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技術 円筒状給電アンテナの開口面セグメント化

出願人 カイメタコーポレイション
発明者 サゼガーモフセンクンツネイサンリンスティーヴ
出願日 2016年3月4日 (5年3ヶ月経過) 出願番号 2017-546651
公開日 2018年3月15日 (3年2ヶ月経過) 公開番号 2018-507654
状態 特許登録済
技術分野 導波管型アンテナ 可変指向性アンテナ、アンテナ配列
主要キーワード 同心正 同軸ピン 同心リング状 素子間間隔 等角写像 パッチ層 中央アンテナ 正方形グリッド
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (20)

課題・解決手段

開口面セグメント化のための方法及び装置を開示する。1つの実施形態では、アンテナが、円筒給電波を入力するためのアンテナ給電部と、アンテナ給電部に結合された物理的なアンテナ開口面とを備え、アンテナ開口面は、組み合わせた時に複数の閉じた同心リング状アンテナ素子を形成するアンテナ素子を有する複数のセグメントを含み、複数の同心リングは、アンテナ給電部に対して同心状である。

概要

背景

大型アンテナの製造では、使用する技術に関わらずサイズが技術の限界に近づいて、最終的には製造コストが非常に高くなることが多い。さらに、大型アンテナのわずかな誤差アンテナ製品障害をもたらすこともある。このため、アンテナ製造には他の業界で使用できる特定の技術手法を容易に適用することができない。1つのこのような技術に、アクティブマトリクス技術がある。

アクティブマトリクス技術は、液晶ディスプレイの駆動に使用されてきた。このような技術では、各液晶セルに1つのトランジスタが結合され、トランジスタのゲートに結合された選択信号電圧を付与することによって各液晶セルを選択することができる。薄膜トランジスタ(TFT)を含む多くの異なるタイプのトランジスタが使用されている。TFTの場合、アクティブマトリクスはTFTアクティブマトリクスと呼ばれる。

アクティブマトリクスは、アドレス及び駆動回路を使用してアレイ内の各液晶セルを制御する。各液晶セルが一意的にアドレス指定されるのを確実にするために、マトリクスは、行列状の導体を用いて選択トランジスタの接続を形成する。

概要

開口面セグメント化のための方法及び装置を開示する。1つの実施形態では、アンテナが、円筒給電波を入力するためのアンテナ給電部と、アンテナ給電部に結合された物理的なアンテナ開口面とを備え、アンテナ開口面は、組み合わせた時に複数の閉じた同心リング状アンテナ素子を形成するアンテナ素子を有する複数のセグメントを含み、複数の同心リングは、アンテナ給電部に対して同心状である。

目的

位置及び方位情報は、地球局内の他のシステムによってプロセッサに提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

平面アンテナであって、円筒給電波を入力するためのアンテナ給電部と、前記アンテナ給電部に結合された物理的なアンテナ開口面と、を備え、前記アンテナ開口面は、組み合わせたときに複数の閉じた同心リング状アンテナ素子を形成するアンテナ素子を有する複数のセグメントを含み、該複数の同心リングは、前記アンテナ給電部に対して同心状である、アンテナ

請求項2

前記セグメントの数は4であり、該セグメントは同一である、請求項1に記載のアンテナ。

請求項3

前記セグメントは、矩形基板を含む、請求項2に記載のアンテナ。

請求項4

前記セグメントの数は奇数である、請求項1に記載のアンテナ。

請求項5

前記複数のセグメントを組み合わせると、前記アンテナ給電部が位置する場所に空き領域が中心的に位置するようになる、請求項1に記載のアンテナ。

請求項6

前記複数の同心リングのリングは、リング間距離だけ分離され、前記複数の同心リングのリング沿いの素子間の第1の距離は、前記複数の同心リングのリング間の第2の距離の関数であり、前記複数の同心リング状のアンテナ素子によって形成される前記アンテナ素子のアレイは、回転対称性を有する、請求項1に記載のアンテナ。

請求項7

前記第1の距離に対する第2の距離の比率は、前記アンテナ開口面にわたって一定である、請求項6に記載のアンテナ。

請求項8

前記複数の同心リング内の各リングは、前記円筒状給電部により近い隣接するリングを上回る数のさらなる素子を有し、該さらなる素子の数は一定である、請求項1に記載のアンテナ。

請求項9

前記複数のリングのリングは、同一数のアンテナ素子を有する、請求項1に記載のアンテナ。

請求項10

マトリクス駆動回路を用いて前記アレイの各アンテナ素子を個別に制御するコントローラをさらに備え、前記アンテナ素子の各々は、前記マトリクス駆動回路によって一意的にアドレス指定される、請求項1に記載のアンテナ。

請求項11

平面アンテナであって、円筒状給電波を入力するためのアンテナ給電部と、前記アンテナ給電部に結合された物理的なアンテナ開口面と、を備え、前記アンテナ開口面は、組み合わせたときに複数の閉じた同心リング状のアンテナ素子を含むアレイを形成するアンテナ素子を有する複数のセグメントを含み、該複数の同心リングは、前記アンテナ給電部に対して同心状であり、該複数のセグメントを組み合わせると、前記アンテナ給電部が位置する場所に空き領域が中心的に位置するようになり、前記平面アンテナは、マトリクス駆動回路を用いて前記アレイの各アンテナ素子を個別に制御するコントローラをさらに備え、前記アンテナ素子の各々は、前記マトリクス駆動回路によって一意的にアドレス指定される、アンテナ。

請求項12

前記セグメントの数は4であり、該セグメントは同一である、請求項11に記載のアンテナ。

請求項13

前記セグメントは、矩形基板を含む、請求項12に記載のアンテナ。

請求項14

前記セグメントの数は奇数である、請求項11に記載のアンテナ。

請求項15

前記複数の同心リングのリングは、リング間距離だけ分離され、前記複数の同心リングのリング沿いの素子間の第1の距離は、前記複数の同心リングのリング間の第2の距離の関数であり、前記複数の同心リング状のアンテナ素子によって形成される前記アンテナ素子のアレイは、回転対称性を有する、請求項12に記載のアンテナ。

請求項16

前記第1の距離に対する第2の距離の比率は、前記アンテナ開口面にわたって一定である、請求項15に記載のアンテナ。

請求項17

前記複数の同心リング内の各リングは、前記円筒状給電部により近い隣接するリングを上回る数のさらなる素子を有し、該さらなる素子の数は一定である、請求項11に記載のアンテナ。

請求項18

前記複数のリングのリングは、同一数のアンテナ素子を有する、請求項11に記載のアンテナ。

請求項19

前記コントローラは、制御パターンを適用して、ホログラフィックビーム形成を実行するためにどのアンテナ素子をオン及びオフにするかを制御する、請求項11に記載のアンテナ。

