JPH034604A - 電磁的に結合された集積サブアレイを有する軽量低プロフィールフェイズドアレイアンテナ - Google Patents
電磁的に結合された集積サブアレイを有する軽量低プロフィールフェイズドアレイアンテナInfo
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- JPH034604A JPH034604A JP2126531A JP12653190A JPH034604A JP H034604 A JPH034604 A JP H034604A JP 2126531 A JP2126531 A JP 2126531A JP 12653190 A JP12653190 A JP 12653190A JP H034604 A JPH034604 A JP H034604A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q21/00—Antenna arrays or systems
- H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
- H01Q21/061—Two dimensional planar arrays
- H01Q21/065—Patch antenna array
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q25/00—Antennas or antenna systems providing at least two radiating patterns
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
- H01Q3/24—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the orientation by switching energy from one active radiating element to another, e.g. for beam switching
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
- H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
- H01Q3/30—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array
- H01Q3/34—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by electrical means
- H01Q3/40—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by electrical means with phasing matrix
Landscapes
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
- Waveguide Aerials (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明はアレイアンテナに関する。さらに特に、本発明
はコンパクトで軽量でありおよび低プロフイールデジタ
ルフェイズドアレイアンテナに関する。
はコンパクトで軽量でありおよび低プロフイールデジタ
ルフェイズドアレイアンテナに関する。
本発明がここで特定の適用に対する例示的な実施例に関
連して記載されているが、本発明はそれに限定されてい
ないことを理解すべきである。当業者は、その範囲内の
付加的な変形、適用、実施例および本発明が非常に役立
つ付加的な分野を認めるであろう。
連して記載されているが、本発明はそれに限定されてい
ないことを理解すべきである。当業者は、その範囲内の
付加的な変形、適用、実施例および本発明が非常に役立
つ付加的な分野を認めるであろう。
［従来技術〕
アンテナ技術において良く知られているように、フェイ
ズドアレイアンテナは１つ或いはそれ以上の出力ビーム
を提供するために協動する放射素子のアレイを含む。各
ビームは、アレイ内の各放射素子の間の位相関係を制御
することによって電子的に指向方向が迅速に変化できる
。
ズドアレイアンテナは１つ或いはそれ以上の出力ビーム
を提供するために協動する放射素子のアレイを含む。各
ビームは、アレイ内の各放射素子の間の位相関係を制御
することによって電子的に指向方向が迅速に変化できる
。
フェイズドアレイアンテナは数百或いは数千の放射素子
を含む。その時アレイの各素子に対するアナログ位相シ
フト装置の設備はコストが高くアンテナの重量を増加さ
