B2 - 低交差偏波ディケード帯域幅の超広帯域アンテナ素子およびアレイ - Google Patents
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Description
この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、以下のものがある(国際出願日以降国際段階で引用された文献及び他国に国内移行した際に引用された文献を含む)。
(先行技術文献)
(特許文献)
(特許文献1) 米国特許出願公開第2005/0007286号明細書
(特許文献2) 米国特許第8,253,641号明細書
(特許文献3) 米国特許出願公開第2008/0246680号明細書
(特許文献4) 米国特許出願公開第2004/0080465号明細書
(特許文献5) 米国特許第6,246,377号明細書
(特許文献6) 米国特許出願公開第2001/0048395号明細書
(特許文献7) 米国特許出願公開第2012/0229361号明細書
(特許文献8) 米国特許出願公開第2012/0299785号明細書
(特許文献9) 米国特許出願公開第2005/0219126号明細書
(特許文献10) 米国特許出願公開第2014/0138546号明細書
(特許文献11) 米国特許出願公開第2012/0001826号明細書
(特許文献12) 米国特許第5,642,121号明細書
(特許文献13) 米国特許出願公開第2014/0218251号明細書
(特許文献14) 米国特許第6,317,094号明細書
(特許文献15) 米国特許出願公開第2013/241787号明細書
(特許文献16) 中国実用新案公告第203826551号明細書
(特許文献17) 米国特許第7,652,631号明細書
(特許文献18) 米国特許出願公開第2010/176997号明細書
(特許文献19) 米国特許第5,175,560号明細書
(特許文献20) 米国特許出願公開第2006/061513号明細書
プリント基板(PCB)製造は、低コスト大量生産が可能なため、魅力的なアンテナ製造方法である。先行技術Vivaldiアンテナ素子をストリップラインに実装した例を図2Aに示し、図2Bでは、先行技術に係る全金属製のVivaldiアンテナ素子実施形態を示している。ストリップラインに実装された前記先行技術Vivaldiアンテナ素子100は、その連続したアンテナ本体101と、テーパー形状のスロット102と、電気的・構造的構成要素150(図示せず)に接続された伝送媒体103とを強調した比較基準として示されており、前記伝送媒体103は、スロットライン・キャビティ104と、4分の1波長スタブ105と、Knorrバランとしても知られているストリップライン・バラン106とを含む。この構造は、さらに、107、底面108と、供電ポート109と、同軸ケーブル120とを含む。
Claims (28)
- 複数のモジュール式広帯域アンテナ素子(200)を有する1次元または2次元のアンテナアレイ(300、400)であって、各アンテナ素子(200)は、
供電網を有する支持構造(150)と、
少なくとも第1および第2の任意形状の放射体素子と
を有し、
前記第1および第2の任意形状の放射体素子の各々は、一組の分離された金属放射体構成要素(201)を有し、当該分離された金属放射体構成要素(201)の各組は、前記アンテナ素子(200)の対応する主軸(222)に沿って延出するものであり、
前記分離された金属放射体構成要素(201)の各組は、前記対応する主軸(222)に対して垂直な複数のギャップ領域(203)により分離されているものであり、
前記第1および第2の任意形状の放射体素子の各々は、当該放射体素子のより幅広の端部を形成する底部放射体構成要素と、当該放射体素子のより幅狭の端部を形成する上部放射体構成要素とを有し、これにより、テーパー形状のスロット領域(202)が提供されるものであり、
前記第1および第2の任意形状の放射体素子の前記より幅広の端部は前記より幅狭の端部よりも前記支持構造(150)により近接した位置にあり、
前記第1および第2の任意形状の放射体素子は、前記供電網に電気的に結合されるよう構成されているものであり、
第1のアンテナ素子(200)における前記第1の任意形状の放射体素子の前記分離された金属放射体構成要素(201)の各々は、当該第1のアンテナ素子(200)の第1の側に隣接する第2のアンテナ素子(200)における前記第2の任意形状の放射体素子の対応する前記分離された金属放射体構成要素(201)と結合しているものであり、
前記第1のアンテナ素子(200)における前記第2の任意形状の放射体素子の前記分離された金属放射体構成要素(201)の各々は、前記第1のアンテナ素子(200)において前記第1の側に対して反対側の第2の側に隣接する第3のアンテナ素子(200)における前記第1の任意形状の放射体素子の対応する前記分離された金属放射体構成要素(201)と結合しているものであり、
