JP2006504375A - マルチビームｐｂｇ材料アンテナ - Google Patents

Abstract

本発明は、マルチビームアンテナに関し、このアンテナは、少なくとも１個のバンドギャップを有するフォトニックバンドギャップ材料（２０）と、このバンドギャップ材料の少なくとも１個のバンドギャップ内に少なくとも１個の狭いバンド幅を形成するための少なくとも１個の周期的欠陥と、前記少なくとも１個の狭いバンド幅内で電磁波の受信を可能とするための励起素子（５０〜４３）を含む。この励起素子は、フォトニックバンドギャップ材料の１表面上で部分的にオーバーラップする放射スポット（４６〜４９）を生成するように、相互に配置されている。

Description

本発明は、マルチビームアンテナに関するものであり、このアンテナは、電磁波の空間的及び周波数的フィルタリングに適したフォトニックバンドギャップ（Ｐｈｏｔｏｎｉｃ ＢａｎｄＧａｐ：ＰＢＧ）材料であって、少なくとも１つの阻止帯域を有し、放出および／または受信の際に放射する外部表面を形成するＰＢＧ材料と；このＰＢＧ材料の少なくとも１つの阻止帯域内に少なくとも１つの狭い通過帯域を生成するための、ＰＧＢ材料における周期性の少なくとも１つの欠陥と；この少なくとも１つの欠陥によって生成される少なくとも１つの狭い通過帯域内で電磁波を放出しおよび／または受信するのに適した励起装置と；を有している。

マルチビームアンテナは、宇宙アプリケーションにおいて（特に、地球の表面に対して伝送しおよび／または、地球の表面から情報を受信するべく、静止衛星において）多数使用されている。このために、これらのアンテナは、複数の放射要素を有しており、これらのそれぞれは、互いに異なる電磁波ビームを生成する。これらの放射要素は、例えば、電磁波ビームの反射器を形成するパラボラの焦点近傍に配置されており、パラボラ及びマルチビームアンテナは、静止衛星内に収容されている。このパラボラは、それぞれのビームを地球の表面の対応するゾーンに案内することを目的としている。そして、このマルチビームアンテナのビームによって照射される地球表面のそれぞれのゾーンを、通常、カバレージゾーンと呼んでいる。従って、それぞれのカバレージゾーンは、１つの放射要素に対応している。

現在、使用されている放射要素は、「ホーン」という用語で呼ばれており、このホーンを具備するマルチビームアンテナは、ホーンアンテナと呼ばれている。それぞれのホーンは、放出又は受信の際に放射される円錐形ビームの基部を形成する実質的に円形の放射スポットを生成する。これらのホーンは、放射スポットを互いに可能な限り近接させるべく、並べて配設されている。

図１Ａは、正面から見たホーンを有するマルチビームアンテナを図式的に示すものであり、７つの正方形Ｆ１〜Ｆ７は、互いに隣接配置された７つのホーンのフットプリントを示している。そして、それぞれが正方形Ｆ１〜Ｆ７の１つに内接している７つの円Ｓ１〜Ｓ７は、対応するホーンによって生成される放射スポットを表している。この図１Ａのアンテナは、フランスの領土に情報を伝送することを目的とする静止衛星のパラボラの焦点に配置されている。

図１Ｂは、−３ｄＢのカバレージゾーンＣ１〜Ｃ７を表しており、このそれぞれは、図１Ａのアンテナの１つの放射スポットに対応している。それぞれの円の中心は、受信パワーが最大値である地球表面の地点に対応している。そして、それぞれの円の輪郭は、地球表面における受信パワーが、円の中心における最大受信パワーの半分を上回っているゾーンの範囲を示している。放射スポットＳ１〜Ｓ７は実際に隣は接しているが、これらによって生成される−３ｄＢのカバレージゾーンは、互いに離れている。尚、本明細書においては、−３ｄＢのカバレージゾーン間に位置しているこれらの領域を「受信零位（ｒｅｃｅｐｔｉｏｎ ｎｕｌｌ）」と呼ぶ。それぞれの受信零位は、従って、受信パワーが最大受信パワーの半分を下回っている地球表面の領域に対応している。そして、これらの受信零位内における受信パワーは、地上の受信機が正しく動作するには不十分なものである。

