JP2018207478A - 広帯域アンテナシステム - Google Patents

Abstract

【課題】所望の重量および性能を持つ構造を用いるアンテナからのビームを広い周波数レンジおよび視野範囲にわたって操作する。【解決手段】アンテナシステムのためのシステム、方法および装置。アンテナシステムは、開口構造、プライマリー放射スロット、チューニングスロットおよびストリップ線路給電部を備える。プライマリー放射スロットおよびチューニングスロットは両方とも開口構造に位置する。ストリップ線路給電部は開口構造内でプライマリー放射スロットとチューニングスロットとの間に位置する。【選択図】図１

Description

本開示は概してアンテナに関し、特に、電子的に走査される広帯域ビームフォーミングアンテナに関する。

アンテナシステムは、無線周波数（ＲＦ）信号を送るか、受けるのに用いられる。これらの無線周波数信号は多くの場合に、音声通信、画像、メッセージや他の種類の情報などの情報を含む。

よく用いられるアンテナシステムの一種としては、指向性アンテナまたはビームフォーミングアンテナがある。この種のアンテナは特定の方向に大出力を放射したり受けたりして、システム性能の向上を可能にし、目的外の受信器に対する干渉または目的外の送信器からの干渉の低減を可能にする。余裕のある周波数レンジまたは複数の機能が望まれる場合、広帯域アンテナが多くの場合に用いられる。たとえば、航空機広帯域アンテナは、センサ、通信や電子戦などの複数の機能を有してもよい。さらに、これらのアンテナからのビームは多くの場合に操作される（ｓｔｅｅｒｅｄ）。ビームの操作は、電子的または機械的に実現してもよい。

航空機上のこの種のアンテナの使用に関しては、多くの場合、性能に加えて、重量およびサイズが重要である。たとえば、アンテナからのビームを機械的に操作するのにモーター駆動ジンバルが用いられている。しかしながら、モーター駆動ジンバルにより、重量が増加し、航空機内に空間がさらに必要になり、ビーム操作速度（ｂｅａｍ−ｓｔｅｅｒｉｎｇ ｒａｔｅ）がいくつかの用途に必要とされるよりも低く限られる。

重量を低減してビームの敏捷性を向上させるのに電子操作アンテナ（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｌｌｙ ｓｔｅｅｒｅｄ ａｎｔｅｎｎａ）を用いてもよい。しかしながら、この種のアンテナに用いられる一般的なラジエーターについても、重量がいくつかの用途に必要とされるよりも増大する。たとえば、既存の電子操作アンテナでは、Ｋｕバンド未満のいくつかの現行の構造で用いられるような矩形銅パイプから形成される大重量のかさばるスロット導波管（ｓｌｏｔｔｅｄ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ）が多くの場合に用いられる。この種の解決手段は、方位角走査、仰角走査または両方にジンバルを用いるよりも軽量である場合があるが、この場合でも、航空機または宇宙飛翔体などの他の種類のビークル上でのいくつかの用途に対する所望の重量要求を満たさない場合がある。

したがって、上述の課題および他の起こり得る課題の少なくともいくつかを考慮した方法および装置を得ることが望ましい。たとえば、所望の重量および性能を持つ構造を用いるアンテナからのビームを広い周波数レンジおよび視野範囲（ｆｉｅｌｄ−ｏｆ−ｒｅｇａｒｄ）にわたって操作することで技術的課題を解決する方法および装置を得ることが望ましい。

本開示の実施形態はアンテナシステムを提供する。アンテナシステムは、開口構造、プライマリー放射スロット、チューニングスロットおよびストリップ線路給電部を備える。プライマリー放射スロットおよびチューニングスロットは両方とも開口構造に位置する。ストリップ線路給電部は開口構造内でプライマリー放射スロットとチューニングスロットとの間に位置する。

本開示の別の実施形態はアンテナシステムを提供する。アンテナシステムは、上部、側壁、下部、プライマリー放射スロット、チューニングスロットおよびストリップ線路給電部を備える。上部は、第１の金属層を有する第１の誘電基板層と、第２の金属層を有する第２の誘電基板層とを有する。プライマリー放射スロットは第１の金属層を有する第１の誘電基板層に形成され、チューニングスロットは第２の金属層を有する第２の誘電基板層に形成される。側壁は第３の誘電基板層および第３の金属層を備える。下部は、アンテナシステム中のグラウンドのための下部金属層を有する下部誘電基板層を有する。上部、側壁および下部は開口構造内でアンテナキャビティを形成する。プライマリー放射スロットおよびチューニングスロットは上部にある。ストリップ線路給電部は、上部における中心線からオフセットされる上部のチューニングスロットとプライマリー放射スロットとの間に位置する。上部、側壁および下部は開口構造を形成する。

本開示のさらに別の実施形態は無線周波数信号を交換する方法を提供する。方法は、プライマリー放射スロットおよびチューニングスロットを含む開口構造においてストリップ線路給電部を用いて信号を交換するステップを備える。ストリップ線路給電部は開口構造内でプライマリー放射スロットとチューニングスロットとの間に位置する。

本開示の様々な実施形態における形態および機能は別々に提供することができるし、さらに別の実施形態では、これらを組み合わせてもよい。さらなる詳細は以下の説明および図面を参照して見ることができる。

