特表 2024-520939 アンテナ偏波

(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】2024-05-27

(54)【発明の名称】アンテナ偏波

(51)【国際特許分類】

   H01Q 15/24 20060101AFI20240520BHJP

   H01Q 21/06 20060101ALI20240520BHJP

   H01Q 1/32 20060101ALI20240520BHJP

【ＦＩ】

H01Q15/24

H01Q21/06

H01Q1/32

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023570246

(86)(22)【出願日】2022-05-12

(85)【翻訳文提出日】2023-12-25

(86)【国際出願番号】 GB2022051203

(87)【国際公開番号】W WO2022238704

(87)【国際公開日】2022-11-17

(31)【優先権主張番号】21386027.3

(32)【優先日】2021-05-14

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(31)【優先権主張番号】2107279.8

(32)【優先日】2021-05-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】390038014

【氏名又は名称】ビ－エイイ－ システムズ パブリック リミテッド カンパニ－

【氏名又は名称原語表記】ＢＡＥ ＳＹＳＴＥＭＳ ｐｌｃ

(74)【代理人】

【識別番号】110003708

【氏名又は名称】弁理士法人鈴榮特許綜合事務所

(72)【発明者】

【氏名】フリストドゥリディス、アナスタシオス

(72)【発明者】

【氏名】フェレシディス、アレキサンドロス

【テーマコード（参考）】

5J020

5J021

5J046

【Ｆターム（参考）】

5J020AA08

5J020DA05

5J020DA07

5J021AA06

5J021AB03

5J021BA07

5J021HA10

5J021JA06

5J046AA03

5J046AB07

5J046MA00

(57)【要約】

本発明によれば、離間した導電性ダイポール素子の第１のアレイを備える平面に延在する第１の素子アレイ層と、離間した導電性ダイポール素子の第２のアレイを備える平面に延在する第２の素子アレイ層と、第１の素子アレイ層と第２の素子アレイ層とを分離する平面に延在する誘電体層とを備える、偏波変換器であって、各素子アレイ層は、それぞれの素子アレイ層の平面に平行な第１および第２の軸を有し、第１の軸および第２の軸は、垂直軸であり、素子アレイ層の一方または両方は、異方性空間特性を示す、偏波変換器が提供される。アンテナシステム、車両、および偏波変換器を製造する方法も提供される。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

偏波変換器であって、
離間した導電性ダイポール素子の第１のアレイを備える平面に延在する第１の素子アレイ層と、
離間した導電性ダイポール素子の第２のアレイを備える平面に延在する第２の素子アレイ層と、
前記第１の素子アレイ層と前記第２の素子アレイ層とを分離する平面に延在する誘電体層と、
を備え、
各素子アレイ層は、それぞれの素子アレイ層の前記平面に平行な第１および第２の軸を有し、前記第１の軸および第２の軸は、垂直軸であり、
前記素子アレイ層の一方または両方は、異方性空間特性を示す、偏波変換器。

【請求項2】

ダイポール素子の前記アレイの一方または両方が、異方性空間特性を示す、請求項１に記載の偏波変換器。

【請求項3】

ダイポール素子の前記アレイの一方または両方は、前記第１の軸に沿って測定される第１の周期性と、前記第２の軸に沿って測定される第２の周期性とを有し、前記第２の周期性は、前記第１の周期性とは異なる、請求項２に記載の直線－円偏波変換器。

【請求項4】

前記第１の素子アレイ層および第２の素子アレイ層は、同じ第１および第２の周期性を有する、請求項３に記載の偏波変換器。

【請求項5】

前記第２の素子アレイ層の前記ダイポール素子は、前記第１の素子アレイ層の前記ダイポール素子に対して横方向に変位してそれぞれ配置される、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の偏波変換器。

【請求項6】

前記第２の素子アレイ層の前記ダイポール素子は、前記第１の素子アレイ層の前記ダイポール素子に対して前記第１の軸に沿って横方向に変位してそれぞれ配置される、請求項５に記載の偏波変換器。

【請求項7】

前記第２の素子アレイ層の前記ダイポール素子は、前記第１の素子アレイ層の前記ダイポール素子に対して前記第２の軸に沿って横方向に位置合わせされてそれぞれ配置される、請求項６に記載の偏波変換器。

【請求項8】

前記第１の素子アレイ層および／または第２の素子アレイ層の複数の前記ダイポール素子は、異方性空間特性を示す、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の偏波変換器。

【請求項9】

各ダイポール素子は、前記第１の軸に沿って測定される第１の寸法と、前記第２の軸に沿って測定される第２の寸法とを有し、前記第１および第２の寸法は異なる、請求項８に記載の偏波変換器。

【請求項10】

平面図において、前記第１の素子アレイ層の前記ダイポール素子のうちの１つの領域が、前記第２の素子アレイ層の前記ダイポール素子のうちの１つまたは複数の領域と重なる、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の偏波変換器。

【請求項11】

平面図において、前記第１の素子アレイ層の前記ダイポール素子のうちの１つの長さの２０～３０％が、前記第２の素子アレイ層の前記ダイポール素子のうちの１つまたは複数の領域と重なる、請求項１０に記載の偏波変換器。

