JP2001189618A - 射出成型されたフェーズドアレイアンテナ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【解決手段】フェーズドアレイアンテナ装置は射出成型
されかつ金属メッキされた複数のホーン（ｈｏｒｎ）放
射エレメント１１を含む。複数の直交モード接合器１２
は、ホーン放射エレメント１１にそれぞれ結合されてい
る。交差した隔壁１３は、各ホーン放射エレメント１１
の放射開口に好適に配置されて、Ｅ及びＨ平面の放射を
均等化し放射エレメント利得を増加させる。非接触貫通
ポート隔壁及びサイドポート隔壁は、各直交モード接合
器に配設されている。９０度Ｅ及びＨ平面導波管は、直
交モード接合器の適切なサイドポートに結合される。垂
直及び水平の移相器１５は、複数の直交モード接合器の
各々に結合する。 【効果】高密度で配列されたパッケージ（ｐａｃｋａｇ
ｅ）、すなわち、物理的に小さなアレイを製作できる。
導波管行程（ｒｕｎ）の長さを短くして、それ故、フェ
ーズドアレイアンテナ装置の挿入損失を減らすことがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は衛星に関し、より詳
しくは、低コストで衛星に使用可能な射出成型されたフ
ェーズドアレイ（phased array）アンテナ装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】より低コスト及びより短い送出スケジュ
ールに加えて、同期軌道衛星及び衛星アンテナにおける
現行の傾向は、より独立性のあるアンテナビームを含め
てより大きな電源及びより多くの有効負荷能力（payloa
d capability）を提供しようとしている。衛星アンテナ
は、他の要求事項を満たしながらも、低コストで、迅速
に製作されて、スペースクラフトの装着位置に取り付け
易くされなければならない。また、アンテナ及びソーラ
アレイを有するスペースクラフトは、打上用ロケットの
シュラウド（shroud）の内側に適合されなければならな
い。スペースクラフトの搭載空間及びシュラウドの容積
は制限されていて、より大きいシュラウドを有するより
大きな打上用ロケットは高価である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】送信及び受信機能は、
しばしば２つのアンテナに分けられ、各々は狭帯域幅を
カバーし、その結果、送信フィード系統損失の減少とア
ンテナビーム形状最適化効率の向上をもたらしている。
改良された送信アンテナ性能は、ソーラアレイ直流電
源、進行波管増幅器（ＴＷＴＡ）ＲＦ電源、及び熱制御
に関連するコスト高を低減する。

【０００４】配備された成型反射器アンテナは、送信要
求事項を満たすために多用され、そして、地上対向のデ
ック搭載反射器（deck-mounted reflector）アンテナは
受信機能を満たすために使用される。地上デック構造
（deck structure）は、受信アンテナ反射器、副反射
器、そして、ＲＦフィードを保持するために必要であ
る。ケーユーバンド（Ku-band）において、地上デック
アンテナ直径の突設された開口は、一般に１．２メート
ルである。反射器、副反射器及び構造は、黒鉛複合材料
で造られる。

【０００５】それ故、従来のアンテナを改良した衛星使
用の改良型フェーズドアレイアンテナ装置を用いること
は利点がある。本発明は、衛星に好適に使用され得る射
出成型フェーズドアレイアンテナ装置を提供する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】フェーズドアレイアンテ
ナ装置は、射出成型されかつ金属メッキされた複数のプ
ラスチック導波管構成要素を含む。実用化されたフェー
ズドアレイアンテナ装置の実施例は、５つの射出成型プ
ラスチック構成要素を含み、その内のあるものは二次機
械加工を必要とせず、他のものは最小限度の機械加工を
必要とする。

【０００７】より詳しくは、フェーズドアレイアンテナ
装置は射出成型されかつ金属メッキされた複数の放射エ
レメントを含み、該放射エレメントは射出成型されかつ
金属メッキされたホーン（horn）放射エレメントを含
む。射出成型されかつ金属メッキされた複数の直交モー
ド接合器は、ホーン放射エレメントにそれぞれ結合され
ている。交差した隔壁は、各ホーン放射エレメントの放
射開口に好適に配置されて、Ｅ及びＨ平面の放射を均等
化し放射エレメント利得を増加させる。非接触貫通ポー
ト隔壁及びサイドポート隔壁は、各直交モード接合器に
配設されている。９０度Ｅ及びＨ平面導波管は、直交モ
ード接合器の適切なサイドポートに結合される。垂直及
び水平の射出成型されかつ金属メッキされた移相器は、
複数の直交モード接合器の各々に結合する。

【０００８】射出成型されかつ金属メッキされた電力合
成器−分割器ネットワークは、複数のカスケード接続さ
れた垂直偏光及び水平偏光電力合成器−分割器要素を含
み、移相器の出力及び９０度Ｅ及びＨ平面導波管の出力
に結合されている。各々の電力合成器−分割器ネットワ
ークは、導波管の広壁（broadwall）に沿って分離し、
共にリベットで留められる。電力合成器−分割器ネット
ワークを組み立てるこの方法は擾乱に対して比較的、反
応性を押さえる。電力合成器−分割器ネットワークを製
作するために使用された広壁スプリットブロック技術
は、電気的な性能劣化なしに正確な射出成型を可能にす
る。

