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(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】6193488
(24)【登録日】2017年8月18日
(45)【発行日】2017年9月6日
(54)【発明の名称】アンテナ装置
(51)【国際特許分類】
H01Q 11/10 20060101AFI20170828BHJP
H01P 5/10 20060101ALI20170828BHJP
H01P 7/08 20060101ALI20170828BHJP
【ＦＩ】
H01Q11/10
H01P5/10 A
H01P7/08
【請求項の数】17
【全頁数】16
(21)【出願番号】特願2016-523790(P2016-523790)
(86)(22)【出願日】2014年6月17日
(65)【公表番号】特表2016-529771(P2016-529771A)
(43)【公表日】2016年9月23日
(86)【国際出願番号】US2014042698
(87)【国際公開番号】WO2014209678
(87)【国際公開日】20141231
【審査請求日】2016年2月3日
(31)【優先権主張番号】13/925,109
(32)【優先日】2013年6月24日
(33)【優先権主張国】US
(73)【特許権者】
【識別番号】503455363
【氏名又は名称】レイセオン カンパニー
(74)【代理人】
【識別番号】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(74)【代理人】
【識別番号】100091214
【弁理士】
【氏名又は名称】大貫 進介
(72)【発明者】
【氏名】ラルッシ，アメデオ
(72)【発明者】
【氏名】グリッツ，マイケル・エイ
(72)【発明者】
【氏名】コミュー，ジョナサン・ピー
【審査官】
佐藤 当秀
(56)【参考文献】
【文献】
米国特許出願公開第２０１２／０２４９３７４（ＵＳ，Ａ１）
【文献】
特開平１０−１６３７１０（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００１−１０２６９６（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特開２００８−０２８８３６（ＪＰ，Ａ）
【文献】
MAKOTO HIRANO, KENJIRO NISHIKAWA, ICHIHIKO TOYODA, SHINJI AOYAMA, SUEHIRO SUGITANI, KIMIYOSHI YAMASAKI，Three-Dimensional Passive Circuit Technology For Ultra-Compact MMIC's，IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES，IEEE，１９９５年１２月，Vol. 43, No. 12，pp. 2845 - 2850
【文献】
DAE-WON LEW, JUN-SEOK PARK, DAL AHN, NAM-KEE KANG, CHEN SEI YOO, JAE-BONG LIN，A Design of the Ceramic Chip Balun Using the Multilayer Configuration，IEEE TRANSACTIONS ON MICROWAVE THEORY AND TECHNIQUES，米国，IEEE，２００１年 １月，Vol. 49, No. 1，pp. 220 - 224
【文献】
JIANG WANN-BING, JIN LONG, YANG SHI-ZHAO，Design of a Miniaturized Balun Using Low Temperature Co-fired Ceramic Technology，2010 IEEE Electrical Design of Advanced Package & Systems Symposium (EDAPS) Proceedings，IEEE，２０１０年１２月，pp. 1 - 4
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｈ０１Ｐ ３／０８
Ｈ０１Ｐ ５／１０
Ｈ０１Ｐ ７／０８
Ｈ０１Ｑ １１／００
ＩＥＥＥ Ｘｐｌｏｒｅ
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
誘電体材料の複数の層と、
前記誘電体材料の最上層に組み込まれるアンテナであって、当該アンテナの表面が前記誘電体材料の最上層の外表面に対して実質的に平行であるアンテナと、
前記アンテナに結合され、前記誘電体材料の１つ又は複数の層に埋め込まれた導電性で階段状のバランであって、平面状区間の層及び環状区間の層を交互に含み、前記環状区間のうちの第１及び第２の環状区間は、前記第１の環状区間と前記第２の環状区間との間に位置する平面状区間に関して互い違いの位置に配置されている、バランと
を備え、前記アンテナは穴を有し、前記バランは、前記バランに前記アンテナを結合するために前記穴を経由して延びるように構成される円筒形の区間を有し、前記誘電体材料の複数の層内の前記バランの形状は前記アンテナの長さを電気的に伸ばす、サブコンパクトなアンテナ装置。
