和−差方位識別技法を用いる小開口呼び掛け機アンテナシステム
アンテナシステムであって、ホーンアンテナに対応する第１のアンテナ２６、４２と、
ホーンアンテナに対応する第２のアンテナ２８、４４であって、該第２のアンテナのＥ面が第１のアンテナのＥ面と同一平面になると共に、第１のアンテナの開口及び第２のアンテナの開口が実質的に共通面内にあるように配置される、第２のアンテナと、ホーンアンテナに対応する第３のアンテナ３０、４６であって、該第３のアンテナのＥ面が第１のアンテナのＥ面と実質的に同一平面になると共に、該第３のアンテナの開口が第１のアンテナの開口及び第２のアンテナの開口と実質的に同じ面内にあるように配置される、第３のアンテナとを備え、第２のアンテナ及び第３のアンテナは互いに向かって傾斜している、アンテナシステム。
ホーンアンテナに対応する第２のアンテナ２８、４４であって、該第２のアンテナのＥ面が第１のアンテナのＥ面と同一平面になると共に、第１のアンテナの開口及び第２のアンテナの開口が実質的に共通面内にあるように配置される、第２のアンテナと、ホーンアンテナに対応する第３のアンテナ３０、４６であって、該第３のアンテナのＥ面が第１のアンテナのＥ面と実質的に同一平面になると共に、該第３のアンテナの開口が第１のアンテナの開口及び第２のアンテナの開口と実質的に同じ面内にあるように配置される、第３のアンテナとを備え、第２のアンテナ及び第３のアンテナは互いに向かって傾斜している、アンテナシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は無線周波数（ＲＦ）アンテナに関し、より詳細には、ミリメートル波（ｍｍＷ）周波数範囲において動作可能なアレイアンテナシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
当該技術分野において既知であるように、戦闘識別（又はＣＩＤ）は、戦闘空間でターゲットにされると共に検出される目標物の正確な特徴付けを達成するプロセスである。状況に依拠して、そのような特徴付けは、「味方」、「敵」、又は「中立」のような識別子を用いた目標物の識別に限定される場合がある。他の状況では、クラス、タイプ、国籍を含むがそれらに限定されない他の特徴付けが必要とされる場合があり、適切な識別子と共にミッション構成が使用される場合がある。
【０００３】
これもまた既知であるように、そのような識別プロセスは、ミリメートル波（ｍｍＷ）周波数において戦闘識別システムを介して実行される場合がある。そのような戦闘識別システムは、通常、アンテナ素子のアレイから成る指向性アンテナを備える呼び掛け機アンテナシステムを使用する。そのような呼び掛け機アンテナシステムは、比較的大型で重く、このため兵士が担ぐことができる兵器のような比較的軽量の兵器に使用するのには一般的に適していない。結果として、これらの戦闘識別システムは通常、このかなり大型で重い機器を支持することができる戦車及び他の大型車両兵器プラットフォーム上に配備される。
【０００４】
戦闘識別技術をより軽い兵器（たとえば戦車及び電動車両よりも軽い）に拡張する試みは、大型の呼び掛け機アンテナアレイのサイズ及び重量を低減することを中心としてきた。呼び掛け機アンテナのサイズ及び重量を低減するための１つの一般的な手法は、指向性アンテナアレイを形成するアンテナ素子の数を低減することであった。この手法の１つの問題は、アレイ内のアンテナ素子の数を低減することによって、アレイアンテナの電気開口寸法のサイズがそれに応じて低減することである。これによって今度は、方位識別角度が大きくなり、これは特定の目標物ターゲッティングに役立たない。
【０００５】
呼び掛け機システムに対するサイズ及び重量の制限は、空挺用途においてさらにより深刻になる。さらに、空挺用途の場合、搭載配置、航空機の重量及びバランスのようなさらなる実装制約、並びに他の関連する空気力学的問題が注意を要する。望ましくないペイロードを過剰に生じさせないように、サイズ及び重量は全て小さく保たれなくてはならない。いくつかの応用形態では、空挺呼び掛け機システムは、空間の提供が限られた所与の寸法の外部航空機補助タンク（pod）内に収まらなくてはならない。また、空挺呼び掛け機システムの動作範囲は、地上の戦闘ＩＤシステムによって達成される動作範囲と釣り合いが取れていることも期待される。地上用途で使用される１つの従来のアンテナアレイは、およそ、７インチ×４ １／２インチ、すなわち３１ １／２平方インチ（ｉｎ２）の前面面積を有する、マルチ素子連続横断スタブアレイである。空挺用途の場合、地上用途において使用されるよりも大幅に小さな前面開口が使用される場合がある。したがって、戦闘識別を多様な用途に拡張するために、既存の最新技術による実装のサイズ及び重量を低減することが必要とされている。軽量の兵器及び空挺の用途の場合、小さな開口で、指向性で、軽量で、かつ物理サイズの小さい戦闘ＩＤシステムが望ましい。
【発明の概要】
【０００６】
本明細書において説明される概念によれば、呼び掛け機アンテナシステムは、１つの錐体ホーンアンテナ及び２つの傾斜したセクターホーンアンテナのアセンブリを備える。この特定の構成を用いて、戦闘識別用途に適した比較的小型で指向性の高いアンテナアレイが提供される。錐体ホーンアンテナ及びセクターホーンアンテナは、和−差アンテナアーキテクチャで配置される。和パターンは最適な錐体ホーンアンテナを用いて確立され、一方、差パターンは２つの傾斜したセクターホーンアセンブリを用いて確立される。このため、和パターン及び差パターンは、３つのホーンアンテナのみを用いて達成される。これによって、従来の呼び掛け機アンテナシステムと比較して大幅に低減されたサイズ及び重量を有する呼び掛け機アンテナシステムとなる。このサイズ及び重量が低減された呼び掛け機アンテナは、３７ギガヘルツ（ＧＨｚ）付近のＫａ周波数帯内のミリメートル波（ｍｍＷ）周波数でも動作する。さらに、この３ホーン呼び掛け機アンテナシステムの要求される方位識別角度及び使用可能な範囲性能は、和差アンテナアーキテクチャにおいて最適なセクターホーンアンテナを使用することによって維持される。ホーンアンテナ（ホーン放射体としても知られる）のこの組み合わせは、特定の和方位放射特性及び差方位放射特性を達成するために特定の形で設置される。これによって、ボアサイト角領域においてのみ和応答が差応答よりも大きくなる。差パターンを様々な他の方位角において和パターンに侵入させるグレーティングローブは、ボアサイト以外で差パターンが常に和パターンよりも大きくなるように抑制される。１つの実施の形態では、錐体ホーンアンテナが最適な錐体ホーンアンテナとして設けられ得る。
【０００７】
アレイ構成において線形アンテナ素子ではなくホーンアンテナを使用することによって、結果としてのアンテナパターン内にいくつかの（望ましくなく所望されていない）グレーティングローブが生じるが、これは線形アンテナ素子アレイの使用によって生じるであろうグレーティングローブの数と比較して、低減される。差パターン生成のために使用されるセクターホーンを傾斜させることによって、差パターン内に形成されるグレーティングローブはさらに抑制される。このため、本明細書において説明される手法によって、呼び掛け機アンテナシステムが、従来のｍｍＷ呼び掛け機アンテナにおいて用いられている全指向性ガードアンテナのような全指向性ガードアンテナを備える必要がなくなる。
【０００８】
本明細書において説明される手法によって、従来の線形素子アレイ呼び掛け機に一般的であるグレーティングローブによる侵害が解消する。本明細書において説明される手法は、侵害なしで和放射パターン及び差放射パターンを形成することに加えて、従来の線形素子アレイ呼び掛け機が３つの（すなわち、和、差、及び全方向）パターンを使用しなくてはならないところを２つの放射パターンで所望のボアサイト応答を解決する。３ホーン呼び掛け機アンテナシステムがグレーティングローブを大きく抑制するため、全方向パターンの必要性がなくなる。
【０００９】
本明細書において説明される３ホーン呼び掛け機アンテナシステムは、従来技術の呼び掛け機アンテナシステムのサイズ及び重量と比較して低減されたサイズ及び重量を有し、一方で同時に、同様の方位識別及び射程能力を有して提供される。このため、本明細書において説明されるアンテナアレイは、要員操作型（crew-served）軽量車両及び潜在的には降車歩兵に、味方又は見知らぬ者（unknown）の識別手段を提供する。
【００１０】
従来のアレイＩＤアンテナシステムは、高い指向性及び利得を有する。しかしながら、これらのタイプのＩＤアンテナシステムによって要求される必要なビーム形成回路によって、該アンテナシステムは非効率になる。これは、そのようなアレイのいくつかの線形放射素子に必要な時相差によって発生する信号損失に起因する。
【００１１】
一方、本明細書において説明される３ホーン呼び掛け機アレイは、従来のアレイよりも小さい物理的及び電気的開口を有するが、このより小さな開口の効率性によって、この３ホーン呼び掛け機アレイは、より大型で重い従来のＩＤアンテナシステムと同等に機能する。このため、本明細書において説明される３ホーン呼び掛け機アレイの電機性能特性は、従来のＩＤアンテナシステムの電機性能特性に実質的に等しく、一方で同時に、従来のＩＤアンテナシステムよりも小さいサイズ及び重量を有する。
【００１２】
アレイ物理学は、いわゆる「グレーティングローブ」を抑制するために、アンテナ素子離間が或る寸法で保たれることを指示する。これらのローブは、アンテナの放射パターンにおいて現れる。３ホーン呼び掛け機アンテナは複数の個々の放射素子ではなく３つのアンテナ素子のみから成るため、そのようなグレーティングローブは大幅に低減される。
【００１３】
２つのセクターホーンアンテナは、差パターンを生成するのに使用される。これらのホーンを互いに向かって内側に傾斜させることによって、結果としての差パターンにおけるグレーティングローブの発生が大幅に抑制され、実際的に除去される。このため、グレーティングローブ抑制は、この３ホーン呼び掛け機アンテナシステムによってもたらされる主な特徴である。
【００１４】
セクター差ホーンを、ボアサイト角以外の任意の角度で互いに向かって傾斜させることによって、各セクターホーンから広がった放射は等しくなくなる。これらの２つのホーンからの位相差が１８０度（位相の完全不一致）であったとしても、結果としての電磁線の振幅が等しくならないため、不完全なキャンセレーションとなる。一方の電磁線が他方から差し引かれるが、残存する放射量が依然として存在する。完全なキャンセレーションは発生し得ないため、グレーティングローブは生じ得ない。換言すれば、セクターホーンを傾斜させることは単純に完全な角電磁線キャンセレーションを防ぎ、これによってグレーティングローブが生じなくなる。深いヌル及び結果としてのグレーティングローブを形成するのは（特定の方位角における）電磁線キャンセレーションである。この現象は線形アレイアンテナシステムに特有である。
【００１５】
さらに、従来技術の呼び掛け機アレイシステムに必要とされる製造技法と比較して、ホーンタイプアンテナの製造の容易さは、コスト節約をもたらし、戦闘識別をより多くのユーザーに利用可能にする。３ホーン呼び掛け機アンテナシステムの製造の容易さによってもたらされるスケールの経済性によって、要員操作型部隊及び降車部隊が戦闘識別手段を装備することが可能になる。これらのユーザーに戦闘識別を提供するコストは、現在使用されている、大型車両プラットフォーム（たとえば戦車）にしか付与することができない機器（大型アレイ）よりも大幅に少ない。
