JPH08511924A - 放射センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 マイクロ波領域およびミリメートル波領域用の放射センサ（１０）は、２つの平行な焦点面（２６ａ，３６）を有するレンズ（１２）を備え、これらの焦点面は、レンズ（１２）内の偏向選択的反射ＰＩＮダイオード・アレイ（１８）によって規定される。一方の焦点面（２６ａ）は、受信信号とローカル発振器信号を混合して、その後の処理のために中間周波数信号を生成する交差ダイポール受信アンテナ・アレイによって占有される。第２の焦点面（３６）は、一連の送信ビーム方向を規定するように構成された別々に始動できる偏向切換アンテナからなる送信アンテナ・アレイによって占有される。第２のＰＩＮダイオード・アレイ（２０）は、受信アンテナ・アレイを送信ビームから保護する。

Description

【発明の詳細な説明】 放射センサ 本発明は、放射センサに関し、詳細には、１０ＧＨｚ以上のマイクロ波領域お よびミリメートル波領域中の周波数でのレーダ・システムまたは通信システムで 使用すべきそのような装置に関するが、これに限らない。 放射センサは、従来技術では周知である。米国特許第４３３１９５７号には、 レーダ・トランスポンダ装置で使用され、アバランシェ・ビクテムなどを見つけ るために使用されるダイポーラ・アンテナが記載されている。これは実質的に全 方向性の装置である。これは、ダイポーラ・アンテナの特性であり、したがって 、指向性シーン情報は提供しない。この装置を使用して、目標方位を識別するこ とはできず、かつこの装置はショート・レンジ装置である（たとえば、１５ｍ） 。 多数の放射センサは、キロメートル以上のオーダーの範囲で指向性シーン情報 を提供するために必要なレーダとして使用されている。このためには、ミサイル ・シーカー・フィールドで使用されるアンテナ装置などの指向性アンテナ装置に よる走査が必要である。米国特許第４１９９７６２号には、ジンバル・ マウンティングによって２本の直交軸の周りで機械的に走査される、レーダ・ア ンテナ用の支持体が記載されている。そのような装置は、概して大型で高価であ る。そのうえ、機械的に走査されるアンテナは、アンテナ・ビーム内の物体しか 検知しない。走査される体積を通過する高速に移動する物体が必ずしも、アンテ ナ・ビームに出会うとは限らない。 機械的に走査されるレーダの欠点を解消するために、電子的に走査される装置 が開発された。そのような装置は、発信アンテナまたは受信アンテナ、あるいは その両方のアレイを備える。送信ビーム方向または受信ビーム方向は、各アンテ ナでの駆動信号またはローカル発振器信号を適当に整相することによって制御さ れる。”ＭＥＳＡＲ”と呼ばれるフェイズド・アレイ・レーダは、ＲＡＤＡＲ８ ７と題する会議（英国ロンドン、１９８７年１０月１９日−２１日）で開示され た。ＭＥＳＡＲは、一辺２ｍの正方形として構成された９１８個の導波管放射要 素のアレイからなるものであった。 誘電材料で包み込まれた（すなわち、誘電材料に密封された）ダイポールに基 づくアンテナ・アレイは、米国特許第３７８１８９６号で開示されている。しか し、この開示は、そ のようなアレイとの間の信号の供給に関連する設計上の厄介な問題には言及して いない。また、必要な指向性を達成することにも、必要な測定を行うことにも言 及していない。 他の放射センサの態様は、Ｚａｈ等によってInternational Journal of Infra red and Milimeter Waves，第６巻，第１０号，１９８５年で開示されている。 このセンサは、対物レンズと基板レンズとを備えるレンズ・システムの画像平面 に構成された集積ダイオードを含むボータイ・アンテナ（ｂｏｗｔｉｅ ａｎｔ ｅｎｎａｓ）の一次元アレイからなる。アンテナによって受信された信号をアン テナ位置の関数としてプロットして、画像を提供することができる。この装置は 、受信モード動作に限られるという欠点がある。さらに、この装置は、アンテナ に平行に偏向された成分を有する放射しか検出しない。送信機能も、あるいは他 の偏向を検出する機構もない。レーダ・センサでしばしば必要になることは、セ ンサが、単一のアパーチャを通して送信と受信を行えることである。 マイクロ波・ミリメートル波始動アレイ技術は、Ａｌｄｅｒ等によってProcee dings of the 20th European Microwave Conference，１９９０年，４５４ペー ジ乃至４５９ページに記 載されている。一体アンテナを含むレンズ供給マイクロ波・ミリメートル波受信 機は、Ａｌｄｅｒ等によって同じ議事録の４４９ページ乃至４５３ページに記載 されている。 本発明の目的は、代替の放射センサの態様を提供することである。 本発明は、放射案内手段を有し、この案内手段が、放射が通過する第１の平面 および第２の平面を規定するように構成され、受信手段または送信手段が、各平 面付近に位置し、放射センサが、入射放射を選択的に反射または透過するように 構成された切換可能な反射手段を含むことを特徴とする放射センサを提供する。 