新規の形態があると考えられる例示的実施形態の特徴を添付の請求項に示す。ただし、本開示の例示的実施形態の以下の詳細な説明を参照することで、添付の図面とともに読めば、例示的実施形態および好ましい使用形態、さらには、その目的および形態が最もよく理解される。

例示的実施形態に係るアンテナ環境のブロック図の例である。 例示的実施形態に係る開口構造のブロック図の例である。 例示的実施形態に係るアンテナ要素の例である。 例示的実施形態に係るアンテナ要素の上面図の例である。 例示的実施形態に係るアンテナ要素の断面図の例である。 例示的実施形態に係る、無線周波数信号を交換するプロセスのフローチャートの例である。 例示的実施形態に係る航空機の製造および保守点検方法のブロック図の例である。 例示的実施形態に係る航空機のブロック図の例である。

例示的実施形態では、１つ以上の異なる検討課題を認識して考慮している。たとえば、例示的実施形態では、広帯域アンテナであり、操作可能ビーム（ｓｔｅｅｒａｂｌｅ ｂｅａｍ）を有するアンテナなどのアンテナ用の現行の構造が航空機や宇宙飛翔体などのビークルにおける用途に必要とされるよりも重い場合があることを認識して考慮している。例示的実施形態では、アンテナ要素の設計が電子制御アンテナ要素（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｌｌｙ ｓｔｅｅｒａｂｌｅ ａｎｔｅｎｎａ ｅｌｅｍｅｎｔ）に現在用いられているよりも軽量となるように設計される場合があることを認識して考慮している。

さらに、例示的実施形態では、広帯域用途に現在利用可能なアンテナ要素の使用可能な帯域幅が走査空間または視野範囲にわたってより狭く、所望されるよりも高価である場合があることを認識して考慮している。アンテナについての帯域幅分類は多くの場合、定比幅（ｐｅｒｃｅｎｔａｇｅ ｂａｎｄｗｉｄｔｈ）（周波数レンジを中心周波数で割ったもの）で表わされる。たとえば、一般的には、１０％未満が狭帯域幅であるとされ、１５％超が広帯域であるとされる。１０％〜１５％の帯域幅は狭帯域であるとされたり、広帯域であるとされたりする場合がある。

したがって、例示的実施形態はアンテナシステムのための方法および装置を提供する。１つの例示的な例では、アンテナシステムは、開口構造、プライマリー放射スロット、チューニングスロットおよびストリップ線路給電部を含む。プライマリー放射スロットおよびチューニングスロットは開口構造内に位置する。ストリップ線路給電部は開口構造内でプライマリー放射スロットとチューニングスロットとの間に位置する。

以下、図を参照して、特に図１を参照して、例示的実施形態に係るアンテナ環境のブロック図の例が示されている。図示の通り、アンテナ環境１００はアンテナシステム１０２を含む。アンテナシステム１０２は、無線周波数ユニット１０４、コントローラー１０６およびアンテナ１０８を含む。

この例示的な例では、無線周波数ユニット１０４は、無線周波数信号１１０を交換するために、送信器または受信器の少なくとも１つを含んでもよい。本明細書で用いられているように、語句「の少なくとも１つ（ａｔ ｌｅａｓｔ ｏｎｅ ｏｆ）」は、項目の列挙物とともに用いられる場合、列挙された項目の１つ以上の異なる組合せを用いてもよく、列挙物中の各項目の１つのみが必要である場合があることを意味する。言い換えると、「の少なくとも１つ」は、列挙物から項目の任意の組合せおよび任意の数の項目を用いてもよいが、列挙物の項目のすべてが必要であるということではないことを意味する。項目は、特定の対象物（ａ ｐａｒｔｉｃｕｌａｒ ｏｂｊｅｃｔ）、不特定の物（ａ ｔｈｉｎｇ）またはカテゴリーであってもよい。

たとえば、「項目Ａ、項目Ｂまたは項目Ｃの少なくとも１つ」は、項目Ａを含んでもよいし、項目Ａおよび項目Ｂを含んでもよいし、項目Ｃを含んでもよい。ただし、これらに限定されるものではない。この例は、項目Ａ、項目Ｂおよび項目Ｃを含むこともできるし、項目Ｂおよび項目Ｃを含むこともできる。当然、これらの項目の任意の組合せが存在してもよい。いくつかの例示的な例では、「の少なくとも１つ」は、たとえば、項目Ａについて２つ、項目Ｂについて１つ、かつ項目Ｃについて１０個であってもよいし、項目Ｂについて４つ、かつ項目Ｃについて７つであってもよいし、他の適当な組合せであってもよい。ただし、これらに限定されるものではない。

コントローラー１０６はアレイ環境中の複数のアンテナ要素１１４の動作を制御する。コントローラー１０６はハードウェアまたはソフトウェアの少なくとも１つにおいて実施してもよい。コントローラー１０６は、コンピューターシステムのプロセッサーユニットであってもよいし、特定の実施に応じた専門回路であってもよい。

図示の通り、コントローラー１０６は、無線周波数信号１１０を交換するのに用いる位相または時間遅延を制御してビーム１１２を形成してもよい。この例示的な例では、ビーム１１２は電子操作可能（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｌｌｙ ｓｔｅｅｒａｂｌｅ）である。言い換えると、ビーム１１２を操作するのに、アンテナ１０８を動かす機械的システムは必要ではない。

