ホーム > 特許ランキング > ギャップウェーブス アーベー
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-03-22
(54)【発明の名称】拡縮可能なモジュール式アンテナ配列
(51)【国際特許分類】
H01Q 21/00 20060101AFI20230314BHJP
H01P 5/08 20060101ALI20230314BHJP
H01P 5/12 20060101ALI20230314BHJP
【ＦＩ】
H01Q21/00
H01P5/08 Z
H01P5/12 Z
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022546579
(86)(22)【出願日】2021-01-12
(85)【翻訳文提出日】2022-09-28
(86)【国際出願番号】 EP2021050433
(87)【国際公開番号】W WO2021151648
(87)【国際公開日】2021-08-05
(31)【優先権主張番号】2030028-1
(32)【優先日】2020-01-31
(33)【優先権主張国・地域又は機関】SE
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】515096169
【氏名又は名称】ギャップウェーブス アーベー
(74)【代理人】
【識別番号】100120031
【弁理士】
【氏名又は名称】宮嶋 学
(74)【代理人】
【識別番号】100127465
【弁理士】
【氏名又は名称】堀田 幸裕
(74)【代理人】
【識別番号】100196047
【弁理士】
【氏名又は名称】柳本 陽征
(72)【発明者】
【氏名】アンデシュ、ベンネルグレーン
(72)【発明者】
【氏名】マグヌス、グスタブソン
【テーマコード（参考）】
5J021
【Ｆターム（参考）】
5J021AA09
5J021AB05
5J021CA02
5J021FA32
5J021HA04
5J021JA08
(57)【要約】
積層された層状構造を有したアンテナ配列（１００）。アンテナ配列は、１つ以上の放射要素（１１１）を含む放射層（１１０）と、放射層（１１０）に対して対向した分配層と、を含む。分配層は、１つ以上の放射要素（１１１）に対して無線周波数信号を分配するように構成されている。分配層は、少なくとも１つの分配層給電部と、分配層と放射層（１１０）との中間に少なくとも１つの第１導波路を形成するように構成された第１電磁バンドギャップ構造すなわち第１ＥＢＧ構造を含む。第１ＥＢＧ構造は、また、動作周波数帯域内の電磁放射が、少なくとも１つの第１導波路から、少なくとも１つの分配層給電部と、１つ以上の放射要素（１１１）と、を通過する方向以外の方向に伝搬することを阻止するように、構成されている。分配層は、複数の分配モジュール（１２１）と、位置決め構造（１２２）と、を含み、位置決め構造（１２２）は、分配モジュール（１２１）を所定位置に固定するように構成されている。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
積層された層状構造を有したアンテナ配列（１００）であって、１つ以上の放射要素（１１１）を含む放射層（１１０）と、
前記放射層（１１０）に対して対向した分配層（１２０）と、を含み、
前記分配層（１２０）は、前記１つ以上の放射要素（１１１）に対して無線周波数信号を分配するように構成されており、前記分配層（１２０）は、少なくとも１つの分配層給電部（３２３）と、前記分配層（１２０）と前記放射層（１１０）との中間に少なくとも１つの第１導波路を形成するように構成された第１電磁バンドギャップ構造（３２４）すなわち第１ＥＢＧ構造（３２４）と、を含み、前記第１ＥＢＧ構造は、また、動作周波数帯域内の電磁放射が、前記少なくとも１つの第１導波路から、前記少なくとも１つの分配層給電部（３２３）と、前記１つ以上の放射要素（１１１）と、を通過する方向以外の方向に伝搬することを阻止するように、構成されており、
前記分配層は、複数の分配モジュール（１２１）と、位置決め構造（１２２）と、を含み、前記位置決め構造（１２２）は、前記分配モジュール（１２１）を所定位置に固定するように構成されている、アンテナ配列（１００）。
【請求項2】
前記位置決め構造（１２２）は、フレームを含む、請求項１に記載のアンテナ配列（１００）。
【請求項3】
前記１つ以上の放射要素の、少なくとも１つは、開口を含む、請求項１または２に記載のアンテナ配列（１００）。
【請求項4】
前記第１ＥＢＧ構造（３２４）は、突出要素（３２１）からなる繰り返し構造を含み、前記分配層（１２０）は、少なくとも１つの導波路リッジ（３２２）をさらに含み、これにより、前記分配層（１２０）と前記放射層（１１０）との中間に少なくとも１つの第１ギャップ導波路を形成している、請求項１～３のいずれか一項に記載のアンテナ配列（１００）。
【請求項5】
前記分配層（１２０）に対して対向した支持層（１３０）をさらに含み、前記支持層（１３０）は、前記位置決め構造（１２２）および／または前記複数の分配モジュール（１２１）を支持するように構成されている、請求項１～４のいずれか一項に記載のアンテナ配列（１００）。
【請求項6】
前記支持層（１３０）は、プリント回路基板層（１３１）すなわちＰＣＢ層（１３１）と、シールド層（１３２）と、を含み、前記ＰＣＢ層は、少なくとも１つのＰＣＢ層給電部（１３３）を含み、前記ＰＣＢ層は、前記分配層（１２０）に対して対向しており、前記シールド層（１３２）は、前記ＰＣＢ層に対して対向している、請求項５に記載のアンテナ配列（１００）。
【請求項7】