【請求項12】

接地面を備え、前記第１の素子アレイ層、誘電体層、および第２の素子アレイ層は、前記接地面の上に配置される、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の偏波変換器。

【請求項13】

通信装置のためのアンテナシステムであって、
直線偏波された電磁放射を生成するように配置されたアンテナと、
請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の直線－円偏波変換器と
を備える、アンテナシステム。

【請求項14】

請求項１３に記載のアンテナシステムを備える、車両。

【請求項15】

偏波変換器を製造する方法であって、
平面に延在する第１の素子アレイ層および平面に延在する第２の素子アレイ層を提供するステップであって、各素子アレイ層は、それぞれの素子アレイ層の前記平面に平行な第１および第２の軸を有し、前記第１の軸および第２の軸は、垂直軸であり、素子アレイ層の一方または両方は、異方性空間特性を示す、提供するステップと、
離間した導電性ダイポール素子の第１のアレイを備える前記第１の素子アレイ層と、
離間した導電性ダイポール素子の第２のアレイを備える前記第２の素子アレイ層と、
前記第１の素子アレイ層と前記第２の素子アレイ層とを分離する平面に延在する誘電体層と
を積層するステップと
を備える、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、偏波変換器に関する。本開示はまた、通信装置のためのアンテナシステムに関する。本開示はまた、該アンテナシステムを有する車両に関する。本開示はまた、偏波変換器を製造する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

直線偏波された電磁（ＥＭ）放射を円偏波されたＥＭ放射に変換するための直線－円偏波変換器は、当技術分野で知られている。

【0003】

従来の変換器の一例は、接地された誘電体層上に印刷されたダイポールアレイを備える。変換器に入射する直線偏波されたＥＭ波は、円偏波された反射ＥＭ波に変換されることができる。

【0004】

しかしながら、従来の変換器は、角度安定性（angular stability）が低い。すなわち、反射波の軸比（該波がどれだけ円偏波されているかの程度を提供する）とＥＭ放射の周波数との間の関係は、入射する直線偏波された放射の入射角に応じてかなり変化する。このため、ある入射角で円偏波に適切に変換されるＥＭ放射の特定の周波数は、別の入射角では変換が不十分である。このことは、十分な円偏波された出力を生成するためには入射放射線と変換器との間の一貫した角度関係を維持することが必要であるので、問題である。これは、実際に達成するのが困難であり、そのような変換器の広範な用途を制限し得る。

【0005】

本発明の目的は、改良されたシステムおよび／またはその方法を提供すること、および／または、上述の若しくは他の箇所で説明される問題のうちの１つまたは複数に対処すること、または、少なくとも代替のシステムおよび／または方法を提供することである。

【発明の概要】

【0006】

本発明の第１の態様によれば、離間した導電性ダイポール素子の第１のアレイを備える平面に延在する第１の素子アレイ層と、離間した導電性ダイポール素子の第２のアレイを備える平面に延在する第２の素子アレイ層と、第１の素子アレイ層と第２の素子アレイ層とを分離する平面に延在する誘電体層とを備える、偏波変換器であって、各素子アレイ層は、それぞれの素子アレイ層の平面に平行な第１および第２の軸を有し、第１の軸および第２の軸は、垂直軸であり、素子アレイ層の一方または両方は、異方性空間特性を示す、偏波変換器が提供される。偏波変換器は、直線－円偏波変換器であり得る。

【0007】

このようにして、二層ダイポールアレイ構造を有するデバイスが形成され、直線偏波された入射波を円偏波された反射波に変換する能力を有する。このような変換器は、容易に入手可能で低コストの直線アンテナからの直線偏波された放射を、衛星、通信および感知システムで使用するための円偏波された放射に変換する際に適用される。

【0008】

一例では、ダイポール素子のアレイの一方または両方は、異方性空間特性（anisotropic spatial property）を示す。一例では、アレイのダイポール素子間の間隔は、第１の軸と第２の軸とで異なる。一例では、ダイポール素子のアレイの周期性は、第１の軸と第２の軸とで異なる。

【0009】

このようにして、直線－円偏波変換が容易になる。「異方性空間特性」は、素子アレイ層の一方または両方において、第１の軸と第２の軸との間で空間特性が異なることを意味し得る。異方性は、素子アレイ層の周期性および／またはダイポール素子の間隔によって達成可能である。

【0010】

一例では、ダイポール素子のアレイの一方または両方は、第１の軸に沿って測定される第１の周期性と、第２の軸に沿って測定される第２の周期性とを有し、第２の周期性は第１の周期性とは異なる。

【0011】

このようにして、二重周期異方性アレイ構造を有する偏波変換器が形成される。入射ＥＭ波の直線－円偏波が容易になる。

【0012】

一例では、第１の素子アレイ層および第２の素子アレイ層は、同じ第１および第２の周期性を有する。すなわち、第１および第２の周期性は異なり得るが、第１の素子アレイ層は、第１の軸に沿って第１の周期性に従って離間され、第２の軸に沿って第２の周期性に従って離間されたダイポールを有するダイポールのアレイを有し得、第２の素子アレイ層は、同じ配置を有し得る。第１の素子アレイ層および第２の素子アレイ層は、同じ寸法（すなわち、全長および全幅）を有し得る。

