JP2013509066A - 稀薄分布のエレメントアレイを有するアンテナ - Google Patents
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Abstract
【選択図】図8
Description
合成開口の基本的アプローチは、以前に測定されたデータに基づいて“事後的な”解像度を向上させる能力を持って、ターゲットからデータを収集する最も効率的な方法であるため、重要な問題は以下の通りである。
どの程度少ないアンテナエレメントで、全ての形状のSARを達成することができるか。
どのようなタイプのアンテナエレメントが最も適しているか。
これらのアンテナを何処に設置するか。
この問題に対して、フィボナッチシリーズによって与えられたソルーションがある。その欠点は、通常のスティックとは反対に、測定可能な最大距離がスティックの長さによって与えられ、且つ、フィボナッチスティックは通常のスティックよりも長い、と言うことである。
4分の1波長の規則的間隔で配置された例えば400のアンテナエレメントを有する伝統的なレーダーシステムを設定することによって、図2に示すような、10000波長の距離におけるアンテナ応答パターンが、結果として得られる。この図は、10000波長距離に配置されたターゲット上で、アンテナあたりの信号強度を示している。
これは、フィボナッチシリーズのシリーズエレメントが軸上にマークされている、2次元平面を仮定することによって、得られる。これは、一次元ケースに対応する。ところで、全ての点は、xおよびy座標の両者の値がフィボナッチシリーズのシリーズエレメントである。これは、所定の領域が、最も大きなフィボナッチ数の積で適合された、構造を生じる。このようなアレイ構造は、幾らかの分散を受ける:座標軸に平行でない直線に沿って、すぐ傍のアンテナ位置の距離は一般に、座標軸上の場合よりも一般に大きい。アンテナエレメントを座標軸に沿って最大の距離に配置することによって、より波なれて追加された全ての距離に沿って、格子ローブが存在する。フィボナッチ格子は、アンテナエレメント間の間隔が半波長の0.707(2の平方根)に選択された場合、非常に良いソリューションである。従って、最も希薄に装着された方向(45度)であっても、格子ローブを示さない。
図9は、異なるサイズの正方形を追加することによって生成された、連続するパターンに関する、誘導図を示している。図10は、正方形のコーナーにおけるアンテナエレメント位置を示す、類似の連続図を示し、この場合、各正方形がエレメントグループの一例を形成する。両ケースにおいて、正方形の中心を結ぶラインはらせん軌道をたどる。フィボナッチ1Dアレイの場合のように、誘導は、フィボナッチシリーズの第1エレメント(即ち、1)から開始される。さて、エレメントグループは、正方形タイルの開始点において、単位辺長を伴う正方形に配置される。次のステップとして、エレメントの第2のグループが、フィボナッチシリーズの第2の数(再度、1)に対応する間隔で配置される。このことは、この単位辺長を有する正方形を第1の正方形の傍らに配置することを意味する。2×1のサイズの長方形が形成される。次に、第3のシリーズエレメントによって与えられた辺長を有する正方形が、長方形の長辺に沿って配置される。この長辺は以前の2個のフィボナッチエレメントの追加された長さからなっているので、追加すべきエレメントは、この場所に常に適合する。このアレイは常に長方形である(n番目のステップに対して、FnおよびFn-1の辺長を有する)。
図12は、ローカル発振器100によって供給される送信器ドライバ85によって駆動される、送信アンテナ80を有するレーダーシステムの一例を示す。送信によってオブジェクト(物体)70を照射し、受信アンテナ90によってその反射を受信する。この受信信号は、受信器回路95に供給され、次に、復調器110に供給される。これによって、送信器に対して使用された発振器に関係する、或いは独立した、ローカル発振器信号の利用が可能となる。これらの部分85および95は、一般的な回路を使用して、位相および振幅を扱い、そして、これらの部品を変調しまたは復調するために処理し、使用された特定のアンテナエレメント間隔に適合させる。
