JP2015506600A - 基本アンテナおよび対応する一次元または二次元のアレイアンテナ - Google Patents

Abstract

本願発明は、アレイアンテナの放射要素を形成する基本アンテナ（２）であって、互いに垂直に隣接して、平面反射体（４）と、プローブ（６）と、空洞（１６）の形態で欠陥を有するＥＢＧ式の組立体（８）に関する。基本アンテナ（２）は、基本アンテナ（２）の１つまたは複数の動作周波数で電磁波を反射することができる壁包囲体（１０）を備え、前記壁包囲体（１０）は、直角な方向における平面反射体（４）の延在体であって、プローブ（６）、空洞（１６）、および構造体（１４）のみを同時に包囲している。一次元または二次元のアレイアンテナは、コンパクトに配置された複数の連結された基本アンテナ（２）を備える。

Description

本発明は、１つまたは複数のＧＨｚの近傍の周波数で有意な指向性レベルに達することができる放射要素としての送信アンテナまたは受信アンテナの分野に関する。

本発明は、表面に位置付けられた本発明による複数個の基本アンテナを備えて、恒久的または再構成可能なビーム形成を伴う一次元または二次元のアレイアンテナにも関する。

電磁バンド材料の原理で設計された構造を各々が備え、被照射面において円板に近い位置を形成できる放射図を各々が有するＥＢＧ（電磁バンドギャップ）式の基本アンテナが、より複雑なアンテナの放射要素として従来から用いられている。

特許文献１には、この形式の基本アンテナの実施形態がいくつか記載されている。この出願によれば、ＥＢＧ式の基本アンテナは、電気を電磁エネルギーに変換できると共に電磁エネルギーを電気に変換できるプローブと、誘電率および／または透磁率および／または導電率によって異なる少なくとも２つの材料から作られ、内部にプローブが位置付けられた要素の組立体とを従来から備えている。この組立体は、電磁バンドギャップ（ＥＢＧ）材料の原理に基づいて設計された構造を従来から含んでいる。この構造とすることで、基本アンテナの放射と、基本アンテナによって生成または受信される電磁波の空間および周波数のフィルタリングとを確実にすることによって、基本アンテナの指向性を向上させることができる。

しかしながら、基本アンテナが集合されてアレイアンテナで並置されるとき、ＥＢＧ式の基本アンテナは大きな結合を受ける。この強い結合は、隣り合うプローブによって放出される各プローブのエネルギーによる捕捉および制御不能な再分配のため、有害で破壊的な相互作用を基本アンテナ同士の間に作り出す。これは、対応するアレイアンテナの概して無秩序で全く指向性のない放射図をもたらすことになる。さらに、各供給源によって生成される基本放射面は、互いと重ね合わされ、敏捷性において全く許容不可能な非一定の面を形成する。

国際公開第０１／３７３７３号パンフレット

本発明は、同じ形式の隣接するアンテナとの結合が改善されたあらかじめ決められた形状の放射面を生成できる高い指向性のＥＢＧ式の基本アンテナ、つまり、同一の構造を有する周囲の基本アンテナをほとんど混乱させず、かつ、同一の構造を有する周囲の基本アンテナによってほとんど混乱されない基本アンテナであって、その生成された放射面が完全に制限されることで、互いと放射面が重なるのを回避する基本アンテナを提案することを目的とする。

そのため、本発明は、以下のものを備えるアレイアンテナの要素を形成するように設計された基本アンテナに関する。
− 電気を電磁エネルギーに変換できると共に電磁エネルギーを電気に変換できるプローブ。
− プローブを支える平面電磁波反射体。
− 誘電率および／または透磁率および／または導電率によって異なる少なくとも２つの材料から作られた要素の組立体。
また、この組立体は、以下のものを備える。
− 電磁バンドギャップ材料の原理に基づいて構成され、平面電磁波反射体に直角な方向に周期性を有する構造体。
− 平面反射体および構造体と接する空洞。
プローブは、空洞と接する平面電磁波反射体の平面、または、平面電磁波反射体と接する空洞に入っており、空洞は、欠陥を有する電磁バンドギャップ材料の挙動を組立体に与える構造体の周期性の欠陥を構成し、電磁バンドギャップ材料の欠陥では、前記組立体で要素を位置付けることが、プローブによって生成または受信される電磁波の放射と空間および周波数のフィルタリングとを確実にし、前記フィルタリングは、具体的には、周波数バンドギャップ内で基本アンテナの１つまたは複数の動作周波数を可能にする。
前記基本アンテナは、１つまたは複数の動作周波数で電磁波を反射することができる壁包囲体を備え、前記壁包囲体は、平面電磁波反射体に直角な方向への延在体であって、プローブ、空洞、および構造体のみを同時に包囲しており、あらかじめ決められる形状であって壁包囲体によって与えられる形状で基本放射面を生成することを可能にすることを特徴とする。

