特許 6704983 コンフォーマルアンテナおよび関連する製造方法

(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】6704983

(24)【登録日】2020年5月15日

(45)【発行日】2020年6月3日

(54)【発明の名称】コンフォーマルアンテナおよび関連する製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01Q 9/28 20060101AFI20200525BHJP

   B64D 47/00 20060101ALI20200525BHJP

   H01Q 1/38 20060101ALI20200525BHJP

   H01Q 1/50 20060101ALI20200525BHJP

   H01Q 1/28 20060101ALI20200525BHJP

【ＦＩ】

   H01Q9/28

   B64D47/00

   H01Q1/38

   H01Q1/50

   H01Q1/28

【請求項の数】26

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2018-500289(P2018-500289)

(86)(22)【出願日】2015年7月22日

(65)【公表番号】特表2018-525890(P2018-525890A)

(43)【公表日】2018年9月6日

(86)【国際出願番号】US2015041458

(87)【国際公開番号】WO2017003493

(87)【国際公開日】20170105

【審査請求日】2018年7月18日

(31)【優先権主張番号】14/790,260

(32)【優先日】2015年7月2日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】504019881

【氏名又は名称】ロッキード マーティン コーポレイション

【氏名又は名称原語表記】ＬＯＣＫＨＥＥＤ ＭＡＲＴＩＮ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ

(74)【代理人】

【識別番号】100102842

【弁理士】

【氏名又は名称】葛和 清司

(72)【発明者】

【氏名】ラム，トミ−

(72)【発明者】

【氏名】グレツィンガー，ニコラス

(72)【発明者】

【氏名】トルビット，クリストファー，ジョーダン

【審査官】 新田 亮

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２００６／０１５８３８３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／０１５９９６５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００４／０２１７９１２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００６／０１１４１６６（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｑ ９／２８

Ｂ６４Ｄ ４７／００

Ｈ０１Ｑ １／２８

Ｈ０１Ｑ １／３８

Ｈ０１Ｑ １／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

アンテナであって、
基板；
基板の第１面上に配置された第１導電性領域；
基板の第２面上に配置された第２導電性領域；および
同軸伝送線路であって、同軸伝送線路の内部導電体は、第１導電性領域に電気的に結合され、同軸伝送線路の外部導電体は、第２導電性領域に電気的に結合される、前記同軸伝送線路、を含み、
第１導電性領域は、１以上の第１スロットを含み、
第２導電性領域は、第１および第２導電性領域がアンテナとして共に動作するときにチョークとして機能する少なくとも１つの構造的特徴を含み、
少なくとも１つの構造的特徴は、同軸伝送線路の外部導電体の外面上の電流フローを抑制する１以上の第２スロットを含み、
第２導電性領域の第１端部に向けて狭くなるテーパー状区画を含む、
前記アンテナ。

【請求項2】

基板の第２面が、基板の第１面に対向する、請求項１に記載のアンテナ。

【請求項3】

同軸伝送線路の外部導電体が、第２導電性領域の第１端部で第２導電性領域に電気的に結合され、第２導電性領域が、第２導電性領域の第１端部に対向する第２導電性領域の端部に向けて狭くなるテーパー状区画を含む、請求項１に記載のアンテナ。

【請求項4】

テーパー状区画が、実質的に三角形状を有する、請求項３に記載のアンテナ。

【請求項5】

同軸伝送線路の内部導電体が、第１導電性領域の第１端部で第１導電性領域に電気的に結合され、第１導電性領域が、第１導電性領域の第１端部に向けて狭くなるテーパー状区画を含む、請求項３に記載のアンテナ。

【請求項6】

第１導電性領域が、第１導電性領域を同軸伝送線路の内部導電体に電気的に結合する第１給電線路を含み、
第２導電性領域が、第２導電性領域を同軸伝送線路の外部導電体に電気的に結合する第２給電線路を含む、
請求項１に記載のアンテナ。

【請求項7】

第１導電性領域の少なくとも一部が、第２導電性領域の少なくとも一部と回転対称である、請求項１に記載のアンテナ。

【請求項8】

チョークが、ＲＦチョークである、請求項１に記載のアンテナ。

【請求項9】

基板が、非平面である、請求項１に記載のアンテナ。

【請求項10】

同軸伝送線路が、同軸コネクタである、請求項１に記載のアンテナ。

【請求項11】

アンテナが、垂直偏波信号である、請求項１に記載のアンテナ。

【請求項12】

少なくとも１つの第１導電性領域および第２導電性領域が、それぞれ積層造形を通して形成された複数の層を含む、請求項１に記載のアンテナ。

【請求項13】

第１および第２導電性領域が、銀を含む、請求項１に記載のアンテナ。

【請求項14】

基板が、ABS樹脂を含む、請求項１に記載のアンテナ。

【請求項15】

コンフォーマルアンテナを製造する方法であって、
積層造形を介して誘電体材料から基板を形成すること、
積層造形を介して誘電体材料から基板の第１面上に第１導電性領域を形成すること、ここで、第１導電性領域は、１以上の第１スロットを含み、
積層造形を介して誘電体材料から基板の第２面上に第２導電性領域を形成すること、を含み、
第２導電性領域は、第１および第２導電性領域がアンテナとして共に動作するときにチョークとして機能する少なくとも１つの特徴を含み、
少なくとも１つの特徴は、同軸伝送線路の外部導電体の外面上の電流フローを抑制する１以上の第２スロットを含み、
第２導電性領域の第１端部に向けて狭くなるテーパー状区画を含む、
前記方法。

【請求項16】

同軸伝送線路の内部導電体が、第１導電性領域に結合され、同軸伝送線路の外部導電体が、第２導電性領域に結合されるように、同軸伝送線路の少なくとも一部を形成することをさらに含む、請求項１５に記載の方法。

