JP7389110B2 - 電磁波を送信および／または受信するためのアンテナ、ならびにこのアンテナを備えるシステム - Google Patents

Description

本発明は、所望の方向に電磁波を送信および／または受信するためのアンテナに関する。これらのアンテナは、指向性タイプのものであるといわれ、それらが電磁波ビームを送信および／または受信することを意味しており、このビームの向きを向けることが可能である。

より詳細には、本発明は、
－ 前記電磁波を放出および／または受信するための放射素子と、
－ 調節可能表面のインピーダンスを変更するため、および前記調節可能表面によって電磁波が反射される様式を変えるために調整可能な複数の要素を備える前記調節可能表面と、
－ 調節可能表面に接続され、その調整可能な要素をパラメータに基づいて制御するコントローラであって、前記パラメータが電磁波の所望の方向に基づいて決定される、コントローラと
を備えるアンテナに関する。

アンテナは、アンテナが電磁波をすべての方向に同じ様式で送信および／または受信する場合、等方性である。アンテナは、アンテナが電磁波を特定の方向において送信および／または受信する場合、指向性を有する。これらの指向性アンテナは、放射パターン、すなわち、水平面および／または垂直面における方向の関数としての電磁波の振幅によって特徴づけられる。そのような放射パターンは、一般的に、各平面における角度に関して確立される。したがって、放射パターンは、０°と３６０°の間の角度の関数として波の振幅を表す極座標曲線である。この曲線は、一般的には、アンテナがより多く送信する、またはより多く受信する（より高感度である）角方向である、ローブと呼ばれる最大値を含む。したがって、アンテナは、その放射パターンが、決定された方向に大きい振幅の主ローブ、および主ローブのものより小さい振幅の他のサイドローブを有する場合、指向性である。

指向性アンテナの方向を制御するための多くの技法が存在する。

たとえば、放射素子の配列から構成される、フェーズドアレイタイプのアンテナがあり、可動方向に全体的な指向性放射を発生するために、各素子の位相および振幅が制御される。

このタイプのアンテナでは、放射素子は多数であって、各々が制御された増幅器に接続される。アンテナは複雑で、多量のエネルギーを消費する。

たとえば、１つの方向に集束された指向性放射パターンを有することが知られている給電ホーンタイプの放射素子、および調節可能表面の調整可能な要素の状態によって決定された方向に電磁波を反射するために給電ホーンの前に位置決めされる調節可能表面を使用する、米国特許出願公開第２００４／２６３４０８号のアンテナなどの「反射アレイ」タイプのアンテナがある。

放射素子（給電ホーン）は、固定の放射方向の主ローブを有するが、調整可能な要素の状態を変えることによって、アンテナコントローラが、調節可能表面の各調整可能な要素によって反射される波の振幅および／または位相を変え、したがって、反射される電磁波の方向を変える。したがって、その調節可能表面によって、放射素子によって発生された主ローブを傾けることが可能になる。

このタイプのアンテナでは、調節可能表面は、放射素子からある距離に位置決めされる。こうしてアンテナは、一般的に非常に嵩張り（あまり小型ではなく）、調節可能表面が大きい不感区域（ｓｈａｄｏｗｅｄ ａｒｅａ）を生成するために、限定された空間的放射範囲を有する。

米国特許出願公開第２００４／２６３４０８号 米国特許出願公開第２０１６／０２３３９７１号

本発明は、可動ビームアンテナを改善することを目的とする。

この目的で、上のタイプのアンテナは、放射素子および調節可能表面が筐体の内側に内蔵され、
電磁波が、調節可能表面の調整可能な要素に数回当たるように、筐体の内側で数回反射されるように適合される空洞を、前記筐体が形成し、
前記筐体が開口を備え、前記開口を通して、遠距離場との間で電磁波が筐体の外側に送信される、または筐体の外側から受信される
ことを特徴とする。

これらの配置構成で、放射素子によって発生された電磁波は、開口（直接または半反射性開口）を通して筐体の外側に放出される前に、空洞の内側で調節可能表面によって数回反射される。この場合、この電磁波は、その遠距離場送信の前に、より容易に制御可能である。特に、同時に任意のタイプの放射素子で、任意の方向に大きい振幅で傾けることができる主ローブを有する指向性アンテナを作成することが可能である。

加えて、調節可能表面の外側の電磁放射の損失が回避される。放射素子によって放出される波は、調節可能表面によってほぼ完全に反射され、したがって、放出される波のほぼすべてが、単一のビーム、すなわち高エネルギー主ローブへと集中するように制御することができる。したがって、アンテナはより効率的である。

