特表 2025-506038 フェーズドアレイアンテナのための表面変化屈折角を有するレドーム

(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】2025-03-05

(54)【発明の名称】フェーズドアレイアンテナのための表面変化屈折角を有するレドーム

(51)【国際特許分類】

   H01Q 1/42 20060101AFI20250226BHJP

   H01Q 15/08 20060101ALI20250226BHJP

   H01Q 21/06 20060101ALI20250226BHJP

【ＦＩ】

H01Q1/42

H01Q15/08

H01Q21/06

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024547559

(86)(22)【出願日】2023-02-06

(85)【翻訳文提出日】2024-10-09

(86)【国際出願番号】 EP2023052765

(87)【国際公開番号】W WO2023152070

(87)【国際公開日】2023-08-17

(31)【優先権主張番号】22156417.2

(32)【優先日】2022-02-11

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】310023106

【氏名又は名称】サン－ゴバン ペルフォルマンス プラスティク フランス

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100123593

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 宣夫

(74)【代理人】

【識別番号】100208225

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 修二郎

(74)【代理人】

【識別番号】100217179

【弁理士】

【氏名又は名称】村上 智史

(72)【発明者】

【氏名】リッカルド カコッチオラ

(72)【発明者】

【氏名】ニコラ ミーレック

(72)【発明者】

【氏名】フロリアン ビグールダン

(72)【発明者】

【氏名】エマニュエル ミムーン

(72)【発明者】

【氏名】フラビアン フレミー

(72)【発明者】

【氏名】シャー ナワ ブロクール

(72)【発明者】

【氏名】バドル エディーヌ ラニ

【テーマコード（参考）】

5J020

5J021

5J046

【Ｆターム（参考）】

5J020AA02

5J020BB01

5J020BC04

5J020DA03

5J020DA04

5J021AA05

5J021AA09

5J046RA05

(57)【要約】

【課題】フェーズドアレイアンテナのための表面変化屈折角を有するレドームを提供する。
【解決手段】レドームは、誘電体基材と２つの二重偏波メタ表面とからなる電磁波活性領域を含む。二重偏波メタ表面は、開いた、回転対称の、非連続な幾何学的パターンを有する、複数の周期的に配列された金属メタアトムからなる。メタアトムは誘電体基材の２つの側面の間で相補的に重なり合い、平面アレイアンテナの角度放射パターンの空間領域を覆う少なくとも２つの群へと周期的に配置される。メタアトムの幾何学的寸法は、各群内で種々の値であり、それにより、その群内で電磁透過位相勾配が形成され、１つの群と別の群とで異なる。メタアトムの周期Δｐはλ／４～λ／１．３であり、λは平面アレイアンテナからの入射電磁波の波長である。
【選択図】図５

【特許請求の範囲】

【請求項1】

平面アレイアンテナ（１００２）のためのレドームであって、
前記レドームは、少なくとも電磁波活性領域（６００１、７００１、８００１）を備え；
前記電磁波活性領域（６００１、７００１、８００１）は、誘電体基材（６００２、８００２、９００２）と、前記誘電体基材（６００２、８００２、９００２）の両側に配置された２つの二重偏波メタ表面（６００３、６００４、９００３、９００４、１０００３、１０００４）とからなり；
前記二重偏波メタ表面（６００３、６００４、７００３、７００４、８００３、８００４）は、周期的に配置された複数の金属メタアトム（９００１ａ～ｚ、１０００１ａ～ｚ）から形成され、各メタアトムは、開いた、回転対称な、非連続な幾何学的パターンを有する金属セルからなり；
前記複数のメタアトム（９００１ａ～ｚ、１０００１ａ～ｚ）は、前記誘電体基材（６００２、７００２、８００２）の２つの表面に平行な平面内で前記パターンを重ね合わせたときに、重なり合って、完全で閉じたパターンを形成するようになっており；
前記複数のメタアトム（９００１ａ～ｚ、１０００１ａ～ｚ）は、前記平面アレイアンテナ（１００２）の角度放射パターンの全部または一部（Ｒ１、Ｒ２）を覆う、少なくとも２つ（６００５ａ～６００５ｂ、７００５ａ～７００５ｂ、８００５ａ～８００５ｂ）の群、好ましくは３つ（６００５ａ～６００５ｃ）の群へと、周期的に配置され；
前記複数のメタアトム（９００１ａ～ｚ、１０００１ａ～ｚ）の前記幾何学的寸法（ｌ，ｓ，ｇ，ｗ）は、各群（６００５ａ～６００５ｂ、７００５ａ～７００５ｂ、８００５ａ～８００５ｂ）内で種々の値であり、それにより、その群内で電磁的な透過位相勾配が形成されるようになっており、
前記透過位相勾配は、１つの群（６００５ａ～６００５ｂ、７００５ａ～７００５ｂ、８００５ａ～８００５ｂ）と、別の群（６００５ａ～６００５ｂ、７００５ａ～７００５ｂ、８００５ａ～８００５ｂ）とで異なり；
前記複数のメタアトム９００１ａ～ｚ、１０００１ａ～ｚの周期性Δｐは、λ／１０～λ、好ましくはλ／４～λ／１．３、好ましくはλ／２．８～λ／１．６であり；
λは、前記平面アレイアンテナ（１００２）からの入射電磁波ＩＷの波長であり；
前記誘電体基材（６００２、７００２、８００２）は、織布帛、好ましくは無機／有機混合織布帛である、
レドーム。

【請求項2】

前記複数のメタアトム（９００１ａ～ｚ、１０００１ａ～ｚ）が、少なくとも３つの群（６００５ａ～６００５ｃ）に配置されてよく、
前記透過位相勾配ｇｒａｄφの位相差Δφが、第１の群（６００５ａ）については０°～３０°であり、第２の群（６００５ｂ）については３０°～４０°であり、第３の群（６００５ｃ）については４０°～５０°であり、
前記第１、第２および第３の群（６００５ａ～６００５ｃ）について平面アレイアンテナの入射角がそれぞれ０°～１５°、１５°～３０°および３０°および４５°であるように、前記第１、第２および第３の群（６００５ａ～６００５ｃ）が前記レドームに沿って配置されている、
請求項１に記載のレドーム。

【請求項3】

群（６００５ａ～６００５ｂ、７００５ａ～７００５ｂ、８００５ａ～８００５ｂ）内の透過位相勾配ｇｒａｄφが、前記群にわたって、正、負、または交互であってよい、請求項１～２のいずれか一項に記載のレドーム。

【請求項4】

群６００５ａ～６００５ｂ、７００５ａ～７００５ｂ、８００５ａ～８００５ｂ内のメタアトム９００１ａ～ｚ、１０００１ａ～ｚの数が、２πと、前記透過位相勾配ｇｒａｄφのラジアンで表される位相差Δφとの間の比であってよい、請求項１～３のいずれか一項に記載のレドーム。

【請求項5】

前記第１のメタ表面（６００３、７００３、８００３）の前記メタアトム（９００１ａ～ｚ）のパターンが、辺が開いた正方形であってよく、前記第２のメタ表面（６００４、７００４、８００４）の前記メタアトム（１０００１ａ～ｚ）のパターンが、角が開いた正方形であってよい、請求項１～４のいずれか一項に記載のレドーム。

【請求項6】

前記正方形のセグメントの辺の長さｓが、λ／２００～λ／２０、好ましくはλ／１００～λ／４０であってよく、λは、前記平面アレイアンテナ（１００２）からの入射電磁波ＩＷの波長である、請求項５に記載のレドーム。

【請求項7】

前記角が開いた正方形のセグメントの長さが、λ／５～λ／１．４、好ましくはλ／４．７～λ／１．８であり、λは、前記平面アレイアンテナ（１００２）からの前記入射電磁波ＩＷの波長である、請求項５～６のいずれか一項に記載のレドーム。