a):上記で述べたように、所定の到来方向下で投影された場合、全ての2Dアレイは1Dアレイとして見えるため、1Dアレイに言及することは一般性の喪失に関係しない。
b):方向ベクトルを解くことを可能とする全ての必要な位相差測定を我々は得ているので、1Dアレイのベースラインを含む面に位置するターゲット方向を抽出するためのツールとして、1Dアレイは役立つ。到来ベクトルの方向に対して1Dアレイベース正方形サイズの投影が半波長よりも小さい場合、且つ、その時に限り、このソリューションは一意的である。
c):その結果、ターゲット方向の抽出が3Dにおける任意の方向に対して要求される場合、2Dアレイは単に1Dアレイの延長であり、その結果、到来ベクトルの方向に対して1Dアレイベース正方形サイズの投影が半波長よりも小さい場合、且つ、その時に限り、このソリューションは一意的である。
1:周期的アレイに比べて顕著な結果を与えることを確実にするために、2Dアレイは少なくとも7個のアンテナまたはアンテナグループを有するべきであるが、その一方で、1Dアレイは少なくとも4アンテナまたはアンテナグループを有することができる。
2:所定の周波数(従って波長)に対して、シード正方形(2Dアレイ)[シードライン(1Dアレイ)]のベース長が半波長よりも小さい場合にのみ、方向検索は一意のソリューションを与える。これは、アレイにおいて格子ローブを回避するための既知の規則である。
Claims (14)
- エレメントの1次元または多次元アレイ(20、40)を有するアンテナ(80、90)において、
アレイの少なくとも1部分において連続するエレメントまたはエレメントグループ間の間隔が非周期的であり、且つ、単位間隔の倍数列に対応し、ここで、少なくとも5個の連続するエレメントまたはエレメントグループの倍数がフィボナッチ数列に従う、アンテナ。 - 請求項1に記載のアンテナにおいて、少なくとも幾つかのエレメントは、サブミリメートルの波長においてビーム形成能力を有する、アンテナ。
- 請求項1または2に記載のアンテナにおいて、少なくとも幾つかのエレメントは単位間隔よりも大きな寸法を有する、アンテナ。
- 請求項1乃至3の何れか1項に記載のアンテナにおいて、2個の主軸を有する2次元アレイを有し、且つ、前記数列に対応する間隔が前記主軸の少なくとも1個に沿って発生する、アンテナ。
- 請求項4に記載のアンテナにおいて、前記数列に対応する間隔が、前記主軸の両方に沿って起こる、アンテナ。
- 請求項1乃至5の何れか1項に記載のアンテナにおいて、前記単位間隔は(1/√2)×2分の1波長となるように選択される、アンテナ。
- 請求項1乃至3の何れか1項に記載のアンテナにおいて、2次元アレイを有し、且つ、前記数列に対応する間隔は、らせんを形成するラインに沿って発生する、アンテナ。
- 請求項7に記載のアンテナにおいて、2次元のフィボナッチ正方形タイルとして配置されている、アンテナ。
- 請求項1乃至3の何れか1項に記載のアンテナにおいて、1次元アレイを有し、且つ、数列に対応する間隔は前記アレイに沿って発生する、アンテナ。
- 請求項1乃至9の何れか1項に記載のアンテナにおいて、サブミリメートル波長信号の使用に適するように構成されている、アンテナ。
- 請求項10に記載のアンテナにおいて、200mmから800mmの範囲内の開口を有するように構成された、アンテナ。
- 請求項1乃至11の何れか1項に記載のアンテナを送信アンテナまたは受信アンテナとして有する、サブミリ波レーダーシステム(20)。
- 請求項12に記載のレーダーシステムを有する、車両(30)。
- アンテナを製造するための方法において、前記方法は、
所望の波長に従って単位間隔を決定することにより、且つ、少なくともアレイの一部における連続するエレメントまたはエレメントグループ間の間隔を非周期的で且つ単位間隔の倍数の数列に対応するように決定することによって、エレメントの1次元または多次元アレイを形成するために、アンテナのエレメント(10)の間隔を決定する準備段階を備え、少なくとも5個の前記連続するエレメントまたはエレメントグループの前記倍数は、フィボナッチ数列に従う、方法。
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