せることが容易に認識される。アンテナの重量は例えば
宇宙船に適用する際に確かに重大である。それ故に、ア
レイアンテナは送信或いは受信された信号の位相シフト
がデジタルで履行される点において開発されてきた。
を含む。その時アレイの各素子に対するアナログ位相シ
フト装置の設備はコストが高くアンテナの重量を増加さ
せることが容易に認識される。アンテナの重量は例えば
宇宙船に適用する際に確かに重大である。それ故に、ア
レイアンテナは送信或いは受信された信号の位相シフト
がデジタルで履行される点において開発されてきた。
［発明の解決すべき課題］
デジタルフェイズドアレイアンテナは通常のフェイズド
アレイアンテナに対して重要なコストの改善を提供する
が、通常のフェイズドアレイアンテナの他の構成要素と
関連した重要なコストは存続する。例えば、通常のフェ
イズドアレイアンテナは典型的につのホーン、増幅器、
フィルタおよびアレイ内の各放射素子のための供給装置
を備えている。通常のフェイズドアレイアンテナと関連
したコストの特に重要な構成要素は、各放射素子と増幅
器およびその他の関連する電気部品との間の電気結合を
提供することが必要であることである。
アレイアンテナに対して重要なコストの改善を提供する
が、通常のフェイズドアレイアンテナの他の構成要素と
関連した重要なコストは存続する。例えば、通常のフェ
イズドアレイアンテナは典型的につのホーン、増幅器、
フィルタおよびアレイ内の各放射素子のための供給装置
を備えている。通常のフェイズドアレイアンテナと関連
したコストの特に重要な構成要素は、各放射素子と増幅
器およびその他の関連する電気部品との間の電気結合を
提供することが必要であることである。
従って、フェイズドアレイアンテナの製造および使用と
関連したコストを減少するための技術において要求は存
続している。
関連したコストを減少するための技術において要求は存
続している。
［課題解決のための手段］
コストを減少した軽量低プロフィールフェイズドアレイ
アンテナ設計を提供する技術における要求は、本発明の
フェイズドアレイアンテナによって満足される。本発明
のフェイズドアレイアンテナは、垂直の電気結合および
位相シフト装置のない多層構造内の電磁的に結合した集
積サブアレイを含む。
アンテナ設計を提供する技術における要求は、本発明の
フェイズドアレイアンテナによって満足される。本発明
のフェイズドアレイアンテナは、垂直の電気結合および
位相シフト装置のない多層構造内の電磁的に結合した集
積サブアレイを含む。
集積サブアレイは、導電性材料の１以上のバッチを含む
第１の層を有する。第１の層と平行に一致している第２
の層は１以上の共振器を含む。各共振器は第１の層の対
応するバッチに電磁的に結合する。第３の層は第２の層
と平行に一致して設けられる。第３の層は第２の層に電
磁的に結合される。
第１の層を有する。第１の層と平行に一致している第２
の層は１以上の共振器を含む。各共振器は第１の層の対
応するバッチに電磁的に結合する。第３の層は第２の層
と平行に一致して設けられる。第３の層は第２の層に電
磁的に結合される。
特定の実施例において、本発明は第２の層内の共振器に
よって受信されたエネルギを第１の層のバッチから第３
の層の回路装置に向けて結合するための第２および第３
の層内の電磁カップラを含む。
よって受信されたエネルギを第１の層のバッチから第３
の層の回路装置に向けて結合するための第２および第３
の層内の電磁カップラを含む。
［実施例］
第１図には、本発明の教示に従って構成されたフェイズ
ドアレイアンテナ１ｏの例示的な実施例の斜視図が示さ
れている。第２図は本発明のアンテナ１０の一部分の斜
視分解図を示す。第２図に示されるように、アンテナ１
０は第１の誘電体層１３上に配置されたバッチの層１１
を有する。共面の導波管共振器の層１５は第１の誘電体
層１３と第２の誘電体層１７の間に挟まれている。第２
の誘電体層１７は、共振器の層１５と後に詳細に記載さ
れるバトラーマトリックス供給ネットワークおよび活性
装置を含むマイクロストリップ接地平面１９との間に挟
まれている。各層は互いに関して平行に一致している。
ドアレイアンテナ１ｏの例示的な実施例の斜視図が示さ
れている。第２図は本発明のアンテナ１０の一部分の斜
視分解図を示す。第２図に示されるように、アンテナ１
０は第１の誘電体層１３上に配置されたバッチの層１１
を有する。共面の導波管共振器の層１５は第１の誘電体
層１３と第２の誘電体層１７の間に挟まれている。第２
の誘電体層１７は、共振器の層１５と後に詳細に記載さ
れるバトラーマトリックス供給ネットワークおよび活性
装置を含むマイクロストリップ接地平面１９との間に挟
まれている。各層は互いに関して平行に一致している。
正方形または長方形のバ、ツチ２０の第１および第２の
８×１０のアレイ１２および１４或いは第１の誘電体層