【請求項8】

前記誘電体基材６００２の厚さが、少なくとも１ｍｍ、好ましくは少なくとも３ｍｍである、請求項１～７のいずれか一項に記載のレドーム。

【請求項9】

前記レドームの動作周波数が、ＫｕバンドまたはＫａバンドにある、請求項１～８のいずれか一項に記載のレドーム。

【請求項10】

前記活性領域の振幅損失が、０～３ｄＢである、請求項１～９のいずれか一項に記載のレドーム。

【請求項11】

前記メタアトム（９００１ａ～ｚ、１０００１ａ～ｚ）が、銅または合金化銅から形成されてよい、請求項１～１０のいずれか一項に記載のレドーム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

技術分野
本開示は、表面変化屈折角を有するレドームに関する。当該レドームは、フェーズドアレイアンテナに適合される。

【背景技術】

【0002】

技術的背景
フェーズドアレイアンテナは、現在、各種電気通信および検出システム、例えば、宇宙探査機、気象予報システム、レーダシステム、ＡＭ／ＦＭ放送システム、および高周波通信システム、例えば、ブロードバンドセルラーネットワークのための５Ｇ技術標準のために選択される技術である。

【0003】

フェーズドアレイアンテナは、電磁波の干渉に基づく放射システムであり、すなわち、アンテナ自体を機械的に動かすことなく異なる方向を指すように操向され得る電波のビームを生成するためのいくつかの放射源の位相依存重ね合わせに基づく放射システムである。それらは、比較的低いサイドローブ減衰量を伴う高ゲイン、ビーム方向の高速チューニング、任意空間走査、及び複数の電磁ビームの同時生成を可能にする。

【0004】

フェーズドアレイアンテナは、通常、平面状であり、アンテナ素子のアレイまたはマトリクスから形成され、それらのそれぞれが、それ自体の電気的に制御される位相シフト器または時間遅延器を有し、パターン形成のための可変振幅制御を備えてもよい。共通の送信機によって提供される同じ発信電磁信号が、各アンテナ素子に送信され、所与の位相シフトまたは時間遅延値で位相シフトまたは時間遅延され、その後で、位相シフトまたは時間遅延された個々の電磁波として再送される。次に、個々の電磁波が重ね合わされて、各位相シフト器の位相関係に応じて特定の方向に進行する平面電磁波が生成される。

【0005】

フェーズドアレイアンテナの走査範囲は、多くの場合、－６０°～＋６０°の範囲内に制限される。出力ビームの走査角度を６０°を超えて延ばすために、フェイズアレイアンテナの後ろまたは前にセットされたレドーム、耐候性誘電体ドーム、を表面機能化することが一般的に行われている。現在の表面機能化方法の中には、有望な結果を提供するメタ表面（メタサーフェイス）がある。

【0006】

メタ表面は、３Ｄ周期複合構造（誘電性／金属性または完全誘電性のいずれか）である３Ｄメタマテリアルの２Ｄ対応物であり、その材料特性は、バルク内に小さな不均一性を含むように設計されてよく、それによって、人工的な、すなわち自然界では得られない、材料特性が提供される。それらは、Ｘ平面およびＹ平面に周期的に複製された個々のセルまたはメタアトムから形成される２Ｄ構造である。メタ表面およびメタマテリアルは、いずれも、有効な巨視的挙動を有する入射電磁放射を操作することを可能にでき、例えば、入射電磁放射を遮断、吸収、増強、および／または曲げることを可能にし得る。

【0007】

ＷＯ ２０１９ １６５６８４ Ａ１［ＣＨＡＮＧＳＨＵ ＺＵ ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ ＦＯＲ ＯＰＴＯ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ ＴＥＣＨ ＭＥＲＣＩＡＬＩＺＡＴＩＯＮ ＩＯＴＥＣ［ＣＮ］］０６．０９．２０１９は、２つの平行な平面メタ表面を含むレドームを開示している。第１のメタ表面は凸レンズとして作用し、第２のメタ表面は凹レンズとして作用する。２つのメタ表面間の焦点距離及び距離は、入射電磁放射の波長及び入射角に依存する。フェーズドアレイアンテナの走査範囲は、－６０°～６０°の範囲から－９０°～９０°の範囲に拡張することができる。

【0008】

Ｘｕｅら、Ｕｌｔｒａｔｈｉｎ Ｄｕａｌ－Ｐｏｌａｒｉｚｅｄ Ｈｕｙｇｅｎ′ｓ Ｍｅｔａｓｕｒｆａｃｅ： Ｄｅｓｉｇｎ ａｎ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ａｎ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ， Ａｎｎａｌｅｎ ｄｅｒ Ｐｈｙｓｉｋ（ベルリン）， ５３２（７）， ２０２０は、誘電体基材の両側に二重偏波ホイヘンスのメタ表面を含むレドームを開示している。二重偏極ホイヘンスメタ表面は、基板の上面と底面との間で部分的に重なる、開いており、回転対称であり、かつ非連続的な幾何学的パターンを有する、周期的に配置された複数の金属メタアトムでできている。レドームは、標準的なホーンアンテナに適合され、前記アンテナの種類に対して高い送信振幅およびほぼ３６０°の位相シフトを提供する。

【0009】

Ｌｖら、Ｓｃａｎｎｉｎｇ ｒａｎｇｅ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ｏｆ ｐｌａｎａｒ ｐｈａｓｅｄ ａｒｒａｙｓ ｕｓｉｎｇ ｍｅｔａｓｕｒｆａｃｅｓ． ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ａｎｔｅｎｎａｓ ａｎｄ Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ， ６８（３）， ２０２０は、２つの積層された平面状の誘電体基材の対向面上に分散された３層状メタ表面を含むレドームを開示している。メタ表面は複数の金属メタアトムでできており、対称で連続した幾何学的パターンを有し、これらの幾何学的パターンは積み重ねられた基板の対向面の間で、完全に重なっており、同中心（ホモセントリック）である。メタアトムは、周期的に分布された群へと配置され、メタアトムの幾何学的寸法が、位相透過勾配を提供するように種々の値を有している。レドームは、２つの放射方向に２０°だけフェーズドアレイアンテナの走査範囲を拡張することを可能にする。

【0010】

Ｌｅｅ ｅｔ ａｌ．， Ｓｉｎｇｌｅ－ｌａｙｅｒ ｐｈａｓｅ ｇｒａｄｉｅｎｔ ｍｍＷａｖｅ ｍｅｔａｓｕｒｆａｃｅ ｆｏｒ ｉｎｃｉｄｅｎｔ ａｎｇｌｅ ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｆｏｃｕｓｉｎｇ， Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｒｅｐｏｒｔｓ １１：１２６７１， ２０２１は、２つの金属メタ表面を有する単一の誘電体基材を開示している。メタ表面は、開いた、回転対称の、連続した幾何学的パターンを有する、周期的に配置された複数の金属メタアトムでできている。メタアトムは誘電体基材の２つの側面の間で部分的に重なり合い、非周期的レイアウトへと配置されて、電磁波集束レンズを形成する。

【0011】

ＣＮ １１１ ８３４ ７５２ Ａ ＵＮＩＶ ＧＵＡＮＧＸＩ ＳＣＩ ＆ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ２７／Ｏｃｔ／２０２０は、ホイヘンスメタ表面マイクロストリップ二重偏波伝送アレイを記載している。アレイは、２つの金属メタ表面を有する単一の誘電体基材である。各メタ表面は複数の周期的に配置された金属メタアトムから形成され、各メタアトムは、開いており、回転対称であり、かつ非連続な幾何学的パターンを有する金属セルからなる。メタアトムは、誘電体基材の２つの表面に平行な平面でパターンが重ね合わされたときに、完全で閉じたパターンを形成するように重なり合う。それらはまた、群へと周期的に配置され、メタアトムの幾何学的寸法が種々の値となっており、それによって、各郡内で異なる電磁透過位相勾配が形成される。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