請求項20

前記少なくとも1つのアンテナアレイの各々は、アンテナ素子の同調スロットアレイを含む、請求項11に記載のアンテナ。

技術分野

0001

優先権
本特許出願は、2015年3月5日に出願された「円筒給電部のための所定のマトリクス駆動回路とのセル配置(Cell Placement with Predefined Matrix DriveCircuitry for Cylindrical Feed)」という名称の米国仮特許出願第62/128,894号、2015年3月5日に出願された「円筒状給電アンテナ渦状マトリクス駆動格子(Vortex Matrix Drive Lattice for Cylindrical Feed Antennas)」という名称の米国仮特許出願第62/128,896号、2015年3月20日に出願された「円筒状給電アンテナの開口面のセグメント化(Aperture Segmentation of a Cylindrical Feed Antenna)」という名称の米国仮特許出願第62/136,356号、及び2015年4月27日に出願された「通信衛星地球局のためのメタマテリアルアンテナステム(A Metamaterial Antenna System for Communications Satellite Earth Stations)」という名称の米国仮特許出願第62/153,394号に対する優先権を主張するものであり、これらを引用によって組み入れる。

0002

〔関連出願〕
本出願は、2016年3月3日に同時出願された「円筒状給電アンテナのアンテナ素子配置(Antenna Element Placement of a Cylindrical Feed Antenna)」という名称の、本発明の共同譲受人に譲渡された同時係属出願である米国特許出願第15/059,843号に関連する。

0003

本発明の実施形態は、アンテナの分野に関し、具体的には、本発明の実施形態は、アンテナ開口面(antenna apertures)のためのアンテナ素子の配置と、例えば円筒状給電アンテナなどのこのようなアンテナ開口面のセグメント化とに関する。

背景技術

0004

大型アンテナの製造では、使用する技術に関わらずサイズが技術の限界に近づいて、最終的には製造コストが非常に高くなることが多い。さらに、大型アンテナのわずかな誤差がアンテナ製品障害をもたらすこともある。このため、アンテナ製造には他の業界で使用できる特定の技術手法を容易に適用することができない。1つのこのような技術に、アクティブマトリクス技術がある。

0005

アクティブマトリクス技術は、液晶ディスプレイの駆動に使用されてきた。このような技術では、各液晶セルに1つのトランジスタが結合され、トランジスタのゲートに結合された選択信号電圧を付与することによって各液晶セルを選択することができる。薄膜トランジスタ(TFT)を含む多くの異なるタイプのトランジスタが使用されている。TFTの場合、アクティブマトリクスはTFTアクティブマトリクスと呼ばれる。

0006

アクティブマトリクスは、アドレス及び駆動回路を使用してアレイ内の各液晶セルを制御する。各液晶セルが一意的にアドレス指定されるのを確実にするために、マトリクスは、行列状の導体を用いて選択トランジスタの接続を形成する。

先行技術

0007

米国特許出願第14/550,178号明細書
米国特許出願第14/610,502号明細書

発明が解決しようとする課題

0008

マトリクス駆動回路をアンテナと共に使用することが提案されている。しかしながら、行列状の導体の使用は、行列状に配置されたアンテナ素子を有するアンテナアレイでは有用な場合もあるが、アンテナ素子がそのように配置されていない場合には実現できないこともある。

0009

位相配列アンテナ及び静的配列アンテナの一般的な製造方法であるタイル化又はセグメント化は、このようなアンテナの製造に関連する問題を軽減するのに役立つ。大型アンテナアレイの製造時には、通常、大型アンテナアレイを同一セグメントであるLRU列線交換ユニット)にセグメント化する。大型アンテナ、特に位相配列などの複雑なシステムでは、開口面のタイル化又はセグメント化が一般的である。しかしながら、円筒状給電アンテナでは、タイル化法を実現するセグメント化の適用は見られない。

課題を解決するための手段

0010

開口面セグメント化のための方法及び装置を開示する。1つの実施形態では、アンテナが、円筒状給電波を入力するためのアンテナ給電部と、アンテナ給電部に結合された物理的なアンテナ開口面とを備え、アンテナ開口面は、組み合わせた時に複数の閉じた同心リング状のアンテナ素子を形成するアンテナ素子を有する複数のセグメントを含み、複数の同心リングは、アンテナ給電部に対して同心状である。

0011

本発明は、以下に示す詳細な説明及び本発明の様々な実施形態の添付図面からさらに完全に理解されると思われるが、これらは、本発明を特定の実施形態に限定するものではなく、説明及び理解のためのものにすぎないと受け取るべきである。

図面の簡単な説明

0012

円筒波給電を行うために使用される同軸給電部の一実施形態の上面図である。
円筒状給電アンテナの入力給電部の周囲に同心リング状に配置された1又は2以上のアンテナ素子アレイを有する開口面を示す図である。
接地板再構成可能な共振器層とを含む1列のアンテナ素子の斜視図である。
同調型共振器スロットの一実施形態を示す図である。
物理的アンテナ開口面の一実施形態の断面図である。
スロットアレイを形成する異なる層の一実施形態を示す図である。
スロットアレイを形成する異なる層の一実施形態を示す図である。
スロットアレイを形成する異なる層の一実施形態を示す図である。
スロットアレイを形成する異なる層の一実施形態を示す図である。
外向き波を生じる円筒状給電部を備えたアンテナシステムの別の実施形態を示す図である。
セルグループ化して同心正方形矩形)を形成する例を示す図である。
セルをグループ化して同心八角形を形成する例を示す図である。
アイリス及びマトリクス駆動回路を含む小開口面の例を示す図である。
セル配置に使用する格子螺旋の例を示す図である。
より均一な密度を達成するためにさらなる螺旋を使用するセル配置の例を示す図である。
開口面全体を埋めるために繰り返される選択的螺旋パターンを示す図である。
円筒状給電開口面を四分円にセグメント化する一実施形態を示す図である。
マトリクス駆動格子を適用した図13の1つのセグメントを示す図である。
マトリクス駆動格子を適用した図13の1つのセグメントを示す図である。
円筒状給電開口面を四分円にセグメント化する別の実施形態を示す図である。
マトリクス駆動格子を適用した図15の1つのセグメントを示す図である。
マトリクス駆動格子を適用した図15の1つのセグメントを示す図である。
アンテナ素子に対してマトリクス駆動回路を配置する一実施形態を示す図である。
TFTパッケージの一実施形態を示す図である。
奇数個のセグメントを含むアンテナ開口面の一例を示す図である。
奇数個のセグメントを含むアンテナ開口面の一例を示す図である。

実施例

0013

平面アンテナ(flat panel antennas)の実施形態を開示する。平面アンテナは、アンテナ開口面上に1又は2以上のアンテナ素子アレイを含む。1つの実施形態では、アンテナ素子が液晶セルを含む。1つの実施形態では、平面アンテナが、行列状に配置されていない各アンテナ素子を一意的にアドレス指定して駆動するマトリクス駆動回路を含む円筒状給電アンテナである。1つの実施形態では、素子が環状に配置される。

0014

1つの実施形態では、1又は2以上のアンテナ素子アレイを有するアンテナ開口面が、共に結合された複数のセグメントで構成される。セグメントの組み合わせは、結合すると、閉じた同心リング状のアンテナ素子を形成する。1つの実施形態では、これらの同心リングが、アンテナ給電部(antenna feed)に関して同心状である。

0015

以下の説明では、本発明をさらに徹底的に説明できるように数多くの詳細を示す。しかしながら、当業者には、これらの具体的な詳細を伴わずに本発明を実施できることが明らかであろう。その他の例では、本発明を曖昧にしないように、周知の構造及び装置については詳細ではなくブロック図の形で示す。

