JP2004505582A - 特に電子走査アンテナ用の二重偏波能動マイクロ波反射器 - Google Patents

Abstract

本発明は、マイクロ波源によって照明してアンテナを形成することができる、電子走査二重偏波能動マイクロ波反射器に関する。この反射器は、瓦状に並べられた２つのウェーブガイド・アレイ（２１、２２）を備え、それぞれのガイドの底面が、受け取った波の反射および移相を実施する移相回路によって閉じられ、一方のアレイが、１つの偏波を受け取るように設計され、他方のアレイが、偏波に垂直な偏波を受け取るように設計されている。
【選択図】図２

Description

【０００１】
本発明は、マイクロ波源によって照明してアンテナを形成することができる、電子走査二重偏波能動マイクロ波反射器に関する。
【０００２】
能動マイクロ波反射器を備えたアンテナの製作は知られている。「反射アレイ」とも呼ばれるこの反射器は、電子的に制御することができる移相器のアレイである。このアレイは平面内にあり、例えば接地面を形成する金属接地面から成る反射手段の前に置かれた、位相制御を備えた素子アレイ、すなわちフェーズド・アレイを備える。この反射アレイは特に、受け取ったマイクロ波の反射および移相をそれぞれが生み出す素子セルを含む。この反射および移相は電子制御によって変更可能である。この種のアンテナは、相当なビーム・アジリティ（ｂｅａｍ　ａｇｉｌｉｔｙ）を提供する。反射アレイの前に置かれた一次源、例えばホーンが、反射アレイに向かってマイクロ波を発射する。
【０００３】
本発明の１つの目的は特に、能動反射アレイを使用し、独立した２つの偏波を操作する電子走査アンテナの製作を可能にすることにある。そのため、本発明の対象は、瓦状に並べられた２つのウェーブガイド・アレイを備えた、電磁波を受け取ることができる能動マイクロ波反射器である。それぞれのガイドの底面は、受け取った波の反射および移相を実施する回路によって閉じられ、一方のアレイは、１つの偏波を受け取るように設計され、他方のアレイは、前記偏波に垂直な偏波を受け取るように設計されている。
【０００４】
一実施形態では、
第１のアレイが、数組の整列したガイドを備え、１つの列がＯｘ方向に配置され、一組の列が垂直方向Ｏｙに配置され、同じ列では、連続する２つのガイドの中心Ｃが距離ｄだけ隔たっており、連続する２列がＯｙに沿って距離ｈだけ隔たっており、Ｏｘに沿って互いに距離ｄ／２だけオフセットし、
第２のアレイが、第１のアレイと同じ方法で整列した数組のガイドを備え、ガイド列が、第１のアレイの列に対して９０°オフセットしており、
一方のアレイのガイド（２２）が、他方のアレイのガイドとだけ隣接している。
【０００５】
本発明の対象はさらに、以上に定義した反射器を備えた電子走査アンテナである。このアンテナは例えば、「反射アレイ」型またはカセグレン型アンテナとすることができる。
【０００６】
本発明の特別な利点は、使用が簡単で、経済的であり、コンパクトで、かつ軽量の反射器を得ることができることである。
【０００７】
本発明の他の特徴および利点は、添付図面に関する以下の説明によって明らかとなろう。
【０００８】
図１に、能動反射アレイを有する電子走査アンテナの例示的な実施形態を、正規直交座標系Ｏｘｙｚに関して概略的に示す。この例示的な実施形態では、マイクロ波の分布が例えばいわゆるオプティカル・タイプの分布、すなわち、例えば反射アレイを照明する一次源を使用して提供されるタイプの分布である。そのため、アンテナは一次源１（例えばホーン）を備える。一次源１は、Ｏｘｙ平面内に置かれた能動反射アレイ４に向かってマイクロ波３を発射する。この反射アレイ４は、受け取った波の反射および移相を生み出す一組の素子セルを備える。したがって、それぞれのセルが受け取った波に加える移相を制御することによって、周知のとおり、所望の方向のマイクロ波ビームを形成することができる。本発明に基づく反射器を用いることによって、一次源１が二重偏波を有することができる。