【請求項17】

第１導電性領域が、第１導電性領域を同軸伝送線路の内部導電体に電気的に結合する第１給電線路を含み、
第２導電性領域が、第２導電性領域を同軸伝送線路の外部導電体に電気的に結合する第２給電線路を含む、
請求項１６に記載の方法。

【請求項18】

基板が、非平面である、請求項１５に記載の方法。

【請求項19】

誘電体材料が、低Ｋ誘電体である、請求項１５に記載の方法。

【請求項20】

積層造形を介して第１導電性領域を形成することが、
基板に金属材料を適用すること；および
金属材料を焼結することを含む、請求項１５に記載の方法。

【請求項21】

積層造形を介して第２導電性領域を形成することが、３以上の運動軸を有する積層造形装置を利用する、請求項１５に記載の方法。

【請求項22】

積層造形を介して第１および第２導電性領域を形成することが、エアロゾルジェット積層造形装置を利用する、請求項１５に記載の方法。

【請求項23】

第１および第２導電性領域が、銀を含む、請求項１５に記載の方法。

【請求項24】

航空機であって、
基板；
基板の第１面上に配置された第１導電性領域；
基板の第２面上に配置された第２導電性領域；および
同軸伝送線路であって、同軸伝送線路の内部導電体は、第１導電性領域に電気的に結合され、同軸伝送線路の外部導電体は、第２導電性領域に電気的に結合される、前記同軸伝送線路を含む、少なくとも一つのコンフォーマルアンテナを含み、
第１導電性領域は、１以上の第１スロットを含み、
第２導電性領域は、第１および第２導電性領域がアンテナとして共に動作するときにチョークとして機能する少なくとも１つの構造的特徴を含み、
少なくとも１つの構造的特徴は、同軸伝送線路の外部導電体の外面上の電流フローを抑制する１以上の第２スロットを含み、
第２導電性領域の第１端部に向けて狭くなるテーパー状区画を含む、
前記航空機。

【請求項25】

基板が、航空機の構造の機能部品の少なくとも一部である、請求項２４に記載の航空機。

【請求項26】

機能部品が、翼または尾翼である、請求項２５に記載の航空機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

放送塔アンテナおよび地上車両または航空機に取り付けられたアンテナを含む商用通信アンテナの大部分は、垂直偏波されている。 垂直偏波は、垂直方向に空間的に整列された少なくとも１つの部分を有するアンテナ構造によって生成されてもよい。

【背景技術】

【0002】

本出願は、一般的にコンフォーマルアンテナに関し、特に、積層造形によって製造されたコンフォーマルアンテナに関する。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

いくつかの態様によれば、アンテナであって、基板、基板の第１面上に配置された第１導電性領域、基板の第２面上に配置された第２導電性領域、および同軸伝送線路であって、同軸伝送線路の内部導電体は、第１導電性領域に電気的に結合され、同軸伝送線路の外部導電体は、第２導電性領域に電気的に結合される、前記同軸伝送線路、を含み、第２導電性領域は、第１および第２導電性領域がアンテナとして共に動作するときにチョークとして機能する少なくとも１つの構造的特徴を含む、前記アンテナが提供される。

【0004】

いくつかの態様によれば、コンフォーマルアンテナを製造する方法が提供され、該方法は、積層造形を介して誘電体材料から基板を形成すること、積層造形を介して誘電体材料から基板の第１面上に第１導電性領域を形成すること、積層造形を介して誘電体材料から基板の第２面上に第２導電性領域を形成すること、を含み、第２導電性領域は、第１および第２導電性領域がアンテナとして共に動作するときにチョークとして機能する少なくとも１つの構造的特徴を含む。

【0005】

いくつかの態様によれば、航空機であって、基板、基板の第１面上に配置された第１導電性領域、基板の第２面上に配置された第２導電性領域、および同軸伝送線路であって、同軸伝送線路の内部導電体は、第１導電性領域に電気的に結合され、同軸伝送線路の外部導電体は、第２導電性領域に電気的に結合される、前記同軸伝送線路を含む、少なくとも一つのコンフォーマルアンテナを含み、第２導電性領域は、第１および第２導電性領域がアンテナとして共に動作するときにチョークとして機能する少なくとも１つの構造的特徴を含む、前記航空機が提供される。

【0006】

前述の事項は、説明のために提供されており、限定することを意図するものではない。

【図面の簡単な説明】

【0007】

以下の図面を参照して、様々な態様および実施形態を説明する。これらの図は必ずしも縮尺通りに描かれていないことを理解されたい。図面において、様々な図に示されている同一またはほぼ同一の構成要素は、同様の番号で表されている。分かり易くするために、各図面にはすべての構成要素にラベルが付けられているわけではない。