0016

以下の詳細な説明の一部については、コンピュータメモリ内のデータビットにおける演算アルゴリズム及び記号表現の観点から示す。これらのアルゴリズムによる記述及び表現は、データ処理における当業者が自らの研究内容を他の当業者に最も効果的に伝えるために使用する方法である。ここで言うアルゴリズムとは、一般に望ましい結果をもたらす首尾一貫した一連のステップであると考えられる。これらのステップは、物理量の物理的操作を必要とするものである。これらの量は、必ずというわけではないが、通常は、記憶、転送、合成、比較及び他の形の操作が可能な電気又は磁気信号の形をとる。主に共通使用という理由で、時にはこれらの信号を、ビット、値、要素、記号文字、用語、番号などと呼ぶことが便利であることが分かっている。

0017

しかしながら、これらの及び同様の用語は、全て適当な物理量に関連付けられるべきものであり、またこれらの量に与えられた便利な表記に過ぎないことに留意されたい。以下の説明から明らかなように、特に別途述べていない限り、説明全体を通じて「処理する(processing)」、「算出する(computing)」、「計算する(calculating)」、「決定する(determining)」又は「表示する(displaying)」などの用語を利用した説明は、コンピュータシステムレジスタ及びメモリ内の物理(例えば、電子)量として表されるデータを操作し、コンピュータシステムのメモリ、レジスタ、又はその他のこのような情報記憶装置、送信又は表示装置内の物理量として同様に表される他のデータに変形させるコンピュータシステム又は同様の電子コンピュータ装置の動作及び処理を意味すると理解されたい。

0018

アンテナシステム例の概要
1つの実施形態では、平面アンテナが、メタマテリアルアンテナシステムの一部である。通信衛星地球局のためのメタマテリアルアンテナシステムの実施形態について説明する。1つの実施形態では、アンテナシステムが、民間商業衛星通信用Ka帯周波数又はKu帯周波数のいずれかを使用して動作する(例えば、航空、海上、上などの)モバイルプラットフォーム上で動作する衛星地球局ES)のコンポーネント又はサブシステムである。なお、アンテナシステムの実施形態は、モバイルプラットフォーム上以外の地球局(例えば、固定地球局又は可搬地球局)で使用することもできる。

0019

1つの実施形態では、アンテナシステムが、表面散乱メタマテリアル技術を使用して、別個のアンテナを通じて送受信ビームの形成及び誘導を行う。1つの実施形態では、アンテナシステムが、デジタル信号処理を使用してビームの形成及び誘導を電気的に行う(位相配列アンテナなどの)アンテナシステムとは対照的にアナログシステムである。

0020

1つの実施形態では、アンテナシステムが、(1)円筒波給電アーキテクチャで構成された導波構造、(2)アンテナ素子の一部である波動散乱メタマテリアル単位セルのアレイ、及び(3)ホログラフィ原理を用いてメタマテリアル散乱素子から調整可能な放射場(ビーム)を形成するように命令する制御構造、という3つの機能サブシステムで構成される。

0021

導波構造の例
図1は、円筒波給電を行うために使用する同軸給電部の一実施形態の上面図である。図1Aを参照すると、同軸給電部は、中心導体外側導体とを含む。1つの実施形態では、円筒波給電アーキテクチャが、給電点から円筒状に外向きに広がる励振中心点からアンテナにもたらす。すなわち、円筒状給電アンテナは、外向きに進む同心状の給電波を形成する。とは言え、円筒状給電部の周囲の円筒状給電アンテナの形状は、円形正方形又はいずれかの形状とすることができる。別の実施形態では、円筒状給電アンテナが、内向きに進む給電波を形成する。このような場合には、円形構造から生じる給電波が最も自然である。

0022

図1Bには、円筒状給電アンテナの入力給電部の周囲に同心リング状に配置された1又は2以上のアンテナ素子アレイを有する開口面を示す。

0023

アンテナ素子
1つの実施形態では、アンテナ素子が、一群パッチ及びスロットアンテナ(単位セル)を含む。この一群の単位セルは、散乱メタマテリアル素子のアレイを含む。1つの実施形態では、アンテナシステム内の各散乱素子が、下側導体と、誘電体基板と、相補的電気誘導容量性共振器(「相補型電気LC」又は「CELC」)がエッチング又は堆積された上側導体とで構成された単位セルの一部である。

0024

1つの実施形態では、散乱素子の周囲の間隙液晶(LC)が配置される。液晶は各単位セル封入され、スロットに関連する下側導体を、パッチに関連する上側導体から分離する。液晶は、液晶を構成する分子配向関数である誘電率を有し、分子の配向(したがって、誘電率)は、液晶のバイアス電圧を調整することによって制御することができる。1つの実施形態では、液晶が、この特性を用いて、誘導波からCELCへのエネルギー伝達のために、オンオフスイッチと、オン・オフ間中間状態とを統合する。スイッチをオンにすると、CELCは、電気的に小さなダイポールアンテナのような電磁波を放射する。なお、本明細書の教示は、エネルギー伝達に関して2値的に動作する液晶を有することに限定されるものではない。

0025

1つの実施形態では、このアンテナシステムの給電形状が、波動給電部の波動のベクトルに対してアンテナ素子を45度(45°)の角度で位置付けることを可能にする。なお、他の位置(例えば、40°の角度)を使用することもできる。この素子の位置は、素子が受け取る、又は素子から伝送/放射される自由空間波の制御を可能にする。1つの実施形態では、アンテナ素子が、アンテナの動作周波数の自由空間波長未満の素子間間隔で配置される。例えば、波長毎に4つの散乱素子が存在する場合、30GHzの送信アンテナの素子は、約2.5mm(すなわち、30GHzの自由空間波長10mmの4分の1)である。

0026

1つの実施形態では、2組の素子が互いに垂直であり、同じ同調状態に制御された場合に等しい振幅で同時に励起する。これらの素子を給電波の励起に対して+/−45度回転させると、両方の所望の特徴が同時に達成される。一方の組を0度回転させ、他方を90度回転させると、垂直目的は達成されるが、等振幅励起の目的は達成されない。なお、上述したように単一構造のアンテナ素子アレイに2つの側から給電する際には、0度と90度とを用いて分離を達成することができる。

0027

各単位セルから放射される出力の量は、コントローラを用いてパッチに電圧(LCチャネル電位)を付与することによって制御される。各パッチへのトレースを用いて、パッチアンテナに電圧を供給する。この電圧を使用して、静電容量、したがって個々の素子の共振周波数同調又は離調させてビーム形成を達成する。必要な電圧は、使用する液晶混合物に依存する。液晶混合物の電圧同調特性は、液晶が電圧の影響を受け始める閾値電圧と、それ以上に電圧を高めても液晶の大きな同調が生じなくなる飽和電圧とによって主に表される。これらの2つの特性パラメータは、異なる液晶混合物では変化することができる。

0028

1つの実施形態では、セル毎に別個の接続を有することなく各セルを他の全てのセルとは別に駆動(直接駆動)するために、マトリクス駆動を用いてパッチに電圧を付与する。素子の密度が高いので、マトリクス駆動は、各セルを個別にアドレス指定する最も効率的な方法である。