従来、この受信零位の問題を解決するべく、マルチビームアンテナの放射スポットを互いにオーバーラップさせることが提案されている。図２Ａには、この種のオーバーラップしたいくつかの放射スポットを有するマルチビームアンテナの部分正面図が示されている。この図には、２つの放射スポットＳＲ１及びＳＲ２のみが示されている。それぞれの放射スポットは、７つの独立した互いに別個の放射源によって生成されている。即ち、放射スポットＳＲ１は、互いに隣接して並んだ状態で配設された放射源ＳｄＲ１〜ＳｄＲ７によって形成されている。そして、放射スポットＳＲ２は、放射源ＳｄＲ１、ＳｄＲ２、ＳｄＲ３及びＳｄＲ７と、放射源ＳｄＲ８〜ＳｄＲ１０によって生成されている。放射源ＳｄＲ１〜ＳｄＲ７は、第１動作周波数で動作し、この第１周波数において実質的に均一な電磁波の第１ビームを生成することができる。そして、放射源ＳｄＲ１〜ＳｄＲ３及びＳｄＲ７〜ＳｄＲ１０は、第２動作周波数において動作し、この第２動作周波数において実質的に均一な電磁波の第２ビームを生成することができる。従って、放射源ＳｄＲ１〜ＳｄＲ３及びＳｄＲ７は、第１及び第２動作周波数において同時に動作するのに適している。尚、この第１及び第２動作周波数は、生成される第１及び第２ビーム間における干渉を制限するべく、互いに異なったものになっている。

従って、このようなマルチビームアンテナにおいては、放射源ＳｄＲ１〜３などの放射源が放射スポットＳＲ１及び放射スポットＳＲ２の両方を生成するべく使用されており、この結果、これら２つの放射スポットＳＲ１及びＳＲ２のオーバーラップが生成されている。図２Ｂには、オーバーラップする放射スポットを示すマルチビームアンテナによって生成された−３ｄＢのカバレージゾーンの配置図が示されている。このようなアンテナによれば、受信零位を相当に減少させることができる（場合によっては、これらが消滅する）。しかしながら、放射スポットがいくつかの独立した互いに別個の放射源から形成されており、且つ、これらの少なくともいくつかは、その他の放射スポットにも使用されているという事実に部分的に起因し、このマルチビームアンテナの制御は、従来のホーンアンテナと比べて複雑である。

本発明は、オーバーラップした放射スポットを有する簡単なマルチビームアンテナを提案することにより、この欠点を改善することを目的としている。

従って、本発明の主題は、以上において定義したアンテナであり、これは、励起装置が、少なくとも第１及び第２個別動作周波数の近傍において同時に動作するのに適しており；励起装置が、第１及び第２の別個で互いに独立した励起要素を有し、このそれぞれは、電磁波の放出および／または受信に適しており、第１励起要素は、第１動作周波数における動作に適しており、第２励起要素は、第２動作周波数における動作に適しており；ＰＢＧ材料の周期性の１つ又はそれぞれの欠陥により、外部放射表面に直交する方向における一定の高さと、外部放射表面に平行な決定された横方向寸法を示す漏洩共振空洞が形成されており；第１及び第２動作周波数は、漏洩共振空洞の同一の共振モードの励起に適しており、この共振モードは、第１及び第２放射スポットを外部表面上にそれぞれ生成するべく、空洞の横方向寸法には無関係に、同一の方式で確立され、これらの放射スポットのそれぞれは、アンテナによる放出および／または受信の際に放射される電磁波のビームの発生地点を表しており；放射スポットのそれぞれは、その位置がその生成元である励起要素の位置に依存し、且つ、その表面の面積がその生成元である放射要素の表面面積を上回る幾何学的な中心を有しており；第１及び第２励起要素は、第１及び第２放射スポットがＰＢＧ材料の外部表面上に並んで部分的にオーバーラップした状態で配設されるように互いに配置されている、ことを特徴としている。

