JP2016506658A - 改善された動作バンド幅のための埋め込みエレメント電気的操縦可能アンテナ - Google Patents

Abstract

アンテナ信号を処理するためのシステム及び方法。例えば、方法が、受信モードにおいて、第１バンド幅で動作可能な少なくとも一つの低バンドアンテナ放射体素子からの信号を重み付け及び結合し、少なくとも一つの高バンドアンテナ放射体素子が第１バンド幅に少なくとも部分的に重複する第２バンド幅で動作可能であり、及び、幾つかの例においては、少なくとも一つのアンテナ放射体素子が１以上の中間バンド幅で動作可能である。方法は、送信モードにおいて、全バンド入力ポート信号を、少なくとも一つの低バンドサブシステム出力ポート信号、少なくとも一つの高バンドサブシステムポート出力信号、及び、幾つかの例においては、１以上の重複中間バンド幅で動作可能である少なくとも一つの中間サブシステム出力ポート信号に分離及び重み付ける。重み付けられた結合及び重み付けられた分離が、全サブバンドの全周波数範囲に及ぶ範囲の非中断の連続の全バンド周波数に亘る。

Description

本開示は、概して、信号処理の分野に関する。より端的には、本開示は、全サブバンドの完全な周波数範囲に及ぶ範囲の単一のアンテナ開口内での結合された連続のバンド幅を達成するようにインターリーブ(interleave)された重複する放射体素子の２以上のセットの間の負の相互作用を補償するためのアプローチを記述する。

電子式操縦可能アレイ（ＥＳＡ（electronically steerable array））及び他のアンテナを用いる連続超広帯域ミッションペイロードが、レーダー、電子戦争（ＥＷ（electronic warfare））及び通信のために必要である。これらの用途については、多数のＥＳＡ開口のための空間が制限されている。従って、連続超広帯域周波数範囲の単一開口ＥＳＡ及び他のアンテナが特に望まれる。現在のＥＳＡ放射（放射体）素子技術は、比３０：１以上が特に望ましいものの、単一ＥＳＡ及び他のアンテナ開口を約９：１の連続のバンド幅比に制限する。

幾つかの側面においては、本開示が、アンテナシステムを提供する。アンテナシステムは、共通アンテナ開口を含む。共通アンテナ開口は、第１バンド幅で動作可能である少なくとも一つの低バンドアンテナ放射体素子と、１以上の低バンドサブシステムポート信号を提供する１以上の低バンドアンテナサブシステムポートを含む低バンドアンテナサブシステムを含む。共通アンテナ開口は、第１バンド幅に少なくとも部分的に重なる第２バンド幅で動作可能である少なくとも一つの高バンドアンテナ放射体素子と、１以上の高バンドサブシステムポート信号を提供する１以上の高バンドアンテナサブシステムポートを含む高バンドアンテナサブシステムを含む。アンテナシステムは、１以上の全バンドポートに電気的に結合し、また少なくとも一つの低バンドサブシステムポート及び少なくとも一つの高バンドサブシステムポートに電気的に結合した信号プロセッサーを含む。信号プロセッサーは、受信モードにおいて、１以上の低バンドサブシステムポート信号と１以上の高バンドサブシステムポート信号を重み付け及び結合し、１以上の全バンドポートで、低バンド及び高バンドの全周波数範囲に及ぶ範囲の非中断の連続の全バンド周波数範囲を提供する。

信号プロセッサーは、送信モードにおいて、１以上の提供された全バンド入力ポート信号を、１以上の低バンドサブシステム出力ポート信号及び１以上の高バンドサブシステムポート出力信号へ分離及び重み付けする。信号プロセッサーは、低バンド及び高バンドアンテナサブシステムから放射されるラジオ周波数電磁場が、結合され、低バンド及び高バンドの全周波数範囲に及ぶ範囲の非中断の連続の全バンド周波数範囲を提供するように重み付け及び分離する。

幾つかの側面においては、本開示が、信号処理のための方法を提供する。この方法が、共通アンテナ開口内で、第１バンド幅で動作可能な少なくとも一つの低バンドアンテナ放射体素子を含む低バンドアンテナサブシステム及び１以上の低バンドサブシステムポート信号を提供する１以上の低バンドアンテナサブシステムポートを提供することを含む。方法が、共通アンテナ開口内で、少なくとも部分的に第１バンド幅に重なる第２バンド幅で動作可能である少なくとも一つの高バンドアンテナ放射体素子を含む高バンドアンテナサブシステム、及び１以上の高バンドサブシステムポート信号を提供する１以上の高バンドアンテナサブシステムポートを提供することを含む。方法は、受信モードにおいて、独立して、１以上の低バンドサブシステムポート信号及び１以上の高バンドサブシステムポート信号を重み付け、１以上の低バンドサブシステムポート信号及び１以上の高バンドサブシステムポート信号を結合し、第１又は第２バンド幅のいずれかよりも大きい結合されたバンド幅の非中断の連続の全バンド周波数に及ぶ１以上の全バンドポート信号を提供する。方法は、送信モードにおいて、１以上の提供された全バンド入力ポート信号を、１以上の低バンドサブシステム出力ポート信号及び１以上の高バンドサブシステムポート出力信号へ分離し、１以上の低バンドサブシステム出力ポート信号及び１以上の高バンドサブシステムポート出力信号を重み付けることを含む。方法は、低バンドアンテナサブシステム及び高バンドサブシステムから放射されるラジオ周波数電磁場が、組み合わされ、非中断の連続の全バンド周波数範囲を提供するように分離及び重み付ける。

他の例においては、上述の側面のいずれかが、１以上の次の特徴を含むことができる。

アンテナシステムの幾つかの例においては、信号プロセッサーが、共役重み整合（conjugate weight matching）で、１以上の低バンドサブシステムポート信号及び１以上の高バンドサブシステムポート信号を重み付け及び結合し、１以上の提供された全バンド入力ポート信号を分離及び重み付けする。

アンテナシステムの幾つかの例においては、低バンドアンテナサブシステムが、複数の低バンドアンテナ放射体素子を含み、高バンドアンテナサブシステムが、複数の高バンドアンテナ放射体素子を含む。