【0013】

有利なことに、これは、第１の素子アレイ層内のダイポール素子が高い素子結合を有する構造につながる傾向があり、これは角度安定性を改善する。さらに、変換器の構成において、同じ周期性を有するアレイ層は構成を簡単にする。すなわち、アレイ層はアレイ層シートから形成され得る、またはアレイ層は構成単位セルから構築され得、これらは、組み立てられると、同じ第１および第２の周期性を有する素子アレイ層を形成する。

【0014】

一例では、第２の素子アレイ層のダイポール素子は、第１の素子アレイ層のダイポール素子に対して横方向に変位してそれぞれ配置される。

【0015】

このようにして、異方性アレイ構造を有する偏波変換器が形成される。入射ＥＭ波の直線－円偏波が容易になる。

【0016】

一例では、第２の素子アレイ層のダイポール素子は、第１の素子アレイ層のダイポール素子に対して第１の軸に沿って横方向に変位してそれぞれ配置される。

【0017】

このようにして、異方性アレイ構造を有する偏波変換器が形成される。入射ＥＭ波の直線－円偏波が容易になる。それにもかかわらず、これは素子アレイ層のダイポール素子間にいくらかの重なりが存在する構造につながり、それは、高い素子結合および角度安定性の有利な改善を提供する傾向がある。

【0018】

一例では、第２の素子アレイ層のダイポール素子は、第１の素子アレイ層のダイポール素子に対して第２の軸に沿って横方向に位置合わせされてそれぞれ配置される。

【0019】

このようにして、素子アレイ層のダイポール素子間に重なりが存在し、これは、高い素子結合および角度安定性の有利な改善を提供する傾向がある。正確な横方向の位置合わせからのいくらかのずれは、角度安定性を失うことなく可能である。それにもかかわらず、このオフセットは、本明細書の説明から理解されるように、第２の軸に沿って重なりを生成するほど十分に大きくはない。

【0020】

一例では、第１の素子アレイ層および／または第２の素子アレイ層の複数のダイポール素子は、異方性空間特性を示す。

【0021】

異方性は、ダイポール素子の形状または形態によっても実現される。このようにして、異方性アレイ構造を有する偏波変換器が形成される。入射ＥＭ波の直線－円偏波が容易になる。

【0022】

一例では、各ダイポール素子は、第１の軸に沿って測定される第１の寸法と、第２の軸に沿って測定される第２の寸法とを有し、第１および第２の寸法は異なる。

【0023】

これにより、異方性空間特性を定義し得る。ダイポール素子は任意の形状であり得るが、異なる第１および第２の寸法を有することは異方性をもたらし、それは、直線－円偏波変換器としての動作を容易にする。

【0024】

一例では、平面図において、第１の素子アレイ層のダイポール素子のうちの１つの領域が、第２の素子アレイ層のダイポール素子のうちの１つまたは複数の領域と重なる。一例では、平面図において、第１の素子アレイ層のダイポール素子のうちの１つの領域は、第１の軸に沿って、第２の素子アレイ層のダイポール素子のうちの１つまたは複数の領域と重なる。

【0025】

これは、素子アレイ層のダイポール素子間にいくらかの重なりが存在する構造を提供し、高い素子結合および角度安定性の有利な改善を提供する傾向がある。高い素子結合は、素子の有効電気長の増加をもたらし、これは、アレイ共振周波数の減少につながり、それにより、偏波変換器の角度安定性を改善する。第１の軸に沿った重なりは、高い素子結合に有利である傾向がある。いくつかの例では、第２の軸に沿った重なりはない。

【0026】

一例では、第１の素子アレイ層のダイポール素子のうちの１つの端部領域は、第２の素子アレイ層のダイポール素子のうちの２つの端部領域と重なる。このような構造は、特に有利であることが分かっている。重なりは、２つの素子アレイ層を有する構造によって提供され得、層のうちの１つは、平面図において、説明された重なりを提供するように適切にシフトされる。

【0027】

一例では、平面図において、第１の素子アレイ層のダイポール素子のうちの１つの長さの１～５０％が、第２の素子アレイ層のダイポール素子のうちの１つまたは複数の領域と重なる。好ましい例では、第１の素子アレイ層のダイポール素子のうちの１つの長さの２０～３０％が、第２の素子アレイ層のダイポール素子のうちの１つまたは複数の領域と重なる。非常に好ましい例では、第１の素子アレイ層のダイポール素子のうちの１つの長さの約２６％が、第２の素子アレイ層のダイポール素子のうちの１つまたは複数の領域と重なる。長さの重なりは、適切な場合には、面積の重なりであり得る（すなわち、長さではなく面積の１～５０％、２０～３０％、または２６％の重なりがあり得る）。