このマルチビームアンテナの場合には、それぞれの励起要素により、電磁波ビームの発生地点において基部又は断面を形成する単一の放射スポットが生成される。従って、この観点においては、このアンテナは、１つのホーンが１つの単一の放射スポットを生成する従来のホーンアンテナに類似している。この結果、このアンテナの制御も、従来のホーンアンテナの制御に類似している。又、これらの励起要素は、放射スポットをオーバーラップさせるべく配置されている。従って、このアンテナは、オーバーラップした放射スポットを有するマルチビームアンテナの利点を有する一方で、ホーンによるマルチビームアンテナの制御と比べて、励起要素の制御の複雑さが増大してはいない。

本発明によるマルチビームアンテナのその他の特性によれば、それぞれの放射スポットは、実質的に円形であって、その幾何学的な中心は、放出および／または受信パワーの最大値に対応し、その外縁は、その中心における最大放出および／または受信パワーの一部に等しい放出および／または受信パワーに対応しており、２つの励起要素の幾何学的な中心を隔てている外部表面に平行な面内における距離は、第１励起要素によって生成される放射スポットの半径と第２励起要素によって生成される放射スポットの半径を加えたものを確実に下回っており；それぞれの放射スポットの幾何学的な中心は、外部放射表面に直交し、その生成元である励起要素の幾何学的な中心を通過するライン上に配置されており；第１及び第２励起要素は、１つの同一の空洞内に配置されており；第１及び第２動作周波数は、この同一の空洞によって生成される同一の狭い通過帯域内に位置しており；第１及び第２励起要素は、別個の共振空洞内にそれぞれ配置され、第１及び第２動作周波数は、これらの個別の空洞の横方向寸法からは独立した共振モードをそれぞれ励起するのに適しており；電磁放射の反射器面は、ＰＢＧ材料と関連付けられており、この反射器面は、別個の空洞を形成するべく変形されており；１つの又はそれぞれの空洞の形状は、平行六面体である。

本発明については、添付の図面との関連で、一例として提供する以下の説明を参照することにより、十分に理解されよう。

図３は、マルチビームアンテナ４を示している。このアンテナ４は、電磁波を反射する金属性の面２２と関連付けられたフォトニックバンドギャップ材料（即ち、ＰＢＧ材料）２０から形成されている。

尚、ＰＢＧ材料については周知であり、この材料２０のようなＰＢＧ材料の設計については、例えば、仏国特許出願第９９１４５２１号（ＦＲ９９１４５２１）に記載されている。従って、本明細書においては、この最新技術に関係するアンテナ４の特定の特性についてのみ、詳細に説明することとする。

ＰＢＧ材料とは、特定の周波数範囲を吸収する（即ち、その周波数範囲内における透過を妨げる）特性を有している材料であることを思い起こして頂きたい。これらの周波数範囲は、本明細書において阻止帯域と呼ぶものを形成している。

図４には、材料２０の阻止帯域Ｂが示されている。この図４には、放出又は受信する電磁波の周波数の関数として表された透過係数の変化を表す曲線が示されている（単位：デシベル）。この「透過係数」とは、ＰＢＧ材料の一方から伝送されるエネルギーと、他方において受信されるエネルギーの比率を表すものである。この材料２０の場合には、阻止帯域Ｂ（又は、吸収域Ｂ）は、実質的に７ＧＨｚ〜１７ＧＨｚにかけて延びている。

