JP4422730B2 - ミリ波領域保護システムおよび方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、セキュリティーシステムに関し、特に侵入者を妨げる、ＲＦエネルギー用いたシステムに関する。

幾つかの従来の侵入者抑制技術は、侵入者を妨げるための致死的な力に依存している。例えば、殺傷兵器を携帯する警察官を含む武装警備員が典型的には利用されて、建物、商店、装甲車、建物内の場所、他の場所を保護する。非殺傷兵器により武装した警備員は、概して、侵入者を抑止するには効率が悪い。殺傷兵器を用いることの問題は、貴重な人間の生命を守るために、これらの使用に先立って、規律および自制が発揮されねばならないことである。これは、時に、最も良く訓練され且つ経験豊富な人であっても、実行することが難しい。自動化された（例えば人による制御無しの）殺傷兵器は概して禁じられている。

一方、従来のセキュリティーシステムは、鍵、金庫、または他の機械的な装置を用いて、物品または領域を守り、または侵入者を抑止する。ある従来のセキュリティーシステムは、また、電気的な手段を用いて侵入者を検知し当局に通報する。これらの従来のシステムの多くは、侵入者によって容易に回避され、多くの場合、侵入者は、当局が応答する前に物品を持って逃走するかも知れない。これらの従来のセキュリティーシステムの他の問題は、これらは、誤報を生じ、これにより資源が不要に浪費され得ることである。

よって、保護された領域への侵入者を抑止する、改善されたセキュリティーシステムに対する要求が一般にある。また、改善されたセキュリティーを提供するためのシステムおよび方法に対する要求が一般にある。また、セキュリティーを提供する非殺傷的なシステムおよび方法に対する要求がある。非殺傷的な力で侵入者の抑止が可能な領域保護システムおよび方法に対する要求がある。

領域保護システムは、能動アレイアンテナを用いて、高強度ミリ波波面を生成し、保護された領域内への侵入者を抑止する。１つ以上の反射器が、この領域内での波面のエネルギーを維持し、また（または）集中させることを助けるために保護領域内に１つ以上の反射器が配置され得る。幾つかの実施形態では、１つ以上の反射器が、保護領域の所定の位置における波面のエネルギー密度を増加するために配置される。幾つかの実施形態では、領域保護システムは、保護領域内の侵入者の存在を検出し且つ検出信号を生成するための侵入検出サブシステムを含み得る。能動アレイアンテナは、検出信号に応答して高強度ミリ波波面を生成し得る。幾つかの実施形態では、侵入検出サブシステムは、侵入者が身に着けているタグの存在を検出し得、タグが認証された場合にアレイアンテナに波面を生成しないよう指示し得る。幾つかの実施形態では、光学的照明器、ＬＡＳＥＲ照明器、音波発生器、超音波発生器、ＲＦ／ＲＡＤＡＲ発生器が、戻り信号に基づいて侵入者の移動を検出するために用いられ得る。幾つかの実施形態では、アレイアンテナは、実質的に平坦な表面上に共に配置された半導体ウェハを含む。幾つかの実施形態では、各半導体ウェハは、入射低強度波面を反射し且つ高強度波面を生成するための強度アンプおよび送信アンテナを含むが、本発明の範囲は、これに限定されない。

添付の請求の範囲は、本発明の様々な実施形態の幾つかに対して向けられている。しかしながら、発明を実施するための最良の形態が、図面とともに熟考された際に、本発明の実施形態のより完全な理解をもたらす。図面において、同様の参照符号は、各図面を通して同様の要素を指している。

以下の記述および図面は、当業者が実施できるのに十分な程度に本発明の具体的な実施形態を示す。これ以外の実施形態は、構造的、論理的、電気的、工程の、およびその他の変更を含む。実施例は、可能な形態を代表しているだけである。各要素および機能は、はっきりと要求されている場合を除いて任意のものであり、動作の順序は変わり得る。幾つかの実施形態の部分および特徴は、他のものに含まれたり、代用されたりし得る。本発明の実施形態の範囲は、請求項の最大の範囲およびこれらの請求項の利用可能な同等物を包摂する。

図１Ａ乃至１Ｄは、本発明の幾つかの実施形態に従った領域保護システムの動作環境を示している。図１Ａは、通路保護システム１００を示している。このシステムにおいて、領域保護システム１０２は、侵入者を抑止したり妨げたりするために、高強度ＲＦ波面１０４を通路１０６内で誘導する。本発明のこれらの実施形態では、領域保護システム１０２は、侵入者を検出し得、これに応答して波面１０４を生成し得る。または領域保護システム１０２は、通路１０６内で波面１０４を生成し続ける。幾つかの実施形態では、扉１０８のような窓または扉が開いたり、震動したりすることによって、領域保護システム１０２が波面１０４の生成を開始したり起こしたりする。幾つかの実施形態では、システム１０４は、侵入者の存在を検出するための侵入者検出サブシステムを用い得る。このことは、後に詳述する。波面１０４は、侵入者の皮膚温度を増加させ、波面１０４の特性に応じて痛みまたは激痛を起こさせる。

幾つかの実施形態では、通路保護システム１００は、扉１０８のような波面１０４を特定の場所へと誘導および（または）反射することを助けるために配置され得る１つ以上の反射器１１０を含み得る。反射器１１０は、ＲＦエネルギーを反射するほとんどあらゆる素子を含み得、金属表面および鏡を含む。システム１００内での使用のために選択される具体的な反射器のタイプは、波面１０４の具体的な周波数および特性に依存し得る。