【0028】

第１および第２の素子アレイ層が配置される方法により、第１の素子アレイ層のダイポール素子のうちの１つと第２の素子アレイ層の１つまたは複数のダイポール素子との平面図における重なりの長さまたは面積は、第２の素子アレイ層のダイポール素子のうちの１つと第１の素子アレイ層の１つまたは複数のダイポール素子との平面図における重なりの長さまたは面積と同じであり得ることが、当業者によって理解されるであろう。

【0029】

一例では、各ダイポール素子は、矩形の断面輪郭、例えば、中実構造（solid）の矩形または矩形ループ、または卵形の断面輪郭、例えば、中実構造の卵形または卵形ループを有する。

【0030】

このような例示的なダイポール素子の形状は、特に有利であることが分かっている。このようにして、異方性アレイ構造を有する偏波変換器が形成される。入射ＥＭ波の直線－円偏波が容易になる。

【0031】

偏波変換器は、接地面を備え得、第１の素子アレイ層、誘電体層、および第２の素子アレイ層は、接地面の上に配置される。一例では、接地面は接地された金属基板である。一例では、接地面または接地金属基板は、偏波変換器または偏波変換器を備えるアンテナシステムに装着される、またはその一部を形成する。これは、汎用性があり、自己完結型の偏波変換器を提供する。別の例では、接地面または接地された金属基板は、偏波変換器が取り付けられた車両上に装着される、またはその一部を形成する。換言すれば、偏波変換器が車両に取り付けられるとき、偏波変換器は、車両の一部を接地面として使用し得る。このようにして、そのような車両のボディパネル、例えば、航空機パネルまたは船体が用いられることができ、ＥＭ波を直線偏波から円偏波に変換するためにデバイスと共に機能することができる。有利なことに、この配置は、該車両上の従来の露出したアンテナの必要性をなくす傾向があり、すなわち、アンテナは、車両の既存の輪郭とともに外に延在せず、これは、抗力ペナルティまたは低可観測性ペナルティを回避し、例えば、車両のレーダ断面を低減する。この例では、接地面は接地された金属基板であるが、これは非限定的なものと考えられ、金属合金、半金属、金属マトリックス複合材、または任意の他の導電性表面のような他の接地面が用いられ得る。

【0032】

本発明の第２の態様によれば、通信装置のためのアンテナシステムであって、偏波された電磁放射を生成するように配置されたアンテナと、第１の態様による偏波変換器とを備える、アンテナシステムが提供される。アンテナは、直線偏波された電磁放射を生成するように配置され得る。アンテナシステムは、ＧＰＳ、ＧＬＯＮＡＳＳ、またはガリレオ受信機などの衛星通信受信機の一部を形成し得る。換言すれば、アンテナシステムはナビゲーションシステムの一部を形成し得る。アンテナシステムは、４Ｇおよび５Ｇを含むブロードバンド電気通信トランシーバのような、電気通信トランシーバの一部を形成する。アンテナシステムは、リンク１６またはリンク２２受信機のような、戦術データリンク受信機の一部を形成し得る。

【0033】

このようにして、直線偏波された放射がアンテナによって生成され得、円偏波された放射に変換され得る。直線偏波されたＥＭ放射を生成するように配置されたアンテナは、特に円偏波された放射を生成するように配置されたアンテナと比較して、容易に入手可能であり、低コストである。したがって、このようにして円偏波された放射の生成を容易にすることは、非常に有利である傾向がある。

【0034】

本発明の第３の態様によれば、第２の態様によるアンテナシステムを備える車両が提供される。車両は、有人または無人航空機などの航空機であり得る。アンテナシステムは、航空機が基地局から通信信号を受信するための手段を提供し得る。あるいは、アンテナシステムは、航空機が衛星ナビゲーションシステムからナビゲーションデータを受信するための手段を提供し得る。言い換えれば、車両は、アンテナシステムを備えるナビゲーションシステムまたは通信システムを備え得る。

【0035】

このようにして、通信および検知における利点が実現され得る。

【0036】

本発明の第４の態様によれば、直線偏波された放射を円偏波された放射に変換する方法であって、第１、第２、または第３の態様による偏波変換器、通信装置、または車両をそれぞれ提供することと、第１の素子アレイ層、誘電体層、および第２の素子アレイ層を接地面の上に配置することと、デバイスに直線偏波された放射を照射することであって、反射された放射が円偏波される、照射することとを備える、方法が提供される。

【0037】

一例では、方法は、偏波変換器、アンテナシステム、または車両からの直線偏波された放射を反射し、それにより、円偏波された放射を生成または送信することを備える。一例では、方法は、偏波変換器またはアンテナシステムを車両に装着することを備える。

【0038】

本発明の第５の態様によれば、偏波変換器を製造する方法であって、平面に延在する第１の素子アレイ層および平面に延在する第２の素子アレイ層を提供するステップであって、各素子アレイ層は、それぞれの素子アレイ層の前記平面に平行な第１および第２の軸を有し、前記第１の軸および第２の軸は、垂直軸であり、素子アレイ層の一方または両方は、異方性空間特性を示す、提供するステップと、離間した導電性ダイポール素子の第１のアレイを備える前記第１の素子アレイ層と、離間した導電性ダイポール素子の第２のアレイを備える前記第２の素子アレイ層と、前記第１の素子アレイ層と前記第２の素子アレイ層とを分離する平面に延在する誘電体層とを積層するステップとを備える、方法が提供される。