前記誘電体材料の最上層に組み込まれるアンテナであって、当該アンテナの表面が前記誘電体材料の最上層の外表面に対して実質的に平行であるアンテナと、
前記アンテナに結合され、前記誘電体材料の１つ又は複数の層に埋め込まれた導電性で階段状のバランであって、平面状区間の層及び環状区間の層を交互に含み、前記環状区間のうちの第１及び第２の環状区間は、前記第１の環状区間と前記第２の環状区間との間に位置する平面状区間に関して互い違いの位置に配置されている、バランと
を備え、前記アンテナは穴を有し、前記バランは、前記バランに前記アンテナを結合するために前記穴を経由して延びるように構成される円筒形の区間を有し、前記誘電体材料の複数の層内の前記バランの形状は前記アンテナの長さを電気的に伸ばす、サブコンパクトなアンテナ装置。
【請求項2】
前記誘電体材料の層の間に少なくとも１つの導電層をさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項3】
前記少なくとも１つの導電層が前記穴を含み、当該穴を通って前記バランが延びている、請求項２に記載の装置。
【請求項4】
前記少なくとも１つの導電層が、接地層である、請求項２に記載の装置。
【請求項5】
前記誘電体材料の複数の層が、誘電体材料の１１の層を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項6】
前記誘電体材料の第２の層と第３の層との間の導電層、及び前記誘電体材料の第３の層と第４の層との間の導電層をさらに備える、請求項５に記載の装置。
【請求項7】
前記アンテナが平面アンテナである、請求項１に記載の装置。
【請求項8】
前記アンテナがＷ帯域、Ｖ帯域、又は両方において信号を受信するように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項9】
前記アンテナが対数周期歯状アンテナである、請求項１に記載の装置。
【請求項10】
前記対数周期歯状アンテナが、放射状の対称的な区間を有する、請求項９に記載の装置。
【請求項11】
前記バランが、前記複数の層のうちの少なくとも一部分に埋め込まれ、一部分を貫通して前記アンテナに対して実質的に直角の方向に延びる、請求項１に記載の装置。
【請求項12】
前記環状区間の空洞は誘電体材料で埋められている、請求項１に記載の装置。
【請求項13】
前記バランから電気信号を受信するように結合されたインピーダンス変成器をさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項14】
前記アンテナの前記表面が、前記最上層の前記表面と同一平面である、請求項１に記載の装置。
【請求項15】
誘電体材料の複数の層と、
実質的に平面の２つの導電性区間を備える対数周期歯状の平面的なアンテナであって、前記導電性区間は前記誘電体材料の最上層に組み込まれ、前記平面の区間の上面が前記誘電体材料の最上層の外表面に対して実質的に直角である、アンテナと、
少なくとも２つの導電性区間を有する導電性のバランであって、前記導電性区間の各々は、前記アンテナの前記平面の区間のうちの１つに結合され、前記誘電体材料の１つ又は複数の層に埋め込まれ、前記バランは、前記誘電体材料の層のうちの少なくともいくつかを貫通して、前記アンテナの前記平面の導電性区間に対して実質的に直角の方向に延び、前記導電性のバランは、互い違いの階段状パターンで配列される平面状区間及び環状区間の交互層を含み、前記環状区間のうちの第１及び第２の環状区間は、前記第１の環状区間と前記第２の環状区間との間に位置する平面状区間に関して互い違いの位置に配置されている、バランと、
を有し、前記アンテナは穴を有し、前記バランは、前記バランに前記アンテナを結合するために前記穴を経由して延びるように構成される円筒形の区間を有し、前記誘電体材料の複数の層内の前記バランの形状は前記アンテナの長さを電気的に伸ばす、装置。
実質的に平面の２つの導電性区間を備える対数周期歯状の平面的なアンテナであって、前記導電性区間は前記誘電体材料の最上層に組み込まれ、前記平面の区間の上面が前記誘電体材料の最上層の外表面に対して実質的に直角である、アンテナと、
少なくとも２つの導電性区間を有する導電性のバランであって、前記導電性区間の各々は、前記アンテナの前記平面の区間のうちの１つに結合され、前記誘電体材料の１つ又は複数の層に埋め込まれ、前記バランは、前記誘電体材料の層のうちの少なくともいくつかを貫通して、前記アンテナの前記平面の導電性区間に対して実質的に直角の方向に延び、前記導電性のバランは、互い違いの階段状パターンで配列される平面状区間及び環状区間の交互層を含み、前記環状区間のうちの第１及び第２の環状区間は、前記第１の環状区間と前記第２の環状区間との間に位置する平面状区間に関して互い違いの位置に配置されている、バランと、
を有し、前記アンテナは穴を有し、前記バランは、前記バランに前記アンテナを結合するために前記穴を経由して延びるように構成される円筒形の区間を有し、前記誘電体材料の複数の層内の前記バランの形状は前記アンテナの長さを電気的に伸ばす、装置。
【請求項16】
アンテナ区間の二次元アレイを備えるイメージングシステムであって、各アンテナ区間が、
誘電体材料の複数の層と、
２つの実質的に平面の導電性区間を備える対数周期歯状の平面的なアンテナであって、前記導電性区間は前記誘電体材料の最上層に組み込まれ、前記平面の区間の上面が前記誘電体材料の最上層の外表面に対して実質的に直角である、アンテナと、