技術的課題
従来のレドームの主な制限は、入射電磁波を、レドームの表面上へのその入射位置に応じて様々な屈折角で屈折させることができないことである。レドームは、入射波がそれらの表面と相互作用する場所であればどこでも、入射波に対して同じように作用し、走査範囲は、特定の入射角に対して拡張され得る。さらに、走査角度の特定の部分範囲では、入射電磁波が、入射角度に応じて、不都合に屈折されることがあり、例えば、ランダムに、またはノイズを含んで、屈折されることがある。

【0013】

いくつかの用途では、この均一な屈折挙動の欠如は、走査範囲が入射角に応じて異なるように拡張されるべきであるとき又は走査範囲が平面アンテナに対するレドームの位置に応じて、間接的に、異なるように拡張されるべきであるときに、重要な欠点であり得る。例えば、大きな入射角は、十分に拡張されないことがある。さらに、従来のレドームは、レドーム表面への入射電磁波の入射位置に応じて、屈折角の微調整を可能にしない。

【0014】

レドーム表面の曲率に起因して入射角が変化し得るので、複雑な形状、例えば、測地線、オジバル、シャーレを備えたレドームについても、いくつかの問題が生じ得る。走査範囲は、レドームの表面全体にわたって均一に広がらないことがある。

【0015】

従来のレドームの別の制限は、複雑な設計に依拠することがある点であり、それらは、複数のメタ表面を挟むいくつかの誘電体基材のスタックをしばしば必要とし、かつ／又は、異なる集束表面として作用する位相透過勾配を提供するためにそれらのメタアトムの配置のための固有のレイアウトを有するメタ表面を必要とする。

【0016】

レドームの表面上の位置に応じて、微細な表面変化屈折角を可能にする、単純化されたレドーム構造が必要とされている。

【課題を解決するための手段】

【0017】

技術的課題への解決
表面変化屈折角を有するレドームが提供される。より正確には、請求項１に記載されるとおりのレドームが提供され、従属クレームは有利な実施形態である。

【発明の効果】

【0018】

本開示によるレドームの顕著な利点は、レドームが、入射角に依存する変化屈折角で屈折させ得ることである。また、平面フェーズドアレイアンテナの走査範囲は、走査範囲の異なる部分範囲に対して異なるように拡張されることができる。本レドームは、また、従来のレドームと比較してより単純な設計を有することができ、より複雑な形状を有するレドームを形成することを可能にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】図１は、電磁波活性領域を有する平面フェーズドアレイアンテナのための例示的なレドームの模式図である。

【図2】図２は、誘電体基材の両側に配置された２つの二重偏波メタ表面を有するレドームの活性領域の模式図である。

【図3】図３は、活性領域からの誘電体基材の第１の側のメタアトムの模式図である。

【図4】図４は、活性領域からの誘電体基材の第２の側のメタアトムの模式図である。

【図5】図５は、活性領域の誘電体基材の両側の重ね合わされたメタアトムの模式図である。

【図6】図６は、本開示によるレドームの一実施形態の電磁波活性領域の模式図である。

【図7】図７は、本発明によるレドームの第２の実施形態の電磁波活性領域の模式図である。

【図8】図８は、本発明によるレドームの第３の実施形態の電磁波活性領域の模式図である。

【図9】図９は、図６、図７及び図８の電磁波活性領域からの領域の第１の側のメタアトムの模式図である。

【図10】図１０は、図６、図７及び図８の電磁波活性領域からの領域の第２の側のメタアトムの模式図である。

【図11】図１１は、第１の例示的な実施形態によるレドームを有する平面フェーズドアレイアンテナの遠距離場放射パターンである。

【図12】図１２は、第２の例示的な実施形態によるレドームを有する平面フェーズドアレイアンテナの遠距離場放射パターンである。

【図13】図１３は、第３の例示的な実施形態によるレドームを有する平面フェーズドアレイアンテナの遠距離場放射パターンである。

【図14】図１４は、本開示によるものではないレドームの第１の対照例を有する平面フェーズドアレイアンテナの遠距離場放射パターンである。

【図15】図１５は、本開示によるものではないレドームの第１の対照例を有する平面フェーズドアレイアンテナの遠距離場放射パターンである。

【発明を実施するための形態】

【0020】

本開示の文脈において、形容詞「開いている」または「閉じている」は、それらが形状、図形またはパターンを修飾するために使用される場合、開いている形状または図形の幾何学的形状における共通の定義に従って解釈されるべきである。開いた形状、図形、またはパターンは、異なる開始点および終点を有しており、すなわち、開始点および終点が合致しない形状、図形、またはパターンである。閉じた形状、図形、またはパターンは、同じ開始点および終了点を有する形状、図形、またはパターンである。

【0021】

本開示の文脈において、メタ表面は、平面内で格子として周期的に複製された、メタアトムとも呼ばれる、サイズ決めされた電気的な個別のセルから形成される２Ｄ構造を指す。メタアトムのサイズは、入射電磁放射の波長よりも小さい。それらは、入射電磁放射の波長に応じて、ミリメートル、又はマイクロ又はナノサイズのメタアトムであってもよい。

【0022】

その電気的なメタアトム、すなわちＬＣ共振器として作用する２Ｄプラズモン電気双極子、の周期的構造および幾何学的寸法に起因して、メタ表面は、電磁放射に曝露されると、当該電磁放射の所与の周波数に対する共振器のグリッドとして作用する。

【0023】

メタ表面の基本的でよく知られているパラメータは、その共振周波数であり、その値は、メタアトムの幾何学的寸法および周期によって調整される。レドーム用途では、共振周波数は、多くの場合、レーダまたはアンテナの動作自由空間周波数に対応する。

【0024】

全方向性アンテナ、例えばホイップアンテナは、その周囲空間の全方向に放射する。逆に、平面フェーズドアレイアンテナなどの指向性アンテナでは、放射は空間のいくつかの方向に集中する。アンテナが放射し得る方向は、角度放射パターンを通して表され得る。

【0025】

図１を参照すると、平面フェーズドアレイアンテナ１００２の角度放射パターンは、例えば、放射ビームの０°入射角の方向に対応する仮想垂直平面Ｐによって、２つの空間領域Ｒ１、Ｒ２に分割され得る。角度放射パターンは、平面フェーズドアレイアンテナ１００２の放射特性に応じて、より多くの領域、例えば、３つまたは４つの領域に分割され得る。

【0026】

例示的な図１に示すように、レドーム１０００は、アンテナ１００２の前に設置されてよく、それによって、当該アンテナの走査範囲が拡張される。これは、電磁波活性領域１００１を有してよく、電磁波活性領域１００１は、アンテナの角度放射パターンの空間領域一部または全部Ｒ１、Ｒ２の中で相互作用するように設計されている。レドーム１０００の活性領域１００１は、これらの２つの領域Ｒ１、Ｒ２に対応する２つの対称方向＋Ｙおよび－Ｙに伸びることができる。レドームはまた、垂直方向Ｘで延伸することによって、両方向Ｘ、Ｙによって画定される仮想平面であってアンテナ１００２の放射空間領域Ｒ１、Ｒ２の有効領域全体を覆う仮想平面へと拡張されてよい。

【0027】

図２、図３および図４を参照して、レドーム１０００の活性領域１００１は、誘電体スラブまたは誘電体基材２００１から形成されてもよく、誘電体基材２００１の両側２００１ａ、２００１ｂに、２つの二重偏波メタ表面２００２、２００３が配置される。メタ表面２００２、２００３は、開いた、回転対称の、および非連続的な幾何学的パターンを有する複数の金属メタアトム３００１ａ～ｚ、４００１ａ～ｚから形成されてよい。メタアトムは所与の周期Δｐで配列されてもよく、それらのパターンは所与の幾何学的寸法またはパラメータ（ｌ，ｓ，ｇ，ｗ）によって定義されてもよい。

