(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
テラヘルツ周波数の電磁ビームを、複数のアドレス可能な磁気素子を有するメタマテリアルを介して受信するステップであって、前記複数のアドレス可能な磁気素子のそれぞれの共振周波数が、プログラミングによる調節によってメタマテリアル・ホログラムを形成するように変更可能である、ステップと、
前記テラヘルツ周波数の電磁ビームを操作する前記メタマテリアル・ホログラムを形成するように、前記複数のアドレス可能な磁気素子のサブセットを選択的に活性化するステップとを含む、
テラヘルツ周波数の電磁ビームを処理する方法。
【請求項２】
前記調節が、前記テラヘルツ周波数の電磁ビームの経路における変化を生じる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記調節が、前記テラヘルツ周波数の電磁ビームの形状における変化を生じる、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記調節が、前記テラヘルツ周波数の電磁ビームの焦点における変化を生じる、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記調節が、前記テラヘルツ周波数の電磁ビームを遅延させる、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記調節が、前記テラヘルツ周波数の電磁ビームの位相における変化を生じる、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記調節が、前記テラヘルツ周波数の電磁ビームの周波数における変化を生じる、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記複数のアドレス可能な磁気素子が、三次元マトリックス内に構成される、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記三次元マトリックスが、前記複数のアドレス可能な磁気素子の、プログラム可能な二次元メタマテリアル層のスタックを備える、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記複数のアドレス可能な磁気素子が、複数のアドレス可能なスプリット・リング共振器を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記複数のアドレス可能なスプリット・リング共振器のそれぞれが、独立にアドレス可能である、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
アドレス可能なスプリット・リング共振器それぞれが、バラクタ・デバイスを備える、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
各バラクタ・デバイスが、プログラム可能に印加される電圧に比例するキャパシタンスを提示する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
各バラクタのプログラム可能に印加される電圧それぞれが、電界効果トランジスタまたは双極性のスイッチに接続されたキャパシタによって蓄積される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
各バラクタのバイアスが、ＤＣバイアスを絶縁するためのキャパシタに接続された２つの抵抗器を通して印加される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記テラヘルツ周波数の電磁ビームを処理するための前記方法が、基地局またはモバイル終点デバイスによって実行される、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記モバイル終点デバイスが、モバイル・フォンを備える、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記テラヘルツ周波数の電磁ビームを使用する通信リンクを確立するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記調節が、前記テラヘルツ周波数の電磁ビームの信号強度に基づく、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
テラヘルツ周波数の電磁ビームを操作するための装置であって、
複数のアドレス可能な磁気素子のプログラム可能な二次元メタマテリアル層のスタックを備える三次元マトリックスであって、前記複数のアドレス可能な磁気素子のそれぞれの共振周波数が、プログラミングによる調節によってメタマテリアル・ホログラムを形成するように変更可能である、三次元マトリックスと、
電源と、
前記テラヘルツ周波数の電磁ビームを操作する前記メタマテリアル・ホログラムを形成するように、前記複数のアドレス可能な磁気素子のサブセットを選択的に活性化させる、前記三次元マトリックスおよび前記電源に結合された制御器と