【００１６】
戦場ターゲット識別装置（ＢＴＩＤ）の概念は、味方識別のために「尋ねる」ために、潜在的なターゲットに「向ける」ことができる狭ビーム呼び掛けを提供することを含む。ターゲットがＢＴＩＤを装備している場合、該ターゲットは（たとえば全指向性アンテナを使用して）返答信号で応答する。理想的には、呼び掛け機のビーム幅は、特にターゲットにされていないが、所望のターゲットに方位的に非常に近接した目標物を回避するのに十分小さい。そのようなターゲットにされていない目標物が味方である場合、それらの目標物からの応答は発生しないはずである。所定のアレイ幾何学的形状で配置されたアンテナ素子のセットからの和パターン及び差パターンの双方を利用する指向性アンテナシステムを使用することによって、狭く方向付けられたビームが達成される。狭ビームのビーム幅は数度しかなく、和パターン及び差パターンを多様な時間に放射することによって確立される。１つの例示的な実施の形態では、１度〜５度の範囲のビーム幅を有し、１度〜３度の範囲のビーム幅が好ましいシステムが提供される。他のビーム幅も当然使用することができる。一般的に、ビーム幅はシステムが使用されている特定の用途を含むがそれに限定されないさまざまな要因に従って選択される。一般的に、可能なかぎり狭いビームを有することが望ましい。ただし、ビームはターゲットに向けるのが困難になるほど狭くしないものとする。
【００１７】
したがって、呼び掛け機方位識別は、意図しないトランスポンダーが応答するのを避けるのに十分狭くなくてはならない。さらに、方位識別ビーム幅は、ターゲットにされている所望のトランスポンダー（車両）を十分に照射（すなわち「カバー」）できないほど小さくしてはならない。この目標を容易にするため、呼び掛け機の視野（ＦＯＶ）外で受信されるトランスポンダー返答間の呼び掛け機サイドローブ抑制（ＩＳＬＳ）を使用することができる。アンテナアレイが和パターンを放射するように構成されるとき、基本指向性は、放射される和パターンによって確立される。アンテナアレイが差パターンを放射するように構成されるとき、アレイのボアサイト照準方向において放射ヌルが存在するのが観測される。このようにして、差パターンはＩＳＬＳビームの尖鋭化を提供する。ボアサイトからの方位変位のためのＩＳＬＳを提供するために、全指向性アンテナの一定のエンベロープパターンの使用が用いられる。
【００１８】
本発明の上記の特徴及び本発明自体は、図面の以下の説明からさらに十分に理解されることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】呼び掛け機システムの組立分解等角図である。
【図２】アレイアンテナの等角図である。
【図２Ａ】アレイアンテナの等角図である。
【図２Ｂ】アレイアンテナの等角図である。
【図２Ｃ】従来技術のアレイアンテナの等角図である。
【図３】３ホーンアンテナレイの典型の等角図である。
【図３Ａ】図３のセクターホーンアンテナの上面図である。
【図４】３ホーンアンテナレイの典型の等角図である。
【図５】セクターホーンアンテナ素子の側面図である（Ｅフィールド（E field：電界）は垂直方向に、すなわちページの下方向に位置する）。
【図６】同じセクターホーンアンテナ素子の上面図である（ここでもまたＥフィールドは垂直方向にページの下方向に位置する）。
【図７】開口対軸方向ホーン長のプロットである。
【図８】ビーム幅対軸方向ホーン長のプロットである。
【図９】Ｅフィールド面フレア角度対軸方向ホーン長のプロットである。
【図１０】Ｈフィールド（H field：磁界）面フレア角度対軸方向ホーン長のプロットである。
【図１１】１０λの最適な錐体ホーンアンテナ及びセクターホーンアンテナ構造からの方位和パターン及び方位差パターンの一連のプロットのうちの１つである。
【図１１Ａ】１０λの最適な錐体ホーンアンテナ及びセクターホーンアンテナ構造からの方位和パターン及び方位差パターンの一連のプロットのうちの１つである。
【図１１Ｂ】１０λの最適な錐体ホーンアンテナ及びセクターホーンアンテナ構造からの方位和パターン及び方位差パターンの一連のプロットのうちの１つである。
【図１１Ｃ】１０λの最適な錐体ホーンアンテナ及びセクターホーンアンテナ構造からの方位和パターン及び方位差パターンの一連のプロットのうちの１つである。
【図１２】アンテナの３次元遠距離場放射パターンである。
【図１２Ａ】アンテナの３次元遠距離場放射パターンである。
【図１３】アンテナの３次元遠距離場放射パターンである。
【図１３Ａ】アンテナの３次元遠距離場放射パターンである。
【図１４】和アンテナパターン、差アンテナパターン、及び全指向性アンテナパターンが時間領域多重化されて返答に関する判断基準をいかに確立するかを示すアンテナ放射パターンプロットである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
ここで図１を参照すると、軽量車両要員操作型戦闘ＩＤ（ＣＳＣＩＤ）１０は、小型制御インターフェース電子モジュール（ＭＣＭ）１４が結合されたシャーシ１２を備える。ＭＣＭ１４は、送受信機１６、アンテナマッチング回路網２１、２２、ホーンアンテナアセンブリ２０、及び偏波器／カバー２４に、送信機出力をマッチング回路網２１、２２の和ポートに方向付けることによって和パターンを送信するか、又は送信機出力をマッチング回路網２１、２２の差ポートに方向付けることによって差パターンを送信するように命令する。１つの特定の実施形態では、送信機１６の出力は、送受信機と和ホーンとの間の直接接続を介してマッチング回路網和ポートに結合される。和パターン及び差パターンは、ＭＣＭ１４によって制御される、それぞれのための特定の時間期間を有して配列される。
【００２１】
送受信機１６はＭＣＭ１４に結合され、ホーンアンテナアセンブリ２０はＭＣＭ１４に信号を送信／ＭＣＭ１４から信号を送信するように結合され、アンテナマッチング回路網２１、２２はホーンアンテナアセンブリ２０に結合される。図１に示す例示的な実施形態では、アンテナマッチング回路網２１、２２は、ホーンアンテナアセンブリ２０にＲＦエネルギーを提供するように結合される。
【００２２】
前面カバー及び偏波器２４は、ホーンアンテナアセンブリ２０の放射開口２０ａ上に配置される。本明細書において図２と合わせて下記で提供される説明から明らかとなるように、開口２０ａは、３つの別個の開口２６ａ（図２Ａ）、２８ａ（図２Ａ）、３０ａ（図２Ａ）を含むことを理解されたい。
【００２３】
下記でさらに詳細に説明されるように、ホーンアンテナアセンブリ２０は、３つのホーンアンテナ構造を備える。通常、２つのホーンアンテナが並んで設置され、１８０度位相をずらして給電されるとき、結果として差パターンとなり、非常に深いヌルがボアサイト位置に（方位及び仰角面の双方において）観測される。錐体ホーンの場合、それらの最も短い開口寸法は複数波長の長さである。そのようなアンテナを、ボアサイトにおける深いヌルに加えて差パターンを確立するように互いに近接して設置するとき、規則的に離間した角度間隔において、他の深いヌルが生じる。この現象はグレーティングとして既知である。いくつかの用途の場合（上述した呼び掛けアンテナ用途を含む）、そのような「グレーティングローブ」は歓迎されない。同様に、密接して離間され同位相で給電された２つのホーンアンテナ構造も「グレーティングローブ」を呈する。しかしながら、それらの深さは、差パターンと比較してそれほど顕著とならない。和パターンに関するグレーティングローブの生成を最小にするために、単一のホーンを使用することができる。
【００２４】
１つの実施形態では、ボアサイト位置からホーン構造の側面への主要な視野（ＦＯＶ）に関して、ボアサイトの±９０度領域においてわずかなグレーティングしか観測されない。
【００２５】
差パターンに関して、錐体ホーンではなくセクターホーンを使用することによって、「グレーティングローブ」は実質的に低減する（又はいくつかのケースでは最小にさえする）ことができる。このため、好ましい実施形態では、差パターンは、２つの横並びのセクターホーンアンテナを使用することによって達成される。また、これらのホーンは、０度のボアサイト角以外の任意の特定の方位角において等しくない放射振幅が生じるように、互いに向かって傾斜している。
【００２６】
ここで図２〜図２Ｂを参照すると、ここで同様の要素は同様の参照符号を有して提供され、ホーンアンテナアセンブリ２０（図１にも示される）は、開口２６ａを有する最適な錐体ホーン２６、及びそれぞれ開口２８ａ、３０ａを有する１対の傾斜したセクターホーン２８、３０を備える。この例示的な実施形態では、ホーンアンテナアセンブリ２０は、（たとえば射出成形技法又は他の技法を介して）プラスチックから設けられ、これは導電面を設けるようにめっきされる。ホーンアンテナは当然、当業者に既知の任意の製作技法を用いて製作することができる。
【００２７】
１つの実施形態では、約３７ＧＨｚにおける動作の場合、ホーンアセンブリ２０は３．８インチの長さＬ、２．５インチの幅Ｗ、及び４．０インチの高さＨを有し、このため、３８立方インチ（cu in）の体積を有する。
【００２８】
ここで図２Ｃを参照すると、約３７ＧＨｚにおける動作のための、導電性金属から製作された従来技術の呼び掛け機アンテナ３２は、２３３．８立方インチ（cu in）の体積を有する。このため、呼び掛け機アンテナ２０（図２Ａ）及び呼び掛け機アンテナ３２（図２Ｂ）を比較することによって見て取ることができるように、呼び掛け機アンテナ２０が占める体積はより小さい。また、アンテナ２０をプラスチックから製造し、該プラスチックをめっきするか、又は他の方法で、電磁波を反射する特性を有するようにすることによって、アンテナ２０はアンテナ３２よりも軽くなる。
【００２９】
ここで図３及び図３Ａを参照すると、ホーンアンテナアセンブリ４０は、一対の傾斜したセクターホーン４４、４６の上に配置される。図３Ａに示すように、ホーン４４、４６のそれぞれは、中心縦軸４４ａ、４６ａを有する。ホーン４４、４６は、各ホーン４４、４６の中心縦軸４４ａ、４６ａが、通常約１０度の範囲内にある角度αで交差するように配置される。理想的には、ホーン４４、４６は、各ホーン４４、４６の中心縦軸が、２つのホーン４４、４６間に延びる中心線４８に対して通常約５度の範囲内の角度にあるように配置される。角度αは、和パターンと差パターンとの間の侵害がこれ以上発生せず、かつさらなる３ｄＢのマージンによって保護されるように、グレーティングローブを最小にするように選択される。角度αは、傾斜したセクター差ホーンアンテナの最大利得を保持するために必要な最小値でなくてはならない。
【００３０】
空挺補助タンク用途の場合、小さな前面開口サイズは、指向性が高い単一素子和アンテナと、２セクターの傾斜した差ホーンとを用いて達成される。ホーンアンテナは、空挺戦闘ＩＤ用途に有望である。これは、線形偏波放射パターン又は円形偏波放射パターンのいずれも実装することができるためである。地形に応じて、呼び掛け信号の地表反射効果（effects ground reflections）及び望ましくない多経路散乱を最小にするように、別の偏波（線形又は円形）と対比的な１つの偏波の使用を選択することができる。
【００３１】