少なくとも２つの導電性区間を有する導電性のバランであって、前記導電性区間の各々は、前記アンテナの前記平面の区間のうちの１つに結合され、前記誘電体材料の１つ又は複数の層に埋め込まれ、前記導電性のバランは、平面状区間及び環状区間の交互層を含み、前記環状区間のうちの第１及び第２の環状区間は、前記第１の環状区間と前記第２の環状区間との間に位置する平面状区間に関して互い違いの位置に配置されている、バランと、
を有し、前記アンテナは穴を有し、前記バランは、前記バランに前記アンテナを結合するために前記穴を経由して延びるように構成される円筒形の区間を有し、前記誘電体材料の複数の層内の前記バランの形状は前記アンテナの長さを電気的に伸ばす、イメージングシステム。
誘電体材料の複数の層と、
２つの実質的に平面の導電性区間を備える対数周期歯状の平面的なアンテナであって、前記導電性区間は前記誘電体材料の最上層に組み込まれ、前記平面の区間の上面が前記誘電体材料の最上層の外表面に対して実質的に直角である、アンテナと、
少なくとも２つの導電性区間を有する導電性のバランであって、前記導電性区間の各々は、前記アンテナの前記平面の区間のうちの１つに結合され、前記誘電体材料の１つ又は複数の層に埋め込まれ、前記導電性のバランは、平面状区間及び環状区間の交互層を含み、前記環状区間のうちの第１及び第２の環状区間は、前記第１の環状区間と前記第２の環状区間との間に位置する平面状区間に関して互い違いの位置に配置されている、バランと、
を有し、前記アンテナは穴を有し、前記バランは、前記バランに前記アンテナを結合するために前記穴を経由して延びるように構成される円筒形の区間を有し、前記誘電体材料の複数の層内の前記バランの形状は前記アンテナの長さを電気的に伸ばす、イメージングシステム。
【請求項17】
前記環状区間のうち隣接するもの同士は互いに重ならない、請求項１に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
[0001]本文書に開示する主題は、アンテナシステムに関し、より詳しくは、イメージングシステム用アンテナアレイ素子に関する。
【背景技術】
【0002】
[0002]多くの現代のイメージングアンテナの適用例は、アレイアンテナに（広）帯域幅を必要とする。さらに、これらの適用例の多くは、アンテナ素子間に高い分離と低い交差偏波とをやはり必要とする。さらに望ましい量は、複雑な偏波較正の必要性を低減するために、アレイアンテナの素子が、異なる偏波に対して一致した位相中心を有することである。イメージングアレイは、材料選択、材料適合（ヒント：誘電体層）の装置設計開発及びフォトニック検出器（画素）アレイを製造する製造プロセスにおいて顕著な難題を提示する。アンテナ設計は相対的に製造するのが容易で費用が低いことも一般に望ましい。サイズ及び重量の制約により、適用例によっては、アンテナが軽量であり、相対的に薄型であることも望ましいことであり得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
したがって、アンテナ設計に一般に必要とされるのは、これらの様々な属性の一部又は全部を提供できることである。
【課題を解決するための手段】
【0004】
[0003]本明細書に説明する概念、システム、回路、及び技法の一態様によれば、アレイアンテナが、誘電体材料の複数の層と、対数周期歯状平面アンテナとを備える。平面アンテナは、２つの実質的に平面の導電性区間を含み、導電性区間は誘電体材料の最上層にはめ込まれ、その結果、平面の区間の上面は、誘電体材料の最上層の外表面に対して実質的に直角である。アンテナは、少なくとも２つの導電性区間を備え、導電性区間の各々がアンテナの平面の区間のうちの１つに結合された、導電性バランであって、誘電体材料の１つ又は複数の層に埋め込まれた導電性バランも含む。バランは、誘電体材料の層のうちの少なくともいくつかを貫通して、アンテナの平面の導電性区間に対して実質的に直角の方向に延びる。バランの少なくとも２つの導電性区間は、互い違いの階段状パターンで配列される。
【0005】
[0004]別の実施形態において、イメージングシステムが、アンテナ区間の二次元アレイを備え、各アンテナ区間は、誘電体材料の複数の層と、対数周期歯状平面アンテナとを含む。平面アンテナは、２つの実質的に平面の導電性区間を含み、導電性区間は誘電体材料の最上層にはめ込まれ、その結果、平面の区間の上面は誘電体材料の最上層の外表面に対して実質的に直角である。アンテナは、少なくとも２つの導電性区間を備え、導電性区間の各々がアンテナの平面の区間のうちの１つに結合された、導電性バランであって、誘電体材料の１つ又は複数の層に埋め込まれた導電性バランも含む。バランは、誘電体材料の層のうちの少なくともいくつかを貫通して、アンテナの平面の導電性区間に対して実質的に直角の方向に延びる。バランの少なくとも２つの導電性区間は、互い違いの階段状パターンで配列される。
【0006】
[0005]前述の特徴は、以下の図面の説明からより完全に理解することができる。図面は、本出願に開示する例示的な実施形態と技術の例とを示す。したがって、例示及び図面の範囲は、本開示の範囲を限定すると解釈してはならず、むしろ、開示されるものの例を提供するとみなすべきである。
【0007】
[0006]図中の同じ参照符号は、同じ要素又は同様の要素を表すことができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】[0007]例示的なイメージングアレイアンテナを示す図である。