【0008】

【図1】図１は、いくつかの実施形態による例示的なコンフォーマルアンテナ設計を示す。

【0009】

【図2A】図２Ａは、いくつかの実施形態による、第1の例示的なコンフォーマルアンテナを製造するステップを示す図である。

【図2B】図２Ｂは、いくつかの実施形態による、第1の例示的なコンフォーマルアンテナを製造するステップを示す図である。

【図2C】図２Ｃは、いくつかの実施形態による、第1の例示的なコンフォーマルアンテナを製造するステップを示す図である。

【図2D】図２Ｄは、いくつかの実施形態による、第1の例示的なコンフォーマルアンテナを製造するステップを示す図である。

【0010】

【図3A】図３Ａは、いくつかの実施形態による、第2の例示的なコンフォーマルアンテナを製造するステップを示す図である。

【図3B】図３Ｂは、いくつかの実施形態による、第2の例示的なコンフォーマルアンテナを製造するステップを示す図である。

【図3C】図３Ｃは、いくつかの実施形態による、第2の例示的なコンフォーマルアンテナを製造するステップを示す図である。

【0011】

【図4】図４は、いくつかの実施形態による例示的なコンフォーマルアンテナを示す。

【0012】

【図5】図５は、いくつかの実施形態によるコンフォーマルアンテナが設置された航空機を示す。

【発明を実施するための形態】

【0013】

航空機では、垂直方向の導電性構造によって提供される垂直方向のＲＦ電流の自然なサポートのために、一般的に垂直方向に整列されたアンテナが通信のために使用される。しかしながら、アンテナの垂直方向の高さは、飛行中に機体に抗力効果を生じさせる可能性があり、その結果、燃料効率が低下する可能性がある。場合によっては、飛行機に位置づけられる２インチの垂直アンテナでさえ、燃費に無視できない悪影響を及ぼすことがある。さらに、航空機上に垂直に整列されたアンテナは、アンテナの送信／受信経路内に位置する機体の他の部分（例えば、胴体、翼など）によるシャドウイングを経験することがありうる。航空機におけるアンテナは、典型的には、可能な配置場所（例えば、翼、胴体の上部または底部）に関して制限されており、そのような位置のアンテナは、通常、シャドウイング効果のために少なくともいくつかの送信／受信方向において信号強度の低下を経験する。

【0014】

本発明者らは、機体の形状に適合するアンテナが、機体に取り付けられた垂直に整列されたアンテナによって経験するよりも低い抗力効果を経験し得ることを判断および認識した。このようなアンテナ（「コンフォーマルアンテナ」と呼ばれることもある）は、従来の垂直方向に整列されたアンテナの設置と比較して、車両の燃費を向上させることができる。さらに、コンフォーマルアンテナは、垂直方向に整列されたアンテナよりも広い範囲の位置に配置することができ、同じ機体に設置された垂直方向に整列したアンテナによって通常経験するシャドウイング効果を緩和または除去することができる。

【0015】

しかしながら、コンフォーマルアンテナは、複雑な製造プロセスを経て製造されることがあり、アンテナの製造コストが高くなる可能性がある。さらに、従来の製造プロセスは、単一のカーブ軸を有するコンフォーマルアンテナを製造することに限定され得るのに対し、任意の形状（例えば、機体のボディの一部とマッチする）を有するコンフォーマルアンテナを生成することが望ましいであろう。従来のフォトリソグラフィー技術を用いて平面上にアンテナを形成することができるが、かかる面は、典型的には、形成後にアンテナに亀裂または他の構造的欠陥を引き起こすことなく所望の形状に適合するように改質することはできない。

【0016】

さらに、従来の製造プロセスを使用してコンフォーマルアンテナを製造することができる場合、アンテナの形状を所望の形状にフィットさせるためにアンテナ設計内でなされるトレードオフのために、アンテナは低い送信／受信効率を有する。例えば、コンフォーマルアンテナは、コモンモードノイズを生成、および／または特定の周波数で利得低下を示す、同軸（co-axially）給電されたＲＦ給電線路を利用する。

【0017】

本発明者らは、コンフォーマルアンテナが積層造形を使用して製造され得ることを判断および認識した。これにより、既存の機能を有しておりアンテナという追加機能をさらに含む構造（例えば、機体の一部）を製造することが可能になる。コンフォーマルアンテナの導電性領域は、構造上および／または構造内に直接製造されてもよく、アンテナの非導電性部分は構造の内壁および／または外殻の一部であってもよい。

【0018】

本発明者はさらに、アンテナの両側に実質的に平衡電流を許容するので、コンフォーマルアンテナには無限バラン（balun）設計が特に適していることを判断および認識した。これらの平衡電流は、航空機の用途（例えば、陸上車両および／または他の航空機と通信するとき）に適した、地平線で最大の利得を有するビームを生成し得る。コンフォーマルアンテナで製造される場合、無限バラン設計は、積層造形を通じて低コストの製造を可能にすることもできる。

【0019】

場合によっては、無限のバランが望ましくない給電線路結合を示すことがある。そのような結合を緩和または除去するためにチョークを使用することができるが、従来のチョーク（例えば、フェライトチョーク）は、コンフォーマルなアンテナ設計にとって大きい、または不適切なものとなる可能性がある。アンテナに給電線路結合を緩和する抵抗素子を直列に適用することができるが、そのような抵抗素子はアンテナの効率を低下させる可能性がある。本発明者らは、インピーダンス生成素子を無限バラン設計に統合することによって生成されるチョークが、アンテナの放射素子と給電線路との間に十分な絶縁を提供し得ることを認定し理解した。これは、電流フローがチョークが与えるような影響を受けるように、アンテナの一方または両方の導電性領域のために選択された形状の形態を取ることができる。

【0020】

本発明者らによる上記認識の観点から、新規なコンフォーマルアンテナは、チョークを含み、積層造形技術を使用して製造することができる無限バランに基づいて設計されている。したがって、効率的で高帯域幅のコンフォーマルアンテナは、意図された設置位置に適合するように任意の所望の形状で比較的低コストの製造技術によって製造することができる。

【0021】

いくつかの実施形態によれば、コンフォーマルアンテナは、基板の対向する側に２つの導電領域を含むことができる。導電領域へおよび／または導電性領域からの電流を駆動することにより、導電領域をアンテナとして動作させることができる。導電領域は、導電領域を電流源に結合する給電線路区分を含むことができる。

【0022】

いくつかの実施形態によれば、本明細書に記載されたコンフォーマルアンテナは、同軸伝送線路を含むことができる。アンテナの給電線路は同軸伝送線路に結合されて、一方の給電線路が同軸伝送線路の内部導電体に結合され、他方の給電線路が同軸伝送線路の外部導電体に結合される。同軸伝送線路は、同軸コネクタであってもよいし、アンテナの導電領域に取り付けられ、および／または導電領域と連続的に形成された導電体を含んでもよい。

【0023】

以下は、コンフォーマルアンテナに関連する様々な概念、および実施形態のより詳細な説明である。本明細書に記載された様々な態様は、多数の方法のいずれかで実施され得ることを理解されたい。特定の実施形態の例は、本明細書の例示目的のためにのみ提供される。さらに、以下の実施形態で説明される様々な態様は、単独で、または任意の組み合わせで使用されてもよく、本明細書に明示的に記載された組み合わせに限定されない。