１つの実施形態では、アンテナ４２は最適な利得錐体ホーンとして提供される。他のホーン構成を使用することができるが、最適な利得構成は、最小サイズの実装で最大の利得を確実にする。このアンテナは和パターンを提供する。２つの逆位相で給電された垂直セクターホーン４４、４６は、良好な差ビームパターン性能を提供する。セクターホーンのサイズは、和ホーンのサイズと釣り合いが取れるように選択される。３７ＧＨｚにおける戦闘ＩＤ Ｋａ周波数帯の場合、そのような構成の前面面積は、５ ３／４平方インチよりも小さくなる。そのような構成は、ボアサイト領域内で十分な和パターン利得を提供する。数度の和差交差領域を超えて、ボアサイトから約±３０度に至るまで、差パターン利得が優勢である。ボアサイトの±３０度から±１８０度までは、差パターンが優位であり続ける。しかしながら、これらの方位角における和信号レベル及び差信号レベルの検出が不明瞭になることを防ぐために、全指向性ガードアンテナを使用することによって、低い確率の返答を提供するのにさらに役立つことができる。いくつかの実施形態では、グレーティング現象を除去するおかげで、全指向性ガードアンテナ技法を用いる必要がない。
【００３２】
ホーン４２のポート４２ａは、送受信機（図示せず）のいわゆる和（Σ）ポートに結合される。差ホーン４４、４６のポート４４ａ、４６ａは、ハイブリッド接合部５０を通じて送受信機（図示せず）の差（Δ）ポートのそれぞれの１つに結合される。
【００３３】
第１のハイブリッド接合部ポート５０ａは送受信機の差ポートに対応し、第２のハイブリッド接合部ポート５１ａは、アンテナ４６の入力ポートに結合され、第３のハイブリッド接合部ポート５１ｂはアンテナ４４の入力ポートに結合される。第４のハイブリッド接合部ポートは終端される。ハイブリッド接合部５０は、２つの傾斜したセクターホーン４４及び４６間の１８０度の位相シフトを提供する。
【００３４】
ハイブリッド接合部５０は、ハイブリッド接合部差ポートに供給される信号が、実質的に等しい大きさであるが実質的に１８０度ずれた位相で、第２のハイブリッド接合部ポート５１ａ及び第３のハイブリッド接合部ポート５１ｂのそれぞれに結合されるように動作する。
【００３５】
１つの特定の実施形態では、ハイブリッド接合部５０は導波管マジックＴとして提供される。特に、アンテナポート４４ａ、４６ａは、マジックＴのＥ面９０度アーム５１ａ、５１ｂに結合される。１８０度ポート５０ａは、送受信機の差（Δ）ポートに結合され、一方マジックＴ和ポート５０ｂは（好ましくは整合インピーダンスで）終端される。
【００３６】
当業者であれば当然、マジックＴ以外のハイブリッド接合部の形状が存在すると共に、該形状を、ハイブリッド接合部５０によって実行される必要な電気的機能を実行するのに使用することができることを理解するであろう。
【００３７】
ここで図４を参照すると、図３の同様の要素は同様の参照符号を有して提供され、和ホーン４２は、送受信機（図４に図示せず）の和（Σ）ポートに直接接続される。マジックＴ６０の和ポート６０ａは、整合インピーダンス６３で終端される。傾斜したセクターホーン４４、４６は、マジックＴ６０のＥ面アーム６１ａ、６１ｂのそれぞれの１つに結合される。マジックＴ差ポート６０ｂに提供される信号に応答して、マジックＴはポート６１ａ及び６１ｂにおいて２つの１８０度シフトした信号を提供する。
【００３８】
和パターンの生成に使用される最適な錐体ホーンアンテナは、いわゆる「１０λホーン」として提供される。ホーンの軸長（すなわちホーンの中心縦軸に沿った長さ）は、１０波長の長さであり、３７ＧＨｚにおいてこれは８１．１ミリメートルに等しい。図示される物理開口は、最適な遠距離場利得を提供する。したがって、ホーンのフレアは最適であるとして知られる。他の長さを使用することができるが、ホーン構成の幾何学的形状は、ホーンの開口において生じる位相ゆがみを最小に保つように維持されなくてはならない。（ホーンの開口における波面は物理的に球面である。理想的に求められているのは理論上平面の波面である）。特定の許容可能な歪み（球面と平面との差異）の場合、最適な利得が存在する。最適な幾何学的形状からのいかなる逸脱も、この位相歪み及びまた利得に影響を及ぼす。
【００３９】
セクターホーンは、それらを組み合わせた幅が最小の寸法となるように配置される。２つのホーンの幅にわたる波長数も低く保たなくてはならない。これによってグレーティングも抑制される。これらのセクターホーンアンテナも長さ１０λであり、遠距離場利得のために最適化されている。このアンテナ配置によって、２４ｄＢｉの和パターン利得及び１９．０ｄＢｉの最大デルタパターン最大ローブ利得がもたらされる。ボアサイトからの最初の３０度の方位変位に関して、１組の和−デルタ交差しか存在しない。ボアサイト領域に関して、和パターンが優位であり、交差地点を越えてボアサイトの±３０度まで、デルタパターンが優位である。アンテナ構造パターンは本明細書の詳細な説明（detailed section）に示す。
【００４０】
地上戦闘ＩＤ（ＣＩＤ）用途に使用される送信機モジュールが結合されたそのようなアンテナ構造を用いて、正のリンクマージンで最大６ＫＭの呼び掛け斜方向距離が達成可能である。
【００４１】
線形アレイ、反射アンテナ、コーナー反射器及び放物面反射器システム、並びにホーンアンテナに関する研究が行われた。サイズ対指向性及び対象周波数（３６．７ＧＨｚ〜３７ＧＨｚ）に関する利得を検討すると、ホーンアンテナは、検討されるこれらのアンテナのうちで最も良好な性能トレードオフを提供する。線形アレイ及び反射型アンテナはより大きな利得性能をもたらすが、この性能の結果として、ホーンアンテナの構造と比較して幾分大きな構造となる。１５ｄＢｉ〜２５ｄＢｉの範囲内の利得において、ホーンアンテナは、他の候補に勝るサイズの利点を有する。この数字を上回る利得の場合、ホーンアンテナの体積は３次的（３次指数関数的）に増大し、放物面反射器と比較してより大きな構造となる。
【００４２】
検討されるホーンアンテナ寸法は、一般的に「最適である」として知られている。最大利得を達成するために、特定の物理開口のための特定のホーンフレア角度を維持しなくてはならない。アンテナシステム設計の検討に関して、ＦＥＫＯ（登録商標）、ＨＦＳＳ（登録商標）、及びＣＳＴ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｓｕｉｔｅ（登録商標）のような電磁場モデリングツールが使用された。そのようなモデリングツールを使用して、本明細書において説明されるアンテナシステムのアンテナシステム性能を求めると共に特徴付けることができる。
【００４３】
これらのモデリングツールのうちのいくつかが近距離場放射パターン情報及び遠距離場放射パターン情報の双方、並びに予測されるＶＳＷＲ特徴付けを提供する一方で、それらは最適化を迅速に提供しない。このため、最適なホーン性能、すなわち所与の指向性及び利得に関する最小の達成可能な構造を別個に求めることができる。たとえば、指向性及び利得は、Henry Jasikによって編集された「Antenna Engineering Handbook」、及びJohn D. Krausによるテキスト「Antennas」に提示される技法を使用して達成することができる。錐体ホーンアンテナの場合、これらの参照文献において所与の数学的関係及び派生物を使用して、設計曲線を展開するためにＥｘｃｅｌ（登録商標）３スプレッドシートが構築された。この構築された情報から、最適にサイズ調整されたアンテナ構造を求め、検討し、比較することができる。そのような設計曲線は、図７及び図８と合わせて以下で提示される。最適な開口、ビーム幅、Ｅフィールド及びＨフィールドのフレア角度が、アンテナホーン長の関数として提示される。全ての寸法が波長λを単位として表される。
【００４４】
ここで図５及び図６を参照すると、ホーンアンテナの寸法が示されている。図５はホーンアンテナ素子の側面図（Ｅフィールドは垂直方向に、すなわちページの下方向に位置する）であり、図６はホーンアンテナ素子の上面図（ここでもまたＥフィールドは垂直にページの下方向に位置する）である。
【００４５】
図７〜図１０は、ホーンアンテナ構造のための最適な寸法を示している。グラフに沿って示されているのは、対応する特性曲線表現である。全てのパラメトリクスは、ホーンアンテナの軸長の関数であり、全ての寸法は波長λ単位で表されることに留意されたい。
【００４６】
これらのアンテナの利得は、該アンテナの物理開口に直接比例し、以下となる。
【００４７】
Ｇａ＝（４пａｅａ-ｈ）／λ２
ここで、
Ｇａはアンテナの理論上の理想利得であり、
ａｅは線形ｅ面開口（長）であり、
ａｈは線形ｈ面開口（長）であり、
λは波長である。
【００４８】
ａｅ、ａｈ、及びλの値は、全て同じ単位で表されることに留意されたい。ホーンアンテナの電気的開口効率は約６０％であり、したがって、ホーンアンテナの実際的な又は実現可能な利得は、通常Ｇａの約６０％である。
【００４９】
以下の表１は、最適なホーンアンテナの利得をそれらの軸長の関数として示している。
【００５０】
【表１】
【００５１】
１０λに等しい軸長Ｌ（すなわち、８１．１ｍｍ−表１の第１行）を有するアンテナの場合、理想の利得は２５．１９ｄＢｉであり、実際的な利得は２２．９８ｄＢｉであることに留意されたい。ホーン長が２０λ、すなわち１６２．２ｍｍまで増大する場合、利得は２ｄＢ〜２．５ｄＢしか増大しない。サイズと利得とのトレードは迅速に増大し、この理由により、１０λホーンが空挺呼び掛け機用途のために選択された。いくつかの用途では、所与のサイズ制約の結果、わずか数ｄＢのさらなる利得のためにアンテナサイズを割り増しすることは認められないと結論付けられる場合がある。しかしながら、これはトレードオフであり、決定は、各特定の用途の要因に依拠して、用途によって変動する場合がある。ホーンアンテナを、物理制限内で、様々な用途のための特定の利得及び指向性を提供するようにスケーリングすることができることも注目に値する。
【００５２】
最適なセクターホーンが、錐体ホーンと同様の形式で設計される。ここで、ａｈ又はａｅのいずれかは、給電導波管幅と同じ寸法に保たれる。最適なセクターフレアは、錐体ホーンの対応するそれぞれのａｈ又はａｅと同じである。ＷＲ−２８導波管給電の幅はセクターホーン幅として維持される。２つのそのようなホーンは、差パターンを生成するために、１８０度ずれた位相で給電される。
【００５３】
ここで図１１〜図１１Ｃを参照すると、図２〜図４に示したアンテナ構造と同じか又は同様の構造を有するアンテナによって生成される和方位アンテナパターン及び差方位アンテナパターンが示されている。図１１に示す方位和パターン及び方位差パターンは、１０λの最適な錐体ホーンアンテナ構造及びセクターホーンアンテナ構造からのものである。領域７０は、シグマパターンへのデルタパターンの侵害を表している。理想的には、デルタパターンはボアサイトにおいてのみシグマパターンよりも小さくなくてはならない。図１１Ａ〜図１１Ｃは、ほぼボアサイト＋／−７．５度の領域内でのみシグマパターンよりも小さいデルタパターンを示している。この角度範囲の外側では、デルタパターンはシグマパターンよりも大きい。
【００５４】
