コンパクトなＣＴＳフィードおよびＭＥＭＳ位相シフタを有する広帯域二次元電子的走査アレイ
マイクロ電子機械システム（ＭＥＭＳ）の操縦可能な電子的に走査されるレンズアレイ（ＥＳＡ）アンテナとその周波数走査方法とが開示されている。ＭＥＭＳ ＥＳＡアンテナは広帯域のフィードスルーレンズ11と、連続横断スタブ（ＣＴＳ）フィードアレイ12とを含んでいる。広帯域のフィードスルーレンズ11は広帯域放射素子14の第１および第２のアレイと、その放射素子14の第１と第２のアレイとの間に配置されているＭＥＭＳ位相シフタモジュール18のアレイとを含んでいる。連続横断スタブ（ＣＴＳ）フィードアレイ12は近視野で平面波頭を与えるための放射素子14の第１のアレイに近接して配置されている。ＭＥＭＳ位相シフタモジュール18はＣＴＳフィードアレイ12から放射されたビームを二次元で操縦する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子的に走査されるアンテナ、特にマイクロ電子機械システム（ＭＥＭＳ）無線周波数（ＲＦ）位相シフタを有する電子走査されるアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
改良された航空機上およびスペースベースのレーダシステムは数千の放射素子を含む電子的に走査されるアンテナ（ＥＳＡ）を有している。例えば、多数のターゲットに同時に対応して動作する大型の射撃制御用レーダは必要なパワーアパーチャプロダクトを提供するためにＥＳＡを使用する。
【０００３】
スペースベースのレンズアーキテクチャは航空機上およびスペースベースのレーダシステムでＥＳＡを実現するための１方法である。しかしながら、スペースベースのレンズアーキテクチャがさらに高い周波数、例えばＸ帯域で使用され、位相シフタのようなさらにアクチブなコンポーネントが所定の領域内でパッケージされるとき、重量、増加した熱密度、電力消費はこのようなシステムの価格と応用性に対して有害な影響を与えうる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
これまで、電子的に走査されたレンズアレイアンテナの位相シフタ回路はフェライト、ＰＩＮダイオード、ＦＥＴスイッチ装置を含んでいる。これらの位相シフタは重く、相当量のＤＣパワーを消費し、高価である。また、ＰＩＮダイオードとＦＥＴスイッチのＲＦ位相シフタ回路への構成はＲＦパスに沿って付加的なＤＣバイアス回路を必要とすることにより複雑にされる。ＰＩＮダイオードとＦＥＴスイッチにより必要とされるＤＣ回路は位相シフタの周波数性能を限定し、ＲＦ損失を増加する。ＥＳＡを現在利用可能な送信／受信（Ｔ／Ｒ）モジュールに含ませることは、高いコストと不適切な熱放散と非効率的な電力消費のために望ましくない。要約すると、利用可能な位相シフタ回路の重量、コスト、性能は数千のこれらの装置が使用されるスペースベースのレーダおよび通信ＥＳＡに対して必要とされている要求に及ばない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明はマイクロ電子機械システム（ＭＥＭＳ）の操縦可能な電子的に走査されるレンズアレイ（ＥＳＡ）アンテナを提供する。本発明の１特徴によれば、ＭＥＭＳ ＥＳＡアンテナは広帯域のフィードスルーレンズと、連続横断スタブ（ＣＴＳ）フィードアレイとを含んでいる。広帯域のフィードスルーレンズは広帯域放射素子の第１および第２のアレイと、その放射素子の第１および第２のアレイの間に配置されているＭＥＭＳ位相シフタモジュールのアレイとを含んでいる。連続横断スタブ（ＣＴＳ）フィードアレイは近視野において平面波頭を与えるために放射素子の第１のアレイに近接して配置されている。ＭＥＭＳ位相シフタモジュールはＣＴＳフィードアレイから放射されるビームを二次元で操縦する。
【０００６】
本発明の別の特徴によれば、無線周波数エネルギを周波数走査する方法が提供され、その方法は、無線周波数（ＲＦ）エネルギを連続横断スタブ（ＣＴＳ）フィードアレイへ入力し、近視野で平面波の形態で複数のＣＴＳ放射素子を通ってＲＦエネルギを放射し、複数のＭＥＭＳ位相シフタモジュールを含んでいる広帯域のフィードスルーレンズの入力アパーチャへＲＦ平面波を放射し、ＲＦ波平面をディスクリートなＲＦ信号へ変換し、ＲＦ信号を処理するためにＭＥＭＳ位相シフタモジュールを使用し、広帯域のフィードスルーレンズの放射アパーチャを通ってＲＦ信号を放射し、それによってＲＦ信号を再結合して、アンテナビームを形成し、ＣＴＳフィードアレイに入力されたＲＦ信号の周波数を変化させて広帯域のフィードスルーレンズのＥ平面におけるアンテナビームの角度位置を変化させ、アンテナビームによる周波数走査を行うステップを含んでいる。
【０００７】
前述および関連する目的を実現するために、本発明は以下十分に説明され、特に特許請求の範囲で指摘されている特徴を有する。以下の説明と添付図面は本発明のある例示的な実施形態を詳細に説明している。しかしながら、これらの実施形態は本発明の原理が使用されることのできる種々の方法のうちの幾つかを示しているに過ぎない。本発明のその他の目的、利点、優れた特徴は図面を参照にして以下の詳細な説明から明白になるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下の詳細な説明では、同一のコンポーネントはこれらが本発明の異なる実施形態で示されているか否かにかかわりなく、同一の参照符号を与えられている。本発明を明白で正確な方法で示すため、図面は必ずしも実寸大ではなく、ある特性はやや概略的な形態で示されている。
【０００９】
最初に、図１乃至３を参照すると、本発明は二次元のマイクロ電子機械システム（ＭＥＭＳ）の操縦可能な電子的に走査されるレンズアレイアンテナ10（図３）であり、広帯域のフィードスルーレンズ11と、連続横断スタブ（ＣＴＳ）フィードアレイ12とを含んでいる。広帯域のフィードスルーレンズ11は広帯域放射素子14aの後部アレイと、広帯域放射素子14bの前部アレイと、放射素子14aと14bの後部アレイと前部アレイとの間に挟まれているＭＥＭＳ位相シフタモジュール18（図２）のアレイとを含んでいる。広帯域放射素子14aの後部アレイの近くに位置するＣＴＳフィードアレイ12は近視野で平面波頭を提供する。ＭＥＭＳ位相シフタモジュール18はＣＴＳフィードアレイ12から放射されたビームを二次元、即ちＥ面とＨ面で操縦し、したがってＣＴＳフィードアレイ12は固定したビームだけを発生する必要がある。認識されるように、本発明は伝送線、電力分割器、共同するフィードアンテナにカスタムに関連する相互接続の必要性をなくす。
【００１０】
アンテナ10は例えば飛行船、船、監視用航空機、宇宙船を含む商用および軍事用応用の両者で適している。図１はアンテナ10が適切に組込まれている幾つかの改良された航空機上およびスペースベースのレーダシステムの環境の図を示している。これらのシステムは例えば合成アパーチャレーダー（ＳＡＲ）システム22用の軽重量のＸ帯域スペースベースレーダ、地上移動標的指示装置（ＧＭＴＩ）システム26、機上移動標的表示装置（ＡＭＴＩ）システム28を含んでいる。これらのシステムは実質的な数のアンテナを使用し、ＭＥＭＳ位相シフタモジュール18による本発明のアンテナ10はＰＩＮダイオードおよびＦＥＴスイッチ位相シフタまたは送信／受信（Ｔ／Ｒ）モジュールを使用する従来技術のアンテナと比較して比較的廉価で、比較的消費電力が少なく、軽重量であることが認められている。