装置の上面において、この壁包囲体は、その輪郭によってあらかじめ定められた形状の放射面を作り出す一方で、壁包囲体のない従来のＥＢＧ基本アンテナは、放射面に物理的な開口より大きい円形形状を作り出す。

単独または組み合わせて考慮できる他の特徴によれば、
− 壁包囲体は、内側輪郭が円形に適合され、内側輪郭に含まれる表面積に対する円形に含まれる表面積の比が１と５の間にある横断断面を有する。
− 壁包囲体は、その外側輪郭が、好ましくは三辺または四辺を有する正多角形である横断断面を有する。
− 壁包囲体は、外側輪郭が第１の正多角形であり、内側輪郭が第２の正多角形であって、第２の正多角形が第１の正多角形と相似であって、第１の正多角形と第２の正多角形とは、同心であって、好ましくは三辺または四辺を有する横断断面を有する。
− プローブは、ストリップアンテナ、ダイポール、円偏波アンテナ、スロット、および同一平面ワイヤプレートアンテナからなる集合に含まれる。
− プローブはストリップアンテナであり、壁包囲体は、平面電磁波反射体に直角な軸線に沿った高さを有する菱形と、その同じ軸線に対する正方形の横断断面とを画定する４つの金属壁を備え、正方形の一辺の高さおよび長さは、それぞれ、基本アンテナの動作周波数と関連する波長の半分および波長と実質的に一度に等しい。

本発明は、前述のように定められた複数個の連結された基本アンテナであって、互いに対して配置されて単一品で１つまたは複数の平面支持表面をコンパクトに覆うことで、いくつかの放射ローブを受け持つピクセルに分解された放射面を生成する基本アンテナを備える一次元または二次元のアレイアンテナにも関する。そのため、放射面が生成され、その放射面では、当業者には既知であるように、電磁場が、放射開口の放射の等価の原理において所望の放射を受け持つ。

単独または組み合わせて考慮できる他の特徴によれば、
− 複数個を成す基本アンテナの総数が、多数の横列Ｎと多数の縦列Ｍとの乗算値に等しく、基本アンテナは、矩形の平面支持表面をコンパクトに覆うために互いに対して配置されて、Ｎ横列とＭ縦列とのＮ．Ｍ基本アンテナの矩形行列を形成し、任意の２つの隣接する基本アンテナの横切る壁包囲体同士は接している。
− 一次元または二次元のアレイアンテナは、以下のものをさらに備える、
− 電力分配手段。
− 振幅および位相における複数個の基本アンテナのための供給手段であって、前記供給手段の入力部において電力分配手段に接続され、前記供給手段の出力部において、各々の基本アンテナに選択的に電力を供給または遮断するように制御できるスイッチによって前記複数個の基本アンテナに接続される供給手段。
− 電力供給手段は位相ずらし手段および／または増幅手段を備える。