図示の通り、アンテナ１０８は複数のアンテナ要素１１４から構成されている。この例示的な例では、複数のアンテナ要素１１４はアンテナ１０８に用いる広帯域アンテナアレイ１１６を形成する。

この例示的な例では、複数のアンテナ要素１１４中のアンテナ要素１１８は、開口構造１２０、プライマリー放射スロット１２２、チューニングスロット１２４およびストリップ線路給電部１２６から構成されている。この例示的な例では、ストリップ線路給電部１２６は準横電磁伝送線媒体（ｑｕａｓｉ−ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｌｉｎｅ ｍｅｄｉｕｍ）である。ストリップ線路給電部１２６は２つの平行なグラウンドプレートにはさまれた金属の平坦なストリップであってもよい。

プライマリー放射スロット１２２は開口構造１２０内に位置する。チューニングスロット１２４も開口構造１２０内に位置する。図示の通り、プライマリー放射スロット１２２およびチューニングスロット１２４は開口構造１２０内で開口１２８を形成する。

この例示的な例では、ストリップ線路給電部１２６は、開口構造１２０内でプライマリー放射スロット１２２とチューニングスロット１２４との間に位置する。図示の通り、ストリップ線路給電部１２６は開口構造１２０の中心線１３４からオフセットされている。

アンテナ要素１１８を設計する際、開口構造１２０の動作帯域幅１３０を設定するために、プライマリー放射スロット１２２、チューニングスロット１２４およびストリップ線路給電部１２６の寸法および位置の少なくとも１つを選択する。動作帯域幅１３０は、開口構造１２０が無線周波数信号１１０を送ったり、受けたりすることができる周波数の範囲である。別の例では、動作帯域幅１３０は、中心周波数に対する動作周波数の割合と説明される場合がある。さらに、ストリップ線路給電部１２６の位置または寸法の少なくとも１つがプライマリー放射スロット１２２およびチューニングスロット１２４によって形成される開口１２８に対してインピーダンス整合のために選択される。

この図示例では、アンテナ要素１１８は、複数のアンテナ要素１１４とともに、無線周波数信号１１０からビーム１１２を形成する。ビーム１１２は電子操作ビーム（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｌｌｙ ｓｔｅｅｒｅｄ ｂｅａｍ）１３２の形態をとる。この図示例では、電子操作ビーム１３２の操作はコントローラー１０６によって制御される。

以下、図２を参照して、例示的実施形態に係る開口構造のブロック図の例が示されている。図２は、図１の開口構造１２０の一実施形態の一例を示す。

開口構造１２０はいくつかの異なる構成要素から構成されている。図示の通り、開口構造１２０は、上部２００、側壁２０２および下部２０４から構成されている。開口構造１２０はキャビティ２０６も含み、キャビティ２０６は上部２００、側壁２０２および下部２０４によって形成されている。

図示の通り、上部２００は、第１の金属層２１２を有する第１の誘電基板層２１０と、第２の金属層２１６を有する第２の誘電基板層２１４とを有する。第１の誘電基板層２１０および第２の誘電基板層２１４に用いる基板の層はプリント回路基板（ＰＣＢ）であってもよい。第１の金属層２１２および第２の金属層２１６は、金属合金、銅、アルミニウム、銀、金または導電率の所望のレベルを持つ他の材料の少なくとも１つから選択される金属から構成されている。

この例では、プライマリー放射スロット１２２は第１の金属層２１２を有する第１の誘電基板層２１０に形成されている。チューニングスロット１２４は第２の金属層２１６を有する第２の誘電基板層２１４に形成されている。

この例示的な例では、側壁２０２は、キャビティ２０６に面する側面上の第３の誘電基板層２１３および第３の金属層２１５から形成されている。下部２０４は、下部金属層２２０を有する下部誘電基板層２１８を有する。図１に示されているアンテナシステム１０２中のグラウンド２２２は下部金属層２２０から形成される。

この例では、ビア２２４は上部２００に位置する。ビア２２４はプライマリー放射スロット１２２およびチューニングスロット１２４の周囲の周辺部２２６を画定する箇所にある。

ビアは電気接続を実現するのに用いることができる垂直相互接続アクセス（ｖｅｒｔｉｃａｌ ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｅｄ ａｃｃｅｓｓ）である。ビアは、上部２００の両側にある構成要素間の導電接続を可能にする、上部２００の誘電基板を貫通する微小開口部である。この例示的な例では、ビア２２４は、電磁場をブロックするエンクロージャーであるファラデー箱としても機能する。このようにして、外部干渉無線周波数信号を弱めたり、これが図１の開口１２８を通じて交換されるものに加えられることを防止したりすることができる。

図示の通り、キャビティ２０６は、無線周波数信号を発生して送信したり、受信したりするキャビティである。キャビティ２０６には材料群が充填される。キャビティ２０６の材料群は、空気、泡または他の適当な材料の少なくとも１つから選択してもよい。所望の重量および誘電率を持つように他の材料を選択してもよい。

さらに、側壁２０２により、キャビティ２０６に加えて１つ以上のキャビティを画定してもよい。例示的な例では、キャビティ２０６はアンテナキャビティ２２８であり、側壁２０２は開口構造１２０内で電子装置キャビティ２３０を形成する。電子装置キャビティ２３０には電子コンポーネント２３２群が関連する。電子コンポーネント２３２群は、アンプ、フィルター、移相器、時間遅延デバイスまたは他の適当なコンポーネントの少なくとも１つから選択される。シグナルコンディショニングまたは信号分配用に電子コンポーネント２３２を選択してもよい。