前記シールド層（１３２）は、前記シールド層（１３２）と前記ＰＣＢ層（１３１）との中間に少なくとも１つの第２導波路を形成するように構成された第２ＥＢＧ構造（４３１）を含み、前記第２ＥＢＧ構造は、また、動作周波数帯域内の電磁放射が、前記少なくとも１つの第２導波路から、前記少なくとも１つのＰＣＢ層給電部（１３３）を通過する方向以外の方向に伝搬することを阻止するように、構成されている、請求項６に記載のアンテナ配列（１００）。
【請求項8】
前記第２ＥＢＧ構造（４３１）は、突出要素（４３２、４３４）からなる繰り返し構造を含み、前記ＰＣＢ層は、接地平面と、少なくとも１つの平面伝送線路と、を含み、これにより、前記シールド層（１３２）と前記ＰＣＢ層（１３１）との中間に少なくとも１つの第２ギャップ導波路を形成している、請求項７に記載のアンテナ配列（１００）。
【請求項9】
前記放射層（１１０）は、複数の放射モジュールを含む、請求項１～８のいずれか一項に記載のアンテナ配列（１００）。
【請求項10】
前記ＰＣＢ層（１３１）は、複数のＰＣＢモジュールを含む、請求項６～８のいずれか一項に記載のアンテナ配列（１００）。
【請求項11】
前記シールド層（１３２）は、複数のシールドモジュールを含む、請求項６～８のいずれか一項に記載のアンテナ配列（１００）。
【請求項12】
請求項１～１１のいずれか一項に記載のアンテナ配列（１００）を含む、電気通信トランシーバまたはレーダトランシーバ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、アンテナ配列に関し、特に、アンテナアレイに関する。アンテナ配列は、例えば、電気通信トランシーバおよびレーダトランシーバでの使用に好適である。
【背景技術】
【0002】
無線通信ネットワークは、セルラーアクセスネットワークで使用される無線基地局、例えばコアネットワークへのバックホールなどに使用されるマイクロ波無線リンクトランシーバ、および、軌道上の衛星と通信する衛星トランシーバ、などの無線周波数トランシーバを含む。レーダトランシーバは、また、無線周波数（ＲＦ）信号を送受信することのために、すなわち電磁信号を送受信することのために、無線周波数トランシーバでもある。
【0003】
例えば、高指向性、ビームステアリング、および／または複数のビーム、に関して、アレイが、放射パターンの成形を高度に制御し得ることにより、トランシーバの放射配列は、多くの場合、アンテナアレイを含む。アンテナアレイは、波長がトランシーバの動作周波数に対応する場合に、通常は１波長未満の離間間隔で配置された複数の放射要素を含む。一般に、アレイ内の放射要素の数が多いほど、放射パターンの制御は、より良好となる。アンテナアレイでは、物理的なスペースが制限されていることが多いため、分配ネットワークまたは給電ネットワークが、設計上でのおよび製造上での、大きな課題となっている。分配ネットワークは、複数の放射要素に対して、１つ以上の無線周波数信号を分配する。
【0004】
電磁バンドギャップ構造すなわちＥＢＧ構造に基づく分配ネットワークは、一般に、コンパクトな設計と、低損失と、低漏洩と、寛容な製造交差および組立公差と、を提示する。しかしながら、放射要素の数および動作周波数の、一方または両方が増加するにつれて、ＥＢＧ構造に関する製造公差が、困難となり始める。この問題は、１００個を超える放射要素を含み得るミリ波周波数のアンテナアレイで、特に深刻である。
【発明の概要】
【0005】
本開示の目的は、とりわけ、製造公差に対する敏感さを改良することによって高い製造歩留まりを提供するのと同時に、アンテナ配列の効率的かつ便利な組立を可能としつつ、例えば損失の点で高性能を提供する、新たなアンテナ配列を提供することである。
【0006】
この目的は、少なくとも部分的には、積層された層状構造を有したアンテナ配列によって得られる。アンテナ配列は、１つ以上の放射要素を含む放射層と、放射層に対して対向した分配層と、を含む。分配層は、１つ以上の放射要素に対して無線周波数信号を分配するように構成されている。分配層は、少なくとも１つの分配層給電部と、分配層と放射層との中間に少なくとも１つの第１導波路を形成するように構成された第１電磁バンドギャップ構造すなわち第１ＥＢＧ構造と、を含む。第１ＥＢＧ構造は、また、動作周波数帯域内の電磁的伝搬（すなわち、電磁放射）が、少なくとも１つの第１導波路から、少なくとも１つの分配層給電部と、１つ以上の放射要素と、を通過する方向以外の方向に伝搬することを阻止するように、構成されている。分配層は、複数の分配モジュールと、位置決め構造と、を含む。位置決め構造は、分配モジュールを所定位置に固定するように構成されている。
【0007】
ＥＢＧ構造は、コンパクトな設計と、低損失と、隣接した導波路どうしの間での低漏洩と、寛容な製造公差および組立公差と、を可能とする。さらに、放射層と分配層との間で、電気的コンタクトが不要である。電気的コンタクトを確認する必要がないため、高精度な組立が不要であることが利点である。しかしながら、放射要素の数および動作周波数の、一方または両方が増加するにつれて、ＥＢＧ構造に関する製造公差が、困難となり始める。この問題は、１００個を超える放射要素を含み得るミリ波周波数のアンテナアレイで、特に深刻である。より具体的には、周波数が増加するにつれて、ＥＢＧ素子のサイズが小さくなり、放射要素の数が増加するにつれて、ＥＢＧ素子の数が多くなる。よって、このような分配層を大量生産する時には、歩留まりが悪くなり得る。ＥＢＧ素子の数が多いほど、また、ＥＢＧ素子のサイズが小さいほど、歩留まりが悪くなることが多い。歩留まりが悪いという問題点は、分配層が複数の分配モジュールを含むことにより、少なくとも部分的に克服され得る。
【0008】
態様によれば、位置決め構造は、フレームを含む。
【0009】
このようにして、分配モジュールを、フレームによって、確実に所定位置に保持することができる。
【0010】
態様によれば、フレームは、複数のフレームモジュールを含む。