【０００９】
図２に、本発明に基づく反射器の製作原理を示す。この反射器は、瓦状に並べられた（ｉｍｂｒｉｃａｔｅｄ）２つのウェーブガイド・アレイ２１、２２を備える。これらのガイドはＦ方向に、すなわち反射器４の正面から見たものである。したがってこの図は特に、ガイドのＯｘｙ平面の断面を示し、ガイドの壁はＯｘ方向にある。先に述べたとおり、それぞれのガイドは１つの素子セルに属する。第１のガイド・アレイ２１は垂直偏波を受け取るように設計され、第２のガイド・アレイ２２は水平偏波を受け取るように設計されている。入射マイクロ波３がガイドに入る。それぞれのガイド２１、２２は、例えばフランス特許出願第９７０１３２６号に記載の移相器によって短絡されている。この移相器は、２から４ビット、またはそれ以上のビットを用いて制御することができる。
【００１０】
図３に、移相セルを概略的に示す。このセルは、ガイド２１、２２、およびガイドの底面のＯｘｙ平面内に置かれた移相回路３１を備える。移相回路３１は、２つの状態を有する少なくとも２つの半導体Ｄ_１、Ｄ_２、例えばダイオードを接続する少なくとも１本の導線３２、３３を備える。導線およびダイオードは誘電支持体３４の上に置かれており、支持体の反対側の面は、マイクロ波を反射する導電面を含む。この導電面は例えば、ガイド２１、２２の壁と電気的に接触している。素子セル３１は次いで、その偏波が導線３２、３３に実質的に平行な波の成分に対して、受け取ったマイクロ波３の反射および移相を実施する。例えば、図３に示した種類のセルは、セルの導線３２、３３の方向に平行なＯｙ方向に偏波した波に作用する。水平偏波では、この偏波を受け取るように設計されたガイドだけが活動状態となり、他のガイドは短絡される。同様に、垂直偏波では、この偏波を受け取るように設計されたガイドだけが活動状態となり、他のガイドは短絡される。
【００１１】
図４ａ、４ｂおよび４ｃは、２つのガイド・アレイの可能なインブリケーション（ｉｍｂｒｉｃａｔｉｏｎ）モードを示す。図４ａは、例えば垂直偏波を受け取るように設計された、グリッドを表す、第１のアレイの３つのガイド２１を示す。図４ｂは、例えば水平偏波を受け取るように設計された、グリッドを表す、第２のアレイの３つのガイド２２を示す。いずれにせよ、２つのアレイは、交差偏波を有する波を受け取るように設計され、第２のガイド・アレイ２２は、第１のガイド・アレイ２１の偏波に垂直な偏波に割り当てられている。それぞれのガイドの断面は中点Ｃを含む。この断面は角形なので、中点Ｃは、その２本の中線の交点である。図示のガイド断面は、反射器のＯｘｙ平面の断面である。例えば、Ｏｘ軸を、第１の偏波の方向に対応するとみなす。同様に、Ｏｙ軸を、第１の偏波と交差した第２の偏波の方向に対応するとみなす。簡単にするため、以下では一例として、Ｏｙ方向を垂直方向とみなし、Ｏｘ方向を水平方向とみなす。
【００１２】
したがって図４ａは、垂直偏波を受け取るように設計された第１のガイド・アレイ２１を示す。このアレイは、数組の整列したガイドを備える。１つの列のガイドは水平方向Ｏｘにあり、一組のガイド列は垂直方向Ｏｙに配置されている。同じ列では、連続する２つのガイド２１の中心Ｃが、距離ｄだけ隔たっている。連続する２列は、Ｏｙに沿って距離ｈだけ隔たっており、Ｏｘに沿って互いに距離ｄ／２だけオフセットしている。言い換えると、Ｏｘに沿ってとったガイドの連続する２本の中線４１、４２は距離ｈだけ離れている。連続する２本の列間では、ガイドの中点がｄ／２だけオフセットしている。