【図2】[0008]例示的なアンテナ素子の透視図である。
【図6】[0013]１つ又は複数の穴を有する接地面の図である。
【図8】[0015]バランに結合された接触パッドの図である。
【図9】[0016]バランに結合された接触パッドとインピーダンス変成器との図である。
【図10A】[0017]アンテナの例示的な実施形態の性能を示すグラフである。
【図10B】アンテナの例示的な実施形態の性能を示すグラフである。
【図10C】アンテナの例示的な実施形態の性能を示すグラフである。
【図10D】アンテナの例示的な実施形態の性能を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0009】
[0018]図１はアレイアンテナ１０の実施形態を示す図である。アレイアンテナ１０は、帯域幅が相対的に広い、複数の異なる偏波において動作することができる。アレイアンテナ１０は、アンテナ素子１２の間に非常に低い交差偏波で動作することもできる。一実施形態において、アンテナ素子１２は、図１．Ｉに示すアンテナ素子に直交した第２のアンテナ素子を追加することによって二重偏波化することができる。
【0010】
[0019]各アンテナ素子は、イメージングシステム用に画素を提供することができる。各アンテナによって提供された画素は、編集し、処理して画像を形成することができる。小型の又はサブコンパクトなアンテナ素子１２の使用により、処理画像の画素密度が増大する。したがって、アレイアンテナ１０は、イメージングシステム、例えば、無作為に発生した体温からの電磁放射を受け、放射線源の画像を形成するシステムに好適である。
【0011】
[0020]一実施形態において、アレイアンテナ１０は、以下で議論する層状基板を備える。基板は、ドープシリコンダイなどの半導体基板又は誘電体材料の層を有する他の基板でよい。実施形態において、基板は、基板の異なる層が異なる誘電特性を有するように構築することができる。
【0012】
[0021]基板は、図１に示すようにアンテナ素子１２の二次元アレイに分割することができる。実施形態において、製造時に、アンテナ素子１２は、基板内又は基板上に形成することができる。別の実施形態において、アンテナ素子１２は、個々に構築し、その後アレイ中に配列することができる。アンテナ素子のアレイは、二次元アレイとして示されるが、直線アレイ、一連の直線アレイ、一連の二次元アレイなどでもよい。
【0013】
[0022]図２はアンテナ構成部品１２の等角投影図である。実施形態において、アンテナ構成部品１２はサブコンパクトなアンテナである。アンテナ構成部品１２は、辺長が０．６２５λ０である正方形表面を有することができ、ここで、λ０は動作の波長、すなわち、アンテナ構成部品１２によって受信される周波数である。実施形態において、アンテナ構成部品１２は、周波数帯域を有する信号を受信するように設計することができ、その場合、中心周波数は波長がλ０である。他の実施形態において、アンテナ構成部品１２は、長方形、三角形、円形、又は他の形状を有する。
【0014】
[0023]アンテナ構成部品１２は、マイクロ波スペクトルにおいて、例えば、Ｗ帯域（すなわち、７５〜１１０ＧＨｚ）において、Ｖ帯域（すなわち、５０〜７５ＧＨｚ）において、Ｕ帯域（すなわち、４０〜６０ＧＨｚ）において、又は任意の他のマイクロ波周波数範囲において、放射を受信するように設計することができる。Ｗ帯域を例として使用すると、アンテナ構成部品１２がＷ帯域信号を受信するように設計される場合、λ０は１１ｘ１０−１２メートルとなるように選択することができ、それは、９０ＧＨｚの中心周波数におおよそ相関することができる。λ０は、アンテナアレイ１０及び／又はアンテナ構成部品１２の設計要件により、及び受信される所望の中心周波数又は周波数帯域により、任意の波長として選択することもできる。いくつかの実施形態において、λ０は、Ｗ帯域における波長として選択することができ、結果として得られるアンテナ構成部品１２は、Ｖ帯域、Ｕ帯域、Ｆ帯域、Ｄ帯域などの他の帯域において信号を首尾よく受信することができ得る。
【0015】
[0024]図２に示すように、アンテナ構成部品１２は、基板２００と、１つ又は複数のアンテナ素子２０２、２０４とを含む。アンテナ素子２０２及び２０４は、銅などの導電材料で形成することができ、アンテナ素子２０２及び２０４によって受信されたマイクロ波信号を表す差分信号を生じる対数平面アンテナを形成することができる。一実施形態において、アンテナ素子２０２及び２０４は、ダイポールアンテナを形成することができる。アンテナ素子２０２及び２０４は、限定はしないが、金属、セラミック、電解質、炭素もしくはグラファイトベースの材料、導電性ポリマーなどを含む他の導電材料で形成することもできる。
【0016】
[0025]図３Ａは、材料の複数の層を示す基板２００の断面である。基板２００は、アンテナ素子２０２（及び／又は２０４）が存在することができる誘電体材料の第１の層３０２を含む。一実施形態において、第１の層３０２は、アンテナ構成部品１２とアンテナアレイ１０との上面を形成することができる。アンテナ素子２０２及び２０４は、アンテナ素子２０２及び２０４の表面が第１の層３０２の外表面と同一平面になるように、第１の層３０２内に埋め込む又ははめ込むことができる。アンテナ素子２０２及び２０４は、同じ厚さを有するものとして示されるが、第１の層３０２の厚さより大きい又は小さい厚さを有することができる。アンテナ素子は、より小さい厚さを有する場合、第１の層３０２を端から端まで延びない可能性があり、アンテナ素子は、より大きな厚さを有する場合、第１の層３０２を貫通して第２の層３０４内に延びることができる。
