JP2002529999A - 真の時間遅延の連続的な横断スタブアレイアンテナの廉価な製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 空気充填された真の時間遅延の連続的な横断スタブアレイアンテナの製造方法に関する。物理的に相互に独立している複数の押出セクションが製造される。複数の押出セクションはアレイアンテナ構造を規定する予め定められたパターンで整列される。押出セクションの隣接表面はアレイアンテナの導波管を形成する。複数の押出セクションはそれぞれの端部で共に接合されてアレイアンテナを形成する。複数の押出セクションは複数の端部プレートを使用して接合されることができる。複数の押出セクションと端部プレートは金属またはプラスティックで構成されることができる。押出セクションがプラスティックならば、これらは真空付着、無電解メッキ、または押出プロセス中の積層のようなプロセスを使用して金属被覆される（ステップ44）。端部プレートは押出セクションへ密封され、アレイアンテナ構造を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】

本発明は、アレイアンテナとその製造方法、特に真の時間遅延の連続的な横断
スタブアレイアンテナの廉価な製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来の真の時間遅延の連続的な横断スタブアレイアンテナは、Rexolite（商標
名）またはポリプロピレン等の低損失プラスティックからマイクロ波回路の特徴
構造を機械加工またはモールドすることにより製造された。プラスティックはそ
の後、誘電体で充填されたオーバーモード導波管または並列プレート導波管構造
を形成するように金属被覆された。このようなアンテナは、発明の名称“Contin
uous Transverse Element Devices and Methods of Making Same”の米国特許第
5,266,961 号明細書と、発明の名称“Planar Antenna Radiating Structure Exh
ibiting Quasi-Scan/Frequency Independent Driving-Point Impedance”の1997
年６月30日出願の米国特許第08/855,583号明細書および発明の名称“Compact, U
ltrawideband and, Matched E-Plane Power Divider ”の1997年６月30日出願の
米国特許第08/884,837号明細書に記載されている。

【０００３】 上記の発明に続いて、発明の名称“Methods of Fabricating True-Time-Dela
y Continuous Transverse Stub Array Antennas”の1997年６月30日出願の米国
特許第08/884,837号明細書には所望のマイクロ波回路の特徴構造特性が形成され
ている金属または金属被覆されたプラスティックシートから製造された空気−誘
電体設計を記載している。その後層が集合され、不活性ガスの炉におけるブレー
ジングまたは超音波溶接のような幾つかの利用可能なプロセスのうちの１つを使
用して共に結合される。しかしながら、装置が組立てられると、内部検査および
修理は通常実際的ではないので、無傷の結合プロセスがシームを閉じることを確
実にするために必要である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】

空気−誘電体は固体−誘電体マイクロ波構造よりも幾つか重要な利点を有し、
その利点には低い損失、不均一性および異方性のような誘電体のマイクロ波特性
の非均一性に対する影響力の減少を含む。ＲＦエネルギは誘電材料を伝播しない
。したがって連続的な横断スタブアレイは、アクリロニトリル−ブタジエン−ス
チレン（ＡＢＳ）のような優れた物理的特性であるが貧弱なマイクロ波特性を有
し、導電表面を模倣するために金属表面を有する廉価な材料を使用して製造され
ることができる。

【０００５】 プロトタイプのアンテナが固体−誘電体方法を使用して本発明により開発さ
れた。プロトタイプの設計は３．５乃至２０．０ＧＨｚの拡張された帯域にわた
って適切に動作する。均一な断面の誘電体部分は一般的な機械加工技術を使用し
てRexolite（商標名）1422から作られた。その部品は接着剤により共に結合され
、ライン供給入力と放射開口を除く全ての外部表面は高い導電性の銀の塗料で金
属被覆された。

【０００６】 固体−誘電体方法の主要な欠点は、その誘電体損失であり、これはミリメー
トル波周波数が高い程、著しく増加する。その他の欠点には、不均一性と異方性
のような誘電体特性の変化と、高価の高級なマイクロ波誘電材料と、少しではあ
るが誘電部分の製造と結合と金属被覆の価格を含んでいる。空気充填設計もまた
問題を有しており、特にマイクロ波回路構造は導波管構造の内部にあり、組立て
後の機械的な検査が困難である。したがって、このようなアンテナの製造に使用
されるプロセスは、部品の正確な整合を確実にし、精密な許容度を維持し、全て
のシームにわたって連続的な導電表面を提供しなければならない。