【００１３】
図４ｂに、水平偏波を受け取るように設計された第２のガイド・アレイ２２を示す。ガイドの配置は、図４ａのアレイの配置と同様であるが、ガイドの組が９０°回転されている。この場合は、ガイド列がＯｙ軸に沿って配置され、一組のガイド列がＯｘ軸に沿って配置されている。同じ列では、連続する２つのガイド２２の中心Ｃが、距離ｄだけ隔たっている。連続する２列は、Ｏｘに沿って距離ｈだけ隔たっており、Ｏｙに沿って距離ｄ／２だけオフセットしている。言い換えると、Ｏｙに沿ってとったガイドの連続する２本の中線４３、４４は距離ｈだけ離れている。連続する２本の列間では、ガイドの中点がｄ／２だけオフセットしている。
【００１４】
図４ｃは、一方のアレイのガイド２２を他方のアレイのガイド２１に対してどのように配置するかを示すことによって、２つのガイド・アレイのインブリケーションを定義する。このガイド２２は、他方のアレイのガイド２１とだけ隣接している。図４ｃの場合、ガイド２２は、他方のアレイの４つのガイド２１と隣接している。このガイド２２の中点Ｃは、ガイド２２を取り囲む２対のガイド２１の中点と整列している。このようにして図２に示したような格子が得られる。ウェーブガイド２１、２２の内部寸法は、長さおよび幅がそれぞれ、例えば０．６λおよび０．３λ（λ＝波３の波長）である。ガイドの長さは、アレイの列に沿って延びる寸法である。同じ列の連続する２つのガイドの中点Ｃ間の距離ｄは例えばλに等しく、連続する２列の中線４１、４２、４３、４４間の距離ｈは例えばλ／２である。例えば、１０ＧＨｚのマイクロ波３では、ウェーブガイドの内部寸法が１．８ｃｍおよび０．９ｃｍ、距離ｄおよびｈがそれぞれ３ｃｍおよび１．５ｃｍである。この格子は特に、反射器４によって反射されたビームが、約６０°の円錐の上を偏向することを可能にする。
【００１５】
図５に、本発明に基づく反射器を構成する可能な層の断面図を示す。本発明に基づく反射器は、少なくとも３つの層５１、５２、５３を備える。第１の層５１は、マイクロ波移相回路、具体的にはダイオードＤ_１、Ｄ_２、それらを接続する導線、および関連接続回路を含む。マイクロ波回路は、例えば基板５４によって支持される。マイクロ波回路とは反対側の面では、この基板が、特にマイクロ波３を反射する機能を有する導電面を形成する金属被覆層５６で覆われている。Ｘバンドでは、基板の厚さｅ_ｈが例えば約３ｍｍ、比誘電率ε_ｒが約２．５である。第２の層５２は、移相器のダイオードＤ_１、Ｄ_２を制御するための回路５５を含む。この層はさらに、この制御回路とダイオードの間の接続を提供する。そのため、この層は例えば、制御回路をマイクロ波回路に相互接続する面を含む多層プリント回路の構造を有する。最後に、マイクロ波回路Ｄ_１、Ｄ_２に面して置かれた第３の層５３は、２つのウェーブガイド・アレイを含む。
【００１６】
図６に、ウェーブガイド層５３の可能な実施形態を示す。この実施形態は、実現が特に容易である。ガイド２１、２２の壁は、Ｏｚ方向を向いためっきスルー・ホール６１、６２によって作られている。これらのめっきスルー・ホールの代わりに、Ｏｚ方向を向いた導線、すなわち直線導体を使用することもできる。このように製作したガイドは例えば、共通の壁部分を有する。すなわち、めっきスルー・ホール６３、６４が２つのガイドに対して共通である。この場合は、近隣の２つのガイドが、めっきスルー・ホールを共有する。めっきスルー・ホールは、厚さｅ_ｇの誘電プレート中に作られ、この厚さが、ガイドの長さを構成する。