【0017】
[0026]一実施形態において、第１の層３０２及び第２の層３０４は、誘電体エポキシ材料を備える。この材料は約２．９の誘電率と約０．０４の誘電正接とを有することができる。製造時に、層３０４を基板２００上に形成することができる。続いて、アンテナ素子２０２及び２０４を、層３０４の表面上にマスキングする及び／又はエッチングする（又は他の方法で形成する）ことができる。アンテナ素子２０２及び２０４が形成されると、誘電体材料の層３０２をアンテナ素子２０２及び２０４によって覆われない領域内において層３０４の上に堆積させることができる。あるいは、層３０２が層３０４及びアンテナ素子の両方を覆うように、層３０２の誘電体材料を基板２００の表面上に堆積させることができる。一実施形態において、次いで、アンテナ素子２０２及び２０４が露出され、アンテナ素子２０２及びアンテナ素子２０４の表面が層３０２の表面と同一平面になる又は平行になるまで、材料を基板２００の上面から除去することができる。しかし、アンテナ素子２０２及び２０４を露出させるための材料の除去は、必要条件ではない。
【0018】
[0027]層３０２、３０４、３０８、及び３１２は、同じ又は同様の誘電体エポキシを備えることができる。上記のように、層３０２、３０４、３０８、及び３１２内の誘電体エポキシは、約２．９の誘電率と約０．０４の誘電正接とを有することができる。これらの定数は例としてのみ提供され、層３０２、３０４、３０８、及び３１２内の材料は、所望通り、他の誘電率と誘電正接とを有することができる。また、層３０２、３０４、３０８、及び３１２は、所望であれば、異なる誘電体材料で形成することができる。
【0019】
[0028]層３０６及び３０８は導電層である。例えば、層３０６及び３０８は、銅、アルミニウム、金、又は任意の他の種類の導電材料でよい。一実施形態において、層３０６及び３０８は、接地基準に電気的に接続され、アンテナアレイ１０の接地面として働く。
【0020】
[0029]参照符号３１４は基板２００の多層区間を表す。区間３１４におけるこれらの層は、層３０２、３０４、３０６、３０８、３１０、及び／又は３１２よりも相対的に薄くてよい。したがって、これらの層３１４は、図３Ｂにおいて分解され、拡大される。
【0021】
[0030]図３Ｂに示すように、基板２００は、層３１６、３１８、３２０、３２２、３２４、３２６、及び／又は３２８を含む。一実施形態において、層３１６は、ポリイミドなどの誘電体材料でよく、６．５の誘電率と０．０１の誘電正接とを有することができる。層３１８〜３２８は、二酸化ケイ素、ドープ二酸化ケイ素、他の二酸化ケイ素合成物、ガラス、ガラス状炭素、又は所望の誘電特性を有する他の材料などの誘電体材料でもよい。一実施形態において、基板２００の層は、以下の表による特性を有する。
【0022】
【表1】
【0023】
[0031]上記の表は、基板２００における層の例示的な実施形態を示し、本開示の範囲を限定することは意図されていない。上記の層は除去することができ、設計要件によって必要とされる異なる特性を有する材料に置き換えることができ、又は変更することができる。
【0024】
[0032]図４Ａ、４Ｂ、及び４Ｃは、アンテナ素子２０２及び２０４の例示である。アンテナ素子２０２及び２０４は、ある種の対数周期歯状平面アンテナでよい。上記のように、アンテナアレイ１０内の各アンテナ構成部品１２は、もう１つのアンテナ素子２０２及び／又は２０４を含むことができる。上記のように、アンテナ素子２０２及び２０４は、銅などの導電材料を備えることができる。アンテナ素子２０２及び２０４は、実質的に平坦、すなわち、平面でよく、誘電体材料の第１の層３０２にはめ込む又は埋め込むことができる。
【0025】
[0033]アンテナ素子２０２及び２０４は、対数周期歯状平面アレイアンテナを備えることができ、その場合、アンテナ素子２０２は、対数周期平面アンテナの一方の側であり、アンテナ素子２０４は、対数周期平面アンテナの他方の側である。一実施形態において、アンテナ素子２０２は、おおよそ三角形である中心体４０４を有し、三角形の点又は頂点が中心点４０２において又は中心点４０２の近くに終端する。中心体４０４から延びるのは、一連の歯又は葉４０６である。葉４０６は、本体４０４から延び、中心点４０２に対して曲率又は半径を有する。中心点４０２に最も近い葉４０６は、相対的に幅と長さとがより小さくてよく、中心点４０２からもっと遠い葉４０６は、中心点４０２から遠ければ遠いほど、幅と長さとが増大することができる。図示するように、葉４０６は、中心点４０２からのそれらの距離に対して互い違いのパターンで本体４０４から延びる。言い換えれば、本体４０４が中心点４０２から半径方向に延びるので、葉４０６は、まず、本体４０４の一方の側から延び、次いで、他方の側に延びるなどし、その結果、葉４０６は両側を互い違いにする。
【0026】
[0034]一実施形態において、アンテナの葉４０６は、スパイラル平面アンテナの形状を近似することができる。しかし、葉４０６は、スパイラルを形成しなくてよい。例えば、葉４０６の曲率は、スパイラルパターンに従うことができる。他の実施形態において、葉４０６は、図４Ａ〜４Ｃに示すように、円形，楕円形、半円形、又は弧状パターンを有することができる。