１−３上に配置される。第１および第２のアレイ１２お
よび１４は例えばそれぞれ受信および送信アレイを提供
する。各アレイ１２および１４は複数のモジュール１６
を含む。各モジュール１６は放射素子であるマイクロス
トリップパッチ２０の２つのサブアレイ１８を含む。バ
ッチ２０は銅或いは他の適当な導電性材料の層から食刻
される。
８×１０のアレイ１２および１４或いは第１の誘電体層
１−３上に配置される。第１および第２のアレイ１２お
よび１４は例えばそれぞれ受信および送信アレイを提供
する。各アレイ１２および１４は複数のモジュール１６
を含む。各モジュール１６は放射素子であるマイクロス
トリップパッチ２０の２つのサブアレイ１８を含む。バ
ッチ２０は銅或いは他の適当な導電性材料の層から食刻
される。
技術において知られているように各バッチ２０の長さ
Ｌ′はアンテナの動作周波における波長の関数であり、
基体１３の誘電定数は以下の等式［１コによって与えら
れる。
Ｌ′はアンテナの動作周波における波長の関数であり、
基体１３の誘電定数は以下の等式［１コによって与えら
れる。
Ｌ ÷ ０．５λ ６
− 〇、５λ、、／（ε、）１・２ ［
１］Ｌ−バッチの長さ ε、−相対的誘電定数 λ。−自由空期波長 λ６−誘電体基体波長 誘電定数ε、は一般的に製造業者によって提供される。
１］Ｌ−バッチの長さ ε、−相対的誘電定数 λ。−自由空期波長 λ６−誘電体基体波長 誘電定数ε、は一般的に製造業者によって提供される。
各バッチ２０によって放射されたエネルギーの帯域幅は
、動作周波数および以下の等式［２コによって与えられ
た基体１３の厚さに関係する。
、動作周波数および以下の等式［２コによって与えられ
た基体１３の厚さに関係する。
（“Ａｎｔｅｎｎａ ＥｎｇｉｎｉｅｅｒｉｎｇＨａ
ｎｄｂｏｏｋ” ；２ｎｄ ｅｄｉｔｉｏｎ１９８４
、Ｒ，Ｃ，Ｊｏｈｎｓｏｎ ａｎｄ Ｈ。
ｎｄｂｏｏｋ” ；２ｎｄ ｅｄｉｔｉｏｎ１９８４
、Ｒ，Ｃ，Ｊｏｈｎｓｏｎ ａｎｄ Ｈ。
Ｊａｉｓｋ 参照）
４ ｆ２ ｄ／ （１／３２）ＢＷ−
４ｆ２ｄ／ （１／３２） −１２８ｆ２ ｄ ［
２］ＢＷ−メガヘルツで表した２：１以下のＶＳＷＲに
対する帯域幅 ｆ−ギガヘルツで表した動作周波数 ｄ−インチで表した基体１３の厚さ。
２］ＢＷ−メガヘルツで表した２：１以下のＶＳＷＲに
対する帯域幅 ｆ−ギガヘルツで表した動作周波数 ｄ−インチで表した基体１３の厚さ。
Ｎ、Ｗｏｎｇ等によって出願された米国特許出願明細書
に記載された焦平面アレイアンテナの発明は、そこに直
接電気結合のない焦平面アレイアンテナのマイクロスト
リップパッチ放射素子への結合エネルギに関する有利な
技術を記載している。
に記載された焦平面アレイアンテナの発明は、そこに直
接電気結合のない焦平面アレイアンテナのマイクロスト
リップパッチ放射素子への結合エネルギに関する有利な
技術を記載している。
この技術は、それを通してマイクロストリップパッチ素
子へ電磁気エネルギーを結合するための誘電体板の第２
の表面上に据付けられた平面マイクロストリップ共振器
の使用を含む。パッチはエネルギを再放射し、従って自
由空間内へ結合する。
子へ電磁気エネルギーを結合するための誘電体板の第２
の表面上に据付けられた平面マイクロストリップ共振器
の使用を含む。パッチはエネルギを再放射し、従って自
由空間内へ結合する。
この技術は本発明の集積されたサブアレイを有するフェ
イズドアレイアンテナに取り込まれる。
イズドアレイアンテナに取り込まれる。
すなわち、複数の共振器２２はパッチ素子２０に１対１
で対応する共振器層１５に食刻される。以下に詳細に記
載するように、パッチ素子２０は、共振器層１５に食刻
された共面の導波管共振器によってマイクロストリップ
回路層１９と電磁的に結合している。共振器層１５は、
パッチ素子のアレイの反対側の第１の誘電体層側に配置
される。（第１の誘電体層１３はデュロイド（Ｄｕｒｏ
ｉｄ）或いは他の低い誘電定数εを有する適切な材料で
製造されることが好ましい。）各共振器２２は、通常の
方法を使用して共振器層１５に食刻される。
で対応する共振器層１５に食刻される。以下に詳細に記
載するように、パッチ素子２０は、共振器層１５に食刻
された共面の導波管共振器によってマイクロストリップ
回路層１９と電磁的に結合している。共振器層１５は、
パッチ素子のアレイの反対側の第１の誘電体層側に配置
される。（第１の誘電体層１３はデュロイド（Ｄｕｒｏ
ｉｄ）或いは他の低い誘電定数εを有する適切な材料で
製造されることが好ましい。）各共振器２２は、通常の
方法を使用して共振器層１５に食刻される。
第３図は、バッチ層１１．共振器層１５、および供給ネ
ットワーク層１９を平行に並べて示し、とりわけ対応し
た共振器２２上の各パッチ２０の突出部を示すための上