【0024】

図１は、いくつかの実施形態による例示的なコンフォーマルアンテナ設計を示す。コンフォーマルアンテナ１００は、導電性領域１２０および１３０が（それにおよび／またはその上に）配置される基板１１０を含む。図１に示すように、導電性領域１２０は、同軸伝送線路１４０の内部導電体に電気的に結合され、導電性領域１３０は、同軸伝送線路の外部導電体に電気的に結合される。

【0025】

コンフォーマルアンテナ１００は、導電性領域が電磁波を放射するように導電性領域１２０および１３０に交流を供給することによって動作させることができる。したがって、同軸伝送線路１４０は、同軸伝送線路の内部および外部導電体上に交流信号を供給する電流源（図示せず）に結合されてもよい。電流Ｉ_１は、導電性領域１２０から同軸伝送線路１４０の内部導電体に流れ、電流Ｉ_２は、同軸伝送線路の外部導電体の内壁から導電性領域１３０に流れる。場合によっては、非ゼロ電流Ｉ_３は、外部導電体の外壁上を逆流し得る。

【0026】

いくつかの実施形態によれば、電流源によって同軸伝送線路の内部導電体に供給される電流は、電流源によって同軸伝送線路の外部導電体に供給される電流と大きさが等しく、逆方向に流れる。そのような実施形態では、電流Ｉ_１の大きさは、電流Ｉ_２とＩ_３とを合わせた大きさに等しくてもよい。電流Ｉ_１、Ｉ_２およびＩ_３が図２に矢印で示されているが、このような矢印の方向は単に例示的なものであり、電流Ｉ_１、Ｉ_２およびＩ_３のそれぞれの電流方向は一般にいずれの方向にも流れることができるのであり、実際に方向は、交流によって駆動される場合には時間の経過とともに方向を変えることができる。

【0027】

上述したように、本明細書に記載されたアンテナ設計の効率を改善するために、本発明者らは、導電性領域１２０および／または導電性領域１３０を形成してチョークとして機能させることによってアンテナをインピーダンス整合させることができることを認定し理解した。本明細書で使用される「チョーク」は、アンテナから反射される電力を実質的に排除するのに十分なインピーダンスを提供する。図１の例では、これは、導電性領域１２０および／または導電性領域１３０が、アンテナから反射された電力を表し、インピーダンスの不一致のために生じる電力損失（したがってアンテナ効率の損失）の症状である、電流Ｉ３を最小にするように形成される。

【0028】

上述したように、従来のアンテナ設計は、チョークとして機能するアンテナと直列の抵抗成分を含み、これによりインピーダンスを整合させることができるが、これは、抵抗成分によってエネルギーが散逸されることによりアンテナの効率を低下させる可能性がある。対照的に、本明細書に記載されるアンテナは、チョークとして機能するように成形されたアンテナの導電性領域を含み、それによって、アンテナの導電性領域に追加の構成要素なしにアンテナのインピーダンスに整合するのに十分なインピーダンスを提供する。

【0029】

導電性領域１２０および１３０は、上述のチョーク機能が導電性領域の１以上の特徴によって達成されるような任意の適切な形状を有することができる。本明細書で使用される場合、導電性領域の「特徴」は、導電性領域の形状の一部を指す。チョーク機能は、導電性領域の一方または両方によって達成することができる。導電性領域１２０および１３０は、図１では直方体として示されているが、図１の例示的な形状は単なる例として提供されるため、一般に任意の形状を有することができる。チョーク機能を含む導電性領域の１つの例示的な対を、以下で説明し、図４に示す。

【0030】

いくつかの実施形態によれば、チョークとして機能する特徴に加えて、導電性領域のいずれかまたは両方が、給電線路などの追加の特徴を含むことができる。導電性領域１２０および１３０のいずれかまたは両方は、例えば、同軸伝送線路をチョークとして機能する導電性領域の特徴に結合する給電線路を含むことができる。

【0031】

いくつかの実施形態によれば、導電性領域１２０および１３０は、互いに対称的に成形された１以上の特徴を含むことができる。すなわち、導電性領域の１つの特徴は、他の導電性領域における特徴の鏡像であってもよく、またはいくつかの他のタイプの対称性（例えば、回転対称性）を示してもよい。いくつかの実装では、導電性領域１２０および１３０の全体が、互いに対称的であってもよい。いくつかの実施形態では、一方の導電性領域は第１の特徴を含み、他方の導電性領域は回転、ミラーおよび／または他のタイプの対称性など、第１の特徴と対称な第２の特徴を含むことができる。いくつかの実施形態では、第１導電性領域内でチョークとして機能する特徴は、第１導電性領域と同じ向きで他の導電性領域に存在してもよい（すなわち、特徴が、ある領域から別の領域へと空間的に平行移動される）、または異なる方向に存在してもよい（すなわち、特徴が回転してから、ある領域から別の領域へと空間的に平行移動される）。他の導電性領域における特徴は、（例えば、アンテナの動作中に第１導電性領域と異なる他の導電性領域における電流フローのために）チョークとして機能しても機能しなくてもよい。

【0032】

いくつかの実施形態によれば、導電性領域１２０および１３０のインピーダンスは、互いに異なっていてもよい。いくつかの実施形態では、導電性領域の１つに存在するチョークとして機能する特徴は、他の導電性領域に存在せず、異なるインピーダンスを有するということになる。他の実施形態では、導電性領域の１つに存在するチョークとして機能する特徴は、他の導電性領域に存在する（異なる方向に回転されてもされなくてもよい）が、他の導電性領域における特徴の向きの違いおよび／または電流フローに影響を及ぼす残りの導電性領域の形状の違いにより、他の導電性領域のチョークとしては機能しない。

