JP2010074828A - スキャンアンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】拡大縮小可能なリニアスキャンアンテナを提供すること。
【解決手段】固定面（１２０）を有するスキャンアンテナアセンブリ（５２０）において実施可能な反射鏡アセンブリ（１００）は、固定面（１２０）に結合された支持アセンブリ（１１０）と、ほぼ平面の第１の反射鏡パネル（１３０）であって、第１の反射鏡パネル（１３０）の中心軸のまわりに第１の反射鏡パネル（１３０）が回転できるように支持アセンブリ（１１０）に結合された第１の反射鏡パネル（１３０）と、第１の反射鏡パネル（１３０）に結合された並進アーム（１６０）を含むアクチュエータアセンブリ（１４０）とを備え、アーム（１６０）の並進運動の動作により、第１の反射鏡パネル（１３０）がその中心軸のまわりに所定の角度範囲にわたって所定の周波数で前後に回転するようにできる。
【選択図】図１

Description

ミリメートル波の画像ベースの航空機着陸用合成映像システム（ＳＶＳ）では、９４ＧＨｚにおいて更新速度が１００ｍｓであるかそれよりも速く、方位角方向で＋／−１５°を直線的にスキャンするアンテナを必要とすることがある。クランクロッカー駆動装置を使用する従来の機械式スキャンアセンブリは、望ましくない正弦波のプロファイルをもたらすことになり、大きくて扱いにくく、小型でコンパクトなアセンブリを必要とする小さなプラットフォームには不適切なことがある。

米国特許第５４５３６５３号 米国特許第５６１６９８０号

一実施形態では、固定面を有するスキャンアンテナアセンブリにおいて実施可能な反射鏡アセンブリは、固定面に結合された支持アセンブリと、ほぼ平面の第１の反射鏡パネルであって、第１の反射鏡パネルの中心軸のまわりに第１の反射鏡パネルが回転できるように支持アセンブリに結合された第１の反射鏡パネルと、第１の反射鏡パネルに結合された並進アームを含むアクチュエータアセンブリとを備え、アームの並進運動の動作により、第１の反射鏡パネルがその中心軸のまわりに所定の角度範囲にわたって所定の周波数で前後に回転するようにできる。

本発明の好ましい実施形態および代替実施形態を以下の図面を参照して次に詳細に説明する。

本発明の一実施形態による反射鏡アセンブリの第１の斜視平面図である。 本発明の一実施形態による反射鏡アセンブリの第２の斜視平面図である。 本発明の一実施形態によるモータの斜視図である。 本発明の一実施形態によるアクチュエータアセンブリの斜視図である。 本発明の一実施形態によるアンテナアセンブリの第１の部分破断斜視図である。 本発明の一実施形態によるアンテナアセンブリの第２の部分破断斜視図である。 本発明の一実施形態によるアンテナアセンブリの第３の部分破断斜視図である。

一実施形態では、拡大縮小可能なリニアスキャンアンテナを含み、このリニアスキャンアンテナは、小型ビジネスジェット機を含む多くのプラットフォームのサイズ、重量、出力、および製造コストの制約条件を満たすための好ましい解決策になりうる。

本発明の一実施形態では、摩擦駆動圧電モータを使用して、小型の拡大縮小可能機械式スキャンアンテナのリニアスキャンプロファイルに対処する。最適位置に配置した摩擦駆動モータにより、スキャン機構を非常に小さくすることができ、その設計は、様々な開口寸法およびスキャン速度に対して拡大縮小可能である。圧電モータは非常に小さく、必要であれば複数のモータを使用して高いトルクを得ることもできる。閉ループシステムとして動作すると、アンテナビーム位置は、角度位置フィードバック光学エンコーダを用いて精密に制御される。ＰＩＤコントローラを使用すると、スキャンプロファイルは完全にプログラム可能になる。通常の正弦波プロファイルの代わりに、任意のプロファイルをプログラムして特定のシステム要件を満たすことができる。摩擦駆動機構は、荒い離陸および着陸の際の強い衝撃を吸収するとともに自己回復することができる。

以下でより詳細に説明するように、一実施形態によるアンテナは、フィードホーンと、主パラボラ反射鏡と、スキャンする小型軽量のサブ反射鏡とを含むことができる。このような設計では、パラボラ反射鏡の焦点に配置されたフィードホーンから水平偏波が放射し、反射され、垂直偏波になって、最小損失で主反射鏡を通過する。サブ反射鏡を回転させることによって、ビームは同じ方向に２倍の振幅で進行する。スキャンは、例えば小型摩擦駆動モータを使用してサブ反射鏡を直線的に動かすことによって実施することができる。