から見た平面図を示す。前記の別出願明細書に記載され
ているように、４５度の角度にある対応するパッチ２０
に関連した各共振器２２の方位は、パッチ２０に円偏波
エネルギを放射させるために有効である。第４図は対応
する共振器２２上の単一のパッチの拡大図である。共振
器は本質的に、基礎平面の層１５上の導電性被覆内に食
刻されたループアンテナである。共振器２２は電磁的に
、第１および第２の電磁的３ｄｂカップラ２Ｂおよび２
８を含む二重カップラ２４に結合している。第１および
ｍ２の３ｄｂカップラは、インピーダンス整合装置或い
はコネクタ３０を介して相互に結合させる。
ットワーク層１９を平行に並べて示し、とりわけ対応し
た共振器２２上の各パッチ２０の突出部を示すための上
から見た平面図を示す。前記の別出願明細書に記載され
ているように、４５度の角度にある対応するパッチ２０
に関連した各共振器２２の方位は、パッチ２０に円偏波
エネルギを放射させるために有効である。第４図は対応
する共振器２２上の単一のパッチの拡大図である。共振
器は本質的に、基礎平面の層１５上の導電性被覆内に食
刻されたループアンテナである。共振器２２は電磁的に
、第１および第２の電磁的３ｄｂカップラ２Ｂおよび２
８を含む二重カップラ２４に結合している。第１および
ｍ２の３ｄｂカップラは、インピーダンス整合装置或い
はコネクタ３０を介して相互に結合させる。
第２の３６ｂカップラ２８は負荷３２に結合している。
Ｓ、Ｓ、５ｈａｐｉｒｏ等によって１９８８年１０月１
１日に出願された米国特許出願２２５．２１８号明細書
に記載されているように、第１および第２の電磁的３ｄ
ｂカップラ２Ｂおよび２８は、マイクロストリップ接地
平面層１９内に設けられた複数の二重カップラの対応す
る整合二重カップラ３４に共振器２２によって受信され
たエネルギのほぼ１００％を結合する。各二重カップラ
３４は第１および第２の３ｄｂカップラ３Ｂおよび３８
を有し、その対応する第１の二重カップラ２４の第１お
よび第２のカップラ２６および２８からのエネルギがそ
れぞれ第２の誘電体層１７（第４図には示されていない
）を通して容量性でエネルギを結合する。（第２の誘電
体層１７は高い絶縁定数εを有する材料で製造されるこ
とが好ましい。） 第２の二重カップラ３４の第１および第２の３ｄｂカッ
プラ３Ｂおよび３Ｂは、インピーダンス整合装置或いは
コネクタ４０によって結合している。
１日に出願された米国特許出願２２５．２１８号明細書
に記載されているように、第１および第２の電磁的３ｄ
ｂカップラ２Ｂおよび２８は、マイクロストリップ接地
平面層１９内に設けられた複数の二重カップラの対応す
る整合二重カップラ３４に共振器２２によって受信され
たエネルギのほぼ１００％を結合する。各二重カップラ
３４は第１および第２の３ｄｂカップラ３Ｂおよび３８
を有し、その対応する第１の二重カップラ２４の第１お
よび第２のカップラ２６および２８からのエネルギがそ
れぞれ第２の誘電体層１７（第４図には示されていない
）を通して容量性でエネルギを結合する。（第２の誘電
体層１７は高い絶縁定数εを有する材料で製造されるこ
とが好ましい。） 第２の二重カップラ３４の第１および第２の３ｄｂカッ
プラ３Ｂおよび３Ｂは、インピーダンス整合装置或いは
コネクタ４０によって結合している。
第１の３ｄｂカップラ３Ｂは負荷４２に結合している。
第２の二重カップラ３４の第２の３ｄｂカップラは低雑
音増幅器４４に結合している。
音増幅器４４に結合している。
第５図は受信サブアレイ１２のためのマイクロストリッ
プ接地平面層１９の例示的構成の上面図を示す。（受信
および送信サブアレイ１２および１４は、マイクロスト
リップ層１９内の対応する構成部品を除いて同一である
。）印刷回路は、各パッチ素子２０に対する低雑音増幅
器４４を含むマイクロストリップ層１９内に食刻される
。（第３図および第４図も参照すること。）各低雑音増
幅器４４はバトラーマトリックス４Ｂに結合されている
。好ましい実施例においてバトラーマトリックス４Ｂは
単一平面で構成されるが、本発明の実行の最良の方法は
それに限定されない。多面バトラーマトリックスは本発
明の技術的範囲から逸脱することなく使用可能である。
プ接地平面層１９の例示的構成の上面図を示す。（受信
および送信サブアレイ１２および１４は、マイクロスト
リップ層１９内の対応する構成部品を除いて同一である
。）印刷回路は、各パッチ素子２０に対する低雑音増幅
器４４を含むマイクロストリップ層１９内に食刻される
。（第３図および第４図も参照すること。）各低雑音増
幅器４４はバトラーマトリックス４Ｂに結合されている
。好ましい実施例においてバトラーマトリックス４Ｂは
単一平面で構成されるが、本発明の実行の最良の方法は
それに限定されない。多面バトラーマトリックスは本発
明の技術的範囲から逸脱することなく使用可能である。