【0033】

いくつかの実施形態によれば、導電性領域１２０および１３０のいずれかまたは両方のサイズおよび／または形状は、アンテナの所望の送信／受信波長（所望の送信／受信帯域幅に加えて個々の波長を含み得る）に基づいて選択され得る。例えば、導電性領域の寸法および／または導電性領域の１以上の特徴の寸法は、所望の送信／受信波長に基づいて選択することができる。場合によっては、チョークとして機能する特徴は、所望の送信／受信波長に基づいて選択された寸法（例えば、幅および／または長さ）を有することができる。

【0034】

いくつかの実施形態によれば、導電性領域１２０および１３０は、基板１１０の表面上に位置づけられてもよく、および／または基板の本体内に位置づけられてもよい。基板は、導電性領域１２０の少なくとも一部および導電性領域１３０の少なくとも一部が基板と接触するような任意の形状を有することができる。

【0035】

いくつかの実施形態によれば、互いに対向する導電性領域１２０および１３０の表面は、一定の距離だけ離れていてもよい。したがって、いくつかの実施形態では、互いに対向する導電性領域の表面（すなわち、導電性領域１３０に最も近い導電性領域１２０の表面およびその逆）は、同じ形状を有し得、一方の導電性領域から別の導電性領域までの距離は、導電性領域の表面に渡って均一である。２つの導電性領域の間の領域は、基板１１０を含むことができる。

【0036】

いくつかの実施形態によれば、１以上の導電性領域１２０および１３０ならびに基板１１０は、非平面であってもよい。上述したように、本明細書に記載される積層造形を使用してコンフォーマルアンテナを製造する技術は、任意の所望の形状のコンフォーマルアンテナを製造することを可能にすることができる。このように、コンフォーマルアンテナ１００の任意の構成要素は、任意の適切な形状で製作されてもよく、図１に図示された形状に限定される必要はない。

【0037】

いくつかの実施形態によれば、基板１１０は、航空機の胴体、翼または尾翼のような機体の機能部品の一部または全部であってもよい。したがって、機体に使用される典型的な構成要素がコンフォーマルアンテナ１００の全体または一部に置き換えられるように、機体の構成要素は、基板１１０、導電性領域１２０、１３０および同軸伝送線路１４０を含むように製造されてもよい。例えば、尾翼は、基板１１０が尾翼の構造の大部分または全てを表し、導電性領域１２０および１３０および同軸伝送線路１４０が基板上および／または基板内に製造される積層造形によって製造することができる。次に、アンテナを内蔵した尾翼を適切な航空機に設置することができる。

【0038】

いくつかの実施形態によれば、基板１１０は、限定されずに、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、発泡誘電体（例えばポリエチレン発泡体）、石英、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）または他の熱可塑性ポリマー、ポリイミド、またはそれらの組み合わせを包含できる、誘電体材料を含む。いくつかの場合において、基板１１０は、アンテナの所望の送信／受信波長に基づいて選択された誘電体材料を含むことができ、それは材料の誘電率はアンテナがこれらの波長で送信および／または受信する電力に影響を及ぼすからである。

【0039】

いくつかの実施形態によれば、導電性領域１２０および１３０は、限定されずに、銀、白金、金、ニッケル、銅、アルミニウムまたはそれらの組み合わせのいずれかを含む、導電性材料を含む。積層造形の場合、導電性領域１２０および１３０は、いくつかの実施例では、金属インクの塗布によって製造されてもよい。インクは、インクの塗布後に蒸発する（および／または焼結を介して除去される）溶媒中に金属粒子（および場合によっては追加の固体成分）を含むことができる。このような金属インクは、１００〜５００ｎｍのサイズを有する金属粒子を含むことができる。

【0040】

いくつかの実施形態によれば、同軸伝送線路１４０は同軸コネクタを含むことができ、これにより、コンフォーマルアンテナ１００は、製造後、適切な同軸ケーブル（例えば、業界標準の同軸ケーブル）を介して電流源に接続することができる。いくつかの実施形態によれば、同軸伝送線路１４０は、導電性領域１２０、１３０で追加的に製造されてもよいし、されなくてもよい同軸ケーブルの区間を含んでもよい。同軸伝送線路の特定の形態に関わらず、導電性領域１２０および１３０を製造するために適用される積層造形は、所望の電気的接続を有するアンテナを製造するために、同軸コネクタおよび／または同軸ケーブルの任意の適切な部分を製造するために同様に使用されてもよい。

【0041】

さらに、図１に線路１４１、１４２でそれぞれ表された同軸伝送線路１４０と導電性領域１２０、１３０との間の電気的接続は、単に前記電気的接続を表すために設けられているだけであり、物理的ケーブル、ワイヤまたは他の電気的導電性経路に対応する必要はない。例えば、同軸伝送線路１４０は、導電性領域１２０および／または導電性領域１３０と接触して物理的に位置づけられてもよい。

【0042】

上述したように、コンフォーマルアンテナは、基板と、導電性領域がアンテナとして動作するように電流が駆動される２つの導電性領域とを含むことができる。さらに、基板および導電性領域は、積層造形によって形成することができる。図２Ａ〜図２Ｄおよび図３Ａ〜図３Ｃはそれぞれ、基板および導電性領域を形成する例示的なプロセスを示し、製造中のこれらの要素の断面を示す。図２Ａ〜図２Ｄの例では、基板が完全に形成された後、導電性領域が基板と接触して形成される。図３Ａ〜図３Ｃの例では、基板と導電性領域が一緒に形成される。いくつかの場合において、製造に対するこれら２つのアプローチは、以下でさらに議論されるように、異なる積層造形を利用することができる。