本明細書では、「付近」の語は、「センサ動作周波数での１つの波長内」を意 味すると解釈されるものとする。この場合の波長とは、必要に応じて受信手段ま たは送信手段のすぐ隣に位置する媒体内の波長である。 本発明は、迷光ＲＦ放射に対するある程度の保護を放射受信手段に与えるとい う利点を提供する。 切換可能な反射手段は、ある信号偏向を反射し、別の信号偏向をＯＦＦ状態で 透過し、両方の偏向をＯＮ状態で反射するよ うに構成された、両方の焦点面に平行なＰＩＮダイオードのモノリシック・アレ イでよい。このアレイは、それぞれのレンズ部の平面間に挟むことができる。一 方のレンズ部は、球形キャップの形状であってよく、第２のレンズは、円錐台形 でよい。これによって、比較的低密度で廉価な材料で非常に小形の構造を実現す ることができる。 好ましい実施例では、第１の焦点面アレイは、二次元のものであり、交差ダイ ポール・アンテナを備える。各アンテナの１つのダイポールは、反射手段から入 射した受信放射の偏向に平行である。この実施例では、センサは、アンテナの各 第２ダイポールに平行に偏向されたローカル発振器信号を第１の焦点面アレイに 供給するように構成される信号ジェネレータを備える。１つのダイポールは、中 間周波数送信線として働く分割リムを含むことができる。第２のモノリシックＰ ＩＮダイオード・アレイは、高電力送信信号とセンサの方へ送られる迷光放射の 両方からアンテナを保護するために、アンテナに入射する放射を制限するように 構成される。本発明のこの実施例では、直線偏向されたＲＦ放射を同じアパーチ ャを通して送受信することができる。 円形に偏向された放射を単一のアパーチャを通して送受信するために円形偏向 器をセンサに組み込むことができる。センサは、送られた偏向と同じ偏向を検出 するように構成することも、あるいは、直交偏向を検出するように構成すること もできる。 本発明は、光学アパーチャと、そのアパーチャを通過する光軸を規定するよう に構成された収斂誘電体レンズを含み、 （ａ）レンズが、光軸を横切って延びるそれぞれのレンズ表面領域で第１の焦 点面および第２の焦点面を規定するように構成された偏向選択的反射手段を備え 、 （ｂ）反射手段が、ある偏向の放射を反射し、別の偏向の放射を透過するよう に制御可能に構成され、 （ｃ）第１の焦点面付近に受信アンテナアレイが位置し、アレイの各アンテナ が、光軸に対するそれぞれのビーム方向からセンサに入射した放射を受信するよ うに構成され、主として、レンズを通過した放射に結合され、 （ｄ）第２の焦点面付近に、放射をレンズを介して複数の出力ビーム方向に結 合するように構成された方向選択的送信手段があることを特徴とする放射センサ も提供する。 本発明をより完全に理解するために、次に、その実施例を添 付の図面に関して説明する。 第１図は、本発明の放射センサの概略断側面図である。 第２図は、第１図のセンサで使用すべき誘電体レンズ内の切換可能な放射リフ レクタの分解図を概略的に示す図である。 第３図は、第１図のセンサで使用すべき信号送信装置の分解図である。 第４図は、第３図の装置で使用すべき偏向切換アンテナを概略的に示す図であ る。 第５図は、第１図のセンサに組み込まれる受信アンテナ・アレイを概略的に示 す図である。 第６図は、第５図のアレイの交差ダイポール・アンテナの平面図である。 第１図を参照すると、全体的に１０で示された本発明の放射センサが示されて いる。デカルト基準軸は１１で示されており、直交するｘ基準軸とｚ基準軸を示 す。ｙ軸は、図面の平面に垂直なので示されていない。センサ１０は、マイクロ 波周波数１６ＧＨｚで動作するように設計される。センサは、球形キャップ部１ ４と円錐台部１６とを有する誘電体レンズ１２を備える。これらの部分は、相互 に隣接する寸法の等しい円形端面 （図示せず）を有する。レンズ部１４および１６は、アルミナ製であり、誘電定 数は１０である。隣接する端面は直径が６．６ｃｍであり、球形キャップの高さ 、すなわちその円形面に垂直な厚さは最大１．９ｃｍである。 第１のＰＩＮダイオードのアレイ１８は、レンズ部１４および１６の隣接する 面間に挟まれる。第１のダイオード・アレイ１８は、平坦であり、図面の平面に 垂直に構成される。ダイオード・アレイ１８については、後でさらに詳しく説明 する。球形キャップ１４は、第２のプレーナＰＩＮダイオード・アレイ２０を備 える。このアレイの平面も図面の平面に垂直である。第２のアレイ２０は、キャ ップ１４の第１の部分２２と第２の部分２４の間に挟まれ、その平面は第１のア レイ１８の平面に平行である。第２のアレイは、アレイ１８の形に類似の形を有 するが、より小さな表面積を有する。ダイオード・アレイ１８および２０は、等 しい間隔に配置された複数の並列バイアス導体（図示せず）からなり、導体間に モノリシックＰＩＮダイオード（図示せず）が接続される。ダイオード・アレイ １８および２０のバイアス導体はｘ軸に平行に延びる。 第１および第２のアレイ１８および２０のそれぞれのバイア ス導体は、それぞれの切換可能な電流供給機構（図示せず）に接続される。