【0011】
有利には、複数のフレームモジュールは、アンテナ配列の組立を容易とする。
【0012】
態様によれば、１つ以上の放射要素の、少なくとも１つは、開口を含む。
【0013】
放射層の開口は、例えば、放射層を貫通して延びるスロット開口であってもよい。開口を含む放射要素は、低損失で製造が容易な放射層を可能とする。
【0014】
態様によれば、第１ＥＢＧ構造は、突出要素からなる繰り返し構造を含み、分配層は、少なくとも１つの導波路リッジをさらに含む。これにより、少なくとも１つの第１ギャップ導波路が、分配層と放射層との中間に形成される。
【0015】
これは、製造が容易であり、第１導波路内における低損失を提供するとともに、少なくとも１つの第１導波路から、少なくとも１つの分配層給電部と、１つ以上の放射要素と、を通過する方向以外の方向に伝搬する動作周波数帯域内の電磁的伝搬（すなわち、電磁放射）を、大きく減衰させる、ＥＢＧ構造を可能とする。
【0016】
態様によれば、アンテナ配列は、分配層に対して対向した支持層をさらに含む。支持層は、位置決め構造および／または複数の分配モジュールを支持するように構成されている。このようにして、放射層および分配層は、確実に一緒に固定されてもよい。
【0017】
態様によれば、支持層は、プリント回路基板層すなわちＰＣＢ層と、シールド層と、を含む。ＰＣＢ層は、少なくとも１つのＰＣＢ層給電部を含む。ＰＣＢ層は、分配層に対して対向しており、シールド層は、ＰＣＢ層に対して対向している。
【0018】
分配層内におけるＥＢＧ構造の使用は、ＰＣＢ層１３１上のＰＣＢ層給電部１３３から、分配給電部３２３を介して、少なくとも１つの第１導波路への、移行における高効率での結合を可能とし、これにより、低損失が得られる。
【0019】
態様によれば、シールド層は、シールド層とＰＣＢ層との中間に少なくとも１つの第２導波路を形成するように構成された第２ＥＢＧ構造を含む。第２ＥＢＧ構造は、また、動作周波数帯域内の電磁的伝搬（すなわち、電磁放射）が、少なくとも１つの第２導波路から、少なくとも１つのＰＣＢ層給電部を通過する方向以外の方向に伝搬することを阻止するように、構成されている。
【0020】
第２ＥＢＧ構造は、低損失かつ低漏洩なコンパクトな設計を可能とする、すなわち、例えば隣接した導波路どうしの間における、または隣接したＲＦＩＣｓどうしの間における、望ましくない電磁波伝搬が小さな、コンパクトな設計を可能とする。さらに、第２ＥＢＧ構造は、アンテナ配列の外部からの電磁放射から、ＰＣＢ層を遮蔽する。
【0021】
態様によれば、第２ＥＢＧ構造は、突出要素からなる繰り返し構造を含む。ＰＣＢ層は、接地平面と、少なくとも１つの平面伝送線路と、を含む。これにより、シールド層とＰＣＢ層との中間には、少なくとも１つの第２ギャップ導波路が形成される。
【0022】
突出要素からなる繰り返し構造を含むＥＢＧ構造の利点は、上述した通りである。
【0023】
態様によれば、放射層は、複数の放射モジュールを含む。
【0024】
このようにして、放射層の製造歩留まりを、向上させ得る。放射モジュールは、任意選択的に、分配モジュールにサイズを一致させることができ、これは、アンテナ配列の組立を容易とし得る。
【0025】
態様によれば、ＰＣＢ層は、複数のＰＣＢモジュールを含む。
【0026】
態様によれば、シールド層は、複数のシールドモジュールを含む。
【0027】
このようにして、すべてのモジュールを、分配モジュールに対してサイズを一致させることができる。これは、歩留まりを向上させ得るとともに、アンテナ配列の組立を容易とし得る。
【0028】
態様によれば、アンテナ配列を含む、電気通信トランシーバまたはレーダトランシーバである。
【0029】
一般に、特許請求の範囲において使用されるすべての用語は、本明細書において明示的に別段の定義がない限り、技術分野における通常的な意味に従って解釈されるものとする。「１つの（ａ）／１つの（ａｎ）／その（ｔｈｅ）、要素、装置、構成要素、手段、ステップ、等」へのすべての言及は、明示的に別段の記載がない限り、その要素、装置、構成要素、手段、ステップ、等の少なくとも１つの実例を指すものとして、オープンに解釈されるものとする。本発明の更なる特徴、および本発明による利点は、添付の特許請求の範囲を、および以下の説明を、検討することにより、明らかとなるであろう。当業者であれば、本発明の範囲を逸脱することなく、本発明の異なる特徴どうしを組み合わせて、以下に説明する実施形態以外の実施形態を作成し得ることは、理解されよう。
【0030】
以下においては、本開示につき、添付図面を参照して、より詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【0031】
【発明を実施するための形態】
【0032】
以下においては、本開示の態様につき、添付図面を参照して、より完全に説明する。しかしながら、本明細書で開示する異なるデバイスおよび方法は、多くの異なる形態で実現することができ、本明細書で記載した態様に限定されるものとして解釈されるべきではない。図面中における同様の符号は、全体を通して同様の構成要素を指す。
【0033】
本明細書で使用する用語は、本開示の態様を説明するためだけのものであり、本発明を限定することを意図するものでない。本明細書で使用した際には、「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、および「その（ｔｈｅ）」という単数形は、文脈が明らかに別段のことを示していない限り、複数形も含むことを意図している。
【0034】