【0028】

これらの図では、上面２００２の上の辺が開いた正方形および底面２００３の上の角が開いた正方形に関して、メタアトムパターンの幾何学的寸法またはパラメータ（ｌ，ｓ，ｇ，ｗ）が表されている。辺が開いた正方形の場合、ｇは開いた辺のギャップ長であり、ｓは正方形の辺の長さであり、ｗは線の幅である。角が開いた正方形の場合、ｌは線の長さであり、ｗは線の幅である。

【0029】

図２に示すように、メタアトム３００１ａ～ｚ、４００１ａ～ｚは、誘電体基材２００１の２つの側面２００１ａ、２００１ｂの間で部分的に重複し得る。図５を参照すると、メタアトム３００１ａ～ｚ、４００１ａ～ｚは、それらの回転中心Ｏ３、Ｏ４が軸（Ａ）に沿って一致するように、誘電体基材２００１のそれぞれの側面２００１ａ、２００１ｂ上で互いに向かい合うことができる。一方の側２００１ａ上のメタアトム３００１ａ～ｚのパターンの一部は、基材の領域のうち、他方の側２００１ｂ上のメタアトム３００１ａ～ｚのパターンによって側２００１ｂ上の対応する領域が覆われていない領域を覆うことができる。好ましくは、メタアトム３００１ａ～ｚのパターンは、メタアトム４００１ａ～ｚをパターン化するように少なくとも相補的であり、それにより、誘電体基材を通してパターンを重ね合わせたときに、完全で閉じたパターン、例えば閉じた正方形が形成されるようになっている。

【0030】

動作中、すなわち、平面フェーズドアレイアンテナ１００２からの放射が来た際に、レドーム１０００のアクティブ領域１００１は、一般化されたスネル・デカルトの法則に従って入射電磁波Ｉを屈折させる。

【0031】

【数1】

【0032】

ここで、θｉは入射電磁波ＩＷの入射角であり、θｒは屈折電磁波ＲＷの屈折角であり、ｎｉはメタ表面２００２より下の媒質の屈折率であり、ｎｒはメタ表面２００３より上の媒質の屈折率であり、λは平面アレイアンテナからの入射電磁波ＩＷの波長であり、Δφはメタ表面２００２、２００３の２つの隣接するメタアトム３００１ａ～ｚ、４００１ａ～ｚの間の位相差であり、Δｐはメタ表面２００２、２００３のメタアトム３００１ａ～ｚ、４００１ａ～ｚの周期である。メタ表面２００２、２００３は無視できる厚さを有し、レドームの両側の媒質は空気であるので、屈折率ｎｉおよびｎｒは１に等しいと見なされる。

【0033】

比Δφ／Δｐは、位相勾配ｇｒａｄφと呼ばれる。一般化されたスネル・デカルトの法則によれば、所与の波長および所与の入射角θｉについて、屈折角θｒの値は、位相勾配ｇｒａｄφに依存する。

【0034】

図２、図３及び図４に例示されるように、メタ表面２００２、２００３は、幾何学的寸法が変化しない（種々の値ではない）パターンを有するメタアトム３００１ａ～ｚ、４００１ａ～ｚで形成されている。それらの位相勾配、ｇｒａｄφはゼロである。レドーム１０００は、この場合、入射波が表面に当たる場所ではどこでも、同じ様式で入射波と相互作用する。走査範囲は、入射角に応じて異なるように拡張される。

【0035】

本開示によれば、図６、図７、図８、図９、図１０を参照して、平面アレイアンテナ１００２のためのレドームが提供され、レドームは、少なくとも電磁波活性領域６００１、７００１、８００１を備え；
電磁波活性領域６００１、７００１、８００１は、誘電体基材６００２、８００２、９００２と、誘電体基材６００２、８００２、９００２の両側に配置された２つの二重偏波メタ表面６００３、６００４、９００３、９００４、１０００３、１０００４とからなり；
二重偏波メタ表面６００３、６００４、７００３、７００４、８００３、８００４は、複数の周期的に配置された金属メタアトム９００１ａ～ｚ、１０００１ａ～ｚから形成され、各メタアトムは、開いた、回転対称の、かつ非連続な幾何学的パターンを有する金属セルからなり；
メタアトム９００１ａ～ｚ、１０００１ａ～ｚは、誘電体基材６００２、７００２、８００２の２つの表面に平行な平面内でパターンが重ね合わされたときに、完全で閉じたパターンを形成するように重なり合い；
メタアトム９００１ａ～ｚ、１０００１ａ～ｚは、少なくとも２つの６００５ａ～６００５ｂ、７００５ａ～７００５ｂ、８００５ａ～８００５ｂ、好ましくは３つの群６００５ａ～６００５ｃへと周期的に配置され、平面アレイアンテナ１００２の角度放射パターンの全部または一部Ｒ１、Ｒ２を覆い；
メタアトム９００１ａ～ｚ、１０００１ａ～ｚの幾何学的寸法（ｌ，ｓ，ｇ，ｗ）は、各群６００５ａ～６００５ｂ、７００５ａ～７００５ｂ、８００５ａ～８００５ｂ内で種々の値であり、それにより、その群内で電磁的な透過位相勾配を形成するようになっており、
透過位相勾配は、１つの群６００５ａ～６００５ｂ、７００５ａ～７００５ｂ、８００５ａ～８００５ｂと、別の群６００５ａ～６００５ｂ、７００５ａ～７００５ｂ、８００５ａ～８００５ｂとで異なり；
メタアトム９００１ａ～ｚ、１０００１ａ～ｚの周期性Δｐは、λ／１０～λ、好ましくはλ／４～λ／１．３、好ましくはλ／２．８～λ／１．６であり、
λは、平面アレイアンテナ１００２からの入射電磁波ＩＷの波長である。

【0036】

メタアトム９００１ａ～ｚ、１０００１ａ～ｚの幾何学的寸法またはパラメータ（ｌ，ｓ，ｇ，ｗ）は、各群６００５ａ～６００５ｂ、７００５ａ～７００５ｂ、８００５ａ～８００５ｂ内で種々の値であり、メタアトム９００１ａ～ｚ、１０００１ａ～ｚは、誘電体基材６００２、７００２、８００２の２つの側面の間で相補的に重なり合ってよい。

【0037】

一方のメタ表面６００３、７００３、８００３上のメタアトム９００１ａ～ｚのパターンの一部は、基材６００２、７００２、８００２の領域のうち、他方のメタ表面６００３、７００３、８００３上の対応する領域がその側のメタアトム１０００１ａ～ｚのパターンによって覆われていない領域を覆うことができる。図５の文脈で示されたものと同様に、メタアトム９００１ａ～ｚのパターンは、メタアトム１０００１ａ～ｚのパターンと相補的であってよく、それにより、誘電体基材６００２、７００２、８００２を通してパターンが重ね合わされたときに、完全で閉じたパターン、例えば閉じた正方形を形成するようになっていてよい。言い換えれば、前記メタアトム９００１ａ～ｚ、１０００１ａ～ｚは、誘電体基材６００２、７００２、８００２の２つの表面に平行な平面内でパターンが重ね合わされたときに、完全で閉じたパターンを形成するように重なり合っている。

【0038】

これは、図９および図１０の例示的な実施形態で例示される。ギャップ長ｇは、第１のメタ表面６００３、７００３、８００３上のメタアトム９００１ａ～ｚのパターンについて左から右に増加することができ、一方、線長ｌは、第２のメタ表面６００４、７００４、８００４上で相補的に増加することができ、それにより、誘電体基材６００２、７００３、８００３を通してパターンが重ね合わされたときに、完全で閉じたパターン、例えば、閉じた正方形を形成するようになっている。

