特許 6574303 モノリシック・フェーズドアレイ・アンテナ・システム

(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】6574303

(24)【登録日】2019年8月23日

(45)【発行日】2019年9月11日

(54)【発明の名称】モノリシック・フェーズドアレイ・アンテナ・システム

(51)【国際特許分類】

   H01Q 21/06 20060101AFI20190902BHJP

   H01Q 13/10 20060101ALI20190902BHJP

【ＦＩ】

   H01Q21/06

   H01Q13/10

【請求項の数】13

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2018-510348(P2018-510348)

(86)(22)【出願日】2016年8月11日

(65)【公表番号】特表2018-525936(P2018-525936A)

(43)【公表日】2018年9月6日

(86)【国際出願番号】US2016046588

(87)【国際公開番号】WO2017034821

(87)【国際公開日】20170302

【審査請求日】2018年2月23日

(31)【優先権主張番号】14/837,954

(32)【優先日】2015年8月27日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】503178185

【氏名又は名称】ノースロップ グラマン システムズ コーポレイション

【氏名又は名称原語表記】ＮＯＲＴＨＲＯＰ ＧＲＵＭＭＡＮ ＳＹＳＴＥＭＳ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(74)【代理人】

【識別番号】100142907

【弁理士】

【氏名又は名称】本田 淳

(72)【発明者】

【氏名】サンチェス、ビクター シー．

【審査官】 赤穂 美香

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／０２１４９８０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／００３８４９５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許第０６９６７６２４（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／０２１８２５１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１５／０１６２６６５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特表２０１４−５２７４７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 CHURCH，Additive Manufacturing: The Next Frontier for Research, Business and Opportunity，NSF Workshop on Frontiers of Additive manufacturing Research and Education，米国，National Science Foundation，２０１３年 ７月１２日，pp.1-27，ＵＲＬ，http://nsfam.mae.ufl.edu/Slides/Church.pdf

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｑ １／００−２５／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

単一導電材料のモノリシック構造として形成されるフェーズドアレイ・アンテナ・システムであって、
グランドプレーンと、
前記グランドプレーンの第１面に導電結合され、アレイ状に形成された複数のアンテナトランス素子と、
前記第１面とは反対側である前記グランドプレーンの第２面に形成されるとともに導電結合され、前記複数のアンテナトランス素子のそれぞれとの間で無線周波数信号を伝搬するように構成された複数のコネクタと、
信号導体であって、前記複数のアンテナトランス素子のうちの関連付けられた１つを貫通して延びるとともに、前記複数のアンテナトランス素子のうちの前記関連付けられた１つと前記複数のアンテナトランス素子のうちの隣接する１つとの間の自由空間内に延びて前記信号導体と前記複数のアンテナトランス素子のうちの前記関連付けられた１つと前記隣接する１つとの間で励振相互作用をもたらすことにより前記無線周波数信号を無線で送受信する前記信号導体と
を備えるフェーズドアレイ・アンテナ・システム。

【請求項2】

前記複数のアンテナトランス素子は、前記グランドプレーンに対して前記複数のアンテナトランス素子のそれぞれの対の間にバラン空洞を形成するとともに、前記複数のアンテナトランス素子のそれぞれの対の間にトランス間隙を形成して自由空間に対するインピーダンスマッチングを提供する寸法を有する、請求項１に記載のフェーズドアレイ・アンテナ・システム。

【請求項3】

前記複数のアンテナトランス素子の各々は、前記グランドプレーンからそれぞれ離間する方向に各々延びる複数の側壁を含み、前記複数の側壁の各々は、それぞれの当該側壁を貫通する複数孔のパターンを含む、請求項１に記載のフェーズドアレイ・アンテナ・システム。

【請求項4】

前記複数のコネクタの各々は、前記複数のアンテナトランス素子のうちの１つに関連付けられており、
前記複数のコネクタの各々は、前記単一導電材料からなる前記信号導体を含み、前記信号導体は、前記複数のアンテナトランス素子のうちの前記関連付けられた１つの下方において前記第１面から前記第２面まで前記グランドプレーンを貫通して延びている、請求項１に記載のフェーズドアレイ・アンテナ・システム。

【請求項5】

前記信号導体は、前記複数のアンテナトランス素子のうちの前記関連付けられた１つと前記複数のアンテナトランス素子のうちの隣接する第１のアンテナトランス素子との間の自由空間内において第１の方向に延びる第１の信号導体であり、
第２の信号導体が、前記複数のアンテナトランス素子のうちの前記関連付けられた１つと前記複数のアンテナトランス素子のうちの隣接する第２のアンテナトランス素子との間の自由空間内において第２の方向に延びており、
前記第２の方向が、前記無線周波数信号のそれぞれ第１および第２の直交偏波をもたらすように前記第１の方向に対して直交している、請求項４に記載のフェーズドアレイ・アンテナ・システム。

【請求項6】

前記信号導体は、前記複数のアンテナトランス素子のうちのそれぞれ１つと前記複数のアンテナトランス素子のうちの隣接する１つとの間において同軸接続の内側導体として設けられており、前記複数のアンテナトランス素子のうちの前記関連付けられた１つは、前記同軸接続の外側導体として設けられている、請求項４に記載のフェーズドアレイ・アンテナ・システム。

【請求項7】

前記複数のアンテナトランス素子のうちの前記関連付けられた１つは、前記信号導体が前記複数のアンテナトランス素子のうちの前記関連付けられた１つを貫通して延びることにより、前記信号導体を実質的に囲む、前記グランドプレーンに対する導電結合部を含み、前記導電結合部が前記同軸接続の前記外側導体に相当する、請求項６に記載のフェーズドアレイ・アンテナ・システム。