【０００９】複数のサブアセンブリは、一対のホーン及
び直交モード接合器と、一対の２通路電力合成器及び４
つの移相器とがバネクリップを使用して相互接続され
て、複数の８通路電力合成器−分割器ネットワークに結
合された状態で含むように製造され、そして、中間構造
パネルを使用して一緒に固着される。複数の組み立てら
れたサブアセンブリは、各偏光のための４通路電力合成
器−分割器ネットワークの組に結合され、そして、主構
造パネルを用いて一緒に固着される。４通路電力合成器
−分割器ネットワークの各組（set）は、それぞれアン
テナ装置の垂直及び水平の偏光された出力を生成する。

【００１０】正味の（net）寸法に近い射出成型は、多
様な構成要素を必要とする機械加工を最小限に減らすた
めに用いられる。フェーズドアレイアンテナ装置は、組
み立てを容易にするために導波管滑り継手や、差し込み
機構や、クリップを使用する。フェーズドアレイアンテ
ナ装置は、従来式のアンテナより低コストでより迅速に
製作及び組み立てが可能である。

【００１１】射出成型された構成要素を使用することに
よって、高密度で配列されたパッケージ（package）、
すなわち、物理的に小さなアレイを製作できる。射出成
型された構成要素を使用することによって、導波管行程
（run）の長さを短くして、それ故、フェーズドアレイ
アンテナ装置の挿入損失を減らすことができる。滑り継
手によって、構成要素が摺動または噛み合って１つに合
わせることができる。これによりファスナを除去し、調
整に際して過敏さを減らし、組み立てを容易にするクリ
ップを使用可能とする。

【００１２】

【発明の実施の形態】多様な本発明の特徴と効果は、同
じ参照番号が同じ構造上の要素を示す添付の図面に関連
して、以下の詳細説明によって、より容易に理解され
る。図を参照すると図１は、本発明の原則に従う典型的
な受動アレイアンテナ装置１０の装置ブロックダイヤグ
ラムを示す。図１に示される受動アレイアンテナ装置１
０は実用化されており、そして、完全に組立てられた装
置１０の斜視図は図２に示される。受動アレイアンテナ
装置１０の実用化された実施例は、２波長要素間隔を有
する１３．７５ＧＨｚから１４．５ＧＨｚにおいて動作
する２５６要素の受動直接放射受容アレイを含む。装置
１０は、従来型の１．２メートルのグレゴリオデュアル
偏光型反射アンテナの性能と等価のＲＦ性能を有する。

【００１３】典型的な受動アレイアンテナ装置１０は、
２５６のホーン放射エレメント１１即ちホーン１１を含
む。各々の２５６のホーン放射エレメント１１は、直交
モード接合器１２に一体化されて、２５６の垂直および
２５６の水平に偏光された出力を生成する。各々のホー
ン放射エレメント１１は又、その開口部に交差した隔壁
１３を含んで指向性を高め、Ｅ平面及びＨ平面の等化性
（equalization）を向上させている。

【００１４】各々の（垂直及び水平の）偏光のための別
々のビーム形成ネットワーク１４は、任意の所望の形状
の２つの独立ビームに関連した２つの別々の出力を生成
するのに必要な一意的な位相と振幅を確立するために使
用される。垂直及び水平に偏光されたビーム形成ネット
ワーク１４の実質的な類似の故に、水平に偏光されたビ
ーム形成ネットワーク１４だけが説明される。

【００１５】各ホーン１１及び直交モード接合器１２に
よって生成された水平に偏光された出力は、予め定めら
れた一定の移相器１５を通過して、そして、１２８の２
通路電力合成器−分割器ネットワーク１６の１つの中に
ある移相器１５と、直交モード接合器１２と、隣接した
ホーン１１とによって生成された水平に偏光された出力
に結合される。２通路電力合成器−分割器ネットワーク
１６の１２８の出力は、それから１６の８通路電力合成
器−分割器ネットワーク１７によって結合され、その結
果、５つの４通路電力合成器−分割器ネットワーク１８
により結合される１６の出力となって、単一の水平に偏
向された出力を生成する。

【００１６】各８通路電力合成器−分割器ネットワーク
１７は４つの２通路電力合成器−分割器ネットワーク１
６を含み、そして、各４通路電力合成器−分割器ネット
ワーク１８は２つの２通路電力合成器−分割器ネットワ
ーク１６を含み、各々垂直及び水平に偏向されたビーム
形成ネットワーク１４において合計２５５の２通路電力
合成器−分割器ネットワーク１６となる。各２通路電力
合成器−分割器ネットワーク１６は、移相器１５と共に
任意の所望の出力ビーム形状を一意的に決定する予め決
められた一定の出力電力比を有する。

