特許 6050967 フェーズドアレイの広帯域連結リングアンテナ素子

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6050967

(24)【登録日】2016年12月2日

(45)【発行日】2016年12月21日

(54)【発明の名称】フェーズドアレイの広帯域連結リングアンテナ素子

(51)【国際特許分類】

   H01Q 13/08 20060101AFI20161212BHJP

   H01Q 21/06 20060101ALI20161212BHJP

   H01Q 21/24 20060101ALI20161212BHJP

   H01Q 1/52 20060101ALI20161212BHJP

   H01Q 7/00 20060101ALI20161212BHJP

   H01Q 5/364 20150101ALI20161212BHJP

   H01Q 5/10 20150101ALI20161212BHJP

   H01P 7/00 20060101ALI20161212BHJP

【ＦＩ】

   H01Q13/08

   H01Q21/06

   H01Q21/24

   H01Q1/52

   H01Q7/00

   H01Q5/364

   H01Q5/10

   H01P7/00 Z

【請求項の数】10

【外国語出願】

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2012-140315(P2012-140315)

(22)【出願日】2012年6月22日

(65)【公開番号】特開2013-34184(P2013-34184A)

(43)【公開日】2013年2月14日

【審査請求日】2015年6月10日

(31)【優先権主張番号】13/194,344

(32)【優先日】2011年7月29日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】500520743

【氏名又は名称】ザ・ボーイング・カンパニー

【氏名又は名称原語表記】Ｔｈｅ Ｂｏｅｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ

(74)【代理人】

【識別番号】100109726

【弁理士】

【氏名又は名称】園田 吉隆

(74)【代理人】

【識別番号】100101199

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 義教

(72)【発明者】

【氏名】マンリー， ジュニア， チャールズ ダブリュー．

(72)【発明者】

【氏名】カイ， リックシン

【審査官】 赤穂 美香

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０７−２４０６２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１８８６３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１７７８８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−００７５５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０８６６８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０３−２５４２０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−２３９０１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０６１７５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 欧州特許出願公開第０１３５７６３６（ＥＰ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００８／００４２９０３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特表２００６−５１４４８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００７／００５２５８７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００７／００２６５６７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｑ １３／０８

Ｈ０１Ｐ ７／００

Ｈ０１Ｑ １／５２

Ｈ０１Ｑ ５／１０

Ｈ０１Ｑ ５／３６４

Ｈ０１Ｑ ７／００

Ｈ０１Ｑ ２１／０６

Ｈ０１Ｑ ２１／２４

Ｈ０１Ｑ ９／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも２つの隣り合う衛星通信帯域において通信するためのシステムにおいて、
フェーズドアレイで構成されている複数のアンテナ素子（１００）であって、複数のアンテナ素子（１００）のうちの少なくとも１つが、４つの同調用タブ（３０４）によって接続された内側リング素子（３０２Ｂ）および外側リング素子（３０２Ａ）を有する連結リング伝導性共振器（１０２）と、前記連結リング伝導性共振器（１０２）に容量的に結合された第１のフィードライン（１０４Ａ）および第２のフィードライン（１０４Ｂ）と、前記連結リング伝導性共振器（１０２）、前記第１のフィードライン（１０４Ａ）および前記第２のフィードライン（１０４Ｂ）を遮蔽するように働くことができるファラデーケージ（１０６）とを含む、複数のアンテナ素子（１００）と、
第１のフィードライン（１０４Ａ）および第２のフィードライン（１０４Ｂ）に電気的に結合され、複数のアンテナ素子（１００）のうちの少なくとも１つに独立した信号伝達をもたらすように構成されている通信電子回路と
を備えるシステム。

【請求項2】

第１のフィードライン（１０４Ａ）および第２のフィードライン（１０４Ｂ）が、連結リング伝導性共振器（１０２）を駆動するようにさらに働いている、請求項１に記載のシステム。

【請求項3】

第１のフィードライン（１０４Ａ）が、第２のフィードライン（１０４Ｂ）に対して実質的に９０度に配向される、請求項１または２に記載のシステム。

【請求項4】

ファラデーケージ（１０６）が、少なくとも１つの伝導性ビア（１０８、４０２）によって複数の伝導性ストリップ（２０２）に結合された電磁遮蔽用接地面（１１０）を含む、請求項１ないし３のいずれか一項に記載のシステム。

【請求項5】

共形フェーズドアレイによって広帯域衛星通信（「ＳＡＴＣＯＭ」）を行うための方法において、
複数のアンテナ素子（１００）のフェーズドアレイを実装するステップであって、アンテナ素子（１００）のうちの少なくとも１つが、１つまたは複数の同調用タブ（３０４）によって接続された複数のリング素子（３０２）を含む連結リング伝導性共振器（１０２）と、前記連結リング伝導性共振器（１０２）に電磁的に結合されたフィードライン（１０４）と、フェーズドアレイ内で隣接するアンテナ素子（１００）の電界から、連結リング伝導性共振器（１０２）およびフィードライン（１０４）を遮蔽するように働くことができるファラデーケージ（１０６）とを含む、ステップと
少なくとも１つのアンテナ素子（１００）のフィードライン（１０４）を通信電子回路に結合するステップと、
通信電子回路を利用して、第１のＳＡＴＣＯＭ受信帯域における信号を受信するために連結リング伝導性共振器（１０２）を駆動するステップと、
通信電子回路を利用して、第２のＳＡＴＣＯＭ受信帯域における信号を受信するために連結リング伝導性共振器（１０２）を駆動するステップと
を含む方法。

