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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】
(24)【登録日】2024-01-30
(45)【発行日】2024-02-07
(54)【発明の名称】膨張ラッチ機構を有する展開型アンテナ装置
(51)【国際特許分類】
H01Q 15/20 20060101AFI20240131BHJP
H01Q 1/28 20060101ALI20240131BHJP
H01Q 9/16 20060101ALI20240131BHJP
H01Q 15/14 20060101ALI20240131BHJP
H01Q 21/24 20060101ALI20240131BHJP
【ＦＩ】
H01Q15/20
H01Q1/28
H01Q9/16
H01Q15/14 Z
H01Q21/24
【請求項の数】
17
(21)【出願番号】P 2023522403
(86)(22)【出願日】2021-10-14
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2023-10-11
(86)【国際出願番号】 US2021054985
(87)【国際公開番号】W WO2022081844
(87)【国際公開日】2022-04-21
【審査請求日】2023-08-14
(31)【優先権主張番号】63/091,909
(32)【優先日】2020-10-14
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】513180451
【氏名又は名称】ヴィアサット，インコーポレイテッド
【氏名又は名称原語表記】ＶｉａＳａｔ，Ｉｎｃ．
(74)【代理人】
【識別番号】110001302
【氏名又は名称】弁理士法人北青山インターナショナル
(72)【発明者】
【氏名】ウィットウァー，デイビッド シー．
(72)【発明者】
【氏名】グリーニッジ，デイビッド ディー．
(72)【発明者】
【氏名】クレッチ，マイケル ティー．
(72)【発明者】
【氏名】ハウス，ケビン ディー．
(72)【発明者】
【氏名】フォスラー，マーク ディー．
【審査官】佐藤 当秀
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第２０１０／０２３１４７９（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２００３／００５２７５７（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｑ １／００－ ２１／３０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
人工磁気導体（ＡＭＣ）アンテナ装置（１００）であって、導電性基材面（１１９）を含む基層（１１０）と、
前記基層上方の周波数選択性表面（ＦＳＳ）層（１２０）であって、互いに分離された複数の導電性パッチ（１２１）を備える、周波数選択性表面（ＦＳＳ）層（１２０）と、
各々が、前記導電性パッチのうちの１つを前記導電性基材面に電気的に接続する、複数の可撓性導体（１１５）と、を備える、接地面（１０５）と、
少なくとも１つのアンテナ素子（１３５）を含む、前記ＦＳＳ層上方の可撓性アンテナ素子層（１３０）と、
ラッチ解除状態からラッチ状態に移行するように構成された、前記基層と前記ＦＳＳ層との間のラッチ機構（Ｌ）であって、前記ラッチ状態では、所定の距離だけ前記導電性基材面が前記ＦＳＳ層から固定して分離されている、ラッチ機構（Ｌ）と、
前記基層と前記ＦＳＳ層との間の膨張可能なブラダシステム（１０３ａ、１０３ｂ）であって、前記ＡＭＣアンテナ装置の展開中にガス入力を受け取り、かつ、前記ラッチ機構を、前記ラッチ解除状態から前記ラッチ状態に移行させるのに、十分な力を生成するよう膨張するように構成されている、膨張可能なブラダシステム（１０３ａ、１０３ｂ）と、を含む、人工磁気導体（ＡＭＣ）アンテナ装置（１００）。
【請求項2】
前記膨張可能なブラダシステムが、前記基層の第１の周辺部分（１１０ｃ）と、前記ＦＳＳ層の第１の周辺部分（１２０ｃ）との間で長手方向に延在する、第１の膨張可能なブラダ部分（１０３ａ）と、
前記基層の第２の周辺部分（１１０ｄ）と、前記ＦＳＳ層の第２の周辺部分（１２０ｄ）との間で長手方向に延在する、第２の膨張可能なブラダ部分（１０３ｂ）と、を含み、
前記基層の前記第２の周辺部分は、前記基層の前記第１の周辺部分の反対側にあり、前記ＦＳＳ層の前記第２の周辺部分は、前記ＦＳＳ層の前記第１の周辺部分の反対側にある、請求項１に記載のＡＭＣアンテナ装置（１００）。
【請求項3】
保持構造体（２０）であって、前記ＡＭＣアンテナ装置が収納されたとき、（ｉ）前記アンテナ素子層と、（ｉｉ）前記ＦＳＳ層が前記基材面に向かって折り畳まれた状態の前記接地面と、（ｉｉｉ）前記膨張可能なブラダシステムと、を保持するように構成された、保持構造体（２０）を更に備える、請求項１又は２に記載のＡＭＣアンテナ装置（１００）。
【請求項4】
前記アンテナ素子層、前記接地面及び前記膨張可能なブラダシステムを、前記保持構造体から取り外すように構成された、少なくとも１つのアクチュエータ（２７５、２６０）を更に備える、請求項３に記載のＡＭＣアンテナ装置（１００）。
【請求項5】