を備える装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本願は、米国特許法（３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．）第１１９条（ｅ）に基づき、２００９年１０月２２日出願の米国特許仮出願第６１／２５４，１０２号の優先権を主張するものであり、その開示は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本開示は、一般に、操作アンテナ（steered antenna）に関し、より詳細には、テラヘルツ周波数の電磁ビーム（terahertz frequency electromagnetic beam）を処理する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
モバイル個人デバイス（mobile personal device）、例えばセル・フォン、スマートフォンなどの増大する利用が、ネットワーク・トラフィック（network traffic）を劇的に増加させた。例えば、世界中で１０億もの人達が、インターネット・ユーザ（Internet user）であり、この人口の大部分が、モバイル・フォン（mobile phone）を介してウェブにアクセスしている。加えて、モバイル・フォン顧客の挙動が、近年変化した。モバイル個人デバイスを介して、豊富な媒体を持つ（media-rich）データおよびソーシャル・ネットワーキング・サイト（social networking site）にアクセスするユーザの数が、劇的に増加した。例えば、今日の平均的なスマートフォン所有者は、初期のスマートフォンユーザよりも何倍ものデータ量を処理する。その結果、増大し続けるトラフィックに適応するために、ネットワーク容量を継続的に発展させる必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、多くの場合、大きな成功と共に大きな課題が生じる。例えば、いくつかのセルラー・サービス・プロバイダ（cellular service provider）は、需要について行くのに必死であり、極めて高い使用量の期間の間、ネットワークの帯域幅（bandwidth）およびスペクトル（spectrum）を維持するために、データ使用量に制限を設けることが必要となる可能性がある。この産業的抵抗（industry pushback）は、明らかに、既存のセルラー方式（cellular system）の帯域幅および容量の限界の認識に対する反応である。しかし、データ使用量に制限を設けることは、需要を縮小させる非実用的なアプローチ（approach）であり、また、サービス・プロバイダの収入を減少させ、顧客の不満を引き起こす。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一実施形態では、本開示は、テラヘルツ周波数の電磁ビームを処理するための方法および装置を教示する。例えば、方法は、テラヘルツ周波数の電磁ビームを、複数のアドレス可能な磁気素子を有するメタマテリアル（metamaterial）を介して受信し、複数のアドレス可能な磁気素子のそれぞれの共振周波数は、調節によってプログラム可能に変更されてよく、かつテラヘルツ周波数の電磁ビームを操作するために、複数のアドレス可能な磁気素子のサブセット（subset）を選択的に活性化させる。
【０００６】
本開示の教示は、以下の詳細な説明を、添付の図面と併せて考察することによって容易に理解されうる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】スプリット・リング共振器（Split-Ring Resonator）（ＳＲＲ）を通過するＥ／Ｍ（電磁）波の指向性の一例を示す図である。
【図２】２Ｄ（二次元）メタマテリアル膜の層を示す図である。
【図３】２Ｄメタマテリアル膜のプログラム可能な層を示す図である。
【図４】ＳＲＲの３Ｄ（三次元）マトリックスを示す図である。
【図５】テラヘルツ周波数の電磁ビームの操舵を提供する、本開示の一実施形態を有する例示的ネットワークを示す図である。
【図６】テラヘルツ周波数の電磁ビームの操舵を提供するための方法を示す流れ図である。
【図７】本明細書で説明される機能を実行することに使用するのに適した汎用コンピュータを示すハイ・レベル・ブロック図（high-level block diagram）である。
【図８】スプリット・リング共振器の例示的な実施を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
理解を容易にするために、同一の参照番号は、可能であれば、図面に共通する同一の要素を明示するために使用される。
【０００９】