本発明は、単に例として提供されると共に、添付の図面を参照しつつ行われる以下の説明を読むことによって、よりよく理解されるだろう。

本発明による基本アンテナの単一の例の実施形態の三次元図である。 最先端の技術の基本アンテナと図１の基本アンテナとのそれぞれに対する、周波数の関数としてのゲインの変化曲線の軌跡である。 図１に表した基本アンテナを備える、本発明によるアレイアンテナの部分的な三次元図である。 本発明による、図３のアレイアンテナのより完全な全体図である。 図３および図４のアレイアンテナの上面図である。 最先端の技術の従来のアレイアンテナの上面図である。 最先端の技術のアレイアンテナと図３および図４のアレイアンテナとのそれぞれに対する、周波数の関数としてのゲインの変化曲線の軌跡である。 図３および図４のアレイアンテナの放射図である。 最先端の技術のアレイアンテナの放射図である。 図３のアレイアンテナと最先端の技術のアレイアンテナとのそれぞれに対する、周波数の関数としての２つの隣接する基本アンテナの間の結合の変化曲線の軌跡である。 本発明による図１に表した基本アンテナを備える、本発明による一次元のアレイアンテナの部分的な三次元図である。 最先端の技術の従来の基本アンテナによって生成された放射面の図である。 本発明による基本アンテナによって生成された放射面の図である。 基本アンテナのすべてが電力供給されている、本発明によるアレイアンテナの図表示である。 図１２Ａによって構成されたアレイアンテナによって合成された対応する放射面の図である。 基本アンテナの一縦列のみが電力供給されている、本発明によるアレイアンテナの図表示である。 図１３Ａによって構成されたアレイアンテナによって合成された対応する放射面の図である。 本発明によるアレイアンテナの動作原理の図表示である。 ピクセルに分解された放射面の組み合わせによって所望の放射面を生成するように構成された、本発明によるアレイアンテナの図表示である。 ３つの特異な平面支持表面を覆う、本発明による複数個の基本アンテナを備える、本発明による二次元のアレイアンテナの図表示である。

図１によれば、アレイアンテナの放射要素を形成するように設計された基本アンテナ２が、平面電磁波反射体４と、電気を電磁エネルギーに変換できると共に電磁エネルギーを電気に変換できるプローブ６と、誘電率および／または透磁率および／または導電率によって異なる少なくとも２つの材料から作られた要素の組立体８と、基本アンテナ２の１つまたは複数の動作周波数で電磁波を反射することができる壁包囲体１０と、を備えている。

平面反射体４は、プローブ６を支える金属平面である。

プローブ６は、正方形の金属板１１と、金属板１１がプリントされてその金属板１１を平面反射体４から分離する正方形の誘電体基板１２と、を備えるアンテナパッチである。

金属板１１の一辺の長さは、基本アンテナ２のあらかじめ決められた動作周波数と関連する波長λ_０の半分に等しく、一方、誘電体基板１２の一辺の長さは、Ｌで示され、基本アンテナ２の動作周波数と関連する波長λ_０に実質的に等しい。

組立体８は、いわゆる電磁バンドギャップ（ＥＢＧ）材料の原理において構成され、平面反射体４に直角な方向に周期性を有する構造体１４と、ここでは空気または真空によって形成され、構造体１４をプローブ６から分離する空洞１６と、を備えている。

構造体１４は、例えばそれぞれアルミナおよび空気といった、その誘電率および／または透磁率および／または導電率によって異なる２つの材料から作られた交互の平面層を含んでいる。

構造体１４は、同じ寸法のＥＢＧ材料の２つの帯状体１８、２０を備え、それら帯状体１８、２０は、反射平面４のｈによって示される高さの空気空洞１６を介してプローブ６の反対側に配置される平面的な十字形を形成している。各々の帯状体は、誘電体基板１２の一辺の長さＬに等しい長さと、金属板１１の一辺の長さより短い幅と、を有している。

高さｈは、ここでは、基本アンテナ２の動作周波数と関連する波長の半分、つまり、λ_０／２に実質的に等しい。

ここで、構造体１４の厚さに対する高さｈの比は５を超えている。

壁包囲体１０は、プローブ６、空洞１６、ならびに、２つの帯状体１８および２０を備えている構造体１４を同時に包囲する４つの金属壁２１を備えている。４つの金属壁２１は、一方で、平面反射体２に直角な軸線Ｚに沿う高さｈの垂直な延在体を有する菱形を画定しており、他方で、その同じ軸線Ｚに対する正方形の横断断面を画定している。ＸＹ平面において拡がる横断断面を形成する正方形の辺は、誘電体基板１２を形成する正方形の辺と同じ長さＬを有している。

空洞１６は、構造体１４の周期性において欠陥を構成しており、そのため、組立体８における要素の配置が、プローブ６によって生成または受信される電磁波の放射と空間および周波数のフィルタリングとを確実にする欠陥を有するＥＢＧ材料の挙動を、前記組立体８に与える。