バイ アス導体との電気的接続は、各アレイの縁部で行われる。 キャップ１４の第１の部分２２にアルミナ材料のプレーナ・シート基板２６が 取り付けられ、基板２６の平面はアレイ１８および２０の平面に平行である。後 でさらに詳しく説明するように、基板２６は、それぞれ、相互に直交する一対の ダイポールの形をした受信アンテナ（図示せず）のアレイを有する。各ダイポー ルの長さは、アルミナ／空気界面で１６ＧＨｚの共鳴を得る必要に応じて０．４ ｃｍである。アンテナは、レンズ１２から遠い基板２６の外側表面２６ａ上に位 置する。マイクロ波信号源（図示せず）に接続されたマイクロ波供給導波管２８ は、基板２６付近に開放出力端部３０を有する。 円錐台レンズ部１６は、３２、すなわち、第１のアレイ１８に隣接する第１の 円形表面から１．７５２ｃｍの３２に第２の円形端面を有する。したがって、レ ンズ部１６の軸方向長さは１．７５２ｃｍである。第２の端面３２は、３４によ って示され、等間隔に配置された線形導体のプレーナ・アレイと、送信アンテナ ・アレイと、アルミナ基板と、そのスペーサ（図示せ ず）とからなる格子を備えるアセンブリに隣接する。アセンブリ３４の構成要素 については、後でさらに詳しく説明する。アセンブリ３４の厚さによって、破線 ３６で示したように、図面の平面に垂直な平面中に送信アンテナ・アレイが位置 決めされる。送信アンテナ・アレイ平面は、第２の端面３２から０．１４８ｃｍ であり、したがって、レンズ部１４とレンズ部１６を分離する第１のアレイ１８ から１．９ｃｍである。アセンブリ３４は主として、アルミナで構成され、その 厚さは、誘電定数１０のアルミナ媒体で周波数が１６ＧＨｚの放射の波長の４分 の１である。したがって、送信アンテナと受信アンテナは、第１のアレイ１８か ら等距離に位置する。 アセンブリ３４は、放射を動作周波数で効率的に送るのに妥当な寸法よりも大 きな寸法の第１の導波管４０に隣接する。第１の導波管４０は、第２の導波管４ ２に接続される。第２の導波管４２は、動作周波数１６ＧＨｚに正比例する寸法 を有する。 センサ１０は、凹凸状の第２のアルミナ・レンズ４４も備える。第１および第 ２のレンズ１２および４４は全体的に、２つの焦点面を有するダブレット・レン ズ・システムまたは複合レンズを形成する。１つの焦点面は、第１のアレイ１８ での反射 と第２のアレイ２０での透過から発生する。この焦点面は、基板表面２６ａ上の 受信アンテナ・アレイ平面に一致する。第２の焦点面は、第１のアレイ１８およ びアセンブリ３４での透過から発生し、３６の送信アンテナ・アレイ平面に一致 する。２６ａおよび３６の焦点面は、第１のアレイ１８に平行であり、それぞれ 、アレイ１８の対向側に位置する。 次に、第２図も参照すると、ＰＩＮダイオード・アレイ１８が２つのレンズ部 １４および１６と共に示されている。これらの構成要素は、第２図では分解状態 で示されており、相互の組立位置は第１図に示されている。話を明確にするため に、ＰＩＮダイオード・アレイ１８は、概略的に示されている。アレイ１８は、 複数のバイアス導体４５からなり、それらの間にダイオード４６が配設される。 ダイオードおよび導体は、周知の半導体処理技法によってシリコン・ウェハ４７ 上に製造される。導体との導電は、ウェハの縁部にある接点４８で行われる。ア レイ２０は、アレイ１８に類似の構成を有するが、送られた放射から受信アレイ を遮蔽するのに十分なより小さい面積を有する。 モノリシックＰＩＮダイオード・アレイは、Ａ．Ａｒｍｓｔ ｒｏｎｇ等によってＭｉｃｒｏｗａｖｅ Ｊｏｕｒｎａｌの１９８５年９月号の １９７ページないし２０１ページに記載されている。ダイオード・アレイ１８は 、一連の 並列バイアス導体４５からなり、それらの間にダイオード４６が配設 され、バイアス導体４５は、ｘ軸に平行であり、バイアス導体をリンクするダイ オード４６は、ｙ軸にほぼ平行である。バイアス導体間の間隔および隣接するダ イオード間の間隔は、センサ１０の動作周波数によって決定され、レンズ誘電媒 体内の放射の波長の４分の１よりも短い。この間隔は、バイアス導体に平行に偏 向された放射が効率的に反射され、ダイオードが順方向にバイアスされたときに 、バイアス導体に直交するように偏向された放射も効率的に反射される間隔であ る。ダイオード・アレイ１８では、バイアス導体間の間隔と隣接するダイオード 間の間隔はそれぞれ、１．４ｍｍである。 ダイオード・アレイ１８は、直径が６．６ｃｍの単一のシリコン・ウェハ４７ 上に製作される。代替構成（図示せず）では、ダイオード・アレイ１８は、直径 が６．６ｃｍの単一のダイオード・アレイを形成するようにアルミナ・ウェハに ボンディングされたシリコン基板上のモザイク上のより小さなアレイから なり、バイアス導体との電気接続は、シリコン基板上のスルーホール・メッキ接 点およびアルミナ・ウェハ上の導電ストリップを介して行われる。シリコンの誘 電定数は約１１．７である。これは、アルミナ・レンズ１２の誘電定数に十分に 近いものであり、レンズ特性に影響を及ぼす誘電率の顕著な不連続性が解消され る。 