（送信サブアレイ１４に対するマイクロストリップ回路
層は、基礎平面層の共振器２２を通してパッチ素子２０
に電磁的に結合した固体電力増幅器（Ｓ Ｓ ＰＡ）を
含む送信回路を除いては類似したレイアウトを有する。
層は、基礎平面層の共振器２２を通してパッチ素子２０
に電磁的に結合した固体電力増幅器（Ｓ Ｓ ＰＡ）を
含む送信回路を除いては類似したレイアウトを有する。
）
１つのバトラーマトリックス４Ｂは各モジュール】６の
各サブアレイ１８に対して設けられる。２つのバトラー
マトリックスが第５図に示されており、１つが典型的モ
ジュール１６の各サブアレイ１８に対応する。各バトラ
ーマトリックス４６は、関連する制御回路５０を有する
スイッチマトリックス４８と結合している。スイッチマ
トリックスの出力はダウン変換装置５２およびアナログ
・デジタル変換装置（Ａ／Ｄ）５４と結合する。Ａ／Ｄ
変換装置５４は通常のデジタルビーム形成ネットワーク
５Ｂと結合している。
各サブアレイ１８に対して設けられる。２つのバトラー
マトリックスが第５図に示されており、１つが典型的モ
ジュール１６の各サブアレイ１８に対応する。各バトラ
ーマトリックス４６は、関連する制御回路５０を有する
スイッチマトリックス４８と結合している。スイッチマ
トリックスの出力はダウン変換装置５２およびアナログ
・デジタル変換装置（Ａ／Ｄ）５４と結合する。Ａ／Ｄ
変換装置５４は通常のデジタルビーム形成ネットワーク
５Ｂと結合している。
第６（ａ）図および第６（ｂ）図は、例示的実施例の多
ビームアンテナ１０の処理回路構成の概略図を示してい
る。示された受信動作において、バッチ素子２０のアレ
イ１２は共振器２２および整合二重カップラ２４および
３４を介して低雑音増幅器４４に結合される電磁的エネ
ルギを受信する。単一のサブアレイ１８に対応する増幅
され受信された信号は、バトラーマトリックス４６によ
ってフーリエ変換される。すなわちもしサブアレイ■８
が第１図に示されるように垂直に整列しているならば、
バトラーマトリックス４Ｇは空間的なフーリエ変換器と
して、素子空間情報をビーム空間情報に変換しおよび高
さの空間をほぼ８個の（高さの）扇形に分割するように
動作する。従って、バトラーマトリックス４６はスイッ
チマトリックス４８に向かう各人力に対して１つの出力
を提供する。第１図に示された実施例において、８個の
バッチ素子は各サブアレイ１８に設けられる。
ビームアンテナ１０の処理回路構成の概略図を示してい
る。示された受信動作において、バッチ素子２０のアレ
イ１２は共振器２２および整合二重カップラ２４および
３４を介して低雑音増幅器４４に結合される電磁的エネ
ルギを受信する。単一のサブアレイ１８に対応する増幅
され受信された信号は、バトラーマトリックス４６によ
ってフーリエ変換される。すなわちもしサブアレイ■８
が第１図に示されるように垂直に整列しているならば、
バトラーマトリックス４Ｇは空間的なフーリエ変換器と
して、素子空間情報をビーム空間情報に変換しおよび高
さの空間をほぼ８個の（高さの）扇形に分割するように
動作する。従って、バトラーマトリックス４６はスイッ
チマトリックス４８に向かう各人力に対して１つの出力
を提供する。第１図に示された実施例において、８個の
バッチ素子は各サブアレイ１８に設けられる。
それ故に、バトラーマトリックス４Ｂは８がら８への１
次元のバトラーマトリックスであり、第７図に示される
ようにその出力は８個の隣接する扇形ビームに対応する
。第７図の縦座標は高さ（サブアレイの長さの長短）に
相当し、変換された信号の振幅を表す。横座標は各バッ
チ素子２０の方位における範囲に相当する。スイッチマ
トリックス４８は、さらに処理するために所望の高さの
扇形を選択するように制御回路５０の制御下で作動する
。
次元のバトラーマトリックスであり、第７図に示される
ようにその出力は８個の隣接する扇形ビームに対応する
。第７図の縦座標は高さ（サブアレイの長さの長短）に
相当し、変換された信号の振幅を表す。横座標は各バッ
チ素子２０の方位における範囲に相当する。スイッチマ
トリックス４８は、さらに処理するために所望の高さの
扇形を選択するように制御回路５０の制御下で作動する
。
これは、スイッチマトリックス４８を介して制御回路５
０によってさらに処理するために選択された扇形ビーム
を示す第８図に示されている。各高さの扇形内で、スイ
ッチマトリックスの出力はダウン変換装置５２およびＡ
／Ｄ変換装置５４によってダウン変換され、サンプリン
グされ、デジタル化される。デジタルビーム形成ネット
ワーク（Ｄ Ｂ Ｆ Ｎ）５６はそれから、当業者に知
られた通常の方法において第９図に示されるように、扇
形ビーム或いは多重の同時に生じるスポットビームの範
囲内のいかなる方向においても走査できるスポットビー