【請求項6】

ＳＡＴＣＯＭ帯域における信号を、少なくとも１つのアンテナ素子（１００）の連結リング伝導性共振器（１０２）およびフィードラインを通じて通信電子回路で受信するステップをさらに含む、請求項５に記載の方法。

【請求項7】

連結リング伝導性共振器（１０２）が、４つの同調用タブ（３０４）によって接続された内側リング素子（３０２Ｂ）および外側リング素子（３０２Ａ）を含む、請求項５または６に記載の方法。

【請求項8】

少なくとも１つのアンテナ素子（１００）において、第１のフィードライン（１０４Ａ）が、第２のフィードライン（１０４Ｂ）に対して実質的に９０度に配向され、それにより、通信電子回路が、右旋円偏波信号および左旋円偏波信号をともに、またはデュアル直交線形偏波信号を選択的に受信することが可能になる、請求項５ないし７のいずれか一項に記載の方法。

【請求項9】

ファラデーケージ（１０６）が６角形状を含み、それにより、ファラデーケージ（１０６）の伝導性ストリップ（２０２）および伝導性ビア（１０８、４０２）が、フェーズドアレイ内で隣接するアンテナ素子（１００）と共用される、請求項５ないし８のいずれか一項に記載の方法。

【請求項10】

請求項１ないし４のいずれか一項および請求項５ないし９のいずれか一項に記載のフェーズドアレイシステム用の広帯域連結リングアンテナ素子。

【発明の詳細な説明】

【背景技術】

【0001】

通常のマイクロ波およびミリ波周波数の指向性アンテナは、一般に、導波管、皿型アンテナ、ヘリカルコイル、ホーン、および他の大型非共形構造体などの扱いにくい構造体を備える。一般に、少なくとも１つの発信機が移動している通信応用例、ならびにレーダ応用例には、可動型ビームおよび／または可動型受信部が必要である。ビームステアリングは、アンテナの物理的運動がなくても電子的に達成することができるので、ビームステアリングの応用例にはフェーズドアレイアンテナが特に有益である。このような電子ビームステアリングは、ジンバル型／モータ駆動型の機械的アンテナステアリングよりも、速く、正確で、信頼性が高い可能性がある。フェーズドアレイアンテナはまた、多重同時信号ビームを有する能力を提供する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0002】

【特許文献1】米国特許出願第１３／９９９，９９９号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

さらに、通常、多重帯域における通信には、その帯域ごとの多重アンテナ開口および／またはデュアル帯域皿型アンテナのいずれかが必要である。航空機における皿型アンテナは、一般に、レードームの下に配置され、航空機の重量、空力抵抗、および保守の複雑さを著しく増幅させる。単一広帯域フェーズドアレイ開口は、多重単一帯域ソリューションおよび／または皿型アンテナに比較して、車両の集積化費用、ならびに大きさ、重量、および電力のニーズを最小限に抑える。しかしながら、スロットリングおよび／またはマイクロストリップパッチアンテナを使用する従来の低プロファイル設計は相互結合に悩まされ、それにより、これらのアンテナの周波数のカバー範囲、スキャン容量、および軸比性能が制限される。

【0004】

これらおよび他の考慮事項に関して、本明細書においてなす開示を提示する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本「発明の概要」が、「発明を実施するための形態」でさらに後述する概念の選択を簡略化した形態で紹介するように提供されることを理解されたい。本「発明の概要」は、主張される主題の範囲を限定するために使用すべきものと意図されていない。

【0006】

１７．７〜２０．２ＧＨｚ民生用、および２０．２〜２１．２ＧＨｚ軍事用の衛星通信（「ＳＡＴＣＯＭ」）受信Ｋ帯域をともにカバーするＳＡＴＣＯＭ向けの単一共形フェーズドアレイを実装するための広帯域連結リングアンテナ素子を本明細書において説明する。本アンテナ素子のアレイは、照準から６０度のコニカルスキャン容量よりも優れた広スキャン容量をもたらし、特定の周波数帯域にわたって優れた円偏波軸比率を維持する一方、非常に薄く、軽量である。本アンテナ素子はまた、他の周波数帯域にスケール化することも、伝送用素子として使用することも、および見通し内通信リンク、信号インテリジェンス（「ＳＩＧＩＮＴ」）アレイ、レーダ、センサアレイなど、他のフェーズドアレイアンテナの応用例に使用することも可能である。

【0007】

一態様によれば、アンテナ素子が、少なくとも１つのフィードラインに電磁的に結合される連結リング伝導性共振器を備える。伝導性共振器およびフィードラインは、ファラデーケージでさらに囲まれており、このファラデーケージは、電磁遮蔽用接地面に伝導的に結合され、伝導性共振器およびフィードラインを遮蔽するように働くことができる。