【0039】

上記の態様のいずれかの特徴は、所望に応じて、または必要に応じて組み合わされ得る。

【図面の簡単な説明】

【0040】

本開示の実施形態は、添付の図面を参照して、単なる例として、ここで説明される。

【図1】図１は、従来技術による直線－円偏波変換器の概略斜視図である。

【図2】図２は、図１の従来技術の変換器について、異なる入射角における反射された放射の軸比対周波数のグラフを示す。

【図3】図３は、実施形態による偏波変換器の概略側面図を示す。

【図4a-4b】図４（ａ）および（ｂ）は、図３の変換器の第１の素子アレイ層および第２の素子アレイ層の概略平面図を分離して示す。

【図5】図５は、図３の変換器の一部の概略分解斜視図を示す。

【図6a-6b】図６（ａ）および（ｂ）は、図３の変換器の一部に入射するＴＭおよびＴＥの幾何学的構成を示す。

【図7a-7b】図７（ａ）および（ｂ）は、ＴＥおよびＴＭ成分の反射位相のグラフを示す。

【図8a-8b】図８（ａ）および（ｂ）は、異なる入射角における、反射された放射の軸比対周波数のグラフを示す。

【図9】図９は、通信装置のためのアンテナシステムを示す。

【図10】図１０は、実施形態による車両を示す。

【図11】図１１は、一般的な方法論の原理を示す。

【図12】図１２は、一般的な方法論の原理を示す。

【詳細な説明】

【0041】

図１を参照すると、従来技術による直線－円偏波変換器１が示されている。偏波変換器１は、単一の層に配置され、接地誘電体スラブ４上に印刷されたダイポール素子２の配置を備える。

【0042】

入射ＥＭ波の伝搬方向（「入射角」と称され得る）は、ダイポール素子２の層の平面に垂直な軸（ｚ軸）から測定された角度θで示されている。

【0043】

図２を参照すると、変換器１についての、異なる入射角における、反射された放射の軸比対周波数が、グラフ表示で示されている。用語「角度安定性」は、入射ＥＭ波の異なる入射角に対する軸比と周波数との間の関係の変動量を指すために使用される。図に示されるように、変換器１は、入射角がθ＝０から、θ＝３０、θ＝４５まで変化するにつれて、約１０ＧＨｚを超える周波数で反射された放射の軸比の大きな変化を有する。すなわち、変換器１は、約１０ＧＨｚを超える周波数では、角度安定性が低い。

【0044】

図３を参照すると、実施形態による偏波変換器１００が示されている。より具体的には、偏波変換器は、直線偏波された入射ＥＭ放射を円偏波された放射に変換するためのものである。別の実施形態では、偏波変換器は、円偏波された入射放射を直線偏波された放射に変換するように修正され得る。変換器１００は、第１の素子アレイ層１２０と、第２の素子アレイ層１４０と、誘電体層１６０とを備える。変換器１００は、タコニック（Taconic）ＲＦ３５基板１８０をさらに備える。変換器１００は、接地金属基板１９０の形態の接地面をさらに備える。第１の素子アレイ層１２０、第２の素子アレイ層１４０、および誘電体層１６０は、接地金属基板１９０の上に配置される。この例示的な実施形態では、入射ＥＭ波は、接地金属基板１９０から反射され、第１の素子アレイ層１２０および第２の素子アレイ層１４０との相互作用を通して、直線偏波から円偏波に変換される。この例では、接地金属基板１９０は変換器１００の一部を形成するが、当業者は、基板１９０が別個に提供され得、例えば、地上車両、船舶、または航空機の一部として、例えば、変換器１００が装着される構造の一部を形成し得ることを理解するであろう。

【0045】

第１の素子アレイ層１２０は、「第１の平面」と称される平面に延在し、この例示的な実施形態では、水平面である。第１の素子アレイ層１２０は、離間した導電性ダイポール素子１２２の第１のアレイを備える。

【0046】

第２の素子アレイ層１４０は、「第２の平面」と称される平面に延在し、この例示的な実施形態では、水平面である。第２の素子アレイ層１４０は、離間した導電性ダイポール素子１４２の第２のアレイを備える。

【0047】

誘電体層１６０は、「第３の平面」と称される平面に延在し、この例示的な実施形態では、水平面である。誘電体層１６０は、第１の素子アレイ層１２０と第２の素子アレイ層１４０とを分離する。すなわち、誘電体層１６０は、第１の素子アレイ層１２０と第２の素子アレイ層１４０とを電気的に絶縁する。誘電体層１６０は、ポリイミドで形成される。