この阻止帯域Ｂの位置と幅を左右するものは、ＰＢＧ材料の特性と特徴のみである。

一般に、ＰＢＧ材料は、様々な誘電率および／または透磁率の誘電体の周期的なアレイから構成されている。この場合には、材料２０は、アルミナなどの第１磁性材料から製造された２つのプレート３０、３２と、空気などの第２磁性材料から形成された２つのプレート３４及び３６から形成されている。プレート３４は、プレート３０及び３２間に介在しており、プレート３６は、プレート３２と反射器面２２間に介在している。プレート３０は、このプレートのスタックの一端に配設されており、このプレートは、プレート３４と接触状態にある表面とは反対側の外部表面３８を有している。そして、この表面３８が、放出および／または受信の際の放射表面を形成している。

周知のように、この幾何学的および／または無線電気的な周期性に断絶を導入することにより（このような断絶を欠陥とも呼ぶ）、吸収において欠陥を生成することができる（即ち、ＰＢＧ材料の阻止帯域内に狭い通過帯域を生成することができる）。そして、このような状態の材料を、欠陥を有するＰＢＧ材料と呼ぶ。

この場合には、プレート３４の高さを上回るプレート３６の高さ（又は、厚さ）Ｈを選択することにより、幾何学的な周期性における断絶を生成する。周知のように、実質的に通過帯域Ｂの中央に狭い通過帯域Ｅ（図４）を生成するには、この高さＨは、次の関係によって定義される。

ここで、λは、通過帯域Ｅの中央周波数ｆ_mに対応する波長であり、ε_rは、空気の相対誘電率であり、μ_rは、空気の相対透磁率である。

ここで、中央周波数ｆ_mは、１２ＧＨｚに実質的に等しい。

プレート３６は、その高さＨが一定であって、その横方向寸法がＰＢＧ材料２０と反射器２２の横方向寸法によって定義される平行六面体の漏洩共振空洞を形成している。これらのプレート３０及び３２と反射器面２２は、矩形であり、横方向の寸法は同一である。そして、この場合には、次の経験的な式によって定義される半径Ｒよりも数倍大きくなるように、この横方向の寸法を選択している。

Ｇ_dB≧２０ｌｏｇ（ΠΦ／λ）−２．５ （１）

ここで、Ｇ_dBは、アンテナの所望の利得（単位：デシベル）であり、Φ＝２Ｒであり、λは、中央周波数ｆ_mに対応する波長である。

一例として、利得が２０ｄＢの場合には、半径Ｒは、実質的に２．１５λに等しくなる。

周知のように、このような平行六面体の共振空洞は、いくつかの共振周波数の群を有している。それぞれの共振周波数の群は、基本周波数とその高調波（即ち、基本周波数の整数倍）によって形成されている。１つの同一の群のそれぞれの共振周波数により、空洞の同一の共振モードが励起される。これらの共振モードを、共振モードＴＭ₀、ＴＭ₁、．．．、ＴＭ_i、．．．という用語で呼んでいる。尚、これらの共振モードについては、「Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｓｍｅ， ｔｒａｉｔｅ ｄ’Ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｅ， ｄ’Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｑｕｅ ｅｔ Ｄ’Ｅｌｅｃｔｒｏｔｅｃｈｎｉｑｕｅ」という名称のＦ．Ｃａｒｄｉｏｌによる文献（Ｅｄ． Ｄｕｎｏｄ、１９８７年）に更に詳しく記述されている。

ここでは、共振モードＴＭ₀は、基本周波数ｆ_m0近傍の励起周波数の範囲によって励起可能であることを思い起こして頂きたい。同様に、それぞれのモードＴＭ₁も、基本周波数ｆ_m1近傍の励起周波数の範囲によって励起可能である。そして、それぞれの共振モードは、アンテナの１つの特定の放射パターンと、外部表面３８上に形成される１つの放出および／または受信放射スポットに対応している。尚、ここで、この放射スポットとは、放出および／または受信の際に放射されるパワーが、アンテナ４によってこの外部表面から放射される最大パワーの半分以上になっている地点のすべての組を含む外部表面３８のゾーンのことである。そして、それぞれの放射スポットにおいては、幾何学的な中心が、放射パワーが最大放射パワーに実質的に等しい地点に対応している。