【0027】
[0035]一実施形態において、アンテナ素子２０２及び２０４は、各々、本体４０４の一方の側に４つの葉４０６と、本体４０４の他方の側に５つの葉とを有することができる。しかし、これは必要条件ではない。アンテナ素子２０２及び２０４は、より多くの又はより少ない葉４０６を本体４０４の各側に有することができる。葉４０６は、中心点４０２からの距離が増大するにつれて、長さと厚さとが増大することができる。
【0028】
[0036]アンテナ素子２０２は穴４０８も含むことができる。図４Ａ、４Ｂ、及び４Ｃに示すように、穴４０８は、中心点４０２に相対的に近接して配置される。穴４０８は、バラン構造体の一部分が穴４０８を通って延びることを可能にするくらいに十分に大きく、穴４０８の内表面がバランと電気的接触をするように十分に小さい直径を有することができる。
【0029】
[0037]アンテナ素子２０２及び２０４は放射対称性であり得る、すなわち、アンテナ素子２０２及びアンテナ素子２０４は、中心点４０２を中心にして同一であり得る。したがって、アンテナ素子２０４は、限定はしないが、本体４０４と、葉４０６と、穴４０８とを含むアンテナ素子２０４に関する上記の特徴を少なくともすべて含むことができる。
【0030】
[0038]図５Ａ、５Ｂは、アンテナ構成部品１２に含まれるバラン５０２の断面を示す。図５Ａは、アンテナ構成部品１２の基板内に埋め込まれたバラン５０２を示し、図５Ｂは、アンテナ構成部品１２の基板から離れたバラン５０２を示し、図５Ｃは、バラン５０２の等角図を示す。バラン５０２は、銅などの導電材料を備えることができる。一実施形態において、バラン５０２は、アンテナ素子２０２及び／又は２０４と同じ材料で形成される。しかし、これは必要条件ではない。
【0031】
[0039]バラン５０２は、基板２００を貫通してアンテナ素子２０２及び２０４に対して実質的に直角に延びる。バラン５００を基板内まで延ばすことによって、アンテナ構成部品１２は、アンテナ素子２０２及び２０４並びにバラン５０２によって使用される面積及び体積が低減されるので、サブコンパクトな配列で構築することができる。
【0032】
[0040]バラン５０２は、アンテナ素子２０２及びアンテナ素子２０４に電気的に接続されるとき、アンテナ素子２０２及びアンテナ素子２０４の電気長を延ばすように働くことができ、その結果、アンテナ長がアンテナ構成部品１２によって受信される意図された周波数の４分の１波長の倍数、すなわち、電気長がλ０／４、λ０／２、λ０などと同じ又は同様である。しかし、これは必要条件ではない。例えば、アンテナの電気長が高周波数において４分の１波長であり得るが、アンテナによってやはり受信され得る、より遅い周波数では４分の１波長未満であり得る。これは、少なくとも部分的に、誘電体材料の層に埋め込まれるバラン５０２によるものであり、それによって、バラン５０２の電気長が効果的に増大する。
【0033】
[0041]バラン５０２は、アンテナのインピーダンス、容量、抵抗、及び他の電気特性に影響を及ぼすことによって、アンテナの長さを電気的に延ばす働きをする。前に説明したように、バラン５０２は、基板２００誘電体層内に埋め込むことができる。また、誘電体材料は、図５Ｃに示すように、バラン５０２内の空隙を埋めることができる。基板材料を貫通するバラン５０２の幾何形状により、バラン５０２は、アンテナのインピーダンス及び容量に影響を及ぼして、アンテナの電気長を効果的に延ばすことが可能になり得る。
【0034】
[0042]アンテナ及び／又はバランの電気長は、意図された周波数の４分の１波長未満でよい。周知のように、アンテナの電気長を延ばすことは、アンテナによる意図された周波数の受信を助けることができる。実施形態において、アンテナ及び／又はバランの電気長は、意図された周波数の４分の１波長未満でよい。例えば、バラン５０２が埋め込まれ、バラン５０２内の空隙を埋める誘電体材料は、バラン５０２に電気特性を与え、バランをその物理的寸法よりも電気的に長いように見せる（すなわち、働く）。
【0035】
[0043]図５Ａに示すように、バラン５０２は、基板２００の複数の層を貫通して延びることができる。一実施形態において、バラン５０２は、層３０２、３０４、３０８及び３１２（図３Ａ参照）の誘電体エポキシ材料内に埋め込まれる。いくつかの実施形態において、バラン５０２は、層３１６〜３２８（図３Ｂ参照）内に埋め込む又は層３１６〜３２８を貫通して延びることもできる。
【0036】
[0044]バラン５０２は、導電層３０６及び３０８を貫通することもできる。したがって、導電層３０６及び３０８は、１つ又は複数の穴を含むことができ、１つ又は複数の穴を通ってバラン５０２は延びることができ、その結果、バラン５０２は、層３０６及び３０８と直接電気的接触をせず、層３０６及び３０８は接地に結合することができる。図６を簡単に参照すると、導電層３０６（又は同様の層）が上面図から示される。導電層３０６（及び／又は導電層３１０）は、１つ又は複数の穴６０２を含み、１つ又は複数の穴６０２を通ってバラン５０２は延びることができ、その結果、バラン５０２は導電層３０６（及び／又は導電層３１０）と方向接触しない。
【0037】