【００１７】アンテナ装置１０において、ＲＦビーム形
成ネットワーク１４が射出成型で作られるときは、「一
般的な」部品を生成するように設計される。各々の「一
般的な」成型されたビーム形成ネットワーク１４が「個
別的」になるのは、所望の電源分圧比がコンピュータ数
値制御（ＣＮＣ）によって各複合的リング電力合成器−
分割器ネットワーク１６、１７、１８に機械加工された
後のことである。「正味に近い形状」を成型することに
よって、大量の低コスト製造方式（すなわち射出成型及
びＣＮＣ機械加工）による経済性が実現される。二次的
な機械加工動作は最小であっても、特定のアンテナへの
応用や全ＲＦ構成要素の大きな設計自由度を可能にす
る。正味の形状の移相器１５は、迅速かつ容易に「はめ
込まれ」て特性を変化させたり、所望の特性に設定した
りできる。

【００１８】表１は、典型的な米国本土（ＣＯＮＵＳ）
に隣接する受信範囲を生成するように設計されている典
型的な実用化アンテナ装置１０（図２に示す）のため
の、算出された損失量及び周辺有効範囲（edge-of-cove
rage＝ＥＯＣ）の利得を表している。実用化されたアン
テナ装置１０のビーム形成ネットワーク１４は、ＴＥ_１
１モードにおいて動作するＷＲ６２及びＷＲ６２の半分
の高さの導波管の中で製造され、そして、Ｕ字形に形づ
くられた導波管移相器１５及び内部で端末処理された複
合型リング電力合成器−分割器ネットワーク１６、１
７、１８を使用する。各構成要素のＲＦ性能はコンピュ
ータ化されて最適化され、それから、アルミニウムモデ
ルで検査される。円偏光が所望される場合、実用化され
たアンテナ装置１０において使用される開口カバー２１
（図６）は、追加された０．１デシベルの損失を有する
３層蛇行線偏光子（meanderline polarizer）２１ｂ
（図６）と取り替えられてもよい。

【００１９】表１．範囲利得のエッジ 米国本土（ＣＯＮＵＳ）の受信範囲指向性の周辺範囲 矩形ホーン ３１．０ デシベル 交差隔壁 ０．５ デシベル 総指向性 ３１．５ デシベル アレイアンテナ損失 不整合損失 ０．２ 挿入損失 ０．４ 開口カバー損失 ０．１ 全損失 ０．７ アンテナＥＯＣ利得 ３０．８ 受動アレイアンテナ装置１０の機械的及び製造について
の設計が、これから議論される。最終的な装置１０のコ
ストを相当に下げるために、射出成型されかつ金属メッ
キされて繊維で補強された熱可塑性の導波管構成要素
は、ホーン放射エレメント１１、移相器１５及び電力合
成器−分割器ネットワーク１６，１７，１８に使用され
る。受動アレイアンテナ装置１０の実用化された実施例
において使用される材料は、優れた物理的及び熱的特性
を有し、高度の反復可能な構成要素を製作し、そして、
軽量かつ機械加工が容易である。

【００２０】直接的な射出成型と一緒になった金属皮膜
化は、内部の表面をさらしている導波管広壁軸に沿っ
て、電力合成器−分割器ネットワーク１６、１７、１８
を分割することによって保証される。電力合成器−分割
器ネットワーク１６、１７、１８は、正味の形状近くに
設計され射出成型され、それから軽く「リング」領域２
８の中を高速ＣＮＣを使用して予め定められた一定の電
力比になるように機械加工される。電力合成器−分割器
ネットワーク１６、１７、１８のための内部ＲＦ負荷２
６（図７、８）は、正味の形状及び装着状態で型に入れ
て造られて、電力合成器−分割器ネットワーク１６、１
７、１８に設置されるときに、補足を可能にする。正味
及び正味に近い形状への射出成型によって、全ての構成
要素は大量に比較的低コストで製作され、その必要に先
立って備品目録に加えられ、こうして、完成したアンテ
ナアレイ装置１０のための配送時間を減らす。

【００２１】組み立て、一体化、及びテストの容易さ
は、受動アレイアンテナ装置１０の設計において考慮さ
れてきた。可能な部品総数の最小化で、フランジが除去
されて、導波管滑り継手３３（図３）が使用され、そし
てねじ切りされたファスナはクリップ２３（図３）及び
ロックイン式装着部品２４に交換される。ねじ部品が必
要な場所では、軽量な合成材が使用される。過剰な材料
は射出成型された小片から作られて、連結する自己係留
（self-jigging）部品が使用された。

【００２２】構成要素を作るために使用される射出成型
工具は、射出成型の構成要素の三次元ＣＡＤファイルの
設計図の中から造られた。ＣＡＤファイルは、立体描画
モデルを使用して照合された。図２は、わかりやすくす
るために２つの側面を除去した開口カバー支持パネル２
１ａ及び開口カバー２１を有する完全に組立てられた受
動アレイアンテナ装置１０の斜視図を示す。完全に実用
化された装置１０は、横断面が０．７６メートル×０．
８４メートル、高さ０．３７メートルで、重さは２８．
７ｋｇである。