加えて、放射素子と調節可能表面の間のすべての経路が、空洞の容積内、すなわち筐体の内側に含まれ、アンテナはより小型である。

最後に、複数の反射によって、筐体の内部表面の一掃が確実になり、したがって、すべての調整可能な要素が到達されるため、調節可能表面の調整可能な要素は、空洞内で任意の様式で分布することができる。

本発明によるアンテナの様々な実施形態では、以下の配置構成のうちの１つまたは複数を場合によって使用することができる。

１つの態様によれば、放射素子と開口の間の空洞にスクリーンが位置決めされ、放射素子から筐体の外側への電磁波の直接放射を制限し、および／または、波を調節可能表面に向けて反射する。

１つの態様によれば、開口は、いくつかの基本的開口からなり、これらの基本的開口は、筐体の１つの面上または筐体の複数の面上にある。

１つの態様によれば、開口は、少なくとも部分的に、１つまたは複数の半反射性要素からなる。

１つの態様によれば、半反射性要素は、薄い金属膜によって実装される。

１つの態様によれば、半反射性要素は、金属要素中の孔のネットワークまたは金属形状のネットワークによって実装され、孔または形状は、電磁波の波長の半分より小さい距離だけ隣接するものから離される。

１つの態様によれば、半反射性要素は、開口の表面内で変化する電磁透過特性を有する。

１つの態様によれば、電磁透過特性は、透過振幅および／または透過位相を含む。

１つの態様によれば、半反射性要素は、電磁波が前記開口によって反射および／または透過される様式を変えるために１つまたは複数の調整可能な開口要素を備え、コントローラが、開口パラメータに基づいて調整可能な開口要素を制御するために調整可能な開口要素にリンクされる。

１つの態様によれば、放射素子は、筐体内の前記素子の向きによって、電磁波を、主に直接調節可能表面に向けて放出および／または受信するように、筐体中に位置決めされる。

１つの態様によれば、放射素子は、重要な結合条件を満足させるために、空洞のインピーダンスとインピーダンス整合される。

１つの態様によれば、放射素子は、モノポール、ダイポール、導波路、放射導波路、および平面アンテナを含むリストから選択される。

１つの態様によれば、調節可能表面は、筐体のすべての内面、または筐体の内面の一部、または筐体の内面のうちの１つもしくは複数をカバーする。

１つの態様によれば、調節可能表面は、周期性なしに筐体内に分布される調整可能な要素からなる。

１つの態様によれば、調節可能表面は、第１の周波数に調節された第１の調整可能な要素と、第２の周波数に調節された第２の調整可能な要素とを備え、第１の周波数は第２の周波数と異なる。

１つの態様によれば、第１の調整可能な要素と第２の調整可能な要素は、分布されて空間的に混合される。

１つの態様によれば、調節可能表面は、予め規定された帯域内の複数の異なる周波数に調節された調整可能な要素を備える。

１つの態様によれば、筐体が主面を備え、筐体は、筐体の他の寸法よりも小さい前記主面に垂直な方向の厚さ寸法を有し、厚さ寸法は、電磁波の波長の半分より大きい。

１つの態様によれば、筐体が主面を備え、主面は、形状が半球である。

１つの態様によれば、コントローラは、さらに所望の偏波の関数としてパラメータを決定する。

１つの態様によれば、コントローラは、メモリに以前に記憶されたパラメータ値に基づいて、またはモデルを計算することによって、または追加情報を使用する反復プロセスによってパラメータを決定する。

１つの態様によれば、追加情報は、筐体の外側に配置され、電磁波を受信することが可能な外部センサからの信号から得られる。

１つの態様によれば、アンテナは、電磁波を受信することが可能な１つまたは複数の内部センサをさらに備え、前記内部センサが筐体の内側に内蔵され、コントローラが、電磁波の所望の方向およびある予め規定された周期で内部センサによって受信された電磁波の値に基づいて、パラメータを決定する。

１つの態様によれば、アンテナは、筐体の内側に内蔵される複数の放射素子を備える。

本発明は、音声、動画、メッセージ、またはデータの通信を通信することが可能な無線通信システムにも関する。この無線通信システムは、上で提示されたようなアンテナを備える。

本発明は、空間内の物体を位置決定するのに好適なレーダ検出システムにも関する。このレーダ検出システムは、上で提示されたようなアンテナを備える。

本発明の他の特徴および利点は、添付図面を参照して、非限定の例として与えられる本発明の実施形態のうちの１つの以下の記載から明らかとなろう。

本発明によるアンテナの第１の実施形態の概略図である。 パラメータの最適化なしの、図１のアンテナからの放射を示す図である。 コントローラによるパラメータの最適化後の、図１のアンテナからの放射を示す図である。 パラメータの最適化なしの、図１のアンテナの放射パターンの図である。 コントローラによるパラメータの最適化後の、図１のアンテナの放射パターンの図である。 ９０°の角度で送信するためにパラメータを最適化した、図１のアンテナの別の放射パターンを示す図である。 ６０°の角度で送信するためにパラメータを最適化した、図１のアンテナの別の放射パターンを示す図である。 筐体の１つの面上にいくつかの基本的開口から構成される開口を備える、図１のアンテナの変形形態の概略図である。 筐体のいくつかの面上にいくつかの基本的開口から構成される開口を備える、図１のアンテナの変形形態の概略図である。 ドーム形状の筐体を有する図１のアンテナの変形形態の概略図である。 スクリーンおよび反射デバイスを含む、図１によるアンテナの側断面図である。 球形アンテナの第２の実施形態を示す図である。