[0045]図５Ｂ及び５Ｃをもう一度参照すると、バラン５０２は、一連の環状区間５０４を備える。環状区間５０４は、図５Ｃに示すように、中空コア５０６を有する実質的に円筒形の導電素子でよい。実施形態において、中空コア５０６は、誘電体材料で埋めることができ、誘電体材料は、基板２００の層を備える誘電体エポキシと同じ又は同様であり得る。環状区間はすべて同じ直径を有することができ、又は所望により異なる直径を有することができる。
【0038】
[0046]環状区間５０４は、各々、実質的に平面の導電素子５１０に結合された上端部５０７と下端部５０８とを有することができる。環状区間５０４及び導電素子５１０は、接続されて横断パターンを形成し、そこで、環状区間５０４が導電素子５１０に対して互い違いの位置に設置される。このいわゆる互い違いの階段状パターンは、線５１２によって示されるように、実質的に互い違いの又はジグザグの伝導経路を形成する。これにより、バラン５１２は、アンテナ構成部品１２がマイクロ波信号を受信するように十分に長い伝導経路を提供することが可能になり、基板２００内でバラン５１２によって使用される面積及び／又は体積の量を節約する。
【0039】
[0047]バラン５１２の各側に３つの環状区間５０４を有するものとして示すが、バラン５０２は、所望により、３つよりも多い又は少ない環状区間（したがって、３つよりも多い又は少ない導電素子５１０）を含むことができる。環状区間５０４の数を低減することにより、バラン５０２の電気長を低減することができ、環状区間５０４の数を増大させることにより、バラン５０２の電気長を増大させることができる。
【0040】
[0048]バラン５０２は、バラン５０２をアンテナ素子２０２及び２０４に電気的に結合する１つ又は複数のアンテナコネクタ５１４も含む。アンテナコネクタ５１４は、図７Ａ及び７Ｂに示すように、アンテナ素子２０２及び２０４内の穴４０８を通って延びることができる。したがって、アンテナコネクタ５１４は、コネクタ５１４の外表面が穴４０８の内表面と電気的に接触するように十分に大きい直径を有することができる。
【0041】
[0049]アンテナコネクタ５１４は、実質的に円筒形状を有する環状コネクタでよく、中空コア５０６を有することができる。中空コア５０６は、基板２００の１つ又は複数の層に使用される誘電体材料と同様の又は同じ誘電体材料で埋めることができる。一実施形態において、コネクタ５１４及び穴４０８の直径は、環状区間５０４の直径よりも小さくてよい。しかし、これは必要条件ではない。他の実施形態において、コネクタ５１４及び穴４０８の直径は、環状区間５０４の直径と同じかそれより大きくてよい。
【0042】
[0050]図５Ｂをもう一度参照すると、バラン５０２は、１つ又は複数の端子コネクタ５１６も備えることができる。端子コネクタ５１６は、誘電体材料で埋められた中空コア（図示せず）を有する、実質的に円筒形の環状区間でもよい。誘電体材料は、基板２００の１つ又は複数の層を備えた誘電体材料と同様又は同じでよい。
【0043】
[0051]実施形態において、端子コネクタ５１６は、アンテナ構成部品１２から信号を受信することができる外部回路に結合される。例えば、端子コネクタ５１６は、増幅器、フィルタ、プロセッサ、又は別の回路であってアンテナ構成部品１２がマイクロ波送信及び信号を受信するときアンテナ構成部品１２によって結合された信号を受信し処理することができる回路に結合され得る。一実施形態において、端子コネクタ５１６は、端子コネクタ５１６との外部電気的接続をすることができるように底部基板２００を貫通して延びる。別の実施形態において、端子コネクタ５１６は、基板２００内に埋め込まれ、基板２００まで外部に延びるコネクタに結合される。
【0044】
[0052]例えば、図８に示す実施形態を参照すると、端子コネクタ５１６が接続パッド８０２に結合されている。接続パッド８０２は、基板２００を貫通して延びる端子コネクタ５１６の部分に接触するように、基板２００の底部上に設置する又は基板２００の底部に近接して設置することができる。あるいは、接続パッド８０２は、基板２００の材料内に埋め込むことができる。接続パッド８０２は、バラン５１２と外部回路との電気的接続を容易にするために、銅や金などの導体で製作することができる。
【0045】
[0053]接続パッド８０２は、図９の信号リード線などの信号リード線に結合することができる。信号リード線９０２は、基板２００まで外部に延びることができ、アンテナによって受信された信号を受信し処理する外部回路に接続することができる。一実施形態において、信号リード線９０２は、アンテナ構成部品１２から信号を受信する外部低雑音増幅器（ＬＮＡ）及び／又はフィルタに結合される。図示しないが、信号リード線は、各接続パッド８０２に結合し、各接続パッド８０２から延びることができる。
【0046】
[0054]導体９０４を信号リード線９０２に隣接して配置することができる。一実施形態において、導体９０２を信号リード線９０２より下に配置することができる。導体９０４は、接地基準に結合することができ、その結果、導体９０４は、信号リード線９０２上の信号の信号品質を高める接地面として働く。さらに／あるいは、導体９０４は、アンテナと外部回路との接続の信号経路のインピーダンスを整合させるインピーダンス変成器として働くことができる。
【0047】