アンテナシステムの他の例においては、複数の低バンドアンテナ放射体素子が、共通アンテナ開口内で、複数の高バンドアンテナ放射体素子でインターリーブされる。

アンテナシステムの他の例においては、少なくとも一つの低バンドアンテナ放射体素子及び少なくとも一つの高バンドアンテナ放射体素子が、共通アンテナ開口に関して測定されるスキャン角に亘り電子的に操縦可能である。

アンテナシステムの幾つかの例においては、少なくとも一つの低バンドアンテナ放射体素子及び少なくとも一つの高バンドアンテナ放射体素子が、スキャン角に亘り単一の開口アンテナにおいて機械的に操縦可能である。

アンテナシステムの幾つかの例においては、少なくとも一つの低バンドアンテナ放射体素子及び少なくとも一つの高バンドアンテナ放射体素子の偏波が、直線偏波；干渉偏波；楕円偏波；及び円形偏波から成る群から選択される。

アンテナシステムの他の例は、信号プロセッサーと、低バンドアンテナサブシステム及び高バンドアンテナサブシステムの間で電気的に通信可能である少なくとも一つの信号変換器を更に含み、信号変換器が、デジタル及びアナログ信号表現間で変換するように適合される。

アンテナシステムの幾つかの例は、信号プロセッサーに電気的に通信可能である電子的にアクセス可能なメモリーを更に含み、電子的にアクセス可能なメモリーが、少なくとも一つの低バンドアンテナ放射体素子及び少なくとも一つの高バンドアンテナ放射体素子用の個別の事前規定の重み付けパラメーターを記憶する。

アンテナシステムの他の例においては、個別の事前規定の重み付けパラメーターが、周波数及びアンテナアレイスキャン角の１以上に応じてルックアップテーブルに配列される。

アンテナシステムの幾つかの例においては、少なくとも一つの低バンドアンテナ放射体素子が、モノポール、ダイポール、交差ダイポール、パッチ、フレアノッチ（flared notches）、及びこれらの組み合わせから成る群から選択される。

アンテナシステムの他の例においては、少なくとも一つの高バンドアンテナ放射体素子が、対応のダイポールアンテナ素子の動作バンド幅よりも実質的に大きい動作バンド幅を有する広帯域アンテナ放射体素子である。

アンテナシステムの幾つかの例においては、少なくとも一つの高バンドアンテナ放射体素子が、フレアノッチアンテナ放射体素子である。

アンテナシステムの他の例においては、少なくとも一つの高バンドアンテナ放射体素子が、少なくとも一つの低バンドアンテナ放射体素子のため等価グランド参照（equivalent ground reference）を提供する。

アンテナシステムの幾つかの例においては、システムが、１以上の中間バンドサブシステムを更に含み、各中間バンドサブシステムが、第１バンド幅、第２バンド幅、別の中間バンド幅、及びこれらの組み合わせを含む別のバンド幅の一つに少なくとも部分的に重なる中間バンド幅で動作可能である１以上の中間バンドアンテナ 放射体素子と、１以上の中間バンドサブシステムポート信号を提供する１以上の中間バンドアンテナサブシステムポートを含む。信号プロセッサーは、受信モードにおいて、１以上の低バンドサブシステムポート信号、１以上の高バンドサブシステムポート信号、及び１以上の中間バンドサブシステムポート信号を重み付け及び結合し、１以上の全バンドポートで、低バンド、高バンド、及び中間バンドの全周波数範囲に及ぶ範囲の非中断の連続の全バンド周波数範囲を提供する。信号プロセッサーは、送信モードにおいて、１以上の提供された全バンド入力ポート信号を、１以上の低バンドサブシステム出力ポート信号、１以上の高バンドサブシステムポート出力信号、及び１以上の中間バンドサブシステムポート出力信号へ分離及び重み付けし、低バンド、高バンド、及び中間バンドアンテナサブシステムから放射されるラジオ周波数電磁場が、結合され、低バンド、高バンド、及び中間バンドの全周波数範囲に及ぶ範囲の非中断の連続の全バンド周波数範囲を提供する。

方法の幾つかの例においては、１以上の低バンドサブシステムポート信号及び１以上の高バンドサブシステムポート信号を重み付け及び結合すること、及び１以上の提供された全バンド入力ポート信号を分離及び重み付けすることが、共役重み整合を含む。

方法の幾つかの例においては、低バンドアンテナサブシステムが複数の低バンドアンテナ放射体素子を含み、高バンドアンテナサブシステムが複数の高バンドアンテナ放射体素子を含む。

方法の他の例においては、方法が、共通アンテナ開口内で、少なくとも一つの高バンドアンテナ放射体素子で少なくとも一つの低バンドアンテナ放射体素子をインターリーブすることを更に含む。

方法の他の例においては、方法が、共通アンテナ開口に関して測定されたスキャン角に亘り、少なくとも一つの低バンドアンテナ放射体素子及び少なくとも一つの高バンドアンテナ放射体素子を電子的に操縦することを含む。

方法の他の例においては、方法が、共通アンテナ開口に関して測定されたスキャン角に亘り、少なくとも一つの低バンドアンテナ放射体素子及び少なくとも一つの高バンドアンテナ放射体素子を機械的に操縦することを含む。

方法の他の例においては、少なくとも一つの低バンドアンテナ放射体素子及び少なくとも一つの高バンドアンテナ放射体素子の偏波が、直線偏波；干渉偏波；楕円偏波；及び円形偏波から成る群から選択される。

方法の他の例においては、方法が、デジタル及びアナログ信号表現の間で１以上の低バンドサブシステムポート信号及び１以上の高バンドサブシステムポート信号を変換することを更に含む。

方法の幾つかの例においては、方法が、少なくとも一つの低バンドアンテナ放射体素子及び少なくとも一つの高バンドアンテナ放射体素子のための個別の事前規定の重み付けパラメーターを電子的にアクセス可能なメモリーに記憶することを含む。

方法の他の例においては、周波数及びアンテナアレイスキャン角の１以上に応じて配列された個別の事前規定の重み付けパラメーターをルックアップテーブルから決定することを含む。