図１は、本発明によるアンテナ１０の本発明の第１の実施形態を示す。アンテナ１０は、所望の方向に電磁波を送信および／または受信するためのアンテナである。

アンテナ１０は、
－ 電磁波を放出および／または受信するための放射素子２０と、
－ 調節可能表面３０であって、調節可能表面のインピーダンスを変更するため、ならびに前記調節可能表面によって電磁波が反射および／または透過される様式を変えるために調整可能な複数の要素３１を備える、調節可能表面３０と、
－ 調節可能表面に接続され、その調整可能な要素をパラメータに基づいて制御するコントローラであって、パラメータが電磁波の所望の方向に基づいて決定される、コントローラ４０と
を備える。

そのようなアンテナは、たとえば、
－ 音声、動画、メッセージ、もしくはデータの通信を通信することが可能な無線通信システム、または
－ 空間内の物体を位置決定することが可能なレーダ検出システム
で使用することができる。

知られている調節可能表面の変形形態は、たとえば上で言及した米国特許出願公開第２００４／２６３４０８号または米国特許出願公開第２０１６／０２３３９７１号で記載される。場合によっては、調節可能インピーダンス表面、メタ表面、波形整形デバイス、または反射アレイと呼ばれるそのような調節可能表面を実装するために、多くの技法が知られている。

本発明によるアンテナ１０では、放射素子２０および調節可能表面３０は、この技術分野で「レードーム」と呼ばれることが多い、筐体１１の内側に内蔵される。しかし、ここで、筐体はアンテナを保護する働きをするだけでなく、放射素子２０によって放出および／または受信された波Ｗｅのために、筐体１１は空洞１２（電磁空洞）を形成する。筐体１１は、このようにして、これらの波Ｗｅが筐体の内側で１回または複数回反射され、場合によっては、調節可能表面３０の調整可能な要素３１によって１回または複数回反射されるように適合される。

たとえば、筐体１１は、電磁波に対して透過性の材料から製造され、その内部表面は、放射素子２０によって放出された波Ｗｅを反射するのに好適な（金属化された）金属層で、少なくとも部分的に金属化またはカバーされる。

より一般的には、筐体１１は、波Ｗｅを１回または複数回筐体の内側で反射するための手段を備え、その結果、これらの波が調節可能表面３０の調整可能な要素３１に１回または複数回当たる。調整可能な要素上におけるこれらの複数の反射に起因して、これらの波は、多種多様な設定で制御可能である。

さらに、筐体１１は、波Ｗｅを一時的に囲む３次元エンクロージャである。このエンクロージャは、たとえば下面、上面、および側面を備える、たとえば、平行六面体形状を有する。これらの面は、波を反射するための前記手段を備える。

あるいは、筐体１１は、半球または球形状を有する。

たとえば、筐体１１の面または表面が好適な材料でカバーされ、その結果、放射素子２０によって放出および／または受信された波Ｗｅは、この３次元筐体１１の面によって反射される。好適な材料は、たとえば、金属または金属化材料または金属粒子を加えたものである。

筐体１１は、筐体の外側に電磁波Ｗｅを放出するため、または筐体１１の外側から電磁波Ｗｅを受信するための開口１３を備え、その場合、電磁波Ｗｅは、この開口１３を通して、外部に伝播する電磁波Ｗａとして放出または受信される。筐体１１から放出されると、アンテナ１０によって放出されるこの電磁波Ｗａが、次いで、遠距離場に伝播する。逆に、筐体１１は、開口１３を通して、遠距離場から来る電磁波Ｗａを吸収するセンサのように振る舞い、その結果、筐体中の放射素子２０が、空洞の内側で大量の波Ｗｅを受信する。

この開口１３は、電磁気的な意味での開口である。筐体１１は、物理的に閉鎖されて封止されてよいが、筐体の外側に電磁波が少なくとも部分的に漏れることを可能にする電磁開口１３が存在する。たとえば、筐体の一部分が金属化されなければよい。

したがって、本発明によるアンテナ１０は、制御可能な特性の調節可能表面３０が配置される筐体１１によって画定される電磁空洞と、調節可能表面３０に向けられる発生源であり金属界面によって筐体１１の外側から遮蔽される放射素子２０とからなる。