実施形態において、反射器１１０は、保護される領域または位置内の波面１０４の強度密度を増加させ得る出力ビームの体積を制御するために用いられ得る。また、反射器１１０は、保護領域から逸脱するエネルギーの量を減少させることを助けて保護領器外の人および装置に対するエネルギーの影響の減少を助ける。

通路保護システム１００は、通路１０６内の扉１０８の反対側に配置された領域保護システム１０２を用いて描かれているが、本発明の範囲は、この点に限定されない。実施形態において、領域保護システム１０２は、波面１０４および反射器１１０の特性に応じてほぼあらゆる位置に配置されることが可能である。例えば、幾つかの実施形態では、領域保護システム１０２は、天井に、斜めに、壁板の後ろ等に配置されることが可能である。通路保護システム１００は、１つの領域保護システム１０２を用いて描かれているが、２つ以上の領域保護システム１０２がシステム１００に含まれていても良い。

図１Ｂは、１つ以上の領域保護システム１０２が領域１１２内で１つ以上の高強度ＲＦ波面１０４を誘導して侵入者を抑止したり妨げたりする環境を例示している。これらの実施形態では、１つ以上の反射器１１０が、１つ以上の領域保護システム１０２からの波面１０４からのエネルギーを誘導するために、領域１１２内の様々な位置に配置され得る。これらの実施形態では、エネルギーは、領域１１２内の特定の位置にまたは位置へ、これらの特定の位置（例えば扉、窓）での侵入者を妨げるために、誘導され得る。または、波面１０４のエネルギーは、部屋または領域のほぼ全てを覆うように誘導され得る。幾つかの実施形態では、波面１０４のエネルギーは、位置１１４のような１つ以上の特定の位置における物品を保護するために、誘導され得る。これらの実施形態では、システム１０２は、宝石、武器、作品、または美術品等の貴重品を保護するために用いられ得るが、本発明の範囲は、この点に限定されない。幾つかの実施形態では、通路１０６または領域１１２等の領域は、複数の発信器（例えば、領域保護システム１０２が通路または領域内で十分な強度密度を提供できるようなアンテナ）を有し得る。

図１Ａおよび図１Ｂを参照して、幾つかの実施形態では、高強度波面１０４は、高強度の平行化された波面であり得る。この波面において、エネルギーは、実質的に円筒形状で供給される。これらの実施形態では、エネルギーは通路１０６に沿って誘導されるように、実質的に一様である。他の実施形態では、高強度波面１０４は、高強度集光波面のような焦点制御された高強度波面であり得、そこではエネルギーは実質的に収束形状で供給される。これらの実施形態では、エネルギー密度は、扉１０８または位置１１４で、またはこれらの付近であり得る位置に向かって増加し得る。波面特性は、領域保護システム１０２による使用のために選択された具体的なアンテナシステムに依存し得る。これらの実施形態は、後に詳述される。

領域保護システム１０２によって生成された波面１０４は、侵入者を抑止するために具体的に選択されたＲＦ周波数を具備し得る。例えば、ミリ波周波数が、侵入者の皮膚温度を増加させ、侵入者が通路１０６を進んだりまたは領域１１２内に進入したりすることを妨げるために選択され得る。実施形態では、周波数は、水分子の原子間（例えば水素酸素結合）の結合共鳴を増加させるために選択され得るが、本発明の範囲は、この点に限定されない。ミリ波周波数（例えば３０乃至３００ＧＨｚ）が適切であり、幾つかの実施形態では、Ｗバンド周波数（例えば７７乃至１１０ＧＨｚ）が特に適切であるが、本発明の範囲は、この点に限定されない。ミリ波周波数は、侵入者の皮膚の表面の所定の深さまでに主に熱を発生させるように選択され得る。実施形態では、皮膚深さは、例えばミリメータ未満であり得るが、本発明の範囲は、この点に限定されない。

当業者は、領域保護システム１０２の使用のための距離、温度、動作環境に応じて、高強度波面１０４を供給するための関連するシステム要素および適切な強度レベルを選択することができる。幾つかの実施形態では、領域保護システム１０２は、数メートルまたはこれ以上の距離に亘って所定の強度密度を生成するように構成されることができる。

幾つかの実施形態では、波面１０４は、拡散の減少を助けるためにコヒーレントなＲＦエネルギーからなる波面であり得るが、本発明の範囲は、この点に限定されない。幾つかの実施形態では、領域保護システム１０２は、パルス化された高強度波面を生成する。幾つかの実施形態では、領域保護システム１０２は、侵入者に当てられるエネルギーの量を制御するために波面１０４のパルス繰り返し率またはパルス持続時間を変化させ得る。他の実施形態では、領域保護システム１０２は、持続波波面を生成し得、この波面の強度レベルは、侵入者に当てられるエネルギーの量を制御するために変化させられ得る。幾つかの実施形態では、領域保護システム１０２は、侵入者の位置、侵入者の皮膚温度、侵入者の移動に基づいて波面１０４のエネルギーの量を変化させるための強度制御サブシステムを含み得る。例えば、領域保護システム１０２は、侵入者が近づいてきたときに波面１０４のエネルギーレベルを増加させ得、侵入者が離れていくときにエネルギーレベルを減少させ得る。これらの実施形態は、後に詳述される。

幾つかの実施形態では、領域保護システム１０２は、タグを身につけた権限を付与された関係者によって無効化され得る。これらの実施形態では、タグの存在は、領域保護システム１０２によって検知され、この関係者はタグ上の情報によって権限を付与される。これを受けて、領域保護システム１０２は、権限を付与された関係者のアクセスを許可するために、この関係者が通路１０６または領域１１２内にいることに応答して波面１０４を生成することを行わない。