【００１１】
図２に示されているように、各ＭＥＭＳ位相シフタモジュール18は１対の対向する広帯域放射素子14間に挟まれている。示されている実施形態では、放射素子14は実質的に同一の幾何学形状を有し、ＭＥＭＳ位相シフタモジュール18および軸Ａを中心として対称的に配置され、軸Ａはアンテナ10、特にそのＭＥＭＳ位相シフタモジュール18を介するフィード／放射方向を表している。認識されるように、代わりに、放射素子14は異なる幾何学形状を有し、および／またはＭＥＭＳ位相シフタモジュール18および／またはフィード／放射軸Ａを中心に非対称的に配置されることもできる。換言すると、前部または出力放射素子14bは後部または入力放射素子14aとは異なる幾何学形状を有することができる。
【００１２】
広帯域放射素子14は長方形のベース部34、比較的狭いステム部38、アーチ型の末端部42を有する１対の蟹のはさみ状の突出部32を含んでいる。はさみ状の突出部32はアンテナ10の動作中に（例えばフィード／放射軸Ａ方向で）ＲＦエネルギがそれに沿って伝播するパスを与えるスロット36をその間に形成している。ここでは接地平面を指すベース部34は相互にフィード／放射軸Ａを中心に近接し、フィード／放射軸Ａの方向で位相シフタモジュール18の対向端部において位相シフタモジュール18に隣接している。共にベース部34はＭＥＭＳ位相シフタモジュール18の幅と実質的に同一の幅を有する。ステム部38はそれぞれのベース部34よりも狭く、フィード／放射軸Ａの方向でベース部34から突出し、またフィード／放射軸Ａを中心に相互に近接している。湾曲した末端部42はフィード／放射軸Ａ方向でそれぞれのステム部38から突出し、フィード／放射軸Ａから離れるように側方に分岐し、相互に離れている。湾曲した末端部42は共にフィード／放射軸Ａ方向で位相シフタモジュール18から外方向に開いているフレア状または湾曲したＶ形の開放部を形成する。広帯域のフィードスルーレンズ11の後端部にある広帯域の放射素子14のフレア状開放部はＣＴＳフィードアレイ12から無線周波数（ＲＦ）エネルギを受信し、対応するスロット36に沿ってＲＦエネルギを対応するＭＥＭＳ位相シフタモジュール18に伝播させる。広帯域のフィードスルーレンズ11の反対側または前端部の広帯域の放射素子14のフレア状開放部は対応するＭＥＭＳ位相シフタモジュール18からのＲＦエネルギを対応するスロット36に沿って自由空間へ放射する。
【００１３】
図３を参照すると、ＭＥＭＳ位相シフタ18は広帯域のフィードスルーレンズ11のアレイとして構成される。すなわち、広帯域のフィードスルーレンズ11はＭＥＭＳ位相シフタ18の後方に入力放射素子14aのアレイを具備する入力放射アパーチャ54と、ＭＥＭＳ位相シフア18の前方に出力放射素子14bのアレイを具備する出力または放射アパーチャ58とを含んでいる。図３のフィードスルーレンズ11はＭＥＭＳ位相シフタ18の４つの行と７つの列のアレイと、入力および出力放射素子14aおよび14bの４つの行と７つの列を有する。アレイは特定の応用で所望されるように、任意の適切な量のＭＥＭＳ位相シフタ18と入力および出力放射素子14aおよび14bを具備できることが認識されよう。例えば図４では、広帯域のフィードスルーレンズ11は１６個のＭＥＭＳ位相シフタ18と、１６個の入力および出力広帯域放射素子14aと14bを含んでいる。
【００１４】
広帯域のフィードスルーレンズ11はＣＴＳフィードアレイ12により供給スペースを与えられている。図３および４に示されているＣＴＳフィードアレイ12は複数のＲＦ入力62（図３の実施形態では４個）と、連続スタブ64と、連続スタブ64から広帯域のフィードスルーレンズ11の入力アパーチャ54の方向へ突出する複数のＣＴＳ放射素子68とを含んでいる。示されている実施形態では、ＣＴＳ放射素子は、量において入力および出力放射素子14aおよび14bに対応している。また、示されている実施形態では、ＣＴＳ放射素子68は入力放射素子14a間の横断間隔および出力放射素子14b間の横断間隔と実質的に同一の距離だけ横断方向で間隔を隔てられている。ＣＴＳ放射素子68間の間隔は入力放射素子14a間の間隔と同一またはそれに対応する必要はないことが認識されるであろう。さらに、ＣＴＳフィードアレイ12のＣＴＳ放射素子68（即ち列）および／またはＲＦ入力62（即ち行）は入力および出力放射素子14aと14bおよび／または広帯域のフィードスルーレンズ11のＭＥＭＳ位相シフタモジュール18の列および行と同一および／またはそれらと整列するか対応する必要はないことが認識されるであろう。したがってＣＴＳフィードアレイ12は例えば特定のアンテナ応用にしたがって広帯域のフィードスルーレンス11よりも多数または少数の行および／または列を有することができる。
【００１５】
図５は図３のＣＴＳフィードアレイ12のセグメントの断面図である。ＣＴＳフィードアレイ12はｒｅｘｏｌｉｔｅまたはポリプロピレンのようなプラスティックから作られている誘電体70を含んでおり、図５に示されている形状に機械加工または突出される。誘電体70はその後連続スタブ64とＣＴＳ放射素子68とを形成するために金属層74で金属被覆される。ＣＴＳフィードアレイ12はそれ自体に自動推進製造動作で普通である高容量のプラスティック押出しおよび金属鍍金プロセスを施し、したがって廉価な製造を容易にしている。
【００１６】
ＣＴＳフィードアレイ12はマイクロ波結合／放射アレイである。図５に示されているように、随意の構造の一次ラインフィードにより行われる入射平行導波体モードはそれらを、連続スタブ64の存在により中断される縦方向の電流成分と関連付け、したがってスタブ／平行プレートインターフェースを横切って縦方向のｚ方向に変位電流を励起する。この誘起された変位電流は、等価の電磁波が連続スタブ64中でＣＴＳ放射素子68へｘ方向で自由空間へ伝播するように励起する。このようなＣＴＳ非走査アンテナは９４ＧＨｚ程度の高さの周波数で動作することができることが発見されている。例示的なＣＴＳフィードアレイに関するさらに詳細は米国特許第6,421,021号、第5,361,076号、第5,349,363号、第5,266,961号明細書を参照することができ、これらはここで全体的に参考文献とされている。
【００１７】
動作において、ＲＦエネルギはＲＦ入力62からＣＴＳフィードアレイ12の平行プレート導波体を介してＣＴＳ放射素子68へ直列に供給され、近視野で平面波の形態で放射される。ＲＦエネルギがＲＦ入力６２からＣＴＳ放射素子68へ伝播する距離は等しくないことに注意すべきである。ＲＦ平面波はＣＴＳ放射素子68により広帯域のフィードスルーレンズ11の入力アパーチャ54へ放射され、その後、ディスクリートなＲＦ信号へ変換される。そのＲＦ信号はその後、ＭＥＭＳ位相シフタモジュール18により処理される。ＭＥＭＳ位相シフタに関するさらに詳細については、米国特許第6,281,838号、第5,757,379号、第5,379,007号明細書が参照され、これらはここで全体的に参考文献とされている。