アレイ１８および２０のダイオードが逆バイアスされると、バイアス導体に直 交する偏向を有する周波数１６ＧｈｚのＲＦ放射がアレイを透過し、バイアス導 体に平行な偏向を有する１６ＧＨｚのＲＦ放射が反射される。これは、アレイＯ ＦＦ状態であり、ダイオード・アレイは、バイアス導体に平行に整列するワイヤ の格子と同様に動作する。ＤＣバイアス電流によってダイオードが順方向にバイ アスされると、アレイは、バイアス導体に直交する偏向を有するＲＦ放射と導体 に平行に偏向されたＲＦ放射を反射し、この点で、ダイオード・アレイは、交差 導電ワイヤのメッシュと同様に動作する。これはアレイＯＮ状態である。センサ １０で、アレイ１８および２０のバイアス導体は、軸１１で示したｘ軸に平行に 整列する。 次に、第３図を参照すると、アセンブリ３４と第１および第 ２の導波管４０および４２の分解図が示されている。送信アンテナ・アレイは全 体的に５０で示されている。送信アンテナ・アレイは、６×２アレイとして構成 された５２などの１２のアンテナを備える。アンテナ５２は、十字記号で概略的 に示されている。 各アンテナ５２は、相互に直交する一対のプレーナ金属ダイポールであり、各 ダイポールは、一対の矩形リム５４を有する。送信アンテナの形を第４図に示す 。 各ダイポールの長さは４ｍｍであり、リム５４の長さは１．４３ｍｍであり、 中央間隔の長さは１．１４ｍｍである。隣接するアンテナ５２の中心間間隔は４ ．５ｍｍである。リム５４の幅は０．４ｍｍであり、各ダイポールに長さ・幅比 １０：１を与える。これによって、１６ＧＨｚで半波長ダイポール共鳴がもたら される。というのは、各ダイポールの有効長が、その物理長に、その各面上の２ つの媒体の誘電定数の平均の二乗を乗じた値であることを示すことができるから である。アンテナ５２は、一方の面に空気を有し（誘電定数＝１）、他方の面に アルミナを有する（誘電定数＝１０）ので、アンテナの有効長は９．３８ｍｍで ある。この長さは、空中での１６Ｇ Ｈｚでの波長の半分の長さである。 各ダイポール・リム５４は、ＤＣバイアス電流によって始動されるＰＩＮダイ オード・スイッチ５６を介してそれぞれの直交ダイポール・リムに接続される。 ダイオード・スイッチ５６とのバイアス接続は図示しない。アンテナ５２は、ア ルミナ基板５８の表面５８ａ上の金属を付着させることによって形成される。基 板表面５８ａは、３５ｍｍ×２３ｍｍである。ＰＩＮダイオードは離散装置であ り、したがって、混成電子生産プロセスが必要である。これらのダイオードの生 産は、基板材料でのアンテナの生産と統合することもできる。 送信アンテナ・アレイ５０は、アルミナ・スペーサ６０によって、全体的に６ ２で示した線形導体の格子から分離される。送信アンテナ・アレイは、アルミナ 基板６６上に（点で示した）金属層６４を付着させることによって形成される。 層６４は、アルミナ基板を露出させる空間によって分離された線形導体６８を規 定するためにリソグラフィック・プロセスでエッチングされた中央領域を有する 。導体６８がアセンブリ３４として構成されると、導体６８はｘ軸に平行に整列 し、スペーサ６０は格子６２に接触し、送信アンテナ・アレイ５８はスペーサ ６０に接触する。オーバサイズの第１の導波管４０は、使用時に基板表面５８ａ に接触するように組み立てられる端部リム７０を有する。格子６２の下部表面（ 図示せず）は、レンズ端面３２に接触する。アンテナ・アレイ基板５８の厚さと スペーサ６０の厚さと格子６２の厚さが組み合わされて、線３６で示した、レン ズ・システム１２および４４の第２の焦点面に、送信アンテナが配置される。 センサ１０は、下記のように動作する。周波数１６ＧＨｚのマイクロ波入力電 力が、電源（図示せず）から第２の導波管４２に沿って供給される。円で囲まれ た矢印７２で示したように、マイクロ波放射が垂直偏向され、すなわち、電界ベ クトルがｘ軸に平行に偏向される。入力電力は、第１の導波管４０に入る。セン サ１０をオフに切り換えると、放射は、送信アンテナ・アレイを通過して格子６ ２に至り、円で囲まれた矢印７３で示したように反射される。これは、電界ベク トルが導体６８に平行であるからである。送信アンテナ・アレイは、後述のよう に始動されると、マイクロ波放射を吸収し、９０°だけ回転された偏向と共に再 放射する。ｙ方向に平行な電界ベクトルを含む水平偏向されたこの放射は、送信 信号Ｔｘであり、電界ベ クトルが導体６８に直交するので格子６２を通過することができる。 円で囲まれた十字記号７４で示した水平偏向された送信信号Ｔｘは、送信アン テナ・アレイから円錐台レンズ部１６に入る。アレイ１８がＯＮ状態である場合 、放射は送信アンテナ・アレイの方へ反射される。アレイ１８がＯＦＦ状態であ る場合、送信信号Ｔｘは、アレイ１８を通過して球形キャップ・レンズ部１４に 入る。アレイ２０は、アレイ１８がＯＦＦ状態になるとＯＮ状態に切り換えられ 、そのため、Ｔｘ偏向配向に平行であると共に直交するように偏向された放射を 反射し、したがって、高出力Ｔｘ信号による影響を受けやすい受信アンテナ構成 要素への損傷が防止される。アレイ１８がＯＮ状態に切り換えられると、アレイ ２０はＯＦＦ状態に切り換えられ、水平偏向された放射を透過する。