共振モードＴＭ₀の場合には、この放射スポットは、その直径Φが式（１）によって得られる円に内接している。そして、共振モードＴＭ₀の場合には、放射パターンは、外部表面３８に垂直であって放射スポットの幾何学的な中心を通過する方向に沿って、高度な指向性を有している。図５には、この共振モードＴＭ₀に対応する放射パターンが示されている。

周波数ｆ_miは、狭い通過帯域Ｅ内に位置している。

最後に、４つの励起要素４０〜４３が反射器面２２上の空洞３６内に並んで配置されている。この記載例においては、これらの励起要素の幾何学的な中心は、菱形の４つの角に位置しており、この辺の寸法は、確実に２Ｒを下回っている。

これらの励起要素のそれぞれは、その他の励起要素の動作周波数とは異なる動作周波数ｆ_Tiにおける電磁波の放出及び／受信に適している。そして、この場合には、それぞれの励起要素の周波数ｆ_Tiは、空洞３６の共振モードＴＭ₀を励起するべく、ｆ_m0に近接している。これらの励起要素４０〜４３は、それぞれの励起要素によって電磁波に（並びに、この逆方向に）変換するための電気信号の従来の生成器／受信機４５にリンクされている。

これらの励起要素は、例えば、放射ダイポール、放射スロット、放射面プローブ、又は放射パッチによって構成されている。そして、それぞれの放射要素の横方向の（即ち、外部表面３８に平行な面における）フットプリントは、自身が生成する放射スポットの表面面積を確実に下回っている。

次に、この図３のアンテナの動作方法について説明する。

放出の際には、生成器／受信機４５によって起動された励起要素４０が、動作周波数ｆ_Toの電磁波を放出し、空洞３６の共振モードＴＭ₀を励起する。その他の放射要素４１〜４３も、例えば、生成器／受信機４５によって同時に起動され、それぞれ、動作周波数ｆ_T1、ｆ_T2、及びｆ_T3において同様に動作する。

共振モードＴＭ₀の場合には、放射スポット及びこれに対応する放射パターンが空洞３６の横方向寸法から独立していることが判明した。具体的には、空洞３６の横方向の寸法が、前述のように定義された半径Ｒを数倍上回っている場合には、共振モードＴＭ₀は、プレート３０〜３６のそれぞれの材料の厚さと特性によってのみ左右され、空洞３６の横方向の寸法からは独立して確立されることになる。従って、いくつかの共振モードＴＭ₀を互いに並んだ状態で同時に確立することが可能であり、この結果、並んで配置されたいくつかの放射スポットを同時に生成することができる。これは、励起要素４０〜４３が、それぞれ空間的に異なる地点において同一の共振モードを励起した場合に発生するものである。この結果、共振モードＴＭ₀の励起要素４０による励起は、その幾何学的な中心が要素４０の幾何学的な中心に対して垂直方向に配置された実質的に円形の放射スポット４６の外観を呈することになる。同様に、共振モードＴＭ₀の要素４１〜４３による励起も、それぞれ、これらの要素のそれぞれの幾何学的な中心と垂直をなす放射スポット４７〜４９の外観を呈することになる。そして、要素４０の幾何学的な中心が、要素４１及び４３の幾何学的な中心から確実に２Ｒを下回る距離に位置している場合には、放射スポット４６は、放射要素４１及び４３にそれぞれ対応する放射スポット４７及び４９と部分的にオーバーラップすることになる。同様の理由により、放射スポット４９も、放射スポット４６及び４８と部分的にオーバーラップし、放射スポット４８も、放射スポット４９及び４７と部分的にオーバーラップし、放射スポット４７も、放射スポット４６及び４８と部分的にオーバーラップする。

それぞれの放射スポットは、１つの電磁波放射ビームの発生地点における基部又は断面に対応している。即ち、このアンテナは、オーバーラップした放射スポットを有する既存のマルチビームアンテナに類似した方式で動作するのである。