したがって、１つの例示的な例において、所望の重量および性能を持つ構造を用いるアンテナからのビームを操作することで技術的課題を克服する１つ以上の技術的解決手段が存在する。この結果、１つ以上の技術的解決手段により、アンテナ要素が、異なる複数の周波数にわたって性能の所望のレベルを実現する２つのスロットから形成される開口を有するという技術的効果をもたらすことができる。１つ以上の技術的解決手段により、現在の解決手段と比較して重量およびコストの所望のレベルを持つ広帯域アンテナアレイを実現することができる。さらに、１つ以上の技術的解決手段により、広範な帯域幅にわたって、所望の走査空間内または視野範囲において多数の角度でビームを走査する能力をも実現することができる。ビームを走査することができる帯域幅および角度は、例示的な例では、目的の用途について現在使用されているきわめて重いアンテナ要素と比較して、ほぼ同じであるか、広い。

図１のアンテナ環境１００、図２の開口構造１２０、およびこれらの環境中の異なる構成要素の例は、例示的実施形態を実施する仕方に対する物理的または構造上の限定を示すことを意味しない。例示されているものに加えて、またはそれの代わりに、他の構成要素を用いてもよい。いくつかの構成要素は不必要である場合がある。また、いくつかの機能的な構成要素を例示するブロックが示されている。例示的実施形態において実施されるとき、これらのブロックの１つ以上を組み合わせたり、分割したり、組み合わせて分割したりして、異なる複数のブロックにしてもよい。

次に図３を参照して、例示的実施形態に係るアンテナ要素の例が示されている。この例示的な例では、アンテナ要素３００が仮想線のいくつかのコンポーネントとともに斜視図に示されている。

図示の通り、アンテナ要素３００は、図１のブロック形態で示されているアンテナ要素１１８についての物理的な実施の例である。この例示的な例では、アンテナ要素３００は、開口構造３０２、上部３０４、側壁３０６および下部３０８を含む。この例示的な例では、側壁３０６は、上部３０４および下部３０８とともに、２つのキャビティ、すなわち、アンテナキャビティ３１０および電子装置キャビティ３１２を画定する。

図示の通り、側壁３０６は、側壁３１４、側壁３１６、側壁３１８、側壁３２０および側壁３２２を含む。この例では、側壁３０６の各々は誘電基板層および金属層から構成されている。これらは、アンテナ要素３００の他の形態の図示部を隠すことを避けるために詳細には示されていない。

この例では、側壁３１４、側壁３１６、側壁３２０および側壁３２２は、上部３０４および下部３０８とともにアンテナキャビティ３１０を画定する。側壁３１４、側壁３１６、側壁３１８および側壁３２０は、上部３０４および下部３０８とともに電子装置キャビティ３１２を画定する。

図示の通り、上部３０４は、第１の誘電基板層３２６、第２の誘電基板層３２８、第１の金属層３３０および第２の金属層３３２から構成されている。第１の誘電基板層３２６は誘電基板の１番目の層である。第２の誘電基板層３２８は誘電基板の２番目の層である。

第１の金属層３３０は開口構造３０２の外面３３４の第１の誘電基板層３２６上に位置する。第２の金属層３３２は開口構造３０２の内面３３６にある第２の誘電基板層３２８上に位置する。第１の金属層３３０と第２の金属層３３２との両方はこの例示的な例では銅から構成されている。

この例では、プライマリー放射スロット３４０は第１の誘電基板層３２６および第１の金属層３３０に形成されている。チューニングスロット３３８は第２の誘電基板層３２８および第２の金属層３３２に形成されている。この例示的な例では、プライマリー放射スロット３４０の領域はチューニングスロット３３８よりも小さい。図示の通り、プライマリー放射スロット３４０は上部３０４においてチューニングスロット３３８の上にある。

図示の通り、ストリップ線路給電部３４２は第１の誘電基板層３２６と第２の誘電基板層３２８との間に位置する。ストリップ線路給電部３４２はチューニングスロット３３８とプライマリー放射スロット３４０との間に位置する。

ストリップ線路給電部３４２の位置、長さまたは形状の少なくとも１つは、チューニングスロット３３８およびプライマリー放射スロット３４０によって形成される開口３４４に対するインピーダンス整合のためのチューニングパラメータである。チューニングスロット３３８により、インピーダンス帯域幅チューニングのためのさらなる機構が実現される。チューニングスロット３３８およびプライマリー放射スロット３４０を選択して開口構造３０２の最も有効な共振周波数を制御してもよい。

この例示的な例では、下部３０８は下部誘電基板層３５２および下部金属層３５４から構成されている。下部金属層３５４は開口構造３０２の内面３３６に位置する。

この例示的な例では、ビア３５６は上部３０４に位置する。図から分かるように、ビア３５６は、チューニングスロット３３８およびプライマリー放射スロット３４０の周囲でファラデー箱として機能する周辺部３５８を形成する。ファラデー箱は、不要ないわゆる平行平板モードの励起も妨げる。