【0008】

本明細書において論じる特徴、機能、および利点を、本開示の様々な実施形態においては独立して達成することができ、またはさらに別の実施形態においては組み合わせることもでき、以下の説明および図面を参照して、さらにその詳細を見ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本明細書において示す実施形態により、アレイにおいて実装されるアンテナ素子の斜視図である。

【図2】本明細書において示す実施形態により、アンテナ素子の伝送コンポーネントを囲んだファラデーケージの側面図である。

【図3】本明細書において示す実施形態により、アンテナ素子の最上層において実装された例示的な連結リング伝導性共振器を上から見た図である。

【図4】本明細書において示す実施形態により、アンテナ素子１００の伝導性共振器の下の層において実装された例示的なマイクロストリップフィードラインを上から見た図である。

【図5】本明細書において説明する実施形態において提供される単一の共形フェーズドアレイによってデュアル帯域ＳＡＴＣＯＭを行うための一方法を示す流れ図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下の詳細な説明は、フェーズドアレイの広帯域連結リングアンテナ素子を対象とする。本明細書において説明するアンテナ素子を利用すると、単一の共形フェーズドアレイが、隣り合う軍事用および民生用の受信帯域をカバーするＳＡＴＣＯＭ受信向けに実装可能である。本アンテナ素子は、照準から６０度のコニカルスキャン容量よりも優れた広スキャン容量をもたらし、特定の周波数帯域にわたって優れた円偏波軸比率を維持する。本アンテナ素子設計は、軽量であり、非常に薄い。また、本アンテナ素子設計には、広角インピーダンス整合（「ＷＡＩＭ」）層またはレードームが必要なく、したがって、航空機の空力抵抗、ならびに集積化および保守の費用が非常に抑えられる。本アンテナ素子はまた、他の周波数帯域、およびフェーズドアレイアンテナの応用例にスケール化することも、伝送用素子として使用することも、ならびに見通し内通信リンク、信号インテリジェンス（「ＳＩＧＩＮＴ」）アレイ、レーダ、センサアレイなど、他のフェーズドアレイの応用例に使用することも可能である。

【0011】

本開示の実施形態を、平面または共形のＳＡＴＣＯＭフェーズドアレイアンテナの文脈で本明細書においては説明する。しかし、本開示の実施形態は、このような平面ＳＡＴＣＯＭの応用例に限定するものではなく、本明細書において説明する技法はまた、他の応用例において利用することもできる。例えば、諸実施形態は、共形アンテナ、有人および無人航空機のアンテナ、見通し内通信、センサアンテナ、レーダアンテナなどに適用可能である可能性がある。

【0012】

以下の詳細な説明においては、本明細書の一部を形成し、具体的な実施形態または例を例示として示す添付の図面を参照する。本明細書における図面は、縮尺通りには描かれていない。同様の符号は、いくつかの図全体を通じて同様の要素を示す。

【0013】

図１は、本明細書において説明する実施形態により、ＳＡＴＣＯＭ応用例向けの共形フェーズドアレイにおいて実装されるアンテナ素子１００の斜視図を示している。アンテナ素子１００は、２本のフィードライン１０４Ａおよび１０４Ｂに電気機械的に結合された単一の連結リング伝導性共振器１０２を含み、すべて、ファラデーケージ１０６で囲まれている。アンテナ素子１００は、２層、３層、４層、またはそれ以上の層を含む多層回路板において実装可能である。図１には、多層回路板の様々な層において実装された素子については示しているが、層間の基板または誘電体については示していないことが理解されるであろう。

【0014】

伝導性共振器１０２は、最上部の、表面層において実装され、受信すべき電磁周波数で共振するように働くことができる。実施形態によれば、伝導性共振器は、図３に関してより詳細に後述するように、同調用タブによって連結されている多重リング素子を含む。伝導性共振器は、金属化、マイクロストリップ、直接描画などを使用して、表面層において実装可能である。

【0015】

（本明細書においては、大まかにフィードライン１０４と呼ぶ）フィードライン１０４Ａ、１０４Ｂは、伝導性共振器１０２の下の第２の層において実装され、伝導性共振器に電磁的に結合されて、伝導性共振器から信号を送信および／または受信するために、伝導性共振器を駆動する。一実施形態によれば、フィードライン１０４Ａおよび１０４Ｂは、マイクロストリップトレースを使用して、第２の層において実装される。フィードライン１０４Ａはまた、金属化、直接描画などを使用して実装可能であることが理解されるであろう。電磁結合は、誘導結合、容量結合などを含んでもよい。

【0016】

ファラデーケージ１０６は、伝導性共振器１０２およびフィードライン１０４を遮蔽するように働くことができる。ファラデーケージ１０６は、最下層において実装される電磁遮蔽用接地面１１０と、接地面１１０に電磁的に結合され、最上層まで多層回路板の各層を通って上昇してくる複数の伝導性ビア１０８と、それぞれの層において直接実装され、ビア１０８を電磁的に結合し、伝導性共振器を囲む伝導性スリップとを含む。伝導性ストリップは、金属化、マイクロストリップ、直接描画などを使用して、それぞれの層において実装可能である。一実施形態によれば、伝導性ビア１０８は、多層回路板の各層を貫通して開けられ、銅または他の伝導性材料で充填またはめっきされた穴を含む。