【0039】

図６、図７、図８、図９及び図１０で例示されるように、メタアトム９００１ａ～ｚ、１０００１ａ～ｚの幾何学的寸法またはパラメータ（ｌ，ｓ，ｇ，ｗ）は、各群６００５ａ～６００５ｂ、７００５ａ～７００５ｂ、８００５ａ～８００５ｂ内で一方向＋Ｙで種々の値を有して、電磁的な透過位相勾配ｇｒａｄφを形成することができる。群６００５ａ～６００５ｂ、７００５ａ～７００５ｂ、８００５ａ～８００５ｂ内のメタアトムは、この方向＋Ｙに従って、行または列に編成されてよい。垂直方向＋Ｘ、－Ｘにおける行または列の数はレドームの設計の問題であり、そのサイズおよびそのアクティブエリアのサイズに依存し得る。

【0040】

群６００５ａ～６００５ｂ、７００５ａ～７００５ｂ、８００５ａ～８００５ｂ内の透過位相勾配ｇｒａｄφは、当該群にわたって、正、負、または交互であってよい。メタアトム９００１ａ～ｚ、１０００１ａ～ｚの幾何学的寸法のバリエーションは、絶対値基準と、透過位相勾配ｇｒａｄφの符号（例えば、プラスまたはマイナス）とに従って適合させることができる。

【0041】

群６００５ａ～６００５ｂ、７００５ａ～７００５ｂ、８００５ａ～８００５ｂ内のメタアトム９００１ａ～ｚ、１０００１ａ～ｚの数は、透過相シフト勾配φの絶対値、およびメタアトム９００１ａ～ｚ、１０００１ａ～ｚのパターンの幾何学的寸法（ｌ，ｓ，ｇ，ｗ）に依存し得る。いくつかの実用的な実施形態では、群６００５ａ～６００５ｂ、７００５ａ～７００５ｂ、８００５ａ～８００５ｂ内のメタアトム９００１ａ～ｚ、１０００１ａ～ｚの数は、２πと、透過位相勾配ｇｒａｄφのラジアンにおける位相差Δφとの間の比であり得る。

【0042】

図６を参照して、アクティブエリア６００１は、１つの方向＋Ｙに延伸し、かつ平面アレイアンテナ１００２の角度放射パターンの１つの空間領域Ｒ２のみをカバーするものとして表される。そのような構成は例えば、その周囲空間の１つの領域Ｒ２において放射するように構成される平面フェーズドアレイアンテナのために使用されてよく、すなわち、その放射パターンがこの空間領域に集中される平面フェーズドアレイアンテナのために使用され得る。

【0043】

いくつかの空間領域、例えば、２つの領域Ｒ１、Ｒ２に延在する放射パターンを有する平面フェーズドアレイアンテナの場合、レドームの活性領域は、角度放射パターンのこれらの２つの領域Ｒ１、Ｒ２に対応する２つの方向－Ｙ、＋Ｙに沿って対称的に複製され得る。そのような複製が、図７及び図８の実施形態において例示され、領域Ｒ１を覆う群７００６ａ～７００６ｂ、８００６ａ～８００６ｂは、（Ｐ）面に対して、＋Ｙ方向に領域Ｒ２を覆う群７００６ａ～７００６ｂ、８００６ａ～８００６ｂの－Ｙ方向における反射対称である。

【0044】

いくつかの実施形態では、群６００５ａ～６００５ｂ、７００５ａ～７００５ｂ、７００６ａ～７００６ｂ、８００５ａ～８００５ｂ、８００６ａ～８００６ｂは、互いに隣接するか、または、メタ表面を有しない領域および／または透過位相勾配を有さないメタ表面を有する領域によって、分離され得る。図７の例示的な実施形態では、群７００５ａ～７００５ｂ、７００６ａ～７００６ｂは、メタ表面を有さない誘電体領域７００７によって分離される。図８の例示的な実施形態では、８００５ａ～８００５ｂ、８００６ａ～８００６ｂは、透過位相勾配のないメタ表面を有する誘電体領域８００７によって分離される。

【0045】

図６を参照して、好ましい実施形態では、メタアトム９００１ａ～ｚ、１０００１ａ～ｚは、少なくとも３つの群６００５ａ～６００５ｃに配置されてもよく、透過位相勾配ｇｒａｄφの位相差Δφは、第１の群６００５ａについては０°～３０°であり、第２の群６００５ｂについては３０°～４０°であり、第３の群６００５ｃについては４０°～５０°であり、第１、第２、および第３の群６００５ａ～６００５ｃは、平面アレイアンテナの入射角が、第１、第２、および第３の群６００５ａ～６００５ｃそれぞれに関して０°～１５°、１５°～３０°、および３０°、および４５°であるように、ラドームに沿って位置する。この構成では、レドームが、レドームの設計の複雑さを比較的低く保ちながら、ほとんどの平面フェーズドアレイアンテナに適合する変化屈折角を提供することができる。

【0046】

メタアトムのパターンは、任意の適切な２Ｄ幾何学的表面パターンであってよく、例えば、正方形もしくは長方形などの多角形パターン、円もしくは楕円などの円形パターン、または多角形ループもしくは円形ループなどのより複雑なパターンであってよい。

【0047】

好ましい実施形態では、図６、図７、図８、図９、図１０に示されるように、第１のメタ表面６００３、７００３、８００３のメタアトム９００１ａ～ｚのパターンは、辺が開いた正方形であってよく、第２のメタ表面６００４、７００４、８００４のメタアトム１０００１ａ～ｚのパターンは角が開いた正方形であってよい。

【0048】

第１のメタ表面６００３、７００３、８００３のメタアトム９００１ａ～ｚのパターンに関して、例示的な実施形態では、正方形セグメントの辺の長さｓが、λ／２００～λ／２０、好ましくはλ／１００～λ／４０であってよく、λは、平面アレイアンテナ１００２からの入射電磁波ＩＷの波長である。

【0049】

第１のメタ表面６００４、７００４、８００４のメタアトム１０００１ａ～ｚのパターンに関して、例示的な実施形態では、角が開いた正方形のセグメントの長さは、λ／５～λ／１．４、好ましくはλ／４．７～λ／１．８であり、λは、平面アレイアンテナ１００２からの入射電磁波ＩＷの波長である。

【0050】

メタアトムは、任意の金属から形成されてよい。いくつかの好ましい実施形態では、メタアトム９００１ａ～ｚ、１０００１ａ～ｚは銅または合金化銅から形成されてよい。それらは、任意の適合された方法で形成され得る。例示的な実施形態では、メタアトムが３Ｄまたは２Ｄプリント方法、例えば、インクジェットプリント方法、スクリーンプリントで印刷されてもよい。それはまた、フォトリソグラフィー法、スパッタリング法、または化学エッチングによって堆積されてもよい。

【0051】

図示の図では、レドーム１０００のアクティブ領域６００１、７００１、８００１は平面として表されている。いくつかの実施形態では、それはより複雑な形状、例えば、ジオデジック、オジバル、シャーレなどの複雑な形状を有しうる。誘電体基材６００２は、誘電体綴じ目の手段によって接合された複数の誘電体パネルの集合体であってもよい。

【0052】

誘電体基材６００２、７００２、８００２、または誘電体基材６００２、７００２、８００２がいくつかの誘電体パネルでできている場合には複数の誘電体パネルは、バルク材料、例えばプラスチック膜、繊維強化複合材料、または層状材料であってもよい。好ましい実施形態では、織布帛、好ましくは無機／有機混合織布帛であってもよい。織布帛の例は、アラミド繊維をさらに含み得るＰＴＦＥ織ガラス布帛積層体であってもよい。

【0053】

いくつかの実施形態では、誘電体基材６００２の厚さは少なくとも１ｍｍ、好ましくは少なくとも３ｍｍであってよい。

【0054】

本開示によるレドームは、任意の動作周波数内で動作することができる。好ましい実施形態では、レドームの動作周波数がＫｕバンド（帯域）、すなわち１２～１８ＧＨｚ、またはＫａバンド、すなわち２６．５および４０ＧＨｚであってよい。好ましくは、活性領域の振幅損失が０～３ｄＢであってよい。