【0043】

いくつかの実施形態によれば、図２Ａ〜図２Ｄに示すプロセス、および図３Ａ〜図３Ｃに示すプロセスは、いずれかの積層造形を使用してそれぞれ行うことができる。本明細書で使用される場合、「積層造形」には、限定されずに、ステレオリソグラフィー、選択的または溶融堆積モデリング、直接複合材料製造、積層物体製造、選択的相領域堆積、多相ジェット凝固、バリスティック粒子製造、粒子堆積、レーザ焼結、ポリジェット、エアロゾルジェット、またはそれらの組み合わせを含む、材料を追加的に組み合わせて物体を生成する任意の技術が含まれる。ある場合には、コンフォーマルアンテナの一部は、１つ以上の積層造形を使用して製造され、別の部分は、１つまたは複数の異なる積層造形を使用して製造されてもよい。

【0044】

図２Ａ〜図２Ｄは、積層造形を介してコンフォーマルアンテナを形成する順序を示す。図２Ａ〜図２Ｄに示された製造段階は、製造工程の例示的な中間段階を単に例示するために選択される。図２Ａでは、コンフォーマルアンテナの基板の一部２１０が、積層造形によって形成されている。積層造形装置の構成要素は、明確化のために図には示されていないが、部分２１０は、そのような装置の構成要素と接触してその部分が製造されてもよいことは理解されよう。例えば、この部分は、構築プラットフォーム（build platform）に寄り掛かるまたは接触して製造されてもよい。

【0045】

いくつかの実施形態によれば、部分２１０は、限定されずに、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、発泡誘電体（例えば、ポリエチレンフォーム）、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）または他の熱可塑性ポリマー、ポリイミド、またはそれらの組み合わせを含む、誘電体材料から形成されてもよい。

【0046】

図２Ｂにおいて、コンフォーマルアンテナの基板の残りの部分は、積層造形によって形成され、それによって基板２２０を生成する。いくつかの実施形態によれば、基板２２０の表面の一部または全部に保護層を適用することができる。保護層は、以下に説明する焼結プロセスのような製造プロセスのその後のステップ中に加えられる熱による基板の変形または損傷から保護することができる。いくつかの実施形態によれば、保護層は石英を含むことができる。

【0047】

図２Ａ〜図２Ｄの例では、コンフォーマルアンテナの基板が第１の向きで形成され、次いで基板が図２Ｃおよび２Ｄに示す導電性領域の適用のための新しい位置に移動される。図２Ｃでは、導電性領域２３２が基板と接触して形成されている。図２Ｄにおいて、形成されるアンテナは回転され、導電性領域２３２に対向して導電性領域２４２が形成される。

【0048】

いくつかの実施形態によれば、導電性領域２３２および２４２は、エアロゾルジェット装置のような積層造形装置による導電性インクの塗布によって形成することができる。導電性インクは、任意の数の層に塗布されてもよく、各層の形成の間に時間が経過して、次の層が形成される前に層が乾燥するかまたは部分的に乾燥するのを可能にしてもよい。いくつかの実施形態では、インクを１５０℃〜２００℃の温度に曝すことによって、インクが積層造形を通じて塗布された後に、導電性インクを焼結させることができる。上述したように、いくつかの実施形態では、保護層（例えば、石英）を基板に適用して、焼結中に加えられる熱から基板を保護することができる。それに加えて、または代替的に、基板は、焼結中に加えられる熱の影響を低減（またはさらに低減）するために、適切に高いガラス転移温度（例えば、１５０℃〜３００℃）を有するように選択することができる。上述したように、コンフォーマルアンテナの導電領域の一方または両方は、導電領域がアンテナとして動作するときにチョークとして機能するような形状を有することができる。

【0049】

図３Ａ〜図３Ｃは、図２Ａ〜図２Ｄに示すように基板を完全に形成し次に導電領域を形成するのではなく、基板と導電領域を一緒に形成することによる積層造形を介して、コンフォーマルアンテナを形成する順序を示す。したがって、図３Ａ〜図３Ｃに示されるプロセスは、複数のノズルを備えたインクジェット積層造形装置のような、複数の材料を形成するように装備された１つ以上の積層造形装置によって行われてもよい。

【0050】

図３Ａにおいて、コンフォーマルアンテナの一部は、構築プラットフォーム３５０上の積層造形によって製造されている。この部分は、基板部分３１１と第１導電性領域３１２の部分とを含む。基板部分３１１は、限定されずに、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、発泡誘電体（例えばポリエチレン発泡体）、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）または他の熱可塑性ポリマー、ポリイミド、またはそれらの組み合わせを含む、任意の好適な材料から形成することができる。第１導電性領域３１２の部分は、銀、金、銅などの金属成分に加えて熱可塑性成分を含む積層造形に適した任意の適切な導電性材料から形成することができる。

【0051】

図３Ｂでは、追加の基板材料が形成され、第１導電性領域が完成し、第２導電性領域３２３が形成され始めている。図３Ｃでは、コンフォーマルアンテナが完成する。図１および図２に関連して上述した焼結工程は、アンテナ３３０の導電性領域を形成するために利用される材料の種類に応じて、実行されても実行されなくてもよい。上述したように、コンフォーマルアンテナの導電性領域の一方または両方は、導電性領域がアンテナとして動作するときにチョークとして機能するような形状を有することができる。

【0052】

図３Ａ〜図３Ｃの例では、導電性領域は基板部分内に埋め込まれているが、図２Ａ〜図２Ｄの例では導電性領域が基板部分上に形成されている。 いずれのアプローチも、（図２Ａ〜図２Ｄおよび図３Ａ〜図３Ｃにそれぞれ示されているように）構成要素を順番にまたは一緒に形成する２つのアプローチの直接の態様描写ではなく、コンフォーマルアンテナ内に基板および導電性領域を配置するための例示的な方法として単に示されているものである。