フィルタリングは、具体的には、周波数バンドギャップ内で基本アンテナ２の１つまたは複数の動作周波数を可能にする。

したがって、組立体８は、バンドギャップ内でのいくつかの周波数伝搬モードを、１つまたは複数の認可された空間方向において、基本アンテナ２に認可させることができ、空間フィルタリング自体は、組立体８によって含まれる材料の周波数および特質に依存する。

壁包囲体１０の存在は、並置されて共有された金属壁２１によって互いと接している２つの基本アンテナ２のプローブ６同士の間の結合を、著しく低下させることができる。

このような並置された基本アンテナ２を放射要素として組み込むアレイアンテナでは、互いを混乱させないより少ない数の基本アンテナ２が、ＥＢＧアンテナを反射壁包囲体なしで用いるアレイアンテナと同じ指向性を達成するために必要とされることになる。

さらに、壁包囲体１０は、基本アンテナ２に、場への適切な形状および分配で放射スポットを生成させることができる。

組立体８を作り出す材料は、好ましくは損失の少ない材料であり、例えば、プラスチック、セラミック、フェライト、または金属である。

概して、空洞１６は次のものであり得る。
− 使用される材料に特有の誘電性および／または磁性および／または導電率の局所的な変更。
− １つまたは複数の材料の寸法の局所的な変更。

概して、基本アンテナは、電気を電磁エネルギーに変換できると共に電磁エネルギーを電気に変換できるプローブと、プローブを支える平面電磁波反射体と、誘電率および／または透磁率および／または導電率によって異なる少なくとも２つの材料から作られた要素の組立体と、を備えている。

組立体は、電磁バンドギャップ材料の原理を用いて構成され、平面反射体に直角な方向に周期性を有する構造体と、平面反射体および構造体と接している空洞と、を備えている。

プローブは、空洞と接する反射体の平面、または、平面反射体と接する空洞に入っており、空洞は、欠陥を有するＥＢＧ材料の挙動を組立体に与える構造体の周期性の欠陥を構成し、ＥＢＧ材料の欠陥では、前記組立体で要素を位置付けることが、プローブによって生成または受信される電磁波の放射と空間および周波数のフィルタリングとを確実にし、そのフィルタリングは、具体的には、周波数バンドギャップ内で基本アンテナの１つまたは複数の動作周波数を認可する。

基本アンテナは、１つまたは複数の動作周波数で電磁波を反射することができる壁包囲体を備え、その壁包囲体は、平面反射体に直角な方向への延在体であって、プローブ、空洞、および構造体のみを同時に包囲しており、壁包囲体によって与えられるあらかじめ決められる形状で基本放射面を生成することを可能にする。

概して、基本アンテナのプローブは、ストリップまたは平面アンテナ、ダイポール、円偏波アンテナ、スロット、および同一平面ワイヤプレートアンテナからなる集合に含まれる。

概して、プローブは、空洞と接する反射体の平面、または、平面反射体と接する空洞に入っている。

概して、壁包囲体は、内側輪郭が円形に適合し、内側輪郭に含まれる表面の面積に対する円形に含まれる表面積の比が１と５の間にある横断断面を有する。

好ましくは、壁包囲体は、外側輪郭が、好ましくは三辺または四辺を有する正多角形である横断断面を有する。

好ましくは、壁包囲体は、外側輪郭が第１の正多角形であり、内側輪郭が第２の正多角形であって、第２の正多角形が第１の正多角形と相似であって、第１の正多角形と第２の正多角形とは、同心であって、好ましくは三辺または四辺を有する横断断面を有する。

図２では、曲線２２、２４が、それぞれ、従来のパッチ式アンテナと図１の基本アンテナとに対する、周波数の関数としてのゲインの変化を示している。

ゲインは指向性に比例しており、曲線２２および２４は、基本アンテナ２の指向性が、比較可能な次元についての従来のパッチアンテナの指向性に対して大幅に改善されていることを、明確に示している。

実際、曲線２２に沿って、最先端の技術の基本パッチアンテナは８ｄＢｉの最大ゲインであり、一方、本発明による基本アンテナ２は、曲線２４において１１．５ｄＢｉの最大ゲインである。