【００１８】
ＭＥＭＳ処理された信号はその後、広帯域のフィードスルーレンズ11の放射アパーチャ58を通って再放射され、これはＲＦ信号を再結合して、操縦アンテナビームを形成する。このような直列で供給されるＣＴＳフィードアレイ12では、アンテナビームは例えば図４の参照符号80で示されているように、周波数の関数としてＥ面78（図３）に沿って異なる角度位置で移動する。周波数が変化するとき、各ＣＴＳ放射素子68の出力位相は異なるレートで変化し、結果として周波数の走査が行われる。
【００１９】
別の実施形態では、広帯域周波数は共通の平行プレート導波体フィード（図示せず）を使用して並列でＣＴＳ放射素子68をフィードすることにより実現される。並列でＣＴＳ放射素子68をフィードすることにより、ＲＦエネルギがＲＦ入力62からＣＴＳ放射素子68へ伝播する距離は等しい。周波数が変化するとき、各ＣＴＳ放射素子68の出力位相は実質的に同一のレートで変化し、したがって放射アパーチャ58を通って放射されたアンテナビームは固定位置に留まる。
【００２０】
図６乃至１０は広帯域放射素子14a、14bとＭＥＭＳ位相シフタモジュール18のアレイの例示的な実施形態を示しており、ここでは広帯域放射素子14a、14bは印刷回路板（ＰＣＢ）84上に製造され、ＭＥＭＳ位相シフタモジュール18は入力および出力放射素子14a、14b間でＰＣＢ84に取付けられている。各ＭＥＭＳ位相シフタモジュール18は例えばコバールから作られたハウジング86（図９）と、ハウジング86に取付けられた例えば２個の適当な数のＭＥＭＳ位相シフタスイッチ（図示せず）とを含んでいる。ＭＥＭＳ位相シフタスイッチの数は特定の応用にしたがうことが認識されるであろう。
【００２１】
１対のＲＦピン88と複数のＤＣピン92はハウジング86（図７）の平面に実質的に垂直な方向でハウジング86の底部から突出している。ＲＦピン88はそれぞれ入力および出力放射素子14aと14bに対応する。ＲＦピン88はＰＣＢ84の平面に垂直な方向でＰＣＢ84の厚さを通して延在し、それぞれのマイクロストリップ伝送線104（即ちバラン）に電気的に接続され、そのマイクロストリップ伝送線104は、ＲＦ ＭＥＭＳ位相シフタモジュール18が取付けられている面と反対側のＰＣＢ84の表面に取付けられている（図７および８）。伝送線104は入力および出力放射素子14aと14bへ電気的に結合されてそれらへ、またはそれらからＲＦ信号を伝送する。示されている例示的な実施形態では、伝送線104はＬ型であり、それぞれの入力および出力放射素子14aと14bの長方形のベース部34（図２）におけるそれぞれのスロット36を横切って延在する１つの足部を有する。長方形のベース部34は伝送線104の接地平面として機能する。スロット36において、接地平面（即ち長方形部34）を横切って切断部が存在し、それは電圧の電位を発生して、それぞれの放射素子14aと14bのスロット36に沿ってＲＦエネルギを伝播させる。
【００２２】
ＤＣピン92もまたＰＣＢ84の厚さを通って延在し、ＤＣ制御信号およびバイアス線108に電気的に接続されている。ＤＣ制御信号およびバイアス線108はＰＣＢ84の中心に沿って経路を定められ、ＰＣＢ84のエッジ110へ延在している。
【００２３】
ＭＥＭＳ位相シフタモジュール18のハウジング86の平面に関するＲＦピン88とＤＣピン92の方向付けにより、ＲＦピン88とＤＣピン92は垂直に設置されることが可能であることが認識されるであろう。このような垂直の相互接続特性は例えば同軸接続または外部ワイヤ結合を有する通常のＭＭＩＣＳ、或いは多数のプロセス動作を必要とするエンドツーエンドタイプの接続を有するその他の通常のパッケージと比較して、ＭＥＭＳ位相シフタモジュール18の設置を比較的簡単にしている。垂直の相互接続は例えば表面の取付け、ピングリッドアレイ、またはＢＧＡタイプのパッケージを可能にして取付けのフレキシビリティを与える。
【００２４】
図１０に示されているように、それぞれ広帯域フィードスルーレンズ11の行を表す多数のＰＣＢ84（示されている例示的な実施形態では８個）は積層されるか、列状に垂直に配置され、スペーサ114により隔てられることができる。このようにして、広帯域フィードスルーレンズ11のそれぞれの入力および放射アパーチャ54、58の入力および出力放射素子14a、14bは二次元で構成され、即ち入力および出力放射素子14a、14bの行および列の格子構造が形成される。格子の間隔は例えば特定の応用で所望される周波数および走査能力に基づいて選択されることができる。
【００２５】
各ＰＣＢ84のＤＣ制御信号およびバイアス線108はコネクタ124と結合している。示されている実施形態では、８個のコネクタ124が存在する。コネクタ124は順番に接続ケース部132を介して共に電気的に結合され、接続ケーブル132はＤＣ配電印刷配線ボード（ＰＷＢ）138に接続されている。
【００２６】
図９を参照すると、Ｅ平面およびＨ平面の二次元走査を行う特定用途用集積回路（ＡＳＩＣ）制御／ドライバ回路144は各位相シフタモジュール18のハウジング86内またはそれに取付けられる。ＡＳＩＣ回路144により隣接するＭＥＭＳ位相シフタモジュール18のＤＣ入力／出力が共に直列接続されることができる。ＡＳＩＣ回路144はそれが設置されているＭＥＭＳ位相シフタモジュール18の個々のＭＥＭＳ位相シフタの位相設定を制御し、ＭＥＭＳ位相シフタのスイッチのシリアルコマンドおよびバイアスを可能にする。認識されるように、ＡＳＩＣ回路144の設計は例えば現在のＣＭＯＳ ＩＣ製造プロセスにしたがって行うことができる。
【００２７】
示されている例示的な実施形態で方向付けされているように、ＭＥＭＳ位相シフタモジュール80と、広帯域フィードスルーレンズ11の入力アパーチャ54および放射アパーチャ58を作る広帯域放射素子14a、14bは、放射素子14a、14bの行に対して平行に行われるＥ平面78走査と、放射素子14a、14bの行に対して垂直に行われるＨ平面走査を行う。各ＭＥＭＳ位相シフタモジュール18の位相シフタ設定を調節するために、ビーム操縦コンピュータからのシリアルコマンドはＤＣ配電ＰＷＢ138を介して、行に沿って各ＭＥＭＳ位相シフタモジュール18へ送られ、ここでＡＳＩＣ回路144内で設けられた差動ライン受信機により受信される。各ＡＳＩＣ回路144内に設けられた論理制御回路は所望の位相シフト出力を実現するために各ＭＥＭＳ位相シフタスイッチのバイアスの調節に使用されることができる。各ＡＳＩＣ回路144はしたがってアンテナ10から放射されたビームのＥ平面およびＨ平面操縦、または二次元走査を行う。
【００２８】
本発明をある示された実施形態に関して説明したが、この明細書および添付図面を読み理解して、等価の変更および変形が当業者により行われよう。特に前述の完全な全体（コンポーネント、アセンブリ、装置、構造等）によって行われる種々の機能に関して、このような完全な全体の説明に使用された用語（“手段”の参照を含む）は、本発明のここで示された例示的な実施形態の機能を行う示された構造に構造上等しくなくても、他に指定していなければ、説明された完全な全体（即ち機能的に等価である）の特定の機能を行う任意のものに対応することを意図している。さらに、本発明の特定の特徴を幾つかの示された実施形態のうちの１つだけに関して説明したが、このような特徴は、任意の与えられたまたは特定の応用で所望され、または有効であるように、他の実施形態の１以上の他の特徴と組合わせられてもよい。