図示の通り、開口構造３０２は、幅３４６、長さ３４８および高さ３５０を持つ。給電線軸線に平行である全ユニットセル幅は幅３４６であり、幅３４６に平行な垂直平面について６０度以下で、目的の動作周波数帯にわたって無グレーティングローブ電子走査（ｇｒａｔｉｎｇ−ｌｏｂｅ−ｆｒｅｅ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｓｃａｎ）を可能にするように選択することができる。６０度のオフボアサイト走査（ｏｆｆ−ｂｏｒｅｓｉｇｈｔ ｓｃａｎ）限界が増減する場合、幅３４６を増減させてもよい。１つの例示的な例では、幅３４６を１．７インチにして、約３．７ＧＨｚ以下の６０度のオフボアサイト走査が可能である。

長さ３４８はユニットセルの長さであり、長さ３４８に平行な垂直平面について２５度以下で、目的の動作周波数帯にわたって無グレーティングローブ電子走査を可能にするように選択される。図示の通り、２５度のオフボアサイト走査限界が増減する場合、長さ３４８を増減させてもよい。例示的な例では、長さ３４８を２．２インチにして、約３．７ＧＨｚ以下の２５度のオフボアサイト走査が可能である。この図示例では１８％以上の定比幅を実現することが可能である。

図示の通り、アンテナキャビティ３１０の寸法は、スロットラジエーター動作と干渉する不要なキャビティモードが発生しないように選択される。キャビティの高さ、すなわち、スロットから下部３０８の水平のグラウンドまでの距離についても、アンテナ利得を増大させるために後方放射を前方向に向け直し、インピーダンス帯域幅チューニングのためのさらなる機構を実現するように選択される。

誘電基板層は回路基板から形成され、回路基板の厚さは構造全体が機械的応力要求を満たすように選択される。ストリップ線路給電部３４２をサポートする回路基板の厚さおよび誘電率についても、対応する給電線寸法が製造容易性についての制約を満たすように選択される。

別の例示的実施形態では、プライマリー放射スロット３４０とチューニングスロット３３８との箇所を小規模なチューニングをし直すことで交換することができる。また、薄い非金属の環境コーティングを第１の金属層３３０の上に配置してもよい。たとえば、コーティングは回路基板の銅の腐食を防止するのに用いてもよい。

図示の通り、開口構造３０２の上部３０４、側壁３０６および下部３０８はプリント回路基板から構成されている。これらのプリント回路基板を別々に作製し、他の開口構造とともに最終組み立てでともに結合して、アレイ配置でエッグクレート（ｅｇｇ ｃｒａｔｅ）構造を形成してもよい。このアレイ配置では、アンテナ要素３００以外にも他のアンテナ要素が存在して、アレイ状に配置され、これにより、電子操作ビームを用いて高周波信号を交換することができる。アンテナのエッグクレート構造は、アンテナ要素中の相互接続された複数の誘電パネルによって形成され、これらの誘電パネルは典型的には均等間隔を持ち、矩形の格子を有する。

以下、図４を参照して、例示的実施形態に係るアンテナ要素の上面図の例が示されている。この例示的な例では、アンテナ要素３００の上面図は図３の線４‐４の方向に見ている。

この図では、開口３４４が、プライマリー放射スロット３４０を囲む周辺部３５８を形成するビア３５６と、チューニングスロット３３８と、ストリップ線路給電部３４２とともに示されている。ビア３５６は、２つのグラウンド平面間の不要な平行平板モードを低減、すなわち抑制し、プライマリー放射スロット３４０をアレイ中の配電回路（図示せず）から絶縁し、隣接するアンテナ要素からストリップ線路給電部を絶縁するように機能することができる。ビア３５６の直径および密度は、ビア３５６がアンテナ要素３００による目的の動作周波数帯にわたって所望の電気遮蔽を実現するファラデー箱を形成するように選択することができる。

ここで図５に注目して、例示的実施形態に係るアンテナ要素の断面図の例が示されている。図示の通り、アンテナ要素３００のこの断面図は図４の線５‐５に沿って切断されている。

この図から、上部３０４と、上部３０４中のストリップ線路給電部３４２と、アンテナキャビティ３１０との相対厚さが分かる。この特定の例では、開口構造３０２の高さ３５０は中間帯周波数での自由空間における波長で約０．１４波長である。主要部をなすキャビティにより、アンテナ利得を増大させるために後方放射が前方向に向け直される。この種のキャビティにより、隣接するアンテナ要素との不要な相互カップリングの低減も行われる。

図示の通り、電子装置キャビティ３１２はアクティブまたはパッシブ電子装置を収容するのに用いられ、必要であれば、仰角と方位角との両方について走査したり、給電線軸線に平行な仰角平面上で走査したりする必要に応じてアクティブまたはパッシブ電子装置を収容するのに用いられる。電子装置キャビティ３１２に配置することができる電子装置は、アンプ、シグナルコンディショニング用のフィルター、移相器またはアンテナアレイビーム操作（ａｎｔｅｎｎａ ａｒｒａｙ ｂｅａｍ ｓｔｅｅｒｉｎｇ）用の時間遅延デバイスの少なくとも１つを含む。

次に図６に注目して、例示的実施形態に係る無線周波数信号を交換する方法のフローチャートの例が示されている。図６に示されているプロセスは、図１のアンテナシステム１０２を用いて実施することができる。無線周波数信号の交換は、無線周波数信号の送信または無線周波数信号の受信の少なくとも１つを含む。