そのため、本発明による基本アンテナ２は、ゲインおよび指向性の観点において、最先端の技術の従来のパッチアンテナよりも著しく高い性能レベルを有している。

図３では、二次元のアレイアンテナ２６は、図１のものと同一の複数個２７の基本アンテナ２から作られており、平面表面に配置されている。

この具体的な実施形態では、二次元のアレイアンテナ２６は、５つの横列および５つの縦列、すなわち、総数が２５個となる基本アンテナ２を備えている。

そのため、複数個２７の基本アンテナ２は、ここでは、平面反射体４と、板状または帯状のプローブ６と、空洞１６を有するＥＢＧ組立体８と、プローブ６および組立体８の両方を包囲する４つの金属壁２１から作られた壁包囲体１０と、を各々が備える、欠陥のあるＥＢＧアンテナである。

二次元のアレイアンテナ２６の実施形態が図３で説明することに関して限定することはなく、二次元のアレイアンテナ２６の他の実施形態が、基本アンテナ２の代替の観点において、または、放射要素の数およびその配列の観点において、検討することができる。

概して、二次元のアレイアンテナ２６を作り上げる複数個２７の基本アンテナ２は、互いに対して配置されて単一品で１つまたは複数の平面支持表面をコンパクトに覆うことで、いくつかの放射ローブを受け持つピクセルに分解された放射面を生成する。

具体的には、二次元のアレイアンテナ２６を構成する基本アンテナ２の総数が、多数の横列Ｎと多数の縦列Ｍとの乗算値に等しい。二次元のアレイアンテナ２６では、基本アンテナ２は、矩形の平面支持表面をコンパクトに覆うために互いに対して配置されて、Ｎ横列とＭ縦列とのＮ．Ｍ基本アンテナの矩形行列を形成し、その行列では、任意の２つの隣接する基本アンテナ２の横切る壁包囲体１０同士は接している。

図４では、二次元のアレイアンテナ２６は、符号２８によって包括的に示された電力分配手段と、符号３０によって包括的に示された、複数個２７の基本アンテナ２に電力を供給するための手段と、を備えている。

概して、電力供給手段３０は、それらの入力部において電力分配手段２８に接続され、それらの出力部において、各々の基本アンテナ２に選択的に電力を供給または遮断するために制御可能スイッチ３１によって複数個の基本アンテナ２に接続されている。

各々の制御可能スイッチ３１は、異なる一意の基本アンテナ２に接続されている。したがって、図３および図４に示す実施形態において、二次元のアレイアンテナ２６は、平面の基本アンテナ表面２の上流に、２５個の制御可能スイッチ３１を、２５個の基本アンテナ２に接続された状態で備えている。

二次元のアレイアンテナ２６は、図５において符号３２によって包括的に示された、制御可能スイッチ３１のための制御手段も備えている。

したがって、基本アンテナ２への選択的で制御可能な電力供給によって、形成された主ローブを伴う放射図を有する恒久的または再構成可能なビーム形成を有する敏捷な二次元のアレイアンテナ２６を得ることができる。

基本アンテナの無線性能のおかげで可能とされた簡単なスイッチの使用は、アレイアンテナの構成のための制御およびプログラム手段の複雑さを低減させる。

代替で、電力供給手段３０は位相ずらし手段および／または増幅手段をも備える。

これらの位相ずらし手段および／または増幅手段は、最適な位相および振幅の分配を有する二次元のアレイアンテナ２６を得ることを可能とする。

さらに、これらの位相ずらし手段および／または振幅手段は、放射図の質の改善を可能とし、放射図では、副ローブがより減少されると共に、主ローブがより洗練される。

したがって、本発明による二次元のアレイアンテナは、再構成可能であるという利点と、限定された数の要素を有するという利点とを有し、そのため、既存のアレイアンテナに対してより単純な構造を有する。

図５Ａおよび図５Ｂは、それぞれ、本発明による二次元のアレイアンテナ２６の上面図、および、各々に壁包囲体のない基本アンテナを備える最先端の技術による二次元のアレイアンテナの上面図を示す。

これらの二次元のアレイアンテナでは、中心線に据えられた基本アンテナ２だけが電力供給される。図５Ａおよび図５Ｂでは、これらの電力供給された基本アンテナは「オン」と付記されて示されている。