アンテナ１０の性能および制御性が低下することになるため、調節可能表面３０は開口１３中には位置決めされないが、筐体１１の１つまたは複数の内壁上に位置決めされることに留意されたい。

電磁空洞中に放射素子２０および調節可能表面３０をこのように内蔵することに起因して、アンテナ１０は、放射素子からの任意の電磁放射を同時に（一方向に焦点を合わせた）指向性放射、およびすべての空間方向における制御可能な傾き（向き）の放射へと変換することが可能である。加えて、このアンテナは小型で非常に効率的である。

加えて、それらの動作原理に起因して調整可能な要素間に固定の距離を課す、位相アレイまたは反射アレイアンテナを用いる以前の技法とは異なり、調節可能表面の調整可能な要素３１は、空洞１２内にいかなる任意の様式であれ分布することができる。実際に、空洞１２内の複数の反射によって、筐体１１の内部表面全体が一掃され、したがってすべての調整可能な要素３１が到達されることが確実になる。

パラメータによって、調節可能表面３０の各調整可能な要素３１の状態、言い換えれば、各々がそのインピーダンスを変更し、電磁波Ｗｅが空洞１２の中で反射および／または透過される様式を決定することが可能になる。パラメータのセットがこれらの状態のすべて、したがって、アンテナの諸特性を決定する。

アンテナの電磁波Ｗａの送信および／または受信を（相互関係によって）最適化する、言い換えれば、最適化されないパラメータのセットについて（図２ａ）、次いで最適化されたパラメータのセットについて（図２ｂ）、放出ビーム間の変化を示す図２ａおよび図２ｂに表されるように、大きい振幅の主ローブＬ１および小さい振幅のサイドローブＬ２を得ることが可能になるパラメータのセットを見いだすことが可能である。最適化したモードでは、サイドローブＬ２は、主ローブＬ１の振幅の半分より小さい振幅を有する。好ましくは、アンテナは、主ローブＬ１の振幅の１／４より小さいサイドローブＬ２の振幅を得るように設計されることになる。理想的には、これらの振幅について、１／１０の比を得ようと努めてよい。

特に、米国特許出願公開第２００４／２６３４０８号に提示されたような単なるホーンでない、任意のタイプの放射素子から、高度に効率的な指向性アンテナ（一方向に集中されたビーム）がこのようにして得られる。

図３ａおよび図３ｂは、それぞれ、図３ａおよび図３ｂのパラメータを用いたアンテナ１０の振幅１における正規化した放射パターンを示す。パラメータの第１のセットでは、パターンがほとんど同じ振幅の２つのローブを有し（図３ａ）、一方（最適化された）パラメータの第２のセットでは、パターンが０°の角度位置に大きい振幅の主ローブを示す（図３ｂ）ため、これらのパターンは、パラメータを変えることによって、アンテナ１０の指向性を改善することを可能にすることを示す。この主ローブは、実際に、他のローブ、すなわちサイドローブの振幅の４倍より大きい振幅を有する。

次に、アンテナ１０の主ローブＬ１の向きを変えるパラメータのセットを見いだすことも可能である。実際に、図４ａおよび図４ｂに示されるように、各向きまたは方向について指向性が最適化されたパラメータのセットを探している。図４ａは、９０°の向きまたは方向について最適化された放射パターンを示し、図４ｂは、６０°の向きまたは方向について最適化された放射パターンを示す。本発明者らは、作成されるアンテナ１０について、幅広い角度の送信／受信について最適化されたパラメータのセットを得ることが可能であることを見いだした。たとえば、この角度の範囲は、開口に垂直な方向に対しておよそ＋／－６０°であり、これは、２つの垂直な平面、すなわち水平面および垂直面の場合である。

このようにして、簡単な様式で、高度に効率的な（高感度の）、放射の向きが調整可能なアンテナが得られる。

コントローラ４０は、アンテナ１０のための電磁波Ｗａの所望の方向に応じて、調節可能表面３０についてのパラメータを決定することができる。

上の説明で、たとえば、水平面の角度（方位角）および垂直面の角度（仰角）に応じた角度方向の対のセットといった複数の方向について、コントローラのメモリ中にパラメータのセットの値を記憶することが可能であることが理解される。たとえば、コントローラは、その方向が所望の方向に最も近いパラメータのセットを選択することになる。任意選択で、コントローラは、隣接する方向のいくつかのパラメータのセット間で補間することが可能となる。