めっきスルー・ホールどうしは十分に近く、そのためウェーブガイド壁として作用する。したがって、これらのめっきスルー・ホール６１、６２は第３の層５３を貫通する。めっきスルー・ホールは、マイクロ波層５１中に延びて導電面５６に達する。したがってめっきスルー・ホールはさらに、電磁シールドを形成することによって、それぞれの移相回路３２、３３、Ｄ_１、Ｄ_２をその近傍から電磁的に減結合することを可能にする。こうすると、１つのセルから他のセルへ波が伝搬しない。いくつかのめっきスルー・ホール６１、６４が、制御回路を含む層５２中に延びると有利である。延入するこれらのホールは特に、マイクロ波層５１の移相回路のダイオードに制御回路を電気的に接続することを可能にする。これらのめっきスルー・ホール６１、６４はしたがって、ダイオードの制御および回路の給電を伝達する。これらのめっきスルー・ホールは例えば、制御層５２のさまざまな相互接続面に接続される。例えば、黒で示しためっきスルー・ホール６１、６４を、マイクロ波回路の給電および制御にも使用する。これらのホール６１、６４は特に、導電面５６を貫通し、導電面と電気的に接触しない。他のホール６２、６３は、例えばこの導電面５６で止まり、導電面と電気的に接触する。ウェーブガイド層の厚さｅ_ｇは例えば１センチメートルである。マイクロ波層５１のダイオードＤ_１、Ｄ_２を収容するためには例えば、ガイドのこの層５３にくぼみを設ける必要がある。有利には、各種層の重量が小さいため、本発明に基づく反射器は軽量である。さらに、ウェーブガイド層があるにもかかわらず、反射器は依然としてコンパクトである。
【００１７】
図７に、ガイド中でアクティブな、定在波比（ＳＷＲ）を低減することを特に可能にする追加の実施形態を示す。ガイド２１、２２の入力は、長方形の開口を有する絞り７１を備え、このアセンブリは、誘電プレート７２によって閉じられている。この実施形態では、ウェーブガイド層５３が、絞りを形成する層で覆われ、このアセンブリが誘電層によって閉じられる。
【００１８】
本発明に基づく反射器は、さまざまなタイプのアンテナに対して使用することができる。本発明に基づく反射器を図１に示すように使用して、「反射アレイ」型のアンテナを形成することができる。同様に、本発明に基づく反射器を、カセグレン型のアンテナで使用することもできる。カセグレン型アンテナの場合には、反射器の中心に一次源が置かれ、これが補助反射器を照明する。次いで、補助反射器が反射によって、本発明に基づく反射器を照明する。
【００１９】
本発明に基づく反射器またはアンテナは使用が簡単である。さらに、使用する構成部品および技術が安価なため経済的である。
【００２０】
さらに本発明は、二重偏波に関連した全ての利点を提供する。したがって、本発明に基づくアンテナは例えば、特に一方の偏波を発射し、他方の偏波を受信することによって、ターゲットの偏波測定に使用することができる。本発明に基づくアンテナは、電気通信用途、例えば二重バンド用途に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
能動マイクロ波反射器を有する電子走査アンテナの例示的な実施形態を示す図である。
【図２】
本発明に基づく反射器を製作する原理を説明するための図である。
【図３】
移相セルの例示的な実施形態を示す図である。
【図４ａ】
本発明に基づく反射器のガイド・アレイの可能なインブリケーション・モードを説明するための図である。
【図４ｂ】
本発明に基づく反射器のガイド・アレイの可能なインブリケーション・モードを説明するための図である。
【図４ｃ】
本発明に基づく反射器のガイド・アレイの可能なインブリケーション・モードを説明するための図である。