【請求項8】

フェーズドアレイ・アンテナ・システムを形成する方法であって、
前記フェーズドアレイ・アンテナ・システムを形成するように構成された付加製造機に前記フェーズドアレイ・アンテナ・システムに関する寸法データをロードすること、
前記フェーズドアレイ・アンテナ・システムを単一導電材料のモノリシック構造として前記付加製造機により形成することであって、前記フェーズドアレイ・アンテナ・システムが、グランドプレーンと、前記グランドプレーンの第１面上に配置された複数アンテナトランス素子のアレイと、前記第１面とは反対側である前記グランドプレーンの第２面上に形成された複数のコネクタとを含み、前記複数のコネクタが、前記複数アンテナトランス素子のアレイのそれぞれのアンテナトランス素子との間でそれぞれの信号の部分を伝搬するように構成されている、形成すること、
前記複数のコネクタの各々に関連付けられ、前記グランドプレーンと前記複数アンテナトランス素子のうちの関連付けられた１つを貫通して延びるとともに、導電結合される前記複数アンテナトランス素子のうちの前記関連付けられた１つから前記複数アンテナトランス素子のうちの隣接する１つまでの間の自由空間内を延びる信号導体を同軸接続の内側導体として形成すること
を含む方法。

【請求項9】

前記フェーズドアレイ・アンテナ・システムを形成することは、前記付加製造機により誘電体材料から前記フェーズドアレイ・アンテナ・システムを形成することを含み、
金属化プロセスを介して前記誘電体材料上に前記単一導電材料を形成することをさらに備える請求項８に記載の方法。

【請求項10】

前記複数アンテナトランス素子の各々は、前記グランドプレーンからそれぞれ離間する方向に各々延びる複数の側壁を含み、前記複数アンテナトランス素子を形成することは、前記複数アンテナトランス素子の各々の前記複数の側壁の各々を貫通する複数孔のパターンを形成することを含む、請求項９に記載の方法。

【請求項11】

前記フェーズドアレイ・アンテナ・システムを形成することは、前記付加製造機により前記単一導電材料から前記フェーズドアレイ・アンテナ・システムを形成することを含む、請求項８に記載の方法。

【請求項12】

前記フェーズドアレイ・アンテナ・システムを形成することは、
前記グランドプレーンに対して前記複数アンテナトランス素子のそれぞれの対の間にバラン空洞を形成すること、
前記複数アンテナトランス素子のそれぞれの対の間にトランス間隙を形成して自由空間に対するインピーダンスマッチングを提供すること、
を含む、請求項８に記載の方法。

【請求項13】

前記フェーズドアレイ・アンテナ・システムを形成することは、
前記複数アンテナトランス素子のうちの前記関連付けられた１つを、前記複数のコネクタのそれぞれ１つから前記複数アンテナトランス素子のうちの前記隣接する１つまでの前記同軸接続の外側導体として形成すること、
を含む、請求項８に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、概して通信に関し、具体的には、モノリシック・フェーズドアレイ・アンテナ・システムに関する。

【背景技術】

【0002】

アンテナは電気信号からのエネルギーを自由空間を伝播する波に変換し、それによって無線信号を送受信するために様々な目的のために実装される。アンテナは、様々な方法および様々な用途で製造され得る。アンテナの１つのタイプにフェーズドアレイ・アンテナがある。フェーズドアレイ・アンテナは、アレイの有効放射パターンが所望の方向において強化され不所望の方向において抑制されるようにアンテナに供給されるそれぞれの信号の相対位相が設定されるアンテナアレイを含む。同様に、アンテナのアレイ配置は、アンテナのそれぞれ１つで受信信号が受信される順序に基づいて受信信号の方向を決定するものとされ得る。フェーズドアレイ・アンテナにおけるアンテナ間の位相の関係は、タワーアレイのように一定であってもよく、またはビームステアリングのように調整可能であってもよい。このように、フェーズドアレイ・アンテナは様々な無線通信用途で有用であり得る。

【発明の概要】

【0003】

一実施形態は、フェーズドアレイ・アンテナ・システムを記載する。システムは、単一導電材料からなるグランドプレーンを含む。また、システムは、前記グランドプレーンの第１面上にそれぞれ前記単一導電材料によりアレイ状に形成され、無線で信号を送受信するように構成された複数のアンテナトランス素子を含む。さらに、システムは、前記第１面とは反対側である前記グランドプレーンの第２面上にそれぞれ前記単一導電材料により形成された複数のコネクタを含む。前記複数のコネクタは、前記複数のアンテナトランス素子との間で、前記信号のそれぞれの部分を伝搬するように構成され得る。前記単一導電材料は、フェーズドアレイ・アンテナ・システムが、前記グランドプレーンと前記複数のアンテナトランス素子と前記複数のコネクタとの導電結合を相互にもたらすモノリシック構造として形成されるように、連続的とすることができる。

【0004】

別の実施形態は、フェーズドアレイ・アンテナ・システムを形成する方法を記載する。方法は、前記フェーズドアレイ・アンテナ・システムを形成するように構成された付加製造機に前記フェーズドアレイ・アンテナ・システムに関する寸法データをロードすることを含む。また、方法は、前記フェーズドアレイ・アンテナ・システムを単一導電材料のモノリシック構造として前記付加製造機により形成することを含む。前記フェーズドアレイ・アンテナ・システムは、グランドプレーンと、前記グランドプレーンの第１面上に配置された複数アンテナトランス素子のアレイと、前記第１面とは反対側である前記グランドプレーンの第２面上に形成された複数のコネクタとを含み得る。前記複数のコネクタは、前記複数アンテナトランス素子のアレイのそれぞれのアンテナトランス素子との間でそれぞれの信号の部分を伝搬するように構成され得る。