一実施形態では、本開示は、テラヘルツ周波数の電磁ビームを操蛇するための方法および装置を広範に教示する。例えば、本方法および本装置は、電磁ビームの動的制御によって恩恵を受ける、種々の無線アクセス・ネットワーク（wireless access network）に適用されてよい。無線アクセス・ネットワークは、無線サービス、例えば、ワイ・ファイ（Wi-Fi）（ワイヤレス・フィデリティ（Wireless Fidelity））、ワイマックス（WiMAX）（マイクロ波アクセスのための世界的な相互運用性（Worldwide Interoperability for Microwave Access））、２Ｇ、３Ｇ、もしくはＬＴＥ（ロング・ターム・エボリューション（Long Term Evolution））、または他の４Ｇ無線サービス、などをサポートすることができる。広い定義では、ワイ・ファイは、電気電子技術者学会（the Institute of Electrical & Electronics Engineers）（ＩＥＥＥ）８０２．１１規格に基づく、無線ローカル・エリア・ネットワーク（wireless local area network）（ＷＬＡＮ）技術である。ＷｉＭＡＸは、電気電子技術者学会（ＩＥＥＥ）８０２．１６規格に基づく、無線都市規模ネットワーク（wireless metropolitan area network）（ＭＡＮ）技術である。２Ｇは、第２世代のセルラー・ネットワーク技術であり、３Ｇは、第３世代のセルラー・ネットワーク技術であり、４Ｇは、第４世代のセルラー・ネットワーク技術である。グローバル・システム・フォー・モバイル（Global System for Mobile）（ＧＳＭ）通信は、２Ｇセルラー技術の一例であり、ユニバーサル・モバイル・テレコミュニケーションズ・システム（Universal Mobile Telecommunications System）（ＵＭＴＳ）は、３Ｇセルラー・ネットワーク技術の一例であり、ＬＴＥは、４Ｇセルラー・ネットワーク技術の一例である。本開示は、特定の種類の無線サービスに限定されないことに留意されたい。
【００１０】
携帯個人デバイスの増大する利用が、無線ネットワーク・トラフィックを劇的に増加させた。一実施形態では、本方法が、ナノセル（nanocell）と呼ばれるカバレッジ・エリア（coverage area）に対してテラヘルツ（ＴＨｚ）・スペクトルにおける周波数を使用する無線移送アーキテクチャ（wireless transport architecture）を使用して、無線ネットワークの容量を拡大することを可能にする。ナノセルは、近隣エリア・ネットワーク（Neighborhood Area Network）（ＮＡＮ）のための基板として働く、マイクロセル（microcell）の次世代段階（gradation）とみなされてよい。以下に詳細に論じられるように、ナノセルの使用は、他の無線アクセス技術、例えば、セルラー・ネットワーク、ワイ・ファイ・ネットワーク、などと併せて使用されてよい。
【００１１】
ＴＨｚ周波数を使用するための一検討事項（consideration）は、ＴＨｚアンテナの寸法に関する。ＴＨｚスペクトルで動作するデバイスは、当然のこととして、テラヘルツ周波数を使用する。周波数がＴＨｚ程度である波形の波長は、非常に小さい。波長が短くなるにつれて、アンテナの開口（antenna's aperture）（すなわち、アンテナが電磁波を収集し、発射する領域）は、相応に低減される。従来のマイクロ波セルラー方式無線（microwave cellular radio）は、数インチ（５〜１０ｃｍ）程度の長さのアンテナを有する。しかし、波長が短くなるにつれて、特に、ミリメートルおよびテラヘルツ付近のより高い周波数領域（frequency domain）において、アンテナは、文字通り顕微鏡的な比率に縮小する可能性がある。そのように小さいアンテナによって捕捉され、収集される無線エネルギーの割合は、極めて小さく、ナノ・セルラー・リンク（nano-cellular link）の到達範囲（reach）を劇的に縮小する。
【００１２】
リンク・バジェット（link budget）を克服するためのいくつかのアプローチは、より近いシャノン・アプローチ（Shannon approach）のための、より良い信号処理法および／または符号化変調（coded-modulation）法を使用すること、エネルギー／シンボルおよび「拡散（spreading）」を増加させながら、より少ない１秒当たりのビット数を送信すること、許容できるリンク・マージンが得られるまで送信電力を増加させること、およびより大きなコレクタを使用すること（すなわち、言い換えれば、アンテナの利得および開口を増加させること）によって送信された電力のより多くを収集すること、である。しかし、信号処理およびアドバンスト・コーディング（advanced coding）は、すでに、シャノンの数ｄＢの範囲に入っている。さらに、アプリケーションに対する構想は極限のスループット（throughput）であるので、送信速度を低下させることは、非生産的である。最後に、送信される電力を増加させることは、とりわけＴＨｚ周波数においては、デバイスの限界および蓄電池の制約によって、それ自体が、収穫逓減の法則（law of diminishing returns）である。
【００１３】