方法の幾つかの例においては、方法が、共通アンテナ開口内で、１以上の中間バンドサブシステムを提供することを更に含み、各中間バンドサブシステムが、第１バンド幅、第２バンド幅、別の中間バンド幅、及びこれらの組み合わせを含む別のバンド幅の一つに少なくとも部分的に重なる中間バンド幅で動作可能である１以上の中間バンドアンテナ放射体素子と、１以上の中間バンドサブシステムポート信号を提供する１以上の中間バンドアンテナサブシステムポートを含む。方法は、受信モードにおいて、１以上の低バンドサブシステムポート信号、１以上の高バンドサブシステムポート信号、及び１以上の中間バンドサブシステムポート信号を重み付け及び結合し、１以上の全バンドポートで、低バンド、高バンド、及び中間バンドの全周波数範囲に及ぶ範囲の非中断の連続の全バンド周波数範囲を提供することを含む。方法は、送信モードにおいて、１以上の提供された全バンド入力ポート信号を、１以上の低バンドサブシステム出力ポート信号、１以上の高バンドサブシステムポート出力信号、及び１以上の中間バンドサブシステムポート出力信号に分離及び重み付けすることを含み、低バンド、高バンド、及び中間バンドアンテナサブシステムから放射されるラジオ周波数電磁場が、結合され、低バンド、高バンド、及び中間バンドの全周波数範囲に及ぶ範囲の非中断の連続の全バンド周波数範囲を提供する。

有利には、システム及び方法の例、総じて「技術」は、限られたバンド幅能力の既存の放射体技術が、より大きい連続のバンド幅能力の単一の共有の開口に結合されることを可能にする。幾つかの場合、技術が、３０：１よりも大きいバンド幅比を達成する。別の利益としては、技術が、高バンド放射体素子でインターリーブされた相対的に少数の低バンド放射体素子を用いて連続のバンド幅能力を高め、より小さくより軽い共有開口に帰結する。

上述及び他の目的、特徴及び利益が、異なる図面に亘り同一の参照文字が同一の部分を示す添付図面に図示のように、後述のより具体的な実施形態の記述から明らかになる。図面は必ずしも縮尺するものではなく、むしろ実施形態の原理を図示することに重きが置かれている。

図１は、単一の開口において重複する低サブバンド放射体素子（群）と高サブバンド放射体素子（群）の図である。

図２は、重み付けられた結合及び重み付けられた分離のアプローチの一例の図である。

図３は、重み付けられた結合及び重み付けられた分離のアプローチを実施するアンテナシステム例のブロック図である。

図４は、相対的な上位バンド周波数対素子数のチャートである。

図５は、重み付けられた結合及び重み付けられた分離のアプローチの例示の利益及び効果を示す。

過度に単純化した点からすると、あるアプローチは、同一の開口に２以上の別々のサブバンド放射体ＥＳＡサブシステム（例えば、低バンド放射体サブシステム、高バンド放射体サブシステム、及び可能性として１以上の中間バンド放射体サブシステム）を物理的にインターリーブし、より大きい全バンド幅を達成する。ＥＳＡサブシステムがＥＳＡサブシステム間でより大きい周波数分離を有する時、このアプローチが首尾良く実施される。しかしながら、連続する全バンド幅が望まれるならば、放射体サブバンドにおいて重複が必要である。

図１は、単一の開口内で結合された低サブバンドアレイ１０５（Ｆｌ及びＦｌｌの間の周波数）及び高サブバンドアレイ１１０（Ｆｈ及びＦｈｈの間の周波数）を示す。単一の開口が、全周波数バンド１１５（Ｆｌ及びＦｈの間の周波数）を有する。低サブバンドアレイ１０５及び高サブバンドアレイ１１０が重複し、重複バンド１２０（Ｆｌｌ及びＦｈｈの間の周波数）を形成する。放射体サブバンドにおける重複により、重複バンド１２０及び周囲領域におけるサブバンド放射体１０５及び１１０の間の避けられない相互作用に至り、重複バンド１２０の周囲領域において両方のＥＳＡサブシステムに耐えがたいアンテナゲイン変動及びロスを生じさせる。従って、そのようなインターリーブされたサブバンドＥＳＡは、ここに記述される放射体相互作用を補償するための技術なしでは、連続の広範囲バンドの単一開口を達成するために用いることができない。

本明細書に記述の技術が、受信モードにおいて、各々が異なるサブバンドの放射体素子のグループの出力に対応する２以上の信号が重み付け及び結合されるアプローチの例を含む。送信モードにおいては、提供された信号が、２以上の信号に分離及び重み付けられ、各信号が、異なるサブバンドの放射体素子のグループへの入力に対応する。参照しやすいように、受信モードにおいて、アプローチが「重み付けられた結合」と呼ばれ、送信モードにおいて、「重み付けられた分離」と呼ばれる。更には、異なるサブバンドが、高、低、及び中間サブバンドと呼ばれる。アプローチの簡便な例においては、重み付けられた結合及び重み付けられた分離が、２以上のサブバンドＥＳＡ信号を補償し、単一開口の連続の超広帯域ＥＳＡが実行できる程度まで、結果として生じる重複領域でのゲイン変動及びロスを十分に低減する。

図２は、重み付けられた結合の例を示し、共有の開口サブバンドＥＳＡ信号が、共役整合重み付け（conjugate match weighting）で受信（Ｒｘ）ＥＳＡのために結合される。送信の場合、相反関係が支配し、そのため重み付けられた分離の例が図示されない。図２においては、下付文字「Ａ」及び「Ｂ」がサブバンド（例えば、高バンド及び低バンド）を意味し、下付文字「Ｆ」が開口に亘る全又は合計信号を意味し、下付文字「ａ」が吸収された信号を示し、下付文字「ｒ」が反射された信号を示す。

図２においては、Ｖが複合振幅（complex amplitudes）を示し、Ｓが散乱行列（scattering matrices）を示し、及びＷＡ及びＷＢが共役整合複合重み（conjugate match complex weights）を示す。