あるいは、パラメータのセットのモデルを確立することができ、コントローラ４０が、このモデルおよび所望の方向における計算によってパラメータを決定することになる。

あるいは、コントローラ４０は、最適化の反復方法によって使用されるパラメータのセットを決定することになり、最適化は、たとえば、コントローラに与えられる追加情報を用いて実行される。この追加情報は、直接または間接の有線リンクまたはワイヤレスリンクによって、前記コントローラ４０に接続された１つまたは複数の外部センサからの信号から得られてよい。任意選択で、この追加情報は、たとえばアンテナ１０を使用するシステムといった別のシステムから得られてよい。この追加情報は、アンテナの近接場および／またはアンテナの遠距離場における、アンテナ１０によって送信および／または受信される電磁波Ｗａに関係する。

特に、この追加情報は、調節可能表面３０の調整パラメータを決定するためのフィードバック情報として働くことができる。

上で提示された実施形態によるアンテナ１０は、この場合、その構成要素のいくつかの変形形態を有することができる。これらの変形形態は、独立であってよく、または組み合わせて実装することができる。

アンテナ１０の開口１３に関する第１の変形形態によれば、開口１３は、電磁波に対して半反射性（または半透過性）の要素を備える。したがって、電磁波は、筐体１１の入口または出口方向にこれらの半反射性要素を部分的に通過することができ、これらの電磁波の非透過部分は、次いで、空洞の内部に向けて反射され、もう１回または複数回のさらなる反射を受ける。任意選択で、空洞内のこれらの反射が、電磁波を調節可能表面３０へと運び、したがって、調節可能表面３０によって、毎回その一部が制御される。

任意選択で、半反射性要素は、薄い金属膜によって実装される。

任意選択で、半反射性要素は、金属要素中の孔のネットワークまたは金属形状のネットワークによって実装され、孔または形状は、電磁波の波長の半分より小さい距離だけ隣接するものから離される。

任意選択で、半反射性要素は、開口１３の内面内で変化する電磁透過特性（透過率）を有する。言い換えれば、この電磁透過特性は開口１３内で一定ではなく、開口１３のいくつかの部分は、他の部分よりも多くの波が通るのを許容する。電磁透過特性は、たとえば、半反射性要素の材料および／または半反射性要素の構造上の諸特性に依存する、半反射性要素を通した透過振幅および／または透過位相を含む。

任意選択で、半反射性要素は、１つまたは複数の調整可能な開口要素であって、この調整可能な開口要素によって電磁波が反射および／または透過され、開口１３の透過率を能動的に変調することを可能にする様式を変更するように適合および制御される１つまたは複数の調整可能な開口要素を備える。コントローラは、次いで、調整可能な開口要素を開口パラメータに基づいて制御するために、調整可能な開口要素にリンクされる。これらの調整可能な開口要素は、調節可能表面３０の調整可能な要素と同様であってよく、異なってよい。開口パラメータは、調節可能表面３０のパラメータとは異なる。

任意選択で、開口１３は、図５ａおよび図５ｂに示されるように、いくつかの基本的開口１３１～１３６からなる。これらの基本的開口は、筐体１１の単一の面上、または筐体１１の複数の面上に配置される。これらの基本的開口は、筐体１１の１つの面上であるか、またはいくつかの面上であるかにかかわらず、同一の形状を有してよく、または有さなくてよい。

アンテナ１０の筐体１１に関する第２の変形形態によれば、筐体１１は、図１に示されるような平行六面体形状または非平行六面体形状を有する。たとえば、筐体１１は、円筒形形状もしくは球形状、または任意の他の形状を有することができる。

任意選択で、筐体１１は、筐体の面のうちの最大表面積を有する主面を備える。主面は、開口１３または開口１３の部分（少なくとも１つの基本的開口）を任意選択で備える。

筐体１１は、この場合、筐体１１の他の寸法よりも小さい、主面に垂直な方向の寸法を有する。

任意選択で、厚さの寸法は、電磁波の波長の半分より大きい。

任意選択で、主面は形状が半球である。この面は、前記主面に対する法線の周りの３６０°にわたる水平面に、均一な放射パターンをより容易に提供するような開口１３を有利に備えることができる。筐体１１は、この場合、たとえば、送信／受信のための半球形の主面Ｆ１、および主面に反対の方向の副面Ｆ２を有する、図６に示されるようなドームの形状を有する。副面Ｆ２は、ほぼ平坦で円形である。

たとえば、放射素子２０は、主面Ｆ１の中心の筐体１１の内側、すなわちこの半球形状の中に設置され、調節可能表面は、放射素子２０の反対の副面Ｆ２上に設置することができる。場合によって基本的開口から構成される開口１３は、放射素子２０の周りの主面Ｆ１上に配置される。

アンテナ１０の放射素子２０に関する第３の変形形態によれば、アンテナ１０の筐体１１の中に内蔵される放射素子２０は、それ自体が指向性があり、放射素子２０が１つの方向に集中された電磁波ビームＷｅを発生することを意味する。