[0055]図１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、及び１０Ｄは、上記のアンテナの例示的な実施形態の性能を示すグラフである。図１０Ａは、周波数λ０における視野と実現利得とを示す三次元プロットである。図１０Ｂは、Ｗ帯域及びＶ帯域における周波数を含むことによる二次元視野と実現利得とである。図１０Ｃは、アンテナによって受信された信号のピーク利得対周波数のグラフである。図１０Ｃにおいて、縦軸は利得を表し、横軸は周波数を表す。横軸上の周波数は、低帯域内周波数から高帯域内周波数までの範囲にわたる。図１０Ｄは、隣接して設置された４つのアンテナ構成部品１２の間の分離性能を示すグラフである。図１０Ｄにおいて、縦軸はデシベルを表し（その場合、縦軸の最上部は−３０ｄＢである）、横軸は低帯域内周波数から高帯域内周波数までの範囲にわたる周波数を表す。
【0048】
[0056]図１及び図２をもう一度参照すると、マイクロ波送信又は信号を受信するためにアンテナ構成部品１２を使用することができる。アンテナ構成部品１２は、単一の（すなわち、独立型の）素子として使用することができ、又はアンテナアレイ１０中に組み込むことができる。動作において、アンテナアレイ１０は、多重マイクロ波送信を受信することができる。言い換えれば、アンテナアレイ１０内の各アンテナ構成部品１２は、別個のマイクロ波送信を受信することができる。アンテナアレイ１０に使用されるとき、各アンテナ構成部品１２は、フォトニック検出器を表し、各アンテナ構成部品１２によって生じた信号は、続いて、元の信号源の二次元画像を形成するように処理され再構築される得る画素を表す。実施形態において、元の信号源は無作為の熱を発生する人体、すなわち、無作為に発生される熱の源である。アンテナ構成部品１２及びアンテナアレイ１０は、イメージング、ミサイル誘導、標的化、監視などを含む、様々な適用例において有用であり得る。
【0049】
[0057]上記の説明において、様々な特徴、技法、及び概念がイメージングアンテナアレイ及びアンテナ構成部品の文脈で説明されている。しかし、これらの特徴は、イメージングアレイ内の使用に限定されないことを理解されたい。すなわち、説明された特徴のほとんどが、任意の種類のアンテナ適用例において実装され得る。
【0050】
[0058]次に、本開示によるサブコンパクトなアンテナ装置が、誘電体材料の複数の層と、誘電体材料の最上層にはめ込まれ、その結果、アンテナの表面が誘電体材料の最上層の外表面に対して実質的に平行であるアンテナと、アンテナに結合され、誘電体材料の１つ又は複数の層に埋め込まれた導電性階段状バランとを含むことを理解されたい。アンテナ装置は、以下の特徴のうちの１つ又は複数を、独立して、又は誘電体材料の層の間の少なくとも１つの導電層を含む別の特徴と組み合わせて、含むことができ、少なくとも１つの導電層が、それを通ってバランが延びる穴を含み、少なくとも１つの導電層が接地層であり、誘電体材料の複数の層が、誘電体材料の１１の層、誘電体材料の第２の層と第３の層との間に導電層、及び誘電体材料の第３の層と第４の層との間に導電層を含み、アンテナが平面アンテナであり、アンテナがＷ帯域、Ｖ帯域、又は両方において信号を受信するように構成され、アンテナが対数周期歯状アンテナであり、対数周期歯状アンテナが放射対称性区間を備え、アンテナが穴を含み、バランが穴を通って延びてアンテナをバランに結合するように適合された円筒形区間を備え、バランが複数の層のうちの少なくとも一部分に埋め込まれ、及び一部分を貫通してアンテナに対して実質的に直角の方向に延び、バランが階段状バランであり、階段状バランが実質的に平面の部分と実質的に環状の部分とを備え、環状の部分の空洞が誘電体材料で埋められ、平面の部分と環状の部分とが横断パターンで配列され、インピーダンス変成器がバランから電気信号を受信するように結合され、アンテナの表面が最上層の表面と同一平面である。
【0051】
[0059]次に、本開示による装置が、誘電体材料の複数の層と、２つの実質的に平面の導電性区間を備えた対数周期歯状平面アンテナであって、導電性区間が、誘電体材料の最上層にはめ込まれ、その結果平面の区間の上面が誘電体材料の最上層の外表面に対して実質的に直角である対数周期歯状平面アンテナと、少なくとも２つの導電性区間を備え、導電性区間の各々がアンテナの平面の区間のうちの１つに結合された、導電性バランであって、誘電体材料の１つ又は複数の層に埋め込まれた導電性バランとを含み、バランが、誘電体材料の層のうちの少なくともいくつかを貫通して、アンテナの平面の導電性区間に実質的に直角の方向に延び、少なくとも２つの導電性区間が、互い違いの階段状パターンで配列されることも理解されたい。
【0052】
[0060]次に、本開示によるイメージングシステムが、各アンテナ区間が、誘電体材料の複数の層と、２つの実質的に平面の導電性区間であって、誘電体材料の最上層にはめ込まれ、その結果、平面の区間の上面が誘電体材料の最上層の外表面に対して実質的に直角である導電性区間を備えた対数周期歯状平面アンテナと、少なくとも２つの導電性区間を備え、導電性区間の各々がアンテナの平面の区間のうちの１つに結合された、導電性バランであって、誘電体材料の１つ又は複数の層に埋め込まれた導電性バランとを備える、アンテナ区間の二次元アレイ含むことも理解されたい。
【0053】
[0061]本発明の例示的な実施形態を説明したので、それらの概念を組み込んだ他の実施形態も使用できることが当業者にはこれで明らかになろう。本明細書に含まれる実施形態は、開示された実施形態に限定されてはならず、むしろ、添付の特許請求の範囲の精神及び範囲によってのみ限定されるべきである。本明細書に引用するすべての出版物及び参考文献は、参照によりそれらの全体において本明細書に明示的に組み込まれる。