幾つかの実施形態では、反射器１１０は、領域保護システム１０２によって、波面１０４を特定の位置に集中、または誘導することを助けるために領域保護システム１０２によって制御され得る。幾つかの実施形態では、領域保護システム１０２は、波面１０４の方向付けをして方向を変化させるビームディレクタを含み得、波面１０４を１つ以上の反射器１１０、通路１０６または領域１１２内の１つ以上の位置へと誘導する。

幾つかの実施形態では、領域保護システム１０２は、権限を有さない人の進入または侵入者から通路領域を保護するために用いられ得る。領域保護システム１０２の使用は、殺傷的なシステムと異なり、偶発的な使用の場合でも近くの人々に対して安全であり得る。幾つかの実施形態では、領域保護システム１０２は、飛行機のコックピットの保護に用いられ得る。

図１Ｃ乃至１Ｄは、本発明の幾つかの実施形態に従った領域保護システムの動作環境の横から様子および上からの様子を示している。これらの実施形態では、領域保護システム１０２は、通路１２４の領域１２２内で波面１０４を生成することによって、侵入者が保護された領域１２０に進入することを抑制し得る。これらの実施形態では、図示されているように、エネルギーを生成するための送信器またはアンテナ１０４は、扉１２６の上方に配置され得るが、このことは必須ではない。幾つかの実施形態では、エネルギー密度を最大化するために領域１２２内のエネルギーを反射、成形、および（または）制御するために、バッター１２８が用いられ得る。バッター１２８は、反射器、鏡、および（または）他の受動素子を含む。

図１Ａ乃至１Ｄに例示されている動作環境は、様々な位置における１つ以上の領域保護システム１０２を例示しているが、領域保護システムのアンテナまたは発信素子が、他のシステム要素が離れた位置に配置可能である一方で、上記した位置に配置されることが必要であり得ることが理解されねばならない。

図２は、本発明の幾つかの実施形態に従った領域保護システムの機能ブロック図を例示している。領域保護システム２００は、領域保護システム１０２（図１）としての使用に適し得るが、他のシステムに適し得る。領域保護システム２００は、高強度波面２０４を生成するための波面生成サブシステム２１０を含む。幾つかの実施形態では、領域保護システム２００は、また、侵入者の存在を検出するための侵入者検出サブシステム２０８、および（または）波面２０４によって誘導されるエネルギーの量を制御するための強度制御サブシステム２１２を含み得る。

幾つかの実施形態では、強度制御サブシステム２１２は、温度検出信号２１３を用いて侵入者の皮膚温度を計測し得る。強度制御サブシステム２１２は、温度が所定温度内またはこれ未満または所定温度範囲内に維持されることを助けるためのフィードバックループの一部として、波面生成サブシステム２１０に対して温度制御信号２１４を生成し得る。例えば、強度制御サブシステム２１２は、温度が所定温度未満または所定温度範囲内に維持されることを助ける。幾つかの実施形態では、サブシステム２１２は、サブシステム２１０を侵入者に対する望まれる効果を達成するのに要求される最低強度の波面を生成できるように構成するために用いられ得る。波面２０４の強度レベルは、侵入者に痛みを生じさせるように選択され得、また軽い痛みまたは激痛を生じさせるように選択され得る。

幾つかの実施形態では、波面生成サブシステム２１０は、ある領域に侵入することが禁じられていることを通知する警告装置として振舞い得る。これらの実施形態では、波面２０４の強度レベルは、領域外への退出が可能な痛みを与え得るレベル未満まで、例えばデューティーサイクルを変化させることによって減ぜられる。強度を段階分けされたサイドローブの強度レベルが設けられても良い。段階分けされた強度レベルは、侵入者が波面２０４の痛みを与え得る部分へと至る前に、不快感、嫌悪効果を与え得る。

幾つかの実施形態では、侵入者検出システム２０８は、侵入者の移動および（または）位置を追跡し且つ追跡制御信号２１６を生成する侵入者追跡器を含み得る。幾つかの実施形態では、波面生成サブシステム２１０は、追跡制御信号２１６に応答して追跡された侵入者にまたは侵入者へと高強度波面２０４を誘導し得る。幾つかの実施形態では、侵入者検出サブシステム２０８は、侵入者が本当に生物学的存在（例えば、人間、動物、または他の生物）であるか否か、または非生物学的存在（例えば、岩、乗り物、戦車等の非生物）であるか否かを判定するための生体識別器を含み得る。これらの実施形態では、侵入者検出サブシステム２０８は、生物学的存在が検出された際に追跡制御信号を生成し得、生物学的存在が検出されないときに追跡制御信号２１６および波面２０４の生成を行わない。

少なくとも１つの実施形態では、侵入者検出サブシステム２０８は、検出された侵入者の動きまたは位置を追跡し、波面生成サブシステム２１０に対して制御信号２１６を生成する。これらの実施形態では、波面生成サブシステム２１０は、制御信号２１６内に設けられた位置に関する情報に応答して、高強度波面２０４を侵入者へと誘導する。