図１および図２を参照すると、本発明の一実施形態による反射鏡アセンブリ１００が示されている。反射鏡アセンブリ１００は支持アセンブリ１１０を含み、この支持アセンブリは、図示のように１対の取付けブラケット１１０ａ、１１０ｂを含むことができる。支持アセンブリ１１０は固定面パネル１２０に取り付けることができ、この固定面パネルは、以下でさらに詳細に説明するように、スキャンアンテナハウジングの一部分を形成することができる。ほぼ平面の反射鏡パネル１３０は、取付けブラケット１１０ａ、１１０ｂを貫通する反射鏡の中心軸のまわりに反射鏡パネルを回転させることができるようにして、支持アセンブリ１１０に取り付けられる。

アクチュエータアセンブリ１４０が反射鏡パネル１３０に結合される。図示の実施形態では、図３および図４でもさらに示されているように、アクチュエータアセンブリ１４０は第１の圧電モータ１５０ａおよび第２の圧電モータ１５０ｂを含み、これらの圧電モータは、ヒンジ１７０によってパネル１３０に結合されたアーム１６０を直線的に前後に動かす。アーム１６０のこのような並進運動は、反射鏡パネル１３０をその中心軸のまわりに所定の角度範囲（例えば、一実施形態では、全体で１５°の動きの場合に＋／−７．５°）にわたって所定の周波数（例えば１０Ｈｚ）で回転させるように前後に動作可能である。アクチュエータアセンブリ１４０はさらにエンコーダセンサ１８０を含み、このエンコーダセンサは、好ましくは、モータ１５０ａ、１５０ｂの両方と連絡し、パネル１３０の位置および動きを検知／制御するように取付けブラケット１１０ａ、１１０ｂの一方に取り付けられる。

アーム１６０は一般に、セラミック材料の細片などの摩擦面を有し、この摩擦面は、モータ１５０ａ、１５０ｂに対してアーム１６０を動かすようにモータ１５０ａ、１５０ｂから作用を受ける。エンコーダセンサ１８０は、ほぼ平面の反射鏡パネル１３０の、モータ１５０ａ、１５０ｂに対する角度位置を決定するために使用される。本発明の一実施形態によれば、エンコーダセンサ１８０は、高分解能の角度位置フィードバック光学エンコーダである。

図３に最もよく示されるように、モータ１５０ａ、１５０ｂは、アーム１６０の摩擦面と接触するように動作可能なフィンガ要素を含む。各フィンガ３００が摩擦面に作用してアーム１６０をモータ１５０ａ、１５０ｂに対して前後に直線的に動かすようにモータに付随する電極（図示せず）を選択的に励振することによって、アーム１６０がモータ１５０ａ、１５０ｂに対して動く。フィンガ３００の動きが小さいので、モータ１５０ａ、１５０ｂに対するアーム１６０の動きを非常に精密に制御することができる。本発明の実施形態に関連した用途に適する圧電リニアアクチュエータの付加的な説明については、１９９５年９月２６日発行の米国特許第５４５３６５３号、および１９９７年４月１日発行の米国特許第５６１６９８０号を参照されたい。同特許の開示全体を参照により本明細書に組み込む。本発明の一実施形態によれば、圧電セラミックモータ１５０ａ、１５０ｂは、Ｎａｎｏｍｏｔｉｏｎ，Ｉｎｃ．から入手可能な精密デュアルモード定在波モータである。

デュアルモード定在波モータの代替として、圧電リニアモータ１５０ａ、１５０ｂは直接駆動圧電モータを含むこともできる。必要な繰返し精度を実現できる他のモータ１５０ａ、１５０ｂには、それだけには限らないが、親ねじを使用したセラミック圧電モータが含まれる。

次に図５を参照すると、一実施形態によるスキャンアンテナ５２０のハウジング５００に結合され、その内部に配置された反射鏡アセンブリ１００が示されている。やはり図５に示されているように、パネル１３０は、電磁信号を送信および／または受信するように動作可能なフィードホーン５１０をスロット（図示せず）または他の適切な構造によって受け入れるように構成される。