0029

1つの実施形態では、アンテナシステムの制御構造が2つの主要コンポーネントを有し、アンテナシステムのための駆動電子機器を含むコントローラは、波動散乱構造の下方に存在するのに対し、マトリクス駆動スイッチアレイは、放射を妨害しないように放射RFアレイ全体にわたって点在する。1つの実施形態では、アンテナシステムのための駆動電子機器が、散乱素子へのACバイアス信号の振幅を調整することによって各散乱素子についてバイアス電圧を調整する、市販のテレビ機器において使用される民生品のLCD制御部を含む。

0030

1つの実施形態では、コントローラが、ソフトウェアを実行するマイクロプロセッサも含む。制御構造は、プロセッサに位置及び方位情報を提供するセンサ(例えば、GPS受信機、3軸コンパス、3軸加速度計、3軸ジャイロ、3軸磁力計など)を含むこともできる。位置及び方位情報は、地球局内の他のシステムによってプロセッサに提供することもでき、及び/又はアンテナシステムの一部としないこともできる。

0031

具体的には、コントローラは、動作周波数においてどの素子をオフにし、どの素子をどの位相レベル及び振幅レベルでオンにするかを制御する。これらの素子は、電圧付与によって周波数動作のために選択的に離調される。

0032

送信については、コントローラが、RFパッチに一連の電圧信号を供給して変調パターン又は制御パターンを形成する。制御パターンは、素子を異なる状態に変化させる。1つの実施形態では、様々な素子を異なるレベルにオン及びオフする多状態制御を使用して、矩形波(すなわち、正弦波グレイシェード変調パターン)とは対照的に正弦波制御パターンにさらに近付ける。1つの実施形態では、素子の中に放射するものと放射しないものとが存在するのではなく、一部の素子が他の素子よりも強く放射する。特定の電圧レベルを付与して液晶の誘電率を様々な量に調整し、これによって素子を可変的に離調させて一部の素子に他の素子よりも多く放射させることにより、可変的放射が達成される。

0033

メタマテリアル素子アレイによる集束ビームの生成は、建設干渉及び相殺的干渉現象によって説明することができる。個々の電磁波は、自由空間内で交わった時に同相を有している場合にはまとまり(建設的干渉)、自由空間内で交わった時に逆位相である場合には打ち消し合う(相殺的干渉)。スロットアンテナ内のスロットが、各連続するスロットが誘導波の励起点から異なる距離に位置するように配置されている場合、その素子からの散乱波は、前のスロットの散乱波とは異なる位相を有するようになる。これらのスロットが、誘導波長の4分の1だけ離れて配置されている場合、各スロットは、前のスロットからの4分の1の位相遅延で波動を散乱させるようになる。

0034

このアレイを使用すれば、生成できる建設的干渉及び相殺的干渉のパターン数を増やすことができるので、理論的にはホログラフィの原理を用いてアンテナアレイのボアサイトから±90度(90°)のあらゆる方向にビームを向けることができるようになる。このように、どのメタマテリアル単位セルをオン又はオフにするかを制御することによって(すなわち、どのセルをオンにしてどのセルをオフにするかのパターンを変化させることによって)異なる建設的干渉及び相殺的干渉のパターンを生じることができ、したがってアンテナがメインビームの方向を変化させることができる。単位セルをオン及びオフにするのに必要な時間は、ビームを1つの位置から別の位置に切り換えることができる速度に影響する。

0035

1つの実施形態では、アンテナシステムが、アップリンクアンテナのための1つの誘導可能なビームと、ダウンリンクアンテナのための1つの誘導可能なビームとを生成する。1つの実施形態では、アンテナシステムが、メタマテリアル技術を用いてビームを受信し、衛星からの信号を復号し、送信ビームを形成して衛星に向ける。1つの実施形態では、アンテナシステムが、デジタル信号処理を使用してビームの形成及び誘導を電気的に行う(位相配列アンテナなどの)アンテナシステムとは対照的にアナログシステムである。1つの実施形態では、アンテナシステムが、特に従来のディッシュ衛星受信機と比べた時に平面的で比較的低プロファイルな「表面」アンテナと見なされる。

0036

図2は、接地板と再構成可能な共振器層とを含む1列のアンテナ素子の斜視図である。再構成可能な共振器層230は、同調型スロット(tunable slots)210の配列を含む。同調型スロット210の配列は、アンテナを所望の方向に向けるように構成することができる。各同調型スロットは、液晶の電圧を変化させることによって同調/調整することができる。

0037

図2では、再構成可能な共振器層230に制御モジュール280が結合して、液晶の電圧を変化させることによって同調型スロット210の配列を変調する。制御モジュール280は、フィールドプログラマブルゲートアレイ(「FPGA」)、マイクロプロセッサ、コントローラ、システムオンチップ(SoC)、又はその他の処理ロジックを含むことができる。1つの実施形態では、制御モジュール280が、同調型スロット210の配列を駆動する論理回路(例えば、マルチプレクサ)を含む。1つの実施形態では、制御モジュール280が、同調型スロット210の配列上に駆動されるホログラフィック回折パターン仕様を含むデータを受け取る。ホログラフィック回折パターンは、アンテナと衛星との間の空間関係応答して、ダウンリンクビーム(アンテナシステムが送信を行う場合にはアップリンクビーム)を通信に適した方向に誘導するように生成することができる。各図には示していないが、本開示の図に示す同調型スロットの各配列は、制御モジュール280と同様の制御モジュールによって駆動することができる。

0038

類似する技術を用いて、RF参照ビームがRFホログラフィック回折パターンに遭遇した時に所望のRFビームを生成できる無線周波数(「RF」)ホログラフィも可能である。衛星通信の場合、参照ビームは、(実施形態によっては約20GHzの)給電波205などの給電波の形を取る。(送信又は受信のいずれかを目的として)給電波を放射ビームに変換するために、所望のRFビーム(物体ビーム)と給電波(参照ビーム)との間の干渉パターンを計算する。この干渉パターンは、給電波が(所望の形状及び方向を有する)所望のRFビーム内に「誘導される」ように、同調型スロット210の配列上に回折パターンとして駆動される。換言すれば、ホログラフィック回折パターンに遭遇した給電波は、通信システムの設計要件に従って形成される物体ビームを「再構成」する。ホログラフィック回折パターンは各素子の励起を含み、導波路内波動方程式であるwinと、外向き波の波動方程式であるwoutとを用いたwhologram=win*woutによって計算される。

0039

図3に、同調型共振器/スロット210の一実施形態を示す。同調型スロット210は、アイリス/スロット212と、放射パッチ211と、アイリス212とパッチ211との間に配置された液晶213とを含む。1つの実施形態では、放射パッチ211がアイリス212と同じ場所に配置される。

0040

図4は、本開示の実施形態による物理的アンテナ開口面の断面図である。このアンテナ開口面は、接地板245と、再構成可能な共振器層230に含まれるアイリス層233内の金属層236とを含む。1つの実施形態では、図4のアンテナ開口面が、図3の同調型共振器/スロット210を複数個含む。アイリス/スロット212は、金属層236の開口部によって定められる。図2の給電波205などの給電波は、衛星通信チャネルに適合するマイクロ波周波数を有することができる。給電波は、接地板245と共振器層230との間を伝搬する。