【００２３】図３はアセンブリ３０の部分分解斜視図を
示しており、該アセンブリは、一対のホーン１１と、直
交モード接合器１２と、一対の２通路電力合成器−分割
器ネットワーク１６と、４つの移相器１５とを含み、そ
れらはベリリウム銅バネクリップ２３を使用して相互接
続されている。このアセンブリ３０は単純な建築用ブロ
ックであって、そして、予め定められた回数を繰り返し
てアンテナ装置１０の主要部分を形成する。

【００２４】図４は、図３で示されたアセンブリ３０の
一部分を前から見た斜視図である。直交モード接合器１
２は、２通路電力合成器−分割器ネットワーク１６のポ
ート３１に、その端末に雄形導波管滑り接合部３３ａを
有する貫通ポート３４を含む直線導波管３２の部分を介
して、結合される。直交モード接合器１２のサイドポー
ト３７は、９０度Ｅ及びＨ平面導波管３５を介して２通
路電力合成器−分割器ネットワーク１６のポート３１に
結合される。９０度Ｅ及びＨ平面導波管３５も又、その
端末部において雄形導波管滑り接合部３３ａを有する。
雄形導波管滑り接合部３３ａは、２通路電力合成器−分
割器ネットワーク１６の入力部において、雌形導波管滑
り接合部３３ｂにつながる。

【００２５】図４はホーン１１の内部を示し、ホーンの
開口部において配設されている交差隔壁１３を示す。非
接触貫通ポート隔壁３４ａは、ホーン１１と直交モード
接合器１２の貫通ポート３４との接合部に配設されてい
る。図４はまた、直交モード接合器１２のサイドポート
３７の側壁に形成されたサイドポート隔壁３７ａを示
す。図３及び図４は調整部品２４がホーン１１、直交モ
ード接合器１２、直線導波管３２、そして９０度Ｅ及び
Ｈ平面導波管３５に使われていることを、より分かり易
く示している。

【００２６】移相器１５は、その開口部端末からＣＮＣ
機械加工材料によって０度から３６０度の間で予め値を
設定されて適切な長さを作り出し、そして所望の位相分
配を生成する為に容易に取り替えられる。各々のホーン
１１及び直交モード接合器１２は、各々２つの部品に射
出成型され、そして、交差隔壁１３は１つの部品に射出
成型される。ホーン１１及び直交モード接合器１２を含
む５つの部品は、構造接着剤によって一体に結合され、
そして、非電着性金属析出によって銅メッキされて最終
的なサブアセンブリを生成する。

【００２７】９０度Ｅ及びＨ平面導波管３５は２つの部
品に射出形成されて、構造接着剤によって一体に結合さ
れ、そして、非電着性金属析出による銅でメッキされて
最終的なサブアセンブリを生成する。組立てられた９０
度Ｅ及びＨ平面導波管３５は、直交モード接合器１２の
サイドポート３７に結合される。移相器１５及び全ての
種類の電力合成器−分割器ネットワーク１６，１７，１
８は、各々２つの部品に成型される。機械加工し、非電
着性金属析出によるメッキを行い、そして、電力合成器
−分割器ネットワーク１６，１７，１８にＲＦ負荷２６
を挿入した後、２つの部分は、成型された自己整合部品
を使いかつ構成要素のタブを打ち抜いて配設されるリベ
ット３２（図７，８，９）を使って機械的に繋ぎ合わさ
れて、一体に結合される。

【００２８】図５は、２つのホーン１１、２つの直交モ
ード接合器１２、４つの移相器１５及び２つの２通路電
力合成器−分割器ネットワーク１６を含む３２個のサブ
アレイアセンブリ３０が、中間構造パネル３６に繋ぎ合
わされることによって４×１６の要素のサブアセンブリ
３０が形成されることを示している。２通路電力合成器
−分割器ネットワーク１６の出力は、中間構造パネル３
６を通過し、４つの水平に偏光され４つの垂直に偏光さ
れた８通路電力合成器−分割器ネットワーク１７の入力
ポート４１に入る。８通路電力合成器−分割器ネットワ
ーク１７は構造パネル３６の下側に取り付けられて、そ
して、適切に導波管を配設するために互いに並置され
る。８通路電力合成器−分割器ネットワーク１７の詳細
は、図７及び８を参照して示され説明される。

【００２９】図６は受動アレイアンテナ装置１０の分解
図を示す。４つの４×１６の要素サブアセンブリ３０
（図５）は、主構造パネル４２に装着されている。２つ
の出力電力合成器−分割器ネットワーク１９は、構造パ
ネル４２の下側に装着される。分かり易くするために、
２つの出力結合器−分割器ネットワーク１９のうち１つ
のみが示されており、それは５つの２通路電力合成器−
分割器ネットワーク１８の１つのサブセットである。第
２の出力結合器−分割器ネットワーク１９は、図６に示
されているものから間をおいて配設されて通過する。