【0017】

伝導性ストリップおよび伝導性ビア１０８を、図１に示すように、伝導性共振器１０２およびフィードライン１０４を囲んだ６角形状で配置して、アレイ内で隣接するアンテナ素子、隣接するデバイスの外部アンテナなどによって発生する電界など、底面および側面の外部電界から、アンテナ素子１００の伝導性共振器１０２およびフィードライン１０４を絶縁／遮蔽するように働くことができる導電性ケージを形成することができる。伝導性ストリップおよび伝導性ビア１０８は任意の他の多角形状で配置可能であり、それにより、限定はしないが、３角形、正方形、長方形、６角形、８角形などを含むアレイ内のアンテナ素子１００の実装が容易になることは理解されるであろう。別の実施形態において、ファラデーケージ１０６は、２０１１年４月１日に出願され、「ＤＵＡＬ Ｂａｎｄ Ａｎｔｅｎｎａ Ｅｌｅｍｅｎｔ ｗｉｔｈ Ｉｎｔｅｇｒａｌ Ｆａｒａｄａｙ Ｃａｇｅ ｆｏｒ ＳＡＴＣＯＭ Ｔｒａｎｓｍｉｔ Ｐｈａｓｅｄ Ａｒｒａｙｓ」と題された同時係属の米国特許出願第１３／９９９，９９９号に記載されるように実装され、同出願は、その全体を本参照によって本明細書に組み込まれる。

【0018】

図２は、一実施形態により、アンテナ素子１００の伝導性共振器１０２およびフィードライン１０４を囲み、４層で実装されたファラデーケージ１０６の側面図を示している。上述のように、ファラデーケージ１０６は、最下層、または図に示す層４において電磁遮蔽用接地面１１０を含むことが可能である。（本明細書においては、大まかに伝導性ストリップ２０２と呼ぶ）伝導性ストリップ２０２Ａ、２０２Ｂ、２０２Ｃは、図２にさらに示すように、多層回路板の上方層のそれぞれ、または層１、層２、および層３それぞれにおいて実装可能である。伝導性ビア１０８は、多層回路板の最上層、すなわち層１から、介在層、すなわち層２および層３を通って、底面層、すなわち層４において実装された底面接地面１１０まで貫通することが可能である。

【0019】

多層回路板の層間の基板または誘電体は、アリゾナ州のＲｏｇｅｒｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ ＣｈａｎｄｌｅｒによるＲＴ／ＤＵＲＯＩＤ（登録商標）５８７０／５８８０板など、低損失、低誘電率回路板材料で構成されていてもよい。多層回路板が任意の適切な低損失、低誘電率材料から構成されていてもよいことは理解されるであろう。一実施形態によれば、ＴＬ１と表記された第１の２つの層間の誘電体の厚さは、約２０ミル（０．５１ミリメートル）であってもよく、ＴＬ２およびＴＬ３と表記された残りの層間の厚さは、約３１ミル（０．７９ミリメートル）であってもよい。層１と、層２と、層３との間の接着剤層については、図には示していない。実装される層の数、層を一緒に接着する方法、ならびにアンテナ素子１００における層間の誘電体の厚さＴＬ１、ＴＬ２、およびＴＬ３を変更して、所望の全厚の共形アレイを形成すること、および隣り合うアンテナ素子からの結合を最小限にすることができるファラデーケージ１０６を実装することが可能であり、アンテナ素子は照準から６０度以上にスキャンダウンすることが可能になることが理解されるであろう。さらに、ファラデーケージ１０６の伝導性ビア１０８の数、大きさ、および間隔はまた、ケージおよびアンテナ素子の性能に影響を及ぼす可能性がある。一実施形態において、伝導性ビア１０８は、半径が約７ミル（０．１８ミリメートル）であってもよい。

【0020】

図３は、アンテナ素子１００の、最上層、層１において実装された例示的な連結リング伝導性共振器１０２を上から見た図を示している。上述のように、伝導性共振器１０２は、（本明細書においては、同調用タブ３０４と呼ぶ）同調用タブ３０４Ａおよび３０４Ｂなどの同調用タブによって連結される（本明細書においては、リング素子３０２と呼ぶ）リング素子３０２Ａおよび３０２Ｂなどの多重リング素子を備える。一実施形態によれば、連結リング伝導性共振器１０２は、２つのリング素子、外側リング素子３０２Ａと、４つの等間隔の同調用タブ３０４によって接続された内側リング素子３０２Ｂとを含むことが可能である。外側リング素子３０２Ａは、フィードライン１０４Ａ、１０４Ｂによって供給されるエネルギーを共振させ、一方、内側リング素子３０２Ｂおよび同調用タブ３０４の構造および構成は、所望の周波数帯域において働くことができる伝導性共振器１０２の「同調」を可能にする。