任意選択で、放射素子２０が、放射素子２０の予め規定された向きによって、電磁波Ｗｅを主に直接調節可能表面３０へと向けて放出および／または受信するように、放射素子２０は、調節可能表面３０に対して筐体１１中に位置決めされる。

任意選択で、放射素子２０は、モノポールまたはダイポールまたは導波路または放射導波路または平面アンテナである。実際に、空洞１２の中に放射素子２０および調節可能表面３０を内蔵することによって、任意のタイプの放射素子を使用することが可能になる。

任意選択で、放射素子２０は、複数の能動素子から構成することができる。これらの能動素子は、特殊化することができる。能動素子のうちの１つまたは複数は、電磁波Ｗｅを放出するための素子であり、能動素子のうちの１つまたは複数は電磁波を受信するための素子である。

放射素子２０は、特定の波の周波数、またはいくつかの周波数、または２つの周波数の間の帯域について規定することができる。

有利には、放射素子２０は、たとえば開口１２および調節可能表面３０および他の要素といった、すべてのその要素を含む空洞を意味する空洞１２のインピーダンスとインピーダンス整合される。特に、このインピーダンス整合についての重要な結合条件を満足させることが望ましいことが多い。放射素子２０および空洞１２のＱ値は、同様または同一である。

調節可能表面３０に関する第４の変形形態によれば、この調節可能表面３０は、筐体１１のすべての面または内表面をカバーする。任意選択で、調節可能表面３０は、筐体１１の一部の面または内表面のみをカバーする。任意選択で、調節可能表面３０は、筐体１１の内側（その内部容積内）にあり、その面または表面からある距離にある。

任意選択で、調節可能表面３０は、周期性なしに筐体１１内に分布された調整可能な要素３１からなる。言い換えれば、調整可能な要素３１は規則的なマトリックスを形成しない。実際に、調整可能な要素３１は、ほとんどランダムに、または任意の所与の目的のために決定された位置に分布することができる。大きい自由度が容認される。この可能性は、周期性を必要とする、または要素を照らすために限定された区域に要素を一緒にする必要がある従来技術の位相アレイアンテナまたは反射アレイアンテナでは、あり得ない。

任意選択で、調節可能表面３０は、第１の周波数に調節された第１の調整可能な要素と、第２の周波数に調節された第２の調整可能な要素とを備えることができる。第１の周波数は第２の周波数とは異なる。

何より、これらの第１の調整可能な要素と第２の調整可能な要素は、空洞の内側で空間的に混合することができる一方、従来技術のアンテナではこの可能性は、これらのアンテナについての調整可能な要素間の距離についての動作制約に起因して、不可能となる。

特に、人工衛星用途では、送信のための２０ＧＨｚの第１の周波数および受信のための３０ＧＨｚの第２の周波数などといった２つの周波数に適合される小型アンテナを有することが可能である。

調節可能表面３０は、筐体の空洞内に分布した両方のタイプの調整可能な要素を備える。

任意選択で、調節可能表面３０は、アンテナが全帯域内で動作できるように、予め規定された帯域内の複数の異なる周波数に調節された調整可能な要素を備える。

任意選択で、調節可能表面３０は、電磁波Ｗａの選択した偏波を得るように制御することができる。特に、調節可能表面３０で、水平偏波、垂直偏波、または水平偏波と垂直偏波の任意の組合せ、したがって円偏波を得ることが可能である。

コントローラ４０は、このようにして、水平、垂直、または円であろうと、所望の偏波に応じてパラメータを決定することもできる。

第５の変形形態によれば、アンテナ１０は、図７に示されるような、１つもしくは複数の保護スクリーン１４または１つもしくは複数の反射デバイス１５または内壁などといった、他の要素を空洞の中に備えることができる。

スクリーン１４は、放射素子と開口１３の間で空洞１２の中に有利に位置決めされて、放射素子２０から筐体の外側への電磁波の直接放射を制限し、および／または、調節可能表面３０に向けて波を反射することができる。

反射デバイス１５は、空洞１２中の電磁波の反射をより複雑にするために、空洞１２の中にやはり位置決めすることができる。

これらの配置構成によって、波Ｗｅが、アンテナ１０の空洞１２の内側で１回または複数回反射されることが確実になり、このことによって、波Ｗｅは、調節可能表面３０を複数の調整可能な要素３１の上で、少なくとも１回、好ましくは数回当たることが確実になる。

任意選択で、筐体１１の内側で、空洞１２を複数の区画に分割する内壁がある。調節可能表面３０または調節可能表面の部分、すなわち調整可能な要素３１は、これらの内壁上に置くことができる。

アンテナ１０は、空洞１２の中に、電磁波を受信することが可能な１つまたは複数の内部センサを備えることもできる。これらの内部センサは、ある予め規定された周期で内部センサが受信した電磁波の測定値または値である帰還信号を発生する。