【０００７】 したがって、従来の方法を改良する真の時間遅延の連続的な横断スタブアレ
イアンテナを製造する廉価な方法を有することが有効である。

【０００８】

【課題を解決するための手段】 本発明は所望のマイクロ波回路特性を形成するために押出セクションを具備す
る空気が充填した真の時間遅延の連続的な横断スタブアレイアンテナを製造する
改良された方法を提供する。端部プレートは押出セクションすなわち押出部を支
持する。本発明の方法は非常に廉価で大量生産されることができる生産性の高い
設計を結果として提供する。

【０００９】 １つの例示的な方法は以下のステップを有する。物理的に相互に独立した複
数の押出セクションが製造される。複数の押出セクションはアレイアンテナ構造
を規定する予め定められたパターンで配置され、ここで隣接表面はアレイアンテ
ナの導波管を形成する。複数の押出セクションはアレイアンテナを形成するため
にそれぞれの端部で共に接合される。

【００１０】 押出セクションを共に接合するために、複数の端部プレートが典型的に製造
され、その後押出セクションが固定され、特に端部プレートによって位置を定め
られる。複数の押出セクションと端部プレートは金属またはプラスティックで構
成されることができる。押出セクションと端部プレートがプラスティックである
ならば、これらは真空付着、無電解メッキのようなプロセスを使用して、または
押出プロセス中の積層により金属被覆される。（金属被覆された、または金属の
）端部プレートはアレイアンテナ構造を形成するために（金属被覆された、また
は金属の）押出セクションに接続される。

【００１１】 本発明の方法は、空気充填誘電体の並列プレート導波管構造を形成するため
に金属またはプラスティックのいずれかの押出部（押出セクション）を使用して
もよい。ＲＦ導電性を得るために、プラスティック表面は真空付着、無電解メッ
キのようなプロセスを使用して、または押出プロセス中の積層により金属被覆さ
れる。押出は重量を最小にするために薄い壁の管として押出されることができる
。

【００１２】 本発明の主要な利点は、押出により形成される並列プレート導波管が完全に
シームのないことである。これは隣接層間に隔離ラインが存在する背景技術につ
いて前述した層を形成する構造を著しく改良したものである。

【００１３】 押出セクションからマイクロ波構造を形成する方法は通常、真の時間遅延の
連続的な横断スタブアレイアンテナで使用される超広帯域のアンテナフィードお
よび開口アーキテクチャを製造するために使用される。製造プロセスは完成した
ものであり、廉価な価格から適正な範囲の価格で大量生産されることができる設
計が得られる。このような手頃な広帯域アンテナは、単一の広帯域開口が幾つか
の狭帯域アンテナと置換できる多機能の軍用システムまたは高い生産性の商用製
品に対して非常に重要である。

【００１４】

【発明の実施の形態】

本発明の種々の特徴および利点は添付図面を伴った以下の詳細な説明を参照し
てさらに容易に理解されよう。図中の同一の参照符号は類似の構造素子を示して
いる。 図面を参照すると、図１は背景技術の部分で説明した固体誘電体方式を使用し
て本発明により開発された通常のプロトタイプの真の時間遅延の連続的な横断ス
タブアレイアンテナ10を示している。アレイアンテナ10は共に結合され金属被覆
されている機械加工された誘電体部分11から製造される。アレイアンテナ10は３
．５乃至２０．０ＧＨｚの拡張された帯域にわたって適切に動作する。

【００１５】 図２は、（層１乃至４として示されている）一体化されたフィード構造12ま
たは並列プレート導波管構造12と開口プレート13（層５）が構成される方法を示
している。均一な断面の誘電体部分11は、通常の機械加工技術を使用してRexoli
te（商標名）1422から製造される。部分11は接着剤14により共に結合され、（層
１の上部表面に沿ったライン供給入力15と、層５の下部の放射開口16を除く）全
ての外部表面は高導電性の銀の塗料の層17で被覆される。