【0021】

別の実施形態において、内側リング素子３０２Ｂの内側半径ＲＲ１は、約３６．６ミル（０．９３ミリメートル）であってもよく、一方、外側リング３０２Ａの内側半径ＲＲ２は、約５３．６ミル（１．３６ミリメートル）であってもよい。内側リング３０２Ｂの厚さＴＲ１は、約６．２ミル（０．１６ミリメートル）であってもよく、外側リング素子３０２Ａの厚さＴＲ２は、約２４．８ミル（０．６３ミリメートル）であってもよく、リング間の隙間ＣＬＲ１は、約１０．８ミル（０．２７ミリメートル）である。それぞれの同調用タブ３０４は、内側幅Ｗ１が約２２．２ミル（０．５６ミリメートル）、および外側幅Ｗ２が約２７．７ミル（０．７０ミリメートル）であってもよい。この構造は、アンテナ素子１００の伝導性共振器１０２が、１７．７〜２１．２ＧＨｚの隣り合う民生用および軍事用のＳＡＴＣＯＭ受信帯域において最適に機能することを可能にすることができる。リング素子３０２および同調用タブ３０４の数、ならびにそれらに対応する寸法ＲＲ１、ＲＲ２、ＴＲ１、ＴＲ２、Ｗ１、Ｗ２、およびＣＬＲ１は、連結リング伝導性共振器１０２を同調させて、所望の周波数帯域において適切に動作するように変更可能であることが理解されるであろう。

【0022】

図３はさらに、アンテナ素子１００のファラデーケージ１０６を含む、最上層、層１において実装された伝導性ストリップ２０２Ａと、伝導性ビア１０８とを示している。図３に示すファラデーケージ１０６のコンポーネントは、図１に示すように、フェーズドアレイにおける１つのアンテナ素子とその隣り合うものとのファラデーケージ１０６の共用性質を表すために分割されている。さらには、伝導性共振器１０２およびフィードライン１０４に対するファラデーケージ１０６の大きさおよび構成は、意図された構成および動作周波数帯域においてアンテナ素子１００の最適な性能をもたらすよう、さらに調整可能である。

【0023】

図４は、アンテナ素子１００の、第２の層、層２において実装された例示的なフィードライン１０４Ａおよび１０４Ｂを上から見た図を示している。上述のように、アンテナ素子は、連結リング伝導性共振器１０２の下に設置され、共振器に電磁的に結合された２本のマイクロストリップフィードライン１０４Ａおよび１０４Ｂを備えることが可能である。一実施形態によれば、マイクロストリップフィードライン１０４Ａおよび１０４Ｂは、図４に示すように、互いに対して実質的に直角に設置され、上記の伝導性共振器１０２に容量的に結合される。例えば、マイクロストリップフィードライン１０４Ａおよび１０４Ｂは、互いに対して９０±５度に配向可能である。フィードライン１０４Ａと１０４Ｂとの直角構成は、アンテナ素子１００の２峰性動作をもたらし、それにより、受信すべき選択可能な右旋円偏波ＳＡＴＣＯＭ信号または左旋円偏波ＳＡＴＣＯＭ信号、あるいは他の応用例ではデュアル直交線形偏波信号が与えられる。

【0024】

フィードライン１０４Ａおよび１０４Ｂは、結合用ビア４０２によって信号源に接続可能であり、結合用ビア４０２は、マイクロストリップフィードラインの底面から、残りの層、層２および層３を通って、アンテナ素子１００の、底面層、層４での接地面１１０における開口４０４内に置かれているビアパッド（図示せず）まで及ぶ。別の実施形態において、フィードライン１０４Ａおよび１０４Ｂは、伝導性共振器１０２の下、約２０ミル（０．５０ミリメートル）に置かれ、厚さＴＲ３が約４ミル（０．１０ミリメートル）であり、結合用ビア４０２への接続点における半径ＲＲ３が約８ミル（０．２０ミリメートル）である。マイクロストリップフィードライン１０４Ａおよび１０４Ｂの両端部間の最小離隔距離ＭＳは、約１２ミル（０．３０ミリメートル）であってもよい。厚さＴＲ３、板層接着方法、半径ＲＲ３、最小離隔距離ＭＳ、ならびにフィードライン１０４Ａと１０４Ｂの長さおよび配置は、所望の周波数帯域においてアンテナ素子１００の最適な動作をもたらすように変更可能であることが理解されるであろう。

【0025】

結合用ビア４０２は、半径が約４ミル（０．１０ミリメートル）であってもよく、残りの層を通って、接地面１１０におけるビアパッドまで約６２ミル（１．５７ミリメートル）に及ぶ。ビアパッドは、半径が約８ミル（０．２０ミリメートル）であってもよく、一方、ビアパッドのための接地面１１０内の開口４０４は、半径が約１８．４ミル（０．４７ミリメートル）であってもよい。ビアパッドは、アンテナ素子１００におよびアンテナ素子１００から、独立した信号伝達をもたらす通信電子回路（やはり図示せず）にさらに電気的に結合可能である。図４はさらに、アンテナ素子１００のファラデーケージ１０６を含む、中間層、層２において実装された伝導性ストリップ２０２Ｂと、伝導性ビア１０８とを示している。図４に示すファラデーケージ１０６のコンポーネントは、図１に示すように、フェーズドアレイにおける１つのアンテナ素子とその隣り合うものとのファラデーケージ１０６の共用性質を表すために分割されている。