前記保持構造体が、前記アンテナ素子層、前記接地面及び前記膨張可能なブラダシステムをコイル状態に保持する、請求項４に記載のＡＭＣアンテナ装置（１００）。
【請求項6】
前記保持構造体が、対向する端部（２１６、２１８）にそれぞれ一対のらせん状の溝（２１４）を含む、円筒構造であり、前記接地面の対向する縁部が、前記一対のらせん状の溝内に巻かれた状態に保持されている、請求項５に記載のＡＭＣアンテナ装置（１００）。
【請求項7】
前記ＦＳＳ層が、第１の誘電体シート（１５４）を含み、前記複数の導電性パッチが、前記第１の誘電体シート上のプリント導電性パッチであり、前記少なくとも１つのアンテナ素子が、第２の誘電体シート（１７４）上の、少なくとも１つのプリント導電性素子（１３２、１３４）であり、
前記第１の誘電体シート及び前記第２の誘電体シートの各々が可撓性である、請求項１～６のいずれか一項に記載のＡＭＣアンテナ装置（１００）。
【請求項8】
可撓性アンテナ給電装置（３１０、３２０）であって、前記少なくとも１つのアンテナ素子に電気的に接続された第１の端部と、前記基層の下の反対側の端部と、前記ＦＳＳ層の少なくとも１つの開口部（３７５）を通って、前記基材面と前記少なくとも１つのアンテナ素子との間に延在する、中央部分と、を有する、可撓性アンテナ給電装置（３１０、３２０）を更に備える、請求項１～７のいずれか一項に記載のＡＭＣアンテナ装置（１００）。
【請求項9】
前記基層の下に配設され、前記アンテナ給電装置の前記反対側の端部に接続された、バラン（３５０）を更に備える、請求項８に記載のＡＭＣアンテナ装置（１００）。
【請求項10】
前記少なくとも１つのアンテナ素子が、少なくとも１つの交差ダイポールアンテナ素子（１３５）を含む、請求項１～９のいずれか一項に記載のＡＭＣアンテナ装置（１００）。
【請求項11】
前記基層が、可撓性誘電体基板（１４４）を更に含み、前記導電性基材面が、前記可撓性誘電体基板上のプリント導電性材料である、請求項１～１０のいずれか一項に記載のＡＭＣアンテナ装置（１００）。
【請求項12】
各々が、前記基層と前記ＦＳＳ層との間に配設され、各々が、前記複数の可撓性導体（１１５）の群を含む、複数の可撓性プリント基板（ＰＣＢ）（１０７）を更に備え、前記可撓性ＰＣＢの各々が、前記ラッチ機構が前記ラッチ状態にあるとき、前記基層及び前記ＦＳＳ層に対して略直角に方向付けられ、前記ラッチ機構がラッチ解除されているとき、前記基層及び前記ＦＳＳ層の各々の隣接部分に対して非直角に方向付けられている、請求項１～１１のいずれか一項に記載のＡＭＣアンテナ装置（１００）。
【請求項13】
前記ラッチ機構が、前記ＦＳＳ層の少なくとも２つの周辺部分（１２０ａ、１２０ｂ）と、前記基層の少なくとも２つの対応する周辺部分（１１０ａ、１１０ｂ）との間に分散された、複数の個々のラッチ（Ｌ１～ＬＮ）を備える、請求項１～１２のいずれか一項に記載のＡＭＣアンテナ装置（１００）。
【請求項14】
無人搬送車（２８５）上で人工磁気導体（ＡＭＣ）アンテナ（１０）を収納及び展開する方法（１３００）であって、前記方法は、前記ＡＭＣアンテナを保持構造体に収納すること（Ｓ１３１０）であって、前記ＡＭＣアンテナは、（ｉ）アンテナ素子層と、（ｉｉ）周波数選択性表面（ＦＳＳ）層、前記ＦＳＳ層の下の基層、及び導電性基材面を含む接地面と、（ｉｉｉ）前記基層と前記ＦＳＳ層との間のラッチ機構と、（ｉｖ）前記基層と前記ＦＳＳ層との間の膨張可能なブラダシステムと、を含む、収納すること（Ｓ１３１０）と、
前記ＡＭＣアンテナの展開中に、
アクチュエータを使用して、前記保持構造体から前記ＡＭＣアンテナを取り外すこと（Ｓ１３３０）と、
前記ラッチ機構をラッチ解除状態からラッチ状態に移行させるのに十分な力を生成するために、前記膨張可能なブラダを膨張させること（Ｓ１３３０）と、を含み、前記ラッチ状態では、所定の距離で前記導電性基材面が前記ＦＳＳから固定して分離されている、方法（１３００）。
【請求項15】
前記無人搬送車が、軌道衛星である、請求項１４に記載の方法（１３００）。
【請求項16】
前記保持構造体が、前記ＡＭＣアンテナをコイル状態に保持し、前記アクチュエータが、前記ＡＭＣアンテナを、前記保持構造体からプレート形状で水平展開させる、請求項１４又は１５に記載の方法（１３００）。
【請求項17】
前記ＡＭＣアンテナが、前記保持構造体内にコイル状に格納された、可撓性アンテナ給電装置（１３２、１３４）を更に備え、前記可撓性アンテナ給電装置は、前記ＡＭＣアンテナの前記取り外し中に広がる、請求項１４～１６のいずれか一項に記載の方法（１３００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願の相互参照
本出願は、２０２０年１０月１４日に米国特許商標庁に出願の米国仮出願第６３／０９１，９０９号に対する優先権を主張し、その全内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
本出願は、２０２０年１０月１４日に米国特許商標庁に出願の米国仮出願第６３／０９１，９０９号に対する優先権を主張し、その全内容は、参照により本明細書に組み込まれる。
【0002】
本開示は、一般に、接地面を有するアンテナ用の格納及び展開技術、並びに、人工磁気導体（ＡＭＣ）アンテナに関する。
【背景技術】
【0003】
接地面上の従来のアンテナでは、反射信号との建設的な干渉を達成し、それによって指向性を高めるために、放射素子は、接地面から四分の一波長（λ／４）だけ離間されている。しかしながら、比較的低い周波数では、λ／４距離は所望よりも長い場合があり、厚いアンテナプロファイル（例えば、３００ＭＨｚで２５ｃｍ）をもたらす。