各前記第1および第2の任意形状の放射体素子内の一対の隣接する前記分離された金属放射体構成要素(201)の各々の間に設けられた前記ギャップ領域(203)の厚さは、前記一対の隣接する前記分離された金属放射体構成要素(201)の厚さよりも小さいものである、
アンテナアレイ。 - 請求項1記載のアンテナアレイにおいて、各前記アンテナ素子(200)は、さらに、
前記分離された金属放射体構成要素(201)の各組において各前記分離された金属放射体構成要素の間に位置する静電容量強化構造(220)を有し、この静電容量強化構造(220)は、各組内の隣接しあう前記分離された金属放射体構成要素(201)の間の結合を強化するように構成されているものである、アンテナアレイ。 - 請求項2記載のアンテナアレイにおいて、前記分離された金属放射体構成要素(201)は前記支持構造(150)に電気接続されていないものであり、それにより、関心周波数でのVivaldi電流分布を模倣するものである、アンテナアレイ。
- 請求項2記載のアンテナアレイにおいて、前記静電容量強化構造(220)は、前記分離された金属放射体構成要素(201)の縁部めっき(220a)を含むものである、アンテナアレイ。
- 請求項2記載のアンテナアレイにおいて、前記静電容量強化構造(220)は、前記分離された金属放射体構成要素(201)の水平方向縁部に配置されたビア(207)を含むものである、アンテナアレイ。
- 請求項2記載のアンテナアレイにおいて、前記静電容量強化素子(220)は、前記分離された金属放射体構成要素(201)に設けられた内側のノッチ(226)を有するものである、アンテナアレイ。
- 請求項1記載のアンテナアレイにおいて、
当該アンテナアレイは、複数の直交するモジュール式広帯域アンテナ素子(200a)を有する2次元のアンテナアレイ(400)であり、
各アンテナ素子(200a)は、第1、第2、第3、および第4の任意形状の放射体素子を有し、
各放射体素子は一組の分離された金属放射体構成要素(201)を有し、当該分離された金属放射体構成要素(201)の各組は、前記アンテナ素子(200a)の対応する主軸(222)に沿って延出するものであり、
前記分離された金属放射体構成要素(201)の各組は、複数のギャップ領域(203)により分離されているものであり、
前記第1、第2、第3、および第4の任意形状の放射体素子の各々は、より幅広の端部とより幅狭の端部とを有し、これにより、テーパー形状のスロット領域(202)が提供されるものであり、
前記第1、第2、第3、および第4の任意形状の放射体素子の各々の前記より幅広の端部は前記より幅狭の端部よりも前記支持構造(150)により近接した位置にあり、
前記第1、第2、第3、および第4の任意形状の放射体素子は、前記供電網に電気的に結合されるよう構成されているものであり、
第1のアンテナ素子(200a)における前記第1の任意形状の放射体素子の前記分離された金属放射体構成要素(201)の各々は、当該第1のアンテナ素子(200a)の第1の側に隣接する第2のアンテナ素子(200a)における前記第2の任意形状の放射体素子の対応する前記分離された金属放射体構成要素(201)と結合しているものであり、
前記第1のアンテナ素子(200a)における前記第2の任意形状の放射体素子の前記分離された金属放射体構成要素(201)の各々は、前記第1のアンテナ素子(200a)において前記第1の側に対して反対側の第2の側に隣接する第3のアンテナ素子(200a)における前記第1の任意形状の放射体素子の対応する前記分離された金属放射体構成要素(201)と結合しているものであり、
前記第1のアンテナ素子(200a)における前記第3の任意形状の放射体素子の前記分離された金属放射体構成要素(201)の各々は、前記第1のアンテナ素子(200a)において前記第3の側に隣接する第3のアンテナ素子(200a)における前記第4の任意形状の放射体素子の対応する前記分離された金属放射体構成要素(201)と結合しているものであり、
前記第1のアンテナ素子(200a)における前記第4の任意形状の放射体素子の前記分離された金属放射体構成要素(201)の各々は、前記第1のアンテナ素子(200a)において前記第3の側の反対側の第4の側に隣接する第4のアンテナ素子(200a)における前記第3の任意形状の放射体素子の対応する前記分離された金属放射体構成要素(201)と結合しているものである、
アンテナアレイ。 - 請求項1記載のアンテナアレイにおいて、前記ギャップ領域(203)は、スロット共振が起こらないように構成されるものである、アンテナアレイ。
- 請求項1記載のアンテナアレイにおいて、前記ギャップ領域(203)に、低相対誘電率1≦εr≦10の非導電性または低導電率の材料が充填されるものである、アンテナアレイ。