【0026】

本明細書において説明するアンテナ素子１００の実施形態は、最小限の大きさ、重量、および電力（「ＳＷＡＰ」）、ならびに最小限の集積化費用による単一の共形パッシブフェーズドアレイアンテナの構成を提供する。ＳＷＡＰは、多重狭帯域「ストーブの煙突のような」ＳＡＴＣＯＭ帯域のシステム、および関連する個別アンテナの設置をなくすことによって非常に抑えられる。実施形態は、少なくとも２つのＳＡＴＣＯＭの隣り合う受信周波数帯域をカバーすることが可能である一方、薄く、軽量であるフェーズドアレイアンテナをさらに提供する。実施形態は、他の周波数帯域、および見通し内通信リンク、ＳＩＧＩＮＴアレイ、レーダ、センサアレイなど、フェーズドアレイアンテナの応用例にスケール化することが可能である。

【0027】

図に示し本明細書に説明する連結リング伝導性共振器１０２、マイクロストリップフィードライン１０４、ならびにファラデーケージ１０６を含む伝導性ストリップ２０２および伝導性ビア１０８を含んだ様々なコンポーネントの構成および寸法は、アンテナ素子１００の例示的な実装形態を示し、本開示を読むと、他の実施形態が当業者には明らかになることが理解されるであろう。さらに、様々なコンポーネントは、追加されても、除外されても、または代用されてもよく、様々な技法が、本明細書において説明する技法を越えて、アンテナ素子１００の製造に使用可能である。本出願は、当技術分野において知られている任意のプロセスまたは方法によって製造されるアンテナ素子１００のすべてのこのような実装形態を含んでいることが意図される。

【0028】

次に図５を参照して、本明細書において説明する実施形態で提供される単一の共形フェーズドアレイによって、デュアル帯域ＳＡＴＣＯＭを行うための方法に関して詳細を提供することとする。本明細書において説明する様々な論理動作、構造的デバイス、作用、およびコンポーネントが、専用電子回路および電気回路に、汎用コンピュータデバイスのソフトウェアまたはファームウェアに、専用デジタル論理部に、ならびにそれらの任意の組合せに実装可能であることを理解されたい。また図に示すより、および本明細書において説明するより多い動作が実行されても、または少ない動作が実行されてもよいことも理解されたい。これらの動作はまた、本明細書において説明する動作と並行して実行されても、または異なる順序で実行されてもよい。

【0029】

図５は、一実施形態により、単一の共形フェーズドアレイによって、広帯域ＳＡＴＣＯＭ受信を行うためのルーチン５００を示している。ルーチン５００は、動作５０２で開始し、ここで、共形フェーズドアレイがいくつかのアンテナ素子を含んで実装され、アンテナ素子のうちの少なくとも１つは、図１に示し上述したアンテナ素子１００を含む。上述のように、アレイにおけるそれぞれのアンテナ素子１００は、連結リング伝導性共振器１０２、１つまたは複数のフィードライン１０４、および周囲のファラデーケージ１０６を含むことが可能であり、すべて、多層回路板内に実装される。ファラデーケージ１０６の伝導性ストリップ２０２および伝導性ビア１０８を、先の図１、図３、および図４に示すように、接地面１１０に電気的に結合し、伝導性共振器１０２およびフィードライン１０４を囲んだ６角形状で配置して、アレイ内で隣接するアンテナ素子によって発生する電界など、底面および側面の外部電界から、アンテナ素子１００の伝導性共振器１０２およびフィードライン１０４を絶縁／遮断するように働くことができる導電性ケージを形成することができる。伝導性ストリップおよび伝導性ビア１０８は任意の他の多角形状で配置可能であり、それにより、アレイ内のアンテナ素子１００の実装を容易にすることが理解されるであろう。さらに、１つのアンテナ素子１００のファラデーケージ１０６を含む伝導性ストリップ２０２および伝導性ビア１０８を、図１にさらに示すように、フェーズドアレイ内でその隣接するアンテナ素子と共用することもできる。

【0030】

動作５０２から、ルーチン５００は、動作５０４に進み、ここで、アンテナ素子１００のフィードライン１０４が、アンテナ素子１００におよび／またはアンテナ素子１００から、独立した信号伝達をもたらす通信電子回路に電気的に結合される。上述のように、通信電子回路は、専用電気回路、汎用コンピュータデバイスのソフトウェアまたはファームウェア、これらの任意の組合せなどを含むことが可能である。さらに、通信電子回路は、フェーズドアレイのアンテナ素子１００を含んでいる多層回路板において部分的に実装されても、または全面的に実装されてもよい。

