JP2008533813A - Ｃｔｓアレイ用の真時間遅延フィードネットワーク - Google Patents

Abstract

連続横方向スタブアンテナアレイ１０用の真時間遅延フィードネットワークは、複数のフィードレベル３０、４０、５０を含み、各フィードレベルは、１つ以上のレール３２Ａ−３２Ｅ；４２Ａ−４２Ｃ；５２Ａ−５２Ｂを含み、間隔を置いて配列されている。開路平行板領域３８、４８は、フィードレベルの隣接するものの間に定められている。複数のフィードレベルのレールは、開路領域に突き出る隔壁または壁部分に影響を受けない電力分割器ネットワークを形成するように配列されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＣＴＳアレイ用の真時間遅延フィードネットワークに関する。

連続横方向スタブ（ＣＴＳ）アレイは、例えば、米国特許第5,926,077号、第5,999,055号、第6,075,494号に開示されている。

ＣＴＳアレイは、平行板フィードを利用する真時間遅延（ＴＴＤＣＴＳ）開口として実装される。典型的には、開口／平行板フィード組立体を実現するために、一緒に製作され組み立てられる比較的多くの多様な形状のレールがある。

大多数のアンテナの用途は、それぞれ異なった周波数帯域での双指向性（高利得、狭帯域幅）ビームを要求する。通信の用途では、２ビームは、送信、受信機能を実行する。

従来の椀型アンテナはこれ等の機能を実行するが、比較的大きな工程容積を要求する。これは航空機のように、悪影響を受ける取り付けには望ましくない。従来のフェーズドアレイもまたこれ等の機能を実行するが、離散的な移相器の十分に占用された格子または、それぞれが自己位相および、または電力制御線を要求する送信、受信素子を含む。繰り返して発生する（コンポーネント、組み立てそしてテスト）費用、基本電力、そして電子的に制御されたフェーズドアレイに関連した冷却要求は、多くの用途で押さえられる。さらに、そのような従来のアレイは、低下したオーム効率（最大利得）、劣った走査効率（走査での利得ロールオフ）、限られた瞬間帯域幅（データ比率）そして、データストリームの不連続性(指示された走査位置の間の信号消去)に影響を受ける。これ等の費用と性能の問題は、全体の移相器／送受信モジュール数が数十、数千の素子を上回る物理的に大きなおよび、または高周波のアレイについて特に言及される。さらに、送信、受信周波数帯域が広く取られると、２つのアレイが必要となる。１つは送信機能を実行するため、もう１つは受信機能のためである。

連続横方向スタブアンテナアレイ用の真時間遅延フィードネットワークは、複数のフィードレベルを含む。各フィードレベルは、１以上のレールを有し、間隔を置いて並列配置に配列されている。開路平行板領域は、フィードレベルの隣接したものの間に定められている。複数のフィードレベルのレールは、開路領域に突き出ている隔壁または壁部分に影響を受けない電力分割ネットワークを形成するように配列されている。

開示の特徴と利点は、図面を参照にして読むことにより、以下の詳細な説明から当業者に容易に理解される。

以下の詳細な説明といくつかの図面の図において、同じ素子は同じ参照番号で識別される。

図１−５は、本発明に従ってＴＴＤＣＴＳ平行板フィードとアンテナ開口組立体１０の例示的な実施例を示す。組立体１０は、複数のレールのレベルを含んでおり、各レベルは、隣接するレールについては、間隔を置いた関係で保持されている。以前のアプローチと対照的に、組立体の例示的な実施例の多様なレベルにおけるレールは、コーポレートフィードで使用される硬質ショーツを形成するために、物理的接触を持つ必要はない。その上、この実施例では、組立体のどの１つのレベルにおいてもレール上の特徴構造体は、等しくまた周期的であり、作業、製造コストを減らすことができる。

組立体１０の異なったレベルが図２の断面図に示されている。開口レベル２０は複数の間隔を置いたレール２２Ａ−２２Ｉを有し、放射スタブ２４Ａ−２４Ｈを規定している。内側のレール２２Ｂ−２２Ｈは同じものである。末端または外側のレール２２Ａと２２Ｉは、互いに鏡像関係であり、内側のレールの一部を切ったものである。