図２に示すように、吸収された複合振幅ＶＡａ及びＶＢａのＡ及びＢの重み付けられた結合が次式により与えられる：

VO = WAVAa + WBVBa = (WASA21 + WBSB21)VFa

ここで、ＶＦａは、開口により吸収された合計ファーフィールド複合振幅である。

重みが、重み付けられた結合の解を持つ時：

WA = SA21*/K, WB = SB21*/K, K-1 = |SA21|2 + |SB21|2

次を示すことが率直である；

VO = VFa

従って、重み付けられた結合のアプローチは、全ての吸収されたファーフィールド信号を取り出す。つまり、重み付けられた結合Ｖｏが、結合されたＥＳＡ放射体（例えば、高バンドサブシステム放射体素子及び低バンドサブシステム放射体素子）がファーフィールドに適切にインピーダンス整合される程度まで全ファーフィールド信号を取り出す。開口効率を最大化するため、幾つかの例では、そのアプローチを用いると共に、重複領域における良好な全整合のために一連のＥＳＡ放射体を設計することが望ましい。アプローチに従う（以降より詳細に記述される）重複するアンテナのアンテナシステム例においては、重複するアンテナは、結合されたアンテナが、重複領域において放射ファーフィールドに整合するように設計される。つまり、結合されたアンテナは、重複領域において受信した信号を反射せず、若しくは効率的に信号を送信する。

本アプローチの他の例においては、バンド幅の更なる拡張のため、上述の点が、サブバンド放射体素子の２を超える数のセットに繰り返される。従って、（重複領域においてより多くのサブバンド放射体を整合し、更なる妨害を最小化する更なる複雑化に服して）より広い連続の全バンド幅を達成するための本アプローチの拡張が可能である。二重偏波動作のため、本アプローチの他の例が、主偏波（co-pol）アンテナゲインを最適化し、また交差偏波（cross-pol）の干渉を最小化するために用いることができる。

本アプローチの例においては、重み付けられた結合（及び重み付けられた分離）の解は、（相互結合及び他の要因のため）周波数及びスキャン角の関数である。本アプローチの幾つかの例が較正を用いて周波数及びスキャンに対して重み付けられた結合の解を生成する。簡便な例においては、これらの解が、アンテナシステムの動作中の利用のためにルックアップテーブルにデジタルに記憶される。本アプローチの幾つかの例においては、補償が、レシーバー及び励振器のデジタル部の動作中にデジタルに適用される。本アプローチの他の例においては、補償が、アナログ領域において厳密に適用される。本アプローチの幾つかの例が、良く知られた信号対ノイズ比（ＳＮＲ）及び同様の方法のリアルタイム最適化ループ（例えば、少なくとも平均平方最適化アルゴリズム）を用いることによりオンザフライで補償を最適化する。

共役整合重み付けの内容において本アプローチの例について上述したが、本アプローチは、干渉拒否の目的のためバンドの一部を故意に切り取る（notch out）もサブバンドを最適に結合する、ＮＵＬＬアルゴリズム（nulling algorithm）といった、多数の素子を結合及び分離するための他の技術を用いて重み付けられた結合及び重み付けられた分離の他の例を想定する。

図３は、本アプローチを実施する例のアンテナシステム３００を示す。アンテナシステム３００は、共有された又は共通のアンテナ開口３０５を含む。共通アンテナ開口３０５は、低バンドアンテナサブシステム３１０及び高バンドアンテナサブシステム３１５を含む。図示のように、低バンドアンテナサブシステム３１０が、第１バンド幅で動作可能である低バンドアンテナ放射体素子３２０（又は単に低バンド放射体）を含む。低バンドアンテナサブシステム３１０が、幾つかの低バンド放射体３２０を有するように図示されるが、他の例において、一つを含む任意の数の低バンド放射体が含まれる。

高バンドアンテナサブシステム３１５が、少なくとも部分的に第１バンド幅に重複する第２バンド幅で動作可能である幾つかの高バンドアンテナ放射体素子３２５（又は単に高バンド放射体）を含む。ここでも、高バンドアンテナサブシステム３１５が幾つかの高バンド放射体３２５を有するように図示されるが、他の例において、一つを含む任意の数の高バンド放射体が含まれる。

例のアンテナシステム３００の幾つかの例においては、少なくとも一つのサブバンドアンテナ放射体素子（例えば、低バンドアンテナ放射体素子３２０）が、モノポール、ダイポール、交差ダイポール、パッチ、フレアノッチ、及びこれらの組み合わせから成る群から選択される。他の例においては、少なくとも一つのサブバンドアンテナ放射体素子（例えば、高バンドアンテナ放射体素子３２５）が、対応のダイポールアンテナ素子のものよりも実質的に広い動作バンド幅を有する、広帯域アンテナ放射体素子である。アンテナシステムの幾つかの例においては、少なくとも一つのサブバンドアンテナ放射体素子（例えば、高バンドアンテナ放射体素子３２５）が、フレアノッチ（flared notch）アンテナ放射体素子である。アンテナシステムの他の例においては、少なくとも一つのサブバンドアンテナ放射体素子（例えば、高バンドアンテナ放射体素子３２５）が、低バンドアンテナ放射体素子３２０に等価グランド参照（equivalent ground reference）を提供する。

アンテナシステム３００の簡便な例においては、サブバンド放射体は、１．５〜１３．５ＧＨｚ修正ビバルディ（Vivaldi）放射体（既存能力＞９：１バンド幅比）でインターリーブされた０．４〜１．５ＧＨｚ交差接続ダイポール長フィラメント（crossed connected-dipole long-filament）二重偏波放射体（既存能力＞４：１バンド幅比）から成る。この構成においては、共有のアンテナ開口３０５が、０．４〜１３．５ＧＨｚの連続の全３ｄＢバンド幅を有する（つまり、＞３３：１バンド幅比）。

アンテナシステム３００の例においては、個別の素子デュプレクサー又はダイプレクサーを用いて、同一の一連の低バンド及び高バンド放射体３０５及び３２０が、アンテナサブシステム３１０及び３１５の送信及び受信の両方をフィードする。

例のアンテナシステム３００においては、低バンドアンテナサブシステム３１０が、良く知られたＥＳＡビーム形成技術を用いて生成される低バンドサブシステムポート信号３３５を提供する低バンドアンテナサブシステムポート３３０を含み、システムポートで方向を指示する適切なビームの相でエレメント信号を結合（受信）し、若しくは同様にアンテナファーフィールドで方向を指示する適切なビームの相に加わるエレメント信号にポート信号を分離（送信）する。高バンドアンテナサブシステム３１５が、低バンドサブシステムのものと同様の態様で、高バンドサブシステムポート信号３４５を提供する高バンドアンテナサブシステムポート３４０を含む。アンテナシステム３００の他の例においては、低バンドアンテナサブシステム３１０及び高バンドアンテナサブシステム３１５の一方又は両方が、個別のポート信号を提供する１よりも多いサブシステムポートを有する。例えば、動作において２つの偏波を有するシステムにとっては、２つのサブバンド出力ポートがあり、一つが各偏波のためのものである。この場合、図２は、各偏波について複製される。