【0048】

ダイポール素子は、誘電体層１６０の両側に形成される。この例示的な実施形態では、ダイポール素子１４２の第２のアレイは、基板１８０の上方、かつ誘電体層１６０の下方に形成される。ダイポール素子１２２の第１のアレイは、誘電体層１６０の上に形成される。ダイポール素子１２２、１４２は銅で形成される。第１の素子アレイ層１２０、第２の素子アレイ層１４０、および誘電体層１６０は、実質的に平行である。

【0049】

図４（ａ）および図４（ｂ）を参照すると、素子アレイ層１２０、１４０が、分離して平面図で示されている。図に示されるように、各素子アレイ層１２０、１４０は、それぞれの素子アレイ層の平面に平行な第１および第２の軸を有し、第１の軸および第２の軸は、垂直軸である。

【0050】

素子アレイ層１２０、１４０の一方または両方は、異方性空間特性を示す。このようにして、直線－円偏波変換が容易になり、異方性設計は、入射平面波の２つの偏波（ＴＭおよびＴＥ）に差動位相シフトを課す。「異方性空間特性」とは、素子アレイ層１２０、１４０の一方または両方において、第１の軸と第２の軸との間で空間特性が異なることを意味する。異方性は、素子アレイ層１２０、１４０の周期性、ダイポール素子１２２、１４２の間隔、および／またはダイポール素子１２２、１４２の形状若しくは形態によって達成可能である。

【0051】

第１および第２の軸は、図において「ｙ」および「ｘ」軸として例示される。示されるように、ダイポール素子１２２、１４２のアレイの両方は、異方性の空間特性を示す。すなわち、例示された実施形態では、ダイポール素子１２２、１４２の間の間隔は、第１の軸と第２の軸とで異なる。このように、第１の素子アレイ層１２０の素子と第２の素子アレイ層１４０の素子とは、いずれかの軸において重なる。

【0052】

さらに、ダイポール素子のアレイの周期性は、第１の軸と第２の軸とで異なる。このようにして、第１の軸（「ｙ」軸）と比較して、第２の軸（「ｘ」軸）には、単位長さ当たりより多くのダイポールが存在する。ここで、ダイポール素子のアレイの両方は、第１の軸に沿って測定される第１の周期性と、第２の軸に沿って測定される第２の周期性とを有し、第２の周期性は第１の周期性とは異なる。第１の素子アレイ層１２０と第２の素子アレイ層１４０は、同じ第１および第２の周期性を有する。

【0053】

図４（ａ）および図４（ｂ）から理解されるように、組み立てられた変換器１００において、第２の素子アレイ層１４０のダイポール素子１４２は、第１の素子アレイ層１２０のダイポール素子１２２に対して横方向に変位してそれぞれ配置される。これは、アレイが互いに対して「シフトされる」と説明され得る。このような配置は異方性である。

【0054】

さらに、組み立てられた変換器１００において、第２の素子アレイ層１４０のダイポール素子１４２は、第１の素子アレイ層１２０のダイポール素子１２２に対して第２の軸に沿って横方向に位置合わせされてそれぞれ配置される。これは、以下でさらに詳細に説明される要素結合を容易にする。

【0055】

上述したように、異方性は、ダイポール素子の形状または形態によっても実現される。この例示的な実施形態では、第１の素子アレイ層１２０および第２の素子アレイ層１４０のダイポール素子１２２、１４２は、異方性空間特性を示す。示されるように、各ダイポール素子は、第１の軸に沿って測定される第１の寸法と、第２の軸に沿って測定される第２の寸法とを有する。第１の寸法と第２の寸法は異なる。この例示された実施形態では、各ダイポール素子１２２、１４２は、中実構造の矩形形状を有する。当業者は、ダイポール素子の他の形状が適切であり、例えば、矩形ループ、中実構造の卵形および／または卵形ループのような、異なる第１および第２の寸法を有することも理解するであろう。

【0056】

図４（ａ）および図４（ｂ）に示される素子アレイ層１２０、１４０の平面図から、また、透明誘電体層１６０を有するように示される図５に例示される変換器１００の一部からも理解されるように、平面図において、第１の素子アレイ層１２０のダイポール素子１２２のうちの１つの領域は、第２の素子アレイ層１４０のダイポール素子１４２のうちの１つまたは複数の領域と重なる。本実施形態では、平面図において、第１の素子アレイ層１２０のダイポール素子１２２のうちの１つは、第２の素子アレイ層１４０のダイポール素子１４２のうちの２つの端部領域と重なっている。この重なりは、層１２０、１４０の間の素子の強い容量結合を提供する。これは、変換器１００の角度安定性の改善をもたらし、これは、以下でさらに詳細に説明される。この例示的な実施形態では、ダイポール素子の長さの約２６％の全重なり（すなわち、両方の重なり合う端部を含む）がある。