実施形態では、侵入者検出サブシステム２０８は、移動検出信号２０９を用いて、移動に基づいて生物学的存在を検出するための照明器を含み得る。照明器は、能動照明器であり得、赤外線（ＩＲ）センサ、ＬＡＳＥＲセンサ、超音波センサ、または信号を送信し且つ戻ってきた信号または受信信号に基づいて移動を検出するＲＦ／ＲＡＤＡＲシステムから構成され得る。他の実施形態では、侵入者検出サブシステム２０８は、侵入者を検出するための受動サブシステムを含み得、光、熱、または音に基づいて侵入者を検出する光学または映像センサ、赤外線センサ、および（または）ノイズセンサを含み得る。信号２０９がレーザー信号である場合、サブシステム２０８はレーザー点を侵入者へと導き且つ配置し、侵入者までの距離を計測し、また（または）侵入者が保護領域に向かって移動しているかまたは保護領域から遠ざかっているかを判定し得る。侵入者に当てられたレーザー信号は、また、侵入者に警告を与えるためにも用いられ得る。

幾つかの実施形態では、領域保護システム２００は、タグ２２０を身に着けた権限を付与された関係者によって無効化され得る。これらの実施形態では、タグ２２０の存在は、領域保護システム２０８によって検知され、この関係者はタグ上の身元（ＩＤ）情報によって権限を付与され得る。これを受けて、波面生成サブシステム２１０は、権限を付与された関係者の存在に応答した波面２０４の生成を行わない。幾つかの実施形態では、タグ２２０は、受動的ＲＦタグであり得、侵入者検出システム２０８は、このようなタグを読み取るように構成され得る。他の実施形態では、タグ２２０は、サブシステム２０８からの問い合わせに応答してＲＦ身元信号を送信し得る能動的ＲＦタグであり得る。

幾つかの実施形態では、波面生成サブシステム２１０は、侵入者検出サブシステム２０８の少なくとも幾つかの機能を実行し得、別個の侵入者検出システムは要求されないかも知れない。これらの実施形態では、波面生成サブシステム２１０は受信器を含み得、低強度ミリ波信号を発信することによって侵入者を検出し得る。受信器内の検出器は、戻ってきた信号のある時間に亘る強度変動またはドップラーシフト等の侵入があったこと等の、侵入の兆候を探し出し得る。侵入者が検出されると、サブシステム２１０は、これに応答して高強度波面２０４を生成し得る。ドップラーシフトは、また、侵入者が保護領域に近づいているかまたは遠ざかっているかを判定するためにサブシステム２１０によって用いられ得、サブシステム２１０は、これに応じて波面２０４の強度および（または）方向を変化させる。

幾つかの実施形態では、波面２０４は、多重化され得、広い範囲を網羅するために異なる時刻で２つ以上の方向に送信され得る。幾つかの実施形態では、領域保護システム２００は、領域保護システムとしての機能に加えて、動物規制システムとして機能し得る。幾つかの実施形態では、システム２００は、建物の壁、通路、天井、および（または）床の中に組み込まれることが可能である。

領域保護システム２００は、侵入者検出サブシステム２０８および強度制御サブシステム２１２とともに例示されているが、これらのサブシステムの一方または両方は、任意に用いられる。例えば、波面生成サブシステム２１０は、警備員が侵入者を発見した際等に手動でオンおよびオフされることが可能である。幾つかの実施形態では、波面２０４は、パルス化され、このパルスの持続時間は、侵入者が保護された位置または領域に近づいているか、これから遠ざかっているかに応じて変化されることが可能である。これらの実施形態では、強度は、侵入者が離れていっているかを確認するために短時間、オフにされることが可能である。このことは、侵入者に退散する時間を与えることを可能とする。

図３は、本発明の幾つかの実施形態に従った波面生成サブシステムの機能ブロック図である。波面生成サブシステム３００は、波面生成サブシステム２１０（図２）としての使用に適し得るが、他のシステムまたはサブシステムも適し得る。波面生成サブシステム３００は、ミリ波周波数で高強度波面３０４を生成するアンテナシステム３２０を含む。波面生成サブシステム３００は、また、ミリ波周波数を生成する周波数生成器３０３と、サブシステム３００の様々な要素に電力を供給する電源３０６を具備し得る。高強度波面３０４は、例えば、平行波面、集束波面、発散波面であり得る。

幾つかの実施形態では、アンテナシステム３２０は、周波数生成器３０３および（または）強度アンプ３１８によって供給された高強度ミリ波周波数信号を受信する受動的システムであり得る。これらの実施形態では、周波数生成器３０３および強度アンプ３１８は、１つのまたは個別の素子からなり、アンテナ３２０に対して高強度ミリ波周波数信号を生成するジャイロトロン、進行波チューブ（ＴＷＴ）、および（または）クライストロンを含み得る。幾つかの実施形態では、周波数生成器３０３は、強度アンプ３１８によって増幅され得る低強度ミリ波周波数信号を生成し得る。これらの実施形態では、強度アンプ３１８は、進行波チューブ（ＴＷＴ）のような高強度アンプ、またはアンテナシステム３２０に対して高強度ミリ波周波数信号を生成するクライストロンを具備し得る。

他の実施形態では、アンテナシステム３２０は、周波数生成器３０３および（または）強度アンプ３１８から供給された低強度ミリ波周波数信号を受信する能動的アンテナシステムであり得る。これらの実施形態では、周波数生成器３０３および（または）強度アンプ３１８は、アンテナシステム３２０に対して低強度ミリ波周波数信号を生成するための水晶発振器および（または）半導体を基盤とするアンプ要素（例えばトランジスタアンプ）を具備し得る。これらの実施形態では、アンテナシステム３２０は、高強度波面３０４を供給するために低強度ミリ波周波数信号を増幅し得る。