【００１６】 図１の誘電体で充填設計を空気−誘電体バージョンに変換するには、概念上
、固体誘電材料により占有される容積を空気に置換することを必要とし、周囲の
中空は並列プレート導波管の壁を線引きするために固体の電気的に導電性の材料
で充填される。重量の減少が所望される場合、構造上の一体性および形態の必要
な程度が満たされる限り、中空は部分的に充填されることができる。アレイアン
テナの端部を除いて、並列プレート導波管領域に侵入せずには、図３の材料の固
体セグメントは相互接続されることができない。

【００１７】 図２は図１の誘電体充填アレイアンテナ10の断面（実寸ではない）を示して
いる。アンテナ10はライン供給入力15（層１）と、第１の２方向パワースプリッ
タ15ａ（層２）と、別の１対の２方向パワースプリッタ15ｂ（層３）と、４以上
の２方向パワースプリッタ15ｃ（層４）と、構造上の一体性のため１つの層とし
て製造された８個の連続的な横断スタブラジエータ15ｄ（層５）とを含んでいる
。種々の部材ピースは結合するためアセンブリの自己をジグとするように溝を付
けられている。15ｃアンテナ10の２方向パワースプリッタのカンチレバー構造の
ために、適度の圧力が接合期間に与えられることができ、それによってエアギャ
ップを導入せずに２つの結合表面が確実に接合される。これらは並列プレート導
波管区域内であるので、任意のギャップは特に導電材料による侵入が生じたとき
正常な導波管伝播を深刻に妨害する。

【００１８】 誘電体充填方式の主要な欠点はその誘電体損失が大きいことであり、これは
ミリメートル波周波数が高い程、顕著に増加する。その他の欠点は、不均一性と
異方性のような誘電体特性の変化と、高価の高品質のマイクロ波誘電材料が必要
であることと、それよりは少いが誘電体部分の製造と結合と金属被覆の価格を含
んでいる。空気誘電体設計も問題を有し、特に、マイクロ波回路の特徴構造は導
波管構造の内部にあり、組立て後の機械的な検査が困難である。したがって、こ
のようなアンテナの製造に使用されるプロセスは部品の正確な整合を確実にし、
精密な許容度を維持し、導波管壁のシームを横切って連続的な導電表面を提供し
なければならない。

【００１９】 使用される製造プロセスは、精密な許容度を保持し、部品の正確な整合を確
実にし、高いＲＦ電流密度が存在するシームを横切って連続的な導電表面を提供
できなければならない。空気誘電体で真の時間遅延の連続的な横断スタブアレイ
アンテナを製造するための本発明の方法は前述の問題を解決する。

【００２０】 図３を参照すると、本発明の原理にしたがった製造方法（図５）を使用して
製造された空気誘電体で真の時間遅延の連続的な横断スタブアレイアンテナ20の
断面図である。図１の固体−誘電体設計を空気−誘電体バージョンに変換するこ
とは概念上、図３の断面図で示されているように、固体誘電材料によりそれぞれ
占有される容積を空気に置換することを必要とする。マイクロ波構造の壁は、組
立てられるときそれそれの端部を除いて、物理的に相互に独立している複数の押
出セクション21、22、23、24、25、26、27または押出部21乃至27の導電表面によ
り形成される。複数の押出部21乃至27は端部プレート30により正確に位置付けら
れ、捕らえられる。端部プレート30の１つの一部分が図４に示されている。ほと
んどの押出部21乃至27は空洞28を有して製造され、それによってこれらは中空で
あり、それは重量の減少のためだけではなく端部プレート30から突出するタブに
取付けるための簡単な手段とも利用される。

【００２１】 図３で示されているように、空気充填設計の導波管チャンネル31乃至34は図
１の誘電体充填設計における層１乃至４により規定された導波管チャンネルに対
応する。図３の導波管チャンネル35、35ａはアレイを４８の素子設計に増加する
。通常のアンテナアレイ10は図１で示されている開口プレート16を有し、本発明
のアンテナアレイ20は図３で示されている開口プレート36を有する。図３で示さ
れている７つのタイプの押出部21乃至27はタブ28ａ、28ｂ、28ｃ、28ｄに取付け
られ、それぞれ端部プレート30（上下逆に示されている）の溝29中に位置されて
いる。別の製造技術は押出部21乃至27を整列固定部と注入モールドプラスティッ
クへ負荷し、端部プレート30を形成する方法である。したがって、モールドされ
た端部プレート30は押出部21乃至27を位置付け捕捉する。