【００２９】
本発明は全てのこのような均等物および変形を含んでおり、特許請求の範囲に記載された技術的範囲によってのみ限定される。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明にしたがったマイクロ電子機械システム（ＭＥＭＳ）位相シフタにより電子的に走査されるレンズアレイ（ＥＳＡ）アンテナを使用する幾つかのレーダ応用の環境の概略図。
【図２】本発明にしたがった１対の広域放射素子と、ＭＥＭＳ位相シフタモジュールの上部平面図。
【図３】レンズアンテナが７個のＭＥＭＳ位相シフタモジュールを有する広域フィードスルーレンズと、７つのＣＴＳ放射素子を有する連続横断スタブアレイ（ＣＴＳ）フィードアレイとを含んでいる本発明にしたがった電子的に走査されるレンズアレイアンテナを示す斜視図。
【図４】レンズアンテナが１６個のＭＥＭＳ位相シフタモジュールとＣＴＳ放射素子とを有する点を除いて図３と同様の電子的に走査されるレンズアレイアンテナの上部平面図。
【図５】図３の連続横断スタブ（ＣＴＳ）アレイのセグメントの断面図。
【図６】本発明にしたがって、印刷された広帯域放射素子のアレイと、ＭＥＭＳ位相シフタモジュールのアレイを含んでいる印刷回路板（ＰＣＢ）を示す図。
【図７】図６のライン７−７から見た図６のＰＣＢおよびＭＥＭＳ位相シフタモジュールの側面図。
【図８】図６のＰＣＢおよびＭＥＭＳ位相シフタモジュールの底面図。
【図９】本発明にしたがったＭＥＭＳ位相シフタモジュールの拡大図。
【図１０】取付け構造および接続線をさらに詳細に示している本発明にしたがったＭＥＭＳ操縦可能な電子的に走査されるレンズアレイアンテナを示す図。
【技術分野】
【０００１】
本発明は電子的に走査されるアンテナ、特にマイクロ電子機械システム（ＭＥＭＳ）無線周波数（ＲＦ）位相シフタを有する電子走査されるアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
改良された航空機上およびスペースベースのレーダシステムは数千の放射素子を含む電子的に走査されるアンテナ（ＥＳＡ）を有している。例えば、多数のターゲットに同時に対応して動作する大型の射撃制御用レーダは必要なパワーアパーチャプロダクトを提供するためにＥＳＡを使用する。
【０００３】
スペースベースのレンズアーキテクチャは航空機上およびスペースベースのレーダシステムでＥＳＡを実現するための１方法である。しかしながら、スペースベースのレンズアーキテクチャがさらに高い周波数、例えばＸ帯域で使用され、位相シフタのようなさらにアクチブなコンポーネントが所定の領域内でパッケージされるとき、重量、増加した熱密度、電力消費はこのようなシステムの価格と応用性に対して有害な影響を与えうる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
これまで、電子的に走査されたレンズアレイアンテナの位相シフタ回路はフェライト、ＰＩＮダイオード、ＦＥＴスイッチ装置を含んでいる。これらの位相シフタは重く、相当量のＤＣパワーを消費し、高価である。また、ＰＩＮダイオードとＦＥＴスイッチのＲＦ位相シフタ回路への構成はＲＦパスに沿って付加的なＤＣバイアス回路を必要とすることにより複雑にされる。ＰＩＮダイオードとＦＥＴスイッチにより必要とされるＤＣ回路は位相シフタの周波数性能を限定し、ＲＦ損失を増加する。ＥＳＡを現在利用可能な送信／受信（Ｔ／Ｒ）モジュールに含ませることは、高いコストと不適切な熱放散と非効率的な電力消費のために望ましくない。要約すると、利用可能な位相シフタ回路の重量、コスト、性能は数千のこれらの装置が使用されるスペースベースのレーダおよび通信ＥＳＡに対して必要とされている要求に及ばない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明はマイクロ電子機械システム（ＭＥＭＳ）の操縦可能な電子的に走査されるレンズアレイ（ＥＳＡ）アンテナを提供する。本発明の１特徴によれば、ＭＥＭＳ ＥＳＡアンテナは広帯域のフィードスルーレンズと、連続横断スタブ（ＣＴＳ）フィードアレイとを含んでいる。広帯域のフィードスルーレンズは広帯域放射素子の第１および第２のアレイと、その放射素子の第１および第２のアレイの間に配置されているＭＥＭＳ位相シフタモジュールのアレイとを含んでいる。連続横断スタブ（ＣＴＳ）フィードアレイは近視野において平面波頭を与えるために放射素子の第１のアレイに近接して配置されている。ＭＥＭＳ位相シフタモジュールはＣＴＳフィードアレイから放射されるビームを二次元で操縦する。
【０００６】
本発明の別の特徴によれば、無線周波数エネルギを周波数走査する方法が提供され、その方法は、無線周波数（ＲＦ）エネルギを連続横断スタブ（ＣＴＳ）フィードアレイへ入力し、近視野で平面波の形態で複数のＣＴＳ放射素子を通ってＲＦエネルギを放射し、複数のＭＥＭＳ位相シフタモジュールを含んでいる広帯域のフィードスルーレンズの入力アパーチャへＲＦ平面波を放射し、ＲＦ波平面をディスクリートなＲＦ信号へ変換し、ＲＦ信号を処理するためにＭＥＭＳ位相シフタモジュールを使用し、広帯域のフィードスルーレンズの放射アパーチャを通ってＲＦ信号を放射し、それによってＲＦ信号を再結合して、アンテナビームを形成し、ＣＴＳフィードアレイに入力されたＲＦ信号の周波数を変化させて広帯域のフィードスルーレンズのＥ平面におけるアンテナビームの角度位置を変化させ、アンテナビームによる周波数走査を行うステップを含んでいる。
【０００７】
前述および関連する目的を実現するために、本発明は以下十分に説明され、特に特許請求の範囲で指摘されている特徴を有する。以下の説明と添付図面は本発明のある例示的な実施形態を詳細に説明している。しかしながら、これらの実施形態は本発明の原理が使用されることのできる種々の方法のうちの幾つかを示しているに過ぎない。本発明のその他の目的、利点、優れた特徴は図面を参照にして以下の詳細な説明から明白になるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下の詳細な説明では、同一のコンポーネントはこれらが本発明の異なる実施形態で示されているか否かにかかわりなく、同一の参照符号を与えられている。本発明を明白で正確な方法で示すため、図面は必ずしも実寸大ではなく、ある特性はやや概略的な形態で示されている。
【０００９】