プロセスは、無線周波数信号を生成するステップから開始する（動作６００）。プロセスでは、開口構造においてストリップ線路給電部を用いて無線周波数信号を交換する（動作６０２）。その後プロセスは終了する。開口構造はプライマリー放射スロットおよびチューニングスロットを含む。ストリップ線路給電部は開口構造内でプライマリー放射スロットとチューニングスロットとの間に位置する。

異なる図示実施形態におけるフローチャートおよびブロック図は、例示的実施形態における装置および方法のいくつかの可能な実現例の構造、機能および動作を示す。この点に関して、フローチャートまたはブロック図の各ブロックは、モジュール、セグメント、機能または動作もしくはステップの部分の少なくとも１つを表わしてもよい。たとえば、ブロックの１つ以上を、プログラムコード、ハードウェアまたはプログラムコードとハードウェアとの組合せとして実施してもよい。ハードウェアで実施する場合、たとえば、フローチャートまたはブロック図における１つ以上の動作を行うように製造されたり、構成されたりする集積回路の形態をハードウェアはとってもよい。プログラムコードとハードウェアとの組合せとして実施する場合、実現例はファームウェアの形態をとってもよい。フローチャートまたはブロック図の各ブロックは、異なる複数の動作を実行する複数の専用ハードウェアシステム、または専用ハードウェアと専用ハードウェアによって実行されるプログラムコードとの組合せを用いて実施してもよい。

例示的実施形態のいくつかの代替実現例では、ブロックに明示されている１つ以上の機能を、図に明示されている順序を逸脱するようにして行ってもよい。たとえば、場合によっては、関係する機能に応じて、連続して示されている２つのブロックをほぼ並列に実行してもよいし、逆の順序で実行する場合があってもよい。また、図示されているブロックに加えて、他のブロックをフローチャートまたはブロック図に追加してもよい。

図７に示されている航空機の製造および保守点検方法７００と図８に示されている航空機８００とに関して本開示の例示的実施形態を説明することができる。まず図７に注目して、例示的実施形態に係る航空機の製造および保守点検方法のブロック図の例が示されている。量産試作の際、航空機の製造および保守点検方法７００は、図８の航空機８００の仕様および設計７０２および材料調達７０４含んでもよい。

製造の際、図８の航空機８００の構成要素および部分組立品の製造７０６と、システム統合７０８とを行う。その後、図８の航空機８００には、就航中７１２の状態にするために、認証および搬送７１０が行われてもよい。カスタマーによって就航中７１２である間、図８の航空機８００には、変更、再構成、改修および他の整備または保守点検を含み得る定期的な整備および保守点検７１４が計画される。

航空機の製造および保守点検方法７００のプロセスの各々は、システム統合者、サードパーティー、運用者またはこれらのいくつかの組合せによって担任されるか、実行されてもよい。これらの例では、運用者はカスタマーであってもよい。上記の説明目的で、システム統合者は複数の航空機製造者および主要なシステム下請業者を含んでもよいが、これらに限定されるものではない。サードパーティーは、任意の数の販売業者、下請業者および提供元を含んでもよいが、これらに限定されるものではない。運用者は、航空会社、リース会社、軍事団体、保守点検組織などであってもよい。

以下、図８を参照して、例示的実施形態に係る航空機のブロック図の例が示されている。この例では、航空機８００は図７の航空機の製造および保守点検方法７００によって製造される。航空機８００は複数のシステム８０４および内部８０６とともに機体８０２を含んでもよい。システム８０４の例は、推進システム８０８、電気システム８１０、油圧システム８１２、環境システム８１４および通信システム８１６の１つ以上を含む。たとえば、図１に示されているアンテナシステム１０２を通信システム８１６において実施してもよい。他のシステム、たとえば、センサ、対抗手段（ｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅ）、電子戦部または航空機８００の他の種類のシステムにおいて図１のアンテナシステム１０２を実施してもよい。

例をなす他のものに任意の数の他のシステムを含ませてもよい。航空宇宙の例が示されているが、異なる例示的実施形態を自動車産業などの他の産業に適用してもよい。図７の航空機の製造および保守点検方法７００の段階の少なくとも１つの際に本明細書において具体化されている装置および方法を用いてもよい。

１つの例示的な例では、図７の構成要素および部分組立品の製造７０６で製造される構成要素または部分組立品は、図７の航空機８００の就航中７１２製造される構成要素または部分組立品と同様に作製または製造してもよい。さらに別の例として、図７の構成要素および部分組立品の製造７０６やシステム統合７０８などの製造段階中に１つ以上の装置実施形態、方法実施形態またはこれらの組合せを利用してもよい。航空機８００の就航中７１２、図７の整備および保守点検７１４中、またはこれらの両方で１つ以上の装置実施形態、方法実施形態またはこれらの組合せを利用してもよい。

複数の異なる例示的実施形態を用いることで、大幅に航空機８００の組み立てを高速化することができたり、航空機８００のコストを低減させることができたり、あるいは、航空機８００の組み立ての高速化と、航空機８００のコストの低減との両方を行うことができたりする。たとえば、電子操作ビームとともに広帯域能力を実現する他の種類のアンテナシステムと比較して航空機８００の重量およびコストを低減するように、航空機８００の組み立て中に図１のアンテナシステム１０２を実施することができる。