アンテナシステム３００は、低バンドサブシステムポート３３０及び高バンドサブシステムポート３４０に、及び全バンドポート３５５に電気的に結合した信号プロセッサー３５０を含む。信号プロセッサー３５０が、図２を参照して上述のアプローチの例を実行する。受信モードにおいて、信号プロセッサー３５０が、低バンドポート信号（群）３３５及び高バンドサブシステムポート信号（群）３４５を全バンドポート出力信号（群）３６０へ重み付け及び結合する。全バンドポート出力信号３６０が、全サブバンド（本例においては、低バンド及び高バンド）の全周波数範囲に亘る範囲の結合されたバンド幅上の非中断の連続の全バンド周波数に及ぶ。信号プロセッサー３５０が、全バンドポート３５５に全バンドポート出力信号３６０を提供する。

送信モードにおいて、信号プロセッサー３５０が、少なくとも一つの低バンドサブシステム出力ポート信号３７０及び少なくとも一つの高バンドサブシステムポート信号３７５に提供された全バンドポート入力信号（群）３６５を分離及び重み付けする。信号プロセッサー３５０は、結合された低バンドアンテナサブシステム３１０及び高バンドサブシステム３１５から放射するラジオ周波数電磁場が、全サブバンド（本例において低バンド及び高バンド）の全周波数範囲に及ぶ範囲の非中断の連続の全バンド周波数範囲を提供するように、分離及び重み付けする。

上述の例のアンテナシステム３００が、インターリーブされた高及び低バンド放射体サブシステムの２つのセットを有する単一の開口ＥＳＡの場合を補償することを伴うが、当業者により、アプローチが、中間バンド放射体を有する放射体サブシステムと多数のフィード放射体（feed radiators）を有する非ＥＳＡアンテナの２以上のセットも含むように一般化できるものと即時に理解される。

図３は、信号プロセッサー３５０と低バンドアンテナサブシステム３１０及び高バンドアンテナサブシステム３１５の間で電気的に接続したオプションのデジタルレシーバー／励振器（信号変換器）３８０、３８５を有する例のアンテナシステム３００を示す。デジタルレシーバー／励振器３８０、３８５は、デジタル及びアナログ信号表現の間で変換するように適合される。デジタルレシーバー／励振器３８０、３８５が、別々のＥＳＡ入力／出力３７０、３７５をデジタルドメインに変換し、信号プロセッサー３５０の実行を簡単にする。アンテナシステム３００の他の例が、アナログレシーバー／励振器を用いる。

アンテナシステム３００の簡便な例が、信号プロセッサー３５０と電気的に接続した電子的にアクセス可能なメモリー３９０を含む。電子的にアクセス可能なメモリー３９０が、少なくとも一つの低バンドアンテナ放射体素子３２０及び少なくとも一つの高バンドアンテナ放射体素子３２５について個別の事前規定の重み付けパラメーターを記憶する。例えば、電子的にアクセス可能なメモリー３９０が、図２を参照して上述した重み付けられた結合／分離の解を記憶する。

要約すれば、アンテナシステム３００の幾つかの例は、オプションとして、受信又は送信のために結合／分離したサブバンド（及び見込みとして偏波）信号を形成するにおいてサブバンド（及び見込みとして偏波）信号を重み付ける。アンテナシステム３００の他の例が、周波数及び到来角（AOA (angle of arrival)）ルックアップテーブルを用いて最適な重みを形成する。アンテナシステム３００の上述の例においては、重み付けが、重複バンドにおける放射体相互作用を訂正し、最適な結合した受信又は送信信号を生成する。アンテナシステム３００の簡便な例が、同様の重み付けを用いて放射体二重偏波の不完全性を訂正する。

図４は、グレーティングローブ要求を満足するために合計（全）ラジオ周波数（ＲＦ）バンドの下端を拡張するために、相対的に少数の低バンド放射体素子のみが必要であることを示す。従って、インターリーブされた低サブバンド放射体素子を高サブバンド放射体素子に加えることによりＥＳＡ開口のバンド幅を拡張することが、図２を参照して上述した単一のＥＳＡ開口にほとんど大きさ及び重みを加えない。対照的に、セクションで連続バンドに亘るために２つの別々の開口を有する本分野で知られたシステムが、必要な開口面積を倍にし、加えられた開口構造を支持するためにより大きい重量の制裁を伴う。

図５は、典型的な例における重み付けられた結合及び重み付けられた分離のアプローチの例示の利益及び効果を示す。図５は、図３の例のアンテナシステム３００について生じる主偏波相対ロスを示し、重複バンドの周囲の領域を強調している。曲線５０５及び５１０は、各々、低バンドアンテナサブシステム３１０及び高バンドアンテナサブシステム３１５の別々の特性を示し、他のサブシステムが存在しない。曲線５１５は、本アプローチを用いない（つまり、補償を用いない）直の合計の結果である。図５に示すように、ロスが高い相互作用領域が、通常の重複バンドを超えて広がる。

曲線５０２は、本アプローチを用いた（つまり補償を用いた）結果である。図５に示す領域においては、補償された合計において約１．６ｄＢピーク間変動がある。この領域外では、サブバンド放射体間に殆ど相互作用がなく、従って、特性が、適切な個別のサブバンド放射体のものに対応する。図５においては、実演された全バンド幅比（最低周波数により除算された最高周波数）が、２７．５：１であり、高い開口効率のため放射場に良好に全整合する。更なるパラメーター操作を通じて、この技術が、既存の放射体技術を用いてリップルが殆ど無い単一の共有開口において高い開口効率で連続のバンド幅比＞３０：１を達成することができる。