【0004】
人工磁気導体（ＡＭＣ）接地面では、接地面と放射素子との間の間隔が著しく小さく、アンテナに対して、同等の指向性能が実現され得る。ＡＭＣ接地面は、導電性基材面と、互いに分離された複数の導電性パッチから構成されている、「周波数選択性表面」（ＦＳＳ）と、を含み得る。導電性パッチは、典型的には、低損失誘電体内に埋設されたそれぞれのワイヤを通して、基材面に電気的に接続されてもよい。結果として生じる構造体は、従来の接地面ベースのアンテナよりも薄いが、特に１ＧＨｚ未満の周波数用に構成された大口径アンテナの場合、堅くて運搬が面倒である。
【発明の概要】
【0005】
本開示の一態様では、人工磁気導体（ＡＭＣ）アンテナ装置は、接地面と、接地面上方の少なくとも１つのアンテナ素子を含む、可撓性アンテナ素子層と、を含む。接地面は、導電性基材面、複数の可撓性導体、及び基材面上方の周波数選択性表面（ＦＳＳ）層を含み、ＦＳＳ層は、互いに分離された複数の導電性パッチを含む。可撓性導体の各々は、導電性パッチのうちの１つを基材面に電気的に接続する。ラッチ機構は、基層とＦＳＳ層との間に配置されている。膨張可能なブラダシステムは、基層とＦＳＳ層との間に配設され、アンテナ装置の展開中にガス入力を受け取り、かつ、ラッチ機構を、ラッチ解除状態から、所定の距離で導電性基材面がＦＳＳ層から固定して分離されているラッチ状態に移行させるのに、十分な力を生成するよう膨張するように構成されている。
【0006】
ＡＭＣアンテナ装置は、保持構造体であって、ＡＭＣアンテナ装置が収納されたとき、（ｉ）アンテナ素子層と、（ｉｉ）ＦＳＳ層が基材面に向かって折り畳まれた状態の接地面と、（ｉｉｉ）膨張可能なブラダシステムと、を保持するように構成された、保持構造体を更に含み得る。保持構造体は、アンテナ素子層、接地面及び膨張可能なブラダシステムをコイル状態に保持し得る。
【0007】
ＡＭＣアンテナ装置は、アンテナ素子層、接地面及び膨張可能なブラダシステムを、保持構造体から取り外すように構成された、少なくとも１つのアクチュエータを更に含み得る。
【0008】
別の態様では、無人搬送車上でＡＭＣアンテナを展開する方法が提供される。ＡＭＣアンテナは、（ｉ）アンテナ素子層と、（ｉｉ）接地面であって、導電性基材面と、ＦＳＳ層と、導電性基材面をＦＳＳ層に電気的及び機械的に結合する、複数の可撓性導体と、を有する、接地面と、を含む。本方法は、ＡＭＣアンテナの展開中に、アクチュエータを使用して、保持構造体からＡＭＣアンテナを取り外すことと、ラッチ機構をラッチ解除状態からラッチ状態に移行させるのに十分な力を生成するために、膨張可能なブラダを膨張させることと、を含む。ラッチ状態では、所定の距離だけ導電性基材面がＦＳＳ層から固定して分離されている。
【図面の簡単な説明】
【0009】
開示される技術の上記及び他の態様及び特徴は、同様の参照文字が同様の要素又は特徴を示す添付の図面と併せて、以下の詳細な説明からより明らかになるであろう。同一の又は類似の種類の様々な要素は、同一／類似の要素（例えば、＿１、＿２）の中で区別する下線／ダッシュ及び第２のラベルで参照ラベルを付加することによって、又は第２のラベルで参照ラベルを直接付加することによって区別され得る。しかしながら、所与の説明が第１の参照ラベルのみを使用する場合、このラベルは、第２のラベルに関係なく、同じ第１の参照ラベルを有する同一／類似の要素のうちのいずれか１つに適用可能である。要素及び特徴は、図面で縮尺どおりに描画されていない場合がある。
【0010】
【発明を実施するための形態】
【0011】
説明の目的で本明細書に開示される技術の特定の例示的な実施形態の包括的な理解を支援するために、添付の図面を参照しながら以下の説明が提供される。説明は、当業者が技術を理解するのを助けるための様々な具体的な詳細を含むが、これらの詳細は、単なる例示とみなされるべきである。単純化及び明確化の目的で、周知の機能及び構造の説明は、それらの包含が、当業者による技術の理解を曖昧にする可能性がある場合には、省略される場合がある。
【0012】
図１は、一実施形態による、動作構成における、例示的な人工磁気導体（ＡＭＣ）アンテナ装置１００の斜視図である。ＡＭＣアンテナ装置１００は、ＡＭＣアンテナ１０と、収納中のＡＭＣアンテナ１０を保持するための保持構造体２０と、を含み得る。（本明細書において、ＡＭＣアンテナ１００はまた、互換的に、ＡＭＣアンテナ装置と称されることもあり得ることに留意されたい。）図１は、保持構造体２０から取り外された後、及び、折り畳まれた構成から、後述する、拡張された動作構成に構造を変換する動作の後の構成のＡＭＣアンテナ１０を示す。
【0013】
図２は、図１のＡＭＣアンテナ装置の一部の例示的な構造を示す、切断斜視図である。図１及び図２を集合的に参照すると、ＡＭＣアンテナ１０は、接地面１０５、少なくとも１つのアンテナ素子１３５を有するアンテナ素子層１３０、及びアンテナ給電装置（例えば、図１１の３００、明確にするために図１及び図２から省略）を含み得る。接地面１０５は、導電性基材面を有する基層１１０と、周波数選択性表面（ＦＳＳ）層１２０と、ＦＳＳ層１２０を導電性基材面に電気的に接続する、複数の可撓性導体１１５と、を含み得る。導体１１５は、金属などの導電性材料を含むことができる。導体１１５は、様々な可能な形態のいずれかであり得る。例えば、導体１１５は、ワイヤ、カラム、ばね、トレースなどであり得る。