- 請求項1記載のアンテナアレイにおいて、前記ギャップ領域(203)は、空気、PTFE誘電体、接着層、および/または発泡体のリストから選択される非導電性または低導電率の材料が充填されるものである、アンテナアレイ。
- 請求項1記載のアンテナアレイにおいて、前記支持構造(150)は第1のギャップ領域に突出するものである、アンテナアレイ。
- 請求項1記載のアンテナアレイにおいて、各前記アンテナ素子(200)は、非導電性または低導電率の媒体(210)内に完全に埋め込まれるものであり、それにより、前記分離された金属放射体構成要素(201)およびギャップ領域(203)の双方が前記媒体内に配置されるものである、アンテナアレイ。
- 請求項1記載のアンテナアレイにおいて、前記ギャップ領域(203)は、隣接しあうアンテナ素子を横切って完全に延長する非導電性または低導電率の層により支持されるものである、アンテナアレイ。
- 請求項1記載のアンテナアレイにおいて、
前記第1のアンテナ素子(200)における前記第1の任意形状の放射体素子の前記分離された金属放射体構成要素(201)の各々は、前記第2のアンテナ素子(200)における前記第2の任意形状の放射体素子の対応する前記分離された金属放射体構成要素(201)と物理的に分離しているが電気的に結合しているものであり、
前記第1のアンテナ素子(200)における前記第2の任意形状の放射体素子の前記分離された金属放射体構成要素(201)の各々は、前記第3のアンテナ素子(200)における前記第1の任意形状の放射体素子の対応する前記分離された金属放射体構成要素(201)と物理的に分離しているが電気的に結合しているものである、
アンテナアレイ。 - 請求項1記載のアンテナアレイにおいて、前記第1および第2の任意形状の放射体素子は、マイクロストリップ・トポロジーまたはストリップライン・トポロジーを有するものである、アンテナアレイ。
- 請求項15記載のアンテナアレイにおいて、
前記支持構造(150)はスロットライン・キャビティ(104、204)および接地面を有するか、若しくは
前記前記支持構造(150)は、機械的支持媒体(210)の反対側に印刷された4分の1波長放射状スタブ(205)で終端処理されたマイクロストリップ・バラン(206)を有するか、若しくは
前記アンテナ素子(200)の各々は、さらに、各前記分離された金属放射体構成要素の間に位置する静電容量強化構造(220)を有するものである、
アンテナアレイ。 - 請求項1記載のアンテナアレイにおいて、前記第1および第2の任意形状の放射体素子は、各前記アンテナ素子(200)のVivaldi実施形態を有し、前記分離された金属放射体構成要素(201)は、前記ギャップ領域(203)により離間された全金属製の分離された放射体構成要素を有し、前記ギャップ領域(203)には、前記金属製の分離された放射体構成要素(201)に離間支持部を提供するため、低導電率材料が充填されるものである、アンテナアレイ。
- 請求項1記載のアンテナアレイにおいて、前記第1および第2の任意形状の放射体素子は、ハイブリッド製造方法で構成されるものである、アンテナアレイ。
- 請求項18記載のアンテナアレイにおいて、前記第1および第2の任意形状の放射体素子は、PCB全金属EDMまたは付加製造(3Dプリンティング)方法のハイブリッド設計を有するものである、アンテナアレイ。
- 請求項1記載のアンテナアレイにおいて、前記第1および第2の任意形状の放射体素子は、テーパーをかけた円錐形(252)の形状を有した回転体(Body of Revolution:BOR)素子を有するものである、アンテナアレイ。
- 請求項1記載のアンテナアレイにおいて、前記第1および第2の任意形状の放射体素子は、平坦なセグメントで上方へと段差を設けたテーパー形状を有した階段状ノッチ(402)を有するものである、アンテナアレイ。
- 請求項1記載のアンテナアレイにおいて、
前記第1のアンテナ素子(200)における前記第1の任意形状の放射体素子の前記分離された金属放射体構成要素(201)の各々は、前記第2のアンテナ素子(200)における前記第2の任意形状の放射体素子の対応する前記分離された金属放射体構成要素(201)と物理的に接続しているものであり、
前記第1のアンテナ素子(200)における前記第2の任意形状の放射体素子の前記分離された金属放射体構成要素(201)の各々は、前記第3のアンテナ素子(200)における前記第1の任意形状の放射体素子の対応する前記分離された金属放射体構成要素(201)と物理的に接続しているものである、
アンテナアレイ。 - モジュール式広帯域アンテナ素子であって、
供電網を有する支持構造と、
前記アンテナ素子の主軸に沿って延出する第1および第2の任意形状の放射体素子であって、
前記第1および第2の任意形状の放射体素子の各々は、ギャップ領域により分離された分離放射体構成要素を有し、
前記第1および第2の任意形状の放射体素子の各々は、より幅広の端部およびテーパー形状の自由端部を形成してなり、これにより、テーパー形状のスロット領域が提供されるものであり、