アレイ１８ がＯＦＦ状態であるとき、Ｔｘ信号はレンズ部１４を通過して空気に至り、次い で第２のレンズ４４に至る。円で囲まれた十字記号７５で示した水平偏向された 送信信号Ｔｘは、レンズ・システム１２および４４の焦点面での送信アンテナ・ アレイの位置のおかげで平行なビームとしてレンズ４４を離れる。 送信信号Ｔｘは、送信アンテナ・アレイによって制御されるビーム方向を有す る。送信アンテナ・アレイからレンズ１２に入る放射は、７６など単一の矢印で 示されている。レンズ・システム１２および４４は、破線７８で示した光軸を有 する。これは、レンズ部１４および１６の対称軸でもあり、ｚ軸に平行である。 光軸の上方および下方の−１５°および＋１５°で示した位置でアンテナを始動 すると、それぞれ、この軸に対して−１５°および＋１５°の方向に送信ビーム ８０および８２が発生する。中央ビーム方向は、レンズ・システム光軸に対して ０°、すなわち、ｚ軸に平行に８４で示されており、これは、センサ１０のボア サイト（ｂｏｒｅｓｉｇｈｔ）である。レンズ・システム１２および４４は、光 軸を中心とする６０°の円錐である視界を与える。 送信信号Ｔｘは、リモート・シーン（図示せず）中の物体によって、センサ１ ０の方へ反射された受信信号Ｒｘとして反射されることができる。第１のアレイ １８は、Ｒｘ信号を検出するために、ＯＮ状態に切り換えられ、したがって、信 号の偏向配向にはかかわらずに受信信号Ｒｘを反射することができる。受信信号 Ｒｘは、８６などの二重矢印で示したように送信ビー ム経路に沿って戻り、最終的にアレイ１８に到達する。アレイ１８は現在、反射 可能な状態なので、受信信号Ｒｘを第２のアレイ２０の方へ反射する。アレイ２ ０は、ＯＦＦ状態であり、したがって、水平偏向された放射を透過する。アレイ １８から反射した受信信号Ｒｘは、その偏向平面がＴｘ信号の偏向平面から回転 されていない限り、アレイ２０を通過する。受信信号Ｒｘは、表面２６ａ上に位 置する受信アンテナ・アレイに到達する。受信アンテナ・アレイは、マイクロ波 供給機構２８から別の入力を得る。これは、垂直偏向されたローカル発振器（Ｌ ｏ）信号を与える。受信アンテナ・アレイは、受信信号ＲｘとＬｏ信号を混合し て、周知の方法でのその後の信号処理に適した中間周波数（ＩＦ）信号を生成す る。アレイ２０のバイアス導体は、Ｌｏ信号を受信アンテナ・アレイに結合する のを助ける。アレイ２０のバイアス導体がＬｏ信号の偏向に平行なので、アレイ ２０は、受信アンテナ・アレイの方へＬｏ信号を反射する。 次に、第３図および第４図を参照して、送信アンテナ・アレイ５０の動作につ いて説明する。すべてのＰＩＮダイオード５６がＯＦＦ状態に切り換えられると 、アンテナ極線図のため に、各アンテナ５２のダイボールに結合される垂直偏向された入力放射７２はほ とんどなくなる。したがって、入力放射は、ほとんど影響を受けずにアンテナ・ アレイ５０およびスペーサ６０を通過する。放射は、格子導体６８に平行に偏向 されるので、７３で示したように格子６２によって反射される。したがって、放 射は、レンズ１２に到達するのを妨げられ、その後、自由空間に出力される。 バイアス電流を印加することによって、１つのアンテナ５２に結合された一対 のダイオード５６を始動してＯＮ状態にすると、垂直偏向された放射によって、 そのアンテナの垂直ダイポールでマイクロ波信号が誘導され、垂直ダイポールに 結合された水平ダイポールに結合される。このことが発生するのは、直交するダ イポール・リム間の各ＰＩＮダイオード５６によってもたらされる電流経路のた めである。オンに切り換えられたアンテナ５２が受信する大部分のエネルギーは 、その水平ダイポールに結合され、その後、水平偏向と共に再放射される。Ｂｒ ｅｗｉｔｔ−Ｔａｙｌｏｒ等がＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ第１７ 巻（１９８１年）の７２９ページ乃至７３１ページで開示したように、異なる誘 電定数を有する２つ の媒体間の界面に位置するアンテナは主として、高い方の誘電定数を有する媒体 に対して放射を行う。したがって、アンテナ５２は主として、アルミナ基板５８ に対して再放射を行う。 アンテナ・アレイ５０から再放射された信号は、スペーサ６０を通過して格子 ６２に到達する。この信号は、格子導体６８に水平に、したがって直交するよう に偏向されるので、７４で示したように、格子６２を通過し、反射はほとんど発 生しない。信号は次いで、レンズ１２に入り、送信信号Ｔｘとなる。 動作時には、送信ビームの方向および空間範囲は、どの送信アンテナ５２を始 動するかによって決定される。再放射された信号は、水平偏向され、始動された アンテナ５２から発信する。アンテナ５２は、３６のレンズ・システムの１つの 焦点面全体にわたって分散しているので、単一のアンテナを始動すると、アンテ ナ位置によって決定される送信ビーム位置が発生する。第１図には、０°の中央 ボアサイト・ビーム方向に対して１５°の角度に整列した送信ビーム方向が示さ れている。 次に、第５図および第６図を共に参照すると、受信アンテナ・アレイが示され ている。