0041

再構成可能な共振器層230は、ガスケット層232及びパッチ層231も含む。ガスケット層232は、パッチ層231とアイリス層233との間に配置される。なお、1つの実施形態では、ガスケット層232をスペーサに置き換えることもできる。1つの実施形態では、アイリス層233が、金属層236としての銅層を含むプリント基板(「PCB」)である。1つの実施形態では、アイリス層233がガラスである。アイリス層233は、他のタイプの基板とすることもできる。

0042

銅層に開口部をエッチングして、スロット212を形成することができる。1つの実施形態では、アイリス層233が、導電性接合層によって図4の別の構造(例えば、導波路)に導電的に結合される。なお、1つの実施形態では、アイリス層が導電性接合層によって導電的に結合されず、代わりに非導電性結合層相互連結する。

0043

パッチ層231も、放射パッチ211としての金属を含むPCBとすることができる。1つの実施形態では、ガスケット層232が、金属層236とパッチ211との間の寸法を定める機械絶縁部をもたらすスペーサ239を含む。1つの実施形態では、スペーサが75ミクロンであるが、他のサイズ(例えば、3〜200mm)を使用することもできる。上述したように、1つの実施形態では、図4のアンテナ開口面が、図3のパッチ211、液晶213及びアイリス212を含む同調型共振器/スロット210などの同調型共振器/スロットを複数個含む。スペーサ239、アイリス層233及び金属層236は、液晶213のためのチャンバを定める。チャンバが液晶で満たされると、スペーサ239上にパッチ層231を積層して、共振器層230内に液晶を密封することができる。

0044

パッチとスロット(例えば、同調型共振器/スロット210)との間の間隙内の液晶を同調させるために、パッチ層231とアイリス層233との間の電圧を変調させることができる。液晶213の電圧を調整すると、スロット(例えば、同調型共振器/スロット210)の静電容量が変化する。したがって、静電容量を変化させることによってスロット(例えば、同調型共振器/スロット210)のリアクタンスを変化させることができる。スロット210の共振周波数をf、スロット210のインダクタンス及び静電容量をそれぞれL及びCとする以下の式:

に従って、スロット210の共振周波数も変化する。スロット210の共振周波数は、導波路を伝搬する給電波205から放射されるエネルギーに影響を及ぼす。一例として、給電波205が20GHzである場合には、(静電容量を変化させることによって)スロット210の共振周波数を17GHzに調整して、スロット210が給電波205からのエネルギーを実質的に結合しないようにすることができる。或いは、スロット210の共振周波数を20GHzに調整して、スロット210が給電波205からのエネルギーを結合し、このエネルギーを自由空間に放射するようにすることもできる。示した例は2値的(完全な放射又は無放射)であるが、多値範囲にわたる電圧変化を使用すれば、リアクタンス、したがってスロット210の共振周波数の完全なグレイスケール制御も可能である。したがって、各スロット210から放射されるエネルギーを細かく制御することにより、同調型スロットの配列によってきめ細かなホログラフィック回折パターンを形成することができる。

0045

1つの実施形態では、行内の同調型スロットが、互いにλ/5だけ離間する。他の間隔を使用することもできる。1つの実施形態では、行内の各同調型スロットが、隣接する行内の最も近い同調型スロットからλ/2だけ離間し、したがって異なる行内の共通して配向された同調型スロットはλ/4だけ離間するが、他の間隔も可能である(例えば、λ/5、λ/6.3)。別の実施形態では、行内の各同調型スロットが、隣接する行内の最も近い同調型スロットからλ/3だけ離間する。

0046

本発明の実施形態は、市場多重開口面ニーズに対し、2014年11月21日に出願された「誘導可能な円筒状給電ホログラフィックアンテナからの偏波及び結合の動的制御(Dynamic Polarization and Coupling Control from a Steerable Cylindrically Fed Holographic Antenna)」という名称の米国特許出願第14/550,178号、及び2015年1月30日に出願された「再構成可能アンテナのためのリッジ型導波路給電構造(Ridged Waveguide Feed Structures for Reconfigurable Antenna)」という名称の米国特許出願第14/610,502号に記載されているような再構成可能なメタマテリアル技術を使用する。

0047

図5A図5Dに、スロットアレイを形成する異なる層の一実施形態を示す。なお、この例では、アンテナアレイが、2つの異なるタイプの周波数帯域に使用される2つの異なるタイプのアンテナ素子を有する。図5Aには、スロットに対応する位置を有する第1のアイリス基板層の一部を示す。図5Aを参照すると、円はアイリス基板の底部側におけるメタライゼーション内の空き領域/スロットであり、給電部(給電波)に対する素子の結合を制御するためのものである。なお、この層は任意の層であり、全ての設計で使用されるわけではない。図5Bには、スロットを含む第2のアイリス基板層の一部を示す。図5Cには、第2のアイリス基板層の一部を覆うパッチを示す。図5Dは、スロットアレイの一部の上面図である。

0048

図6には、円筒状給電部が外向き波を生じるアンテナシステムの別の実施形態を示す。図6を参照すると、接地板602がRFアレイ616と実質的に平行であり、これらの間に誘電体層612(例えば、プラスチック層など)が存在する。RF吸収体619(例えば、抵抗器)は、接地板602とRFアレイ616とを結合する。1つの実施形態では、誘電体層612が、2〜4の誘電率を有する。1つの実施形態では、RFアレイ616が、図2図4に関連して説明したアンテナ素子を含む。アンテナには、(例えば、50Ωの)同軸ピン601が給電を行う。

0049

動作時には、同軸ピン601を介して供給された給電波が同心円状に外向きに進み、RFアレイ616の素子と相互作用する。

0050

1つの実施形態では、給電波が縁部から供給されてRFアレイ616の素子と相互作用する。このようなエッジ供給型アンテナ開口面の例は、2014年11月21日に出願された「誘導可能な円筒状給電ホログラフィックアンテナからの偏波及び結合の動的制御」という名称の米国特許出願第14/550,178号に記載されている。

0051

図6のアンテナにおける円筒状給電部は、アンテナの走査角が他の先行技術のアンテナよりも改善されている。このアンテナシステムは、1つの実施形態において、±45度の方位角(±45°Az)及び±25度の仰角(±25°El)の走査角の代わりに、ボアサイトから全方向に75度(75°)の走査角を有する。全体的なアンテナ利得は、多くの個々の放射体で構成されたビーム形成アンテナと同様に、それ自体が角度依存性である構成素子の利得に依存する。一般的な放射素子を使用すると、通常、全体的なアンテナ利得は、ビームがボアサイトから離れて向けられるにつれて減少する。ボアサイトから75度離れると、約6dBという大幅な利得低下予想される。