本明細書では、様々なタイプのアンテナ配列を開示する。図１Ａおよび図１Ｂは、積層された層状構造を有したアンテナ配列を示している。積層された層状構造は、層と称される複数の平面要素を含む構造である。各平面要素は、２つの側面または２つの面を有しており、厚さと関連付けられる。厚さは、面の寸法と比較して、はるかに小さい、すなわち、層は、平坦なまたはほぼ平坦な要素である。いくつかの態様によれば、層は、矩形または正方形である。しかしながら、円形または楕円形のディスク形状を含めて、より一般的な形状も、また、適用可能である。積層された層状構造は、複数の層が互いの上に配置されているという意味で、積層されている。言い換えれば、層状構造は、サンドイッチ構造として見ることができる。
【0035】
図１Ａのアンテナ配列は、複数の放射要素１１１を有した放射層１１０を含む。図１における例示的なアンテナ配列では、放射要素は、スロットアンテナである。スロットアンテナは、開口の一例である。一般に、分配層１２０（図１Ｂに示す）が、複数の放射要素内の、１つ以上の放射要素に対して、１つ以上の無線周波数信号を、分配する。
【0036】
分配層１２０は、コンパクトな設計と、低損失と、低漏洩と、寛容な製造公差および組立公差を提示する電磁バンドギャップ構造すなわちＥＢＧ構造に基づくことができる。しかしながら、放射要素の数および動作周波数の、一方または両方が増加するにつれて、ＥＢＧ構造に関する製造公差が、困難となり始める。この問題は、１００個を超える放射要素を含み得るミリ波周波数のアンテナアレイで、特に深刻である。
【0037】
アンテナ配列におけるＥＢＧ構造は、２つの層の中間に少なくとも１つの導波路を形成するように構成されている。ＥＢＧ構造は、また、動作周波数帯域内の電磁的伝搬（すなわち、電磁放射）が、少なくとも１つの導波路を通過しない限りは、層に沿って伝搬しないようにも、構成されている。よって、ＥＢＧ構造は、隣接した導波路どうしの間にわたって望ましくない電磁的伝搬を阻止するように構成されてもよい。少なくとも１つの導波路は、動作帯域内の電磁信号を、１つ以上の給電部に対して、および／または、１つ以上の放射要素に対して、結合する。ＥＢＧ構造は、減衰による伝搬を防止する。本明細書では、減衰とは、無線周波数信号などの電磁放射の振幅またはパワーを著しく減少させることとして解釈される。減衰は、好ましくは完全なものであり、その場合、減衰と阻止とは、同等であるけれども、そのような完全な減衰が常に達成可能ではないことは、理解されよう。
【0038】
ＥＢＧ構造は、磁気導体として機能する表面を形成する。磁気的伝導性表面が電気的伝導性表面に対して対向していて、それら２つの表面が中心周波数の１／４よりも小さな距離で配置されている場合には、すべての平行平板モードが動作周波数帯域では遮断されることのために、理想的なケースでは、その動作周波数帯域内の電磁波は、中間面に沿って伝搬することができない。中心周波数は、動作周波数帯域の中央にある。現実的なシナリオでは、動作周波数帯域内の電磁波は、中間面に沿って長さごとに減衰する。
【0039】
多数のＥＢＧ構造が存在する。ＥＢＧ構造のＥＢＧ素子は、図７Ａ～図７Ｄに関連してより詳細に後述するように、１次元、２次元、または３次元における、周期的なパターンで、または準周期的なパターンで、配置される。本明細書では、準周期的なパターンとは、局所的には周期的であるものの、長距離秩序を示さないパターンを意味するとして、解釈される。準周期的なパターンは、１次元、２次元、または３次元で、実現され得る。一例として、準周期的パターンは、ＥＢＧ素子間隔の１０倍未満の長さスケールでは周期的であり得るけれども、ＥＢＧ素子間隔の１００倍を超える長さスケールでは周期的ではない。
【0040】
ＥＢＧ構造は、少なくとも２つのタイプのＥＢＧ素子を含んでもよく、その場合、第１タイプのＥＢＧ素子は、導電性材料を含み、第２タイプのＥＢＧ素子は、電気絶縁性材料を含む。第１タイプのＥＢＧ素子は、銅またはアルミニウムなどの金属から形成されてもよい、あるいは、金または銅などの導電性材料製薄膜によってコーティングされた、ＰＴＦＥまたはＦＲ－４などの、非導電性材料から形成されてもよい。第１タイプのＥＢＧ素子は、また、カーボンナノ構造または導電性ポリマーなどの、金属と同等の電気伝導度を有した材料から形成されてもよい。一例として、第１タイプのＥＢＧ素子の電気伝導度は、１０３シーメンス／メートル（Ｓ／ｍ）を超えるものとすることができる。好ましくは、第１タイプのＥＢＧ素子の電気伝導度は、１０５Ｓ／ｍを超える。言い換えれば、第１タイプのＥＢＧ素子の電気伝導度は、第１タイプのＥＢＧ素子内において電磁放射が電流を誘導し得るよう充分に大きなものであり、第２タイプのＥＢＧ素子の電気伝導度は、第２タイプのＥＢＧ素子内において電流を誘導し得ないよう充分に小さなものである。第２タイプのＥＢＧ素子は、任意選択的に、非導電性ポリマー、真空、または空気、であってもよい。そのようなタイプの非導電性ＥＢＧ素子の例は、また、ＦＲ－４ＰＣＢ材料、ＰＴＦＥ、プラスチック、ゴム、およびシリコン、を含む。
【0041】
図７Ａ～図７Ｄを参照すると、第１タイプのＥＢＧ素子および第２タイプのＥＢＧ素子は、並進対称（図７Ａにおける７０１）、回転対称（図７Ｂにおける７０２）、または映進対称（図７Ｃにおける対称線７０３を参照されたい）、あるいは、周期的な、準周期的な、または不規則な、パターン（図７Ｄを参照されたい）、のいずれかによって特徴づけられるパターンで配列されてもよい。
【0042】
第２タイプのＥＢＧ素子の物理的特性は、また、ＥＢＧ構造を超えての電磁波伝搬の減衰を得るために必要な寸法を、決定する。したがって、第２タイプの材料が空気とは異なるように選択されている場合には、第１タイプのＥＢＧ素子に関する必要な寸法が、変化する。その結果、第１タイプの素子および第２タイプの素子に関する材料選択を変更することによって、小型化されたサイズのアンテナアレイを、得ることができる。有利には、小型化されたサイズのアンテナアレイは、そのような選択から得られてもよい。