図６では、曲線３４および３６が、それぞれ、図５Ａおよび図５Ｂで示す二次元のアレイアンテナのゲインの変化を、周波数の関数として示している。

曲線３４は、壁包囲体１０を有する基本アンテナ２から作られた、図５Ａで示した本発明による二次元のアレイアンテナ２６のゲインを示しており、曲線３６は、壁包囲体のない最先端の技術の基本アンテナから作られた、図５Ｂで示した二次元のアレイアンテナのゲインを示している。

ゲインは指向性に比例しており、これらの曲線は、指向性が最先端の技術の二次元のアレイアンテナに対して本発明による二次元のアレイアンテナ２６において顕著に改善されていることをはっきりと示している。実際、曲線３６では、最先端の技術の二次元のアレイアンテナは１７ｄＢｉの最大ゲインであり、一方、曲線３４によれば、本発明による二次元のアレイアンテナ２６は１８．８ｄＢｉの最大ゲインを達成している。

図７Ａおよび図７Ｂは、それぞれ、本発明による二次元のアレイアンテナ２６の放射図と、最先端の技術の二次元のアレイアンテナの放射図と、を示している。図７Ｂは、最先端の技術の二次元のアレイアンテナの放射図は、混乱され、複数の副ローブを有していることを示している。反対に、本発明による二次元のアレイアンテナ２６の放射図は、図７Ａに示されており、副ローブがより減少された強い指向性を有している。

したがって、壁包囲体１０の存在が、二次元のアレイアンテナ２６の指向性を改善することを可能にしている。

図８では、曲線３８および４０が、それぞれ、同じ形式で並置された２つの基本アンテナの間での結合の変化を、周波数の関数として示している。

曲線３８は、最先端の技術の二次元のアレイアンテナの隣接する２つの基本アンテナの間の結合を示しており、曲線４０は、本発明による二次元のアレイアンテナ２６の隣接する２つの基本アンテナ２の間の結合を示している。

この図８は、壁包囲体１０の挿入が、隣接する基本アンテナ同士の間の結合を実質的に低減することを示している。実際、曲線３８に沿って、結合は、最先端の技術の二次元のアレイアンテナに関しては−８ｄＢに実質的に等しい最大値に達する一方、曲線４０では、本発明による二次元のアレイアンテナ２６は、−２０ｄＢに実質的に等しい最大値を見込んでいる。

したがって、本発明によるＥＢＧ式の基本アンテナは、適切な形状および分配の放射スポットを場に生成することを可能にし、強い指向性と、同じ種類の隣接するアンテナとの改善された結合とを有していることが理解されよう。実際、本発明による基本アンテナは、基本アンテナを包囲することによって、混乱させることも、混乱させられることも、ほとんどない。

その結果、本発明による二次元のアレイアンテナでは、反射壁包囲体のないＥＢＧ基本アンテナを用いるアレイアンテナと同じ程度の指向性に達するために必要とされる基本アンテナの数がより少ない。したがって、本発明による基本アンテナの組立体および並置から生じる本発明による二次元のアレイアンテナは、最先端の技術の二次元のアレイアンテナに対して限られた数の要素を備え、既存の二次元のアレイアンテナより単純な構造を有しているため、より安価な構造を有している。

代替的には、図９に示すように、本発明によるアレイアンテナは一次元であり、つまり、アレイアンテナは、例えば、単一の方向で並べられた複数の基本アンテナを備えている。

さらに、本発明によるアレイアンテナを形成する基本アンテナは、有利に連結できる。

図１０および図１１は、それぞれ、最先端の技術の従来の基本アンテナによって生成された放射面と、本発明による基本アンテナによって生成された放射面と、を示している。これら図１０および図１１は、基本アンテナの表面で、壁包囲体が、壁包囲体を備えていないことにより、円形であってあらかじめ定められていない形状の放射面を生成する従来の基本アンテナに反して、その輪郭によってあらかじめ定められた正方形の放射面を作り出すことを示している。

したがって、これら図１０および図１１は、本発明による基本アンテナが、あらかじめ定められた形状であって、壁包囲体によって与えられる制限された形状の放射面を生成でき、それによって、基本アンテナが並置されたときに放射面が重なるのを回避できることを示している。