【0005】

別の実施形態は、フェーズドアレイ・アンテナ・システムを記載する。システムは、グランドプレーンと、前記グランドプレーンの第１面に導電結合され、アレイ状に形成された複数のアンテナトランス素子とを含む。前記複数のアンテナトランス素子の各々は、前記グランドプレーンに対して前記複数のアンテナトランス素子のそれぞれの対の間にバラン空洞を形成するとともに、前記複数のアンテナトランス素子のそれぞれの対の間にトランス間隙を形成して自由空間に対するインピーダンスマッチングをもたらす寸法を有し得る。システムは、前記第１面とは反対側である前記グランドプレーンの第２面に形成されるとともに導電結合され、前記複数のアンテナトランス素子のそれぞれとの間で無線周波数信号を伝搬するように構成された複数のコネクタを含む。また、システムは、前記複数のコネクタと前記複数のアンテナトランス素子との間の複数の同軸接続を含む。前記複数のコネクタの各々は、前記複数のアンテナトランス素子のうちの１つに関連付けられ得る。前記複数のコネクタの各々は、単一導電材料からなる信号導体を前記複数の同軸接続のそれぞれの内側導体として含む。前記信号導体は、前記複数の同軸接続のそれぞれの外側導体に相当する前記複数のアンテナトランス素子のうちの前記関連付けられた１つから、前記複数のアンテナトランス素子のうちの隣接する１つまで貫通して延びている。前記フェーズドアレイ・アンテナ・システムは、単一導電材料のモノリシック構造として形成されている。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】フェーズドアレイ・アンテナ・システムの例を示す図。

【図2】フェーズドアレイ・アンテナ・システムの例示的な概略図。

【図3】フェーズドアレイ・アンテナ・システムの一部の例示的な概略図。

【図4】フェーズドアレイ・アンテナ・システムの一部の別の例示的な概略図。

【図5】フェーズドアレイ・アンテナ・システムを形成する方法の例を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0007】

本発明は、概して通信に関し、具体的には、モノリシック・フェーズドアレイ・アンテナ・システムに関する。モノリシック・フェーズドアレイ・アンテナ・システムは、後に金属化される金属または誘電体とすることができる単一構造として形成され得る。モノリシック・フェーズドアレイ・アンテナ・システムは、多数の無線通信やレーダー用途での広帯域動作に適用可能である。モノリシック・フェーズドアレイ・アンテナ・システムは、トランス素子群のアレイから構成され得る。トランス素子群は、例えば、トランス素子群に対してバラン空洞を形成するグランドプレーン上のアンテナトランス素子群の付加製造（additive manufacturing）（例えば、三次元印刷）等によって全てモノリシックに製造される。また、フェーズドアレイ・アンテナ・システムは、アンテナトランス素子の下方においてグランドプレーン上に形成される複数のコネクタを含み得る。複数のコネクタは各々、通信信号を伝搬する信号導体を含み得る。フェーズドアレイ・アンテナ・システムは単一導電材料から形成され得るため、完全に連続的に（例えば、ＤＣグランドに）導電結合されるものとされ得る。その結果、フェーズドアレイ・アンテナ・システムは、所与のコネクタからアンテナ放射素子に対してそれぞれの信号を変換して励振するストリップ線路およびバラン部材を組み込んだプリント回路基板（ＰＣＢ）の使用を省略することができる。

【0008】

各アンテナトランス素子は、通信および／またはレーダー用途において、所与の信号を生成するための特定の波状パラメータを容易にする特定の寸法で製造することができる。また、アンテナトランス素子の１つに関連付けられた各コネクタは、同軸内において少なくとも１つの隣接するアンテナトランス素子に導電結合されている。信号導体は、それぞれ１つのコネクタに結合され得る。そして、信号導体は、関連付けられた１つのアンテナトランス素子の下方から同軸接続の内側導体として延び、同軸接続の外側導体を形成する関連付けられた１つのアンテナトランス素子の側部を通じて、隣接する１つのアンテナトランス素子まで延びることにより、その隣接するアンテナトランス素子の外部に導電結合され得る。関連付けられたアンテナトランス素子を介してそれぞれ隣接するアンテナトランス素子へ接続する各コネクタの接続部の同軸配置は、２つの直交方向がアンテナトランス素子を介して伝搬する信号の偏波成分を形成するように、それら２つの直交方向の双方において提供され得る。

【0009】

図１は、フェーズドアレイ・アンテナ・システム１０の一例を示す。フェーズドアレイ・アンテナ・システム１０は、様々な無線通信および／またはレーダー用途において実装され得る。フェーズドアレイ・アンテナ・システム１０は、グランドプレーン１２を含み、このグランドプレーン１２上には、図１の例ではＸＺアレイで示されるアレイ状に複数のアンテナトランス素子１４が形成されている。アンテナトランス素子１４は、グランドプレーン１２の第１側に形成され、その第１側とは反対側であるグランドプレーン１２の第２側に形成された複数のコネクタ（図示せず）と関連付けられ得る。これらコネクタは、フェーズドアレイ・アンテナ・システム１０で送受信される無線信号に関連付けられ得る電気信号を伝搬するように構成され得る。本明細書で詳細に説明されるように、コネクタは、同軸接続でアンテナトランス素子１４に接続され、アンテナトランス素子１４の励振を提供することによりフェーズドアレイ・アンテナ・システム１０との間で信号の送受信を可能とする。

【0010】

一例として、フェーズドアレイ・アンテナ・システム１０は、モノリシック構造として製造され得る。例えば、フェーズドアレイ・アンテナ・システム１０は、グランドプレーン１２、アンテナトランス素子１４、およびコネクタが全て単一導電材料から形成されるように付加製造プロセス（例えば、３次元印刷）により形成され得る。例えば、グランドプレーン１２、アンテナトランス素子１４、およびコネクタは、付加製造プロセスを介して単一導電材料から形成され得る。別の例として、グランドプレーン１２、アンテナトランス素子１４、およびコネクタは、付加製造プロセスを介して誘電体材料から形成され、それらグランドプレーン１２、アンテナトランス素子１４、およびコネクタ、すなわち、フェーズドアレイ・アンテナ・システム１０全体を単一導電材料で被膜するように金属化（metalized）される。代替的な例として、フェーズドアレイ・アンテナ・システム１０のモノリシック構成は、圧縮成形、射出成形などの他のプロセスにより製造でき、あるいはバルク成形、シート成形化合物、または熱可塑性プリプレグ複合部品および構造を使用するなどの任意の他の所望の方法で形成することができる。