アンテナ・アレイは、第５図では全 体的に１００で示されており、中央に正方形を有する十字記号として概略的に示 した個別のアンテナ１０２を６×２アレイとして備える。第６図は、個別のアン テナをさらに詳しく示す。受信アンテナ・アレイ１００は、数、形、間隔が送信 アンテナ・アレイ５０の数、形、間隔に類似しているアンテナ１０２を有する。 ２つのアレイ５０および１００は、その平面および長寸法どうしを平行に配置し た状態で配設される。受信アンテナ・アレイ１００は、各アンテナ１０２が、長 手方向に分割されたリム１０４ａを備える点で送信アンテナ・アレイ５０とは異 なる。各アンテナ１０２は、４つのＲＦミクサ・ダイオード１０６ａないし１０ ６ｄからなる中央リングを有する。各ダイオード１０６ａないし１０６ｄは、リ ム１０４ｂとリム１０４ｃの間のダイオード１０６ｃなど、異なる直交ダイポー ルのそれぞれのリム対１０４間に接続される。第６図中の一方のダイポールのリ ム１０４ｃおよび１０４ｄはそれぞれ、ダイオード対１０６ａ／１０６ｂおよび １０６ｃ／１０６ｄのアノードに接続される。他方のダイポールのリム１０４ａ および１０４ｂはそれぞれ、ダイオード対１０６ａ／１０６ｂおよび１０６ｃ／ １０６ｄのカソードに接続される。したがって、ダイオード １０６ａ乃至１０６ｄは、一方のダイポールのリムの方へ向かい、かつ他方のリ ムから離れる方向へ偏向される。分割リム１０４ａの各部分は、それぞれのダイ オード１０６ａおよび１０６ｂに接続され、アンテナ１０２は、リム１０４ａお よび１０４ｂの長寸法が、基板２６の長寸法に平行に整列するように構成される 。したがって、リム１０４ａおよび１０４ｂの長寸法は、第１図のｘ軸に平行に 整列し、リム１０４ｃおよび１０４ｄの長寸法は、第１図のｙ軸に平行に整列す る。 受信アンテナ・アレイ１００は下記のように動作する。受信アンテナ・アレイ の長寸法は、第５図では水平のものとして示され、第１図では垂直のものとして 示されている。ＲＦ周波数１６ＧＨｚの受信放射Ｒｘは、ダイポール１０４ｃ／ １０４ｄに平行に偏向され、ホーン（ｈｏｒｎ）２８からのローカル発振器放射 は、分割リム・ダイポール１０４ａ／１０４ｂに平行に偏向される。Ｌｏ放射お よびＴｘ放射は、その偏向に対して平行なダイポール中で信号を生成し、これら の信号はダイオード１０６ａ乃至１０６ｄのリングによって混合され、ＩＦ信号 が生成される。ＩＦ信号は、Ｌｏ信号とＴｘ信号の間の差分周波数の信号である 。分割リム１０４ａは、リム間の容量性結合 のために周波数１６ＧＨｚの単一のリムのように見える。しかし、ＩＦでは、分 割リムは、送信線を形成する２つの並列導体として働く。したがって、分割リム １０４ａは、ＩＦ信号を処理回路（図示せず）に中継する出力フィードを与える 。そのような回路は、当技術分野で周知であり、詳しくは説明しない。この回路 は、各アンテナ１０２ごとにＩＦ増幅器とアナログ・ディジタル変換器を備える ことができる。変換器から出力されたディジタル信号は、周知の種類のディジタ ル電子回路に供給することができる。 放射センサ１０は、ダブレット・レンズ・システム１２および４４の光アパー チャによって規定された共通のアパーチャ内で送信機能と受信機能を共に提供す る。それぞれ異なる誘電媒体間の境界のためのダブレット・レンズ・システムの 表面での放射反射は、光学計器でのレンズ・ブルーミングに類似の周知の種類の 反射防止コーティングによって抑制される。 第３図に示した送信アンテナ・アレイ５０と第１および第２の導波管４０およ び４２は（電子的ではなく）機械的に再配置できるマイクロ波信号源で置き換え ることができる。永久的に短絡された単一の偏向切換アンテナに電力を供給する 導波管部 分に可とう性同軸信号フィードが接続される。アンテナは、レンズ焦点面３６に 位置し、マイクロ波をレンズ１２に放射する。前記導波管部分は、ステップ・モ ータによって焦点面３６の相互に直交する２本の軸に沿って移動することができ る。このため、焦点面３６の送信信号発信元の位置をいくつかの送信ビーム方向 のうちの１つに妥当なものとすることができる。 代替実施例では、センサ１０は、レンズ４４とリモート・シーンの間に挿入さ れた円形偏向器を有する。円形偏向器は、“IEEE Transactions on Antennas an d Propagation”第ＡＰ−３５巻，第６号，１９８７年６月６日，６５２ページ 乃至６６１ページに記載された曲線プリント回路の種類のものでよい。垂直偏向 されたＴｘ信号は、円形偏向器を通過する際に、右旋（ＲＨＣ）偏向される。リ モート・ターゲットからセンサの方へ反射されたＲｘ信号は、信号が受けた反射 の数に応じてＲＨＣすることも、あるいは左旋（ＬＨＣ）偏向することもできる 。Ｒｘ信号は、円形偏向器を通過する際に、反射された信号がそれぞれ、ＲＨＣ 偏向されたか、それともＬＨＣ偏向されたかに応じて、垂直または水平偏向され る。ＰＩＮダイオード・アレイ２０、受信機アンテナ・アレイ１００、Ｌｏ信号 源は、 垂直または水平偏向された放射を検出し、したがって、Ｒｘ信号のＲＨＣまたは ＬＨＣに偏向された成分を監視するように配向させることができる。