【0043】
第１タイプのＥＢＧ素子は、いくらかの間隔を空けて周期的なパターンで配列されてもよい。第１タイプのＥＢＧ素子どうしの間に位置した空間は、第２タイプの素子を構成している。言い換えれば、第１タイプのＥＢＧ素子は、第２タイプのＥＢＧ素子と交互に配置されている。第１タイプのＥＢＧ素子と第２タイプのＥＢＧ素子との交互配置は、１次元で、２次元で、または３次元で、達成することができる。
【0044】
第１タイプのＥＢＧ素子または第２タイプのＥＢＧ素子の、一方または両方のサイズは、周波数帯域内の電磁放射の、空気中における波長よりも小さい。一例として、中心周波数を、周波数帯域内の中央の周波数として定義すると、ＥＢＧ素子のサイズは、中心周波数における電磁放射の、空気中における波長の、１／５～１／５０である。ここで、ＥＢＧ素子サイズとは、電磁波が減衰する方向における、例えば、磁気導体として機能する表面に沿った方向における、ＥＢＧ素子のサイズとして解釈される。一例として、断面が円形の鉛直方向ロッドを含み、電磁放射が水平方向平面内を伝搬するＥＢＧ素子の場合には、ＥＢＧ素子のサイズは、ロッドがなす断面の、長さまたは直径に対応する。
【0045】
図６Ａ、図６Ｂ、および図６Ｃは、第１タイプのＥＢＧ素子および第２タイプのＥＢＧ素子が、ＥＢＧ構造内においてどのように配置され得るかに関する例を示している。図６Ａに示すタイプのＥＢＧ構造６０１は、導電性基板６２０上に、導電性突起６１０を含む。突起６１０は、任意選択的に、誘電体材料内に封入されたものであってもよい。図６Ａの例では、導電性突起は、第１タイプのＥＢＧ素子を構成しており、突起どうしの間の空間は、任意選択的には非導電性材料によって充填されるものであって、第２タイプのＥＢＧ素子を構成している。突起６１０が異なる形状で形成され得ることは、理解されよう。図６Ａは、突起が正方形断面を有している例を示しているけれども、突起は、また、円形、楕円形、矩形、またはより一般的な形状の、断面形状を有して形成されてもよい。
【0046】
また、例えば導電性基板上に円柱状ロッドが設けられ、そのロッドの頂面上に、平坦な導電性の円を有しているようにして、突起をマッシュルーム形状とすることもでき、その場合、円は、ロッドの断面よりも大きい断面を有しているものの、ＥＢＧ構造内の円どうしの間に、第２タイプのＥＢＧ素子のための空間を残すよう、充分に小さなものとされる。このようなマッシュルーム形状の突起は、ＰＣＢ内に形成されてもよく、その場合、ロッドは、貫通穴を含み、この貫通穴は、導電性材料によって充填されても充填されなくてもよい。
【0047】
突起は、導電性基板から離間する方向に、長さを有している。一般に、第２タイプのＥＢＧ素子が空気である場合には、突起の長さは、中心周波数において空気中における波長の１／４に対応する。その場合、突起の頂部に沿った表面は、中心周波数において完全な磁気導体に近いものである。突起の長さが単一周波数で１／４波長であったとしても、このタイプのＥＢＧ構造では、ＥＢＧ構造が導電性表面に対して対向している時には、電磁波が減衰し得る周波数帯域がなおも存在する。非限定的な例では、中心周波数は、１５ＧＨｚであり、ＥＢＧ構造と導電性表面との中間を伝搬する１０ＧＨｚ～２０ＧＨｚという周波数帯域内の電磁波が、減衰する。
【0048】
別の例として、図６Ｂに示すタイプのＥＢＧ構造６０２は、内部に空洞６３０が導入された、導電性材料６４０からなる単一スラブから構成されている。空洞は、空気によって充填されてもよい、あるいは、非導電性材料によって充填されてもよい。空洞が様々な形状で形成され得ることは、理解されよう。図６Ｂは、楕円形断面の穴が形成された例を示しているけれども、穴は、円形、矩形、またはより一般的な断面形状で、形成されてもよい。図６Ｂの例では、スラブ６４０が、第１タイプのＥＢＧ素子を構成しており、穴６３０が、第２タイプのＥＢＧ素子を構成している。一般に、長さ（導電性基板から遠ざかる方向における長さ）は、中心周波数における波長の１／４に対応している。
【0049】
図６Ｃは、例示的な第３タイプのＥＢＧ構造６０３を概略的に示しており、このＥＢＧ構造６０３は、任意選択的にロッドまたはスラブとされる拡張された導電性ＥＢＧ素子６５０から構成されており、これらＥＢＧ素子６５０は、ある層内のロッドが直前の層のロッドに対して斜めに配置されている態様で、複数の層へと積層されている。図６Ｃの例では、ロッドが、第１タイプのＥＢＧ素子を構成しており、それらの間の空間が、第２タイプのＥＢＧ素子を構成している。図６Ｃの例は、第１タイプのＥＢＧ素子と第２タイプのＥＢＧ素子との交互配置が３次元的に達成されたＥＢＧ構造を示している。
【0050】
上述したように、ＥＢＧ構造に関する製造公差は、分配層がＥＢＧ構造に基づいている積層アンテナ配列の場合、放射要素の数および動作周波数の、一方または両方が増加するにつれて、困難となる。より具体的には、周波数が増加するにつれて、ＥＢＧ素子のサイズが小さくなり、放射要素の数が増加するにつれて、ＥＢＧ素子の数が多くなる。一例として、動作周波数が３０ＧＨｚである場合に、１６個×１６個の放射要素を有したアンテナアレイ（すなわち、合計で２５６個の放射要素）のための分配層を製造する時には、ＥＢＧ構造内における１つ以上のＥＢＧ素子の製造欠陥が、無視できない確率で発生する。よって、このような分配層を大量生産する場合には、歩留まりが悪くなり得る。ＥＢＧ素子の数が多いほど、また、ＥＢＧ素子のサイズが小さいほど、歩留まりが悪くなることが多い。
【0051】