【0011】

その結果、フェーズドアレイ・アンテナ・システム１０のモノリシック構成は、グランドプレーン１２、アンテナトランス素子１４、およびコネクタが全て互いに導電結合され得るものとなり得る。本明細書で詳細に説明されるように、アンテナトランス素子１４に対するグランドプレーン１２のモノリシック構成は、アンテナトランス素子１４がグランドプレーン１２に対してバランを形成し得るものとすることができる。したがって、フェーズドアレイ・アンテナ・システム１０は、典型的なフェーズドアレイ・アンテナ・システムとは対照的に、所与のコネクタからアンテナ放射素子１４に対してそれぞれの信号を変換して励振するストリップ線路およびバラン部材を組み込んだプリント回路基板（ＰＣＢ）の使用を省略することができる。

【0012】

図２は、フェーズドアレイ・アンテナ・システム５０の例示的な概略図を示す。一例として、フェーズドアレイ・アンテナ・システム５０は、図１の例におけるフェーズドアレイ・アンテナ・システム１０に対応し得る。このフェーズドアレイ・アンテナ・システム５０は、ＸＺアレイに配置された複数のアンテナトランス素子５２を示している。図２の例では、フェーズドアレイ・アンテナ・システム５０は、アンテナトランス素子５２のＸ行およびＹ列を含み、各アンテナトランス素子５２は「行＿列」の命名規則によって指定される。図１の例におけるフェーズドアレイ・アンテナ・システム１０は、３６個のアンテナトランス素子１４の６×６アレイを示しているが、フェーズドアレイ・アンテナ・システム５０は、アンテナトランス素子５２の任意のＸ×Ｙ配置を含むことができる。ここで、ＸおよびＹは各々正の整数であり、同じでもよいし異なっていてもよい。

【0013】

フェーズドアレイ・アンテナ・システム５０は、各アンテナトランス素子５２に関連付けられ、フェーズドアレイ・アンテナ・システム５０によって受信されるかまたは送信される信号を伝播するように構成された少なくとも１つのコネクタ５４を含む。例えば、コネクタ５４は、フェーズドアレイ・アンテナ・システム５０から送信されるＲＦ周波数で変調された電気信号を提供するように構成された信号送信機に結合されるか、またはフェーズドアレイ・アンテナ・システム５０を介して受信した電気信号を復調するように構成された信号受信機に導電結合され得る。各コネクタ５４は、信号が伝搬する信号導体５６を含み得る。信号導体５６は、複数のアンテナトランス素子５２が形成されたグランドプレーン（例えば、グランドプレーン１２）および関連付けられた１つのアンテナトランス素子５２を貫通している。また、信号導体５６は、関連付けられた１つのアンテナトランス素子５２から、隣接するアンテナトランス素子５２と結合するべくＸ方向およびＹ方向の各々に延びて、その隣接するアンテナトランス素子５２と導電結合している。

【0014】

各アンテナトランス素子５２に関連付けられた少なくとも１つのコネクタ５４に関して、フェーズドアレイ・アンテナ・システム５０は、それぞれのアンテナトランス素子５２から延びる各信号導体５６に対して単一のコネクタまたは別個のコネクタ５４を含み得ることが理解され得る。例として、各アンテナトランス素子５２は、Ｘ方向に延びる信号導体５６に関連付けられた第１のコネクタ５４と、Ｚ方向に延びる信号導体５６に関連付けられた別個のコネクタ５４とを含み得る。本明細書で詳細に説明されるように、信号導体５６は、それぞれの信号導体５６の間で隣接するアンテナトランス素子５２の共振を介して送信または受信される信号を伝搬し得る。Ｘ方向に延びる信号導体５６は、Ｘ方向に偏波される無線送信信号の励振を提供したり、受信した無線信号のＸ方向偏波成分を受信したりすることができる。同様に、Ｚ方向に延びる信号導体５６は、Ｚ方向に偏波される無線送信信号の励振を提供したり、受信した無線信号のＺ方向偏波成分を受信したりすることができる。

【0015】

本明細書の説明において「関連付けられたアンテナトランス素子」または「複数のアンテナトランス素子のうちの関連付けられた１つ」とは、それぞれのコネクタ５４の上方（例えば、Ｙ方向）に配置されたアンテナトランス素子５２の１つを指し、信号導体５６は、そのアンテナトランス素子５２を通じて、単一導電材料によるフェーズドアレイ・アンテナ・システム５０のモノリシック構成に基づく間接的な導電結合にもかかわらず、直接的な導電結合なしに延在する。従って、「隣接するアンテナトランス素子」または「複数のアンテナトランス素子のうちの隣接する１つ」とは、関連付けられたアンテナトランス素子５２に隣接するアンテナトランス素子５２の１つを指す。本明細書で詳細に説明されるように、アンテナトランス素子５２のうちの関連付けられた１つは、それぞれのコネクタ５４と隣接するアンテナトランス素子５２との間における同軸接続の外側導体に対応し得る一方、信号導体５６はその同軸接続の内側導体に対応する。また、本明細書で詳細に説明されるように、複数のアンテナトランス素子５２のそれぞれの対の間における信号導体５６の延長部分は、そのアンテナトランス素子５２の対に関連付けられたトランス間隙に関して、そのアンテナトランス素子５２の対の励振を提供して、信号導体５６と自由空間との間のインピーダンスマッチングを提供する。