このように、例示的な例の１つ以上の技術的解決手段により、現在使用されているアンテナアレイと比較して、軽量、低背、かつ低コストの広帯域アンテナアレイが実現される。１つ以上の例示的な例により、アンテナ無線周波数性能を犠牲にすることなく、既存の設計と比較して、アンテナの重量を７０％以上低減し、全厚さを最高５０％低減することができる。さらに、１つ以上の例示的な例により、ビームを電子的に操作するときに、所望の帯域幅および走査角が可能になる場合もある。プリント回路基板などの誘電基板を用いる結果、重量が省かれる。さらに、開口に用いるスロットの構成とともに、このようなプリント回路基板を用いることで、広帯域用途などの所望の帯域幅、またはビームを電子的に操作することができる所望の角度の少なくとも１つが可能になる。

異なる例示的実施形態の記載は図示目的および説明目的でなされており、網羅したり、開示されている形態の実施形態に限定したりすることは意図されていない。異なる複数の例示的な例は複数の働きまたは複数の動作を行う複数の構成要素を説明する。例示的実施形態では、説明されている働きまたは動作を行うように構成要素を構成してもよい。たとえば、構成要素は、構成要素によって行われる際に例示的な例で説明されている働きまたは動作を行う能力を構成要素にもたらす構造の構成または設計を持ってもよい。

多数の修正および変更が当業者には明らかである。さらに、異なる複数の例示的実施形態を用いることで、他の所望の実施形態とは異なる複数の形態を実現することができる。実施形態の原理、実際の適用例を最良に説明するために、また、企図される具体的な使用に適するような様々な修正が施された様々な実施形態について、他の当業者が本開示を理解することを可能にするために、選択実施形態を選び、説明している。

１００ アンテナ環境
１０２ アンテナシステム
１０４ 無線周波数ユニット
１０６ コントローラー
１０８ アンテナ
１１０ 無線周波数信号
１１２ ビーム
１１４ 複数のアンテナ要素
１１６ 広帯域アンテナアレイ
１１８ アンテナ要素
１２０ 開口構造
１２２ プライマリー放射スロット
１２４ チューニングスロット
１２６ ストリップ線路給電部
１２８ 開口
１３０ 動作帯域幅
１３２ 電子操作ビーム
１３４ 中心線
２００ 上部
２０２ 側壁
２０４ 下部
２０６ キャビティ
２１０ 第１の誘電基板層
２１２ 第１の金属層
２１３ 第３の誘電基板層
２１４ 第２の誘電基板層
２１５ 第３の金属層
２１６ 第２の金属層
２１８ 下部誘電基板層
２２０ 下部金属層
２２２ グラウンド
２２４ ビア
２２６ 周辺部
２２８ アンテナキャビティ
２３０ 電子装置キャビティ
２３２ 電子コンポーネント
３００ アンテナ要素
３０２ 開口構造
３０４ 上部
３０６ 側壁
３０８ 下部
３１０ アンテナキャビティ
３１２ 電子装置キャビティ
３１４ 側壁
３１６ 側壁
３１８ 側壁
３２０ 側壁
３２２ 側壁
３２６ 第１の誘電基板層
３２８ 第２の誘電基板層
３３０ 第１の金属層
３３２ 第２の金属層
３３４ 外面
３３６ 内面
３３８ チューニングスロット
３４０ プライマリー放射スロット
３４２ ストリップ線路給電部
３４４ 開口
３４６ 幅
３５０ 高さ
３５２ 下部誘電基板層
３５４ 下部金属層
３５６ ビア
３５８ 周辺部
６００ 動作
６０２ 動作
７００ 航空機の製造および保守点検方法
７０２ 仕様および設計
７０４ 材料調達
７０６ 構成要素および部分組立品の製造
７０８ システム統合
７１０ 認証および搬送
７１２ 就航中
７１４ 整備および保守点検
８００ 航空機
８０２ 機体
８０４ システム
８０６ 内部
８０８ 推進システム
８１０ 電気システム
８１２ 油圧システム
８１４ 環境システム
８１６ 通信システム

Claims (18)