最初に、図１乃至３を参照すると、本発明は二次元のマイクロ電子機械システム（ＭＥＭＳ）の操縦可能な電子的に走査されるレンズアレイアンテナ10（図３）であり、広帯域のフィードスルーレンズ11と、連続横断スタブ（ＣＴＳ）フィードアレイ12とを含んでいる。広帯域のフィードスルーレンズ11は広帯域放射素子14aの後部アレイと、広帯域放射素子14bの前部アレイと、放射素子14aと14bの後部アレイと前部アレイとの間に挟まれているＭＥＭＳ位相シフタモジュール18（図２）のアレイとを含んでいる。広帯域放射素子14aの後部アレイの近くに位置するＣＴＳフィードアレイ12は近視野で平面波頭を提供する。ＭＥＭＳ位相シフタモジュール18はＣＴＳフィードアレイ12から放射されたビームを二次元、即ちＥ面とＨ面で操縦し、したがってＣＴＳフィードアレイ12は固定したビームだけを発生する必要がある。認識されるように、本発明は伝送線、電力分割器、共同するフィードアンテナにカスタムに関連する相互接続の必要性をなくす。
【００１０】
アンテナ10は例えば飛行船、船、監視用航空機、宇宙船を含む商用および軍事用応用の両者で適している。図１はアンテナ10が適切に組込まれている幾つかの改良された航空機上およびスペースベースのレーダシステムの環境の図を示している。これらのシステムは例えば合成アパーチャレーダー（ＳＡＲ）システム22用の軽重量のＸ帯域スペースベースレーダ、地上移動標的指示装置（ＧＭＴＩ）システム26、機上移動標的表示装置（ＡＭＴＩ）システム28を含んでいる。これらのシステムは実質的な数のアンテナを使用し、ＭＥＭＳ位相シフタモジュール18による本発明のアンテナ10はＰＩＮダイオードおよびＦＥＴスイッチ位相シフタまたは送信／受信（Ｔ／Ｒ）モジュールを使用する従来技術のアンテナと比較して比較的廉価で、比較的消費電力が少なく、軽重量であることが認められている。
【００１１】
図２に示されているように、各ＭＥＭＳ位相シフタモジュール18は１対の対向する広帯域放射素子14間に挟まれている。示されている実施形態では、放射素子14は実質的に同一の幾何学形状を有し、ＭＥＭＳ位相シフタモジュール18および軸Ａを中心として対称的に配置され、軸Ａはアンテナ10、特にそのＭＥＭＳ位相シフタモジュール18を介するフィード／放射方向を表している。認識されるように、代わりに、放射素子14は異なる幾何学形状を有し、および／またはＭＥＭＳ位相シフタモジュール18および／またはフィード／放射軸Ａを中心に非対称的に配置されることもできる。換言すると、前部または出力放射素子14bは後部または入力放射素子14aとは異なる幾何学形状を有することができる。
【００１２】
広帯域放射素子14は長方形のベース部34、比較的狭いステム部38、アーチ型の末端部42を有する１対の蟹のはさみ状の突出部32を含んでいる。はさみ状の突出部32はアンテナ10の動作中に（例えばフィード／放射軸Ａ方向で）ＲＦエネルギがそれに沿って伝播するパスを与えるスロット36をその間に形成している。ここでは接地平面を指すベース部34は相互にフィード／放射軸Ａを中心に近接し、フィード／放射軸Ａの方向で位相シフタモジュール18の対向端部において位相シフタモジュール18に隣接している。共にベース部34はＭＥＭＳ位相シフタモジュール18の幅と実質的に同一の幅を有する。ステム部38はそれぞれのベース部34よりも狭く、フィード／放射軸Ａの方向でベース部34から突出し、またフィード／放射軸Ａを中心に相互に近接している。湾曲した末端部42はフィード／放射軸Ａ方向でそれぞれのステム部38から突出し、フィード／放射軸Ａから離れるように側方に分岐し、相互に離れている。湾曲した末端部42は共にフィード／放射軸Ａ方向で位相シフタモジュール18から外方向に開いているフレア状または湾曲したＶ形の開放部を形成する。広帯域のフィードスルーレンズ11の後端部にある広帯域の放射素子14のフレア状開放部はＣＴＳフィードアレイ12から無線周波数（ＲＦ）エネルギを受信し、対応するスロット36に沿ってＲＦエネルギを対応するＭＥＭＳ位相シフタモジュール18に伝播させる。広帯域のフィードスルーレンズ11の反対側または前端部の広帯域の放射素子14のフレア状開放部は対応するＭＥＭＳ位相シフタモジュール18からのＲＦエネルギを対応するスロット36に沿って自由空間へ放射する。
【００１３】
図３を参照すると、ＭＥＭＳ位相シフタ18は広帯域のフィードスルーレンズ11のアレイとして構成される。すなわち、広帯域のフィードスルーレンズ11はＭＥＭＳ位相シフタ18の後方に入力放射素子14aのアレイを具備する入力放射アパーチャ54と、ＭＥＭＳ位相シフア18の前方に出力放射素子14bのアレイを具備する出力または放射アパーチャ58とを含んでいる。図３のフィードスルーレンズ11はＭＥＭＳ位相シフタ18の４つの行と７つの列のアレイと、入力および出力放射素子14aおよび14bの４つの行と７つの列を有する。アレイは特定の応用で所望されるように、任意の適切な量のＭＥＭＳ位相シフタ18と入力および出力放射素子14aおよび14bを具備できることが認識されよう。例えば図４では、広帯域のフィードスルーレンズ11は１６個のＭＥＭＳ位相シフタ18と、１６個の入力および出力広帯域放射素子14aと14bを含んでいる。
【００１４】
広帯域のフィードスルーレンズ11はＣＴＳフィードアレイ12により供給スペースを与えられている。図３および４に示されているＣＴＳフィードアレイ12は複数のＲＦ入力62（図３の実施形態では４個）と、連続スタブ64と、連続スタブ64から広帯域のフィードスルーレンズ11の入力アパーチャ54の方向へ突出する複数のＣＴＳ放射素子68とを含んでいる。示されている実施形態では、ＣＴＳ放射素子は、量において入力および出力放射素子14aおよび14bに対応している。また、示されている実施形態では、ＣＴＳ放射素子68は入力放射素子14a間の横断間隔および出力放射素子14b間の横断間隔と実質的に同一の距離だけ横断方向で間隔を隔てられている。ＣＴＳ放射素子68間の間隔は入力放射素子14a間の間隔と同一またはそれに対応する必要はないことが認識されるであろう。さらに、ＣＴＳフィードアレイ12のＣＴＳ放射素子68（即ち列）および／またはＲＦ入力62（即ち行）は入力および出力放射素子14aと14bおよび／または広帯域のフィードスルーレンズ11のＭＥＭＳ位相シフタモジュール18の列および行と同一および／またはそれらと整列するか対応する必要はないことが認識されるであろう。したがってＣＴＳフィードアレイ12は例えば特定のアンテナ応用にしたがって広帯域のフィードスルーレンス11よりも多数または少数の行および／または列を有することができる。
【００１５】
図５は図３のＣＴＳフィードアレイ12のセグメントの断面図である。ＣＴＳフィードアレイ12はｒｅｘｏｌｉｔｅまたはポリプロピレンのようなプラスティックから作られている誘電体70を含んでおり、図５に示されている形状に機械加工または突出される。誘電体70はその後連続スタブ64とＣＴＳ放射素子68とを形成するために金属層74で金属被覆される。ＣＴＳフィードアレイ12はそれ自体に自動推進製造動作で普通である高容量のプラスティック押出しおよび金属鍍金プロセスを施し、したがって廉価な製造を容易にしている。
【００１６】