【0016】

図３は、フェーズドアレイ・アンテナ・システムの一部の例示的な概略図１００を示す。その一部が概略図１００に示されたフェーズドアレイ・アンテナ・システムは、図１および図２のそれぞれの例におけるフェーズドアレイ・アンテナ・システム１０，５０に対応し得る。概略図１００は、第１のアンテナトランス素子１０２、および図３の例では破線の輪郭でのみ示される第２のアンテナトランス素子１０４を示している。また、概略図１００は、Ｘ方向とＺ方向の双方に延在し得るグランドプレーン１０６の一部も示し、このグランドプレーン１０６は、第２のアンテナトランス素子１０４の下方においては破線の輪郭で示されている。また、この概略図１００は、第１のアンテナトランス素子１０２に関連付けられた第１のコネクタ１０８と、第２のアンテナトランス素子１０４に関連付けられた第２のコネクタ１１０とを含む。このため、第１のコネクタ１０８に対しては、第１のアンテナトランス素子１０２が、関連付けられたアンテナトランス素子であり、第２のアンテナトランス素子１０４が、隣接するアンテナトランス素子である。また、第２のコネクタ１１０に対しては、第１のアンテナトランス１０２が、隣接するアンテナトランス素子であり、第２のアンテナトランス１０４が、関連付けられたアンテナトランス素子である。

【0017】

第１のアンテナトランス素子１０２は、グランドプレーン１０６から離れて種々の方向に延びる複数の側壁を有するものとして示されており、各側壁は、第１のアンテナトランス素子１０２の側壁を貫通して延びる複数孔１１２のパターンを含む。一例として、第１のアンテナトランス素子１０２がメッシュの壁からなる鳥かごのような構造として構成されるように、複数孔１１２は第１のアンテナトランス素子１０２の側壁の全体を貫通するミシン目であってもよい。上述したように、その一部が概略図１００に示される関連するフェーズドアレイ・アンテナ・システムは、付加製造プロセスにより形成され得る。一例として、付加製造プロセスは、単一導電材料を形成するように金属化される誘電体材料により、関連するフェーズドアレイ・アンテナ・システムを形成するように構築され得る。従って、複数孔１１２は、第１のアンテナトランス素子１０２の内部へのアクセスを提供することにより、関連するフェーズドアレイ・アンテナ・システムの金属化を容易にし、金属化プロセスにより第１のアンテナトランス素子１０２の形状に形成される誘電体材料の実質的に全面に単一導電材料を形成することができる。また、第１のアンテナトランス素子１０２の側壁に複数孔１１２を形成することにより、関連するフェーズドアレイ・アンテナ・システムを形成するための単一導電材料がより少なくなり、その結果、関連するフェーズドアレイ・アンテナ・システムの重量が減少する。なお、概略図１００は、第１のアンテナトランス素子１０２が複数孔１１２を含むように形成されることを示しているが、関連するフェーズドアレイ・アンテナ・システムの全てのアンテナトランス素子を実質的に同様に形成することができ、図１の例におけるフェーズドアレイ・アンテナ・システム１０において示されるものと同様に、全てのアンテナトランス素子が複数孔１１２を含むことができる。

【0018】

図３の例では、アンテナトランス素子１０２，１０４の各々は、アンテナトランス素子１０２，１０４の間における同軸接続の相互接続に関連付けられた給電部１１６を含む。図３の例では、この同軸接続は、第２のコネクタ１１０と第１のアンテナトランス素子１０２との間に示されている。この同軸接続は信号導体１１８を含む。この信号導体１１８は、第２のコネクタ１１０と、グランドプレーン１０６と、第２のアンテナトランス素子１０４とを貫通して延在することにより、第２のアンテナトランス素子１０４の側壁から出て、第１のアンテナトランス素子１０２の側壁に導電結合されるように延在している。このため、信号導体１１８は、第１のアンテナトランス素子１０２を除いて、フェーズドアレイ・アンテナ・システムの他のどの部分にも直接的には導電結合されていない。むしろ、信号導体１１８は、同軸接続の内側導体に対応し、第２のアンテナトランス素子１０４とともに第２のコネクタ１１０およびグランドプレーン１０６は、同軸接続の外側導体に対応する。

【0019】

概略図１００は、第２のアンテナトランス素子１０４を貫通する同軸接続の分解図１２０を示す。第２のアンテナトランス素子１０４は、信号導体１１８が第２のアンテナトランス１０４を貫通して延びることにより、その信号導体１１８を実質的に囲む導電部１２２を含み得る。この導電部１２２は、グランドプレーン１０６および第２のアンテナトランス素子１０４の側壁に導電結合されている。図３の例では、導電部１２２は、上述したように、金属化を容易にするための複数孔１２４を導電部１２２の長さに沿って有するものとして同様に示されている。従って、導電部１２２、すなわち第２のアンテナトランス素子１０４は、第２のコネクタ１１０と第１のアンテナトランス素子１０２との間の同軸接続の外側導体を提供する。本明細書で詳細に説明されるように、第１および第２のアンテナトランス１０２，１０４の間に延在する信号導体１１８は、第１および第２のアンテナトランス１０２，１０４の間でスロットライン状の伝送線路モードを励振し得る。