【0031】

ルーチン５００は、動作５０４から動作５０６に進み、ここで、通信電子回路は、第１のＫ帯域の信号を受信するために伝導性共振器１０２に結合された１本または複数本のフィードライン１０４から信号を検出する。例えば、通信電子回路は、アンテナ素子１００を利用して、１７．７〜２０．２ＧＨｚの民生用ＳＡＴＣＯＭ受信Ｋ帯域の信号を受信することができる。一実施形態によれば、通信電子回路は、アンテナ素子１００において互いに対して実質的に直角に実装された２本のフィードライン１０４Ａおよび１０４Ｂを利用して、伝導性共振器１０２によって右旋円偏波信号または左旋円偏波信号（あるいは他の応用例ではデュアル直交線形偏波）を選択的に受信することができる。

【0032】

動作５０６から、ルーチン５００は動作５０８に進み、ここで、通信電子回路は、第２のＫ帯域の信号を受信するために伝導性共振器１０２に結合された１本または複数本のフィードライン１０４から信号を検出する。例えば、通信電子回路は、アンテナ素子１００を利用して、隣接する２０．２〜２１．２ＧＨｚの軍事用ＳＡＴＣＯＭ受信Ｋ帯域の信号を受信することができる。動作５０８から、ルーチン５００は終了する。

【0033】

図に示し、上述したように、多層回路板と、多層回路板の最上層において置かれ、１つまたは複数の同調用タブ３０４によって接続された複数のリング素子３０２を含んだ連結リング伝導性共振器１０２と、多層回路板の中間層において置かれ、連結リング伝導性共振器１０２に容量的に結合された第１のフィードライン１０４Ａおよび第２のフィードライン１０４Ｂと、多層回路板の底面層において置かれた電磁遮蔽用接地面１１０と、連結リング伝導性共振器１０２、第１のフィードライン１０４Ａおよび第２のフィードライン１０４Ｂを囲み、電磁遮蔽用接地面１１０に伝導的に結合されたファラデーケージ１０６とを含むアンテナ素子１００が開示される。一変形形態において、連結リング伝導性共振器１０２は、４つの同調用タブ３０４によって接続された内側リング素子３０２Ｂおよび外側リング素子３０２Ａを含む。一例において、第１のフィードライン１０４Ａは、第２のフィードライン１０４Ｂに対して実質的に９０度に配向され、それにより、アンテナ素子１００は、右旋円偏波信号および左旋円偏波信号をともに受信することが可能になる。

【0034】

一代替形態において、ファラデーケージ１０６は、底面層の上の多層回路板のそれぞれの層において置かれた伝導性ストリップ２０２と、伝導性ストリップ２０２を電磁遮蔽用接地面１１０に接続する複数の伝導性ビア１０８、４０２とを含む。別の代替形態において、多層回路板のそれぞれの層は、低損失、低誘電率材料によって分離される。さらに別の例において、アンテナ素子１００は、フェーズドアレイアンテナを形成するために、複数のアンテナ素子１００を用いて構築されるように構成されている。

【0035】

さらに別の例において、少なくとも２つの隣り合う衛星通信帯域において通信するシステムが開示され、本システムは、フェーズドアレイで構成されている複数のアンテナ素子１００を含み、複数のアンテナ素子１００のうちの少なくとも１つは、４つの同調用タブ３０４によって接続された内側リング素子３０２Ｂおよび外側リング素子３０２Ａを有する連結リング伝導性共振器１０２と、連結リング伝導性共振器１０２に容量的に結合された第１のフィードライン１０４Ａおよび第２のフィードライン１０４Ｂと、連結リング伝導性共振器１０２、第１のフィードライン１０４Ａおよび第２のフィードライン１０４Ｂ、ならびに第１のフィードライン１０４Ａおよび第２のフィードライン１０４Ｂに電気的に結合され、複数のアンテナ素子１００のうちの少なくとも１つに独立した信号伝達をもたらすように構成されている通信電子回路を遮蔽するように働くことができるファラデーケージ１０６とを含む。一変形形態において、第１のフィードライン１０４Ａおよび第２のフィードライン１０４Ｂは、連結リング伝導性共振器１０２を駆動するようにさらに働くことができる。別の変形形態において、第１のフィードライン１０４Ａは、第２のフィードライン１０４Ｂに対して実質的に９０度に配向される。さらに別の変形形態において、ファラデーケージ１０６は、少なくとも１つの伝導性ビア１０８、４０２によって複数の伝導性ストリップ２０２に結合された電磁遮蔽用接地面１１０を含む。