これらの遠距離場パターンを得るために、ＦＥＫＯ（登録商標）モデリングツールは、全ての導電性表面にメッシュ生成アルゴリズムを適用する。メッシュが細かいほど、方位掃引当たりの生成されるデータポイントが多くなる。ツールベンダーによって付与されるライセンスは１ＧＢのファイルサイズしか提供せず、これによってメッシュの粒度に制限が課されている。この理由により、ボアサイトにおけるヌルの深さは、適用することができるデータポイントの数によって制限される。実際はより大きく約２２ｄＢ〜２５ｄＢとなることが予期されるところで約１０ｄＢのヌルとなっていることが示されている。非対称パターン表現は、ホーンアンテナにＲＦエネルギーを与えるのに使用される給電メカニズムの結果である。ＷＲ−２８導波管のバックショートから４分の１波に配置される４分の１波スタブがＲＦ発射（RF launch）としての役割を果たす。導波管給電は、ホーンのフレアが開始するよりかなり前の２λになるように選択された。このＲＦ入射方法はほぼ１．４５：１のＶＳＷＲを生成した。給電方法の最適化は試行錯誤によって最も良好に達成されると考えられている。給電の非対称性によって、パターンの非対称性が生じる。
【００５５】
上記に示したパターンは、空挺用途の場合に非常に好ましい。ボアサイトの最初の±６０度の場合、デルタパターンは交差エリアの外側で優勢を保つ。交差エリアでは和パターンがより大きい。デルタパターンが和パターンと同じレベルまで降下するか又は非常に近くなるのは＋６０度及び＋１２０度である。非対称問題をより最適な給電法によって解消することができる場合、これらのほぼ等しいパターン応答のエリアを解消することができることが有望である。そうでない場合、全方向ガードアンテナの使用を、図１３に示すように使用することができる。
【００５６】
ここで図１２及び図１２Ａを参照すると、アンテナ和パターンの３次元遠距離場が示されている。
【００５７】
ここで図１３及び１３Ａを参照すると、アンテナ差パターンに関する３次元遠距離場が示されている。
【００５８】
ここで図１４を参照すると、和パターン１００、差パターン１０２、及び全方向パターン１０４は、返答の判断基準を確立するために多重化される時間領域である。このデータシーケンスは、車両１０６上に配置された呼び掛け器による呼び掛けとして送信される。トランスポンダーによって受信されると、受信信号電力測定が行われ、Σ信号、Δ信号、及びΩ信号の相対信号強度に依拠して、トランスポンダーは呼び掛け機に応答する（これは、トランスポンダーが、該トランスポンダーが実際にターゲットにされていると判断したためである）。トランスポンダーは、車両１０８〜１１４の任意のもの又は全てに搭載することができる。この場合、車両１０８上のトランスポンダーのみが呼び掛け機に応答し、車両１１０〜１１４上の応答機は返答しない。
【００５９】
上述したように、戦場ターゲット識別装置（ＢＴＩＤ）は、味方識別のために「尋ねる」ために、潜在的なターゲットに「向ける」ことができる狭ビーム呼び掛けを提供する。ターゲットがＢＴＩＤを装備している場合、該ターゲットは（たとえば全指向性アンテナを使用して）返答信号で応答する。理想的には、呼び掛け機のビーム幅は、特にターゲットにされていないが、所望のターゲットに方位的に非常に近接した目標物を回避するのに十分小さくする必要がある。そのようなターゲットにされていない目標物が味方である場合、それらの目標物からの応答は発生しないはずである。所定のアレイで配置されたアンテナ素子のセットからの和パターン及び差パターンの双方を利用する指向性アンテナシステムを使用することによって、狭く方向付けられたビームが達成される。狭ビームのビーム幅はわずか数度の範囲内にあり、和パターン及び差パターンを多様な時間に放射することによって確立される。一般的に、可能なかぎり狭いビームを有することが望ましい。ただし、ビームはターゲットがカバーされないほど狭くしないものとする。
【００６０】
したがって、呼び掛け機方位識別は、意図しないトランスポンダーが応答するのを避けるのに十分狭くなくてはならない。さらに、方位識別ビーム幅は、ターゲットにされている所望のトランスポンダー（車両）を十分に照射（すなわち「カバー」）できないほど小さくなってはならない。この目標を容易にするため、呼び掛け機の視野（ＦＯＶ）外で受信されるトランスポンダー返答間の呼び掛け機サイドローブ抑制（ＩＳＬＳ）を使用することができる。アンテナアレイが和パターンを放射するように構成されるとき、基本指向性は、放射される和パターンによって確立される。アンテナアレイが差パターンを放射するように構成されるとき、アレイのボアサイト照準方向において放射ヌルが存在するのが観測される。このようにして、差パターンはＩＳＬＳビームの尖鋭化を提供する。ボアサイトからの方位変位のためのＩＳＬＳを提供するために、全指向性アンテナの一定のエンベロープパターンの使用が用いられる。
【００６１】
以下の表２及び表３は、ＩＡＳからＴＡＳの、空中から地上のリンク、及びＴＡＳからＩＡＳの、地上のトランスポンダーから空挺呼び掛け機へ戻す応答リンクに関するリンクマージン分析を提示する。これらの見積もりは、晴天の日の条件の場合のものである。ＩＡＳアンテナシステムの固有の指向性に起因して、多経路損失は、４．５ｄＢまでも起こる場合がある陸上呼び掛けシステムと比較して、大幅に抑制されるようになる。
【００６２】
【表２】
【００６３】
【表３】
【００６４】
本発明の好ましい実施形態を説明したが、ここで、当業者には、これらの概念を組み入れた他の実施形態を使用することができることが明らかとなろう。したがって、本発明は説明される実施形態に限定されるべきではなく、添付の特許請求の範囲の精神及び範囲によってのみ限定されるべきであることが提起される。
【技術分野】
【０００１】
本発明は無線周波数（ＲＦ）アンテナに関し、より詳細には、ミリメートル波（ｍｍＷ）周波数範囲において動作可能なアレイアンテナシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
当該技術分野において既知であるように、戦闘識別（又はＣＩＤ）は、戦闘空間でターゲットにされると共に検出される目標物の正確な特徴付けを達成するプロセスである。状況に依拠して、そのような特徴付けは、「味方」、「敵」、又は「中立」のような識別子を用いた目標物の識別に限定される場合がある。他の状況では、クラス、タイプ、国籍を含むがそれらに限定されない他の特徴付けが必要とされる場合があり、適切な識別子と共にミッション構成が使用される場合がある。
【０００３】
これもまた既知であるように、そのような識別プロセスは、ミリメートル波（ｍｍＷ）周波数において戦闘識別システムを介して実行される場合がある。そのような戦闘識別システムは、通常、アンテナ素子のアレイから成る指向性アンテナを備える呼び掛け機アンテナシステムを使用する。そのような呼び掛け機アンテナシステムは、比較的大型で重く、このため兵士が担ぐことができる兵器のような比較的軽量の兵器に使用するのには一般的に適していない。結果として、これらの戦闘識別システムは通常、このかなり大型で重い機器を支持することができる戦車及び他の大型車両兵器プラットフォーム上に配備される。
【０００４】
戦闘識別技術をより軽い兵器（たとえば戦車及び電動車両よりも軽い）に拡張する試みは、大型の呼び掛け機アンテナアレイのサイズ及び重量を低減することを中心としてきた。呼び掛け機アンテナのサイズ及び重量を低減するための１つの一般的な手法は、指向性アンテナアレイを形成するアンテナ素子の数を低減することであった。この手法の１つの問題は、アレイ内のアンテナ素子の数を低減することによって、アレイアンテナの電気開口寸法のサイズがそれに応じて低減することである。これによって今度は、方位識別角度が大きくなり、これは特定の目標物ターゲッティングに役立たない。
【０００５】
呼び掛け機システムに対するサイズ及び重量の制限は、空挺用途においてさらにより深刻になる。さらに、空挺用途の場合、搭載配置、航空機の重量及びバランスのようなさらなる実装制約、並びに他の関連する空気力学的問題が注意を要する。望ましくないペイロードを過剰に生じさせないように、サイズ及び重量は全て小さく保たれなくてはならない。いくつかの応用形態では、空挺呼び掛け機システムは、空間の提供が限られた所与の寸法の外部航空機補助タンク（pod）内に収まらなくてはならない。また、空挺呼び掛け機システムの動作範囲は、地上の戦闘ＩＤシステムによって達成される動作範囲と釣り合いが取れていることも期待される。地上用途で使用される１つの従来のアンテナアレイは、およそ、７インチ×４ １／２インチ、すなわち３１ １／２平方インチ（ｉｎ２）の前面面積を有する、マルチ素子連続横断スタブアレイである。空挺用途の場合、地上用途において使用されるよりも大幅に小さな前面開口が使用される場合がある。したがって、戦闘識別を多様な用途に拡張するために、既存の最新技術による実装のサイズ及び重量を低減することが必要とされている。軽量の兵器及び空挺の用途の場合、小さな開口で、指向性で、軽量で、かつ物理サイズの小さい戦闘ＩＤシステムが望ましい。
【発明の概要】
【０００６】
本明細書において説明される概念によれば、呼び掛け機アンテナシステムは、１つの錐体ホーンアンテナ及び２つの傾斜したセクターホーンアンテナのアセンブリを備える。この特定の構成を用いて、戦闘識別用途に適した比較的小型で指向性の高いアンテナアレイが提供される。錐体ホーンアンテナ及びセクターホーンアンテナは、和−差アンテナアーキテクチャで配置される。和パターンは最適な錐体ホーンアンテナを用いて確立され、一方、差パターンは２つの傾斜したセクターホーンアセンブリを用いて確立される。このため、和パターン及び差パターンは、３つのホーンアンテナのみを用いて達成される。これによって、従来の呼び掛け機アンテナシステムと比較して大幅に低減されたサイズ及び重量を有する呼び掛け機アンテナシステムとなる。このサイズ及び重量が低減された呼び掛け機アンテナは、３７ギガヘルツ（ＧＨｚ）付近のＫａ周波数帯内のミリメートル波（ｍｍＷ）周波数でも動作する。さらに、この３ホーン呼び掛け機アンテナシステムの要求される方位識別角度及び使用可能な範囲性能は、和差アンテナアーキテクチャにおいて最適なセクターホーンアンテナを使用することによって維持される。ホーンアンテナ（ホーン放射体としても知られる）のこの組み合わせは、特定の和方位放射特性及び差方位放射特性を達成するために特定の形で設置される。これによって、ボアサイト角領域においてのみ和応答が差応答よりも大きくなる。差パターンを様々な他の方位角において和パターンに侵入させるグレーティングローブは、ボアサイト以外で差パターンが常に和パターンよりも大きくなるように抑制される。１つの実施の形態では、錐体ホーンアンテナが最適な錐体ホーンアンテナとして設けられ得る。
【０００７】
アレイ構成において線形アンテナ素子ではなくホーンアンテナを使用することによって、結果としてのアンテナパターン内にいくつかの（望ましくなく所望されていない）グレーティングローブが生じるが、これは線形アンテナ素子アレイの使用によって生じるであろうグレーティングローブの数と比較して、低減される。差パターン生成のために使用されるセクターホーンを傾斜させることによって、差パターン内に形成されるグレーティングローブはさらに抑制される。このため、本明細書において説明される手法によって、呼び掛け機アンテナシステムが、従来のｍｍＷ呼び掛け機アンテナにおいて用いられている全指向性ガードアンテナのような全指向性ガードアンテナを備える必要がなくなる。
【０００８】