受信の際のアンテナの動作方法は、放出について説明されたものに準じている。即ち、例えば、電磁波が放射スポット４６に向かって放出されると、スポット４６に対応した表面領域において受信される。そして、その受信した電磁波が、狭い通過帯域Ｅ内に属する周波数を有している場合には、それは、ＰＢＧ材料２０によって吸収されず、励起要素４０によって受信されることになる。そして、励起要素によって受信されたそれぞれの電磁波は、電気信号の形態で生成器／受信機４５に伝送される。

図６は、電磁波の反射器７４に基づいたＰＢＧ材料７２から製造されたアンテナ７０を示しており、図７は、周波数の関数として、このアンテナ透過係数の変化を示している。

例えば、ＰＢＧ材料７２は、ＰＢＧ材料２０と同一であり、同一の阻止帯域Ｂを有している（図７）。そして、図３との関連で既に説明済みの（このＰＢＧ材料を形成している）プレートに対しては、同一の参照符号が付加されている。

反射器７４は、例えば、空洞３６を異なる高さの２つの共振空洞７６及び７８に分割するべく変形された反射器面２２から形成されている。空洞７６の一定の高さＨ₁は、阻止帯域Ｂ内に、例えば、１０ＧＨｚの周波数近傍の狭い通過帯域Ｅ₁（図７）を配置するべく決定されている。同様に、共振空洞７８の高さＨ₂も、同一の阻止帯域Ｂ内に、例えば、１４ＧＨｚ近傍に中心を有する狭い通過帯域Ｅ₂（図７）を配置するべく決定されている。従って、この場合には、反射器７４は、階層構造で配設され、互いに電気的に接続された２つの反射器半面８０及び８２から構成されており、反射器半面８０は、プレート３２に平行であって、それから高さＨ₁だけ、離隔しており、半面８２は、プレート３２に平行であって、一定の高さＨ₂だけ、それから離隔している。

最後に、励起要素８４が、空洞７６内に配設されており、励起要素８６が、空洞７８内に配設されている。尚、これらの励起要素８４、８６は、励起要素８４が空洞７６の共振モードＴＭ₀を励起可能であり、励起要素８６が空洞７８の共振モードＴＭ₀を励起可能であるという事実を除いて、例えば、励起要素４０〜４３と同一である。

この実施例の場合には、励起要素８４及び８６の幾何学的な中心を隔てている水平（即ち、プレート３２に対して平行な）距離は、それぞれ要素８４及び８６によって生成される２つの放射スポットの半径の合計を確実に下回っている。

このアンテナ７０の動作方法は、図３のアンテナの動作方法と同一である。但し、この実施例の場合には、励起要素８４及び８６の動作周波数は、それぞれの狭い通過帯域Ｅ₁、Ｅ₂内に位置している。従って、図３のアンテナ４とは異なり、これらの励起要素のそれぞれの動作周波数は、例えば、４ＧＨｚなどの大きな周波数間隔だけ、互いに離隔している。この実施例においては、所定の動作周波数を使用できるように、通過帯域Ｅ₁、Ｅ₂の位置を選択している。

図８は、マルチビームアンテナ１００を示している。このアンテナ１００は、放射装置４の単一の欠陥を有するＰＢＧ材料２０が、いくつかの欠陥を有するＰＢＧ材料１０２によって置換されているという事実を除いて、アンテナ４に類似している。そして、この図８においては、図４に関連して既に説明済みの要素に対しては、同一の参照符号が付与されている。