【0055】

本明細書に記載のすべての実施形態は、技術的に互換性がないと思われない限り、組み合わせることができる。さらに、好ましい実施形態に関連して本発明を説明してきたが、特許請求の範囲に定義される本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、当業者によって本発明に様々な修正、追加、および変更を行うことができることを理解されたい。

【実施例】

【0056】

本開示によるレドームの特徴および顕著な利点は、以下に詳細に説明される例示的な実施形態によって示される。

【0057】

２つの例示的な実施形態Ｅ１、Ｅ２において、図６を参照して、レドームは、誘電体基材６００２から形成される電磁波活性領域６００１と、誘電体基材６００２の両側に配置された２つの二重偏波メタ表面６００３、６００４とで作られる。誘電体基材６００２は、ＴＡＩＺＨＯＵ ＷＡＮＧＬＩＮＧによって商品名Ｆ４ＢＭ－１／２で販売されている、銅で被覆（クラッド）されたＴｅｆｌｏｎ（登録商標）織ガラス布帛積層体である。厚さは３ｍｍ、誘電率は３．５、誘電正接は０．００２である。

【0058】

二重偏波メタ表面６００３、６００４は、開いた、回転対称で、非連続的な幾何学的パターンを有する、複数の周期的に配置された銅メタアトム９００１ａ～ｚ、１０００１ａ～ｚでできている。これらは、化学エッチングによって、銅クラッド誘電体基材誘電体６００２上に直接パターン化される。

【0059】

図９および図１０に示されるものと同様に、第１のメタ表面６００３のメタアトム９００１ａ～ｚのパターンは、辺が開いた正方形であり、第２のメタ表面６００４のメタアトム１０００１ａ～ｚのパターンは、角が開いた正方形である。メタアトム９００１ａ～ｚ、１０００１ａは、誘電体基材６００２の２つの側面の間で相補的に重なり合い、誘電体基材６００２を通してパターンが重ね合わされたときに、完全で閉じた正方形を形成する。

【0060】

メタアトム９００１ａ～ｚ、１０００１ａ～ｚは、平面アレイアンテナ１００２の角度放射パターンの１つの空間領域Ｒ１を覆う２つの群６００５ａ～６００５ｂへと周期的に配置される。メタアトム９００１ａ～ｚ、１０００１ａ～ｚの幾何学的寸法（ｌ，ｓ，ｇ，ｗ）は、各群６００５ａ～６００５ｂ内で種々の値となっており、それにより、その群内で電磁的な透過位相勾配が形成されるようになっている。

【0061】

第１の例示的な実施形態Ｅ１では、２つの群６００５ａ～６００５ｂの各々の中の電磁的な透過位相勾配は、それらのパターンに関して種々の値の幾何学的寸法（ｌ，ｓ，ｇ，ｗ）を有する、一連の６個のメタアトムから形成される。第２の例示的な実施形態Ｅ２では、２つの群６００５ａ～６００５ｂの各々の中の電磁的な透過位相勾配が、一連の１２個のメタアトムから形成される。各群６００５ａ～６００５ｂにおけるそれぞれの一連のメタアトムのそれぞれのメタアトムのパターンの、位相φ、ｄＢ単位での振幅損失Ａ、ミリメートル単位での周期性Δｐ、およびミリメートル単位での幾何学的寸法（ｌ，ｓ，ｇ，ｗ）が、第１の例示的な実施形態Ｅ１については表１に、第２の例示的な実施形態Ｅ２については表２に報告されている。位相差Δφは第１の例示的な実施形態Ｅ１に関して約６０°であり、第２の例示的な実施形態Ｅ１に関して約３０°である。

【0062】

【表1】

【0063】

【表2】

【0064】

各群において、それぞれの一連のメタアトムは、被覆領域Ｒ１の放射方向に対応する方向に３回複製され、垂直方向に３回複製される。言い換えれば、第１の例示的な実施形態Ｅ１のそれぞれの群は、５４（３ｘ３ｘ６）のメタアトムを含有し、第１の例示的な実施形態Ｅ２のそれぞれの群は、１０８（３ｘ３ｘ１２）のメタアトムを含有する。

【0065】

第３の例Ｅ３では、図８を参照して、レドームは、誘電体基材８００２から形成される電磁波活性領域８００１と、誘電体基材８００２の両側に配置された２つの二重偏波メタ表面８００３、８００４とで形成される。誘電体基材８００２は、ＴＡＩＺＨＯＵ ＷＡＮＧＬＩＮＧによって商品名Ｆ４ＢＭ－１／２で販売されている、銅で被覆された（クラッドされた）Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）織ガラス布帛積層体である。厚さは３ｍｍ、誘電率は３．５、誘電正接は０．００２である。

【0066】

二重偏波メタ表面８００３、８００４は、開いた、回転対称な、非連続的な幾何学的パターンを有する、複数の周期的に配置された銅メタアトム９００１ａ～ｚ、１０００１ａ～ｚから形成されている。これらは、化学エッチングによって、銅クラッド誘電体基材誘電体８００２上に直接パターン化される。

【0067】

図９および図１０に示されるものと同様に、第１のメタ表面８００３のメタアトム９００１ａ～ｚのパターンは、辺が開いた正方形であり、第２のメタ表面６００４のメタアトム１０００１ａ～ｚのパターンは、角が開いた正方形である。メタアトム９００１ａ～ｚ、１０００１ａは、誘電体基材８００２の２つの側面の間で相補的に重なり合い、誘電体基材６００２を通してパターンが重ね合わされたときに、完全で閉じた正方形を形成する。

【0068】

メタアトム９００１ａ～ｚ、１０００１ａ～ｚは、平面アレイアンテナ１００２の角度放射パターンの１つの空間領域Ｒ１を覆う２つの群８００５ａ～８００５ｂへと、周期的に配置される。メタアトム９００１ａ～ｚ、１０００１ａ～ｚの幾何学的寸法（ｌ，ｓ，ｇ，ｗ）は、各群８００５ａ～８００５ｂ内で種々の値となっており、それにより、その群内で電磁的な透過位相勾配が形成されるようになっている。

【0069】

活性領域８００１は、幾何学的寸法が変化しない（種々の値ではない）メタアトムの基８００７をさらに含み、すなわち透過位相勾配がない。群８００５ａ内の電磁的な透過位相勾配は、そのパターンに関して種々の値の幾何学的寸法（ｌ，ｓ，ｇ，ｗ）を有する、一連の６個のメタアトムから形成される。８００５ｂ内の電磁透過位相勾配は、それらのパターンに関して種々の値の幾何学的寸法（ｌ，ｓ，ｇ，ｗ）を有する、一連の１２個のメタアトムから作られる。各群６００５ａ～６００５ｂにおけるそれぞれの一連のメタアトムのそれぞれのメタアトムのパターンの、位相φ、ｄＢでの振幅損失Ａ、ミリメートルでの周期性Δｐ、およびミリメートルでの幾何学的寸法（ｌ，ｓ，ｇ，ｗ）を表３に報告する。位相差Δφは、群８００５ａについては約６０°であり、群８００５ｂについては約３０°である。

【0070】

【表3】

【0071】

比較のために、２つの対照例、ＣＥ１、ＣＥ２において、図１、図２、図３、図４を参照して、レドームは、誘電体基材２０００から形成される電磁的な波活性領域１００１と、誘電体基材２０００の両側に配置された２つの二重偏波メタ表面２００２、２００３とで形成される。誘電体基材２０００は、例示的な実施形態Ｅ１、Ｅ２、およびＥ３と同じである。