【0053】

いくつかの実施形態によれば、図２Ａ〜図２Ｄおよび図３Ａ〜図３Ｃの例の両方において、積層造形によって生成された層は、１μｍ〜３００μｍの厚さを有することができる。層は、物体の一端から他端まで順番に堆積されてもよいし、順不同に堆積されてもよい。例えば、層は、構築プラットフォームと接触する層から開始して順次形成され、各後続層が前の層よりも構築プラットフォームからより離れて形成されるように進行することができる。あるいは、異なる順序で材料を形成することができ、これは、３つより多くの移動軸（例えば、４軸、５軸など）を有する積層造形装置の使用を含み得る。そのような装置は、上記のように順次層に堆積するように制約されている３軸装置よりも、層順序から材料を堆積させる自由度が高い。

【0054】

図２Ａ〜図２Ｄおよび図３Ａ〜図３Ｃの例の両方において、図示されていない支持材料は、製造中にコンフォーマルアンテナを機械的に支持するために必要または望ましい場合に追加的に製造され得ることが理解される。このような支持体は、製造プロセスの後に除去することができる。さらに、図２Ａ〜図２Ｄおよび図３Ａ〜図３Ｃの例に示される例示的なコンフォーマルアンテナ形状は、単なる例として提供され、一般に、任意の形状の基板および導電性領域を有する任意の適切な形状のコンフォーマルアンテナは、上述したように、付加的な製造によって形成することができる。

【0055】

いくつかの実施形態によれば、図２Ａ〜図２Ｄおよび図３Ａ〜図３Ｃの例の両方における積層造形は、材料を堆積させるステップに加えて複数のステップを含むことができる。例えば、ある種の積層造形は、液体フォトポリマーが堆積された後、液体フォトポリマーを固体ポリマーに変えるためにＵＶ放射の露光を利用することができ、上記の例では、これらのプロセスに含まれている。

【0056】

図４は、いくつかの実施形態による例示的なコンフォーマルアンテナを示す。コンフォーマルアンテナ４００は、第１面４０１および第２面４０２を有し、基板４１０、導電性領域４２０および４３０、および同軸伝送線路４４０を含む。基板４１０は、コンフォーマルアンテナの第１面４０１および第２面４０２上に別々の領域として示されているが、図示のアンテナは単一の基板を有し、基板の両面が図４に示す２つの図で示されていることが理解されよう。

【0057】

図４の例では、コンフォーマルアンテナ４００は同軸コネクタ４４０を含み、その内部導電体４４１が導電性領域４２０に結合され、外部導電体４４２が導電性領域４３０に結合される。導電性領域４２０は、「スロット線路」特徴４２１を含み、導電性領域４３０は、異なる向きであるが、特徴４２１と同じサイズおよび形状である特徴４３１を含む。さらに、導電性領域４２０は給電線路４２２を含み、導電性領域４３０は給電線路４３２を含む。

【0058】

特徴４３１は、導電性領域４２０および４３０がアンテナとして動作するとき、チョークとして機能する。外部導電体４４２の内壁に沿って＋ｚ方向に流れる電流は、スロット線路４３１によって導電性領域４３０の外壁上に逆流することが阻止され、それによってチョークが生成される。これとは対照的に、スロット線路４２１は、導電性領域４２０に流れる電流に対して異なるインピーダンスを生成する。実際には、図示された導電性領域４３０は定在波を生成し、それによりインピーダンス整合によりアンテナの効率的な動作をもたらす。

【0059】

図４の例に示すように、各導電性領域の三角形区分（それぞれの給電線路を含まない各導電性領域の一部である）の形状は同じである。これは、アンテナの両側で等しい電力を消散させることによって、アンテナの対称的な動作を確実にすることができる。いくつかの実施形態によれば、導電性領域の三角形区分は、その幅（ｘ方向の広がり）の２倍の長さ（ｚ方向の長さ）を有する。

【0060】

上述したように、コンフォーマルアンテナは任意の適切な形状で製造することができ、したがって、図４の例に示すアンテナの平面形状は単なる一例に過ぎないことが理解されよう。例えば、導電性領域４２０および４３０は、任意の所与の形状およびサイズのコンフォーマルアンテナ上に上述したのと同じ機能を生成できるように、曲面上に投影することができる。

【0061】

さらに、図４の例に描かれた「スロット線路」特徴は、導電性領域４３０の適切な形状を選択することによって電流を絞る単なる一例に過ぎない。湾曲した形状を有するスロット線路のような他の類似の特徴形状を適用することができる。例えば、導電性領域は、「涙滴」形状および／または円形形状を含むことができる。

【0062】

いくつかの実施形態によれば、基板４１０は、５０μｍと１０ｍｍの間、例えば０．５ｍｍと５ｍｍとの間の厚さ（すなわち、第１面４０１上の基板の表面と第２面４０２上の基板の表面との間の距離）を有する。基板の厚さは、少なくとも導電性領域の間の領域を通って、実質的に一定であることが好ましい。いくつかの実施形態では、基板厚さは、給電線路４２２および／または４３２のインピーダンス、基板の最大電力処理能力、および／または基板の厚さを十分に大きく選択することによって、少なくとも部分的に決定することができる、アンテナの最高動作周波数における表面波モードを回避するために使用される。

【0063】

図５は、いくつかの実施形態によるコンフォーマルアンテナが設置された航空機を示す。航空機５００は、尾翼の本体内に本明細書に記載の技術によって製造されたコンフォーマルアンテナを含む尾翼５１０を含む。コンフォーマルアンテナは、例えば、尾翼内に設置され、パラ−アラミド合成繊維（例えば、ケブラー（登録商標））エポキシスキンで覆われてもよい。

【0064】

このように、本発明の少なくとも１つの実施形態のいくつかの態様を説明したので、当業者には様々な変更、修正、および改良が容易に思い付くことが理解されるべきである。

【0065】

そのような変更、修正、および改良は、本開示の一部であることが意図されており、本発明の精神および範囲内にあることが意図されている。さらに、本発明の利点が示されているが、本明細書に記載の技術のすべての実施形態が記載されたすべての利点を含むわけではないことを理解されたい。いくつかの実施形態は、本明細書において有利であると説明された任意の特徴を実装しないことがあり、場合によっては、記載された特徴のうちの１つまたは複数を実装してさらなる実施形態を達成することができる。したがって、前述の説明および図面は単なる例示である。