0052

セル配置
1つの実施形態では、アンテナ素子が、系統的なマトリクス駆動回路を可能にするように円筒状給電アンテナの開口面上に配置される。セルの配置は、マトリクス駆動のためのトランジスタの配置を含む。図17に、アンテナ素子に対するマトリクス駆動回路の配置の一実施形態を示す。図17を参照すると、行コントローラ1701が、行選択信号Row1(行1)及びRow2(行2)を介してトランジスタ1711及び1712にそれぞれ結合され、列コントローラ1702が、列選択信号Column1(列1)を介してトランジスタ1711及び1712に結合されている。トランジスタ1711は、パッチへの接続1731を介してアンテナ素子1721にも結合され、トランジスタ1712は、パッチへの接続1732を介してアンテナ素子1722に結合される。単位セルが非正規グリッド内に配置された円筒状給電アンテナ上にマトリクス駆動回路を実現する最初の取り組みでは、2つのステップを実行する。第1のステップでは、セルを同心リング上に配置し、セルの傍らに配置されて各セルを別個に駆動するスイッチとして機能するトランジスタに各セルを接続する。第2のステップでは、マトリクス駆動法が必要とする一意のアドレスに全てのトランジスタを関連付けるために、マトリクス駆動回路を構築する。マトリクス駆動回路は(LCDと同様の)行列のトレースによって構築されるが、セルはリング上に配置されるので、各トランジスタに一意のアドレスを割り当てる系統的方法は存在しない。このマッピングの問題により、全てのトランジスタをカバーする回路が非常に複雑になり、経路設定を行う物理的トレース数が大幅に増加する。セルが高密度であるため、これらのトレースは、カップリング効果によってアンテナのRF性能を妨げる。また、トレースが複雑であって実装密度が高いので、市販のレイアウトツールによってトレースの経路設定を行うことはできない。

0053

1つの実施形態では、セル及びトランジスタの配置前にマトリクス駆動回路を予め定める。これにより、それぞれが一意のアドレスを有する全てのセルを駆動するのに必要な最低限のトレースが確実になる。この方法により、駆動回路の複雑性が軽減されて経路設定が単純化され、その後にアンテナのRF性能が改善される。

0054

具体的に言えば、1つの方法では、第1のステップにおいて、各セルの一意のアドレスを表す行及び列で構成された正方形グリッド上にセルを配置する。第2のステップにおいて、セルのアドレスと、第1のステップで定められた行及び列への関連付けとを維持しながら、セルをグループ化して同心円に変換する。この変換の目的は、セルをリング上に配置するだけでなく、開口面全体にわたってセル間の距離及びリング間の距離を一定に保つことである。この目的を達成するために、セルをグループ化する方法は複数存在する。

0055

図7に、セルをグループ化して同心正方形(矩形)を形成する例を示す。図7を参照すると、行及び列のグリッド700上に正方形701〜703が示されている。なお、これらは図7の右側のセル配置を形成する正方形の例であり、全ての正方形ではない。次に、正方形701〜703などの各正方形を、数学等角写像処理によってアンテナ素子のリング711〜713などのリングに変換する。例えば、外側リング711は、左側の外側正方形701の変換である。

0056

変換後のセルの密度は、以前の正方形に加えて次に大きな正方形が含むセルの数によって決まる。1つの実施形態では、正方形を使用すると、追加のアンテナ要素の数ΔNが、次に大きな正方形上の8個の追加セルになる。1つの実施形態では、この数が開口面全体について一定である。1つの実施形態では、セルピッチ1(CP1:リング間距離)とセルピッチ2(CP2:リングに沿ったセル間距離)との比率が以下のようになる。

したがって、CP2はCP1の関数である(逆もまた同様)。この場合、図7の例のセルピッチの比率は、

となり、これはCP2よりもCP1の方が大きいことを意味する。

0057

1つの実施形態では、変換を実行するために、正方形701上の開始点721などの各正方形上の開始点を選択し、この開始点に関連するアンテナ素子を、リング711上の開始点731などの対応するリングの1つの位置に配置する。例えば、x軸又はy軸を開始点として使用することができる。その後、開始点から一方向(時計回り又は反時計回り)に進んだ正方形上の次の素子を選択し、この素子を、正方形において使用した方向と同じ方向(時計回り又は反時計回り)に進んだリング上の次の位置に配置する。この処理を、全てのアンテナ素子の位置がリング上の位置に割り当てられるまで繰り返す。この完全な正方形からリングへの変換処理を全ての正方形について繰り返す。

0058

しかしながら、解析的研究及び経路設定の制約によれば、CP1よりも大きなCP2を適用することが好ましい。これを達成するために、図8に示す第2の方法を使用する。図8を参照すると、最初にセルが、グリッド800に対して八角形801〜803などの八角形にグループ化されている。セルを八角形にグループ化することにより、追加のアンテナ素子の数ΔNが4に等しくなって以下の比率をもたらし、

この結果、CP2>CP1になる。

0059

図8によるセル配置の八角形から同心リングへの変換は、図7に関して上述した方法と同様に最初に開始点を選択することによって実行することができる。

0060

なお、図7及び図8に関して開示したセル配置には、いくつかの特徴がある。これらの特徴は、以下を含む。
1)開口面全体にわたってCP1/CP2が一定である(なお、1つの実施形態では、開口面にわたって実質的に一定(例えば、90%一定)のアンテナが依然として機能する)こと。
2)CP2がCP1の関数であること。
3)中心に配置されたアンテナ給電部からのリング距離が増すにつれて、リング当たりのアンテナ素子の数が持続的に増加すること。
4)全てのセルがマトリクスの行及び列に接続されること。
5)全てのセルが一意のアドレスを有すること。
6)セルが同心リング上に配置されること。及び、
7)4つの四分円が同一であって、1/4の楔形を回転させてアレイを構築できるという点で回転対称性が存在すること。このことはセグメント化に有用である。

0061

なお、2つの形状を示しているが、他の形状を使用することもできる。他の増分(例えば、6個の増分)も可能である。

0062

図9に、アイリス及びマトリクス駆動回路を含む小開口面の例を示す。行トレース901及び列トレース902は、それぞれ行接続及び列接続を表す。これらの線は、マトリクス駆動ネットワークを表すものであり、(物理的なトレースは、アンテナ素子又はその一部の周囲に経路設定される必要があり得るので)物理的なトレースではない。各アイリスの対に隣接する正方形は、トランジスタである。

0063

図9には、各要素がPCBアレイ内の2つのセルを駆動するデュアルトランジスタを使用するセル配置技術の可能性も示す。この場合、1つの個別素子パッケージが2つのトランジスタを含み、各トランジスタが1つのセルを駆動する。

0064

1つの実施形態では、TFTパッケージを用いて、マトリクス駆動における配置及び一意のアドレス指定を可能にする。図18に、TFTパッケージの一実施形態を示す。図18を参照すると、TFT及び保持キャパシタ1803が、入力ポート及び出力ポートと共に示されている。行列を使用してTFTを接続するために、トレース1801に接続された2つの入力ポートと、トレース1802に接続された2つの出力ポートとが存在する。1つの実施形態では、行のトレースと列のトレースとが90°の角度で交差して、行のトレースと列のトレースとの間の結合を抑え、潜在的に最小化する。1つの実施形態では、行のトレース及び列のトレースが異なる層上に存在する。