第１平行板フィードレベル３０は、複数の間隔を置いたレール３２Ａ−３２Ｅを備えている。レール３２Ａ−３２Ｅは、レールの隣接するヘリがスロット３４Ａ−３４Ｄを定めるように離れて配置されている。内側のレール３２Ｂ−３２Ｄは同じものである。末端または外側のレール３２Ａと３２Ｅは、内側のレールの一部を切ったものである。前記レールは誘導性ウェルまたは溝の個々の対で形成される。例えば、溝３２Ｄ−１、３２Ｄ−２はレール３２−Ｄに形成されている。それらについては以下にさらに十分に検討する。

第２平行板フィードレベル４０は、複数の間隔を置いたレール４２Ａ−４２Ｃを備えている。レール４２Ａ−４２Ｃは、レールの隣接するヘリがスロット４４Ａ、４４Ｂを定めるように離れて配置されている。端部のレール４２Ａ、４２Ｃは、内側のレール４２Ｂの一部を切ったものである。前記レールもまたその中に形成されているウェルの対を有している。

第３平行板フィードレベル５０は、２つのレール５２Ａ、５２Ｂを備ている。レール５２Ａ−５２Ｂは、レールの隣接するヘリがスロット５４Ａを形成するように離れて配置されている。各レールもまたその中に形成されている一対のウェルを有している。

各レベルのレールは、単一ユニットとして製造または、部品の数を減らし単一ユニットを形成するように一緒に組み立てられる。レールは、導電表面を有し、機械加工、押し出し加工または他の処理によって、例えばアルミニウムのような金属から製造される。代わりに、レールは、例えば鋳造または、押し出し加工によってプラスチック材料から製造され、導電層で覆われる。

レベル２０、３０、５０と５０は、図２に示されるように、間隔を置いた関係で一緒に組み立てられ、個々の隣接するレベルの間の開路平行板領域２８、３８、４８を形成する。開路領域は、硬質ショーツ、ベンド、突出した隔壁、従来の導波管または平行板フィードに用いられる電力分割器の影響を受けない。

送信モードでは、無線周波（ＲＦ）エネルギーが例えば線源によってスロット５４Ａ中に発射され、そして平行板領域４８において反対方向に伝播する２つのコンポーネントに分れる。このように１つの１：２電力分割器を形成する。領域４８でのエネルギー伝播は、レベル４０のスロット４４Ａ，４４Ｂに入り、平行板領域３８において伝播する個々のコンポーネントに分かれる。このように、２つの１：２電力分割器を形成する。そのため、入力エネルギーは４つのコンポーネントに分れる。領域３８でのエネルギー伝播は、レベル３０のスロット３４Ａ―３４Ｄに入り、開口レベル２０に隣接した領域２８に伝播する個々のエネルギーコンポーネントの対に分れる。入力エネルギーは、領域２８の８つのコンポーネントに分れる。各横方向スタブ２４Ａ−２４Ｈに対して１つのコンポーネントに。個々のエネルギーコンポーネントは、個々のスタブから発射する。この例示的な実施例では、スロット５４Ａから個々のスタブまでの経路長は長さが等しい。そのため、時間遅延は各経路で等しく、各スロットから発射される信号コンポーネントは、同調している。もちろん、受信では、各スタブで受信した信号コンポーネントは、スロット５４Ａで単一の結合された信号コンポーネントを提供するために同位相で結合される。

図３は、ＴＴＤＣＴＳ開口平行板組立体の例示的な一実施例の分解図であり、レベル２０、３０，４０、５０を示しており、間隔を置いた関係で積み重ねられると図４の組立体を形成する。各レベルは、そのレベルの個々のレールを単一ユニットとしてその位置を保持するために、周辺フレームを含む。このように、フレーム５６は、レベル５０のレール５２Ａを保持する。フレーム４６は、レベル４０のレール４２Ａ−４２Ｃを保持する。フレーム３６は、レベル３０のレール３２Ａ−３２Ｅを保持する。そしてフレーム２６は、開口レベル２０のレール２２Ａ−２２Ｉを保持する。各レールは、多様な技術を用いてフレームに組み立てられる。多様な技術にはファスナー、ろう付け、溶接、接着剤が含まれ、さらにフレームの取り付け域への圧力はめ合わせも含まれる。フレームは、一緒に積み重ねられる時に、隣接するレベルの間の適切な間隔を与える厚みを持つことができる。図４は、一緒に積み重ねられるレベルを有した組立体１０を示す斜視図である。