【００２２】 本発明にしたがった押出金属またはプラスティック部材を使用して製造され
た空気充填された真の時間遅延の連続的な横断スタブアレイアンテナの特性を以
下説明する。空気は伝播媒体として固体誘電体と置換される。並列プレート導波
管構造は接触しない部分として形成され、オーバーモードされた並列プレート導
波管構造を形成する。アレイアンテナは押出または注入モールド部分を使用して
形成されてもよい。整合した構造の特徴は押出により形成されてもよい。押出は
重量を減少させ、組立てを容易にするように中空に作られてもよい。整合した構
造は直交する壁のセットを含んでいる。押出セクションは端部プレートにモール
ドされる。アレイアンテナはオープン構造を有する。マイクロ波特徴構造は押出
部の外側に存在し、したがって検査されることができる。

【００２３】 押出された金属またはプラスティック部材を使用して製造される空気誘電体
を使用する真の時間遅延の連続的な横断スタブアレイアンテナの利点について以
下説明する。低いＲＦ損失が得られ、不均一性または異方性は存在しない。開口
区域内にシームは存在せず、これは不連続性とＲＦ漏洩を減少する。端部で必要
とされるＲＦ閉鎖は存在しない。高容積で製造価格が低くなるように設計が構成
される。部品数と組立て時間が減少される。整列および捕捉は容易で重量は減少
される。交差部材はその構造に剛性を与える。組立て時間が減少され気密性の密
封が行われる。この構造はプレートまたはパッシベーションが容易である。この
構造は検査と修理を可能にする。開口構造は端部プレート30でそれ自体をジグと
して組立てられることができる。

【００２４】 図５は、本発明の原理にしたがった空気−誘電体の真の時間遅延の連続的な
横断スタブアレイアンテナ20を製造する例示的な方法40のフロー図である。例示
的な方法40は以下のステップを有している。

【００２５】 物理的に相互に独立している複数の押出部21乃至27が製造される。複数の押
出部21乃至27はアレイアンテナ構造を規定する予め定められたパターンで配置さ
れており、隣接表面はアレイアンテナ20の導波管を形成する。複数の押出部21乃
至27はアレイアンテナ20を形成するためにステップ43においてそれぞれの端部で
共に接合または密封される。

【００２６】 ステップ43で押出部21乃至27を共に接合または密封するために、複数の端部
プレ30がステップ45で製造され、その後押出部21乃至27はステップ46で端部プレ
ート30により固定される。複数の押出部21乃至27と端部プレート30は金属または
プラスティックで構成されることができる。押出部21乃至27と端部プレート30が
プラスティックであるならば、これらは真空付着、無電解メッキまたは押出プロ
セス中の積層のようなプロセスを使用してステップ44で金属被覆される。（金属
被覆された、または金属の）端部プレート30と押出部21乃至27はアレイアンテナ
構造を形成するためステップ46で接合される。

【００２７】 本発明の連続的な横断スタブアレイの製造方法40は、空気−誘電体の並列プ
レート導波管構造を形成するために金属またはプラスティック部品を使用するこ
ともできる。良好なＲＦ導電性を与えるため、プラスティック表面は真空付着、
無電解メッキ、または押出プロセス中の積層のようなプロセスを使用して金属被
覆される。押出部21乃至27は重量を最小にするため薄い壁の管として押出される
（または引出される）。