【0020】

また、アンテナトランス素子１０２，１０４は、バラン部１２６およびスロットラインインピーダンストランス部１２８を含むように寸法決めされている。一例として、バラン部１２６に関するアンテナトランス素子１０２，１０４の寸法形状および配置は、それらアンテナトランス素子１０２，１０４が協働して、グランドプレーン１０６に対してアンテナトランス素子１０２，１０４の間にバラン空洞１３０を形成するように決定される。従って、バラン空洞１３０は、同軸接続（例えば、第２のコネクタ１１０とアンテナトランス素子１０４との間の同軸接続）と、信号導体１１８に対するそれぞれの信号エネルギーのスロットライン伝搬との間の信号エネルギーの遷移をもたらし得る。加えて、スロットラインインピーダンストランス部１２８に関するアンテナトランス素子１０２，１０４の寸法形状および配置は、それらアンテナトランス素子１０２，１０４が協働して、それらアンテナトランス素子１０２，１０４の間にトランス間隙１３２を形成するように決定される。このトランス間隙１３２は、自由空間のインピーダンス（例えば、約３７７Ω）に対して、信号導体１１８のスロットラインインピーダンス（例えば、約９０Ω）のインピーダンスマッチングを提供するように構成される。このため、トランス間隙１３２は、信号導体１１８に供給される送信信号の信号エネルギーが第１および第２のアンテナトランス素子１０２に対して共振してフェーズドアレイ・アンテナ・システムから無線送信されるように、フェーズドアレイ・アンテナ・システムのフィードホーンとして機能することができる。同様に、第１および第２のアンテナトランス素子１０２，１０４は、受信した無線信号のエネルギーに関して共振させることにより、信号導体１１８に信号エネルギーを供給して受信信号を（例えば、復調器に）伝搬することができる。

【0021】

図４は、フェーズドアレイ・アンテナ・システムの一部の別の例示的な概略図１５０を示す。この概略図１５０は、第１のアンテナトランス素子１０２や第２のアンテナトランス素子１０４とともに、グランドプレーン１０６の一部、第１のコネクタ１０８、および第２のコネクタ１１０を示す。図４の例では、第２のコネクタ１１０には信号ＳＩＧ_Φ1が供給される。信号ＳＩＧ_Φ1は、それぞれフェーズドアレイ・アンテナ・システムから送信するための所与の位相を有する変調信号とすることができる。信号ＳＩＧ_Φ1は、信号導体１１８、すなわち第２のコネクタ１１０と第１のアンテナトランス素子１０２との間の同軸接続を介して信号導体１１８内を伝搬する。このため、第１および第２のアンテナトランス素子１０２，１０４の間のバラン空洞１３０は、それら第１および第２のアンテナトランス素子１０２，１０４の間に延在する信号導体１１８の部分で、その同軸接続と信号ＳＩＧ_Φ1のスロットライン伝搬との間の信号エネルギーの遷移をもたらす。また、トランス間隙１３２は、信号ＳＩＧ_Φ1の信号エネルギーが第１および第２のアンテナトランス素子１０２，１０４に対して共振してフェーズドアレイ・アンテナ・システムから無線信号１５２として無線送信されるように、自由空間のインピーダンスに対して信号導体１１８の部分で伝搬する信号ＳＩＧ_Φ1のスロットラインインピーダンスのインピーダンスマッチングをもたらす。

【0022】

また、概略図１５０は、第１のコネクタ１０８に供給される信号ＳＩＧ_Φ2も示す。一例として、信号ＳＩＧ_Φ2は、それぞれフェーズドアレイ・アンテナ・システムから送信するための所与の位相を有する変調信号とすることができる。信号ＳＩＧ_Φ2の所与の位相は、信号ＳＩＧ_Φ1の位相とは異なり得る。このため、信号ＳＩＧ_Φ2は、第１のアンテナトランス素子１０２に関連付けられた信号導体１５４を伝搬して、第１のアンテナトランス素子１０２と、その第１のアンテナトランス素子１０２に隣接する他のアンテナトランス素子（図示せず）との間のトランス間隙から同様にして送信される。

【0023】

概略図１００，１５０では、それぞれの信号導体１１８，１５４がＸ方向に沿って延在するものとして示されているが、第１および第２のアンテナトランス素子１０２，１０４はアレイ内の単に２つのアンテナトランス素子に過ぎないことが理解され得る。従って、それぞれフェーズドアレイ・アンテナ・システムは、グランドプレーン１０６の面上においてＸＺアレイ内に配置された更なるアンテナトランス素子を含み得るものであり、それぞれのコネクタはアレイ内の各アンテナトランス素子に関連付けられる。一例として、第１および第２のアンテナトランス素子１０２，１０４の各々は、第１および第２のアンテナトランス素子１０２，１０４と、＋／−Ｚ方向に隣接する追加のアンテナトランス素子との間において、Ｚ方向に延在する追加の信号導体を含み得る。このため、無線信号１５２は、Ｘ方向における信号導体１１８の延長部分に基づいてＸ方向に偏波される一方、Ｚ方向に延在する更なる信号導体は、図２の例で上述した説明と同様に、Ｚ方向におけるそれぞれの無線信号の偏波を同様にもたらし得る。また、図２の例で上述したように、第１および第２のアンテナトランス素子１０２，１０４は、それぞれ第１および第２のコネクタ１０８，１１０のみを含むものとして示されているが、第１および第２のアンテナトランス素子１０２，１０４は各々、Ｚ方向に延びる信号導体のための別個のコネクタを含み得ることが理解され得る。あるいは、コネクタ１０８，１１０は、信号導体１１８，１５４がＺ方向に延びる信号導体と導電結合され得るように、Ｚ方向に延びる信号導体に関連付けられ得る。

【0024】

上述の構造的および機能的特徴を考慮して、本発明の様々な態様による方法は、図５を参照することによってより良く理解され得る。説明の簡略化のために、図５の方法は、連続的に実行されるものとして示され記載されているが、本発明は、図示された順序によって限定されるものではなく、本発明によれば、いくつかの態様は、異なる順序で生じ得ること、および／または図示され記載された態様とは別の態様と同時に生じ得ることが理解され得る。さらに、本発明の一態様による方法を実施するために図示された特徴の全てが必要とされるわけではない。