本明細書において説明される手法によって、従来の線形素子アレイ呼び掛け機に一般的であるグレーティングローブによる侵害が解消する。本明細書において説明される手法は、侵害なしで和放射パターン及び差放射パターンを形成することに加えて、従来の線形素子アレイ呼び掛け機が３つの（すなわち、和、差、及び全方向）パターンを使用しなくてはならないところを２つの放射パターンで所望のボアサイト応答を解決する。３ホーン呼び掛け機アンテナシステムがグレーティングローブを大きく抑制するため、全方向パターンの必要性がなくなる。
【０００９】
本明細書において説明される３ホーン呼び掛け機アンテナシステムは、従来技術の呼び掛け機アンテナシステムのサイズ及び重量と比較して低減されたサイズ及び重量を有し、一方で同時に、同様の方位識別及び射程能力を有して提供される。このため、本明細書において説明されるアンテナアレイは、要員操作型（crew-served）軽量車両及び潜在的には降車歩兵に、味方又は見知らぬ者（unknown）の識別手段を提供する。
【００１０】
従来のアレイＩＤアンテナシステムは、高い指向性及び利得を有する。しかしながら、これらのタイプのＩＤアンテナシステムによって要求される必要なビーム形成回路によって、該アンテナシステムは非効率になる。これは、そのようなアレイのいくつかの線形放射素子に必要な時相差によって発生する信号損失に起因する。
【００１１】
一方、本明細書において説明される３ホーン呼び掛け機アレイは、従来のアレイよりも小さい物理的及び電気的開口を有するが、このより小さな開口の効率性によって、この３ホーン呼び掛け機アレイは、より大型で重い従来のＩＤアンテナシステムと同等に機能する。このため、本明細書において説明される３ホーン呼び掛け機アレイの電機性能特性は、従来のＩＤアンテナシステムの電機性能特性に実質的に等しく、一方で同時に、従来のＩＤアンテナシステムよりも小さいサイズ及び重量を有する。
【００１２】
アレイ物理学は、いわゆる「グレーティングローブ」を抑制するために、アンテナ素子離間が或る寸法で保たれることを指示する。これらのローブは、アンテナの放射パターンにおいて現れる。３ホーン呼び掛け機アンテナは複数の個々の放射素子ではなく３つのアンテナ素子のみから成るため、そのようなグレーティングローブは大幅に低減される。
【００１３】
２つのセクターホーンアンテナは、差パターンを生成するのに使用される。これらのホーンを互いに向かって内側に傾斜させることによって、結果としての差パターンにおけるグレーティングローブの発生が大幅に抑制され、実際的に除去される。このため、グレーティングローブ抑制は、この３ホーン呼び掛け機アンテナシステムによってもたらされる主な特徴である。
【００１４】
セクター差ホーンを、ボアサイト角以外の任意の角度で互いに向かって傾斜させることによって、各セクターホーンから広がった放射は等しくなくなる。これらの２つのホーンからの位相差が１８０度（位相の完全不一致）であったとしても、結果としての電磁線の振幅が等しくならないため、不完全なキャンセレーションとなる。一方の電磁線が他方から差し引かれるが、残存する放射量が依然として存在する。完全なキャンセレーションは発生し得ないため、グレーティングローブは生じ得ない。換言すれば、セクターホーンを傾斜させることは単純に完全な角電磁線キャンセレーションを防ぎ、これによってグレーティングローブが生じなくなる。深いヌル及び結果としてのグレーティングローブを形成するのは（特定の方位角における）電磁線キャンセレーションである。この現象は線形アレイアンテナシステムに特有である。
【００１５】
さらに、従来技術の呼び掛け機アレイシステムに必要とされる製造技法と比較して、ホーンタイプアンテナの製造の容易さは、コスト節約をもたらし、戦闘識別をより多くのユーザーに利用可能にする。３ホーン呼び掛け機アンテナシステムの製造の容易さによってもたらされるスケールの経済性によって、要員操作型部隊及び降車部隊が戦闘識別手段を装備することが可能になる。これらのユーザーに戦闘識別を提供するコストは、現在使用されている、大型車両プラットフォーム（たとえば戦車）にしか付与することができない機器（大型アレイ）よりも大幅に少ない。
【００１６】
戦場ターゲット識別装置（ＢＴＩＤ）の概念は、味方識別のために「尋ねる」ために、潜在的なターゲットに「向ける」ことができる狭ビーム呼び掛けを提供することを含む。ターゲットがＢＴＩＤを装備している場合、該ターゲットは（たとえば全指向性アンテナを使用して）返答信号で応答する。理想的には、呼び掛け機のビーム幅は、特にターゲットにされていないが、所望のターゲットに方位的に非常に近接した目標物を回避するのに十分小さい。そのようなターゲットにされていない目標物が味方である場合、それらの目標物からの応答は発生しないはずである。所定のアレイ幾何学的形状で配置されたアンテナ素子のセットからの和パターン及び差パターンの双方を利用する指向性アンテナシステムを使用することによって、狭く方向付けられたビームが達成される。狭ビームのビーム幅は数度しかなく、和パターン及び差パターンを多様な時間に放射することによって確立される。１つの例示的な実施の形態では、１度〜５度の範囲のビーム幅を有し、１度〜３度の範囲のビーム幅が好ましいシステムが提供される。他のビーム幅も当然使用することができる。一般的に、ビーム幅はシステムが使用されている特定の用途を含むがそれに限定されないさまざまな要因に従って選択される。一般的に、可能なかぎり狭いビームを有することが望ましい。ただし、ビームはターゲットに向けるのが困難になるほど狭くしないものとする。
【００１７】
したがって、呼び掛け機方位識別は、意図しないトランスポンダーが応答するのを避けるのに十分狭くなくてはならない。さらに、方位識別ビーム幅は、ターゲットにされている所望のトランスポンダー（車両）を十分に照射（すなわち「カバー」）できないほど小さくしてはならない。この目標を容易にするため、呼び掛け機の視野（ＦＯＶ）外で受信されるトランスポンダー返答間の呼び掛け機サイドローブ抑制（ＩＳＬＳ）を使用することができる。アンテナアレイが和パターンを放射するように構成されるとき、基本指向性は、放射される和パターンによって確立される。アンテナアレイが差パターンを放射するように構成されるとき、アレイのボアサイト照準方向において放射ヌルが存在するのが観測される。このようにして、差パターンはＩＳＬＳビームの尖鋭化を提供する。ボアサイトからの方位変位のためのＩＳＬＳを提供するために、全指向性アンテナの一定のエンベロープパターンの使用が用いられる。
【００１８】
本発明の上記の特徴及び本発明自体は、図面の以下の説明からさらに十分に理解されることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】呼び掛け機システムの組立分解等角図である。
【図２】アレイアンテナの等角図である。
【図２Ａ】アレイアンテナの等角図である。
【図２Ｂ】アレイアンテナの等角図である。
【図２Ｃ】従来技術のアレイアンテナの等角図である。
【図３】３ホーンアンテナレイの典型の等角図である。
【図３Ａ】図３のセクターホーンアンテナの上面図である。
【図４】３ホーンアンテナレイの典型の等角図である。
【図５】セクターホーンアンテナ素子の側面図である（Ｅフィールド（E field：電界）は垂直方向に、すなわちページの下方向に位置する）。
【図６】同じセクターホーンアンテナ素子の上面図である（ここでもまたＥフィールドは垂直方向にページの下方向に位置する）。
【図７】開口対軸方向ホーン長のプロットである。
【図８】ビーム幅対軸方向ホーン長のプロットである。
【図９】Ｅフィールド面フレア角度対軸方向ホーン長のプロットである。
【図１０】Ｈフィールド（H field：磁界）面フレア角度対軸方向ホーン長のプロットである。
【図１１】１０λの最適な錐体ホーンアンテナ及びセクターホーンアンテナ構造からの方位和パターン及び方位差パターンの一連のプロットのうちの１つである。
【図１１Ａ】１０λの最適な錐体ホーンアンテナ及びセクターホーンアンテナ構造からの方位和パターン及び方位差パターンの一連のプロットのうちの１つである。
【図１１Ｂ】１０λの最適な錐体ホーンアンテナ及びセクターホーンアンテナ構造からの方位和パターン及び方位差パターンの一連のプロットのうちの１つである。
【図１１Ｃ】１０λの最適な錐体ホーンアンテナ及びセクターホーンアンテナ構造からの方位和パターン及び方位差パターンの一連のプロットのうちの１つである。
【図１２】アンテナの３次元遠距離場放射パターンである。
【図１２Ａ】アンテナの３次元遠距離場放射パターンである。
【図１３】アンテナの３次元遠距離場放射パターンである。
【図１３Ａ】アンテナの３次元遠距離場放射パターンである。
【図１４】和アンテナパターン、差アンテナパターン、及び全指向性アンテナパターンが時間領域多重化されて返答に関する判断基準をいかに確立するかを示すアンテナ放射パターンプロットである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
ここで図１を参照すると、軽量車両要員操作型戦闘ＩＤ（ＣＳＣＩＤ）１０は、小型制御インターフェース電子モジュール（ＭＣＭ）１４が結合されたシャーシ１２を備える。ＭＣＭ１４は、送受信機１６、アンテナマッチング回路網２１、２２、ホーンアンテナアセンブリ２０、及び偏波器／カバー２４に、送信機出力をマッチング回路網２１、２２の和ポートに方向付けることによって和パターンを送信するか、又は送信機出力をマッチング回路網２１、２２の差ポートに方向付けることによって差パターンを送信するように命令する。１つの特定の実施形態では、送信機１６の出力は、送受信機と和ホーンとの間の直接接続を介してマッチング回路網和ポートに結合される。和パターン及び差パターンは、ＭＣＭ１４によって制御される、それぞれのための特定の時間期間を有して配列される。
【００２１】
送受信機１６はＭＣＭ１４に結合され、ホーンアンテナアセンブリ２０はＭＣＭ１４に信号を送信／ＭＣＭ１４から信号を送信するように結合され、アンテナマッチング回路網２１、２２はホーンアンテナアセンブリ２０に結合される。図１に示す例示的な実施形態では、アンテナマッチング回路網２１、２２は、ホーンアンテナアセンブリ２０にＲＦエネルギーを提供するように結合される。
【００２２】
前面カバー及び偏波器２４は、ホーンアンテナアセンブリ２０の放射開口２０ａ上に配置される。本明細書において図２と合わせて下記で提供される説明から明らかとなるように、開口２０ａは、３つの別個の開口２６ａ（図２Ａ）、２８ａ（図２Ａ）、３０ａ（図２Ａ）を含むことを理解されたい。
【００２３】
下記でさらに詳細に説明されるように、ホーンアンテナアセンブリ２０は、３つのホーンアンテナ構造を備える。通常、２つのホーンアンテナが並んで設置され、１８０度位相をずらして給電されるとき、結果として差パターンとなり、非常に深いヌルがボアサイト位置に（方位及び仰角面の双方において）観測される。錐体ホーンの場合、それらの最も短い開口寸法は複数波長の長さである。そのようなアンテナを、ボアサイトにおける深いヌルに加えて差パターンを確立するように互いに近接して設置するとき、規則的に離間した角度間隔において、他の深いヌルが生じる。この現象はグレーティングとして既知である。いくつかの用途の場合（上述した呼び掛けアンテナ用途を含む）、そのような「グレーティングローブ」は歓迎されない。同様に、密接して離間され同位相で給電された２つのホーンアンテナ構造も「グレーティングローブ」を呈する。しかしながら、それらの深さは、差パターンと比較してそれほど顕著とならない。和パターンに関するグレーティングローブの生成を最小にするために、単一のホーンを使用することができる。