ムを形成するために、受信アレイ１２の１０個のバトラ
ーマトリックス４６から生じたデジタル信号を結合する
。
０によってさらに処理するために選択された扇形ビーム
を示す第８図に示されている。各高さの扇形内で、スイ
ッチマトリックスの出力はダウン変換装置５２およびＡ
／Ｄ変換装置５４によってダウン変換され、サンプリン
グされ、デジタル化される。デジタルビーム形成ネット
ワーク（Ｄ Ｂ Ｆ Ｎ）５６はそれから、当業者に知
られた通常の方法において第９図に示されるように、扇
形ビーム或いは多重の同時に生じるスポットビームの範
囲内のいかなる方向においても走査できるスポットビー
ムを形成するために、受信アレイ１２の１０個のバトラ
ーマトリックス４６から生じたデジタル信号を結合する
。
第６（ｂ）図はＤＢＦＮ５６の簡易化した例示的構成を
示す。ＤＢＦＮは、Ａ／Ｄ変換装置５４から入力を受信
する複数のデジタル乗算器５８を有する。
示す。ＤＢＦＮは、Ａ／Ｄ変換装置５４から入力を受信
する複数のデジタル乗算器５８を有する。
各乗算器５８は、ｅ ｌ ｍ ｈ ｄ ｌを形成し、そ
のｎは１からＮでありＮはサブアレイ内のバッチ素子の
数に等しく（図示された実施例では８）、Δは素子間の
位相差或いは変化度でありおよび±πラジアンにまで及
び得る。このような信号を人力信号を表すデジタル流と
乗算する。各乗算器５８の出力は合算装置６０に入力さ
れる。従って、合算装置６ｏの出力は以下のように形成
されたビーム方向ベクトルによって特定化された所定の
方向からの信号である。
のｎは１からＮでありＮはサブアレイ内のバッチ素子の
数に等しく（図示された実施例では８）、Δは素子間の
位相差或いは変化度でありおよび±πラジアンにまで及
び得る。このような信号を人力信号を表すデジタル流と
乗算する。各乗算器５８の出力は合算装置６０に入力さ
れる。従って、合算装置６ｏの出力は以下のように形成
されたビーム方向ベクトルによって特定化された所定の
方向からの信号である。
Ｗ、−（ｅ’″Ａφ１
ｅ１２Ａφ’ ＋ 、 １．６１１ＯＡ−’）
［３］つまり、出力Ｙは入力Ｘの加重
された合計である。
［３］つまり、出力Ｙは入力Ｘの加重
された合計である。
ｙ−ｗ、 ・Ｘ” ［４］
以上、本発明はここで特定の適用に対する特定の実施例
に関して記載されてきた。当業者は、この発明の技術的
範囲内における付加的な変形、適用および実施例を認め
るであろう。例えば、本発明はバッチ素子からマイクロ
ストリップ層に向かう電磁的に結合したエネルギに関す
る特定の技術に限定されず、その逆もまた同様である。
以上、本発明はここで特定の適用に対する特定の実施例
に関して記載されてきた。当業者は、この発明の技術的
範囲内における付加的な変形、適用および実施例を認め
るであろう。例えば、本発明はバッチ素子からマイクロ
ストリップ層に向かう電磁的に結合したエネルギに関す
る特定の技術に限定されず、その逆もまた同様である。
本発明の示された実施例の実行は、マイクロストリップ
回路層が高容量で低コストのプリント回路技術を使用し
て製造されることを可能にする。サブアレイの組立ては
、プリント回路層を単に整列させ、積み重ねることによ
って遂行される。これはさらにサブアレイのコストを減
少させる。
回路層が高容量で低コストのプリント回路技術を使用し
て製造されることを可能にする。サブアレイの組立ては
、プリント回路層を単に整列させ、積み重ねることによ
って遂行される。これはさらにサブアレイのコストを減
少させる。
さらに、本発明は単一のスポットビームの生成に限定さ
れない。模範的な代わりの探査方法において、スイッチ
マトリックス上のスイッチは制御回路５０によってすべ
ての（例えばＩＯの）サブアレイから２本の同一の扇形
ビームを選択するために配置することができる。これは
結果として、２本の同一のスポットビームが単独で各高
さの扇形に１つずつ向かうことになる。これは標準的な
単一のビームの動作中に付加的な冗長度を提供する。
れない。模範的な代わりの探査方法において、スイッチ
マトリックス上のスイッチは制御回路５０によってすべ
ての（例えばＩＯの）サブアレイから２本の同一の扇形
ビームを選択するために配置することができる。これは
結果として、２本の同一のスポットビームが単独で各高
さの扇形に１つずつ向かうことになる。これは標準的な
単一のビームの動作中に付加的な冗長度を提供する。
それ故に任意のおよびすべてのこのような適用、変形お
よび実施例は添付の請求の範囲に記載された本発明の技
術的範囲内に含まれるものである。
よび実施例は添付の請求の範囲に記載された本発明の技
術的範囲内に含まれるものである。
第１図は本発明の教示に従って構成されたフェイズドア
レイアンテナの実施例の斜視図である。 第２図は本発明のアンテナｌＯの一部分の分解斜視図を
示す。 ｔ！４３図はバッチ層、共振器層、および供給ネットワ