歩留まりが悪いという問題点は、分配層に複数の分配モジュールを設けることにより、少なくとも部分的に克服し得る。図１Ａの例では、１６個×１６個の放射要素を有したアンテナアレイのための分配層１２０は、４つの分配モジュール１２１を含む。４つのモジュールのそれぞれは、放射要素からなる部分集合内の、１つ以上の放射要素１１１に対して、１つ以上の無線周波数信号を分配するように構成されている。図１の例では、放射要素は、開口を含み、複数の開口からなる部分集合は、８個×８個の開口を含む。例えば、歩留まりが放射要素の数に対して指数関数的に減少する場合には、それぞれが８個×８個の放射要素のための、４つの分配モジュール１２１を製造することは、１６個×１６個の放射要素のための、単一の分配層を製造することと比較して、より良好な歩留まりを提供する。
【0052】
言い換えれば、本明細書では、積層された層状構造を有したアンテナ配列１００を開示する。アンテナ配列は、１つ以上の放射要素１１１を含む放射層１１０と、放射層１１０に対して対向した分配層１２０と、を含む。分配層１２０は、１つ以上の放射要素１１１に対して無線周波数信号を分配するように構成されている。分配層１２０は、少なくとも１つの分配層給電部３２３と、分配層１２０と放射層１１０との中間に少なくとも１つの第１導波路を形成するように構成された、第１電磁バンドギャップ構造３２４すなわち第１ＥＢＧ構造３２４と、を含む。第１ＥＢＧ構造は、また、動作周波数帯域内の電磁的伝搬（すなわち、電磁放射）が、少なくとも１つの第１導波路から、少なくとも１つの分配層給電部３２３と、１つ以上の放射要素１１１と、を通過する方向以外の方向に伝搬することを阻止するように、構成されている。分配層は、複数の分配モジュール１２１と、位置決め構造１２２と、を含み、位置決め構造１２２は、分配モジュール１２１を所定位置に固定するように構成されている。分配層１２０は、放射層１００に対して直接的に接触して配置される、あるいは、放射層１１０から距離をおいて配置され、この場合、その距離は、アンテナ配列１００の動作中心周波数における波長の１／４より小さい。
【0053】
分配層内でのＥＢＧ構造の使用は、導波路の損失が少ないことだけでなく、隣接した導波路内での無線周波数信号どうしの間の干渉が少ないことを提供する。この結果、分配層内でのＥＢＧ構造の使用および配置に基づき、より大きな信号対雑音比を維持することができ、有利である。別の利点は、導波路を構成する２つの層どうしの間で、電気的コンタクトが不要であることである。電気的コンタクトを確認する必要がないため、高精度な組立が不要であることが利点である。
【0054】
位置決め構造１２２は、任意選択的に、フレームを含む。このようにして、分配モジュール１２１は、フレームによって、確実に所定位置に保持されてもよい。フレームは、位置合わせタップ、固定手段、または同種のもの、によって、分配層を所定位置に保持してもよい。固定手段は、例えば、ボルト、ネジ、リベット、熱ステーキング、接着剤、または同種のもの、とすることができる。また、フレームは、位置合わせタップ、固定手段、または同種のもの、を使用することなく、分配モジュールを所定位置に保持することができる。任意選択的に、放射層も、また、フレームによって所定位置に保持される。これに代えて、またはこれと組み合わせて、分配モジュール１２１および放射層１１０は、一緒に取り付けられる。よって、放射層は、位置決め構造１２２を構成してもよい。
【0055】
アンテナ配列１００の例示的な実施形態では、フレーム１２２は、複数のフレームモジュールを含む。図１Ａの例では、フレームは、２つのフレームモジュールを含む。有利には、複数のフレームモジュールは、アンテナ配列の組立を容易とする。
【0056】
フレーム１２２は、アンテナ配列１００の外周縁まわりにおいて、分配モジュールと係合するように構成されている。フレームは、好ましくは、所定位置において複数のモジュールに対して緊密に適合している。このようにして、モジュールどうしは、最小の遊びで固定される。これは、最終的な遊びがとりわけ損失および信号忠実度の点でアンテナ配列の性能を低下させてしまうことのために、利点である。
【0057】
図１Ａの例示的な実施形態では、分配モジュール１２１は、フレーム１２２によって、共通の平面内に固定されるように構成されている。このようにして、すべての分配モジュールは、放射層１１０に対して緊密に、あるいは、放射層から等距離のところに、配置される。好ましくは、分配モジュールは、同じ形状とされている、すなわち、すべての分配モジュールは、アンテナ配列１００内において交換可能とされている。これは、ただ１つのタイプの分配モジュールしか必要とされないことのために、製造の観点から、有利である。分配モジュールは、アンテナ配列の合計サイズを拡縮し得る形状であってもよい。異なる拡縮の例は、２個×２個の分配モジュールのアレイを配置することである、あるいは、１個×３個の分配モジュールのアレイを配置することである。
【0058】
分配モジュール１２１は、好ましくは、アンテナ配列内の所定位置に配置された時には、互いの間に隙間を形成しない、あるいは、互いの間に最小の隙間しか形成しない。このようにして、分配層内における接合型ＥＢＧ構造を形成することができる。これに代えて、フレーム１２２は、分配モジュールどうしの間の隙間を埋めるようにして配置される。分配モジュールどうしの間に隙間がないことにより、分配層を通して、動作周波数帯域内の無線周波数信号だけを通過させることができる、少なくとも１つの第１導波路を通して、および少なくとも１つの分配層給電部３２３を通して、動作周波数帯域内の無線周波数信号だけを通過させることができる。
【0059】
矩形の分配モジュールの例示的な寸法は、５ｍｍという厚さ、ならびに、５０ｍｍおよび５０ｍｍという側辺、である。しかしながら、分配モジュールは、必ずしも矩形である必要はなく、他の形状も可能であり、例えば、ディスク形状または六角形状のモジュールを形成するための円形セクタも可能である。また、分配層モジュールは、ジグソーパズルの形状を有することもできる。
【0060】