コントローラ４０は、この場合、以前のように所望の方向に基づいて、だが内部センサのこれらの値にも基づいて、調節可能表面３０のパラメータを決定する。

これらの内部センサは、アンテナ１０が、その指向性の諸特性、および電磁波の傾斜精度を恒久的に保持するのを可能にする。アンテナ１０は、したがって、時間的なばらつきおよび外部の干渉に対してより堅牢になる。

図８は、本発明によるアンテナ１０の本発明の第２の実施形態を示す。このアンテナは、第１の実施形態のアンテナ１０と同じ要素を備え、互いに独立した、または組み合わせた同じ変形形態を有することができる。

このアンテナ１０は、球形筐体１１、および筐体のものより小さい直径の球形調節可能表面３０を有し、前記調節可能表面３０は、筐体１１の内側で中心に位置決めされる。筐体１１は、筐体のほとんど全表面にわたる非常に大きい開口１３を備える。実際に、既に説明したように、開口１３は電磁気的な意味で規定される。言い換えれば、開口１３は、電磁波に対して透過性である、または電磁波に半反射性である筐体の一部であり、その結果、これらの波が筐体１１に入ることおよび／または筐体１１から出ることができる。この開口が、この特性を有する材料からなればよい。この場合、開口１３は、有利には半反射性であり、その結果、電磁波は、筐体１１を出るまたは放射素子２０に到達する前に、調節可能表面３０と筐体１１の間で数回反射される。

放射素子２０は、たとえば、筐体１１の内面近くに配置される。有利には、この放射素子２０は、スクリーン１４によって外側から保護される。筐体１１は、放射素子の後で反射性である。

これらの配置構成で、本実施形態のアンテナ１０は、電磁波を３６０°にわたり、任意の空間方向にさえ送信および／または受信することが可能である。

示されるように、アンテナ１０は、２つ以上の放射素子２０を備えることができ、そのことによって、アンテナ１０の角度機能が改善される。

最後に、この詳細な説明を読めば、当業者ならば、各用途に依存して、形状、周波数、または指向性特性に関する、可動アンテナの多数の変形形態が可能であることを理解されよう。

通信の送信およびレーダ検出における多くの応用が可能である。

たとえば、無線通信では、電磁波ビームを可動させるための高い能力を有するそのようなアンテナを対で使用することができる。アンテナは、互いに向けてビームを向けて、２つのアンテナ間の送信の品質および帯域を大きく改善するために、アンテナの指向性を自己調整することを可能にすることができる。

たとえば、本発明によるアンテナ技術は、それが小型で複数周波数の機能を有することに起因して、人工衛星用アンテナ用途で非常に注目することができる。

１０ アンテナ
１１ 筐体
１２ 空洞
１３ 開口
１４ 保護スクリーン
１５ 反射デバイス
２０ 放射素子
３０ 調節可能表面
３１ 調整可能な要素
４０ コントローラ
１３１ 基本的開口
１３２ 基本的開口
１３３ 基本的開口
１３４ 基本的開口
１３５ 基本的開口
１３６ 基本的開口

Claims (26)