図６を参照すると、送信される水平偏波レーダ信号波（矢印の組６１０で示される）が、パラボラ反射鏡６３０の焦点に配置されたフィードホーン５１０から放射し、パラボラ反射鏡６３０に当たって反射鏡パネル１３０の方にはね返り、パネル１３０で反射され垂直偏波と同様にねじられ、最後にパラボラ反射鏡６３０を通過して外に放射される。送信されたレーダ信号（今度は矢印の組６２０で示される）は、対象物に当たってはね返り、アンテナ５２０まで戻り、反射鏡パネル１３０に当たってはね返り、次にパラボラ反射鏡６３０に当たってはね返り、次いで受信器フィードホーン５１０上に集束する。

図７に示されたように、アンテナ５２０はさらに中央シート７１０を含み、このシートは、反射鏡パネル１３０とパラボラ反射鏡６３０の間の領域を上側チャンバと下側チャンバに分離する役割を果たし、それによって、フィードホーン５１０に付随する送信と受信のそれぞれのフィールドを分離する。したがって、パネル１３０は、パネル１３０の回転時にシート７１０を収容する１つまたは複数のスロット５３０を含むことができる。

本発明の好ましい実施形態を図示し説明してきたが、上記のように、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく多くの変更を加えることができる。したがって、本発明の範囲は、好ましい実施形態の開示によっては制限されない。そうではなく、本発明は、添付の特許請求の範囲を参照することによって完全に確定されるべきものである。

独占的な所有権または特権が主張される本発明の実施形態は、下記の通りに定義される。

１００ 反射鏡アセンブリ
１１０ 支持アセンブリ
１１０ａ 取付けブラケット
１１０ｂ 取付けブラケット
１２０ 固定面パネル
１３０ 反射鏡パネル
１４０ アクチュエータアセンブリ
１５０ａ 第１の圧電モータ
１５０ｂ 第２の圧電モータ
１６０ 並進アーム、アーム
１７０ ヒンジ
１８０ エンコーダセンサ
３００ フィンガ
５００ ハウジング
５１０ 受信器フィードホーン、送受信器フィードホーン
５２０ スキャンアンテナ、スキャンアンテナアセンブリ
５３０ スロット
６１０ 送信される水平偏波レーダ信号波
６２０ 送信されたレーダ信号
６３０ パラボラ反射鏡パネル
７１０ 中央シート

Claims (3)

1. 固定面（１２０）を有するスキャンアンテナアセンブリ（５２０）において実施可能な反射鏡アセンブリ（１００）であって、
   前記固定面（１２０）に結合された支持アセンブリ（１１０）と、
   ほぼ平面の第１の反射鏡パネル（１３０）であって、前記第１の反射鏡パネル（１３０）の中心軸のまわりに前記第１の反射鏡パネル（１３０）が回転できるように前記支持アセンブリ（１１０）に結合された第１の反射鏡パネル（１３０）と、
   前記第１の反射鏡パネル（１３０）に結合された並進アーム（１６０）を含むアクチュエータアセンブリ（１４０）とを備え、前記アーム（１６０）の並進運動の動作により、前記第１の反射鏡パネル（１３０）が前記中心軸のまわりに所定の角度範囲にわたって所定の周波数で前後に回転するようにできる、反射鏡アセンブリ（１００）。
2. 請求項１に記載の反射鏡アセンブリ（１００）において、前記並進アーム（１６０）が圧電駆動される反射鏡アセンブリ（１００）。
3. 焦点領域を有するパラボラ反射鏡パネル（６３０）を含むハウジング（５００）と、
   前記焦点領域内に配置された送受信器フィードホーン（５１０）と、
   前記ハウジング（５００）に結合された支持アセンブリ（１００）と、
   ほぼ平面の反射鏡パネル（１３０）であって、前記平面の反射鏡パネル（１３０）の中心軸のまわりに前記平面の反射鏡パネル（１３０）が回転できるように前記支持アセンブリ（１１０）に結合された平面の反射鏡パネル（１３０）と、
   前記平面の反射鏡パネル（１３０）に結合された並進アーム（１６０）を含むアクチュエータアセンブリ（１４０）とを備えるスキャンアンテナ（５２０）であって、前記アーム（１６０）の並進運動の動作により、前記平面の反射鏡パネル（１３０）が前記中心軸のまわりに所定の角度範囲にわたって所定の周波数で前後に回転するようにできる、スキャンアンテナ（５２０）。

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