【0014】
導電形状特徴のそのようなテクスチャ面形状を有する接地面１０５は、表面波モードが、滑らかな金属表面上のものと著しく異なる、所与の周波数帯域内の「高インピーダンス面」として理解され得る。（「周波数選択面（ＦＳＳ）」という用語は、高インピーダンス面の周波数に敏感な性質を強調していることに留意されたい。）接地面１０５はまた、表面波が抑制された、「同相反射器」としても理解され得る。接地面１０５のテクスチャ構造は、ＡＭＣアンテナ１０を、従来の接地面アンテナ、すなわち、放射素子が接地面上でλ／４だけ離間された非ＡＭＣアンテナよりも、実質的に薄くすることを可能にする。
【0015】
ＡＭＣアンテナ１０は、基層１１０とＦＳＳ層１２０との間のラッチ機構Ｌ（例えば、個々のラッチＬ１～ＬＮを含む）を更に含む。ラッチ機構Ｌは、ＡＭＣアンテナ１０が収納構成から展開されたとき、ラッチ解除状態からラッチ状態に移行するように構成されている。図１及び図２に示されるラッチ状態では、基層１１０は、所定の距離だけＦＳＳ層１２０から固定して分離されている。ＡＭＣアンテナ１０は、基層１１０とＦＳＳ層１２０との間の、例えば、第１のブラダ１０３ａ（「第１のブラダ部分」）及び第２のブラダ１０３ｂ（「第２のブラダ部分」）を有する、膨張可能なブラダシステムを更に含む。以下に更に記載されるように、膨張可能なブラダシステムが収縮され、ラッチ機構Ｌがラッチ解除されると、ＦＳＳ層１２０は基層１１０に対して折り畳まれ得、結果として生じるＡＭＣアンテナ１０構造を、非常に薄くする。これにより、ＡＭＣアンテナ１０を、保持構造体２０内にコイル構成で収納することができる。ＡＭＣアンテナ１０が、軌道衛星などの搬送車の表面２８５上の保持構造体２０から取り外されると、ブラダシステムは、ＡＭＣアンテナ１０を動作構成で設置するための、ガス入力を受け取る。この目的のために、ブラダシステムは、ラッチ解除状態からラッチ状態にラッチ機構Ｌを移行させるのに、十分な力を生成するよう膨張し、それによって、ＦＳＳ層１２０は、所望の所定の距離だけ基層１１０から適切に分離されている。
【0016】
複数の可撓性プリント基板（ＰＣＢ）１０７は、それぞれ基層１１０とＦＳＳ層１２０との間に配設され得、各ＰＣＢ１０７は、可撓性導体１１５の群を含む。図２に示すように、各ＰＣＢ１０７は、ラッチ機構がラッチ状態にあるとき、基層１１０及びＦＳＳ層１２０に対して略直角に方向付けられ得る。下記で論じられる図５に示すように、各ＰＣＢ１０７は、ラッチ機構Ｌがラッチ解除されると、基層１１０及びＦＳＳ層１２０に対して少なくとも部分的に折り畳まれ得る。この状態では、各ＰＣＢ１０７の主表面は、基層１１０に向かって傾斜し得、基層１１０とＦＳＳ層１２０との間の空隙を塞ぎ、収納のためのコンパクトな構成を提供する。ここで、他の実施形態では、可撓性導体１１５は、ＰＣＢ１０７（ＰＣＢ１０７は省略される）内に埋設されることなく、独立型の導体として、ＦＳＳ層１２０と基層１１０との間に設けられていることに留意すべきである。
【0017】
ＦＳＳ層１２０は、狭い分離領域（「通り」）１２３によって互いに分離された、複数の導電性パッチ１２１＿１～１２１＿ｎを含む。各導電性パッチ１２１は、ポリイミドフィルム（例えば、Ｋａｐｔｏｎ（登録商標））などの薄い誘電体シートに印刷された、導電面を含み得、分離領域１２３は、印刷導体を含まない、誘電体シートの領域であり得る。したがって、導電性パッチ１２１＿１～１２１＿ｎは、誘電体シートとともに（場合によっては、印刷導体の反対側に追加の誘電体シート）、連続シート状構造体又はサンドイッチ型構造体を集合的に形成し得る。分離領域１２３の幅は、導電性パッチ１２１の面積に対して小さいため、高インピーダンス面の形成に寄与する、隣接する導電性パッチ１２１間に静電容量を生成する。各導体１１５は、（ＰＣＢ１０７の誘電体で補強された）「インサーキットテスタ」構造が、基層１１０とＦＳＳ層１２０との間に提供されるように、ｚ（垂直）方向に方向付けられ得、導電性パッチ１２１のうちの１つを、基層１１０の導電性基材面に電気的に接続し得える。基層１１０、ＦＳＳ層１２０及びアンテナ素子層１３０のそれぞれは、ｘ－ｙ平面内に方向付けられた主表面を有する、可撓性シート状構造体であり得る。
【0018】
導電性パッチ１２１の数、幾何学形状及びレイアウト、アンテナ層１３０の少なくとも１つのアンテナ素子、導体１１５の長さ、並びに、アンテナ素子層１３０とＦＳＳ１２０との間の間隔の適切な設計を通して、ＡＭＣ現象が実現可能である。前述のように、ＡＭＣ現象は、ＡＭＣアンテナ１０が、接地面上でλ／４だけ離間された放射素子を有する、従来のアンテナよりも著しく薄くなることを可能にする。例えば、ＡＭＣ現象は、λ／４より非常に小さい、例えば、λ／４０～λ／１０の範囲の、アンテナ素子層１３０と基材面１１９の間の間隔を有する、効率的なアンテナ性能を可能にする。そのような効率は、同相反射、及び表面波の抑制により、実現され得る。したがって、層間の密接な間隔にも関わらず、アンテナ素子層１３０によって自由空間に直接放射された信号と、最初に接地面１０５に向かって伝播し、次に接地面１０５から反射された同じ信号との間で、建設的な干渉が生じる。
【0019】