【0036】

別の例において、１つまたは複数の同調用タブ３０４によって接続された複数のリング素子３０２を含む連結リング伝導性共振器１０２と、連結リング伝導性共振器１０２に電磁的に結合されたフィードライン１０４と、連結リング伝導性共振器１０２およびフィードラインを遮蔽するように働くことができるファラデーケージ１０６とを備えるアンテナ素子１００が開示される。一変形形態において、連結リング伝導性共振器１０２は、４つの同調用タブ３０４によって接続された内側リング素子３０２Ｂおよび外側リング素子３０２Ａを含む。別の変形形態において、フィードライン１０４は、連結リング伝導性共振器１０２を駆動するように働くことができる。一代替形態において、フィードライン１０４は、連結リング伝導性共振器１０２から信号を受信するように働くことができる。一変形形態において、アンテナ素子１００は、第１のフィードライン１０４Ａおよび第２のフィードライン１０４Ｂを含み、第１のフィードライン１０４Ａが、第２のフィードライン１０４Ｂに対して実質的に９０度に配向される。別の変形形態において、第１のフィードライン１０４Ａおよび第２のフィードライン１０４Ｂは、アンテナ素子１００の連結リング伝導性共振器１０２の下に置かれ、連結リング伝導性共振器１０２に容量的に結合される。

【0037】

一代替形態において、ファラデーケージ１０６は、少なくとも１つの伝導性ビア１０８、４０２によって複数の伝導性ストリップ２０２に結合された電磁遮蔽用接地面１１０を含む。さらに別の代替形態において、本アンテナ素子は、複数の層を含み、複数の層のそれぞれは、低損失、低誘電率材料によって分離される。別の一代替形態において、連結リング伝導性共振器１０２は、最上層において置かれ、フィードライン１０４は、連結リング伝導性共振器１０２の下の中間層において置かれ、電磁遮蔽用接地面１１０は、底面層において置かれ、複数の伝導性ストリップ２０２のうちの１つが、底面層の上の複数層のそれぞれにおいて置かれる。さらに別の例において、アンテナ素子１００は、フェーズドアレイアンテナを形成するために、複数のアンテナ素子１００を用いて構築されるように構成されている。

【0038】

共形フェーズドアレイによって広帯域衛星通信（「ＳＡＴＣＯＭ」）を行うための例示的な方法が開示され、本方法は、複数のアンテナ素子１００のフェーズドアレイを実装するステップであって、アンテナ素子１００のうちの少なくとも１つが、１つまたは複数の同調用タブ３０４によって接続された複数のリング素子３０２を含んだ連結リング伝導性共振器１０２と、伝導性共振器１０２に電磁的に結合されたフィードラインと、フェーズドアレイ内で隣接するアンテナ素子１００の電界から、伝導性共振器１０２およびフィードライン１０４を遮蔽するように働くことができるファラデーケージ１０６とを含む、ステップ、少なくとも１つのアンテナ素子１００のフィードライン１０４を通信電子回路に結合するステップ、通信電子回路を利用して、第１のＳＡＴＣＯＭ受信帯域における信号を受信するために連結リング伝導性共振器１０２を駆動するステップ、ならびに通信電子回路を利用して、第２のＳＡＴＣＯＭ受信帯域における信号を受信するために連結リング伝導性共振器１０２を駆動するステップを含む。

【0039】

一変形形態において、本方法は、ＳＡＴＣＯＭ帯域における信号を、少なくとも１つのアンテナ素子１００の連結リング伝導性共振器１０２およびフィードライン１０４を通じて通信電子回路で受信するステップを含む。別の変形形態において、伝導性共振器１０２は、４つの同調用タブ３０４によって接続された内側リング素子３０２Ｂおよび外側リング素子３０２Ａを含む。別の変形形態においては、少なくとも１つのアンテナ素子１００において、第１のフィードライン１０４Ａが、第２のフィードライン１０４Ｂに対して実質的に９０度に配向され、それにより、通信電子回路は、右旋円偏波信号および左旋円偏波信号をともに、またはデュアル直交線形偏波信号を選択的に受信することが可能になる。一変形形態において、ファラデーケージ１０６は６角形状を含んでおり、それにより、ファラデーケージ１０６の伝導性ストリップ２０２および伝導性ビア１０８、４０２は、フェーズドアレイ内で隣接するアンテナ素子１００と共用される。

【0040】

上述に基づいて、フェーズドアレイの広帯域連結リングアンテナ素子の技術が本明細書において提供されることを理解されたい。上述の主題は、例としてのみ与えられ、限定するものと解釈すべきでない。様々な修正形態および変更形態が、図示および説明する例示的な実施形態および応用例を経ることなく、かつ以下の特許請求の範囲に規定される本発明の真の趣旨および範囲から逸脱することなく、本明細書において説明した主題に対してなされてもよい。

【符号の説明】

【0041】

１ 層
２ 層
３ 層
４ 層
１００ アンテナ素子
１０２ 共振器
１０４ フィードライン
１０６ ファラデーケージ
１０８ ビア
１１０ 接地面
２０２ ストリップ
３０２ リング素子
３０４ タブ
４０２ ビア
４０４ 開口
５００ ルーチン
５０２ 動作
５０４ 動作
５０６ 動作
５０８ 動作
ＴＬ１ 厚さ
ＴＬ２ 厚さ
ＴＬ３ 厚さ
ＲＲ１ 内側半径
ＲＲ２ 内側半径
ＲＲ３ 半径
ＴＲ１ 厚さ
ＴＲ２ 厚さ
ＴＲ３ 厚さ
ＣＬＲ１ 隙間
Ｗ１ 内側幅
Ｗ２ 外側幅
ＭＳ 最小離隔距離

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】