分配モジュールは、鋳造された、成形された、および／または、機械加工された、銅または真鍮などの金属を含んでもよい。金属は、高い電気伝導性を有したコーティングを含んでもよい、例えば、銀または銅によってコーティングされたアルミニウムを含んでもよい、あるいは、銀または銅によってコーティングされた亜鉛を含んでもよい。また、各分配モジュールは、例えばプラスチックを含む足場構造上において金属化することができる。
【0061】
開示するアンテナ配列１００における、１つ以上の放射要素１１１の、少なくとも１つは、開口を含んでもよい。放射層１１０の開口は、例えば、放射層を貫通して延びるスロット開口であってもよい。スロット開口は、好ましくは矩形であるけれども、正方形、円形、またはより一般的な形状、などの他の形状も可能である。スロット開口は、好ましくは、放射層１１０のサイズと比較して小さいものとされ、放射層上において平行線状に構成されるけれども、他の構成も可能である。すべての放射要素がスロットを含む場合には、放射層１１０は、例えば、（例えば銅製の）金属シートを含んでもよい。放射要素の別の例は、ボウタイアンテナである。第３の例として、放射要素は、パッチアンテナであってもよい。有利なことに、ボウタイアンテナもパッチアンテナも、製造が容易である。すべての放射要素がパッチアンテナを含む場合には、放射層１１０は、例えば、接地平面を有したＰＣＢを含んでもよく、その場合、接地平面は、分配層に対して対向している。他のタイプの放射要素も可能であることは、理解されよう。
【0062】
図２は、組み立てられた例示的なアンテナ配列１００の詳細を示している。各分配モジュール１２１は、任意選択的に、１つ以上の位置合わせ部材２１１を含む。１つ以上の位置合わせ部材は、他のモジュールに対して、および放射要素１１１に対して、モジュールを位置合わせするように構成されている。分配モジュール１２１上の１つ以上の位置合わせ部材は、１つ以上の対応する位置合わせ部材と係合するように構成されている。位置合わせ部材と対応する位置合わせ部材とは、例えば、ピンおよび穴であってもよい。１つ以上の対応する位置合わせ部材は、隣接した分配モジュール上に配置されてもよく、放射層１１０上に配置されてもよく、フレーム１２２上に配置されてもよく、および／または、分配層１２０に対して対向して配置された任意選択的な支持層１３０上に配置されてもよい。態様によれば、位置合わせ部材の１つ以上は、エッジ位置合わせ部材２１１’である。１つ以上のエッジ位置合わせ部材は、各分配モジュール１２１が単一の適正な向きでのみ放射層１１０に対して組み立てられ得るように構成されている。言い換えれば、１つ以上のエッジ位置合わせ部材は、分配モジュールを（分配層に沿って延びる平面内において）回転に関して非対称なものとする。これは、アンテナ配列１００の組立において有利である。位置合わせ部材が位置決め構造の一部を構成してもよいことに、留意されたい。
【0063】
図３Ａおよび図３Ｂは、組み立てられた例示的なアンテナ配列１００における分配層１２０の詳細を示している。第１ＥＢＧ構造３２４は、任意選択的に、突出要素３２１からなる繰り返し構造を含む。分配層１２０は、任意選択的に、少なくとも１つの導波路リッジ３２２を含み、これにより、分配層１２０と放射層１１０との中間に少なくとも１つの第１ギャップ導波路を形成している。突起を含むＥＢＧ構造に関する詳細については、図６Ａに関連して上述した通りである。図３にさらに図示されているものは、導波路リッジ３２２に対して隣接して配置された分配給電部３２３である。この例示的なアンテナ配列では、リッジ結合移行部分３２４は、分配給電部３２３と導波路リッジ３２２との中間に配置されている。
【0064】
図１Ｂに示すように、アンテナ配列１００は、任意選択的に、分配層１２０に対して対向した支持層１３０を含む。支持層１３０は、位置決め構造１２２および／または複数の分配モジュール１２１を支持するように構成されている。このようにして、放射層および分配層は、確実に一緒に固定されてもよい。図２および図３を参照すると、放射層は、１つ以上のボルト２１２（または同種のもの）によって、フレームに対して、および／または分配層に対して、取り付けられてもよい。これに代えて、またはこれと組み合わせて、１つ以上のボルトは、それぞれの穴を通して、フレームおよび／または分配層を貫通してもよく、１つ以上のボルトは、支持層に対して取り付けられる。図１および図２の例では、複数の分配モジュールどうしの中間には、ボルトが存在し、これにより、放射要素からなる部分集合どうしの間の間隔を、放射要素からなる部分集合内における放射要素どうしの間の間隔よりも大きなものとしている。放射要素からなる部分集合どうしの間の間隔は、放射パターンにおけるサイドローブレベルに対して、無視できる程度の影響しか有していなくてもよい。４つの分配モジュール１２１のそれぞれは、放射要素からなる各部分集合内における１つ以上の放射要素１１１に対して、１つ以上の無線周波数信号を分配するように構成されている。図１の例では、放射要素からなる部分集合は、８個×８個の放射要素を含む。必ずしもそうではないけれども、好ましくは、アンテナ配列は、ボルトが層および複数の分配モジュールを確実に一緒に適合させ得ることのために、複数の分配モジュールどうしの中間にボルトを含む。
【0065】
図１Ａに示すように、支持層１３０は、任意選択的に、プリント回路基板層１３１すなわちＰＣＢ層１３１と、シールド層１３２と、を含む。ＰＣＢ層は、少なくとも１つのＰＣＢ層給電部１３３を含む。図１ＡにおけるＰＣＢ層は、分配層１２０に対して対向しており、シールド層１３２は、ＰＣＢ層に対して対向している。
【0066】
分配層内におけるＥＢＧ構造の使用は、ＰＣＢ層１３１上のＰＣＢ層給電部１３３から、分配給電部３２３を介して、少なくとも１つの第１導波路への、移行における高効率での結合を可能とし、これにより、低損失が得られる。