図１の実施形態では、例示的なアンテナ素子１３５は、第１のダイポール素子１３２、及び第１のダイポール素子１３２に直交する第２のダイポール素子１３４を含む、交差ダイポールとして図示されている。単一のダイポール、ループアンテナ、マイクロストリップパッチ素子の配列などの、他の種類のアンテナ素子に置き換えられ得る。交差ダイポール１３５は、図１のＦＳＳ層１２０及び基層１１０のそれぞれよりも小さい表面積を占める六角形で示された、誘電体シート上に印刷されてもよい。他の実施例では、アンテナ素子層１３０は、ＦＳＳ層１２０及び基層１１０のそれぞれと、ｘ－ｙ平面内で、同一の広がりをもつ。接地面１０５の例示的な構造は、導体１１５の下端部の追加の構造支持のために、各々がｙ方向又はｘ方向に長手状に方向付けられた、複数の誘電体リブ又は金属リブ１１７を含み得る。例えば、リブ１１７は、（例えば、図２のｘ軸に沿って、又は略平行に方向付けられた）複数のリブの行及び（例えば、図２のｙ軸に沿って、又は略平行に方向付けられた）複数のリブの列を含む、格子パターンに配置され得る。別の例として、図２に示すように、各リブ１１７は、基層１１０の（例えば、図２のｙ軸に沿って、又は略平行に方向付けられた）長さにわたって実質上延在し得る。更に別の例として、基層１１０は、１つ以上の連続リブ１１７を含んでもよい。更に別の例として、基層１１０は、リブ１１７を含み得ない。導電性パッチ１２１＿１～１２１＿ｎは、それぞれ格子状に配置され得、同一の幾何学形状、例えば、図示のような全て長方形若しくは全て正方形、又は代替的に、全て六角形、全て円形若しくは他の好適な形状を有し得る。いくつかの実施形態では、導電性パッチ１２１＿１～１２１＿ｎは、同一又は実質的に同一の寸法（例えば、製造公差内）で構成され得る。各導電性パッチ１２１は、その中心位置の接続１２８を通して、それぞれの導体１１５に電気的に接続し得る。
【0020】
図３は、収納中にコイル構成でＡＭＣアンテナ１０を保持する、ＡＭＣアンテナ装置１００の保持構造体２０を示す斜視図である。図１及び図２に示されるＡＭＣアンテナ１０の全ての要素は、保持構造体２０内に巻かれた状態に保持され得る。加えて、後述するＡＭＣアンテナ１０の他の要素、例えば、アンテナ給電装置及びバランは、保持構造体２０内に巻かれた状態に格納され得る。バランは、保持構造体２０内に巻き取られ、ＡＭＣアンテナ１０が保持構造体２０から取り外されると巻き戻される部分を有する、可撓性ケーブルを通して、保持構造体２０の外側に位置するＲＦフロントエンドに配線接続され得る。
【0021】
図４は、展開中における保持構造体２０からの取り外し直後の、ＡＭＣアンテナ１０を示す斜視図である。図４の図はまた、中に挿入する前の保持構造体２０に対する、ＡＭＣアンテナ１０の例示的な配置を示す。このような条件では、ブラダ１０３ａ及び１０３ｂは、ＦＳＳ層１２０が基層１１０に対して折り畳まれ得るように、収縮される（ラッチ機構Ｌは、ラッチ解除され、ブラダシステムの収縮状態の間、ＦＳＳ層１２０と基層１１０との間に横たわっていてもよい）。結果として生じるＡＭＣアンテナ１０の構造は、最初の収納中にＡＭＣアンテナが保持構造体２０内に容易に挿入され、巻かれた状態になり得、その後、展開中に取り外すために、巻かれていない状態になり得るように、平坦化される。ブラダ１０３ａは、ガスライン１０４ａに結合された、ガス挿入ポート１０２ａを含み得る。ブラダ１０３ｂは、ガスライン１０４ｂに結合された、ガス挿入ポート１０２ｂを含み得る。保持構造体２０から取り外された後、ガスは、ガスライン１０４ａ及び１０４ｂのそれぞれに挿入され、ブラダ１０３ａ及び１０３ｂを、図１に示されるような膨張状態に膨張させることができる。ここで、ブラダシステムの少なくとも１つの追加のブラダ部分、例えば、周辺部分１１０ａと周辺部分１２０ａとの間に長手方向に配置された長方形のブラダが、ＡＭＣアンテナ１０内に設けられ得ることに留意すべきである。追加のブラダは、ＡＭＣアンテナ１０の３つの側面に沿って配置された連続ブラダシステムを提供するために、独自の挿入ポート及びガスラインを有してもよく、あるいは、ブラダ１０３ａ及び１０３ｂのそれぞれに結合されてもよい。後者の場合、１つのポート及びガスライン、例えば、１０２ａ及び１０４ａのみが、ブラダシステムに含まれ得る。図示されたブラダシステムは、一例である。ブラダシステムは、ブラダの異なる構成及び配置を有することができる。
【0022】
図１～図４を引き続き参照すると、ラッチ機構Ｌは、ＡＭＣアンテナ１０の対向する周辺部分に沿って分散された、複数のラッチＬ１～ＬＮ（例えば、図示のようなＮ＝６）を含むものとして例示される。例えば、ＦＳＳ層１２０は、ブラダシステムが膨張すると、対応する周辺部分１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ及び１１０ｄをそれぞれ覆い得る、第１から第４の長方形の周辺部分（ストリップ）１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ及び１２０ｄを含み得る。第１の群のラッチＬ１、Ｌ２及びＬＮは、周辺部分１１０ｂと１２０ｂとの間に分散され得、第２の群のラッチＬ３、Ｌ４及びＬ５は、周辺部分１１０ａと１２０ａとの間に分散され得る。ブラダ１０３ａは、周辺部分１１０ｃと１２０ｃとの間に配設され、ブラダ１０３ｂは、周辺部分１２０ｄと１１０ｄとの間に配設されている。他の実施形態では、１つ以上の追加のラッチが、周辺部分１１０ｃと１２０ｃとの間のブラダ１０３ａに隣接して分散され得、１つ以上の更なるラッチが、周辺部分１１０ｄと１２０ｄとの間のブラダ１０３ｂに隣接して配設され得る。
【0023】