【0057】

例示的な実施形態による変換器１００の寸法は、図３、図４（ａ）、図４（ｂ）、および図５を参照して提供される。図７および図８のグラフが関連する例示的な実施形態である、本明細書に記載される例示的な実施形態では、変換器１００は次のような寸法を有する：Ａ（層１２０、１４０、１６０の高さ）＝０．１２ｍｍ、Ｂ（基板１８０の高さ）＝１．５２４ｍｍ、Ｌ（ダイポール素子の長さ）＝２．１５ｍｍ、Ｗ（ダイポール素子の幅）＝０．５ｍｍ、Ｄｘ（素子アレイ層１２０、１４０の「単位セル」の幅）＝１ｍｍ、Ｄｙ（素子アレイ層１２０、１４０の「単位セル」の長さ）＝３．７５ｍｍ、Ｄｙ／２（平面図でみたときに、第１の素子アレイ層のダイポール素子１２２に対する第２の素子アレイ層１４０のダイポール素子１４２のｙ軸に沿ったシフト）＝１．８７５ｍｍ、一方の端部領域におけるダイポール素子の長さの重なり＝０．２７５ｍｍ。

【0058】

例示的な実施形態の寸法は、変換器１００の構造の一般性を限定または喪失することなく提供される。当業者は、依然として直線－円偏波変換器として機能しながら、寸法の変形が可能であることを理解するであろう。

【0059】

図６（ａ）および図６（ｂ）を参照すると、変換器１００を有する入射ＥＭ波の幾何学的構成が示されており、変換器１００の一部のみが図に示されている。直線偏波された入射ＥＭ波の伝搬方向（「入射角」と称され得る）は、素子アレイ層１２０、１４０および誘電体層１６０の平面に垂直な軸から測定された角度θで示されている。図６（ａ）および図６（ｂ）は、θ＝０の場合の等しい大きさおよび位相を有する、直線偏波された入射波のＴＭおよびＴＥ成分をそれぞれ示す。この場合、Ｅフィールドは、ｙ軸に対して４５°または１３５°の角度をなしている。入射波は、電界成分Ｅ、磁界成分Ｈ、および波数ベクトルｋを有する。

【0060】

図７（ａ）および図７（ｂ）を参照すると、ＴＥ（実線）およびＴＭ（破線）成分の反射位相対周波数のグラフが示されている。図７（ａ）および図７（ｂ）は、２つの互いに直交する入射面における反射位相対周波数を例示し、図７（ａ）は、ｘ－ｚ平面またはΦ＝０°を示し、図７（ｂ）は、ｙ－ｚ平面またはΦ＝９０°を示す。変換器１００が直線偏波された入射波を円偏波された反射波に変換するためには、変換器１００は、入射波に対して９０°の奇数倍の位相差を生成しなければならない。図７（ａ）および図７（ｂ）には、直線偏波された波がｙ軸に対してθ＝４５°の角度で入射するときの反射位相が示されている。グラフから決定されるように、直線－円偏波は、反射位相が２７０°に等しい様々な周波数で達成される。

【0061】

図８（ａ）および図８（ｂ）を参照すると、変換器１００についての、異なる入射角における反射された放射の軸比対周波数がグラフ表示で示されている。上述したように、用語「角度安定性」は、入射ＥＭ波の異なる入射角に対する軸比と周波数との間の関係の変動量を指すために使用される。

【0062】

図８（ａ）および図８（ｂ）は、２つの互いに直交する入射面における軸比対周波数を例示し、図８（ａ）は、ｘ－ｚ平面またはΦ＝０°を示し、図８（ｂ）は、ｙ－ｚ平面またはΦ＝９０°を示す。図から確立されることができるように、変換器１００は、入射角がθ＝０（実線）から、θ＝３０（点線）、θ＝４５（破線）まで同様に変化するとき、１０ＧＨｚを超える周波数において、従来の変換器１に関する図２のグラフと比較して、反射された放射の軸比の変化が低減される。すなわち、変換器１００は、約１０ＧＨｚを超える周波数では、角度安定性が改善される。

【0063】

上述の素子アレイ層およびダイポール素子の配置による高い素子結合は、本明細書で実証される角度安定性の改善をもたらす。素子結合は、効果素子の増加を提供する。これは、アレイ共振周波数の変化をもたらす。図から、軸比、角安定度、および３－ｄＢ－軸比帯域幅に関する円偏波性能は、Ｘ帯域およびＫＵ帯域におけるＴＥおよびＴＭの両方について、８．２～１８．３ＧＨｚの周波数範囲にとって満足いくものであることが理解される。この周波数範囲は、上述の寸法（すなわち、ダイポール素子の寸法、層の高さなど）を有する変換器１００を使用して得られる。

【0064】

当業者は、依然として角度安定性を維持しながら他の寸法が可能であるが、変換器の寸法が変更される場合には、周波数範囲が異なり得ることを理解するであろう。例えば、より大きい（またはより長い）ダイポールは、より長い波長の入射場に結合するので、周波数範囲をより低い周波数にシフトする効果を有する。さらに、ダイポールの重なりを増加させることは、層１２０、１４０間の素子の容量結合を増加させる効果を有する。そしてこれは、周波数範囲をより低い周波数にシフトする。基板１８０の選択もまた、動作周波数範囲に影響を及ぼす。高い比誘電率を有する基板材料は、入射場の有効波長を減少させる効果を有する。これは、ダイポールが「電気的に長く」見え、したがって、変換器１００の動作周波数範囲がより低くシフトされることを意味する。