【００２４】
１つの実施形態では、ボアサイト位置からホーン構造の側面への主要な視野（ＦＯＶ）に関して、ボアサイトの±９０度領域においてわずかなグレーティングしか観測されない。
【００２５】
差パターンに関して、錐体ホーンではなくセクターホーンを使用することによって、「グレーティングローブ」は実質的に低減する（又はいくつかのケースでは最小にさえする）ことができる。このため、好ましい実施形態では、差パターンは、２つの横並びのセクターホーンアンテナを使用することによって達成される。また、これらのホーンは、０度のボアサイト角以外の任意の特定の方位角において等しくない放射振幅が生じるように、互いに向かって傾斜している。
【００２６】
ここで図２〜図２Ｂを参照すると、ここで同様の要素は同様の参照符号を有して提供され、ホーンアンテナアセンブリ２０（図１にも示される）は、開口２６ａを有する最適な錐体ホーン２６、及びそれぞれ開口２８ａ、３０ａを有する１対の傾斜したセクターホーン２８、３０を備える。この例示的な実施形態では、ホーンアンテナアセンブリ２０は、（たとえば射出成形技法又は他の技法を介して）プラスチックから設けられ、これは導電面を設けるようにめっきされる。ホーンアンテナは当然、当業者に既知の任意の製作技法を用いて製作することができる。
【００２７】
１つの実施形態では、約３７ＧＨｚにおける動作の場合、ホーンアセンブリ２０は３．８インチの長さＬ、２．５インチの幅Ｗ、及び４．０インチの高さＨを有し、このため、３８立方インチ（cu in）の体積を有する。
【００２８】
ここで図２Ｃを参照すると、約３７ＧＨｚにおける動作のための、導電性金属から製作された従来技術の呼び掛け機アンテナ３２は、２３３．８立方インチ（cu in）の体積を有する。このため、呼び掛け機アンテナ２０（図２Ａ）及び呼び掛け機アンテナ３２（図２Ｂ）を比較することによって見て取ることができるように、呼び掛け機アンテナ２０が占める体積はより小さい。また、アンテナ２０をプラスチックから製造し、該プラスチックをめっきするか、又は他の方法で、電磁波を反射する特性を有するようにすることによって、アンテナ２０はアンテナ３２よりも軽くなる。
【００２９】
ここで図３及び図３Ａを参照すると、ホーンアンテナアセンブリ４０は、一対の傾斜したセクターホーン４４、４６の上に配置される。図３Ａに示すように、ホーン４４、４６のそれぞれは、中心縦軸４４ａ、４６ａを有する。ホーン４４、４６は、各ホーン４４、４６の中心縦軸４４ａ、４６ａが、通常約１０度の範囲内にある角度αで交差するように配置される。理想的には、ホーン４４、４６は、各ホーン４４、４６の中心縦軸が、２つのホーン４４、４６間に延びる中心線４８に対して通常約５度の範囲内の角度にあるように配置される。角度αは、和パターンと差パターンとの間の侵害がこれ以上発生せず、かつさらなる３ｄＢのマージンによって保護されるように、グレーティングローブを最小にするように選択される。角度αは、傾斜したセクター差ホーンアンテナの最大利得を保持するために必要な最小値でなくてはならない。
【００３０】
空挺補助タンク用途の場合、小さな前面開口サイズは、指向性が高い単一素子和アンテナと、２セクターの傾斜した差ホーンとを用いて達成される。ホーンアンテナは、空挺戦闘ＩＤ用途に有望である。これは、線形偏波放射パターン又は円形偏波放射パターンのいずれも実装することができるためである。地形に応じて、呼び掛け信号の地表反射効果（effects ground reflections）及び望ましくない多経路散乱を最小にするように、別の偏波（線形又は円形）と対比的な１つの偏波の使用を選択することができる。
【００３１】
１つの実施形態では、アンテナ４２は最適な利得錐体ホーンとして提供される。他のホーン構成を使用することができるが、最適な利得構成は、最小サイズの実装で最大の利得を確実にする。このアンテナは和パターンを提供する。２つの逆位相で給電された垂直セクターホーン４４、４６は、良好な差ビームパターン性能を提供する。セクターホーンのサイズは、和ホーンのサイズと釣り合いが取れるように選択される。３７ＧＨｚにおける戦闘ＩＤ Ｋａ周波数帯の場合、そのような構成の前面面積は、５ ３／４平方インチよりも小さくなる。そのような構成は、ボアサイト領域内で十分な和パターン利得を提供する。数度の和差交差領域を超えて、ボアサイトから約±３０度に至るまで、差パターン利得が優勢である。ボアサイトの±３０度から±１８０度までは、差パターンが優位であり続ける。しかしながら、これらの方位角における和信号レベル及び差信号レベルの検出が不明瞭になることを防ぐために、全指向性ガードアンテナを使用することによって、低い確率の返答を提供するのにさらに役立つことができる。いくつかの実施形態では、グレーティング現象を除去するおかげで、全指向性ガードアンテナ技法を用いる必要がない。
【００３２】
ホーン４２のポート４２ａは、送受信機（図示せず）のいわゆる和（Σ）ポートに結合される。差ホーン４４、４６のポート４４ａ、４６ａは、ハイブリッド接合部５０を通じて送受信機（図示せず）の差（Δ）ポートのそれぞれの１つに結合される。
【００３３】
第１のハイブリッド接合部ポート５０ａは送受信機の差ポートに対応し、第２のハイブリッド接合部ポート５１ａは、アンテナ４６の入力ポートに結合され、第３のハイブリッド接合部ポート５１ｂはアンテナ４４の入力ポートに結合される。第４のハイブリッド接合部ポートは終端される。ハイブリッド接合部５０は、２つの傾斜したセクターホーン４４及び４６間の１８０度の位相シフトを提供する。
【００３４】
ハイブリッド接合部５０は、ハイブリッド接合部差ポートに供給される信号が、実質的に等しい大きさであるが実質的に１８０度ずれた位相で、第２のハイブリッド接合部ポート５１ａ及び第３のハイブリッド接合部ポート５１ｂのそれぞれに結合されるように動作する。
【００３５】
１つの特定の実施形態では、ハイブリッド接合部５０は導波管マジックＴとして提供される。特に、アンテナポート４４ａ、４６ａは、マジックＴのＥ面９０度アーム５１ａ、５１ｂに結合される。１８０度ポート５０ａは、送受信機の差（Δ）ポートに結合され、一方マジックＴ和ポート５０ｂは（好ましくは整合インピーダンスで）終端される。
【００３６】
当業者であれば当然、マジックＴ以外のハイブリッド接合部の形状が存在すると共に、該形状を、ハイブリッド接合部５０によって実行される必要な電気的機能を実行するのに使用することができることを理解するであろう。
【００３７】
ここで図４を参照すると、図３の同様の要素は同様の参照符号を有して提供され、和ホーン４２は、送受信機（図４に図示せず）の和（Σ）ポートに直接接続される。マジックＴ６０の和ポート６０ａは、整合インピーダンス６３で終端される。傾斜したセクターホーン４４、４６は、マジックＴ６０のＥ面アーム６１ａ、６１ｂのそれぞれの１つに結合される。マジックＴ差ポート６０ｂに提供される信号に応答して、マジックＴはポート６１ａ及び６１ｂにおいて２つの１８０度シフトした信号を提供する。
【００３８】
和パターンの生成に使用される最適な錐体ホーンアンテナは、いわゆる「１０λホーン」として提供される。ホーンの軸長（すなわちホーンの中心縦軸に沿った長さ）は、１０波長の長さであり、３７ＧＨｚにおいてこれは８１．１ミリメートルに等しい。図示される物理開口は、最適な遠距離場利得を提供する。したがって、ホーンのフレアは最適であるとして知られる。他の長さを使用することができるが、ホーン構成の幾何学的形状は、ホーンの開口において生じる位相ゆがみを最小に保つように維持されなくてはならない。（ホーンの開口における波面は物理的に球面である。理想的に求められているのは理論上平面の波面である）。特定の許容可能な歪み（球面と平面との差異）の場合、最適な利得が存在する。最適な幾何学的形状からのいかなる逸脱も、この位相歪み及びまた利得に影響を及ぼす。
【００３９】
セクターホーンは、それらを組み合わせた幅が最小の寸法となるように配置される。２つのホーンの幅にわたる波長数も低く保たなくてはならない。これによってグレーティングも抑制される。これらのセクターホーンアンテナも長さ１０λであり、遠距離場利得のために最適化されている。このアンテナ配置によって、２４ｄＢｉの和パターン利得及び１９．０ｄＢｉの最大デルタパターン最大ローブ利得がもたらされる。ボアサイトからの最初の３０度の方位変位に関して、１組の和−デルタ交差しか存在しない。ボアサイト領域に関して、和パターンが優位であり、交差地点を越えてボアサイトの±３０度まで、デルタパターンが優位である。アンテナ構造パターンは本明細書の詳細な説明（detailed section）に示す。
【００４０】
地上戦闘ＩＤ（ＣＩＤ）用途に使用される送信機モジュールが結合されたそのようなアンテナ構造を用いて、正のリンクマージンで最大６ＫＭの呼び掛け斜方向距離が達成可能である。
【００４１】
線形アレイ、反射アンテナ、コーナー反射器及び放物面反射器システム、並びにホーンアンテナに関する研究が行われた。サイズ対指向性及び対象周波数（３６．７ＧＨｚ〜３７ＧＨｚ）に関する利得を検討すると、ホーンアンテナは、検討されるこれらのアンテナのうちで最も良好な性能トレードオフを提供する。線形アレイ及び反射型アンテナはより大きな利得性能をもたらすが、この性能の結果として、ホーンアンテナの構造と比較して幾分大きな構造となる。１５ｄＢｉ〜２５ｄＢｉの範囲内の利得において、ホーンアンテナは、他の候補に勝るサイズの利点を有する。この数字を上回る利得の場合、ホーンアンテナの体積は３次的（３次指数関数的）に増大し、放物面反射器と比較してより大きな構造となる。
【００４２】
検討されるホーンアンテナ寸法は、一般的に「最適である」として知られている。最大利得を達成するために、特定の物理開口のための特定のホーンフレア角度を維持しなくてはならない。アンテナシステム設計の検討に関して、ＦＥＫＯ（登録商標）、ＨＦＳＳ（登録商標）、及びＣＳＴ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｓｕｉｔｅ（登録商標）のような電磁場モデリングツールが使用された。そのようなモデリングツールを使用して、本明細書において説明されるアンテナシステムのアンテナシステム性能を求めると共に特徴付けることができる。
【００４３】
これらのモデリングツールのうちのいくつかが近距離場放射パターン情報及び遠距離場放射パターン情報の双方、並びに予測されるＶＳＷＲ特徴付けを提供する一方で、それらは最適化を迅速に提供しない。このため、最適なホーン性能、すなわち所与の指向性及び利得に関する最小の達成可能な構造を別個に求めることができる。たとえば、指向性及び利得は、Henry Jasikによって編集された「Antenna Engineering Handbook」、及びJohn D. Krausによるテキスト「Antennas」に提示される技法を使用して達成することができる。錐体ホーンアンテナの場合、これらの参照文献において所与の数学的関係及び派生物を使用して、設計曲線を展開するためにＥｘｃｅｌ（登録商標）３スプレッドシートが構築された。この構築された情報から、最適にサイズ調整されたアンテナ構造を求め、検討し、比較することができる。そのような設計曲線は、図７及び図８と合わせて以下で提示される。最適な開口、ビーム幅、Ｅフィールド及びＨフィールドのフレア角度が、アンテナホーン長の関数として提示される。全ての寸法が波長λを単位として表される。