0065

図7図9に示す提案するセル配置の別の重要な特徴は、レイアウト繰り返しパターンであり、その各4分の1が他の4分の1と同一という点である。これにより、アレイの小区分中央アンテナ給電部の位置の周囲で回転的に繰り返すことが可能になり、さらには開口面を小開口面にセグメント化できるようになる。このことは、アンテナ開口面の製造に役立つ。

0066

別の実施形態では、円筒状給電アンテナ上のマトリクス駆動回路及びセルの配置を異なる形で達成する。円筒状給電アンテナ上にマトリクス駆動回路を実現するために、アレイの小区分を回転的に繰り返すことによってレイアウトを実現する。この実施形態では、照明テーパ化(illumination tapering)に使用できるセル密度を変化させてRF性能を改善することもできる。

0067

この代替方法では、円筒状給電アンテナ開口面上のセル及びトランジスタの配置が、螺旋状のトレースによって形成された格子に基づく。図10に、このような格子の時計回り方向に曲がる螺旋1001〜1003などの時計回り螺旋、及び反時計回り方向又は逆方向に曲がる螺旋1011〜1013などの螺旋の例を示す。異なる螺旋の向きは、時計回り螺旋と反時計回り螺旋との間に交点をもたらす。結果として得られる格子は、反時計回りトレースと時計回りトレースとの交点によって与えられる一意のアドレスを提供し、したがってマトリクス駆動格子として使用することができる。さらに、交点を同心リング上でグループ分けすることもでき、このことは円筒状給電アンテナのRF性能にとって不可欠である。

0068

上述した円筒状給電アンテナ開口面上のセル配置方法とは異なり、図10に関連して上述した方法では、セルが不均一に分布する。図10に示すように、同心リングの半径が増加するとともにセル間の距離も増加する。1つの実施形態では、この変化する密度を、アンテナアレイのためのコントローラの制御下で照明のテーパ化を組み込む方法として使用する。

0069

セルのサイズと、トレースのためにセル間に必要とされる間隔とに起因して、セル密度は一定数を超えることができない。1つの実施形態では、この距離が、動作周波数に基づいてλ/5である。上述したように、他の距離を使用することもできる。中心近くの過密を避けるために、換言すれば縁部近くの過疎を避けるために、連続する同心リングの半径が増すにつれて初期の螺旋にさらなる螺旋を追加することもできる。図11に、さらなる螺旋を用いて密度を均一化したセル配置の例を示す。図11を参照すると、連続する同心リングの半径が増すにつれて、螺旋1102などの初期の螺旋にさらなる螺旋1101などのさらなる螺旋が追加されている。解析的シミュレーションによれば、この方法は、完全に一様なセルの分布という性能に収束するRF性能を提供する。なお、この設計は、素子の密度が次第に小さくなることにより、上述したいくつかの実施形態よりも良好なサイドローブ挙動をもたらす。

0070

セル配置に螺旋を使用する別の利点は、回転対称性及び繰り返しパターンによって経路設定努力が単純化され、製造コストを削減できる点である。図12には、開口面全体を満たすように繰り返される選択的螺旋パターンを示す。

0071

なお、図10図12に関して開示したセル配置には、いくつかの特徴がある。これらの特徴は、以下を含む。
1)開口面全体にわたってCP1/CP2が必ずしも一定ではないこと。
2)CP2がCP1の関数であること。
3)中心に配置されたアンテナ給電部からのリング距離が増すにつれて、リング当たりのアンテナ素子の数が増加しないこと。
4)全てのセルがマトリクスの行及び列に接続されること。
5)全てのセルが一意のアドレスを有すること。
6)セルが同心リング上に配置されること。及び、
7)(上述したように)回転対称性が存在すること。
したがって、図10図12に関連して上述したセル配置の実施形態は、図7図9に関連して上述したセル配置の実施形態と同様の多くの特徴を有する。

0072

開口面のセグメント化
1つの実施形態では、アンテナ開口面が、複数のアンテナ素子セグメントを組み合わせることによって形成される。これには、アンテナ要素の配列をセグメント化する必要があり、セグメント化には、理想的には繰り返し可能なアンテナのフットプリントパターンが必要である。1つの実施形態では、円筒状給電アンテナアレイのセグメント化が、各放射素子の異なる回転角に起因してアンテナのフットプリント真っ直ぐな列状の繰り返しパターンをもたらさないように行われる。本明細書で開示するセグメント化方法の1つの目的は、アンテナの放射性能を損なわずにセグメント化を実現することである。

0073

本明細書で説明するセグメント化方法は、矩形の業界標準基板の表面利用を改善して潜在的に最大化することに焦点を当てているが、このような基板形状に限定されるものではない。

0074

1つの実施形態では、円筒状給電アンテナのセグメント化が、同心状の閉じたリング上にアンテナ素子が配置されるパターンを4つのセグメントの組み合わせによって実現するように行われる。この態様は、RF性能を維持するために重要である。さらに、1つの実施形態では、各セグメントが別個のマトリクス駆動回路を必要とする。

0075

図13に、円筒状給電開口面を四分円にセグメント化したものを示す。図13を参照すると、セグメント1301〜1304は、組み合わさって丸いアンテナ開口面を構築する同一の四分円である。各セグメント1301〜1304上のアンテナ素子は、セグメント1301〜1304が組み合わさった時に同心状の閉じたリングを形成するリングの部分に配置される。セグメントを組み合わせるには、セグメントをキャリアに取り付け又は積層させる。別の実施形態では、セグメントの重なった縁部を用いてこれらを組み合わせる。この場合、1つの実施形態では、RFの漏れを防ぐために縁部にわたって導電性接合部を形成する。なお、素子のタイプはセグメント化の影響を受けない。

0076

この図13に示すセグメント化方法の結果、セグメント1301〜1304間の継ぎ目が中心で交わり、中心からアンテナ開口面の縁部に向かって半径方向に進む。この構成は、円筒状給電部の発生電流が半径方向に伝搬し、半径方向の継ぎ目が伝搬波に与える寄生的影響が小さいので有利である。

0077

図13に示すように、LCD業界で標準的な矩形基板を用いて開口面を実現することもできる。図14A及び図14Bに、マトリクス駆動格子を適用した図13の1つのセグメントを示す。マトリクス駆動格子は、各トランジスタに一意のアドレスを割り当てる。図14A及び図14Bを参照すると、列コネクタ1401及び行コネクタ1402が駆動格子線に結合されている。図14Bには、格子線に結合されたアイリスも示す。

0078

図13から明らかなように、非正方形の基板を使用した場合には、基板表面の広い領域を埋めることができない。非正方形基板上の利用可能な表面をより効率的に使用するために、別の実施形態では、セグメントが矩形基板上に存在するが、アンテナアレイのセグメント化部分についてさらに多くの基板スペースを利用する。このような実施形態の一例を図15に示す。図15を参照すると、アンテナアレイの一部が含まれる基板(例えば、ボード)を含むセグメント1501〜1504を組み合わせることによってアンテナ開口面が形成されている。各セグメントは円の4分の1を表していないが、4つのセグメント1501〜1504を組み合わせると、素子が配置されたリングが閉じる。すなわち、各セグメント1501〜1504上のアンテナ素子は、セグメント1501〜1504を組み合わせた時に同心状の閉じたリングを形成するリング部分に配置される。1つの実施形態では、非正方形基板の長辺が空き領域1505と呼ばれる矩形の侵入禁止領域を形成するように、基板をスライドタイルの形で組み合わせる。空き領域1505は、中心に配置されるアンテナ給電部が配置される場所であり、アンテナ内に含まれる。