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９５年６月２７日 【補正内容】 本発明は、放射を案内するための放射案内手段を有し、この案内手段が、放射 が通過する第１の平面および第２の平面を規定し、受信手段または送信手段が、 各平面付近に位置し、放射センサが、入射放射を選択的に反射または透過する機 能を実行する切換可能な反射手段を含むことを特徴とする放射センサを提供する 。 本明細書では、「付近」の語は、「センサ動作周波数での１つの波長内」を意 味すると解釈されるものとする。この場合の波長とは、必要に応じて受信手段ま たは送信手段のすぐ隣に位置する媒体内の波長である。 本発明は、迷光ＲＦ放射に対するある程度の保護を放射受信手段に与えるとい う利点を提供する。 切換可能な反射手段は、ある信号偏向を反射し、別の信号偏向をＯＦＦ状態で 透過し、両方の偏向をＯＮ状態で反射するように構成された、両方の焦点面に平 行なＰＩＮダイオードのモノリシック・アレイでよい。このアレイは、それぞれ のレンズ部の平面間に挟むことができる。一方のレンズ部は、球形キャップの形 状であってよく、第２のレンズは、円錐台形でよい。これによって、比較的低密 度で廉価な材料で非常に小形の構造 を実現することができる。 好ましい実施例では、第１の焦点面アレイは、二次元のものであり、交差ダイ ポール・アンテナを備える。各アンテナの１つのダイポールは、反射手段から入 射した受信放射の偏向に平行である。この実施例では、センサは、アンテナの各 第２ダイポールに平行に偏向されたローカル発振器信号を第１の焦点面アレイに 供給するように構成される信号ジェネレータを備える。１つのダイポールは、中 間周波数送信線として働く分割リムを含むことができる。第２のモノリシックＰ ＩＮダイオード・アレイは、高電力送信信号とセンサの方へ送られる迷光放射の 両方からアンテナを保護するために、アンテナに入射する放射を制限するように 構成される。本発明のこの実施例では、直線偏向されたＲＦ放射を同じアパーチ ャを通して送受信することができる。 円形に偏向された放射を単一のアパーチャを通して送受信するために円形偏向 器をセンサに組み込むことができる。センサは、送られた偏向と同じ偏向を検出 するように構成することも、あるいは、直交偏向を検出するように構成すること もできる。 本発明は、光学アパーチャと、そのアパーチャを通過する光軸を規定するよう に構成された収斂誘電体レンズを含み、 （ａ）レンズが、光軸を横切って延びるそれぞれのレンズ表面領域で第１の焦 点面および第２の焦点面を規定するための偏向選択的反射手段を備え、 （ｂ）反射手段が、制御可能にある偏向の放射を反射し、別の偏向の放射を透 過する手段を提供し、 （ｃ）第１の焦点面付近に受信アンテナアレイが位置し、アレイの各アンテナ が、光軸に対するそれぞれのビーム方向からセンサに入射した放射を受信するよ うに構成され、主として、レンズを通過した放射に結合され、 （ｄ）第２の焦点面付近に、放射をレンズを介して複数の出力ビーム方向に結 合するための方向選択的送信手段があることを特徴とする放射センサも提供する 。 請求の範囲 １．放射を案内するための放射案内手段を有する放射センサであって、案内手段 が、放射が通過する第１の平面（２６ａ）および第２の平面（３６）を規定し、 受信手段または送信手段が、各平面付近に位置し、放射センサが、入射放射を選 択的に反射または透過する機能を実行する切換可能な反射手段（１８）を含むこ とを特徴とする放射センサ。 ２．（ａ）放射案内手段（１２）が、誘電体レンズであり、第１および第２の平 面（２６ａ，３６）がそれぞれ、レンズの光軸（７８）を横切って延びるそれぞ れのレンズ表面領域にある誘電体レンズの第１および第２の焦点面であり、 （ｂ）第１の焦点面付近に、放射を受信するための放射受信手段（１００）が あり、 （ｃ）第２の焦点面付近に、誘電体レンズに放射を結合するための放射送信手 段（５０）があり、 （ｄ）切換可能な反射手段（１８）が、誘電体レンズ内に位置決めされ、第１ の状態では、第１の偏向配向を有する放射を透過し、第１の配向に直交する第２ の偏向配向を有する放射線 を反射する手段を提供し、第２の状態では、第１の偏向配向と第２の偏向配向の 両方の放射を反射する手段を提供することを特徴とする請求の範囲第１項に記載 の放射センサ。 ３．切換可能な反射手段（１８）が、半導体スイッチ（４６）アレイを含むこと を特徴とする請求の範囲第１項または第２項に記載の放射センサ。 ４．切換可能な反射手段（１８）が、ＰＩＮダイオード（４６）アレイを含むこ とを特徴とする請求の範囲第１項、第２項、または第３項に記載の放射センサ。 ５．ＰＩＮダイオード・アレイが、ほぼ並列するように構成された複数のバイア ス導体（４５）と、バイアス導体間に電気的に接続されるように構成された複数 のＰＩＮダイオード（４６）とを備えることを特徴とする請求の範囲第４項に記 載の放射センサ。 ６．