上述のアプローチが、デジタル電気回路、コンピューターハードウェア、ファームウェア、及び／又はソフトウェアにおいて実施できる。この実施が、コンピュータープログラム製品（つまり、情報搬送媒体に有形に取り込まれたコンピュータープログラム）であり得る。実施は、例えば、データ処理機器による実行のための、又はその動作を制御するための機械読み出し可能な記憶装置上であり得る。実施は、例えば、プログラム可能プロセッサー、コンピューター及び／又は多数のコンピューターであり得る。

一例としては、コンピュータープログラムが、コンパイルされた及び／又は解釈された言語を含む任意の形態のプログラミング言語で記述され、またコンピュータープログラムが、スタンドアローンプログラム又はサブルーチン、エレメント、及び／又は本明細書に論述した様々な例の特徴及び機能を実行するためのコンピューティング環境での使用に適する他のユニットを含む任意の形態において配備される。コンピュータープログラムは、一つのコンピューター上又は一つのサイトの多数のコンピューター上で実行されるように配備され得る。

方法のステップ又は動作は、コンピュータープログラムを実施して入力データの操作及び出力の生成により様々な例の機能を実施する１以上のプログラム可能プロセッサーによるプロセスとして実行され得る。方法ステップが特殊用途論理回路により実施され、また装置が特殊用途論理回路として実施され得る。回路は、例えば、フィールド・プログラマブル・ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）及び／又は特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）であり得る。モジュール、サブルーチン、及びソフトウェアエージェントが、コンピュータープログラム、プロセッサー、特殊回路、ソフトウェア、及びその機能を実施するハードウェアの部分を意味し得る。

信号プロセッサー３４５が、コンピュータープログラムの実行に適する１以上のプロセッサーを含み、例としては、汎用及び特殊用途マイクロプロセッサー、及び任意の種類のデジタルコンピューターの任意の１以上のプロセッサーを含む。概して、プロセッサーが、リードオンリーメモリー又はランダムアクセスメモリー又は両方から指令及びデータを受け取る。コンピューターの要素が、指令を実行するためのプロセッサーと、指令及びデータを記憶するための１以上のメモリー装置を含み得る。概して、コンピューターは、データを記憶するための１以上のマス・ストレージ装置（例えば、メモリーモジュール）（例えば、フラッシュ又は同様の固体メモリー、磁気、光磁気ディスク、又は光学ディスク）を含み、データを受け取り、及び／又はデータを送信するために動作可能に結合される。メモリーが、画像を処理するためにそこに記憶されたコンピューター読み取り可能な指令を有する有形の非一時的なコンピューター読み取り可能な記憶媒体であり、１以上のプロセッサー（例えば、イメージプロセッサー１００）により実行される時、１以上のプロセッサーに、本明細書に記述した様々な例の特徴及び機能を実行又は実施させる。

コンピュータープログラム指令及びデータの組み込みに適する情報キャリアは、不揮発性メモリーの全ての形態を含み、例としては、半導体メモリー装置を含む。情報キャリアは、例えば、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリー装置、磁気ディスク、内部ハードディスク、リムーバブルディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、及び／又はＤＶＤ−ＲＯＭディスクであり得る。プロセッサー及びメモリーは、特殊論理回路により補助され、及び／又はそこに組み込まれ得る。

ユーザーとの相互作用を提供するため、上述のアプローチが、ディスプレイ装置を有するコンピューティング装置上で実施できる。ディスプレイ装置は、例えば、陰極線管（ＣＲＴ）及び／又は液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）モニター、及び／又は発光ダイオード（ＬＥＤ）モニターであり得る。ユーザーとの相互作用は、例えば、ユーザーへの情報の提示、及びコンピューティング装置に入力を提供することができる（例えば、ユーザーインターフェイス要素と相互作用する）キーボード及びポインティング装置（例えば、マウス又はトラックボール）であり得る。他の種類の装置が、ユーザーとの相互作用を提供するために用いることができる。他の装置は、例えば、任意の形態の知覚フィードバック（例えば、視覚フィードバック、聴覚フィードバック、又は触覚フィードバック）においてユーザーに提供されるフィードバックであり得る。ユーザーからの入力は、例えば、任意の形態において受け取られ、音、発言、及び／又は触覚入力を含む。

上述のアプローチが、バックエンドコンポーネントを含む分散コンピューティングシステムにおいて実施され得る。バックエンドコンポーネントは、例えば、データサーバー、ミドルウェアコンポーネント、及び／又はアプリケーションサーバーであり得る。上述の技術は、フロントエンドコンポーネントを含む分散コンピューティングシステムで実施され得る。フロントエンドコンポーネントは、例えば、グラフィカルユーザーインターフェイス、ユーザーが実施例と相互作用することができるウェブブラウザー、及び／又は送信装置のための他のグラフィカルユーザーインターフェイスを有するクライアントコンピューティング装置であり得る。システムの構成要素が、任意の形態又は媒体のデジタルデータ通信（例えば、通信ネットワーク）により相互接続され得る。通信ネットワークの例が、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、ワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）、インターネット、有線ネットワーク、及び／又は無線ネットワークを含む。

システムが、クライアント及びサーバーに結合され、及び／又はそれらを含む。クライアント及びサーバーは、概してお互いにリモートであり、典型的には通信ネットワークを介して通信する。クライアント−サーバー関係が、各コンピューティング装置上で走り、お互いにクライアント−サーバー関係を有するコンピュータープログラムのために生じる。

通信ネットワークは、パケット基準のネットワーク、例えば、インターネット、キャリアーインターネットプロトコル（ＩＰ）ネットワーク（例えば、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、ワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）、キャンパスエリアネットワーク（ＣＡＮ）、メトロポリタンエリアネットワーク（ＭＡＮ）、ホームエリアネットワーク（ＨＡＮ）、プライベートＩＰネットワーク、ＩＰ構内電話交換機（ＩＰＢＸ）、無線ネットワーク（例えば、ラジオアクセスネットワーク（ＲＡＮ）、８０２．１１ネットワーク、８０２．１６ネットワーク、汎用パケットラジオサービス（ＧＰＲＳ）ネットワーク、ハイパーＬＡＮ）、及び／又は他のパケット基準のネットワークを含み得る。回路基準のネットワークが、例えば、公衆交換電話網（ＰＳＴＮ）、構内電話交換機（ＰＢＸ）、無線ネットワーク（例えば、ＲＡＮ、ブルートゥース、符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）ネットワーク、時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）ネットワーク、グローバル・システム・フォー・モバイル・コミュニケーション（ＧＳＭ（登録商標））ネットワーク）、及び／又は他の回路基準のネットワークを含み得る。