組立体１０は、平行板または方形導波管構造の中の伝播波の経路にある完全導電体（「ＰＥＣ」）短壁を置換する「仮想」短絡を利用する。この仮想短絡は、典型的には、平行板領域から次のレベルを有するスロット連結への直接エネルギーに対して、４５°の角度で配列される。仮想短絡は、伝播波が制限される平行板構造中に形成される誘導性ウェルまたは溝によって整合させられる。ＰＥＣ短絡壁を置換するウェルの深さ、幅、個数は、帯域幅と壁の間の隔離距離に依存する。

組立体１０はまた隔壁なしのＴ字管（ＴＥＥ）Ｅ面電力分割器を利用し、Ｔ字管（ＴＥＥ）の入力アームの前に隔壁を突出させない。その代わり、突き出た隔壁とその機能（整合）は、特定の用途で要望されれば、１以上の誘導性ウェルまたは溝により置換されることができる。例えば、一対のウェルがＴ字管（ＴＥＥ）の２つの共線形アームに形成される。ウェルの大きさと入力アームへの距離は、帯域幅とＴ字管（ＴＥＥ）の整合特性を決定する。

図５は、隔壁なしのＥ面Ｔ字管（ＴＥＥ）電力分割器と仮想短絡の概略図である。矢印１１０によって示される入力無線周波（ＲＦ）エネルギーは、入力アーム１０２を通してＴ字管（ＴＥＥ）電力分割器１００に入り、２つの共線形サイドアーム１０４、１０６の間で分割される。分割されたエネルギーコンポーネントは、矢印１１２、１１４で示される。整合機能を提供するために、一対の誘導性ウェルが入力アーム１０２の反対側の平行板構造の中に形成されている。このように、一対のウェル１２０、１２２がサイドアーム１０４の壁１０４Ａに形成される。そして、一対のウェル１２４、１２６がサイドアーム１０６の壁１０６Ａに形成される。入力アームからの一対のウェルまでの間隔とウェルの大きさは、用途に対しての帯域幅と整合特性に依存して一定の構成に対して選択される。Ｔ字管（ＴＥＥ）接合でスペースＳに突き出る隔壁構造はないことが示されている。３ポート、Ｔ字管（ＴＥＥ）構造では、共線形サイドアームにおけるウェルに合わせた深さと幅または、谷の組合せが同じＴ字管（ＴＥＥ）構造の残りのポートに対する整合サセプタンスを生成する。さらに、ウェルと入力アームの間の一体の半波長間隔を維持することにより、２重帯域周波数性能がもたらされる。例えば、ウェル１２０、１２２の間の中心線は、入力アーム１０２の中心から、各動作帯域の中心周波数における半波長の整数倍にほぼ等しい距離に間隔を置いて配置される。例示的な２重帯域の実施例は、２０．７Ｇｈｚの中心に置かれた第１帯域、そして４４．５Ｇｈｚの中心に置かれた第２帯域での動作を支える。例として、すなわち、第２帯域の中心周波数は、第１帯域の中心周波数のほぼ２倍である。

いくつかの用途では、ＴＴＤＣＴＳアレイのフィードネットワークに使用されている隔壁なしのＴ字管（ＴＥＥ）電力分割器は、各サイドアームポートに形成されている整合ウェルを使用しない。図２の例示的な実施例は、例えば、隔壁なしのＴ字管（ＴＥＥ）電力分割器のためのサイドアーム整合ウェルを持たずに示される。本実施例では、同調ウェルは、例えばウェル５７の入力ポートの反対側の壁に配置される。

仮想短絡１３０もまた図５に示される。本例では、サイドアームチャネル１０４におけるエネルギーは、矢印１４４で示したように、チャネル１４０に方向付けられる。同様に、サイドアームチャネル１０６におけるエネルギーは、矢印１４６で示したように、チャネル１４２に方向付けられる。通常、４５°の角度のＰＥＣ壁は、チャネル１４２にエネルギーを転送するために、サイドアームチャネルにおける短絡として使用される。その代わり、「仮想」短絡が使用される。例えば、回路１３０は、１つの仮想短絡のための整合ネットワークであり、サイドアームチャネル１０４の壁に形成される複数の間隔を置いて配置された誘導性ウェルまたは、溝１３２Ａ−１３２Ｃを有する。回路１３６は、第２仮想短絡がチャネル１１４２にエネルギーを転送するための整合ネットワークであり、サイドアームチャネル１０６の壁に形成される複数の間隔を置いて配置された誘導性ウェルまたは、溝１３８Ａ−１３８Ｃを有する。平行板端子では、仮想短絡に対する整合ネットワークは、物理的短絡すなわち、導電壁に対する必要性を除去する非常に高いをサセプタンスを導く。ウェルの個数とウェルの深さと幅は、フィードレベルをすべて一度に考慮に入れて、仮想短絡に対する整合を最適化するために変化するパラメータである。