【0072】

活性領域は、開いた、回転対称の、非連続的な幾何学的パターンを有する複数の銅メタアトム３００１ａ～ｚ、４００１ａ～ｚの１つの群のみを含み、２つの例示的な実施形態Ｅ１、Ｅ２に関して、メタアトムは、化学エッチングによって、銅クラッド誘電体基材誘電体２０００上に直接パターン化される。

【0073】

メタアトムパターンは、上面２００２上の辺が開いた正方形、及び底面２００３上の角が開いた正方形である。メタアトムは均一であり、すなわち、それらの幾何学的寸法（ｌ，ｓ，ｇ，ｗ）は種々の値ではない。位相φ、振幅損失Ａ（ｄＢ）、周期性Δｐ（ミリメートル）、及びパターンの幾何学的寸法（ｌ，ｓ，ｇ，ｗ）（ミリメートル）が、２つの対照例ＣＥ１及びＣＥ２に関して、表４に報告される。

【0074】

【表4】

【0075】

第３の対照例ＣＥ３は、メタアトム３００１ａ～ｚ、４００１ａ～ｚの幾何学的寸法（ｌ，ｓ，ｇ，ｗ）が種々の値であることによって透過位相勾配が形成されるようになっていることを除いて、対照例ＣＥ１およびＣＥ２と同様に作製される。位相φ、振幅損失Ａ（ｄＢ）、周期性Δｐ（ミリメートル）、及び幾何学的寸法（ｌ，ｓ，ｇ，ｗ）（ミリメートル）を、表５に示す。

【0076】

【表5】

【0077】

３つの例示的な実施形態Ｅ１、Ｅ２、およびＥ３、ならびに３つの対照例ＣＥ１、ＣＥ２、ＣＥ３を、１５ＧＨｚで電磁ビームを放射する平面フェーズドアレイアンテナの前に設置した。第１の例示的な実施形態Ｅ１は、０°入射照明ビームおよび３０°入射照明ビームに曝露された。第２の例示的な実施形態Ｅ２は、０°入射照明ビームおよび－３０°入射照明ビームに曝露された。第３の例示的な実施形態Ｅ３は、０°入射照明ビーム、１５°入射照明ビーム、及び３０°入射照明ビームに露光された。透過遠距離場放射パターンを測定した。このパターンが、第１の実施形態Ｅ１について図１１に示されており、第２の例示的な実施形態Ｅ２について図１２に示されており、第３の例示的な実施形態Ｅ３について図１３に示されている。

【0078】

第１の対照例ＣＥ１を、０°入射照明ビームに曝露し、第２の対照例ＣＥ２を、３０°入射照明ビームに曝露した。第３の対照例ＣＥ３は、－１５°の入射照明ビームおよび－３０°の入射照明ビームに曝された。測定された透過遠距離場放射パターンを、対照例ＣＥ１およびＣＥの両方について、図１４に示し、第３の対照例ＣＥ３について図１５に示す。

【0079】

図１１、図１２及び図１３の透過遠距離場パターンは、本開示によるレドームが表面変化屈折角を可能にし、入射電磁放射ビームの入射角に応じて適応し得ることを明確に示す。図１１において、レドームは、０°の入射電磁波を約２５°（実線）で屈折させることを可能にし、３０°Ｃの入射電磁波を約５５°（点線）で屈折させることを可能にする。図１２において、レドームは、０°入射電磁波を約－１０°（実線）で屈折させることを可能にし、－３０°入射電磁波を約－４０°（点線）で屈折させることを可能にする。図１３において、レドームは、０°入射電磁波（実線）を屈折させず、１５°入射照明ビームは約３８°（点線）で屈折され、３０°入射照明ビームは約４２°（点線）で屈折される。走査範囲は、放射ビームの入射角が何であれ、均一に拡張される。

【0080】

図１４の透過遠距離場パターンは、２つの対照例ＣＥ１（実線）、ＣＥ２（点線）における透過位相勾配の不存在が、入射ビームを屈折させないことを示す。図１５において、対照例ＣＥ３によるレドームは、－３８°Ｃ（実線）で－１５°の入射照明ビームを屈折させるが、－３０°照明ビームは屈折されず、－３０°（点線）のままである。

【0081】

例示的な実施形態は、本開示によるレドームが表面変化屈折角を可能にし、入射電磁放射ビームの入射角に応じて適応し得ることを明確に示す。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【手続補正書】

【提出日】2024-10-11

【手続補正1】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００８１

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0081】

例示的な実施形態は、本開示によるレドームが表面変化屈折角を可能にし、入射電磁放射ビームの入射角に応じて適応し得ることを明確に示す。
本開示は、下記の発明の態様を含む：
＜態様１＞
平面アレイアンテナ（１００２）のためのレドームであって、
前記レドームは、少なくとも電磁波活性領域（６００１、７００１、８００１）を備え；
前記電磁波活性領域（６００１、７００１、８００１）は、誘電体基材（６００２、８００２、９００２）と、前記誘電体基材（６００２、８００２、９００２）の両側に配置された２つの二重偏波メタ表面（６００３、６００４、９００３、９００４、１０００３、１０００４）とからなり；
前記二重偏波メタ表面（６００３、６００４、７００３、７００４、８００３、８００４）は、周期的に配置された複数の金属メタアトム（９００１ａ～ｚ、１０００１ａ～ｚ）から形成され、各メタアトムは、開いた、回転対称な、非連続な幾何学的パターンを有する金属セルからなり；
前記複数のメタアトム（９００１ａ～ｚ、１０００１ａ～ｚ）は、前記誘電体基材（６００２、７００２、８００２）の２つの表面に平行な平面内で前記パターンを重ね合わせたときに、重なり合って、完全で閉じたパターンを形成するようになっており；
前記複数のメタアトム（９００１ａ～ｚ、１０００１ａ～ｚ）は、前記平面アレイアンテナ（１００２）の角度放射パターンの全部または一部（Ｒ１、Ｒ２）を覆う、少なくとも２つ（６００５ａ～６００５ｂ、７００５ａ～７００５ｂ、８００５ａ～８００５ｂ）の群、好ましくは３つの群（６００５ａ～６００５ｃ）へと、周期的に配置され；
前記複数のメタアトム（９００１ａ～ｚ、１０００１ａ～ｚ）の前記幾何学的寸法（ｌ，ｓ，ｇ，ｗ）は、各群（６００５ａ～６００５ｂ、７００５ａ～７００５ｂ、８００５ａ～８００５ｂ）内で種々の値であり、それにより、その群内で電磁的な透過位相勾配が形成されるようになっており、
前記透過位相勾配は、１つの群（６００５ａ～６００５ｂ、７００５ａ～７００５ｂ、８００５ａ～８００５ｂ）と、別の群（６００５ａ～６００５ｂ、７００５ａ～７００５ｂ、８００５ａ～８００５ｂ）とで異なり；
前記複数のメタアトム９００１ａ～ｚ、１０００１ａ～ｚの周期性Δｐは、λ／１０～λ、好ましくはλ／４～λ／１．３、好ましくはλ／２．８～λ／１．６であり；
λは、前記平面アレイアンテナ（１００２）からの入射電磁波ＩＷの波長であり；
前記誘電体基材（６００２、７００２、８００２）は、織布帛、好ましくは無機／有機混合織布帛である、
レドーム。
＜態様２＞
前記複数のメタアトム（９００１ａ～ｚ、１０００１ａ～ｚ）が、少なくとも３つの群（６００５ａ～６００５ｃ）に配置されてよく、
前記透過位相勾配ｇｒａｄφの位相差Δφが、第１の群（６００５ａ）については０°～３０°であり、第２の群（６００５ｂ）については３０°～４０°であり、第３の群（６００５ｃ）については４０°～５０°であり、
前記第１、第２および第３の群（６００５ａ～６００５ｃ）について平面アレイアンテナの入射角がそれぞれ０°～１５°、１５°～３０°および３０°および４５°であるように、前記第１、第２および第３の群（６００５ａ～６００５ｃ）が前記レドームに沿って配置されている、
態様１に記載のレドーム。
＜態様３＞
群（６００５ａ～６００５ｂ、７００５ａ～７００５ｂ、８００５ａ～８００５ｂ）内の透過位相勾配ｇｒａｄφが、前記群にわたって、正、負、または交互であってよい、態様１～２のいずれか一項に記載のレドーム。
＜態様４＞
群６００５ａ～６００５ｂ、７００５ａ～７００５ｂ、８００５ａ～８００５ｂ内のメタアトム９００１ａ～ｚ、１０００１ａ～ｚの数が、２πと、前記透過位相勾配ｇｒａｄφのラジアンで表される位相差Δφとの間の比であってよい、態様１～３のいずれか一項に記載のレドーム。
＜態様５＞
前記第１のメタ表面（６００３、７００３、８００３）の前記メタアトム（９００１ａ～ｚ）のパターンが、辺が開いた正方形であってよく、前記第２のメタ表面（６００４、７００４、８００４）の前記メタアトム（１０００１ａ～ｚ）のパターンが、角が開いた正方形であってよい、態様１～４のいずれか一項に記載のレドーム。
＜態様６＞
前記正方形のセグメントの辺の長さｓが、λ／２００～λ／２０、好ましくはλ／１００～λ／４０であってよく、λは、前記平面アレイアンテナ（１００２）からの入射電磁波ＩＷの波長である、態様５に記載のレドーム。
＜態様７＞
前記角が開いた正方形のセグメントの長さが、λ／５～λ／１．４、好ましくはλ／４．７～λ／１．８であり、λは、前記平面アレイアンテナ（１００２）からの前記入射電磁波ＩＷの波長である、態様５～６のいずれか一項に記載のレドーム。
＜態様８＞
前記誘電体基材６００２の厚さが、少なくとも１ｍｍ、好ましくは少なくとも３ｍｍである、態様１～７のいずれか一項に記載のレドーム。
＜態様９＞
前記レドームの動作周波数が、ＫｕバンドまたはＫａバンドにある、態様１～８のいずれか一項に記載のレドーム。
＜態様１０＞
前記活性領域の振幅損失が、０～３ｄＢである、態様１～９のいずれか一項に記載のレドーム。
＜態様１１＞
前記メタアトム（９００１ａ～ｚ、１０００１ａ～ｚ）が、銅または合金化銅から形成されてよい、態様１～１０のいずれか一項に記載のレドーム。