「備える」、「含む」、及び／又はそれぞれの複数形が無限定のものであり、列挙されたものを含み、また非列挙の追加のものも含むことができる。「及び／又は」が無限定のものであり、１以上の列挙されたもの、及び列挙されたものの組み合わせを含む。

当業者は、本発明の精神又は本質的な特徴から逸脱することなく本発明が他の特定の形態において具現化されることを理解するだろう。従って、上述の実施形態が、本明細書に記述の発明の限定というよりは全ての側面において例証のものと理解される。従って、本発明の範囲が上述の記述よりも添付請求項により示され、従って、請求項と均等の意味及び範囲内の全変更が包含される。

Claims (26)

1. 第１バンド幅上で動作可能である少なくとも一つの低バンドアンテナ放射体素子及び１以上の低バンドサブシステムポート信号を提供する１以上の低バンドアンテナサブシステムポートを含む低バンドアンテナサブシステム；
   前記第１バンド幅に少なくとも部分的に重複する第２バンド幅上で動作可能である少なくとも一つの高バンドアンテナ放射体素子及び１以上の高バンドサブシステムポート信号を提供する１以上の高バンドアンテナサブシステムポートを含む高バンドアンテナサブシステム；
   １以上の全バンドポートに電気的に結合し、前記低バンドアンテナサブシステムポート及び前記高バンドアンテナサブシステムポートの各々に電気的に結合した信号プロセッサーを備える共通アンテナ開口を備え、
   前記信号プロセッサーは、受信モードにおいて、１以上の低バンドサブシステムポート信号及び１以上の高バンドサブシステムポート信号を重み付け及び結合し、前記１以上の全バンドポートで、低バンド及び高バンドの全周波数範囲に及ぶ範囲の非中断の連続の全バンド周波数範囲を提供し、
   前記信号プロセッサーは、送信モードにおいて、１以上の提供された全バンド入力ポート信号を１以上の低バンドサブシステム出力ポート信号及び１以上の高バンドサブシステムポート出力信号に分離及び重み付けし、前記低バンド及び高バンドアンテナサブシステムから放射されるラジオ周波数電磁場が、結合され、前記低バンド及び高バンドの前記全周波数範囲に亘る程度の非中断の連続の全バンド周波数範囲を提供する、アンテナシステム。
2. 前記信号プロセッサーは、共役重み整合で、前記１以上の低バンドサブシステムポート信号及び１以上の高バンドサブシステムポート信号を重み付け及び結合し、前記１以上の提供された全バンド入力ポート信号を分離及び重み付けする、請求項１に記載のシステム。
3. 前記低バンドアンテナサブシステムは、複数の低バンドアンテナ放射体素子を含み、前記高バンドアンテナサブシステムが、複数の高バンドアンテナ放射体素子を含む、請求項１に記載のシステム。
4. 前記複数の低バンドアンテナ放射体素子は、前記共通アンテナ開口内で、前記複数の高バンドアンテナ放射体素子でインターリーブされる、請求項３に記載のシステム。
5. 前記少なくとも一つの低バンドアンテナ放射体素子及び前記少なくとも一つの高バンドアンテナ放射体素子が、前記共通アンテナ開口に関して測定されるスキャン角に亘り電子的に操縦可能である、請求項１に記載のシステム。
6. 前記少なくとも一つの低バンドアンテナ放射体素子及び前記少なくとも一つの高バンドアンテナ放射体素子が、スキャン角に亘り単一の開口アンテナにおいて機械的に操縦可能である、請求項１に記載のシステム。
7. 前記少なくとも一つの低バンドアンテナ放射体素子及び前記少なくとも一つの高バンドアンテナ放射体素子の偏波が、直線偏波；干渉偏波；楕円偏波；及び円形偏波から成る群から選択される、請求項１に記載のシステム。
8. 前記信号プロセッサーと、前記低バンドアンテナサブシステムと、前記高バンドアンテナサブシステムの間で電気的に接続された少なくとも一つの信号変換器を更に備え、前記信号変換器が、デジタル及びアナログ信号表現を変換するように適合される、請求項１に記載のシステム。
9. 前記信号プロセッサーに電気的に接続された電子的にアクセス可能なメモリーを更に備え、前記電子的にアクセス可能なメモリーが、前記少なくとも一つの低バンドアンテナ放射体素子及び前記少なくとも一つの高バンドアンテナ放射体素子について個別の事前規定の重み付けパラメーターを記憶する、請求項１に記載のシステム。
10. 前記個別の事前規定の重み付けパラメーターが、周波数及びアンテナアレイスキャン角の１以上に応じてルックアップテーブルに配列される、請求項９に記載のシステム。
11. 前記少なくとも一つの低バンドアンテナ放射体素子が、モノポール、ダイポール、交差ダイポール、パッチ、フレアノッチ、及びこれらの組み合わせから成る群から選択される、請求項１に記載のシステム。
12. 前記少なくとも一つの高バンドアンテナ放射体素子が、対応のダイポールアンテナ素子のものよりも実質的に大きい動作バンド幅を有する広帯域アンテナ放射体素子である、請求項１に記載のシステム。
13. 前記少なくとも一つの高バンドアンテナ放射体素子が、フレアノッチアンテナ放射体素子である、請求項１に記載のシステム。
14. 前記少なくとも一つの高バンドアンテナ放射体素子が、前記少なくとも一つの低バンドアンテナ放射体素子に等価グランド参照を提供する、請求項１に記載のシステム。
15. １以上の中間バンドサブシステムを更に備え、各中間バンドサブシステムが、第１バンド幅、第２バンド幅、別の中間バンド幅、及びこれらの組み合わせを含む別のバンド幅のいずれか一つに少なくとも部分的に重複する中間バンド幅上で動作可能である１以上の中間バンドアンテナ放射体素子を含み、１以上の中間バンドアンテナサブシステムポートが、１以上の中間バンドサブシステムポート信号を提供する；
    前記信号プロセッサーは、前記受信モードにおいて、前記１以上の低バンドサブシステムポート信号、１以上の高バンドサブシステムポート信号、及び１以上の中間バンドサブシステムポート信号を重み付け及び結合し、前記１以上の全バンドポートで、前記低バンド、高バンド、及び中間バンドの前記全周波数範囲に及ぶ範囲の非中断の連続の全バンド周波数範囲を提供する；及び