周波数生成器３０３は、ミリ波周波数信号を生成するための（例えば、ＩｎＰＨＥＭＰ上の）ガンまたはインパットダイオードを用い得るが、周波数を生成し、また（または）増幅する他の方法も適する。幾つかの実施形態では、強度アンプ３１８は、アンテナシステム３２０によって求められる強度レベルおよび周波数生成器３０３によって提供される強度レベルに応じて、任意に設けられる。

電源３０６は、アンテナシステム３２０に対して高サージ電流を生成することが可能な低電圧の高電流電源を含み得る。これらの実施形態では、電源３０６は、強度アンプ３１８、周波数生成器３０３、および（または）アンテナシステム３２０によって要求されるような高サージ電流を提供可能な大容量キャパシタを用い得る。

サブシステム３００は、アンテナシステム３２０、周波数生成器３０３、強度アンプ３１８、および（または）電源３０６等の、サブシステムの要素の温度を減じ、また（または）制御するための冷却サブシステム３０８を含み得る。幾つかの実施形態では、冷却サブシステム３０８は、分配システムであり得、１つ以上の熱電冷却（ＴＥＣ）素子を含み得る。他の実施形態の冷却システム３０８は、位相変化流体、冷凍剤、冷却剤を含み得る。

サブシステム３００は、また、特に他のサブシステムからの信号３１４に応答し得るシステムコントローラ３１０を含み得る。例えば、システムコントローラ３１０は、サブシステム２１２（図２）のような他のサブシステムから温度制御信号２１４を受信し得、これに従って応答し得る。

幾つかの実施形態では、サブシステム３００は、ビームディレクタ３１６を含み得る。システムコントローラ３１０は、ビームディレクタ３１６に波面３０４を特定の方向に向けさせるためのビーム生成制御信号３１２を生成し得るが、本発明の範囲は、この点に限定されない。これらの実施形態では、アンテナシステム３２０は、波面３０４を方向付けすることができ得、位相アレイ型のアンテナを具備し得るが、本発明の範囲は、この点に限定されない。ビームディレクタ３１６をサブシステム３００に含めることは、サブシステム３００を用いる具体的な使用形態、およびアンテナシステム３２０に用いられるアンテナシステムの具体的なタイプに依存する。

幾つかの実施形態では、アンテナシステム３２０は、単一の周波数、異なる周波数、広範囲の周波数のいずれかから構成される波面３０４を放射する。これらの実施形態では、同時にまたは異なる時刻に放射される複数の周波数を使用することが、侵入者についての時間の関数として所望の温度プロファイルを実現するために用いられても良い。

当業者は、高強度波面３０４を供給するための適切な強度レベルおよび関連するシステム要素を、サブシステム３００の距離および（または）温度要件に応じて、選択することができる。幾つかの実施形態では、サブシステム３００は、数メートルおよび数メートル超までの距離で所定の強度密度を生成し得る。幾つかの実施形態では、波面３０４は、拡散を減ずることを助けるためにコヒーレントなＲＦエネルギーからなる波面であり得るが、本発明の範囲は、この点に限定されない。

幾つかの実施形態では、サブシステム３００は、反射器１１０（図１）のような１つ以上の反射器を能動的に制御する反射器コントローラ３１８を含み得る。幾つかの実施形態では、システムコントローラ３１０は、エネルギーを侵入者に向けるために、侵入者検出サブシステム２０８（図２）によって供給される侵入者位置情報に基づいて反射器を制御する。

システム２００（図２）およびサブシステム３００は、複数の個別の要素を有するものとして例示されているが、１つ以上の機能要素が、組み合わされていてもよいし、ディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）を含むプロセス要素のようなソフトウェアによって構成された要素および（または）他のハードウェア要素の組み合わせによって実現されてもよい。例えば、幾つかの要素は、少なくとも本明細書に記載の機能を実行するための１つ以上のマイクロプロセッサ、ＤＳＰ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、様々なハードウェアまたは論理回路の組み合わせを具備し得る。

図４は、本発明の幾つかの実施形態に従った能動アンテナアレイシステムを例示している。能動アレイアンテナシステム４００は、ミリ波周波数の高強度波面を生成し、アンテナシステム３２０（図３）としての用途に適し得るが、他のアンテナおよびアンテナシステムも適し得る。能動アレイアンテナシステム４００は、壁、天井、床内、戸口の上方等に、領域保護システムの一部として隠されることが可能である。能動アレイアンテナシステム４００は、高強度波面３０４を生成する用途の周波数生成器３０３（図３）および（または）強度アンプ３１８（図３）からの低強度ミリ波周波数信号を受信し得る。

これらの実施形態では、能動アンテナシステム４００は、低強度フィード（feed）４０４から離され得る能動反射アレイ４０２を含む。能動反射アレイ４０２は、共に配置されたまたは敷き詰められた複数の半導体ウェハ（例えばモノリシック基板）４０６を具備し得る。例示された実施形態では、ウェハ４０６は、実質的に放物線状に敷き詰められ得るが、本発明の範囲は、この点に限定されない。低強度フィード４０４は、能動反射アレイ４０２に入射するミリ波周波数の低強度波面４０８を供給し得る。波面４０８は、実質的に垂直偏波された波面であり得るが、これは必須ではない。波面４０８に応答して、能動反射アレイ４０２は、高強度波面４１０を生成し得る。

実施形態では、能動反射アレイ４０２は、低強度フィード４０４からの波面４０８を受信する複数の受信アンテナを含み得、受信アンテナのうちの関連する１つによって受信された波面の信号を増幅するための複数の強度アンプを含み得る。能動反射アレイ４０２は、また、高強度波面４１０を提供するための増幅された信号を送信するための複数の送信アンテナを含み得る。