本実施形態における保持構造体２０は、対向する第１の端壁２１６及び第２の端壁２１８と、端壁２１６と端壁２１８との間の主軸２２５と、端壁２１６及び２１８を互いに結合する支持ロッド２２８と、を有する、略円筒形の構造体である。端壁２１６、２１８の各々は、ＡＭＣアンテナ１０をコイル構成に誘導し、保持することを容易にするために、それぞれの内面２１２上にらせん状の溝２１４を有し得る。少なくとも接地面１０５の対向する縁部は、収納中は、一対のらせん状の溝２１４内にコイル状に保持されている。アンテナ層１３０が接地面１０５と同一の広がりをもつように構成される場合、アンテナ層１３０の対向する縁部もまた、らせん状の溝２１４内に保持され得る。
【0024】
主軸２２５は、基層１１０の周辺部分１１０ａへの（概略的に示された）機械的リンク２７２を有し得る。最初にＡＭＣアンテナ１０を保持構造体２０内に保持するために、ＡＭＣアンテナ１０は、図４に示すように、折り畳まれた状態に配置され得る。折り畳まれた状態では、導体１１５は湾曲し、ＦＳＳ層１２０は、折り畳まれた構造体の少なくとも縁部の厚さが溝２１４の幅よりも薄くなるように、基層１１０に向かって折り畳まれる。折り畳まれた状態では、ＦＳＳ層１２０が基層１１０に対してオフセットされるように、ＦＳＳ層１２０が＋ｘ方向に基層１１０に向かって折り畳まれ得ることに留意されたい。折り畳まれた状態では、２つの層がオフセットされるため、基層１１０の周辺部分１１０ａは、ＦＳＳ層１２０の対応する周辺部分１２０ａによって、これ以上重ねられない。
【0025】
主軸２２５は、保持構造体２１０内にＡＭＣアンテナ１０を引き込むために（例えば、時計回りに）回転され得る。一例として、手回しクランク（図示せず）、又はリンク２７３を有するアクチュエータ２７５は、主軸２２５の端部２１９に結合されて、保持構造体２１０内にＡＭＣアンテナ１０を引き込むための回転力を付与し得る。ＡＭＣアンテナ１０がそのように保持されると、ＡＭＣアンテナ装置１００は、打ち上げ前に、軌道衛星などの搬送車に運搬され、搬送車の表面２８５に固定され得る。保持構造体２０は、（別様に保護なしで表面２８５上に取り付けられる場合の）ＡＭＣアンテナ１０自体よりも、環境条件及び動きに対して堅牢であるため、表面２８５上にＡＭＣアンテナ１０を展開する前に、保持構造体２０を表面２８５に固定することは、展開が成功する可能性を改善し得る。別の例として、表面２８５は、惑星表面、又は惑星上の人工建造物の表面である。この場合、ＡＭＣアンテナ１０が中に固定された状態の保持構造体２０は、ドローンによって運搬され得、その後の無人展開のために、表面２８５上に落下され得る。
【0026】
保持構造体２０からＡＭＣアンテナ１０を展開するために、主軸２２５は、アクチュエータ２７５によって（例えば、反時計回りに）回転され得、それによって、ＡＭＣアンテナ１０は、＋ｘ方向にその折り畳まれた状態にある間、プレート状の構成で滑り出ることができる。代替的に又は追加的に、表面２８５上に配置された別のアクチュエータ２６０は、保持構造体２０からＡＭＣアンテナ１０を自動的に引き出すことができる。この目的のために、ＡＭＣアンテナ１０は、アクチュエータ２６０のリンク２６２がＡＭＣアンテナ１０に取り付けることができる、周辺部分１２０ｂの開口部１２９を有し得る。アクチュエータ２６０及び／又はアクチュエータ２７５は、表面２８５に固定されたロボットアームであり得ることに留意されたい。
【0027】
図５は、収納中の折り畳まれた状態の様々な構造を示す、図１０のＡＭＣアンテナの一部分の断面図である。折り畳まれた状態では、ＰＣＢ１０７は、断面図では、各ＰＣＢ１０７が基層１１０と鋭角を形成するように、ＦＳＳ層１２０及び基層１１０に対してそれぞれ傾斜していることがわかる。各導体１１５は、下記で論じられる、下端１１６ｂ及び上端１１６ａを含み得る。
【0028】
図６は、例示的な可撓性ＰＣＢ１０７の平面図である。図７は、可撓性ＰＣＢ１０７の例示的な層状構造体を示す、図６の線７－７に沿う断面図である。ＰＣＢ１０７は、一般に、矩形プロファイルを有し得る。各ＰＣＢ１０７は、その中に埋設され、縁から縁まで幅方向に延在する、導体１１５の群を有し得る。各導体１１５は、上端１１６ａ及び下端１１６ｂを含み得、それぞれは、長方形又は正方形のタブの形態である。導体１１５は、第１の誘電体フィルム１１１と第２の誘電体フィルム１１２（例えば、Ｋａｐｔｏｎ（登録商標）又はＦＲ４）との間に挟まれ得る。
【0029】
図８は、動作（展開）状態中のＡＭＣアンテナ１０の例示的な層間構造を示す、図１の線８－８に沿う断面図である。図８は、アンテナ素子層１３０の下にあるＰＣＢ１０７の単一の導体１１５に関する例示的な接続構造を示し、同じ接続構造が、アンテナ素子層１３０の下にある、ＡＭＣアンテナ１０の全ての導体１１５に対して適用され得る。アンテナ素子層１３０の領域の外側のそれらの導体１１５については、上部構造が異なる場合がある（下記で論じられる）。（また、図８、及び本明細書の他の断面図では、明確にするために、図示されたものの背後に位置する特徴は省略され得ることにも留意されたい。）基層１１０は、構造的完全性のために、並びに、導体１１５への電気的及び機械的接続を容易にするために、可撓性誘電体シート１４４の底面に接着又は印刷された、導電性基材面１１９を含み得る。誘電体リブ１１７は、誘電体シート１４４の上面に接着され得、導体１１５の基材面１１９への接続を支持し得る。めっきされた貫通孔１５８は、リブ１１７及び基層１１０を通って形成されていてもよい。導体１１５の下端部１１６ｂは、貫通孔１５８内に挿入され、貫通孔１５８内の下端部１１６ｂ周囲の導電性接着剤１５７、例えば、溶融及び冷却されたはんだで、導電性基材面１１９に電気的に接続されていてもよい。