【0025】

図５は、フェーズドアレイ・アンテナ・システム（例えば、フェーズドアレイ・アンテナ・システム１０）を形成する方法２００の一例を示す。２０２では、付加製造プロセスでグランドプレーン（例えば、グランドプレーン１２）が形成される。２０４では、付加製造プロセスにより、グランドプレーンの第１面上に複数のアンテナトランス素子（例えば、アンテナトランス素子１４）がアレイ状に形成される。２０６では、付加製造プロセスにより、第１面とは反対側であるグランドプレーンの第２面上に複数のコネクタ（例えば、コネクタ５６）が形成される。各コネクタは、信号（例えば、信号ＳＩＧ_Φ1）を伝搬するように構成された信号導体（例えば、信号導体５６）を含み得る。付加製造プロセスにより、グランドプレーン、複数のアンテナトランス素子、および複数のコネクタを、フェーズドアレイ・アンテナ・システムに対応する単一のモノリシック構造として形成可能であり、このフェーズドアレイ・アンテナ・システムは、グランドプレーンと、複数のアンテナトランス素子と、複数のコネクタとの間に導電接続性をもたらす単一導電材料からなる。

【0026】

上記説明は本発明の例示であり、当然のことながら、本発明を説明する目的で構成要素または方法の考えられるすべての組み合わせを説明することは不可能であって、当業者であれば、本発明の多くのさらなる組み合わせや置換が可能であることを認識し得る。従って、本発明は、添付の特許請求の範囲を含む本出願の範囲内に含まれるそのような変更、修正、および変形をすべて包含することが意図されている。
本開示に含まれる技術的思想を以下に記載する。
（付記１）
単一導電材料のモノリシック構造として形成されるフェーズドアレイ・アンテナ・システムであって、
グランドプレーンと、
前記グランドプレーンの第１面に導電結合され、アレイ状に形成された複数のアンテナトランス素子と、
前記第１面とは反対側である前記グランドプレーンの第２面に形成されるとともに導電結合され、前記複数のアンテナトランス素子のそれぞれとの間で無線周波数信号を伝搬するように構成された複数のコネクタと、
を備えるフェーズドアレイ・アンテナ・システム。
（付記２）
前記複数のアンテナトランス素子は、前記グランドプレーンに対して前記複数のアンテナトランス素子のそれぞれの対の間にバラン空洞を形成するとともに、前記複数のアンテナトランス素子のそれぞれの対の間にトランス間隙を形成して自由空間に対するインピーダンスマッチングを提供する寸法を有する、付記１に記載のフェーズドアレイ・アンテナ・システム。
（付記３）
前記複数のアンテナトランス素子の各々は、前記グランドプレーンからそれぞれ離間する方向に各々延びる複数の側壁を含み、前記複数の側壁の各々は、それぞれの当該側壁を貫通する複数孔のパターンを含む、付記１に記載のフェーズドアレイ・アンテナ・システム。
（付記４）
前記複数のコネクタの各々は、前記複数のアンテナトランス素子のうちの１つに関連付けられており、
前記複数のコネクタの各々は、前記単一導電材料からなる信号導体を含み、前記信号導体は、前記複数のアンテナトランス素子のうちの前記関連付けられた１つの下方において前記第１面から前記第２面まで前記グランドプレーンを貫通して延びている、付記１に記載のフェーズドアレイ・アンテナ・システム。
（付記５）
前記信号導体は、前記複数のアンテナトランス素子のうちの前記関連付けられた１つを貫通して延びるとともに、前記複数のアンテナトランス素子のうちの前記関連付けられた１つと前記複数のアンテナトランス素子のうちの隣接する１つとの間の自由空間内に延びて前記信号導体と前記複数のアンテナトランス素子のうちの前記関連付けられた１つと前記隣接する１つとの間で励振相互作用をもたらすことにより前記無線周波数信号を無線で送受信する、付記４に記載のフェーズドアレイ・アンテナ・システム。
（付記６）
前記信号導体は、前記複数のアンテナトランス素子のうちの前記関連付けられた１つと前記複数のアンテナトランス素子のうちの隣接する第１のアンテナトランス素子との間の自由空間内において第１の方向に延びる第１の信号導体であり、
第２の信号導体が、前記複数のアンテナトランス素子のうちの前記関連付けられた１つと前記複数のアンテナトランス素子のうちの隣接する第２のアンテナトランス素子との間の自由空間内において第２の方向に延びており、
前記第２の方向が、前記無線周波数信号のそれぞれ第１および第２の直交偏波をもたらすように前記第１の方向に対して直交している、付記５に記載のフェーズドアレイ・アンテナ・システム。
（付記７）
前記信号導体は、前記複数のアンテナトランス素子のうちのそれぞれ１つと前記複数のアンテナトランス素子のうちの隣接する１つとの間において同軸接続の内側導体として設けられており、前記複数のアンテナトランス素子のうちの前記関連付けられた１つは、前記同軸接続の外側導体として設けられている、付記５に記載のフェーズドアレイ・アンテナ・システム。
（付記８）
前記複数のアンテナトランス素子のうちの前記関連付けられた１つは、前記信号導体が前記複数のアンテナトランス素子のうちの前記関連付けられた１つを貫通して延びることにより、前記信号導体を実質的に囲む、前記グランドプレーンに対する導電結合部を含み、前記導電結合部が前記同軸接続の前記外側導体に相当する、付記７に記載のフェーズドアレイ・アンテナ・システム。
（付記９）
前記グランドプレーン、前記複数のアンテナトランス素子、および前記複数のコネクタは、前記グランドプレーン、前記複数のアンテナトランス素子、および前記複数のコネクタを前記モノリシック構造として形成するための付加製造プロセスからなる、付記１に記載のフェーズドアレイ・アンテナ・システム。
（付記１０）
前記モノリシック構造は、前記付加製造プロセスを介して誘電体材料により形成され、前記単一導電材料が、金属化プロセスを介して前記誘電体材料上に形成される、付記９に記載のフェーズドアレイ・アンテナ・システム。