0079

アンテナ給電部は底部から生じるので、空き領域が存在する場合にはセグメントの残り部分に結合され、この空き領域を金属片によって閉じて空き領域からの放射を防ぐことができる。終端ピンを使用することもできる。

0080

この方法で基板を使用すると、利用可能な表面積をさらに効率的に使用することができ、開口面の直径も増加する。

0081

この実施形態では、図13図14A及び図14Bに示す実施形態と同様に、マトリクス駆動格子を取得して各セルを一意のアドレスでカバーするセル配置方法を使用することができる。図16A及び図16Bに、マトリクス駆動格子を適用した図15の1つのセグメントを示す。マトリクス駆動格子は、各トランジスタに一意のアドレスを割り当てる。図16A及び図16Bを参照すると、列コネクタ1601及び行コネクタ1602が駆動格子線に結合されている。図16Bにはアイリスも示す。

0082

上述した両方法では、上述したように系統的な予め定められた格子内にマトリクス駆動回路を生成できる先程開示した方法に基づいてセルの配置を行うことができる。

0083

上記のアンテナアレイでは、4つのセグメントにセグメント化したが、これは必須ではない。アレイは、例えば3つのセグメント又は5つのセグメントなどの奇数個のセグメントに分割することもできる。図19A及び図19Bに、奇数個のセグメントを含むアンテナ開口面の一例を示す。図19Aを参照すると、組み合わされていない3つのセグメントであるセグメント1901〜1903が存在する。図19Bを参照すると、3つのセグメントであるセグメント1901〜1903が組み合わさってアンテナ開口面を形成している。これらの構成は、全てのセグメントの継ぎ目が開口面全体を真っ直ぐに通り抜けていないので有利ではない。しかしながら、これらはサイドローブを軽減する。

0084

1つの実施形態例では、平面アンテナが、円筒状給電波を入力するためのアンテナ給電部と、アンテナ給電部に結合された物理的なアンテナ開口面とを備え、アンテナ開口面は、組み合わせた時に複数の閉じた同心リング状のアンテナ素子を形成するアンテナ素子を有する複数のセグメントを含み、複数の同心リングは、アンテナ給電部に対して同心状である。

0085

別の実施形態例では、第1の実施形態例の主題が、セグメントの数が4であってこれらのセグメントが同一であることを任意に含むことができる。別の実施形態例では、この実施形態例の主題が、これらのセグメントが矩形基板を含むことを任意に含むことができる。

0086

別の実施形態例では、第1の実施形態例の主題が、セグメントの数が奇数であることを任意に含むことができる。

0087

別の実施形態例では、第1の実施形態例の主題が、複数のセグメントを組み合わせると、アンテナ給電部が位置する場所に空き領域が中心的に位置するようになることを任意に含むことができる。

0088

別の実施形態例では、第1の実施形態例の主題が、複数の同心リングのリングがリング間距離だけ分離され、複数の同心リングのリング沿いの素子間の第1の距離が複数の同心リングのリング間の第2の距離の関数であり、複数の同心リング状のアンテナ素子によって形成されるアンテナ素子のアレイが回転対称性を有することを任意に含むことができる。別の実施形態例では、この実施形態例の主題が、第1の距離に対する第2の距離の比率がアンテナ開口面にわたって一定であることを任意に含むことができる。

0089

別の実施形態例では、第1の実施形態例の主題が、複数の同心リング内の各リングが、円筒状給電部に近い隣接するリングを上回る数のさらなる素子を有し、さらなる素子の数が一定であることを任意に含むことができる。

0090

別の実施形態例では、第1の実施形態例の主題が、複数のリングのリングが同一数のアンテナ素子を有することを任意に含むことができる。

0091

別の実施形態例では、第1の実施形態例の主題が、マトリクス駆動回路を用いてアレイの各アンテナ素子を個別に制御するコントローラを任意に含むことができ、アンテナ素子の各々は、マトリクス駆動回路によって一意的にアドレス指定される。

0092

第2の実施形態例では、平面アンテナが、円筒状給電波を入力するためのアンテナ給電部と、アンテナ給電部に結合された物理的なアンテナ開口面とを備え、アンテナ開口面は、組み合わせた時に複数の閉じた同心リング状のアンテナ素子を含むアレイ形成するアンテナ素子を有する複数のセグメントを含み、複数の同心リングは、アンテナ給電部に対して同心状であり、複数のセグメントを組み合わせると、アンテナ給電部が位置する場所に空き領域が中心的に位置するようになり、平面アンテナは、マトリクス駆動回路を用いてアレイの各アンテナ素子を個別に制御するコントローラをさらに備え、アンテナ素子の各々は、マトリクス駆動回路によって一意的にアドレス指定される。

0093

別の実施形態例では、第2の実施形態例の主題が、セグメントの数が4であってこれらのセグメントが同一であることを任意に含むことができる。別の実施形態例では、この実施形態例の主題が、これらのセグメントが矩形基板を含むことを任意に含むことができる。

0094

別の実施形態例では、第2の実施形態例の主題が、セグメントの数が奇数であることを任意に含むことができる。

0095

別の実施形態例では、第2の実施形態例の主題が、複数の同心リングのリングがリング間距離だけ分離され、複数の同心リングのリング沿いの素子間の第1の距離が複数の同心リングのリング間の第2の距離の関数であり、複数の同心リング状のアンテナ素子によって形成されるアンテナ素子のアレイが回転対称性を有することを任意に含むことができる。別の実施形態例では、この実施形態例の主題が、第1の距離に対する第2の距離の比率がアンテナ開口面にわたって一定であることを任意に含むことができる。

0096

別の実施形態例では、第2の実施形態例の主題が、複数の同心リング内の各リングが、円筒状給電部に近い隣接するリングを上回る数のさらなる素子を有し、さらなる素子の数が一定であることを任意に含むことができる。

0097

別の実施形態例では、第2の実施形態例の主題が、複数のリングのリングが同一数のアンテナ素子を有することを任意に含むことができる。

0098

別の実施形態例では、第2の実施形態例の主題が、コントローラが制御パターンを適用して、ホログラフィックビーム形成を実行するためにどのアンテナ素子をオン及びオフにするかを制御することを任意に含むことができる。

0099

別の実施形態例では、第2の実施形態例の主題が、少なくとも1つのアンテナアレイの各々がアンテナ素子の同調型スロットアレイを含むことを任意に含むことができる。別の実施形態例では、第2の実施形態例の主題が、同調型スロットアレイが複数のスロットを含み、各スロットが所与の周波数の所望の散乱をもたらすように調整されることを任意に含むことができる。上記の説明を読めば、当業者には本発明の多くの変更及び修正が明らかになると思われるが、一例として図示し説明したあらゆる特定の実施形態は、決して限定的と見なされるように意図したものではないと理解されたい。したがって、様々な実施形態の詳細についての言及は、本発明にとって必須と見なす特徴のみを記載した特許請求の範囲を限定するように意図したものではない。

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