図１２Ａおよび図１２Ｂは、それぞれ、基本アンテナのすべてが電力供給されている本発明によるアレイアンテナと、対応する合成された放射面とを示している。

図１３Ａおよび図１３Ｂは、それぞれ、基本アンテナの１つの縦列だけが電力供給されている本発明によるアレイアンテナと、対応する合成された放射面とを示している。

したがって、本発明によるアレイアンテナは、再構成可能であること、つまり、放射面を作り出す基本アンテナの選択的な電力供給を通じての放射面の形成において敏捷性を有することを可能にし、そのため、各々の基本アンテナによって生成される基本表面を組み合わせることで、すべての種類のピクセルに分解された放射面を生成することを可能にしていることが、これらの図でわかる。

本発明において用いられている名称「アレイアンテナ」は、給電ネットワークに接続された複数の供給源によって電力供給されるアンテナに相当し、そのアンテナを従来から定めており、アンテナアレイに相当しないことに注意すべきである。本発明による「ピクセルに分解された放射開口」のあるアレイアンテナの動作原理は、任意所望の形状で放射面を生成することから成る。放射開口の理論を通じて、この放射面は、単純な空間フーリエ変換によって、または、反射体を用いる二重の空間フーリエ変換を通じてのいずれかで、地上において所与の受信範囲を確実にすることを可能にする放射図を作り出す。この動作は、図１４に示されている。

この放射面を形成するために、二重の空間フーリエ変換は、第１段階ではピクセルに分解された見方のものであり、第２段階では、いくつかの基本アンテナから作られたアレイアンテナは、放射面のピクセルに対応する各々の基本アンテナが、図１５に示すような放射面の一部を生成するように命令される。したがって、放射面の優れた近似が、ピクセルに対応する各々の基本アンテナによって生成される基本表面の組み合わせによって行われる。

最後に、放射面の形成のための敏捷性を有するために、および、そのすべての出力を生成するために、基本アンテナ（ピクセル）から作られたアレイアンテナを有することは、非常に有利であり、基本アンテナ（ピクセル）のオン状態（電力供給）またはオフ状態（５０オーム超が負わされる）が、所望の放射面の優れた近似を有することを可能にする。アンテナの構成は図１５に示されている。

代替で、アレイアンテナは、単一品で、異なる配向のいくつかの特異な平面支持表面を備え、それら平面支持表面の各々には、関連する一式の基本アンテナが配置され、それによって、異なる配向のいくつかの放射ローブを受け持つ異なるピクセルに分解された放射面を生成する。

図１６に示す例では、アレイアンテナ４２は、単一品で３つの平面支持表面４４、４６、４８をコンパクトに覆うために、互いに対して配置された複数の基本アンテナを備えている。図１６に示した例では、３つの平面支持表面４４、４６、４８は、異なる法線方向を各々定めている。

２ 基本アンテナ
４ 平面電磁波反射体
６ プローブ
８ 組立体
１０ 壁包囲体
１１ 金属板
１２ 誘電体基板
１４ 構造体
１６ 空洞
１８ 帯状体
２０ 帯状体
２１ 金属壁
２２ 曲線
２４ 曲線
２６ アレイアンテナ
２７ 複数個
２８ 電力分配手段
３０ 電力供給手段
３１ スイッチ
３２ 制御手段
３４ 曲線
３６ 曲線
３８ 曲線
４０ 曲線
４２ アレイアンテナ
４４ 平面支持表面
４６ 平面支持表面
４８ 平面支持表面

Claims (10)