【0066】

例えば、チョークとして機能する導電性領域を含むアンテナ設計は、特に、付加的な製造によって製造されるものとして説明されているが、このようなアンテナは、このように製造する必要はない。付加的な製造によってアンテナを製造することには利点があるが−上述のように、これらの利点には、コンフォーマルアンテナを任意の所望の形状およびサイズで製造する能力が含まれる−積層造形を用いることなくこの設計を有するアンテナを製造することは、本開示の範囲内である。場合によっては、アンテナの一部を製造するために積層造形を使用することができ、アンテナの残りの部分を製造するために非積層造形を使用することができる。例えば、非積層造形技術を使用して基板を形成することができ、その後、積層造形技術を用いて基板と接触して導電性構造を形成することができる。

【0067】

特に航空機は本明細書に記載されているが、本明細書に記載のアンテナ設計および積層造形技術の使用は、航空機に使用するためのアンテナの製造に限定されない。本明細書に記載されたコンフォーマルアンテナは、本発明がこのように限定されないので、任意のタイプの車両または任意の静止（非車両）位置に設置することができる。

【0068】

本明細書では特定の積層造形について論じ、特定の技術は上述のように有利な特性を有し得るが、本発明は特定の積層造形、技術または装置に限定されない。

【0069】

本明細書に記載された装置および技術の様々な態様は、単独で、組み合わせて、または前述の説明に記載された実施形態で具体的に論じられていない様々な構成で使用されてもよく、したがって、上述の説明または図面に示された構成要素のうちの１つまたは複数を含む。例えば、一実施形態に記載される態様は、他の実施形態に記載される態様と任意のやり方で組み合わせられてもよい。

【0070】

様々な発明概念を、１つまたは複数の方法として実施することができ、その例は提供されている。本明細書に記載された方法の一部として実施される行為は、任意の適切なやり方で順序づけることができる。したがって、例示的な実施形態では、これらの行為が順次行為として示されたとしても、いくつかの行為を同時に実行することを含む、行為が図示とは異なる順序で実行される実施形態が構築されてもよい。

【0071】

本明細書で定義され使用されている全ての定義は、辞書定義、参照により組み込まれた文献の定義、および／または定義された用語の通常の意味を統制すると理解されるべきである。

【0072】

本明細書で使用する不定冠詞「a」および「an」は、逆のことが明確に示されていない限り、「少なくとも１つ」を意味すると理解されるべきである。
本明細書で使用されるように、１以上の要素のリストに関して「少なくとも１つの」という語句は、要素のリストの任意の１以上の要素から選択される少なくとも１つの要素を意味すると理解されるべきであるが、必ずしも要素のリスト内に具体的に列挙された各要素および各要素の少なくとも１つを含む必要はなく、要素のリスト内の要素の任意の組み合わせを除外しない。この定義はまた、「少なくとも１つの」という語句が指し示す要素のリスト内で具体的に特定される要素以外に、要素が任意に存在することを可能にする。

【0073】

本明細書で使用される「および／または」という語句は、そのように接続された要素、すなわち、場合によっては接続的に存在し、他の場合には離接的に存在する要素の「一方」または「両方」を意味すると理解されるべきである。「および／または」で列挙された複数の要素は、同じように、すなわちそのように接続された要素の「１以上」と解釈されるべきである。具体的に特定された要素と関連するかどうかにかかわらず、「および／または」句によって具体的に特定される要素以外の他の要素が任意に存在してもよい。したがって、非限定的な例として、「含む（comprising）」などの開放型言語と併せて使用される場合、「Ａおよび／またはＢ」は、一実施形態では、Ａのみ（任意選択でＢ以外の要素を含む）に；別の実施形態では、Ｂのみ（任意選択でＡ以外の要素を含む）に；さらに別の実施形態では、ＡおよびＢの両方（必要に応じて他の要素を含む）等に言及する。

【0074】

本明細書中で使用される場合、「または」は、上で定義した「および／または」と同じ意味を有すると理解されるべきである。例えば、リスト中の項目を分離する場合、「または」または「および／または」は包括的であると解釈されるべきであり、すなわち、要素の数またはリストの少なくとも１つ、しかし複数を含むこと、およびオプションで追加の非リスト項目を含むことができる。「１つのみ」または「ちょうど１つ」のように、逆に明示された用語のみが、数または要素のリストの正確に１つの要素を含むことを指す。一般的に、本明細書で使用される「または」という用語は、「どちらか」、「〜の１つ」または「のちょうど１つ」などの排他的な用語が先行するときだけ、排他的な代替（すなわち、「一方または他方、しかし両方ではない」）を示すものとして解釈される。

【0075】

特許請求の範囲における「第１」、「第２」、「第３など」のような序数用語の使用は、それ自身では、あるクレーム要素の優先順位、優先順位、または順序を他のものよりも、または時間的 ある名称を有する一つのクレーム要素を、クレーム要素を区別するために同じ名前を有する（ただし、序数の用語を使用する）他の要素と区別するためのラベルとしてのみ使用される。

【0076】

本明細書で使用される表現および用語は、説明のためのものであり、限定的であると見なされるべきではない。「含んでいる」、「含む」、「有する」、「含有する」、「伴う」、およびそれらの変形の使用は、その後に列挙されるアイテムおよび追加のアイテムを包含することを意味する。

【0077】

本発明のいくつかの実施形態を詳細に説明し、当業者には様々な改変および改良が容易に思い浮かぶであろう。そのような改変および改良は、本発明の精神および範囲内にあることが意図される。従って、前述の説明は単なる例示に過ぎず、限定を意図するものではない。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図4】

【図5】