アンテナ１００は、反射器面２２に垂直であって、励起要素４１及び４３を通過する面における断面として示されている。

ＰＢＧ材料１０２は、第１誘電材料から製造されたプレートの２つの連続したクラスタ１０４及び１０６を有している。これらのクラスタ１０４及び１０６は、反射器面２２に対して垂直の方向に重畳されている。そして、それぞれのクラスタ１０４、１０６は、例えば、反射器面２２に平行な２つのプレート１１０、１１２、及び１１４、１１６によってそれぞれ形成されている（但し、これに限定されるものではない）。クラスタのそれぞれのプレートは、この同一のクラスタのその他のプレートと同一の厚さを具備している。クラスタ１０６の場合には、それぞれのプレートは、ｅ₂＝λ／２の厚さを具備しており、この場合に、λは、ＰＢＧ材料の欠陥によって生成される狭い帯域の中央周波数の波長を示している。

一方、クラスタ１０４のそれぞれのプレートは、ｅ₁＝λ／４の厚さを具備している。

尚、これらの厚さｅ₁及びｅ₂の算出方法は、仏国特許第９９１４５２１号（２８０１４２８）の開示内容に準じたものである。

欠陥を有するＰＢＧ材料１０２のそれぞれのプレート間に介在しているのは、空気などの第２誘電材料のプレートである。プレート１１０、１１２、１１４、及び１１６を隔てているこれらのプレートの厚さは、λ／４に等しい。

第１プレート１１６は、平行六面体の漏洩共振空洞を形成するべく、反射器面２２と対向し、第２誘電材料のプレートの厚さλ／２だけ、この面から離隔して配設されている。好ましくは、誘電材料プレートのそれぞれのグループの誘電材料プレートの連続した厚さｅ_iは、連続したクラスタ１０４、１０６の方向に、比率ｑだけ、幾何学的に増大している。

又、非限定的な例として、この説明対象の実施例においては、図面の作成を容易にするべく、重畳するクラスタの数を２つとし、幾何学的な増大比率も、同様に２としているが、これらの値は、これに限定されるものではない。

異なる透磁率、誘電率、及び厚さｅ_iという各特性を具備するＰＢＧ材料のクラスタをこのように重畳することにより、ＰＢＧ材料の同一の阻止帯域内に生成される狭い通過帯域の幅が増大する。そして、この結果、図３の実施例と比べて、放射要素４０〜４３の動作周波数を更に離隔するように選択可能である。

この放射装置１００の動作方法は、アンテナ４の動作方法に準じたものである。

一変形においては、それぞれの励起要素によって放出又は受信する放射を、隣接する励起要素が使用している方向とは異なる方向に偏光させている。それぞれの励起要素の偏光は、隣接する励起要素が使用している方向と直交していることが有利である。この結果、隣接する励起要素間における干渉と結合を制限することができる。

一変形においては、１つの同一の励起要素が、いくつかの異なる動作周波数において連続的に又は同時に動作するのに適している。このような要素によれば、例えば、放出と受信が異なる波長において実行されるカバレージゾーンを生成することができる。又、このような励起要素は、周波数スイッチングの実現にも適している。

既存のマルチビームアンテナと、これによって生成されるカバレージゾーンを示している。 既存のマルチビームアンテナと、これによって生成されるカバレージゾーンを示している。 本発明によるマルチビームアンテナの透視図である。 図３のアンテナの透過係数を表すグラフである。 図３のアンテナの放射パターンを表すグラフである。 本発明によるマルチビームアンテナの第２実施例を示している。 図６のアンテナの透過係数を示している。 本発明によるマルチビームアンテナの第３実施例を示している。 本発明による半円筒形アンテナの図である。

Claims (8)