第２の切換可能な反射手段（２０）が、誘電体レンズ（１２）内に位置決め され、送信手段（５０）によって送られた放射から放射受信手段（１００）を保 護するように構成されることを特徴とする請求の範囲第２項から第５項のいずれ か一項に記載の放射センサ。 ７．誘電体レンズ（１２）が、それぞれ球形キャップ形および円錐台形を有する ２つの部分（１４，１６）を備えることを特徴とする請求の範囲第２項から第６ 項のいずれか一項に記載の放射センサ。 ８．切換可能な反射手段（１８，２０）が、直線偏向された受信放射（８６）を 受信手段（１００）に送るように構成されることを特徴とする請求の範囲第１項 から第７項のいずれか一項に記載の放射センサ。 ９．光アパーチャと、前記アパーチャを通して光軸（７８）を規定するように構 成され、収斂誘電体レンズ（１２）を含む放射センサであって、 （ａ）レンズが、光軸（７８）を横切って延びるそれぞれのレンズ表面領域で 第１の焦点面および第２の焦点面（２６ａ，３６）を規定するように構成された 偏向選択的反射手段（１８）を備え、 （ｂ）該反射手段（１８）が、ある偏向の放射を反射し別の偏向の放射を透過 するように制御可能に構成され、 （ｃ）第１の焦点面（２６ａ）付近に受信アンテナ・アレイ（１００）が位置 し、アレイの各アンテナ（１０２）が、光軸 に対するそれぞれのビーム方向からセンサに入射した放射を受信するょぅに構成 され、主として、レンズを通過した放射に結合され、 （ｄ）第２の焦点面付近に、放射をレンズを介して複数の出力ビーム方向に結 合するための方向選択的送信手段（５２）があることを特徴とする放射センサ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．放射案内手段を有する放射センサであって、案内手段（１２）が、放射が通 過する第１の平面（２６ａ）および第２の平面（３６）を規定するように構成さ れ、受信手段または送信手段が、各平面付近に位置し、放射センサが、入射放射 を選択的に反射または透過するように構成された切換可能な反射手段（１８）を 含むことを特徴とする放射センサ。 ２．（ａ）放射案内手段（１２）が、誘電体レンズであり、第１および第２の平 面（２６ａ，３６）がそれぞれ、レンズの光軸（７８）を横切って延びるそれぞ れのレンズ表面領域にある誘電体レンズの第１および第２の焦点面であり、 （ｂ）第１の焦点面付近に、放射受信手段（１００）があり、 （ｃ）第２の焦点面付近に、誘電体レンズに放射を結合するように構成された 放射送信手段（５０）があり、 （ｄ）切換可能な反射手段（１８）が、誘電体レンズ内に位置決めされ、第１ の状態では、第１の偏向配向を有する放射を透過し、第１の配向に直交する第２ の偏向配向を有する放射線を反射するように構成され、第２の状態では、第１の 偏向配向 と第２の偏向配向の両方の放射を反射するように構成されることを特徴とする請 求の範囲第１項に記載の放射センサ。 ３．切換可能な反射手段（１８）が、半導体スイッチ（４６）アレイを含むこと を特徴とする請求の範囲第１項または第２項に記載の放射センサ。 ４．切換可能な反射手段（１８）が、ＰＩＮダイオード（４６）アレイを含むこ とを特徴とする請求の範囲第１項、第２項、または第３項に記載の放射センサ。 ５．ＰＩＮダイオード・アレイが、ほぼ並列するように構成された複数のバイア ス導体（４５）と、バイアス導体間に電気的に接続されるように構成された複数 のＰＩＮダイオード（４６）とを備えることを特徴とする請求の範囲第４項に記 載の放射センサ。 ６．第２の切換可能な反射手段（２０）が、誘電体レンズ（１２）内に位置決め され、送信手段（５０）によって送られた放射から放射受信手段（１００）を保 護するように構成されることを特徴とする請求の範囲第２項から第５項のいずれ か一項に記載の放射センサ。 ７．誘電体レンズ（１２）が、それぞれ球形キャップ形および 円錐台形を有する２つの部分（１４，１６）を備えることを特徴とする請求の範 囲第２項から第６項に記載の放射センサ。 ８．切換可能な反射手段（１８，２０）が、直線偏向された受信放射（８６）を 受信手段（１００）に送るように構成されることを特徴とする請求の範囲第１項 から第７項のいずれか一項に記載の放射センサ。 ９．光アパーチャと、前記アパーチャを通して光軸（７８）を規定するように構 成され、収斂誘電体レンズ（１２）を含む放射センサであって、 （ａ）レンズが、光軸（７８）を横切って延びるそれぞれのレンズ表面領域で 第１の焦点面および第２の焦点面（２６ａ，３６）を規定するように構成された 偏向選択的反射手段を備え、 （ｂ）反射手段（１８）が、ある偏向の放射を反射し別の偏向の放射を透過す るように制御可能に構成され、 （ｃ）第１の焦点面（２６ａ）付近に受信アンテナ・アレイ（１００）が位置 し、アレイの各アンテナ（１０２）が、光軸に対するそれぞれのビーム方向から センサに入射した放射を受信するように構成され、主として、レンズを通過した 放射に結合され、 （ｄ）第２の焦点面付近に、放射をレンズを介して複数の出力ビーム方向に結 合するように構成された方向選択的送信手段（５２）があることを特徴とする放 射センサ。