ＣＴＳフィードアレイ12はマイクロ波結合／放射アレイである。図５に示されているように、随意の構造の一次ラインフィードにより行われる入射平行導波体モードはそれらを、連続スタブ64の存在により中断される縦方向の電流成分と関連付け、したがってスタブ／平行プレートインターフェースを横切って縦方向のｚ方向に変位電流を励起する。この誘起された変位電流は、等価の電磁波が連続スタブ64中でＣＴＳ放射素子68へｘ方向で自由空間へ伝播するように励起する。このようなＣＴＳ非走査アンテナは９４ＧＨｚ程度の高さの周波数で動作することができることが発見されている。例示的なＣＴＳフィードアレイに関するさらに詳細は米国特許第6,421,021号、第5,361,076号、第5,349,363号、第5,266,961号明細書を参照することができ、これらはここで全体的に参考文献とされている。
【００１７】
動作において、ＲＦエネルギはＲＦ入力62からＣＴＳフィードアレイ12の平行プレート導波体を介してＣＴＳ放射素子68へ直列に供給され、近視野で平面波の形態で放射される。ＲＦエネルギがＲＦ入力６２からＣＴＳ放射素子68へ伝播する距離は等しくないことに注意すべきである。ＲＦ平面波はＣＴＳ放射素子68により広帯域のフィードスルーレンズ11の入力アパーチャ54へ放射され、その後、ディスクリートなＲＦ信号へ変換される。そのＲＦ信号はその後、ＭＥＭＳ位相シフタモジュール18により処理される。ＭＥＭＳ位相シフタに関するさらに詳細については、米国特許第6,281,838号、第5,757,379号、第5,379,007号明細書が参照され、これらはここで全体的に参考文献とされている。
【００１８】
ＭＥＭＳ処理された信号はその後、広帯域のフィードスルーレンズ11の放射アパーチャ58を通って再放射され、これはＲＦ信号を再結合して、操縦アンテナビームを形成する。このような直列で供給されるＣＴＳフィードアレイ12では、アンテナビームは例えば図４の参照符号80で示されているように、周波数の関数としてＥ面78（図３）に沿って異なる角度位置で移動する。周波数が変化するとき、各ＣＴＳ放射素子68の出力位相は異なるレートで変化し、結果として周波数の走査が行われる。
【００１９】
別の実施形態では、広帯域周波数は共通の平行プレート導波体フィード（図示せず）を使用して並列でＣＴＳ放射素子68をフィードすることにより実現される。並列でＣＴＳ放射素子68をフィードすることにより、ＲＦエネルギがＲＦ入力62からＣＴＳ放射素子68へ伝播する距離は等しい。周波数が変化するとき、各ＣＴＳ放射素子68の出力位相は実質的に同一のレートで変化し、したがって放射アパーチャ58を通って放射されたアンテナビームは固定位置に留まる。
【００２０】
図６乃至１０は広帯域放射素子14a、14bとＭＥＭＳ位相シフタモジュール18のアレイの例示的な実施形態を示しており、ここでは広帯域放射素子14a、14bは印刷回路板（ＰＣＢ）84上に製造され、ＭＥＭＳ位相シフタモジュール18は入力および出力放射素子14a、14b間でＰＣＢ84に取付けられている。各ＭＥＭＳ位相シフタモジュール18は例えばコバールから作られたハウジング86（図９）と、ハウジング86に取付けられた例えば２個の適当な数のＭＥＭＳ位相シフタスイッチ（図示せず）とを含んでいる。ＭＥＭＳ位相シフタスイッチの数は特定の応用にしたがうことが認識されるであろう。
【００２１】
１対のＲＦピン88と複数のＤＣピン92はハウジング86（図７）の平面に実質的に垂直な方向でハウジング86の底部から突出している。ＲＦピン88はそれぞれ入力および出力放射素子14aと14bに対応する。ＲＦピン88はＰＣＢ84の平面に垂直な方向でＰＣＢ84の厚さを通して延在し、それぞれのマイクロストリップ伝送線104（即ちバラン）に電気的に接続され、そのマイクロストリップ伝送線104は、ＲＦ ＭＥＭＳ位相シフタモジュール18が取付けられている面と反対側のＰＣＢ84の表面に取付けられている（図７および８）。伝送線104は入力および出力放射素子14aと14bへ電気的に結合されてそれらへ、またはそれらからＲＦ信号を伝送する。示されている例示的な実施形態では、伝送線104はＬ型であり、それぞれの入力および出力放射素子14aと14bの長方形のベース部34（図２）におけるそれぞれのスロット36を横切って延在する１つの足部を有する。長方形のベース部34は伝送線104の接地平面として機能する。スロット36において、接地平面（即ち長方形部34）を横切って切断部が存在し、それは電圧の電位を発生して、それぞれの放射素子14aと14bのスロット36に沿ってＲＦエネルギを伝播させる。
【００２２】
ＤＣピン92もまたＰＣＢ84の厚さを通って延在し、ＤＣ制御信号およびバイアス線108に電気的に接続されている。ＤＣ制御信号およびバイアス線108はＰＣＢ84の中心に沿って経路を定められ、ＰＣＢ84のエッジ110へ延在している。
【００２３】
ＭＥＭＳ位相シフタモジュール18のハウジング86の平面に関するＲＦピン88とＤＣピン92の方向付けにより、ＲＦピン88とＤＣピン92は垂直に設置されることが可能であることが認識されるであろう。このような垂直の相互接続特性は例えば同軸接続または外部ワイヤ結合を有する通常のＭＭＩＣＳ、或いは多数のプロセス動作を必要とするエンドツーエンドタイプの接続を有するその他の通常のパッケージと比較して、ＭＥＭＳ位相シフタモジュール18の設置を比較的簡単にしている。垂直の相互接続は例えば表面の取付け、ピングリッドアレイ、またはＢＧＡタイプのパッケージを可能にして取付けのフレキシビリティを与える。
【００２４】
図１０に示されているように、それぞれ広帯域フィードスルーレンズ11の行を表す多数のＰＣＢ84（示されている例示的な実施形態では８個）は積層されるか、列状に垂直に配置され、スペーサ114により隔てられることができる。このようにして、広帯域フィードスルーレンズ11のそれぞれの入力および放射アパーチャ54、58の入力および出力放射素子14a、14bは二次元で構成され、即ち入力および出力放射素子14a、14bの行および列の格子構造が形成される。格子の間隔は例えば特定の応用で所望される周波数および走査能力に基づいて選択されることができる。
【００２５】
各ＰＣＢ84のＤＣ制御信号およびバイアス線108はコネクタ124と結合している。示されている実施形態では、８個のコネクタ124が存在する。コネクタ124は順番に接続ケース部132を介して共に電気的に結合され、接続ケーブル132はＤＣ配電印刷配線ボード（ＰＷＢ）138に接続されている。
【００２６】
図９を参照すると、Ｅ平面およびＨ平面の二次元走査を行う特定用途用集積回路（ＡＳＩＣ）制御／ドライバ回路144は各位相シフタモジュール18のハウジング86内またはそれに取付けられる。ＡＳＩＣ回路144により隣接するＭＥＭＳ位相シフタモジュール18のＤＣ入力／出力が共に直列接続されることができる。ＡＳＩＣ回路144はそれが設置されているＭＥＭＳ位相シフタモジュール18の個々のＭＥＭＳ位相シフタの位相設定を制御し、ＭＥＭＳ位相シフタのスイッチのシリアルコマンドおよびバイアスを可能にする。認識されるように、ＡＳＩＣ回路144の設計は例えば現在のＣＭＯＳ ＩＣ製造プロセスにしたがって行うことができる。
【００２７】