    前記信号プロセッサーは、前記送信モードにおいて、１以上の提供された全バンド入力ポート信号を、１以上の低バンドサブシステム出力ポート信号、高バンドサブシステムポート出力信号、及び中間バンドサブシステムポート出力信号に分離及び重み付けし、前記低バンド、高バンド、及び中間バンドアンテナサブシステムから放射するラジオ周波数電磁場が、結合され、前記低バンド、高バンド、及び中間バンドの前記全周波数範囲に及ぶ範囲の非中断の連続の全バンド周波数範囲を提供する、請求項１に記載のシステム。
16. 共通アンテナ開口内に、第１バンド幅で動作可能な少なくとも一つの低バンドアンテナ放射体素子を含む低バンドアンテナサブシステム及び１以上の低バンドサブシステムポート信号を提供する１以上の低バンドアンテナサブシステムポートを提供し；
    前記共通アンテナ開口内に、前記第１バンド幅に少なくとも部分的に重複する第２バンド幅で動作可能である少なくとも一つの高バンドアンテナ放射体素子を含む高バンドアンテナサブシステム、及び１以上の高バンドサブシステムポート信号を提供する１以上の高バンドアンテナサブシステムポートを提供し；
    受信モードにおいて、前記１以上の低バンドサブシステムポート信号及び１以上の高バンドサブシステムポート信号を独立して重み付け、前記１以上の低バンドサブシステムポート信号及び１以上の高バンドサブシステムポート信号を組み合わせ、前記第１又は第２バンド幅のいずれかよりも大きい結合されたバンド幅上の非中断の連続の全バンド周波数に及ぶ１以上の全バンドポート信号を提供する；及び
    送信モードにおいて、１以上の提供された全バンド入力ポート信号を１以上の低バンドサブシステム出力ポート信号及び１以上の高バンドサブシステムポート出力信号に分離し、前記１以上の低バンドサブシステム出力ポート信号及び前記１以上の高バンドサブシステムポート出力信号を重み付け、前記低バンドアンテナサブシステム及び高バンドサブシステムから放射するラジオ周波数電磁場が、結合され、非中断の連続の全バンド周波数範囲を提供する、信号を処理するための方法。
17. 前記１以上の低バンドサブシステムポート信号及び１以上の高バンドサブシステムポート信号を重み付け及び結合し、前記１以上の提供された全バンド入力ポート信号を分離及び重み付けることが、共役重み整合を含む、請求項１６に記載の方法。
18. 前記低バンドアンテナサブシステムが、複数の低バンドアンテナ放射体素子を含み、前記高バンドアンテナサブシステムが複数の高バンドアンテナ放射体素子を含む、請求項１６に記載の方法。
19. 前記共通アンテナ開口内で前記少なくとも一つの低バンドアンテナ放射体素子を前記少なくとも一つの高バンドアンテナ放射体素子でインターリーブすることを更に含む、請求項１８に記載の方法。
20. スキャン角に亘り単一の開口アンテナにおいて前記少なくとも一つの低バンドアンテナ放射体素子及び前記少なくとも一つの高バンドアンテナ放射体素子を電気的に操縦することを更に含む、請求項１６に記載の方法。
21. 前記共通アンテナ開口に関して測定されたスキャン角に亘り前記少なくとも一つの低バンドアンテナ放射体素子及び前記少なくとも一つの高バンドアンテナ放射体素子を機械的に操縦することを更に含む、請求項１６に記載の方法。
22. 前記少なくとも一つの低バンドアンテナ放射体素子及び前記少なくとも一つの高バンドアンテナ放射体素子の偏波が、直線偏波；干渉偏波；楕円偏波；及び円形偏波から成る群から選択される、請求項１６に記載の方法。
23. 前記１以上の低バンドサブシステムポート信号及び前記１以上の高バンドサブシステムポート信号をデジタル及びアナログ信号表現の間で変換することを更に含む、請求項１６に記載の方法。
24. 電子的にアクセス可能なメモリーに、前記少なくとも一つの低バンドアンテナ放射体素子及び前記少なくとも一つの高バンドアンテナ放射体素子について個別の事前規定の重み付けパラメーターを記憶することを更に含む、請求項１６に記載の方法。
25. ルックアップテーブルから、周波数及びアンテナアレイスキャン角の１以上に応じて配列された個別の事前規定の重み付けパラメーターを決定することを更に含む、請求項１６に記載の方法。
26. 前記共通アンテナ開口内に１以上の中間バンドサブシステムを提供し、各中間バンドサブシステムが、第１バンド幅、第２バンド幅、別の中間バンド幅、及びこれらの組み合わせを含む別のバンド幅に少なくとも部分的に重複する中間バンド幅で動作可能である１以上の中間バンドアンテナ放射体素子と、１以上の中間バンドサブシステムポート信号を提供する１以上の中間バンドアンテナサブシステムポートを含む；
    前記受信モードにおいて、前記１以上の低バンドサブシステムポート信号、１以上の高バンドサブシステムポート信号、及び１以上の中間バンドサブシステムポート信号を重み付け及び結合し、前記１以上の全バンドポートで、前記低バンド、高バンド、及び中間バンドの前記全周波数範囲に及ぶ範囲の非中断の連続の全バンド周波数範囲を提供する；及び
    前記送信モードにおいて、１以上の提供された全バンド入力ポート信号を１以上の低バンドサブシステム出力ポート信号、１以上の高バンドサブシステムポート出力信号、及び中間バンドサブシステムポート出力信号に分離及び重み付け、前記低バンド、高バンド、及び中間バンドアンテナサブシステムから放射するラジオ周波数電磁場が、結合され、前記低バンド、高バンド、及び中間バンドの前記全周波数範囲に及ぶ範囲の非中断の連続の全バンド周波数範囲を提供することを更に含む、請求項１６に記載の方法。

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