【0067】
ＰＣＢ層１３１は、任意選択的に、ＰＣＢ層の一方または両方の面上に配置された少なくとも１つのＲＦ集積回路（ＩＣ）を含む。少なくとも１つのＰＣＢ層給電部１３３は、１つ以上のＲＦ ＩＣから、ＰＣＢの反対側の面へと、さらに分配層内へと、無線周波数信号を伝達するように構成されてもよい。一例によれば、少なくとも１つのＰＣＢ層給電部１３３は、分配層１２０の対応する開口に対して接続された貫通穴であり、この場合、貫通穴は、少なくとも１つのマイクロストリップラインによって供給される。これに代えて、あるいはこれと組み合わせて、少なくとも１つのＰＣＢ層給電部１３３は、ＰＣＢの、分配層に対して対向した面上の、少なくとも１つのＲＦ ＩＣから、分配層内へと、無線周波数信号を伝達するように構成されてもよい。態様によれば、少なくとも１つのＰＣＢ層給電部１３３は、アンテナ配列１００から離間して、例えばモデムへと、無線周波数信号を伝達するように構成される。
【0068】
図４は、例示的なシールド層１３２に関する詳細を示している。シールド層１３２は、任意選択的に、シールド層１３２とＰＣＢ層１３１との中間に少なくとも１つの第２導波路を形成するように構成された第２ＥＢＧ構造４３１を含む。第２ＥＢＧ構造は、また、動作周波数帯域内の電磁的伝搬（すなわち、電磁放射）が、少なくとも１つの第２導波路から、少なくとも１つのＰＣＢ層給電部１３３を通過する方向以外の方向に伝搬することを阻止するように、構成されている。第２ＥＢＧ構造は、低損失かつ低漏洩なコンパクトな設計を可能とする、すなわち、例えば隣接した導波路どうしの間における、または隣接したＲＦＩＣｓどうしの間における、望ましくない電磁波伝搬が小さな、コンパクトな設計を可能とする。さらに、第２ＥＢＧ構造は、アンテナ配列の外部からの電磁放射から、ＰＣＢ層を遮蔽する。
【0069】
第２ＥＢＧ構造４３１は、任意選択的に、突出要素４３２、４３４からなる繰り返し構造を含み、ＰＣＢ層は、任意選択的に、接地平面と、少なくとも１つの平面伝送線路と、を含み、これにより、シールド層１３２とＰＣＢ層１３１との中間に少なくとも１つの第２ギャップ導波路を形成している。少なくとも１つの第２ギャップ導波路は、例えば、反転マイクロストリップギャップ導波路であってもよい。図４における例示的なシールド層は、２つのタイプの突出要素４３２、４３４を含んでもよい。幅の狭いトールピン４３２は、図６Ａに関連して上述した突出ピンの例である。幅の広いショートピン４３４は、シールド層とＰＣＢ層との間で、ＲＦＩＣｓに対して適合されていることを除いては、ピン４３２と同様である。ピン４３４は、熱伝達の目的で、ＲＦＩＣｓに対して接触してもよい。図４は、また、ネジ取付ピン４３３を示している。
【0070】
態様によれば、分配層１２０は、第３ＥＢＧ構造を含み、この第３ＥＢＧ構造は、第１ＥＢＧ構造３２４とは反対側の面上に配置される、すなわち、第３ＥＢＧ構造は、支持層１３０に対して対向している。このようにして、分配層１２０と支持層１３０との中間にギャップ導波路を形成してもよい。これらのギャップ導波路は、ＰＣＢ層１３１上のＲＦＩＣｓとＰＣＢ層給電部１３３との間における電磁信号の結合のために使用されてもよい。第３ＥＢＧ構造は、低損失かつ低漏洩なコンパクトな設計を可能とする、すなわち、例えば隣接した導波路どうしの間における、または隣接したＲＦＩＣｓどうしの間における、望ましくない電磁波伝搬が小さな、コンパクトな設計を可能とする。さらに、第３ＥＢＧ構造は、アンテナ配列の外部からの電磁放射から、ＰＣＢ層を遮蔽する。第３ＥＢＧ構造は、図４の第２ＥＢＧ構造におけるピンと同様に、異なる複数のピンを含んでもよい。
【0071】
放射層１１０は、任意選択的に、複数の放射モジュールを含む。このようにして、放射層の製造歩留まりを向上させ得る。放射モジュールは、任意選択的に、分配モジュールに対してサイズを一致させることができ、これにより、アンテナ配列の組立を容易とし得る。例えば、１６個×１６個のアンテナアレイでは、８個×８個の放射要素に対して無線信号を分配するように構成された分配モジュールは、８個×８個の放射要素を含む放射モジュールに対して、一致させることができる。放射モジュールは、分配層に対して、および／または任意選択的なシールド層に対して、ボルトまたは同種のものによって、取り付けられてもよい。これに代えて、またはこれと組み合わせて、フレーム１２２は、分配モジュールと放射モジュールの両方を所定位置に固定するように構成することができる。
【0072】
任意選択的に、ＰＣＢ層１３１は、複数のＰＣＢモジュールを含む、および／または、シールド層１３２は、複数のシールドモジュールを含む。このようにして、すべてのモジュールは、分配モジュールに対してサイズを一致させることができる。これにより、アンテナ配列の組立を容易とし得る。例えば、１６個×１６個のアンテナアレイでは、８個×８個の放射要素に対して無線信号を分配するように構成された分配モジュールは、８個×８個の放射要素を含む放射モジュールに対して、一致させることができるとともに、一致したサイズで、ＰＣＢモジュールに対しておよびシールドモジュールに対して、一致させることができる。すべてのモジュールは、ボルトまたは同種のものによって、一緒に取り付けられてもよい。これに代えて、またはこれと組み合わせて、フレーム１２２は、すべてのモジュールを所定位置に固定するように構成することができる。
【0073】
【0074】
態様によれば、電気通信トランシーバまたはレーダトランシーバは、アンテナ配列１００を含む。
【図1A】
【図1B】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図7A】
【図7B】
【図7C】
【図7D】
【国際調査報告】