【0030】
ＦＳＳ層１２０は、下部誘電体シート１５４と上部誘電体シート１６４との間に挟まれた、導電性パッチ１２１＿１～１２１＿ｎを含み得る。代替的に、ＦＳＳ層１２０は、導電性パッチ１２１が上に印刷された、単一の誘電体シート１５４又は１６４で構成されている。導体１１５の上部とＦＳＳ層１２０との間の機械的及び電気的接続１２８は、めっきされた貫通孔１６８、上端１１６ａ、及び貫通孔１６８内の導電性接着剤１６７を含み得る。図８は、隣接する導電性パッチ１２１＿（ｊ－１）及び１２１＿（ｊ＋１）から、それぞれの分離領域１２３によって隔てられた、導体１１５と所与の導電性パッチ１２１＿ｊとの間の単一の接続１２８を示す。分離領域１２３を含む誘電体シート１６４は、誘電体シート１５４の上面への導電性パッチ１２１の堆積の後で、導電性パッチ１２１上への誘電体材料の層状堆積によって形成されていてもよい。しかしながら、誘電体シート１６４が省略された場合、分離領域１２３は、空隙又は誘電性充填剤であってもよい。誘電体シート１４４、１５４、１６４及び１７４のそれぞれは、Ｋａｐｔｏｎ（登録商標）などのポリイミドフィルムであり得る。
【0031】
ＡＭＣアンテナ１０全体にわたる電気的接続１２８は、各々、（ラッチ状態のラッチ機構Ｌで）誘電体シート１４４上方の固定距離で提供され得る。このようにして、ＦＳＳ層１２０は、その下面が、基層１１０からの固定距離だけ、全体にわたって均一に離間された状態で、支持されている。空隙１９１は、導体１１５周囲の領域に存在し得る。
【0032】
アンテナ素子層１３０は、誘電体層１７４上に印刷された、少なくとも１つのアンテナ素子１３２を含み得る。アンテナ素子層１３０とＦＳＳ層１２０との間の例示的な機械的接続は、誘電体シート１６４の上面上方に延在する、導体１１５の上端１１６ａの剛性の延長部分１７６と、誘電体シート１７４の下面にある、めっきされたブラインドビア１７８と、はんだなどの導電性接着剤１７７と、を含み得る。延長部１７６の上端は、ビア１７８内に挿入されていてもよく、接着剤１７７を溶融及び冷却することによって、誘電体シート１７４に接着されていてもよい。アンテナ素子層１３０の下にある導体１１５の全て又は大部分は、同様に、このような方式で誘電体シート１７４に接着された、延長部１７６を含み得る。結果として、アンテナ素子層１３０は、導体１１５によって完全に支持され得、ＦＳＳ層１２０の上面から離れた近距離で、均一に離間され得る。図１の実施例のように、アンテナ層１３０がＦＳＳ層１２０に対してのみ中心に位置する場合、アンテナ層１３０の領域の外側に位置する導体１１５は、延長部１７６を省略し得ることに留意すべきである。これら周辺の導体１１５は、全て、同じ長さ又は実質的に同じ長さ（例えば、製造公差内）で設計されてもよく、上端部は、誘電体シート１６４の上面と面一であってもよい。同じように、アンテナ層１３０の下にある導体１１５の各々は、同じ又は実質的に同じ長さの延長部１７６を有する（例えば、製造公差内で）、同じ設計又は実質的に同じ設計であってもよい。ＦＳＳ層１２０とアンテナ素子層１３０との間の上記機械的接続により、層１２０と層１３０との間に狭い空隙１７１が存在し得る。代替構成では、導体１１５上の延長部１７６は、ＡＭＣアンテナ１００全体にわたって省略され、誘電体シート１６４及び１７４は、単一の誘電体シートとして融合又は形成され、ＦＳＳ層１２０とアンテナ素子層１３０との間に空隙１７１は存在しない。
【0033】
図９は、ＡＭＣアンテナ１０のアンテナ素子１３５に接続し得る、例示的なアンテナ給電装置３００を示す概略図である。アンテナ給電装置３００は、一対のバラン３５０と、バラン３５０に接続された第１の端部を有し、外側導体３１３及び内側導体３１１を有する、第１の可撓性同軸ケーブル３１０と、バラン３５０に接続された第１の端部を有し、外側導体３２３及び内側導体３２１を有する、第２の可撓性同軸ケーブル３２０と、それぞれの第１の相互接続３１７、第２の相互接続３１９、第３の相互接続３２７及び第４の相互接続３２９と、を含み得る。第１のダイポール素子１３２は、ダイポールアーム１３２ａ及び１３２ｂを含み、第２のダイポール素子１３４は、ダイポールアーム１３４ａ及び１３４ｂを含む。第１の同軸ケーブル３１０の第２の端部は、第１のダイポール素子１３２に接続し、相互接続３１７は、外側導体３１３をダイポールアーム１３２ａに接続し、相互接続３１９は、内側導体３１１をダイポールアーム１３２ｂに接続する。第２の同軸ケーブル３１０の第２の端部は、第２のダイポール素子１３４に接続し、相互接続３２７は、外側導体３２３をダイポールアーム１３４ａに接続し、相互接続３２９は、内側導体３２１をダイポールアーム１３４ｂに接続する。
【0034】
図１０は、例示的なアンテナ給電装置３００の一部分を示す、ＡＭＣアンテナ１０の上部の、例示的な中央部分を示す斜視図である。交差ダイポールアンテナ素子１３５の中央部分は、中心に集められた隣接する導電性パッチ１２１＿ｉ、１２１＿（ｉ＋１）、１２１＿（ｉ＋２）及び１２１＿（ｉ＋３）の交差領域を覆い得る。ＦＳＳ層１２０内の開口部３７５は、導電性パッチ１２１＿ｉ～１２１（ｉ＋３）のそれぞれのコーナーピースを取り外すことによって、集中領域内に形成されてもよい。別の開口部３８５は、アンテナ素子層１３０の集中領域に形成されていてもよい。同軸ケーブル３１０及び３２０は、ＡＭＣアンテナ１０の展開状態の間、アンテナ素子層１３０と基層１１０との間に垂直（ｚ方向）に延在し得る。収納状態の間、同軸ケーブルは、アンテナ素子層１３０と基層１１０との間で折り畳まれ得る。