1. 所望の方向に電磁波を送信および／または受信するためのアンテナ（１０）であって、
   前記電磁波を放出および／または受信するための放射素子（２０）と、
   調節可能表面（３０）であって、前記調節可能表面のインピーダンスを変更するため、および前記調節可能表面によって前記電磁波が反射される様式を変えるために調整可能な複数の要素を備える、調節可能表面（３０）と、
   前記調節可能表面に接続され、前記調節可能表面の前記調整可能な要素をパラメータに基づいて制御するコントローラ（４０）であって、前記パラメータが前記電磁波の前記所望の方向に基づいて決定される、コントローラ（４０）と
   を備え、
   前記アンテナは、
   前記放射素子（２０）および前記調節可能表面（３０）が筐体（１１）の内側に内蔵され、
   前記電磁波が、前記調節可能表面（３０）の前記調整可能な要素に数回当たるように、前記筐体の内側で数回反射されるように適合される空洞（１２）を、前記筐体（１１）が形成し、
   前記筐体（１１）が開口（１３）を備え、前記開口を通して、前記電磁波が前記筐体の外側へ、および遠距離場へ送信される、または前記筐体の外側から、および遠距離場から受信される
   ことを特徴とする、アンテナ。
2. 前記放射素子と前記開口との間の前記空洞（１２）中に位置決めされるスクリーン（１４）をさらに備え、前記放射素子から前記筐体の外側への前記電磁波の直接放射を制限し、および／または、前記電磁波を前記調節可能表面に向けて反射する、請求項１に記載のアンテナ。
3. 前記開口（１３）がいくつかの基本的開口からなり、前記基本的開口が、前記筐体の１つの面上または前記筐体の複数の面上にある、請求項１または２に記載のアンテナ。
4. 前記開口（１３）が少なくとも部分的に１つまたは複数の半反射性要素からなる、請求項１から３のいずれか一項に記載のアンテナ。
5. 前記半反射性要素が薄い金属膜によって実装される、請求項４に記載のアンテナ。
6. 前記半反射性要素が、金属要素中の孔のネットワークまたは金属形状のネットワークによって実装され、孔または形状が、前記電磁波の波長の半分より小さい距離だけ隣接するものから離される、請求項４に記載のアンテナ。
7. 前記半反射性要素が、前記開口の表面内で変化する電磁透過特性を有する、請求項４に記載のアンテナ。
8. 前記電磁透過特性が、透過振幅および／または透過位相を含む、請求項７に記載のアンテナ。
9. 前記半反射性要素が、前記電磁波が前記開口によって反射および／または透過される様式を変えるために１つまたは複数の調整可能な開口要素を備え、前記コントローラが、開口パラメータに基づいて前記調整可能な開口要素を制御するために前記調整可能な開口要素にリンクされる、請求項４に記載のアンテナ。
10. 前記放射素子（２０）が、前記筐体内の前記放射素子の向きによって、電磁波を主に直接前記調節可能表面（３０）に向けて放出および／または受信するように、前記筐体中に位置決めされる、請求項１から９のいずれか一項に記載のアンテナ。
11. 前記放射素子（２０）が、重要な結合条件を満足させるために、前記空洞のインピーダンスとインピーダンス整合される、請求項１から１０のいずれか一項に記載のアンテナ。
12. 前記放射素子（２０）が、モノポール、ダイポール、導波路、放射導波路、および平面アンテナを含むリストから選択される、請求項１から１１のいずれか一項に記載のアンテナ。
13. 前記調節可能表面（３０）が、前記筐体（１１）のすべての内面、または前記筐体の前記内面の一部、または前記筐体の前記内面のうちの１つもしくは複数をカバーする、請求項１から１２のいずれか一項に記載のアンテナ。
14. 前記調節可能表面（３０）が、周期性なしに前記筐体内に分布された調整可能な要素からなる、請求項１から１３のいずれか一項に記載のアンテナ。
15. 前記調節可能表面（３０）が、第１の周波数に調節された第１の調整可能な要素と、第２の周波数に調節された第２の調整可能な要素とを備え、前記第１の周波数が前記第２の周波数と異なる、請求項１から１４のいずれか一項に記載のアンテナ。
16. 前記第１の調整可能な要素と第２の調整可能な要素が、分布されて空間的に混合される、請求項１５に記載のアンテナ。
17. 前記調節可能表面（３０）が、予め規定された帯域内の複数の異なる周波数に調節された調整可能な要素を備える、請求項１から１６のいずれか一項に記載のアンテナ。
18. 前記筐体（１１）が主面を備え、前記筐体が、前記筐体の他の寸法よりも小さい前記主面に垂直な方向の厚さ寸法を有し、前記厚さ寸法が前記電磁波の波長の半分より大きい、請求項１から１７のいずれか一項に記載のアンテナ。
19. 前記筐体（１１）が主面を備え、前記主面が、形状において半球である、請求項１から１８のいずれか一項に記載のアンテナ。
20. 前記コントローラ（４０）が、さらに所望の偏波の関数として前記パラメータを決定する、請求項１から１９のいずれか一項に記載のアンテナ。
21. 前記コントローラ（４０）が、メモリに以前に記憶されたパラメータ値に基づいて、またはモデルを計算することによって、または追加情報を使用する反復プロセスによって前記パラメータを決定する、請求項１から２０のいずれか一項に記載のアンテナ。
22. 前記追加情報が、前記筐体の外側に配置され、前記電磁波を受信することが可能な外部センサからの信号から得られる、請求項２１に記載のアンテナ。
23. 前記電磁波を受信することが可能な１つまたは複数の内部センサをさらに備え、前記内部センサが前記筐体の内側に内蔵され、前記コントローラが、前記電磁波の所望の方向およびある予め規定された周期で前記内部センサによって受信された前記電磁波の値に基づいて、前記パラメータを決定する、請求項１から２２のいずれか一項に記載のアンテナ。
24. 前記筐体の内側に内蔵される複数の放射素子を備える、請求項１から２３のいずれか一項に記載のアンテナ。
25. 音声、動画、メッセージ、またはデータの通信を通信することが可能な無線通信システムであって、請求項１から２４のいずれか一項に記載のアンテナを備える、無線通信システム。
26. 空間内の物体を位置決定するのに好適なレーダ検出システムであって、請求項１から２４のいずれか一項に記載のアンテナを備える、レーダ検出システム。

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