（付記１１）
フェーズドアレイ・アンテナ・システムを形成する方法であって、
前記フェーズドアレイ・アンテナ・システムを形成するように構成された付加製造機に前記フェーズドアレイ・アンテナ・システムに関する寸法データをロードすること、
前記フェーズドアレイ・アンテナ・システムを単一導電材料のモノリシック構造として前記付加製造機により形成すること、
を備え、前記フェーズドアレイ・アンテナ・システムが、グランドプレーンと、前記グランドプレーンの第１面上に配置された複数アンテナトランス素子のアレイと、前記第１面とは反対側である前記グランドプレーンの第２面上に形成された複数のコネクタとを含み、前記複数のコネクタが、前記複数アンテナトランス素子のアレイのそれぞれのアンテナトランス素子との間でそれぞれの信号の部分を伝搬するように構成されている、方法。
（付記１２）
前記フェーズドアレイ・アンテナ・システムを形成することは、前記付加製造機により誘電体材料から前記フェーズドアレイ・アンテナ・システムを形成することを含み、
金属化プロセスを介して前記誘電体材料上に前記単一導電材料を形成することをさらに備える付記１１に記載の方法。
（付記１３）
前記複数アンテナトランス素子の各々は、前記グランドプレーンからそれぞれ離間する方向に各々延びる複数の側壁を含み、前記複数アンテナトランス素子を形成することは、前記複数アンテナトランス素子の各々の前記複数の側壁の各々を貫通する複数孔のパターンを形成することを含む、付記１２に記載の方法。
（付記１４）
前記フェーズドアレイ・アンテナ・システムを形成することは、前記付加製造機により前記単一導電材料から前記フェーズドアレイ・アンテナ・システムを形成することを含む、付記１１に記載の方法。
（付記１５）
前記フェーズドアレイ・アンテナ・システムを形成することは、
前記グランドプレーンに対して前記複数アンテナトランス素子のそれぞれの対の間にバラン空洞を形成すること、
前記複数アンテナトランス素子のそれぞれの対の間にトランス間隙を形成して自由空間に対するインピーダンスマッチングを提供すること、
を含む、付記１１に記載の方法。
（付記１６）
前記フェーズドアレイ・アンテナ・システムを形成することは、
前記複数のコネクタの各々に関連付けられ、前記グランドプレーンと前記複数アンテナトランス素子のうちの関連付けられた１つを貫通して延びるとともに、導電結合される前記複数アンテナトランス素子のうちの前記関連付けられた１つから前記複数アンテナトランス素子のうちの隣接する１つまでの間の自由空間内を延びる信号導体を形成することを含む、付記１１に記載の方法。
（付記１７）
前記フェーズドアレイ・アンテナ・システムを形成することは、
前記複数アンテナトランス素子のうちの前記関連付けられた１つを、前記複数のコネクタのそれぞれ１つから前記複数アンテナトランス素子のうちの前記隣接する１つまでの同軸接続の外側導体として形成することを含み、前記信号導体は、前記同軸接続の内側導体として形成されている、付記１６に記載の方法。
（付記１８）
フェーズドアレイ・アンテナ・システムであって、
グランドプレーンと、
前記グランドプレーンの第１面に導電結合され、アレイ状に形成された複数のアンテナトランス素子であって、前記複数のアンテナトランス素子の各々は、前記グランドプレーンに対して前記複数のアンテナトランス素子のそれぞれの対の間にバラン空洞を形成するとともに、前記複数のアンテナトランス素子のそれぞれの対の間にトランス間隙を形成して自由空間に対するインピーダンスマッチングを提供するような寸法を有する、前記複数のアンテナトランス素子と、
前記第１面とは反対側である前記グランドプレーンの第２面に形成されるとともに導電結合され、前記複数のアンテナトランス素子のそれぞれとの間で無線周波数信号を伝搬するように構成された複数のコネクタと、
前記複数のコネクタと前記複数のアンテナトランス素子との間の複数の同軸接続であって、前記複数のコネクタの各々は、前記複数のアンテナトランス素子のうちの１つに関連付けられており、単一導電材料からなる信号導体を前記複数の同軸接続のそれぞれの内側導体として含み、前記信号導体は、前記複数の同軸接続のそれぞれの外側導体に相当する前記複数のアンテナトランス素子のうちの前記関連付けられた１つから、前記複数のアンテナトランス素子のうちの隣接する１つまで貫通して延びている、前記複数の同軸接続と、
を備え、
前記フェーズドアレイ・アンテナ・システムは、単一導電材料のモノリシック構造として形成されている、フェーズドアレイ・アンテナ・システム。
（付記１９）
前記複数の同軸接続のそれぞれ１つに関連付けられた前記信号導体は、前記複数のアンテナトランス素子のうちの前記関連付けられた１つと、前記複数のアンテナトランス素子のうちの前記隣接する１つとの間の自由空間内に延びて、前記信号導体と前記複数のアンテナトランス素子のうちの前記関連付けられた１つと前記隣接する１つとの間で励振相互作用をもたらすことにより前記無線周波数信号を無線で送受信する、付記１８に記載のフェーズドアレイ・アンテナ・システム。
（付記２０）
前記信号導体は、前記複数のアンテナトランス素子のうちの前記関連付けられた１つと前記複数のアンテナトランス素子のうちの隣接する第１のアンテナトランス素子との間の自由空間内において第１の方向に延びる第１の信号導体であり、
第２の信号導体が、前記複数のアンテナトランス素子のうちの前記関連付けられた１つと前記複数のアンテナトランス素子のうちの隣接する第２のアンテナトランス素子との間の自由空間内において第２の方向に延びており、
前記第２の方向が、前記無線周波数信号のそれぞれ第１および第２の直交偏波をもたらすように前記第１の方向に対して直交している、付記１９に記載のフェーズドアレイ・アンテナ・システム。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】