実施形態では、低強度フィード４０４は、能動反射アレイ４０２に入射するための波面４０８を供給するための、指向性アンテナ等の受動的フィードであり得る。他の実施形態では、フィード４０４は、ミリ波周波数を反射するための受動反射器を具備し得、能動反射アレイ４０２へ入射する波面４０８を提供し得る。これらの実施形態では、フィード４０４は、アレイ４０２の中央付近に位置し得るフィードによって送信されたミリ波信号を反射し得るが、本発明の範囲は、この点に限定されない。

別の幾つかの実施形態では、低強度フィード４０４は、能動反射アレイ４０２内（例えば、中央または中央近傍）の供給源から受信したミリ波周波数をコヒーレントに増幅し且つ反射するための能動フィードであり得る。これらの実施形態では、低強度フィード４０４は、フィード源からのミリ波周波数を受信するための１つ以上緒受信アンテナ、受信したミリ波周波数を増幅するための１つ以上のアンプ、増幅された信号を送信し且つ低強度波面４０８を能動反射アレイ４０２への入射に向けて供給するための１つ以上の送信アンテナ、を具備し得る。

さらに別の実施形態では、低強度フィード４０４は、送信される信号を、周波数生成器３０３（図３）および（または）強度アンプ３１８（図３）等の信号源から受信し得る。または、低強度フィード４０４は、ミリ波周波数を生成し且つ波面４０８を生成するための周波数生成器３０３（図３）および（または）強度アンプ３１８（図３）のような周波数生成器および強度アンプを含み得る。

（特に）能動反射アレイ４０２の形状、および波面４０８の位相、偏光、および（または）干渉性に応じて、能動反射アレイ４０２は、高強度平行波面、高強度集束波面、高強度発散波面を生成するように構成され得る。幾つかの実施形態では、ビーム形成素子４１２は、所望の結果およびアレイ４０２によって生成される波面のタイプに応じて、波面を平行化し、集束させ、発散させるために用いられ得る。幾つかの実施形態では、ビーム生成素子４１２は、ＲＦレンズ、またはフレスネルレンズである得るが、本発明の範囲は、この点に限定されない。

他の実施形態では、低強度フィード４０４は、受動的な供給源である。これらの実施形態では、フィード４０４は、反射アレイ４０２に波面（例えば波面４０８）を放射する受動的な部分反射板（partly-reflecting plate）素子として実現されることができる。これらの実施形態では、波面放射は、実際には反射され返された波面放射（例えば波面４１０）の一部であり得る。これらの実施形態では、ミリ波周波数は、能動反射アレイ４０２に代えて受動反射アレイの個別の半導体ウェハ４０６の固有振動または誘導振動によって生成されることができる。１つの実施形態では、受動低強度フィード（例えばフィード４０４）が、部分反射単板（partly reflecting single plate element）素子に反射させるために波面４０８の経路内でビーム形成素子と共に用いられることができる。これらの実施形態では、受動的供給源４０４とビーム形成素子４１２との組み合わせの結果、モノリシックアレイ４０２と部分反射素子の間の距離は、波面４１０として照射される最終出力力周波数を制御する。これらの実施形態では、能動アレイシステム４００は、周波数生成器３０３（図３）のような低強度源を必要とすることなく、出力放射性放射を生成し得る。これらの実施形態では、組み合わされた部分反射素子（例えば、４０４、４１２）の形状は、最終的なビーム（例えば、波面４１０）が所望の位相面を有することができるように個別の半導体ウェハ４０６の位相を制御し得る。能動反射アレイ４０２の素子間の位相定数を制御すること、または低強度フィード素子を物理的または電気的にシフトさせることは、波面４１０の方向制御性能またはより適切な分配を可能とする。

図５は、本発明の幾つかの実施形態に従った、能動反射アレイ４０２（図４）のような能動反射アレイの一部としての使用に適する半導体ウェハの一部を例示している。部分５００は、ウェハ４０６に適し得るが、他の半導体ウェハも適し得る。半導体ウェハ部分５００は、実質的に垂直偏波された波面であり得る波面４０８（図４）のような波面を受信するための１つ以上の受信アンテナ５０２を含み得る。部分５００は、また、受信アンテナ５０２の関連する１つによって受信された波面の信号を増幅するための１組以上の増幅アンプ５０４を含み得る。部分５００は、また、波面４１０（図４）のような、ミリ波周波数で高強度波面を生成するための、増幅された信号を送信するための１つ以上の送信アンテナ５０６を含み得る。実施形態では、強度アンプ５０４の組のそれぞれは、送信アンテナの１つおよび受信アンテナの１つに関連付けされている。幾つかの実施形態では、部分５００は、個別の受信および送信アンテナを含み得るが、他の実施形態では、増幅素子は受信および送信のための１つのアンテナを用い得る。

実施形態では、アンテナ５０２および５０６は、パッチアンテナであり得るが、ダイポールアンテナ、モノポールアンテナ、ループアンテナ、マイクロストリップアンテナ、またはミリ波信号の受信および（または）送信に適し得る他のタイプのアンテナのような他のアンテナも適し得る。１つの実施形態では、二重偏波パッチアンテナが、送信または受信機能のために用いられ得る。

能動アレイアンテナシステム４００（図４）としての使用に適する能動反射アレイアンテナおよび半導体ウェハ部分５００の例は、代理人明細書番号PD-01W176の“MONOLITHIC MILLIMETER-WAVE REFLECT ARRAY SYSTEM”と題され、３００２年５月３０日に出願され、本発明と同じ譲受人に譲り受けられた、U.S. Patent Application Serial No. 10/153,140に記載されている。この米国特許出願は、本明細書に参照として組み込まれる。