【００４４】
ここで図５及び図６を参照すると、ホーンアンテナの寸法が示されている。図５はホーンアンテナ素子の側面図（Ｅフィールドは垂直方向に、すなわちページの下方向に位置する）であり、図６はホーンアンテナ素子の上面図（ここでもまたＥフィールドは垂直にページの下方向に位置する）である。
【００４５】
図７〜図１０は、ホーンアンテナ構造のための最適な寸法を示している。グラフに沿って示されているのは、対応する特性曲線表現である。全てのパラメトリクスは、ホーンアンテナの軸長の関数であり、全ての寸法は波長λ単位で表されることに留意されたい。
【００４６】
これらのアンテナの利得は、該アンテナの物理開口に直接比例し、以下となる。
【００４７】
Ｇａ＝（４пａｅａ-ｈ）／λ２
ここで、
Ｇａはアンテナの理論上の理想利得であり、
ａｅは線形ｅ面開口（長）であり、
ａｈは線形ｈ面開口（長）であり、
λは波長である。
【００４８】
ａｅ、ａｈ、及びλの値は、全て同じ単位で表されることに留意されたい。ホーンアンテナの電気的開口効率は約６０％であり、したがって、ホーンアンテナの実際的な又は実現可能な利得は、通常Ｇａの約６０％である。
【００４９】
以下の表１は、最適なホーンアンテナの利得をそれらの軸長の関数として示している。
【００５０】
【表１】
【００５１】
１０λに等しい軸長Ｌ（すなわち、８１．１ｍｍ−表１の第１行）を有するアンテナの場合、理想の利得は２５．１９ｄＢｉであり、実際的な利得は２２．９８ｄＢｉであることに留意されたい。ホーン長が２０λ、すなわち１６２．２ｍｍまで増大する場合、利得は２ｄＢ〜２．５ｄＢしか増大しない。サイズと利得とのトレードは迅速に増大し、この理由により、１０λホーンが空挺呼び掛け機用途のために選択された。いくつかの用途では、所与のサイズ制約の結果、わずか数ｄＢのさらなる利得のためにアンテナサイズを割り増しすることは認められないと結論付けられる場合がある。しかしながら、これはトレードオフであり、決定は、各特定の用途の要因に依拠して、用途によって変動する場合がある。ホーンアンテナを、物理制限内で、様々な用途のための特定の利得及び指向性を提供するようにスケーリングすることができることも注目に値する。
【００５２】
最適なセクターホーンが、錐体ホーンと同様の形式で設計される。ここで、ａｈ又はａｅのいずれかは、給電導波管幅と同じ寸法に保たれる。最適なセクターフレアは、錐体ホーンの対応するそれぞれのａｈ又はａｅと同じである。ＷＲ−２８導波管給電の幅はセクターホーン幅として維持される。２つのそのようなホーンは、差パターンを生成するために、１８０度ずれた位相で給電される。
【００５３】
ここで図１１〜図１１Ｃを参照すると、図２〜図４に示したアンテナ構造と同じか又は同様の構造を有するアンテナによって生成される和方位アンテナパターン及び差方位アンテナパターンが示されている。図１１に示す方位和パターン及び方位差パターンは、１０λの最適な錐体ホーンアンテナ構造及びセクターホーンアンテナ構造からのものである。領域７０は、シグマパターンへのデルタパターンの侵害を表している。理想的には、デルタパターンはボアサイトにおいてのみシグマパターンよりも小さくなくてはならない。図１１Ａ〜図１１Ｃは、ほぼボアサイト＋／−７．５度の領域内でのみシグマパターンよりも小さいデルタパターンを示している。この角度範囲の外側では、デルタパターンはシグマパターンよりも大きい。
【００５４】
これらの遠距離場パターンを得るために、ＦＥＫＯ（登録商標）モデリングツールは、全ての導電性表面にメッシュ生成アルゴリズムを適用する。メッシュが細かいほど、方位掃引当たりの生成されるデータポイントが多くなる。ツールベンダーによって付与されるライセンスは１ＧＢのファイルサイズしか提供せず、これによってメッシュの粒度に制限が課されている。この理由により、ボアサイトにおけるヌルの深さは、適用することができるデータポイントの数によって制限される。実際はより大きく約２２ｄＢ〜２５ｄＢとなることが予期されるところで約１０ｄＢのヌルとなっていることが示されている。非対称パターン表現は、ホーンアンテナにＲＦエネルギーを与えるのに使用される給電メカニズムの結果である。ＷＲ−２８導波管のバックショートから４分の１波に配置される４分の１波スタブがＲＦ発射（RF launch）としての役割を果たす。導波管給電は、ホーンのフレアが開始するよりかなり前の２λになるように選択された。このＲＦ入射方法はほぼ１．４５：１のＶＳＷＲを生成した。給電方法の最適化は試行錯誤によって最も良好に達成されると考えられている。給電の非対称性によって、パターンの非対称性が生じる。
【００５５】
上記に示したパターンは、空挺用途の場合に非常に好ましい。ボアサイトの最初の±６０度の場合、デルタパターンは交差エリアの外側で優勢を保つ。交差エリアでは和パターンがより大きい。デルタパターンが和パターンと同じレベルまで降下するか又は非常に近くなるのは＋６０度及び＋１２０度である。非対称問題をより最適な給電法によって解消することができる場合、これらのほぼ等しいパターン応答のエリアを解消することができることが有望である。そうでない場合、全方向ガードアンテナの使用を、図１３に示すように使用することができる。
【００５６】
ここで図１２及び図１２Ａを参照すると、アンテナ和パターンの３次元遠距離場が示されている。
【００５７】
ここで図１３及び１３Ａを参照すると、アンテナ差パターンに関する３次元遠距離場が示されている。
【００５８】
ここで図１４を参照すると、和パターン１００、差パターン１０２、及び全方向パターン１０４は、返答の判断基準を確立するために多重化される時間領域である。このデータシーケンスは、車両１０６上に配置された呼び掛け器による呼び掛けとして送信される。トランスポンダーによって受信されると、受信信号電力測定が行われ、Σ信号、Δ信号、及びΩ信号の相対信号強度に依拠して、トランスポンダーは呼び掛け機に応答する（これは、トランスポンダーが、該トランスポンダーが実際にターゲットにされていると判断したためである）。トランスポンダーは、車両１０８〜１１４の任意のもの又は全てに搭載することができる。この場合、車両１０８上のトランスポンダーのみが呼び掛け機に応答し、車両１１０〜１１４上の応答機は返答しない。
【００５９】
上述したように、戦場ターゲット識別装置（ＢＴＩＤ）は、味方識別のために「尋ねる」ために、潜在的なターゲットに「向ける」ことができる狭ビーム呼び掛けを提供する。ターゲットがＢＴＩＤを装備している場合、該ターゲットは（たとえば全指向性アンテナを使用して）返答信号で応答する。理想的には、呼び掛け機のビーム幅は、特にターゲットにされていないが、所望のターゲットに方位的に非常に近接した目標物を回避するのに十分小さくする必要がある。そのようなターゲットにされていない目標物が味方である場合、それらの目標物からの応答は発生しないはずである。所定のアレイで配置されたアンテナ素子のセットからの和パターン及び差パターンの双方を利用する指向性アンテナシステムを使用することによって、狭く方向付けられたビームが達成される。狭ビームのビーム幅はわずか数度の範囲内にあり、和パターン及び差パターンを多様な時間に放射することによって確立される。一般的に、可能なかぎり狭いビームを有することが望ましい。ただし、ビームはターゲットがカバーされないほど狭くしないものとする。
【００６０】
したがって、呼び掛け機方位識別は、意図しないトランスポンダーが応答するのを避けるのに十分狭くなくてはならない。さらに、方位識別ビーム幅は、ターゲットにされている所望のトランスポンダー（車両）を十分に照射（すなわち「カバー」）できないほど小さくなってはならない。この目標を容易にするため、呼び掛け機の視野（ＦＯＶ）外で受信されるトランスポンダー返答間の呼び掛け機サイドローブ抑制（ＩＳＬＳ）を使用することができる。アンテナアレイが和パターンを放射するように構成されるとき、基本指向性は、放射される和パターンによって確立される。アンテナアレイが差パターンを放射するように構成されるとき、アレイのボアサイト照準方向において放射ヌルが存在するのが観測される。このようにして、差パターンはＩＳＬＳビームの尖鋭化を提供する。ボアサイトからの方位変位のためのＩＳＬＳを提供するために、全指向性アンテナの一定のエンベロープパターンの使用が用いられる。
【００６１】
以下の表２及び表３は、ＩＡＳからＴＡＳの、空中から地上のリンク、及びＴＡＳからＩＡＳの、地上のトランスポンダーから空挺呼び掛け機へ戻す応答リンクに関するリンクマージン分析を提示する。これらの見積もりは、晴天の日の条件の場合のものである。ＩＡＳアンテナシステムの固有の指向性に起因して、多経路損失は、４．５ｄＢまでも起こる場合がある陸上呼び掛けシステムと比較して、大幅に抑制されるようになる。
【００６２】
【表２】
【００６３】
【表３】
【００６４】
本発明の好ましい実施形態を説明したが、ここで、当業者には、これらの概念を組み入れた他の実施形態を使用することができることが明らかとなろう。したがって、本発明は説明される実施形態に限定されるべきではなく、添付の特許請求の範囲の精神及び範囲によってのみ限定されるべきであることが提起される。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナシステムであって、
ホーンアンテナに対応する第１のアンテナと、
ホーンアンテナに対応する第２のアンテナであって、該第２のアンテナのＥ面が前記第１のアンテナのＥ面と同一平面になると共に、前記第１のアンテナの有効電気開口及び該第２のアンテナの有効電気開口が実質的に共通面内にあるように配置される、第２のアンテナと、
ホーンアンテナに対応する第３のアンテナであって、該第３のアンテナのＥ面が前記第１のアンテナの前記Ｅ面と実質的に同一平面にあると共に、該第３のアンテナの有効電気開口が前記第１のアンテナの前記有効電気開口及び前記第２のアンテナの前記有効電気開口と実質的に同じ面内にあるように配置される、第３のアンテナとを備え、前記第２のアンテナ及び前記第３のアンテナは互いに向かって傾斜している、アンテナシステム。
【請求項２】
前記第２のアンテナ及び前記第３のアンテナは、実質的に０度のボアサイト角以外の任意の方位角において等しくない放射振幅を生じるように選択された量だけ互いに向かって傾斜している、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第１のホーンアンテナは最適な錐体形状を有して設けられる、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記第２のホーンアンテナはセクターホーンアンテナとして設けられる、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記第３のホーンアンテナはセクターホーンアンテナとして設けられる、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記第１のホーンアンテナは最適な錐体形状を有して設けられ、
前記第２のホーンアンテナはセクターホーンアンテナとして設けられると共に、