示されている例示的な実施形態で方向付けされているように、ＭＥＭＳ位相シフタモジュール80と、広帯域フィードスルーレンズ11の入力アパーチャ54および放射アパーチャ58を作る広帯域放射素子14a、14bは、放射素子14a、14bの行に対して平行に行われるＥ平面78走査と、放射素子14a、14bの行に対して垂直に行われるＨ平面走査を行う。各ＭＥＭＳ位相シフタモジュール18の位相シフタ設定を調節するために、ビーム操縦コンピュータからのシリアルコマンドはＤＣ配電ＰＷＢ138を介して、行に沿って各ＭＥＭＳ位相シフタモジュール18へ送られ、ここでＡＳＩＣ回路144内で設けられた差動ライン受信機により受信される。各ＡＳＩＣ回路144内に設けられた論理制御回路は所望の位相シフト出力を実現するために各ＭＥＭＳ位相シフタスイッチのバイアスの調節に使用されることができる。各ＡＳＩＣ回路144はしたがってアンテナ10から放射されたビームのＥ平面およびＨ平面操縦、または二次元走査を行う。
【００２８】
本発明をある示された実施形態に関して説明したが、この明細書および添付図面を読み理解して、等価の変更および変形が当業者により行われよう。特に前述の完全な全体（コンポーネント、アセンブリ、装置、構造等）によって行われる種々の機能に関して、このような完全な全体の説明に使用された用語（“手段”の参照を含む）は、本発明のここで示された例示的な実施形態の機能を行う示された構造に構造上等しくなくても、他に指定していなければ、説明された完全な全体（即ち機能的に等価である）の特定の機能を行う任意のものに対応することを意図している。さらに、本発明の特定の特徴を幾つかの示された実施形態のうちの１つだけに関して説明したが、このような特徴は、任意の与えられたまたは特定の応用で所望され、または有効であるように、他の実施形態の１以上の他の特徴と組合わせられてもよい。
【００２９】
本発明は全てのこのような均等物および変形を含んでおり、特許請求の範囲に記載された技術的範囲によってのみ限定される。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明にしたがったマイクロ電子機械システム（ＭＥＭＳ）位相シフタにより電子的に走査されるレンズアレイ（ＥＳＡ）アンテナを使用する幾つかのレーダ応用の環境の概略図。
【図２】本発明にしたがった１対の広域放射素子と、ＭＥＭＳ位相シフタモジュールの上部平面図。
【図３】レンズアンテナが７個のＭＥＭＳ位相シフタモジュールを有する広域フィードスルーレンズと、７つのＣＴＳ放射素子を有する連続横断スタブアレイ（ＣＴＳ）フィードアレイとを含んでいる本発明にしたがった電子的に走査されるレンズアレイアンテナを示す斜視図。
【図４】レンズアンテナが１６個のＭＥＭＳ位相シフタモジュールとＣＴＳ放射素子とを有する点を除いて図３と同様の電子的に走査されるレンズアレイアンテナの上部平面図。
【図５】図３の連続横断スタブ（ＣＴＳ）アレイのセグメントの断面図。
【図６】本発明にしたがって、印刷された広帯域放射素子のアレイと、ＭＥＭＳ位相シフタモジュールのアレイを含んでいる印刷回路板（ＰＣＢ）を示す図。
【図７】図６のライン７−７から見た図６のＰＣＢおよびＭＥＭＳ位相シフタモジュールの側面図。
【図８】図６のＰＣＢおよびＭＥＭＳ位相シフタモジュールの底面図。
【図９】本発明にしたがったＭＥＭＳ位相シフタモジュールの拡大図。
【図１０】取付け構造および接続線をさらに詳細に示している本発明にしたがったＭＥＭＳ操縦可能な電子的に走査されるレンズアレイアンテナを示す図。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ電子構成システム（ＭＥＭＳ）の操縦可能な電子的に走査されるレンズアレイ（ＥＳＡ）アンテナにおいて、
広帯域放射素子（14）の第１および第２のアレイと、その放射素子の第１および第２のアレイ（14）の間に配置されているＭＥＭＳ位相シフタモジュール（18）のアレイとを含んでいる広帯域のフィードスルーレンズ（11）と、
近視野で平面波頭を与えるための放射素子（14）の第１のアレイに近接して配置されている連続横断スタブ（ＣＴＳ）フィードアレイ（12）とを具備し、
ＭＥＭＳ位相シフタモジュール（18）はＣＴＳフィードアレイ（12）から放射されるビームを二次元で操縦するＭＥＭＳ ＥＳＡアンテナ。
【請求項２】
広帯域放射素子（14）の第１および第２のアレイは印刷回路板（ＰＣＢ）（84）上に形成され、ＭＥＭＳ位相シフタモジュール（18）は入力および出力広帯域放射素子（14）の間でＰＣＢ（84）に取付けられている請求項１記載のＭＥＭＳ ＥＳＡアンテナ。
【請求項３】
各ＭＥＭＳ位相シフタモジュール（18）は広帯域のフィードスルーレンズ（11）の放射素子（14）の第１および第２のアレイのそれぞれ第１および第２の放射素子（14）に対応する１対のＲＦピン（88）を含んでいる請求項１または２記載のＭＥＭＳ ＥＳＡアンテナ。
【請求項４】
各ＭＥＭＳ位相シフタモジュール（18）はＰＣＢ（84）の厚さを通して延在し、それぞれＤＣ制御信号およびバイアス線（108）に電気的に接続されている複数のＤＣピン（92）を備え、前記ＤＣ制御信号およびバイアス線（108）は、ＲＦ ＭＥＭＳ位相シフタモジュール（18）が取付けられている表面と反対側のＰＣＢ（84）の表面に設けられ、ＰＣＢ（84）の中心に沿って経路を定められ、ＰＣＢ（84）のエッジへ延在し、ＤＣ配電線（138）に接続されている請求項１乃至３のいずれか１項記載のＭＥＭＳ ＥＳＡアンテナ。
【請求項５】
各ＭＥＭＳ位相シフタモジュール（18）は広帯域のフィードスルーレンズ（11）の放射素子（14）の第１および第２のアレイの各第１および第２の放射素子（14）に対応している１対のＲＦピン（88）と、ＣＴＳフィードアレイ（12）から放射されたビームを少なくとも部分的に操縦するためにビーム操縦コンピュータからシリアルコマンドを受信するための複数のＤＣピン（92）とを含み、ＲＦピン（88）とＤＣピン（92）は比較的垂直にＰＣＢ（84）への相互接続を可能にするために各ＭＥＭＳ位相シフタモジュール（18）のハウジング（86）に関して垂直に方向付けされている請求項１乃至４のいずれか１項記載のＭＥＭＳ ＥＳＡアンテナ。
【請求項６】
ＭＥＭＳ位相シフタモジュール（18）に近接して共に電気的に直列接続され、各ＭＥＭＳ位相シフタモジュール（18）の個々の位相設定を制御するために、各位相シフタモジュール（18）に関して取付けられている特定用途集積回路（ＡＳＩＣ）制御／ドライバ回路（144）をさらに含んでいる請求項１乃至５のいずれか１項記載のＭＥＭＳ ＥＳＡアンテナ。
【請求項７】
広帯域のフィードスルーレンズ（11）の広帯域の放射素子（14）はＥ平面の走査が放射素子（14）の行に平行して行われるように方向付けされている請求項１乃至６のいずれか１項記載のＭＥＭＳ ＥＳＡアンテナ。
【請求項８】
無線周波数エネルギを周波数走査する方法において、
無線周波数（ＲＦ）エネルギを連続横断スタブ（ＣＴＳ）フィードアレイ（12）へ入力し、
近視野において平面波の形態で複数のＣＴＳ放射素子（14）を通ってＲＦエネルギを放射し、
複数のＭＥＭＳ位相シフタモジュール（18）を含んでいる広帯域のフィードスルーレンズ（11）の入力アパーチャ（54）へＲＦ平面波を放射し、
ＲＦ波平面をディスクリートなＲＦ信号へ変換し、
ＲＦ信号を処理するためにＭＥＭＳ位相シフタモジュール（18）を使用し、