【００２８】 押出部21乃至27と端部プレート30は、アクリロニトリル−ブタジエン−スチ
レン（ＡＢＳ）またはポリプロピレンのようなプラスティック、またはアルミニ
ウムまたは銅合金のような金属から作られることができる。押出部21乃至27と端
部プレート30がプラスティックからつくられるならば、並列プレート導波管構造
12を形成する表面は動作周波数帯域にわたって良好な電気的導電性のためにステ
ップ44で金属被覆される。標準的なマイクロ波における実用では少なくともスキ
ン浸入度“δ”の厚さの３倍の厚さの金属被覆が行われ、スキン浸入度“δ”の
厚さの５倍の厚さが好ましい。プラスティック部品の金属被覆（ステップ44）に
は幾つかのオプションが存在する。これらは導電性の銀塗料の塗布、真空付着、
積層および無電解メッキ等の使用を含んでいる。これらのプロセスは組立て前に
並列プレート導波管表面の金属被覆（ステップ44）に使用されることができる。

【００２９】 ブラシまたはスプレーガンにより施される銀の塗装は、通常ブレッドボード
設計またはタッチングアップ区域用に保留され、これはその他の金属被覆技術で
は失敗する可能性が高い。

【００３０】 真空付着プロセスは２つのカテゴリ、即ち高真空中における加熱源からの金
属原子の蒸着と、減少された圧力下の不活性ガスのイオンプラズマによる電極か
らの金属原子の付着に分けられる。蒸着は視野動作であり、プラズマ付着は粒子
の衝突からのランダムな散乱のために、丸みをつけられたコーナに限定されたカ
バー区域を与える。いずれかのプロセスは組立てられていない層の金属被覆（ス
テップ44）に適しているが、組立て体が結合された後は、いずれの方法も実行可
能ではない。

【００３１】 金属積層プラスティックシートはブローモールドとして知られているプロセ
スを使用して成形されることができる。別の技術は金属−ホイルプレフォームを
モールド中に配置し、積層部分を形成するために圧力下で高温プラスティックを
注入する技術である。ホイルが薄くモールドが鋭いエッジおよびコーナがないよ
うに設計されるならば、プロセスは高精度に規定された部品を与える。

【００３２】 ＡＢＳのような非導電材料は無電解メッキプロセスで直接メッキされること
ができる。化学バスのシーケンスは表面を準備し、通常銅またはニッケルの安定
な金属層を付着する。無電解メッキの銅は実際には最大の厚さが約１００マイク
ロインチ（２．５４ミクロン）に限定され、その後もメッキを継続すると、高活
性のメッキ溶液は固定物と反応し始め、バスを汚染する。１００マイクロインチ
は１０ＧＨｚでは約４のスキン浸入度しか得られないので、高い動作周波数で十
分に低い導体損失を実現するためにはより厚い金属の層が必要とされる。これは
最も多くは一般的な無電解メッキプロセスを使用して無電解メッキ層をさらに“
メッキ”することによって行われる。無電解メッキは幾つかの理由で、結合され
たアセンブリの多くの配置で実用的ではない。第１に、メッキ電極は、アクセス
できないブラインド通路が存在する狭い並列プレート導波管チャンネルを通って
延在することを必要とされる。第２に、電界は鋭い角の部分で非常に大きくなり
、金属の局部的な成長を起こし、一方凹面の部分では減少された電界により金属
の付着は少なくなる。

【００３３】 前述のプロセスは組立てられていないプラスティック押出部21乃至27に対し
て金属被覆32を行うために使用されることができる。しかしながら、最良の選択
は特定のアプリケーションに依存している。

【００３４】 アンテナ製造の第２の方法は、例えば共にろう付けされている機械加工され
たアルミニウム押出部21乃至27と端部プレート30を使用する。この方法は精密な
許容度のマイクロ波特徴構造とさらに頑強な機械設計を得るために高い製造価格
がかかるアプリケーションにさらに良好に適している。炉のブレージングは通常
アルミニウム合金用には使用が控えられており、それは通常低温方法によって接
合されることができないからである。一方、銅合金は最も多くの場合には低温の
鉛ベースのはんだを使用するか、または高温の銀はんだを使用してトーチろう付
けされる。

【００３５】 以上、真の時間遅延の連続的な横断スタブアレイアンテナの製造方法を開示
した。前述の実施形態は本発明の原理の応用を表した多数の特定の実施形態の数
例にすぎないことが理解されよう。多数の、およびその他の装置が本発明の技術
的範囲を逸脱することなく当業者により容易に行われることができることは明ら
かである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 共に結合され金属被覆される機械加工された誘電体部分から作られた通常のプ
ロトタイプアンテナの斜視図。