1. アレイアンテナの放射要素を形成するように設計された基本アンテナ（２）であって、
   電気を電磁エネルギーに変換すると共に電磁エネルギーを電気に変換するプローブ（６）と、
   前記プローブ（６）を支える平面電磁波反射体（４）と、
   誘電率および／または透磁率および／または導電率によって異なる少なくとも２つの材料から作られた要素の組立体（８）と
   を備え、前記組立体（８）は、
   電磁バンドギャップ材料の原理に基づいて構成され、前記平面電磁波反射体（４）に直角な方向に周期性を有する構造体（１４）、および、
   前記平面電磁波反射体（４）および前記構造体（１４）と接する空洞（１６）を備え、
   前記プローブ（６）は、前記空洞（１６）と接する前記平面電磁波反射体（４）の平面、または、前記平面電磁波反射体（４）と接する前記空洞（１６）に入っており、前記空洞（１６）は、欠陥を有する電磁バンドギャップ材料の挙動を前記組立体（８）に与える前記構造体（１４）の周期性の欠陥を構成し、前記電磁バンドギャップ材料の前記欠陥では、前記組立体（８）で前記要素を位置付けることが、前記プローブ（６）によって生成または受信される電磁波の放射と空間および周波数のフィルタリングとを確実にし、前記フィルタリングは、具体的には、周波数バンドギャップ内で前記基本アンテナ（２）の１つまたは複数の動作周波数を可能にし、
   前記基本アンテナ（２）は、前記１つまたは複数の動作周波数で前記電磁波を反射することができる壁包囲体（１０）を備え、前記壁包囲体（１０）は、前記平面電磁波反射体（４）に前記直角な方向への延在体であって、前記プローブ（６）、前記空洞（１６）、および前記構造体（１４）のみを同時に包囲しており、前記壁包囲体によってあらかじめ決められると共に与えられる形状で基本放射面を生成することを可能にすることを特徴とする基本アンテナ（２）。
2. 前記壁包囲体（１０）は、その内側輪郭が円形に適合され、前記内側輪郭に含まれる表面積に対する前記円形に含まれる表面積の比が１と５の間にある横断断面を有する、請求項１に記載の基本アンテナ（２）。
3. 前記壁包囲体（１０）は、その外側輪郭が、好ましくは三辺または四辺を有する正多角形である横断断面を有する、請求項１または２に記載の基本アンテナ（２）。
4. 前記壁包囲体（１０）は、外側輪郭が第１の正多角形であり、内側輪郭が第２の正多角形であって、前記第２の正多角形が前記第１の正多角形と相似であって、前記第１の正多角形と前記第２の正多角形とは、同心であって、好ましくは三辺または四辺を有する横断断面を有する、請求項１から３のいずれか一項に記載の基本アンテナ（２）。
5. 前記プローブ（６）は、ストリップアンテナ、ダイポール、円偏波アンテナ、スロット、および同一平面ワイヤプレートアンテナからなる集合に含まれる、請求項１から４のいずれか一項に記載の基本アンテナ（２）。
6. 前記プローブ（６）はストリップアンテナであり、前記壁包囲体（１０）は、前記平面電磁波反射体（４）に直角な軸線に沿った高さ（ｈ）を有する菱形と、その同じ軸線に対する正方形の横断断面とを画定する４つの金属壁（２１）を備え、前記正方形の一辺の前記高さ（ｈ）および長さ（Ｌ）は、それぞれ、前記基本アンテナ（２）の前記動作周波数と関連する波長の半分および前記波長とそれぞれ実質的に一度に等しい、請求項１から５のいずれか一項に記載の基本アンテナ（２）。
7. 請求項１から６のいずれか一項に定められる複数個（２７）の隣接する基本アンテナ（２）であって、互いに対して配置されて単一品で１つまたは複数の平面支持表面をコンパクトに覆うことで、いくつかの放射ローブを受け持つピクセルに分解された放射面を生成する複数個（２７）の隣接する基本アンテナ（２）を備える一次元または二次元のアレイアンテナ（２６）。
8. 請求項６によって定められる基本アンテナ（２）をある総数だけ含み、
   基本アンテナ（２）の前記総数は多数の横列Ｎと多数の縦列Ｍとの乗算値に等しく、前記基本アンテナ（２）は、矩形の平面支持表面をコンパクトに覆うために互いに対して配置されて、Ｎ横列とＭ縦列とのＮ．Ｍ基本アンテナの矩形行列を形成し、任意の２つの隣接する基本アンテナ（２）の横切る前記壁包囲体（１０）同士は接している、請求項７に記載の一次元または二次元のアレイアンテナ（２６）。
9. 電力分配手段（２８）と、
   前記複数個（２７）の基本アンテナ（２）のための供給手段（３０）であって、前記供給手段（３０）の入力部において前記電力分配手段（２８）に接続され、前記供給手段（３０）の出力部において、各々の基本アンテナ（２）に選択的に電力を供給または遮断するように制御できるスイッチ（３１）によって前記複数個（２７）の基本アンテナ（２）に接続される供給手段（３０）と、
   をさらに備える、請求項７または８に記載の一次元または二次元のアレイアンテナ（２６）。
10. 前記電力供給手段（３０）は位相ずらし手段および／または増幅手段を備える、請求項９に記載の一次元または二次元のアレイアンテナ（２６）。

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