前記第1および第2の任意形状の放射体素子の前記より幅広の端部は前記テーパー形状の自由端部よりも前記支持構造により近接した位置にあり、前記テーパー形状の自由端部は前記支持構造からより離れた位置にあるものである、
前記第1および第2の任意形状の放射体素子と、
前記分離放射体構成要素間に位置し、前記ギャップ領域を互いに結合させるように構成された静電容量強化素子と
を有し、
前記第1および第2の任意形状の放射体素子は、前記供電網に電気的に結合されるよう構成されるものであり、
前記支持構造は第1のギャップ領域に突出するものである、
モジュール式広帯域アンテナ素子。 - アンテナアレイとして構成された請求項23記載のモジュール式広帯域アンテナ素子であって、前記アンテナアレイは、
前記アンテナアレイ内に配置された複数のユニットセルを有し、前記複数のユニットセルの各々はアンテナ素子を含み、前記アンテナ素子の各々は前記第1および第2の任意形状の放射体素子を含み、前記第1および第2の任意形状の放射体素子の各々は、前記ギャップ領域により分離された前記分離放射体構成要素を有するものである、
モジュール式広帯域アンテナ素子。 - モジュール式広帯域アンテナ素子であって、
供電網を有する支持構造と、
前記アンテナ素子の主軸に沿って延出する第1および第2の任意形状の放射体素子であって、
前記第1および第2の任意形状の放射体素子の各々は、ギャップ領域により分離された分離放射体構成要素を有し、
前記第1および第2の任意形状の放射体素子の各々は、より幅広の端部およびテーパー形状の自由端部を形成してなり、これにより、テーパー形状のスロット領域が提供されるものであり、
前記第1および第2の任意形状の放射体素子の前記より幅広の端部は前記テーパー形状の自由端部よりも前記支持構造により近接した位置にあり、前記テーパー形状の自由端部は前記支持構造からより離れた位置にあるものである、
前記第1および第2の任意形状の放射体素子と、
前記分離放射体構成要素間に位置し、前記ギャップ領域を互いに結合させるように構成された静電容量強化素子と
を有し、
前記第1および第2の任意形状の放射体素子は、前記供電網に電気的に結合されるよう構成されるものであり、
前記アンテナ素子は、非導電性または低導電率の媒体内に完全に埋め込まれるものであり、それにより、前記分離放射体構成要素および前記ギャップ領域の双方が前記媒体内に配置されるものである、
モジュール式広帯域アンテナ素子。 - アンテナアレイとして構成された請求項25記載のモジュール式広帯域アンテナ素子であって、前記アンテナアレイは、
前記アンテナアレイ内に配置された複数のユニットセルを有し、前記複数のユニットセルの各々はアンテナ素子を含み、前記アンテナ素子の各々は前記第1および第2の任意形状の放射体素子を含み、前記第1および第2の任意形状の放射体素子の各々は、前記ギャップ領域により分離された前記分離放射体構成要素を有するものである、
モジュール式広帯域アンテナ素子。 - モジュール式広帯域アンテナ素子であって、
供電網を有する支持構造と、
前記アンテナ素子の主軸に沿って延出する第1および第2の任意形状の放射体素子であって、
前記第1および第2の任意形状の放射体素子の各々は、ギャップ領域により分離された分離放射体構成要素を有し、
前記第1および第2の任意形状の放射体素子の各々は、より幅広の端部およびテーパー形状の自由端部を形成してなり、これにより、テーパー形状のスロット領域が提供されるものであり、
前記第1および第2の任意形状の放射体素子の前記より幅広の端部は前記テーパー形状の自由端部よりも前記支持構造により近接した位置にあり、前記テーパー形状の自由端部は前記支持構造からより離れた位置にあるものである、
前記第1および第2の任意形状の放射体素子と、
前記分離放射体構成要素間に位置し、前記ギャップ領域を互いに結合させるように構成された静電容量強化素子と
を有し、
前記第1および第2の任意形状の放射体素子は、前記供電網に電気的に結合されるよう構成されるものであり、
前記第1および第2の任意形状の放射体素子は、テーパーをかけた円錐形の形状を有した回転体(Body of Revolution:BOR)素子を有するものである、
モジュール式広帯域アンテナ素子。 - アンテナアレイとして構成された請求項27記載のモジュール式広帯域アンテナ素子であって、前記アンテナアレイは、
前記アンテナアレイ内に配置された複数のユニットセルを有し、前記複数のユニットセルの各々はアンテナ素子を含み、前記アンテナ素子の各々は前記第1および第2の任意形状の放射体素子を含み、前記第1および第2の任意形状の放射体素子の各々は、前記ギャップ領域により分離された前記分離放射体構成要素を有するものである、
モジュール式広帯域アンテナ素子。
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