【図２】 図１のアンテナの垂直断面図。

【図３】 本発明の原理にしたがった製造方法を使用して製造された空気誘電体の真の時
間遅延の連続的な横断スタブアレイアンテナの断面図。

【図４】 図３で示されているアンテナの押出部分を整列し捕捉するための端部プレート
および対応する特徴構造の一部の斜視図。

【図５】 空気誘電体の真の時間遅延の連続的な横断スタブアレイアンテナを製造する本
発明の原理にしたがった例示的な方法を示しているフロー図。

【手続補正書】

【提出日】平成１２年８月８日（２０００．８．８）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クリーブ、ダグラス・オー アメリカ合衆国、カリフォルニア州 90278 レドンド・ビーチ、グッドマン・ アベニュー 1600 (72)発明者 イェガネー、シャーロクー・ハシェミ アメリカ合衆国、カリフォルニア州 90275 ランチョ・パロス・ベルデス、リ ッジヘイブン・コート 28301 (72)発明者 ミルロイ、ウイリアム・ダブリュ アメリカ合衆国、カリフォルニア州 90505 トーランス、パセオ・デ・ラ・ト ーチュガス 4201 (72)発明者 フィッツジェラルド、パトリック・ジェイ アメリカ合衆国、カリフォルニア州 91325 ノースリッジ、ラブラダー・スト リート 17554 (72)発明者 コックス、ジェラルド・エー アメリカ合衆国、カリフォルニア州 90293 プラヤ・デル・レイ、レッドラン ズ・ナンバー１ 8163 (72)発明者 ナッシュ、ケネス アメリカ合衆国、カリフォルニア州 93021 ムーアパーク、パイン・ホロー・ アベニュー 4096 (72)発明者 ロバートソン、エドワード・エル アメリカ合衆国、ジョージア州 30345 アトランタ、キングス・アームズ・ドライ ブ 2421 Ｆターム(参考） 5J021 AA07 AB07 FA09 FA32 HA05 JA07 【要約の続き】

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 組立てられるときアレイアンテナの導波管構造を形成する複
   数の押出セクションを製造し、 複数の押出セクションを配置して導波管構造を形成し、 それぞれの端部で複数の押出セクションを共に接合してアレイアンテナを形成
   するステップを有することを特徴とする真の時間遅延の連続的な横断スタブアレ
   イアンテナの製造方法。
2. 【請求項２】 複数の押出セクションはプラスティックにより構成されてい
   る請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】 プラスティックの押出セクションはアクリロニトリル−ブタ
   ジエン−スチレンにより構成されている請求項２記載の方法。
4. 【請求項４】 プラスティックの押出セクションはポリプロピレンにより構
   成されている請求項２記載の方法。
5. 【請求項５】 複数の押出セクションは導電性金属により構成されている請
   求項１記載の方法。
6. 【請求項６】 金属押出セクションはアルミニウム合金により構成されてい
   る請求項５記載の方法。
7. 【請求項７】 金属押出セクションは銅合金により構成されている請求項５
   記載の方法。
8. 【請求項８】 配置する前に個々の押出セクションを金属被覆するステップ
   をさらに有する請求項１記載の方法。
9. 【請求項９】 金属被覆プロセスは導電性の銀塗料で金属被覆される表面を
   塗装するステップを有する請求項８記載の方法。
10. 【請求項１０】 金属被覆プロセスは金属被覆される表面に金属を真空付着
    するステップを有する請求項８記載の方法。
11. 【請求項１１】 金属被覆プロセスは金属被覆される表面を積層するステッ
    プを有する請求項８記載の方法。
12. 【請求項１２】 金属被覆プロセスは金属被覆される表面を無電解メッキす
    るステップを有する請求項８記載の方法。
13. 【請求項１３】 金属被覆プロセスは金属被覆される表面を電気メッキする
    ステップを有する請求項８記載の方法。
14. 【請求項１４】 複数の押出セクションを共に接合するステップは、 複数の端部プレートを製造し、 複数の端部プレートに複数の押出セクションを密封してアレイアンテナを形成
    するステップを有する請求項１記載の方法。