【００３０】１６の相互接続している導波管入力ポート
４３は、構造パネル４２を通過して、８つの水平に偏光
され８つの垂直に偏光された８通路電力合成器−分割器
ネットワーク１７の出力ポート４４（図５）に入る。４
通路電力合成器−分割器ネットワーク１８の中間の対の
下面にあるのは、１つの水平に偏光され１つの垂直に偏
光された出力ポート（図示せず）である。開口部カバー
２１及びサイドパネル２１ａを支持パネル４２に装着す
ることによって、受動アレイアンテナ装置１０は完成す
る。円偏光が所望される場合、開口部カバー２１は３層
蛇行線偏光子２１ｂであって、損失０．１ｄＢを有する
ものに取り替えることが可能である。

【００３１】図７，８，９、１０及び１１は、アンテナ
装置１０で用いられる電力合成器−分割器ネットワーク
１６，１７，１８の詳細を示す。より詳しく言えば、図
７と８は、図１のアンテナアレイ装置１０において使わ
れる８通路電力合成器−分割器ネットワーク１７の例示
的な実施例の詳細を示す。図７は、８通路電力合成器−
分割器ネットワーク１７の完全に組み立てられた対を示
す。図８は、その下に配設された組立られた垂直な８方
向電力合成器−分割器ネットワーク１７を有する水平の
８方向電力合成器−分割器ネットワーク１７の分解図を
示す。図９は、典型的な正味に近い４通路電力合成器−
分割器ネットワーク１８の部分展開図を示す。図１０
は、２つの完全に組み立てられて収容された４通路電力
合成器−分割器ネットワーク１８の斜視図を示す。図１
１は、２通路電力合成器−分割器ネットワーク１６の展
開図を示す。

【００３２】各々の８通路電力合成器−分割器ネットワ
ーク１７は、２つの半分部１７ａ，１７ｂに、正味に近
い形状で、その広壁軸（broadwall axis）に沿って分割
されるように形成される。多少の機械加工が、それぞれ
の複合的リング電力合成器−分割器ネットワーク１７の
複合的リング領域２８において要求され、予め決められ
固定された出力電力比を生み出す。機械加工の後に、両
方の半分部１７ａ，１７ｂは、非電着性金属析出によっ
て銅メッキされる。ＲＦ負荷２６は正味に近い形で形成
され、自己補足部品４８を含み、各々の８通路電力合成
器−分割器ネットワーク１７の底部の半分部の中に挿入
される。２つの半分部１７ａ，１７ｂは、成型された調
整部品２４を用いて結合され、機械的なリベット３２に
よってその位置に保持される。銅の接地クリップ４６
は、完成された装置１０において他の要素と電気的接触
を良好に確保するために配設される。接地クリップ４６
がなければ、２通路及び４通路電力合成器−分割器ネッ
トワーク１６，１８は同様に設計され製造されメッキさ
れ、そして組み立てられる。

【００３３】同じように、各々の２通路及び４通路電力
合成器−分割器ネットワーク１６，１８は、２つの半分
部１６ａ，１６ｂ，１８ａ，１８ｂに正味に近い形状に
おいて、広壁軸に沿って分割される。軽く機械加工する
ことがそれぞれの複合的リング電力合成器−分割器ネッ
トワーク１６，１８の複合的リング（hybrid ring）領
域２８において要求され、予め決められた固定的な出力
電力比を生成する。機械加工の後に、それぞれの半分部
１６ａ，１６ｂ，１８ａ，１８ｂは非電着性析出銅でメ
ッキされる。ＲＦ負荷２６は正味に近い形状に形成さ
れ、各々が電力合成器−分割器ネットワーク１６，１８
である底部の半分部に挿入される。それぞれの半分部１
６ａ，１６ｂ，１８ａ，１８ｂは、成型された調整部品
２４を使って結合され、機械的なリベット３２で適切な
場所に保持される。銅の接地クリップ４６が配設され
る。

【００３４】図１１に示されるように移相器１５は、導
波管の長さが固定されているＵ字形のプラスチック導波
管の部分である。移相器１５はその開いた（平坦な）端
部から機械加工の材料によって０度から３６０度の間の
予め設定された値に設定されて、適切な長さを生成す
る。２通路電力合成器−分割器ネットワーク１６のリン
グ領域２８は、軽度に機械加工されて予め設定された固
定された電力比を生成し、それは図１１により詳しく示
されている。

【００３５】上述から、本発明は、射出成型可能であり
熱塑性可能な混成材料を使用する軽量なフェーズドアレ
イ衛星アンテナ装置１０を、低コストで生成する為の新
しい方法を提供することが理解されるであろう。アンテ
ナ装置１０は、マイクロウェーブ構成要素のアセンブリ
を含み、それらはＲＦアンテナ構成要素を形成する為に
メッキされ組み立てられ、あるいは結合された「正味」
及び「正味に近い」形に射出成型される。これらの構成
要素は、適切な導波管の高さ及び幅の寸法、調整突出
部、隔壁、変形部分、結合スロット、フィルターキャビ
ティなどのような最終的な配置を成型して得るために必
要な内部的な物理的特性の全てを有していて、所望のＲ
Ｆ性能を実効あらしめる。