1. 開口構造（１２０）と、
   前記開口構造（１２０）内のプライマリー放射スロット（１２２）と、
   前記開口構造（１２０）内のチューニングスロット（１２４）と、
   前記開口構造（１２０）内で前記プライマリー放射スロット（１２２）と前記チューニングスロット（１２４）との間に位置するストリップ線路給電部（１２６）と
   を備えるアンテナシステム（１０２）。
2. 前記ストリップ線路給電部（１２６）は前記開口構造（１２０）の中心線（１３４）からオフセットされる、請求項１に記載のアンテナシステム（１０２）。
3. 前記開口構造（１２０）は、
   第１の金属層（２１２）を有する第１の誘電基板層（２１０）と第２の金属層（２１６）を有する第２の誘電基板層（２１４）とを有する上部（２００）であって、前記プライマリー放射スロット（１２２）は前記第１の金属層（２１２）を有する前記第１の誘電基板層（２１０）に形成され、前記チューニングスロット（１２４）は前記第２の金属層（２１６）を有する前記第２の誘電基板層（２１４）に形成される、上部（２００）と、
   第３の誘電基板層（２１３）および第３の金属層（２１５）を備える側壁（２０２）と、
   前記アンテナシステム（１０２）中のグラウンドのための下部金属層（２２０）を有する下部誘電基板層（２１８）を有する下部（２０４）であって、前記上部（２００）、前記側壁（２０２）および前記下部（２０４）は前記開口構造（１２０）内でキャビティを形成する、下部（２０４）と
   を備える、請求項１に記載のアンテナシステム（１０２）。
4. 前記上部（２００）にあるビア（２２４）であって、前記ビア（２２４）は、前記プライマリー放射スロット（１２２）および前記チューニングスロット（１２４）の周囲で周辺部（２２６）を画定する、ビア（２２４）
   さらに備える、請求項３に記載のアンテナシステム（１０２）。
5. 前記キャビティ（２０６）はアンテナキャビティ（２２８）であり、前記側壁（２０２）は前記開口構造（１２０）内で電子装置キャビティ（２３０）を形成する、請求項３に記載のアンテナシステム（１０２）。
6. 前記プライマリー放射スロット（１２２）、前記チューニングスロット（１２４）および前記ストリップ線路給電部（１２６）の少なくとも寸法および位置は、前記開口構造（１２０）の動作帯域幅を設定するために選択される、請求項１に記載のアンテナシステム（１０２）。
7. 前記ストリップ線路給電部（１２６）の位置または寸法の少なくとも１つが、前記プライマリー放射スロット（１２２）および前記チューニングスロット（１２４）によって形成される開口に対してインピーダンス整合のために選択される、請求項１に記載のアンテナシステム（１０２）。
8. 前記開口構造（１２０）は、プリント回路基板から形成される上部（２００）、側壁（２０２）および下部（２０４）を備える、請求項１に記載のアンテナシステム（１０２）。
9. 前記上部（２００）、前記側壁（２０２）および前記下部（２０４）は、別々に作製され、他の開口構造とともに最終組み立てでともに結合されて、アレイ配置でエッグクレート構造を形成するプリント回路基板から構成される、請求項３に記載のアンテナシステム（１０２）。
10. 前記開口構造（１２０）、前記プライマリー放射スロット（１２２）、前記チューニングスロット（１２４）および前記ストリップ線路給電部（１２６）は、電子操作ビームを形成する広帯域アンテナアレイにあるアンテナ要素（１１８）を形成する、請求項１に記載のアンテナシステム（１０２）。
11. アンテナシステム（１０２）であって、
    第１の金属層（２１２）を有する第１の誘電基板層（２１０）と、第２の誘電基板層（２１４）とを有する上部（２００）であって、プライマリー放射スロット（１２２）が前記第１の金属層（２１２）を有する前記第１の誘電基板層（２１０）に形成され、チューニングスロット（１２４）が第２の金属層（２１６）を有する前記第２の誘電基板層（２１４）に形成される、上部（２００）と、
    第３の誘電基板層（２１３）および第３の金属層（２１５）を備える側壁（２０２）と、
    前記アンテナシステム（１０２）中のグラウンド（２２２）のための下部金属層（２２０）を有する下部誘電基板層（２１８）を有する下部（２０４）であって、前記上部（２００）、前記側壁（２０２）および前記下部（２０４）は開口構造（１２０）内でアンテナキャビティ（２２８）を形成する、下部（２０４）と、
    前記上部（２００）にある前記プライマリー放射スロット（１２２）と、
    前記上部（２００）にある前記チューニングスロット（１２４）と、
    前記上部（２００）における中心線（１３４）からオフセットされる前記上部（２００）の前記チューニングスロット（１２４）と前記プライマリー放射スロット（１２２）との間に位置するストリップ線路給電部（１２６）であって、前記上部（２００）、前記側壁（２０２）および前記下部（２０４）は前記開口構造（１２０）を形成する、ストリップ線路給電部（１２６）と
    を備える、アンテナシステム（１０２）。
12. 前記開口構造（１２０）内で前記側壁（２０２）によって形成される電子装置キャビティ（２３０）を
    さらに備える、請求項１１に記載のアンテナシステム（１０２）。
13. 前記電子装置キャビティ（２３０）内にある電子コンポーネント（２３２）群であって、前記電子コンポーネント（２３２）群は、アンプ、フィルター、移相器または時間遅延デバイスの少なくとも１つから選択される、電子コンポーネント（２３２）群
    をさらに備える、請求項１２に記載のアンテナシステム（１０２）。
14. 前記上部（２００）にあるビア（２２４）であって、前記ビア（２２４）は、前記プライマリー放射スロット（１２２）および前記チューニングスロット（１２４）の周囲で周辺部（２２６）を画定する、ビア（２２４）
    をさらに備える、請求項１１に記載のアンテナシステム（１０２）。
15. 前記上部（２００）、前記側壁（２０２）および前記下部（２０４）は、別々に作製され、他の開口構造とともに最終組み立てでともに結合されて、アレイ配置でエッグクレート構造を形成するプリント回路基板から構成される、請求項１１に記載のアンテナシステム（１０２）。
16. 無線周波数信号を交換する方法であって、
    開口構造（１２０）においてストリップ線路給電部（１２６）を用いて前記無線周波数信号を交換するステップであって、前記開口構造（１２０）はプライマリー放射スロット（１２２）およびチューニングスロット（１２４）を含み、前記ストリップ線路給電部（１２６）は前記開口構造（１２０）内で前記プライマリー放射スロット（１２２）と前記チューニングスロット（１２４）との間に位置する、ステップ
    を備える、方法。
17. ビームを形成する前記開口構造（１２０）とともにアレイに配置される他の開口構造からの前記無線周波数信号を交換するステップ
    をさらに備える、請求項１６に記載の方法。
18. 前記ビームを電子的に操作するステップ
    をさらに備える、請求項１７に記載の方法。

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