【0035】
同軸ケーブル３１０及び３２０の第２の端部は、開口部３７５を貫通してもよく、開口部３８５を少なくとも部分的に貫通してもよい。相互接続３１７及び３２７はそれぞれ、ワイヤボンドとして具現化され得る。代替的に、相互接続３１７及び３２７は、導電性延長部と統合された、漏斗形状の金属部の形態である。漏斗状の金属部は、それぞれの外側導体３１３又は３２３にはんだ付けされるか、又は別様に電気的に接続され、導電性延長部は、ダイポールアーム１３２ａ又は１３４ａの入力点にはんだ付けされるか、又は別様に電気的に接続されている。相互接続３１９及び３２９は、それぞれ、ダイポールアーム１３２ｂ及び１３４ｂの入力点への、直接はんだ接続であってもよい。
【0036】
図１１は、ＡＭＣアンテナ１０内でのアンテナ給電装置３００の例示的な統合を示す、図１０の線１１－１１に沿う断面図である。本図は、バラン３５０が、ＡＭＣアンテナ１０の下面に隣接して配設されてもよく、同軸ケーブル３１０及び３２０の下端が、基層１００の開口部３６５を貫通し、バラン３５０に接続してもよいことを示す。同軸ケーブル３１０及び３２０は、交差ダイポールアンテナ素子１３５への電気的接続を容易にするために、同軸ケーブルの上端が、ＦＳＳ層１２０の開口部３７５と、アンテナ層１３０の誘電体シート１７４の開口部３８５とを貫通した状態で、垂直に並んで走行し得る。収納状態では、同軸ケーブル３１０及び３２０は、導体１１５（図５に示される折り畳まれた状態）と同様に折り畳まれ得る。
【0037】
図１２Ａは、ＡＭＣアンテナ１０の例示的なラッチＬｉ（折り畳まれた、ラッチ解除状態）を示す、ＡＭＣアンテナ１０の部分端面図である。図１２Ｂは、展開後のラッチされた動作状態にある、ＡＭＣアンテナ１０の同じ部分端面図である。ＡＭＣアンテナ１０のラッチＬ１～ＬＮのいずれかは、上部ロッド４０５と、下部ロッド４０３と、上部ロッド４０５及び下部ロッド４０３を結合する、中央ラッチカプラ４０１を含み得る、ラッチＬｉの構造を有し得る。上端支持体４０７は、ＦＳＳ層１２０に取り付けられ得、上部ロッド４０５の上部との可動ジョイントを形成し得る。下端支持体４０９は、基層層１１０に取り付けられ得、下部ロッド４０３との可動ジョイントを形成し得る。したがって、ラッチ解除状態では、上部ロッド４０５は、ＦＳＳ層１２０と鋭角を形成し、下部ロッド４０３は、基層１１０と鋭角を形成し、それにより、ＦＳＳ層１２０及び基層１１０が、ＡＭＣアンテナ１０の最適な収納のために密に離間されている。ラッチ状態では、上部ロッド４０５及び下部ロッド４０３は垂直に整列され、それによって、基層１１０とＦＳＳ層１２０との間の所定の固定間隔を提供する。
【0038】
図１３は、一実施形態による、無人搬送車上でＡＭＣアンテナ１０を展開する、例示的な方法１３００の動作を示すフローチャートである。方法１３００では、ＡＭＣアンテナ１０は、まず、折り畳まれた状態で、保持構造体、例えば、上述の保持構造体２０に格納される（Ｓ１３１０）。保持構造体は、次に、中に格納されたＡＭＣアンテナ１０とともに、無人搬送車に運搬され得る（Ｓ１３２０）。前述のように、無人搬送車（例えば、表面２８５を含む搬送車）のいくつかの実施例は、軌道衛星、惑星表面、又は、惑星表面上の人工建造物を含む。
【0039】
次に、ＡＭＣアンテナは、上述のように、アクチュエータ（例えば、２７５及び／又は２６０）を使用して、保持構造体から同じものを取り外し、ラッチ機構（例えば、「Ｌ」）をラッチ解除状態からラッチ状態に移行させるのに、ブラダシステム（例えば、ブラダ１０３ａ及び１０３ｂ）を十分に膨張させることによって、展開され得る（Ｓ１３３０）。ラッチの結果として、ＦＳＳ層１２０は、基層１１０から適切に離間され、ＡＭＣアンテナ１０は、例えば、図１に示される上記構成で、動作用に設置される。
【0040】
ＡＭＣアンテナが動作構成にある状態で、ロボットアームなど（例えば、リンク２６２を有するアクチュエータ２６０）は、搬送車の表面２８５にＡＭＣアンテナを固定し得る。一実施形態では、バラン３５０は、例えば、収納中に保持構造体２０内に巻かれ、ＡＭＣアンテナ１０が取り外されると巻かれていない状態になる部分を有する、可撓性ケーブル（図示せず）を通して、通信システムのＲＦフロントエンドに既に配線接続されている。バラン３５０がそのように配線接続されていない場合、ロボットアームなどは、バラン３５０をＲＦフロントエンドに電気的に接続し得る。いずれの場合にも、ＡＭＣアンテナによる信号の能動通信は、ＲＦフロントエンドのバラン３５０への接続が確立されると、開始され得る。
【0041】
本明細書に記載される技術は、その例示的な実施形態を参照しながら特に示され、説明されているが、当業者であれば、以下の特許請求の範囲及びそれらの等価物によって定義される特許請求の範囲の主題の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態及び詳細の様々な変更がその中で行われ得ることを理解するであろう。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12A】
【図12B】
【図13】