前記第３のアンテナはセクターホーンアンテナとして設けられる、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記第１のホーンアンテナ、前記第２のホーンアンテナ、及び前記第３のホーンアンテナの物理開口は実質的に同じ物理面内にある、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記システムは、差ポートに対応する第１のポートと、前記第２のアンテナの出力ポートに結合される第２のポートと、前記第３のアンテナの出力ポートに結合される第３のポートとを有するハイブリッド接合部をさらに備え、ハイブリッド接合部差ポートに供給される信号は、第２のハイブリッド接合部ポート及び第３のハイブリッド接合部ポートのそれぞれに、実質的に等しい大きさであるが実質的に１８０度ずれた位相で結合される、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
アレイアンテナシステムであって、３つのホーンアンテナの開口が実質的に共通面にあり、放射パターンの特定の和及び差のセットを達成するように構成される該３つのホーンアンテナの組み合わせを備え、和パターンは０±規定の限定された角度許容範囲のボアサイト方位角においてのみ、デルタパターンからの信号電力においてより大きい、アレイアンテナシステム。
【請求項１０】
最も最適な錐体ホーンアンテナを使用して和放射パターンを生成する、請求項９に記載の３つのホーンアンテナの組み合わせ。
【請求項１１】
２つの傾斜したセクターホーンアンテナを使用して差放射パターンを生成する、請求項９に記載の３つのホーンアンテナの組み合わせ。
【請求項１２】
不利益な影響を受けないように最小化されたグレーティングローブを有する和放射パターン及び差放射パターンを生成する、請求項９に記載の３つのホーンアンテナの組み合わせ。
【請求項１３】
特定の利得並びに特定の和放射パターン及び差放射パターンのセットのために任意のサイズ及び開口にスケーリングすることができる和放射パターン及び差放射パターンを生成する、請求項９に記載の３つのホーンアンテナの組み合わせ。
【請求項１４】
３つのホーンアンテナの組み合わせであって、該３つのホーンアンテナの開口が共通面あり、放射パターンの特定の和及び差のセットを達成するように構成され、差パターンは０±規定の限定された角度許容範囲のボアサイト領域以外の全ての他の方位角において、和パターンからの信号強度においてより大きい、３つのホーンアンテナの組み合わせ。
【請求項１５】
前記３つのホーンアンテナの組み合わせは和放射パターン及び差放射パターンを生成し、不利益な影響を受けないように最小化されたグレーティングローブを有し、それによってボアサイト方位識別角度変位を解消するための第３の全指向性放射体を用いる必要がない、請求項１４に記載の３つのホーンアンテナの組み合わせ。
【請求項１６】
３つのホーンアンテナの組み合わせであって、該３つのホーンアンテナの開口が共通面あり、放射パターンの特定の和及び差のセットを達成するように構成され、該セットにおいて、和パターンはボアサイト方位角の周囲の領域において差パターンからの信号強度においてより大きく、ここで前記ボアサイト位置からの規定の角度許容範囲である前記領域を任意の所望の角度許容範囲に制御することができる、３つのホーンアンテナの組み合わせ。
【請求項１７】
前記３つのホーンアンテナの組み合わせは和放射パターン及び差放射パターンを生成し、不利益な影響を受けないように最小化されたグレーティングローブを有し、それによってボアサイト方位識別角度変位を解消するための第３の全指向性放射体を用いる必要がない、請求項１６に記載の３つのホーンアンテナの組み合わせ。
【請求項１】
アンテナシステムであって、
ホーンアンテナに対応する第１のアンテナと、
ホーンアンテナに対応する第２のアンテナであって、該第２のアンテナのＥ面が前記第１のアンテナのＥ面と同一平面になると共に、前記第１のアンテナの有効電気開口及び該第２のアンテナの有効電気開口が実質的に共通面内にあるように配置される、第２のアンテナと、
ホーンアンテナに対応する第３のアンテナであって、該第３のアンテナのＥ面が前記第１のアンテナの前記Ｅ面と実質的に同一平面にあると共に、該第３のアンテナの有効電気開口が前記第１のアンテナの前記有効電気開口及び前記第２のアンテナの前記有効電気開口と実質的に同じ面内にあるように配置される、第３のアンテナとを備え、前記第２のアンテナ及び前記第３のアンテナは互いに向かって傾斜している、アンテナシステム。
【請求項２】
前記第２のアンテナ及び前記第３のアンテナは、実質的に０度のボアサイト角以外の任意の方位角において等しくない放射振幅を生じるように選択された量だけ互いに向かって傾斜している、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第１のホーンアンテナは最適な錐体形状を有して設けられる、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記第２のホーンアンテナはセクターホーンアンテナとして設けられる、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記第３のホーンアンテナはセクターホーンアンテナとして設けられる、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記第１のホーンアンテナは最適な錐体形状を有して設けられ、
前記第２のホーンアンテナはセクターホーンアンテナとして設けられると共に、
前記第３のアンテナはセクターホーンアンテナとして設けられる、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記第１のホーンアンテナ、前記第２のホーンアンテナ、及び前記第３のホーンアンテナの物理開口は実質的に同じ物理面内にある、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記システムは、差ポートに対応する第１のポートと、前記第２のアンテナの出力ポートに結合される第２のポートと、前記第３のアンテナの出力ポートに結合される第３のポートとを有するハイブリッド接合部をさらに備え、ハイブリッド接合部差ポートに供給される信号は、第２のハイブリッド接合部ポート及び第３のハイブリッド接合部ポートのそれぞれに、実質的に等しい大きさであるが実質的に１８０度ずれた位相で結合される、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
アレイアンテナシステムであって、３つのホーンアンテナの開口が実質的に共通面にあり、放射パターンの特定の和及び差のセットを達成するように構成される該３つのホーンアンテナの組み合わせを備え、和パターンは０±規定の限定された角度許容範囲のボアサイト方位角においてのみ、デルタパターンからの信号電力においてより大きい、アレイアンテナシステム。
【請求項１０】
最も最適な錐体ホーンアンテナを使用して和放射パターンを生成する、請求項９に記載の３つのホーンアンテナの組み合わせ。
【請求項１１】
２つの傾斜したセクターホーンアンテナを使用して差放射パターンを生成する、請求項９に記載の３つのホーンアンテナの組み合わせ。
【請求項１２】
不利益な影響を受けないように最小化されたグレーティングローブを有する和放射パターン及び差放射パターンを生成する、請求項９に記載の３つのホーンアンテナの組み合わせ。
【請求項１３】
特定の利得並びに特定の和放射パターン及び差放射パターンのセットのために任意のサイズ及び開口にスケーリングすることができる和放射パターン及び差放射パターンを生成する、請求項９に記載の３つのホーンアンテナの組み合わせ。
【請求項１４】
３つのホーンアンテナの組み合わせであって、該３つのホーンアンテナの開口が共通面あり、放射パターンの特定の和及び差のセットを達成するように構成され、差パターンは０±規定の限定された角度許容範囲のボアサイト領域以外の全ての他の方位角において、和パターンからの信号強度においてより大きい、３つのホーンアンテナの組み合わせ。
【請求項１５】
前記３つのホーンアンテナの組み合わせは和放射パターン及び差放射パターンを生成し、不利益な影響を受けないように最小化されたグレーティングローブを有し、それによってボアサイト方位識別角度変位を解消するための第３の全指向性放射体を用いる必要がない、請求項１４に記載の３つのホーンアンテナの組み合わせ。
【請求項１６】
３つのホーンアンテナの組み合わせであって、該３つのホーンアンテナの開口が共通面あり、放射パターンの特定の和及び差のセットを達成するように構成され、該セットにおいて、和パターンはボアサイト方位角の周囲の領域において差パターンからの信号強度においてより大きく、ここで前記ボアサイト位置からの規定の角度許容範囲である前記領域を任意の所望の角度許容範囲に制御することができる、３つのホーンアンテナの組み合わせ。
【請求項１７】
前記３つのホーンアンテナの組み合わせは和放射パターン及び差放射パターンを生成し、不利益な影響を受けないように最小化されたグレーティングローブを有し、それによってボアサイト方位識別角度変位を解消するための第３の全指向性放射体を用いる必要がない、請求項１６に記載の３つのホーンアンテナの組み合わせ。
【図１】
【図２】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３】
【図３Ａ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１１Ｃ】
【図１２】
【図１２Ａ】
【図１３】
【図１３Ａ】
【図１４】
【図２】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図３】
【図３Ａ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１１Ｃ】
【図１２】
【図１２Ａ】
【図１３】
【図１３Ａ】
【図１４】
【公表番号】特表２０１１−５１９２５０（Ｐ２０１１−５１９２５０Ａ）
【公表日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５０７５７１（Ｐ２０１１−５０７５７１）
【出願日】平成２１年４月２８日（２００９．４．２８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０４１９０３
【国際公開番号】ＷＯ２００９／１３４７５１
【国際公開日】平成２１年１１月５日（２００９．１１．５）
【出願人】（５０３４５５３６３）レイセオン カンパニー (244)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月２８日（２００９．４．２８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０４１９０３
【国際公開番号】ＷＯ２００９／１３４７５１
【国際公開日】平成２１年１１月５日（２００９．１１．５）
【出願人】（５０３４５５３６３）レイセオン カンパニー (244)
【Ｆターム（参考）】
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