図２を参照すると、隔壁なしのＴ字管（ＴＥＥ）電力分割器と仮想短絡は、組立体１０に使用されているのが認められる。ポート５４Ａを通って組立体に入る無線周波（ＲＦ）エネルギーを考察する。入力エネルギーは、レール５２Ａ，５２Ｂと４２Ａ−４２Ｃと開路チャネル４８の表面に面して定められている隔壁なしのＴ字管（ＴＥＥ）５６によって分割される。そして、第２レベル４０の開路スロット４４Ａ、４４Ｂに送られるように、開路チャネル４８の中で反対方向に方向付けられる。誘導性ウェルを有する仮想短絡５８Ａ、５８Ｂは、レールの最上表面に形成される。無線周波（ＲＦ）エネルギーは、仮想短絡５８Ａ−５８Ｂを通ってスペース４８に沿って伝播しない。

スロット４４Ａ、４４Ｂは、隔壁なしのＴ字管（ＴＥＥ）電力分割器４６Ａ、４６Ｂのための入力アームを構成している。これ等の電力分割器に入る無線周波（ＲＦ）エネルギーを開路チャネル３８に導かれる無線周波（ＲＦ）エネルギーコンポーネントに分けるためである。分割器４６Ａからのエネルギーコンポーネントは、フィードレベル３０のスロット３４Ａ、３４Ｂに入る。そして、分割器４６Ｂからのエネルギーコンポーネントは、フィードレベル３０のスロット３４Ｃ、３４Ｄに入る。

電力分割器５６Ａ、５６Ｂ、５６Ｃ、５６Ｄの第３レベルは同様に、分割器４６Ａ、４６Ｂの第２レベルからの電力を、放射スタブ２４Ａ−２４Ｈに方向付けられている８つの無線周波（ＲＦ）エネルギーコンポーネントに分割する。

本実施例における電力分割器の第１、第２、第３レベルのこれ等の分割器の各々は、隔壁なしの電力分割器である。すなわち、レベルの間の開路チャネル中に突き出る隔壁素子はない。これ等の電力分割器はさらに、インピーダンス整合を改善させるために、入力アームまたはチャネルの反対側の壁に形成されている同調ウェルを含む。このように、Ｔ字管（ＴＥＥ）分割器５６はウェル５７を含んでいる。Ｔ字管（ＴＥＥｓ）４６Ａ、４６Ｂは、それぞれウェル４７Ａ、４７Ｂを含む。Ｔ字管（ＴＥＥｓ）５６Ａ−５６Ｄは、それぞれウェル５７Ａ−５７Ｄを含んでいる。仮想短絡は、開路チャネルに伸びる硬質短絡の代わりに使用される。このように、開路チャネル４８について、個々のレール５２Ａ、５２Ｂの表面に形成される一組の誘導性ウェルをそれぞれが備えるＡ仮想短絡５８Ａ、５８Ｂは、入力ポート５７Ａから入るエネルギーが短絡を越えて通過するのを防ぐ。開路チャネル３８について、仮想短絡４８Ａ、４８Ｂは、Ｔ字管（ＴＥＥ）４６Ａに対して位置付けられる。そして、仮想短絡４８Ｃ、４８Ｄは、Ｔ字管（ＴＥＥ）４６Ｂに対して位置付けられる。開路チャネル２８について、仮想短絡３８Ａ、３８Ｂは、Ｔ字管（ＴＥＥ）５６Ａに対して位置付けられる。仮想短絡３８Ｃ、３８Ｄは、Ｔ字管（ＴＥＥ）５６Ｂに対して位置付けられる。仮想短絡３８Ｅ、３８Ｆは、Ｔ字管（ＴＥＥ）５６Ｃに対して位置付けられる。そして、仮想短絡３８Ｇ、３８Ｈは、Ｔ字管（ＴＥＥ）５６Ｄに対して位置付けられる。

上述したアンテナ開口と平行板フィード組立体は、送信と同様に受信の動作について交換動作が可能であることが理解されるべきである。したがって、スロット５４Ａは、組立体に対する入力ポートに関して上述されているが、組立体が受信で動作する時には、スロットは出力ポートとして機能する。