1. マルチビームアンテナにおいて、
   電磁波の空間的及び周波数的フィルタリングに適したＰＢＧ（Ｐｈｏｔｏｎｉｃ ＢａｎｄＧａｐ）材料（２０、１４２、１７２）であって、少なくとも１つの阻止帯域を有し、放出および／または受信の際に放射する外部表面（３８；１５８）を形成するＰＢＧ材料と、
   このＰＢＧ材料の前記少なくとも１つの阻止帯域内に少なくとも１つの狭い通過帯域を生成するための前記ＰＢＧ材料の周期性の少なくとも１つの欠陥（３６、７６、７８、１５６、１８０）と、
   前記少なくとも１つの欠陥によって生成される前記少なくとも１つの狭い通過帯域内の電磁波を放出および／または受信するのに適した励起装置（４０〜４３、８４、８６、１６０、１６２、１９０）と、
   を有し、
   前記励起装置は、少なくとも第１及び第２の別個の動作周波数近傍において同時に動作するのに適しており、
   前記励起装置は、第１及び第２の別個の相互に独立した励起要素（４０〜４３、８４、８６）を有し、このそれぞれは、電磁波の放出および／または受信に適しており、前記第１励起要素は、前記第１動作周波数において動作するのに適しており、前記第２励起要素は、前記第２動作周波数において動作するのに適しており、
   前記ＰＢＧ材料の周期性における１またはそれぞれの欠陥（３６、７６、７８）は、前記外部放射表面（３８）に直交する方向における一定の高さと前記外部放射表面に平行な決定された横方向寸法を有する漏洩共振空洞（３６、７６、７８）を形成しており、
   前記第１及び第２動作周波数は、漏洩共振空洞（３６、７６、７８）の同一の共振モードを励起するのに適しており、この共振モードは、前記外部表面上にそれぞれ第１及び第２放射スポット（４６〜４９）を生成するべく、前記空洞の前記横方向寸法とは無関係に、同一の方式で確立され、これらの放射スポットのそれぞれは、放出および／または受信の際に前記アンテナによって放射される電磁波ビームの生成地点を表しており、
   前記放射スポット（４６〜４９）のそれぞれは、その位置がその生成元の前記励起要素の位置に依存しており、且つ、その表面面積がその生成元の前記放射要素の表面面積を上回っている幾何学的な中心を有し、
   前記第１及び第２励起要素（４０〜４３、８４、８６）は、前記第１及び前記第２放射スポット（４６〜４９）が、並んで部分的にオーバーラップした状態で前記ＰＢＧ材料の前記外部表面（３８）上に配設されるように、互いに配置されていることを特徴とするアンテナ。
2. それぞれの放射スポット（４６〜４９）は、実質的に円形であり、前記幾何学的な中心は、放出および／または受信パワーの最大値に対応し、その外縁は、その中心において放出および／または受信される前記最大パワーの一部に等しい放出および／または受信パワーに対応しており、
   前記２つの励起要素（４０〜４３、８４、８６）の前記幾何学的な中心を隔てる前記外部表面に平行な面内における距離は、前記第１励起要素によって生成される前記放射スポットの半径と前記第２励起要素によって生成される前記放射スポットの半径を加えたものを確実に下回っていることを特徴とする請求項１記載のアンテナ。
3. それぞれの放射スポット（４６〜４９）の前記幾何学的な中心は、前記外部放射表面（３８）に対して直交し、且つ、その生成元である前記励起要素（４０〜４３）の幾何学的な中心を通過するライン上に配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載のアンテナ。
4. 前記第１及び第２励起要素（４０〜４３）は、１つの同一の空洞（３６）内に配置されていることを特徴とする請求項１〜３の中のいずれか一項記載のアンテナ。
5. 前記第１及び第２動作周波数は、この同一の空洞（３６）によって生成される同一の狭い通過帯域内に位置していることを特徴とする請求項４記載のアンテナ。
6. 前記第１及び第２励起要素（８４、８６）は、別個の共振空洞（７６、７８）内にそれぞれ配置されており、前記第１及び第２動作周波数は、それらの別個の空洞の横方向寸法から独立した共振モードをそれぞれ励起するのに適していることを特徴とする請求項１〜３の中のいずれか一項記載のアンテナ。
7. 前記ＰＢＧ材料（７２）に関連付けられた電磁放射の反射器面（７４）を有しており、この反射器面は、前記別個の空洞を形成するべく変形されていることを特徴とする請求項６記載のアンテナ。
8. 前記１つの又はそれぞれの空洞の形状は、平行六面体である請求項１〜７の中のいずれか一項記載のアンテナ。

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