【図５】
本発明に基づく反射器を構成する可能な層の断面図である。
【図６】
本発明に基づく反射器のガイド・アレイの可能な実施形態を示す図である。
【図７】
特に定在波比を低減することを可能にする追加の実施形態を示す図である。

Claims (10)

1. 電磁波（３）を受け取ることができる能動マイクロ波反射器であって、瓦状に並べられた２つのウェーブガイド・アレイ（２１、２２）を備え、それぞれのガイドの底面が、受け取った波の反射および移相を実施する移相回路（３１）によって閉じられ、一方のアレイが、１つの偏波を受け取るように設計され、他方のアレイが、偏波に垂直な偏波を受け取るように設計されていることを特徴とする反射器。
2. 第１のアレイが、数組の整列したガイド（２１）を備え、１つの列がＯｘ方向に配置され、一組の列が垂直方向Ｏｙに配置され、同じ列では、連続する２つのガイド（２１）の中心Ｃが距離ｄだけ隔たっており、連続する２列がＯｙに沿って距離ｈだけ隔たっており、Ｏｘに沿って互いに距離ｄ／２だけオフセットし、
   第２のアレイが、第１のアレイと同じ方法で整列した数組のガイド（２２）を備え、ガイド列が、第１のアレイの列に対して９０°オフセットしており、
   一方のアレイのガイド（２２）が、他方のアレイのガイドとだけ隣接している　ことを特徴とする、請求項１に記載の反射器。
3. 少なくとも３つの層、すなわち
   移相回路を含む層（５１）と、
   移相回路を制御するための回路（５５）を含み、さらに、この制御回路とダイオードの間に接続を提供する層（５２）と、
   移相回路に面して置かれ、２つのウェーブガイド・アレイ（２１、２２）を含む層（５３）
   を備えたことを特徴とする、前記請求項のいずれかに記載の反射器。
4. ウェーブガイド（２１、２２）の壁が、層（５３）を貫通する直線導体（６１、６２、６３、６４）によって作られており、移相回路の平面（Ｏｘｙ）に垂直な向きに狭い間隔で配置されることを特徴とする、請求項３に記載の反射器。
5. ガイド（２１、２３）がさらに、移相回路を含む層（５１）を貫通し、前記導体が、近隣の移相回路間にマイクロ波減結合を提供することを特徴とする、請求項４に記載の反射器。
6. 移相回路を含む層（５１）に向かって制御信号を運ぶため、前記導体が制御層（５２）に延入することを特徴とする、請求項５に記載の反射器。
7. 前記導体がめっきスルー・ホールであることを特徴とする、請求項４から６のいずれか一項に記載の反射器。
8. 移相回路（３１）が、それ自体が２つの状態を有する少なくとも２つの半導体（Ｄ_１、Ｄ_２）を接続する少なくとも１本の導線（３２、３３）を備え、前記導線および前記半導体が、誘電支持体（３４）の上に置かれており、支持体の反対側の面が、マイクロ波を反射する導電面を含み、移相回路が、その偏波が導線に実質的に平行な波の成分に対して、受け取った波の反射および移相を実施することを特徴とする、前記請求項のいずれか一項に記載の反射器。
9. 電子走査を用いたマイクロ波アンテナであって、前記請求項のいずれか一項に記載の反射器（４）と、反射器を照明するマイクロ波源（１）を備えたことを特徴とするマイクロ波アンテナ。
10. 電子走査を用いたマイクロ波アンテナであって、カセグレン型のアンテナを形成するために、請求項１から８のいずれか一項に記載の反射器（４）を備え、補助反射器を照明するために反射器（４）の実質的に中央にマイクロ波源が位置し、補助反射器が反射によって反射器（４）を照明することを特徴とするマイクロ波アンテナ。

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