【００３６】図３を参照すると、ホーン及び直交モード
接合部のアセンブリの場合、（テーパー付けされたホー
ン１１及び直交モード変換器即ち接合器１２の）２つの
ＲＦ構成要素は、１つのユニットに一体化されて、不必
要で重く高価なフランジやハードウエアを最小化してい
る。ホーンと直交モード接合アセンブリは、部品に成型
される装着部品及び特徴ある内部調整部品を用いて容易
に組み立てられる４つのプラスチック成型部品を含む。

【００３７】ホーンと直交モード接合アセンブリは、２
つの半分部１１ａ，１１ｂに成型され（図３）、それら
は接着剤による構造的な結合を支持するように設計され
た適合表面において正確な成型された接合部を有し、そ
の接合部は半分部１１ａ，１１ｂを１つに接合してい
る。１つの半分部１１ａは、その部品の周辺に沿って連
続的な増加した三角形の横断面を有する。適合部分上
で、対応する三角形に形成された溝が形成される。組立
の間、接着剤は溝が掘られた表面に適用される。平坦な
へらが用いられて溝の中の接着剤をならして、材料を結
合するための正確な量が残される。適合する隆起部と溝
部との寸法は、組み立てられた際に接着剤の正確な容量
が結合繋ぎ目に絞り出されて、余分の接着剤が絞り出さ
れることなく所望の結合線を生成するように設定され
る。適合する部品の寸法は組み立てられたとき、予め設
定された厚さの結合線を形成するよう接着剤の正確な分
量が設定される。

【００３８】２つの適合する表面は、組み立てられたと
き、均一で信頼性のある結合線を形成するように一意的
に設計される。好適な構造接着剤が溝部に適用される。
へらが接着剤をならすために使われて、溝部の中に残っ
た以外の材料を全てを取り除く。溝部は、その半分部を
一つに安定的に結合するのに必要な結合接着剤の正確な
分量を保持するように設定される。

【００３９】結合ピンとスロットは、２つの半分部１１
ａ，１１ｂを所望の位置に定め、そして、部品間の均一
な結合線の厚さを確保するのに必要な物理的容積を提供
し、そして、硬化サイクルの間その部品を一緒に保持す
るために必要な装着部品を提供する。２つの９０度の肘
部３５は、類似の装着技術を用いてホーン１１に結合さ
れる。ホーンと直交モード接合器アセンブリはそれか
ら、化学的及び／又は機械的に洗浄され、そして、所望
の金属被覆を用いて必要な厚さにメッキされる。金のフ
ラッシュメッキを最終金属被覆として用いるときは、更
なる最終処理は不必要である。

【００４０】包括的複合（generic ring hybyrid ）ネ
ットワーク１６，１７，１８（複合的リング（hybrid r
ing）電力合成器−分割器ネットワーク１６，１７，１
８）は、所望の物理的配列において「正味に近い」形状
に成型される。複合的リングの寸法は、最小量の材料が
成型されて、その結果、電力分割／結合比の範囲を収め
る。特定の電力分割の関係が設定されると、包括的ネッ
トワークに対して実行される単純な機械加工は、それら
の個別の注文の仕様に応じて設定され、それぞれを個別
化する。機械加工および部品の印を付けた後、ネットワ
ーク１６，１７，１８は（ＲＦのための所望の金属被覆
で）メッキされ、ＲＦ負荷２６は設置されて、２つの半
分部は結合される。繋ぎ合わせる技術は、リベット３
２、化学的結合剤、熱による溶接、超音波溶接、あるい
は他の留め金具や結合部品を含む。留め具による相互結
合技術は、設置する時間を最小化し、機械的部品の総数
を減らし、そして個別のＲＦ構成要素の一体化を簡単に
するために用いられる。留め具の部品は、ＲＦ構成要素
の一体化された部品として或いは別体の構成要素として
フック及びループを有するように設計される。それぞれ
のネットワーク１６，１７，１８は成型され、機械加工
され、メッキされ、そして同様の方法を用いて組み立て
られる。

【００４１】ＲＦサブアセンブリの組立を容易にかつ正
確にするために、特別なＲＦ／機械的な結合が用いられ
る。その接合部は雄型及び雌型の滑り接合部３３として
設計され、互いに差し込んで確保されて、クリップ及び
バネ又は一体的スナップ部品を用いる。その設計によっ
て迅速にかつ正確な手作業による組立が可能となり、高
価な調整取り付け具を不必要にし、又、従来技術のねじ
や挿入物、ナット及びワッシャによる難しい装着を不必
要にしている。その組立は、従来技術によるハードウェ
アやフランジを不必要にするか、あるいは最小化するこ
とによって軽量化されている。