図６は、本発明の幾つかの実施形態に従った、平面能動アレイアンテナシステムを例示している。能動アレイアンテナシステム６００は、ミリ波周波数で高強度波面６１０を生成し、アンテナシステム３２０（図３）としての使用に適し得るが、他のアンテナも適し得る。能動アレイアンテナシステム６００は、壁、天井、床内、戸口の上方等に、領域保護システムの一部として隠されることができる。能動アレイアンテナシステム６００は、高強度波面６１０の生成に用いられる周波数生成器３０３（図３）および（または）強度増幅器３１８（図３）からの低強度ミリ波周波数信号を受信し得る。

幾つかの実施形態では、アンテナシステム６００は、実質的に平坦な、実質的に平坦形状に共に配置されまたは敷き詰められた複数の半導体ウェハ（例えばモノリシック基板）６０６を有する、構造素子６０２を含み得る。半導体ウェハ６０６のそれぞれは、ミリ波周波数を増幅するための１組以上の強度アンプ、およびミリ波周波数で高強度波面６１０を生成する１つ以上の送信アンテナを具備し得る。強度アンプの組のそれぞれは、ひとつの送信アンテナと関連付けされている。これらの実施形態では、平面能動アレイアンテナシステム６００のウェハ６０６は、増幅および送信に向けて、信号源（図示せぬ）から１つ以上のミリ波信号を供給され得る。幾つかの実施形態では、アレイアンテナシステム６００は、共に敷き詰められた多くのウェハ６０６ではなく、１つのモノリシック半導体基板を具備し得る。

能動アレイアンテナシステム６００は、干渉性、位相、および（または）偏波等の要因に応じて、高強度平行波面、高強度集束波面、高強度発散波面のいずれかを生成するように構成され得る。幾つかの実施形態では、個別のビーム形成素子は、アンテナシステム６００によって生成されることが望まれる波面の所望の結果およびタイプに応じて、波面６１０を平行化し、集束させ、発散させるために用いられ得る。幾つかの実施形態では、更なるビーム形成素子４１２は、ＲＦレンズであり得るが、本発明の範囲は、この点に限定されない。幾つかの実施形態では、波面６１０の方向は、ビームディレクタ３１６（図３）のようなビームディレクタによって制御され得る。

図７は、本発明の他の幾つかの実施形態に従った受動反射アレイアンテナシステムの側方の様子を例示している。受動反射アレイアンテナシステム７００は、ミリ波周波数で高強度波面７１０を生成し、アンテナシステム３２０（図３）としての使用に適し得るが、他のアンテナも適し得る。受動反射アレイアンテナシステム７００は、壁、天井、床内または後ろ、戸口の上方等に、領域保護システムの一部として隠されることが可能である。受動反射アレイアンテナシステム７００は、高強度波面７１０の生成に用いられる周波数生成器３０３（図３）および（または）強度増幅器３１８（図３）からの低強度ミリ波周波数信号を受信し得る。

アンテナシステム７００は、信号源７０４から受信されたミリ波周波数信号を反射し得る受動反射器７０２を含む。反射器７０２は、受動反射アンテナ７０８に入射する波面７０６を供給し得る。波面７０６は、高強度の垂直偏波された波面であり得、反射器７０２は実質的に平坦な円形の金属素子であり得る。受動反射アンテナ７０８は、空間を設けられ、波面７０６を受信し且つ高強度波面７１０を供給する複数のアンテナを含む。幾つかの実施形態では、高強度波面７１０は、表面７１２でまたは表面７１２の近傍で集束（または発散）し得る集束（または発散）波面であり得る。他の幾つかの実施形態では、高強度波面７１０は、平行波面であり得る。高強度の集束円錐波面が生成される実施形態では、反射器７０２と反射アンテナ７０８との間の空間は、波面７１０の集束点を変更するために変更され得る。

受動反射アンテナ７０８は、平坦または放物線形状を有し得、中心点の周囲に円周上に配置された、異なるサイズの二重偏波ダイポールのような複数の独立したアンテナ素子を具備し得る。これらの実施形態では、各アンテナ素子は、受信および送信を行い得、ほぼ１８０度の位相シフトを提供し得るが、本発明の範囲は、この点に限定されない。アンテナ素子は、波面７０６を受信し且つ波面７１０を生成するための様々な大きさおよび形状を有し得る。受動反射アンテナ７０８としての使用に適するアンテナの１つのタイプの例は、カリフォルニアのMalibu Research of Calabasasによる平坦放物線状表面反射アンテナであるが、他の受動反射アンテナも適し得る。反射器７０２およびフィード７０４が波面７１０内に配置されるものとして例示されているが、反射器７０２およびフィード７０４は、実際には、波面７１０の少なくとも一部を避けるように下方または側方に配置され得る。

幾つかの実施形態では、反射器７０２、フィード７０４、反射アンテナ７０８、および他のシステム要素は、三脚または他の移動可能な装置に搭載されたり配置されたりすることが可能である。これらの実施形態は、焦点距離の変更と共に、波面７１０が領域を保護するためのほとんどあらゆる物またはあらゆる表面に誘導され且つ焦点が合わせられることを可能とし得る。

幾つかの実施形態では、低強度フィードネットワークの反射器７０２および供給源７０４は、除去されることができ、表面７１２は反射性であり得るか、反射板を含み得る。これらの実施形態では、アンテナ７０８の板と表面７１２内の板との間に、これらの間のエネルギーを反射するために、空洞が設けられ得る。これらの反射の結果、アンテナ７０８の放射性の放射は、反射エネルギーに起因してコヒーレントになり得、モノリシックアンプを位相ロックさせる。アンテナ７０８のアンプの相対的な位相は、とりわけビームの方向制御を可能とするために制御され得る。