ーク層１９が平行に並んだ関係で、対応した共振器上の
各パッチの突出部を示す上面図を示す。 第４図は対応する共振器上の単一のパッチの拡大図であ
る。 第５図はマイクロストリップ回路平面層１９の上面図を
示す。 第６（ａ）および（ｂ）図は実施例のアンテナビームプ
ロセッサの概略図を示す。 第７図は実施例のバトラーマトリックスの隣接した扇形
ビームを示す本発明のフェイズドアレイアンテナのアン
テナビームパターンをグラフ化した図である。 第８図は制御回路およびスイッチマトリックスによって
さらに処理するための選択された単一の扇形ビームを示
す本発明のフェイズドアレイアンテナのアンテナビーム
パターンをグラフ化した図である。 第９図は実施例のデジタルビーム形成装置によって同時
に生じる複数のスポットビームを示す本発明のフェイズ
ドアレイアンテナのアンテナビームパターンをグラフ化
した図である。 ＩＯ・・・フェイズドアレイアンテナ、１１・・・バッ
チ層、Ｉ２・・・アレイ、１８・・・誘電体層、１４・
・・アレイ、１５・・・共振器層、１６・・・モジュー
ル、１７・・・誘電体層、１８・・・サブアレイ、１９
・・・基平面、２０・・・パッチ、２２・・・共振器、
２４・・・二重カップラ、２８．２８・・・電磁的３ｄ
ｂカップラ、３０・・・コネクタ、３２・・・負荷、３
４・・・二重カップラ、３６、３８・・・電磁的３ｄｂ
カップラ、４０・・・コネクタ、４２・・・負荷、４４
・・・増幅器、４Ｂ・・・バトラーマトリックス、４８
・・・スイッチマトリックス、５０・・・連合制御回路
、５２・・・ダウン変換装置、５４・・・Ａ／Ｄ変換装
置、５６・・・デジタルビーム形成ネットワーク、５Ｂ
・・・デジタル乗算器、８０・・・合算装置。 ＦＩＧ、 ／
レイアンテナの実施例の斜視図である。 第２図は本発明のアンテナｌＯの一部分の分解斜視図を
示す。 ｔ！４３図はバッチ層、共振器層、および供給ネットワ
ーク層１９が平行に並んだ関係で、対応した共振器上の
各パッチの突出部を示す上面図を示す。 第４図は対応する共振器上の単一のパッチの拡大図であ
る。 第５図はマイクロストリップ回路平面層１９の上面図を
示す。 第６（ａ）および（ｂ）図は実施例のアンテナビームプ
ロセッサの概略図を示す。 第７図は実施例のバトラーマトリックスの隣接した扇形
ビームを示す本発明のフェイズドアレイアンテナのアン
テナビームパターンをグラフ化した図である。 第８図は制御回路およびスイッチマトリックスによって
さらに処理するための選択された単一の扇形ビームを示
す本発明のフェイズドアレイアンテナのアンテナビーム
パターンをグラフ化した図である。 第９図は実施例のデジタルビーム形成装置によって同時
に生じる複数のスポットビームを示す本発明のフェイズ
ドアレイアンテナのアンテナビームパターンをグラフ化
した図である。 ＩＯ・・・フェイズドアレイアンテナ、１１・・・バッ
チ層、Ｉ２・・・アレイ、１８・・・誘電体層、１４・
・・アレイ、１５・・・共振器層、１６・・・モジュー
ル、１７・・・誘電体層、１８・・・サブアレイ、１９
・・・基平面、２０・・・パッチ、２２・・・共振器、
２４・・・二重カップラ、２８．２８・・・電磁的３ｄ
ｂカップラ、３０・・・コネクタ、３２・・・負荷、３
４・・・二重カップラ、３６、３８・・・電磁的３ｄｂ
カップラ、４０・・・コネクタ、４２・・・負荷、４４
・・・増幅器、４Ｂ・・・バトラーマトリックス、４８
・・・スイッチマトリックス、５０・・・連合制御回路
、５２・・・ダウン変換装置、５４・・・Ａ／Ｄ変換装
置、５６・・・デジタルビーム形成ネットワーク、５Ｂ
・・・デジタル乗算器、８０・・・合算装置。 ＦＩＧ、 ／
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 （１）１以上の導電性材料のパッチを含む第１の層と、 前記の第１の層と平行で一致しており、対応するパッチ
に電磁的に結合している１以上の共振器を有する第２の
層と、 前記の第２の層と平行に一致しており、電磁的に結合す
る第３の層とを具備することを特徴とする、電磁的に結
合した集積サブアレイを有する軽量低プロフィールフェ
イズドアレイアンテナ。 （２）前記の第２の層が前記の各共振器に関連した第１
の電磁的カップラを有する請求項１記載の装置。 （３）前記の第１の電磁的カップラが二重 ３ｄｂカップラを有する請求項２記載の装置。 （４）前記の第３の層が前記の第１の各電磁的カップラ
と関連した第２の電磁的カップラを有する請求項２記載
の装置。 （５）前記の第２の電磁的カップラが二重 ３ｄｂカップラを有する請求項４記載の装置。 （６）前記の第３の層が前記の第２のカップラに電気的
に結合したバトラーマトリックス供給ネットワークを有
する請求項４記載の装置。 （７）前記の第３の層が前記のバトラーマトリックスに