【手続補正2】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

平面アレイアンテナ（１００２）のためのレドームであって、
前記レドームは、少なくとも電磁波活性領域（６００１、７００１、８００１）を備え；
前記電磁波活性領域（６００１、７００１、８００１）は、誘電体基材（６００２、８００２、９００２）と、前記誘電体基材（６００２、８００２、９００２）の両側に配置された２つの二重偏波メタ表面（６００３、６００４、９００３、９００４、１０００３、１０００４）とからなり；
前記二重偏波メタ表面（６００３、６００４、７００３、７００４、８００３、８００４）は、周期的に配置された複数の金属メタアトム（９００１ａ～ｚ、１０００１ａ～ｚ）から形成され、各メタアトムは、開いた、回転対称な、非連続な幾何学的パターンを有する金属セルからなり；
前記複数のメタアトム（９００１ａ～ｚ、１０００１ａ～ｚ）は、前記誘電体基材（６００２、７００２、８００２）の２つの表面に平行な平面内で前記パターンを重ね合わせたときに、重なり合って、完全で閉じたパターンを形成するようになっており；
前記複数のメタアトム（９００１ａ～ｚ、１０００１ａ～ｚ）は、前記平面アレイアンテナ（１００２）の角度放射パターンの全部または一部（Ｒ１、Ｒ２）を覆う、少なくとも２つ（６００５ａ～６００５ｂ、７００５ａ～７００５ｂ、８００５ａ～８００５ｂ）（６００５ａ～６００５ｃ）の群へと、周期的に配置され；
前記複数のメタアトム（９００１ａ～ｚ、１０００１ａ～ｚ）の前記幾何学的寸法（ｌ，ｓ，ｇ，ｗ）は、各群（６００５ａ～６００５ｂ、７００５ａ～７００５ｂ、８００５ａ～８００５ｂ）内で種々の値であり、それにより、その群内で電磁的な透過位相勾配が形成されるようになっており、
前記透過位相勾配は、１つの群（６００５ａ～６００５ｂ、７００５ａ～７００５ｂ、８００５ａ～８００５ｂ）と、別の群（６００５ａ～６００５ｂ、７００５ａ～７００５ｂ、８００５ａ～８００５ｂ）とで異なり；
前記複数のメタアトム９００１ａ～ｚ、１０００１ａ～ｚの周期性Δｐは、λ／１０～λであり；
λは、前記平面アレイアンテナ（１００２）からの入射電磁波ＩＷの波長であり；
前記誘電体基材（６００２、７００２、８００２）は、織布帛である、
前記レドーム。

【請求項2】

前記複数のメタアトム（９００１ａ～ｚ、１０００１ａ～ｚ）が、少なくとも３つの群（６００５ａ～６００５ｃ）に配置されてよく、
前記透過位相勾配ｇｒａｄφの位相差Δφが、第１の群（６００５ａ）については０°～３０°であり、第２の群（６００５ｂ）については３０°～４０°であり、第３の群（６００５ｃ）については４０°～５０°であり、
前記第１、第２および第３の群（６００５ａ～６００５ｃ）について平面アレイアンテナの入射角がそれぞれ０°～１５°、１５°～３０°および３０°および４５°であるように、前記第１、第２および第３の群（６００５ａ～６００５ｃ）が前記レドームに沿って配置されている、
請求項１に記載の前記レドーム。

【請求項3】

群（６００５ａ～６００５ｂ、７００５ａ～７００５ｂ、８００５ａ～８００５ｂ）内の透過位相勾配ｇｒａｄφが、前記群にわたって、正、負、または交互であってよい、請求項１に記載の前記レドーム。

【請求項4】

群６００５ａ～６００５ｂ、７００５ａ～７００５ｂ、８００５ａ～８００５ｂ内のメタアトム９００１ａ～ｚ、１０００１ａ～ｚの数が、２πと、前記透過位相勾配ｇｒａｄφのラジアンで表される位相差Δφとの間の比であってよい、請求項１に記載の前記レドーム。

【請求項5】

前記第１のメタ表面（６００３、７００３、８００３）の前記メタアトム（９００１ａ～ｚ）のパターンが、辺が開いた正方形であってよく、前記第２のメタ表面（６００４、７００４、８００４）の前記メタアトム（１０００１ａ～ｚ）のパターンが、角が開いた正方形であってよい、請求項１に記載の前記レドーム。

【請求項6】

前記正方形のセグメントの辺の長さｓが、λ／２００～λ／２０であってよく、λは、前記平面アレイアンテナ（１００２）からの入射電磁波ＩＷの波長である、請求項５に記載の前記レドーム。

【請求項7】

前記角が開いた正方形のセグメントの長さが、λ／５～λ／１．４であり、λは、前記平面アレイアンテナ（１００２）からの前記入射電磁波ＩＷの波長である、請求項５に記載の前記レドーム。

【請求項8】

前記誘電体基材６００２の厚さが、少なくとも１ｍｍである、請求項１に記載の前記レドーム。

【請求項9】

前記レドームの動作周波数が、ＫｕバンドまたはＫａバンドにある、請求項１に記載の前記レドーム。

【請求項10】

前記活性領域の振幅損失が、０～３ｄＢである、請求項１に記載の前記レドーム。

【請求項11】

前記メタアトム（９００１ａ～ｚ、１０００１ａ～ｚ）が、銅または合金化銅から形成されてよい、請求項１に記載の前記レドーム。

【国際調査報告】