【0065】

変換器１００の構造は、アンテナ設計において望ましくない特徴であるグレーティングローブの影響を低減する傾向があることが当業者によって理解されるであろう。変換器１００の設計、特に高い素子結合による共振周波数の変化により、グレーティングローブはより高い周波数に押し上げられ（pushed to）、角度安定性の利点をもたらす。入射ＥＭ放射線の入射角に対する感度は、それによって低減される傾向がある。

【0066】

図９を参照すると、アンテナシステム１０００が示されている。アンテナシステム１０００は、直線偏波されたＥＭ放射を生成するように配置されたアンテナ１１００を備える。このようなアンテナは、当技術分野では周知であるが、ホイップアンテナ、ストリップラインアンテナ、モノポールアンテナ、ダイポールアンテナ、パッチアンテナを含み得る。アンテナシステム１０００は、別の通信装置との通信リンクを提供するための通信装置の一部を形成し得、そのリンクは、６９８～３６００ＭＨｚスペクトル領域内で、ＧＳＭ（登録商標）、ＣＤＭＡ、ＬＴＥ（登録商標）、ＷｉＭａｘ、将来の５Ｇ規格などの規格に従って動作する。アンテナシステム１０００は、通信リンクを可能にするために、トランシーバ、送信機または受信機、電源、および他の標準的な構成要素に結合され得る。受信機は、ＧＰＳ、ＧＬＯＮＡＳＳ、またはガリレオシステムからナビゲーションデータを受信するためなどの衛星ナビゲーション受信機であり得る。換言すれば、アンテナシステム１０００はナビゲーションシステムの一部を形成し得る。

【0067】

アンテナシステム１０００は、実施形態による偏波変換器１００をさらに備える。

【0068】

図１０を参照すると、例えば地上ベースの車両、航空機、船舶、宇宙船、または衛星２０００などの車両が示されている。車両２０００は、偏波変換器１００を備える。車両２０００は、図９を参照して説明されるようなアンテナシステム１０００を備え得る。換言すれば、車両は、アンテナシステム１０００を有するナビゲーションシステムを備え得る。

【0069】

図１１を参照すると、実施形態による方法論の原理が示されている。この方法は、直線偏波された放射を円偏波された放射に変換する方法である。ステップ３０００は、実施形態による、偏波変換器１００、アンテナシステム１０００、または、例えば、地上車両、航空機、若しくは船舶などの車両２０００を提供することを備える。ステップ３２００は、第１の素子アレイ層、誘電体層、および第２の素子アレイ層を接地面の上に配置することを備える。接地面は、波が反射される反射面として機能する。ステップ３４００は、デバイスに直線偏波された放射線を照射することを備え、反射された放射線は円偏波される。素子アレイ層との相互作用、特にその異方特性の結果として、直線－円偏波変換が生じる。

【0070】

図１２を参照すると、実施形態による方法論の原理が示されている。この方法は、直線－円偏波変換器１００を製造する方法である。ステップ４０００は、平面に延在する第１の素子アレイ層および平面に延在する第２の素子アレイ層を提供することを備え、各素子アレイ層は、それぞれの素子アレイ層の平面に平行な第１および第２の軸を有し、第１の軸および第２の軸は、垂直軸であり、素子アレイ層の一方または両方は、異方性空間特性を示す。ステップ４２００は、離間した導電性ダイポール素子の第１のアレイを備える第１の素子アレイ層と、離間した導電性ダイポール素子の第２のアレイを備える第２の素子アレイ層と、第１の素子アレイ層と第２の素子アレイ層とを分離する平面に延在する誘電体層とを積層することを備える。

【0071】

上述の偏波変換器１００は、衛星、通信、ナビゲーション、および検知システムにおいて用途および利点を見出す。例えば、衛星用途では、このような変換器は、電離層によって引き起こされるファラデー回転の影響を最小限に抑えるために使用することができる。さらなる利点は、マルチパス伝搬および降雨クラッタ抑制に見出される。

【0072】

本明細書に記載された例示的な実施形態の少なくともいくつかは、専用の特別なハードウェアを使用して、部分的にまたは全体的に構築され得る。本明細書で使用される「構成要素」などの用語は、ある特定のタスクを実行するか、または関連機能を提供する、個別または統合された構成要素の形態の回路、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、または特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）などのハードウェアデバイスを含み得るが、これらに限定されない。任意の特徴の様々な組み合わせが本明細書に記載されており、記載された特徴は任意の適切な組み合わせで組み合わされ得ることが理解されるであろう。特に、任意の１つの例示的な実施形態の特徴は、そのような組み合わせが相互に排他的である場合を除いて、必要に応じて、任意の他の実施形態の特徴と組み合わされ得る。本明細書を通して、用語「備える（comprising）」または「備える（comprises）」は、特定された構成要素を含むが、他の存在を排除しないことを意味する。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4(a)】

【図4(b)】

【図5】

【図6(a)】

【図6(b)】

【図7a】

【図7b】

【図8a】

【図8b】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【国際調査報告】