上述の事項は、本発明の特定の実施例の説明と図示であるが、一方、請求項で定義されているように、本発明の技術的範囲と趣旨から離れることなく、それらに対する様々な変更、修正を当業者が行うことが可能である。

連続横方向スタブ（ＣＴＳ）放射開口表面を有する、平行板フィードおよびアンテナ開口組立体の例示的な実施例の斜視図。 図１の線２−２に沿った簡略断面図。 図１−２の平行板フィードおよびアンテナ開口組立体のレベルの分解図。 フィード表面を示す図１−３の組立体の底面斜視図。 例示的な仮想Ｅベンド／Ｔ字管概略図。

Claims (14)

1. 各々が１つ以上のレール（３２Ａ−３２Ｅ；４２Ａ−４２Ｃ；５２Ａ−５２Ｂ）を含み、間隔を置いた配置で配列されている複数のフィードレベル（３０、４０、５０）と、
   フィードレベルの隣接するものの間の開路平行板領域（３８、４８）と、
   隔壁または開路領域に突き出ている短絡壁部分により影響を受けない開路領域電力分割器ネットワークを形成するように配列されている複数のフィードレベルのレールとを備えている連続横方向スタブアンテナアレイ（１０）用の真時間遅延フィードネットワーク組立体。
2. 各々が隣接するレールとは間隔を置いた関係で保持されている複数のレールのレベルを備え、
   前記複数のレールのレベルが
   放射スタブ（２４Ａ―２４Ｈ）のアレイを定めている複数の間隔を置いたレール（２２Ａ−２２Ｉ）を備える開口レベル（２０）と、
   各々のが１つ以上のレール（３２Ａ−３２Ｅ；４２Ａ−４２Ｃ、５２Ａ−５２Ｂ）を含み、フィードレベルがフィードレベルの隣接するものの間の開路平行板領域（３８、４８）を定めるために間隔を置いた配置で配列されており、複数のフィードレベルのレールが隔壁または開路領域に突き出ている短絡壁部分で影響を受けない電力分割器ネットワークを形成するように配列されている複数のフィードレベル（３０、４０、５０）とを備えている真時間遅延連続横方向スタブ（ＴＴＤＣＴＳ）平行板フィードとアンテナ開口組立体。
3. 各フィードレベルが単一ユニットとして組み立てられている請求項１または２記載の組立体。
4. 各レベルのレールが他のどのレベルのレールとも直接物理的な接触をしていない請求項１または２記載の組立体。
5. 電力分割器ネットワークが隔壁なしのＴ字管（ＴＥＥ）電力分割器（１００）として製作されている請求項１乃至４のいずれか１項記載の組立体。
6. 前記各レベルがレベルの前記の１以上のレールによって形成されている少なくとも１つのスロット（３４Ａ−３４Ｄ；４４Ａ−４４Ｂ；５４Ａ）を含み、各Ｔ字管（ＴＥＥ）電力分割器が前記の１以上のスロットの１つのスロットによって提供される入力アームと前記開路領域内の第１、第２共線形サイドアームとを含んでいる請求項５記載の組立体。
7. 前記の各Ｔ字管（ＴＥＥ）電力分割器（１００）が前記入力アームの反対側の前記レールの１つによって定められる壁に形成されている各サイドアームに対する誘導性ウェル（１２０、１２２、１２４、１２６）を有している請求項６記載の組立体。
8. 前記誘導性ウェルが前記入力アームから動作周波数帯域の周波数において半波長の整数倍の距離に間隔を置いて設置されている請求項７記載の組立体。
9. フィードネットワークが２重周波数帯域動作に対して構成され、前記距離が前記動作周波数帯域の周波数とその他の動作帯域の周波数において半波長の整数倍である請求項７記載の組立体。
10. フィードネットワークが複数の仮想短絡を備える請求項１または２記載の組立体。
11. 各仮想短絡がレールに形成されている少なくとも１つの誘導性ウェルによって整合させられる請求項１０記載の組立体。
12. 前記各フィードレベルが前記の１以上のレール中に少なくとも１つのスロットを規定している請求項１または２記載の組立体。
13. さらに、各レベルに対して、単一ユニットとして適当なそのレベルの１以上のレールを保持するための周辺フレームを備えている請求項１または２記載の組立体。
14. 前記フィードレベルが実質的に並列フィードレベルである請求項１または２記載の組立体。

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