電気的に結合したスイッチマトリックスを有する請求項
６記載の装置。 （８）前記の第３の層が少なくとも１個のダウン変換装
置を有する請求項７記載の装置。（９）前記の第３の層
が少なくとも１個のアナログ・デジタル変換装置を有す
る請求項８記載の装置。 （１０）前記の第３の層が前記の第２の各カップラと前
記のバトラーマトリックスとの間に低雑音増幅器を有す
る請求項９記載の装置。 （１１）平行で一致した前記の第１の層と第２の層の間
に第１の誘電体層を有する請求項１記載の装置。 （１２）平行で一致した前記の第２の層と第３の層の間
に第２の誘電体層を有する請求項１１記載の装置。 （１３）１以上の導電性材料のパッチを含む第１の層と
、 前記の第１の層と平行で一致しており、対応するパッチ
に電磁的に結合し、対応する第１の電磁的カップラと電
気的に結合する１以上の共振器を有している第２の層と
、 平行で一致した前記の第１の層と第２の層の間の第１の
誘電体層と、 前記第２の層と平行で一致した第３の層であって、 前記の第１の各電磁的カップラと関連した第２の電磁的
カップラと、 前記の第２の各カップラと電気的に結合した増幅器と、 前記各増幅器と電気的に結合したバトラーマトリックス
供給ネットワークと、 前記のバトラーマトリックスと電気的に結合したスイッ
チマトリックスと、 少なくとも１個のダウン変換装置と、 少なくとも１個のアナログ・デジタル変換装置とを有す
る第３の層と、 平行で一致した前記の第２の層と第３の層の間の第２の
誘電体層とを具備することを特徴とする、電磁的に結合
された集積サブアレイを含むデジタルフェイズドアレイ
アンテナ。（１４）複数の個々にアドレス可能なデジタ
ル的に構成されたビームを提供するためのデジタルビー
ム構成手段を有する請求項１３記載の装置。 （１５）フェイズドアレイアンテナにおいて、第１の層
に配置された導電性材料のパッチのアレイを介して電磁
気エネルギを受信し、 前記のパッチによって受信したエネルギを、前記第１の
層と平行で一致した第２の層に配置された対応する複数
の共振器と電磁的に結合し、前記の共振器によって受信
されたエネルギを、第２の層と平行で一致した第３の層
上の処理回路に電磁的に結合するステップを含む、電磁
的エネルギを受信する方法。 （１６）フェイズドアレイアンテナにおいて、第１の層
上に電磁的信号を発生させ、 前記信号を、前記の第１の層と平行で一致した第２の層
内の複数の共振器に電磁的に結合し、前記信号を、前記
の第２の層と平行で一致した第３の層内の複数のパッチ
と電磁的に結合し、前記電気信号を前記パッチから放射
するステップを含む、電磁的エネルギの送信方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US352,787 | 1989-05-16 | ||
| US07/352,787 US4965605A (en) | 1989-05-16 | 1989-05-16 | Lightweight, low profile phased array antenna with electromagnetically coupled integrated subarrays |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH034604A true JPH034604A (ja) | 1991-01-10 |
| JPH0695606B2 JPH0695606B2 (ja) | 1994-11-24 |
Family
ID=23386488
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4965605A (ja) |
| EP (1) | EP0398555B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0695606B2 (ja) |
| CA (1) | CA2014665A1 (ja) |
| DE (1) | DE69016827T2 (ja) |
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- 1990-05-03 DE DE69016827T patent/DE69016827T2/de not_active Expired - Fee Related
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- 1990-05-16 JP JP2126531A patent/JPH0695606B2/ja not_active Expired - Lifetime
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