広帯域のフィードスルーレンズ（11）の放射アパーチャ（58）を通ってＲＦ信号を放射し、それによってＲＦ信号を再結合し、アンテナビームを形成し、
ＣＴＳフィードアレイ（12）に入力されたＲＦ信号の周波数を変化させて二次元でアンテナビームの角度位置を変化させ、アンテナビームによる周波数走査を行うステップを含んでいる方法。
【請求項９】
ＲＦエネルギを入力するステップは直列のＣＴＳ放射素子（14）のフィードを含んでいる請求項８記載の方法。
【請求項１０】
それぞれのＭＥＭＳ位相シフタモジュール（18）の１以上のＭＥＭＳ位相シフタスイッチのバイアスを調節することによりそれぞれのＭＥＭＳ位相シフタモジュール（18）の位相シフタ出力を調節するステップをさらに含んでいる請求項８または９記載の方法。
【請求項１】
マイクロ電子構成システム（ＭＥＭＳ）の操縦可能な電子的に走査されるレンズアレイ（ＥＳＡ）アンテナにおいて、
広帯域放射素子（14）の第１および第２のアレイと、その放射素子の第１および第２のアレイ（14）の間に配置されているＭＥＭＳ位相シフタモジュール（18）のアレイとを含んでいる広帯域のフィードスルーレンズ（11）と、
近視野で平面波頭を与えるための放射素子（14）の第１のアレイに近接して配置されている連続横断スタブ（ＣＴＳ）フィードアレイ（12）とを具備し、
ＭＥＭＳ位相シフタモジュール（18）はＣＴＳフィードアレイ（12）から放射されるビームを二次元で操縦するＭＥＭＳ ＥＳＡアンテナ。
【請求項２】
広帯域放射素子（14）の第１および第２のアレイは印刷回路板（ＰＣＢ）（84）上に形成され、ＭＥＭＳ位相シフタモジュール（18）は入力および出力広帯域放射素子（14）の間でＰＣＢ（84）に取付けられている請求項１記載のＭＥＭＳ ＥＳＡアンテナ。
【請求項３】
各ＭＥＭＳ位相シフタモジュール（18）は広帯域のフィードスルーレンズ（11）の放射素子（14）の第１および第２のアレイのそれぞれ第１および第２の放射素子（14）に対応する１対のＲＦピン（88）を含んでいる請求項１または２記載のＭＥＭＳ ＥＳＡアンテナ。
【請求項４】
各ＭＥＭＳ位相シフタモジュール（18）はＰＣＢ（84）の厚さを通して延在し、それぞれＤＣ制御信号およびバイアス線（108）に電気的に接続されている複数のＤＣピン（92）を備え、前記ＤＣ制御信号およびバイアス線（108）は、ＲＦ ＭＥＭＳ位相シフタモジュール（18）が取付けられている表面と反対側のＰＣＢ（84）の表面に設けられ、ＰＣＢ（84）の中心に沿って経路を定められ、ＰＣＢ（84）のエッジへ延在し、ＤＣ配電線（138）に接続されている請求項１乃至３のいずれか１項記載のＭＥＭＳ ＥＳＡアンテナ。
【請求項５】
各ＭＥＭＳ位相シフタモジュール（18）は広帯域のフィードスルーレンズ（11）の放射素子（14）の第１および第２のアレイの各第１および第２の放射素子（14）に対応している１対のＲＦピン（88）と、ＣＴＳフィードアレイ（12）から放射されたビームを少なくとも部分的に操縦するためにビーム操縦コンピュータからシリアルコマンドを受信するための複数のＤＣピン（92）とを含み、ＲＦピン（88）とＤＣピン（92）は比較的垂直にＰＣＢ（84）への相互接続を可能にするために各ＭＥＭＳ位相シフタモジュール（18）のハウジング（86）に関して垂直に方向付けされている請求項１乃至４のいずれか１項記載のＭＥＭＳ ＥＳＡアンテナ。
【請求項６】
ＭＥＭＳ位相シフタモジュール（18）に近接して共に電気的に直列接続され、各ＭＥＭＳ位相シフタモジュール（18）の個々の位相設定を制御するために、各位相シフタモジュール（18）に関して取付けられている特定用途集積回路（ＡＳＩＣ）制御／ドライバ回路（144）をさらに含んでいる請求項１乃至５のいずれか１項記載のＭＥＭＳ ＥＳＡアンテナ。
【請求項７】
広帯域のフィードスルーレンズ（11）の広帯域の放射素子（14）はＥ平面の走査が放射素子（14）の行に平行して行われるように方向付けされている請求項１乃至６のいずれか１項記載のＭＥＭＳ ＥＳＡアンテナ。
【請求項８】
無線周波数エネルギを周波数走査する方法において、
無線周波数（ＲＦ）エネルギを連続横断スタブ（ＣＴＳ）フィードアレイ（12）へ入力し、
近視野において平面波の形態で複数のＣＴＳ放射素子（14）を通ってＲＦエネルギを放射し、
複数のＭＥＭＳ位相シフタモジュール（18）を含んでいる広帯域のフィードスルーレンズ（11）の入力アパーチャ（54）へＲＦ平面波を放射し、
ＲＦ波平面をディスクリートなＲＦ信号へ変換し、
ＲＦ信号を処理するためにＭＥＭＳ位相シフタモジュール（18）を使用し、
広帯域のフィードスルーレンズ（11）の放射アパーチャ（58）を通ってＲＦ信号を放射し、それによってＲＦ信号を再結合し、アンテナビームを形成し、
ＣＴＳフィードアレイ（12）に入力されたＲＦ信号の周波数を変化させて二次元でアンテナビームの角度位置を変化させ、アンテナビームによる周波数走査を行うステップを含んでいる方法。
【請求項９】
ＲＦエネルギを入力するステップは直列のＣＴＳ放射素子（14）のフィードを含んでいる請求項８記載の方法。
【請求項１０】
それぞれのＭＥＭＳ位相シフタモジュール（18）の１以上のＭＥＭＳ位相シフタスイッチのバイアスを調節することによりそれぞれのＭＥＭＳ位相シフタモジュール（18）の位相シフタ出力を調節するステップをさらに含んでいる請求項８または９記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公表番号】特表２００６−５１８９６８（Ｐ２００６−５１８９６８Ａ）
【公表日】平成１８年８月１７日（２００６．８．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５０３４６２（Ｐ２００６−５０３４６２）
【出願日】平成１６年２月９日（２００４．２．９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００４／００３９０５
【国際公開番号】ＷＯ２００４／０７７６０７
【国際公開日】平成１６年９月１０日（２００４．９．１０）
【出願人】（３９００３９１４７）レイセオン・カンパニー (149)
【氏名又は名称原語表記】Ｒａｙｔｈｅｏｎ Ｃｏｍｐａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１８年８月１７日（２００６．８．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年２月９日（２００４．２．９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００４／００３９０５
【国際公開番号】ＷＯ２００４／０７７６０７
【国際公開日】平成１６年９月１０日（２００４．９．１０）
【出願人】（３９００３９１４７）レイセオン・カンパニー (149)
【氏名又は名称原語表記】Ｒａｙｔｈｅｏｎ Ｃｏｍｐａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
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