【００４２】各々のホーン出力（開示された実施例にお
いては水平及び垂直の２つ）は特定の長さに作られて、
その出力ポートのための所望のＲＦ位相長さを提供する
ために用いられる。移相器１５は２つの半分部１５ａ、
１５ｂ（図１１）に成型されて、導波管の広壁に沿って
分離し、一体型の内部固定調整部品を有している。２つ
の半分部１５ａ、１５ｂは、必要とされる一群の（fami
ly）移相器１５の内で最長のものを形成する正味の長さ
に成型される。ポートは印が付けられ、所望の金属被覆
でメッキされて互いに繋ぎ合わされる。それぞれのポー
トに対する所望の移相器は、一般的な成型プラスチック
部品から作られてメッキされ、組み立てられて所望のＲ
Ｆポートに留められる。他の位相長さが所望される場
合、移相器１５は簡単に取り外されて、予め作られた
「クリップ」固定部品を用いて代用される。

【００４３】包括的成型プラスチック電力合成器−分割
器ネットワーク１６，１７，１８は、成型する前に必要
とする隔壁を代わりに使うことによって、電力分割比の
範囲に亘って動作するように設計される。各々の電力合
成器−分割器ネットワーク１６，１７，１８は、２つの
半分部に成型され、図８，９，１１に示すように、導波
管の広壁に沿って分かれる。鋳型は、特定の電力分割を
実現するために用いられる挿入物の範囲を、受容するよ
うに設計される。電力合成器−分割器ネットワーク１
６，１７，１８の数及びその比率は、統計的分析に基づ
いて予め決定される。決定されれば、要求される電力合
成器−分割器ネットワーク１６，１７，１８の特定の比
率の数が成型される。隔壁３４ａの表面が導波管の広壁
に沿って接触しないように設計される。メッキのあと、
抵抗負荷は隔壁３４ａに容易に組み立てられ、そして、
２つの半分部は互いに繋ぎ合わされて、固有マイクロ波
電力合成器−分割器ネットワーク要素を形成する。電力
分割比の所望される任意の結合においても、それらの要
素の結合は相互結合によって容易に実現される。

【００４４】アンテナ装置１０の要素を生成する際に用
いられる結合ライン接合部は、結合材料の規定された量
を計るように設計された相互結合部品を用いる。フラン
ジＲＦチョークは、フランジと広壁との間のＰＩＭ自由
結合を提供する。留め具部品は、ベリリウム銅（Ｂｅ−
Ｃｕ）クリップ及びプラスチックからなる留め具の使用
を含む。包括的ＲＦマニホルド（generic RF manifol
d）は、成型され、数値制御機械加工によって多少修正
されて、特定のアンテナ製品を生成する。

【００４５】本願を具現化した実施例は、従来から用い
られている１．２メートル反射アンテナと同じＲＦ性能
であって同じ容積の改良された地上装着受動アレイアン
テナ装置１０に対して、従来型グレゴリオアンテナより
も、コストにおいて７５％の減少、地上局の面積におい
て８０％の占有率の減少、そして、シュラウド容積にお
いて９５％の減少を提供する。受動アレイアンテナ装置
１０は、従来型アンテナに比べてより低い重心を有し
て、スペースクラフトの慣性特性を改良する。

【００４６】このように、衛星に利用される改良された
射出成型フェースドアレイアンテナ装置が、開示されて
いる。説明された実施例は、単に本願発明の原理的な応
用を示す多くの特定の実施例の中のある種のものを示す
に過ぎないことが理解されるべきである。多くの他の修
正が、本願発明の請求項から逸脱することなく当業者に
よって容易に考え出され得ることは明らかである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の原則に従う一般的な射出成型フェー
ズドアレイアンテナ装置を示す装置ブロックダイヤグラ
ムである。

【図２】 完全に組み立てられた装置の実用例であっ
て、開口カバー及び開口カバー支持パネルが除去された
ものを示す斜視図である。

【図３】 バネクリップを用いて相互接続された４移相
器と、一対のホーン／直交モード接合器アセンブリと、
一対の２通路電力合成器−分割器ネットワークとを含む
アセンブリの部分分解図である。

【図４】 図３に示されるアセンブリの１部分を前から
見た斜視図である。

【図５】 図１の装置で４×１６要素のサブアレイアセ
ンブリを示す。

【図６】 図１の装置の分解図を示す。

【図７】 図１の装置に使われている１×８電力合成器
分離器ネットワークの実施例を示す。

【図８】 図１の装置に使われている１×８電力合成器
分離器ネットワークの実施例を示す。

【図９】 一般的な、正味に近い４通路電力合成器−分
割器ネットワークの部分分解図を示す。

【図１０】 完全に組み立てられ組み込みまれた２つの
４通路電力合成器−分割器ネットワークの等角図を示
す。

【図１１】 ２通路電力合成器−分割器ネットワークの
分解図である。

【符号の説明】

１０ 受動アレイアンテナ装置 １１ 放射エレメント（ホーン） １２ 直交モード接合器 １３ 交差隔壁 １４ ビーム形成ネットワーク １５ 移相器 １６ ２通路電力合成器−分割器ネットワーク １７ ８通路電力合成器−分割器ネットワーク ２６ ＲＦ負荷

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 リッチモンド ディー． ブルーノ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95129 サンノゼ オークノルドライブ 1370 (72)発明者 テリー エム． スミス アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94020 ラホンダ アルパインロード 9703