要約書は、読み手に技術開示の本質および主旨を理解させる要約を要求する37 C.F.R. Section 1.72（b）に従って提供されていることが強調される。要約書は、これが、請求の範囲または意味を限定したり、解釈したりすることに用いられないという理解の下に提出されている。

上記の詳細な記述において、種々の特徴が、開示を能率的にする目的のために、１つの実施形態においてまとめられている個所がある。この開示方法は、請求項化された実施形態の主題が各請求項で明確に言及されているより多くの特徴を要求しているという意図を示していると理解されるべきではない。むしろ、請求の範囲が示すように、発明の主題は、１つの開示された実施形態の全ての特徴より少ない。このように、請求の範囲は、本明細書によって、発明を実施するための最良の形態に包摂され、各請求項は、個別の好適な実施形態として独立している。

図１Ａは、本発明の幾つかの実施形態に従った領域保護システムの動作環境を示している。 図１Ｂは、本発明の幾つかの実施形態に従った領域保護システムの動作環境を示している。 図１Ｃは、本発明の幾つかの実施形態に従った領域保護システムの動作環境を示している。 図１Ｄは、本発明の幾つかの実施形態に従った領域保護システムの動作環境を示している。 図２は、本発明の幾つかの実施形態に従った領域保護システムの機能ブロック図を示している。 本発明の幾つかの実施形態に従った波面生成サブシステムの機能ブロック図である。 本発明の幾つかの実施形態に従った能動アレイアンテナシステムを示している。 本発明の幾つかの実施形態に従った、能動反射アレイの一部としての使用に適した半導体ウェハの一部を示している。 本発明の幾つかの実施形態に従った、平面能動アレイアンテナシステムを示している。 本発明の他の幾つかの実施形態に従った、受動反射アレイアンテナシステムの側方からの様子を示している。

Claims (9)

1. 保護された領域内の侵入者を抑止するための高強度ミリ波波面を生成するための能動アレイアンテナ（３２０）と、
   前記領域内に配置された、前記領域内で前記波面のエネルギーの維持を助けるための１つ以上の反射器（１１０）と、
   前記保護された領域内の前記侵入者の存在を検出し、前記能動アレイアンテナに対して検出信号（２１６）を生成する、侵入検出サブシステム（２０８）と、
   を具備し、
   前記能動アレイアンテナが、前記検出信号に応答して前記高強度ミリ波波面（３０４）を生成し、
   前記高強度波面が、前記侵入者を抑止するために前記侵入者の皮膚温度を増加させる、
   領域保護システム（１００）。
2. 前記侵入検出サブシステム（２０８）が、前記侵入者が身に着けたタグ（２２０）の存在を検出し、タグが認証された場合に前記アレイアンテナ（３２０）に前記波面を生成しないよう指示する、請求項１のシステム。
3. 前記１つ以上の反射器（１１０）が、前記領域の所定の位置（１１４）内の前記波面のエネルギー密度を増加させるよう配置されている、請求項１のシステム。
4. 前記アレイアンテナ（３２０）が、実質的に平坦な表面上に共に配置された複数の半導体ウェハ（４０６）を具備し、
   各半導体ウェハが前記高強度波面を生成するための送信アンテナ（５０６）と強度アンプ（５０４）とを具備する、
   請求項１のシステム。
5. 前記侵入検出サブシステムが、前記侵入者の移動を追跡し且つ前記能動アレイアンテナに対して追跡制御信号（３１４）を生成するための侵入者追跡器を含み、
   前記領域保護システムが、前記追跡制御信号（３１２）に応答して前記波面（３０４）を前記侵入者へと向けるための、前記能動アレイアンテナを構成するビームディレクタ（３１６）を具備する侵入抑制サブシステムをさらに具備する、
   請求項１のシステム。
6. 保護された領域内の侵入者の存在を検出し、
   前記侵入者の検出に応答して能動アレイアンテナのための検出信号を生成し、
   前記検出信号に応答して、前記能動アレイアンテナ（３２０）を用いて高強度ミリ波波面（２０４）を生成し、
   前記侵入者を抑止するために前記高強度ミリ波波面（２０４）によって前記侵入者の皮膚温度を増加させる、
   ことを具備し、
   １つ以上の反射器が、前記保護された領域内で前記波面のエネルギーの維持を助けるために前記保護された領域内に配置されている、
   領域（１０６）を保護するための方法。
7. 前記皮膚温度を計測し、
   前記皮膚温度を、所定の温度範囲内にまたは所定の温度未満に維持するための制御信号（２１４）を生成する、
   ことをさらに具備する請求項６の方法。
8. 前記侵入者が身に着けたタグ（２２０）の存在を検出し、
   前記タグを認証し、
   前記タグが認証された場合に前記波面（２０４）の生成を抑制する、
   ことをさらに具備する請求項６の方法。
9. 前記アレイアンテナが、共に配置された複数の半導体ウェハ（４０６）を具備し、
   前記方法が、
   前記半導体ウェハ上の１組以上の強度アンプで前記ミリ波周波数を増幅し、
   前記半導体ウェハ上の１つ以上の送信アンテナで前記高強度波面を生成する、
   ことをさらに具備し、
   強度アンプの組のそれぞれが前記送信アンテナの１つと関連付けされている、請求項６の方法。

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