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 フェーズドアレイアンテナ装置であっ
   て、 射出成型されかつ金属メッキされたプラスチックからな
   る複数のホーン放射エレメントと、 前記複数のホーン放射エレメントにそれぞれ結合されて
   対応する複数の垂直及び水平偏光出力を生成する、射出
   成型されかつ金属メッキされたプラスチックからなる複
   数の直交モード接合器と、 前記複数の直交モード接合器の出力にそれぞれ結合され
   て、２つの独立なビームに関連する２つの別々の出力を
   生成する一意的な位相及び強度を確立する射出成型され
   かつ金属メッキされたプラスチックからなる垂直及び水
   平ビーム形成ネットワークと、を含み、各々の該ネット
   ワークは、 前記複数の直交モード接合器の出力にそれぞれ結合され
   た、射出成型されかつ金属メッキされたプラスチックか
   らなる固定された複数の移相器と、 前記移相器のうち隣接したものに結合された、射出成型
   されかつ金属メッキされたプラスチックからなる複数の
   ２通路電力合成器−分割器ネットワークと、 中間構造パネルを介して前記２通路電力合成器に結合さ
   れた、射出成型されかつ金属メッキされたプラスチック
   からなる複数の８通路電力合成器−分割器ネットワーク
   と、 主構造パネルを介して前記８通路電力合成器に結合され
   て、該アンテナ装置のそれぞれ垂直及び水平の偏光出力
   を生成する射出成型されかつ金属メッキされたプラスチ
   ックからなる複数の４通路電力合成器−分割器ネットワ
   ークと、を含むことを特徴とするフェーズドアレイアン
   テナ装置。
2. 【請求項２】 前記８通路電力合成器−分割器ネットワ
   ークは、４つの２通路電力合成器−分割器ネットワーク
   を含むことを特徴とする請求項１記載の装置。
3. 【請求項３】 前記４通路電力合成器−分割器ネットワ
   ークは、２つの２通路電力合成器−分割器ネットワーク
   を含むことを特徴とする請求項２記載の装置。
4. 【請求項４】 各々の２通路電力合成器−分割器ネット
   ワークは、前記移相器と協働して、任意の所望の出力ビ
   ーム形状を一意的に決定する予め定められた一定の出力
   電力比を有することを特徴とする請求項１記載の装置。
5. 【請求項５】 各々の前記ホーン放射エレメントは、そ
   の開口部に配設された交差隔壁を含むことを特徴とする
   請求項１記載の装置。
6. 【請求項６】 各々の前記直交モード接合器は、貫通ポ
   ートに隣接して配設された非接触貫通ポート隔壁と、サ
   イドポートの前記側壁に形成されたサイドポート隔壁
   と、を含むことを特徴とする請求項１記載の装置。
7. 【請求項７】 前記直交モード接合器は、前記貫通ポー
   トを含む直線的導波管を用いて前記２通路電力合成器−
   分割器ネットワークのポートに結合されていることを特
   徴とする請求項６記載の装置。
8. 【請求項８】 前記電力合成器−分割器ネットワーク及
   び直線的導波管は、それらを共に結合しているそれらの
   それぞれの端部において、導波管滑り継手を含むことを
   特徴とする請求項７記載の装置。
9. 【請求項９】 前記直交モード接合器の前記サイドポー
   トは、９０度のＥ及びＨ平面導波管を使用して前記２通
   路電力合成器のポートに結合されていることを特徴とす
   る請求項７記載の装置。
10. 【請求項１０】 前記電力合成器−分割器ネットワーク
    及び９０度のＥ及びＨ平面導波管は、それらの端部にお
    いて導波管滑り継手を含むことを特徴とする請求項９記
    載の装置。
11. 【請求項１１】 前記移相器は、材料を機械加工するこ
    とによってそれらの開放端部から０度から３６０度の間
    の予め定められた値に設定されて、所望の長さを生成す
    ることを特徴とする請求項１記載の装置。
12. 【請求項１２】 前記８通路電力合成器−分割器ネット
    ワークは、ＲＦ負荷を含むことを特徴とする請求項１記
    載の装置。
13. 【請求項１３】 前記それぞれの電力合成器−分割器ネ
    ットワークは、射出成型された自動調整部品で繋ぎ合わ
    されかつ機械的にリベットで繋ぎ合わされることを特徴
    とする請求項１記載の装置。
14. 【請求項１４】 前記支持パネルに結合された側面パネ
    ル及び開口カバーを、更に含むことを特徴とする請求項
    １記載の装置。
15. 【請求項１５】 前記４通路複合型リング電力合成器−
    分割器ネットワークは、複合的リング領域において機械
    加工されて予め決定され固定された出力電力比を生成す
    ることを特徴とする請求項１記載の装置。
16. 【請求項１６】 前記８通路電力合成器−分割器ネット
    ワークは、自己捕捉部品を含むことを特徴とする請求項
    １記載の装置。
17. 【請求項１７】 前記電力合成器−分割器ネットワーク
    に結合された導電性接地クリップを更に含んで電気的接
    続を確実にすることを特徴とする請求項１記載の装置。