しかし、アンテナ利得は、（皿状コレクタ（dish collector）の場合は）収集開口の二乗で増大する。したがって、受信された信号を増大させるために効率的で低雑音の手段を提供するアンテナは、大きいことが必要である。不利なことに、アンテナ寸法対波長比（開口エンハンスメント（aperture enhancement））を増加させることは、同様に、伝送ビームの指向性を増加させ、受信可能範囲（areal coverage）を減少させる。受信機において、アンテナが「感知（see）」する、目的とする送信を受信するための視野はより小さくなり、そのことが、リンク調整を複雑にする可能性がある。例えば、全方向性アンテナ（omnidirectional antenna）は、波長の分数（fraction of a wavelength）に対して、それらの寸法を制限することによって、効率的に機能するように設計されてよい。例示として、全方向性の四分の一波長の３００ＧＨｚアンテナは、ほんの２５０ミクロン（１インチ（２５．４ｍｍ）の１／１００）の長さに測定される。しかし、これらのアンテナの高い指向性を有する性質は、送信機アンテナと受信機アンテナとの間のビーム調整を維持することにおける課題を引き起こす。携帯デバイスに対して、デバイスは、当然のこととして、それらの位置を変化させている。それゆえ、ビーム調整は、より一層困難となり、かつ必要となる。
【００１４】
一実施形態では、本方法は、ＴＨｚリンクの両端において能動的なビームの操舵および追跡のための方法を実施することによって、ビーム調整の複雑さを克服する。例えば、アンテナは、高いスループットとナノセルにおいて許容できる送信距離との両方をもたらすために、ＴＨｚリンクの両端において使用されてよい。
【００１５】
一実施形態では、本方法は、ＴＨｚ電磁波を操作または調整する（例えば、成形する、操蛇する、合焦する、など）ために、ＴＨｚリンクの両端においてメタマテリアルを実施することにより、ビーム調整の限界を克服する。すなわち、本方法は、ビーム調整（例えば、操蛇および追跡）の能動的手段として、以下に説明するメタマテリアルを使用するステップを教示する。用語「ビーム調整」は、任意の数の特性、例えば、操蛇すること（広範には、ビーム経路を変化させること）、成形すること（広範には、ビームの形状を変化させること）、合焦すること（広範には、ビームの焦点を変化させること）、遅延させること（広範には、ビームのタイミングを変化させること）、位相シフトすること（広範には、ビームの位相を変化させること）、周波数フィルタリングすること（frequency filtering）（広範には、ビームの周波数を変化させること）、などを達成するためにビームを操作することとして、広範に解釈されるべきであることに留意されたい。
【００１６】
メタマテリアルは、自然に発生することのない特性を有するように工学技術で作られた、人工の物質のことを言う。例えば、メタマテリアルは、その特性のうちの１つとして、負の屈折率を有するように工学技術で作られてよい。メタマテリアルは、周期構造（periodic structure）を使用して、電気的または磁気的な影響によって、通過する電磁波の位相に影響を与える。所望の特性を達成するために、メタマテリアルは、ほとんどの場合、修正された微小なアドレス可能な磁気素子のマトリックス、例えば、以下に説明される、スプリット・リング共振器（ＳＲＲ）と呼ばれるリング共振器を備えるものと認識されている、周期構造を用いて工学技術で作られる。他の微小形状の電気的に制御可能な周期構造が、Ｅ／Ｍ波の磁気部に影響を与えることができ、ＳＲＲデバイスの代替物として、このビーム形成の目的に使用されうることも考えられる。
【００１７】
他のメタマテリアル構成が、この実施形態の中に包含されてよく、レンズなどの屈折要素と組み合わせて使用されるか、あるいは、メタマテリアル自体が鏡として作用するか、または受動的反射面が、透過するメタマテリアルの単層もしくは多層のスタックの裏側に置かれ、それにより、メタマテリアルの磁場の影響の第２のサイクルを通して伝送波を返す反射モードで使用され、それにより、メタマテリアルの波形曲げ特性（wave bending property）およびレンズとメタマテリアルとのハイブリッド構成（hybrid lens metamaterial configuration）の総合的波形成形を増大させるメタマテリアルを含む。上述の反射面自体は、屈折レンズと同様に、波を合焦させることを支援するために、平面、凹面、または凸面の形状を有してよいが、精密な焦点、位置および位相の制御など、所望の方法で、遷移波挙動（transiting waves behavior）に能動的かつ動的に影響を与えるために、メタマテリアル層を使用してよい。この屈折性／反射性ハイブリッドの光学的アナログの一例は、波を２回目に、屈折要素を通して返すように設計された、裏面鏡を使用するハイブリッド屈折メニスカス・レンズ（hybrid refracting meniscus lens）である、メンギス・レンズ（mengius lens）である。この方法では、メタマテリアル・「レンズ」は、所望のビーム成形、位相および誘導特性（directing property）を生み出すために、個別の透過性構成要素および反射性の構成要素ならびにそれらの組合せを、経路中の（in path）メタマテリアル層と共に使用してよい。
【００１８】
一実施形態では、アドレス可能な磁気素子、例えばスプリット・リング共振器（ＳＲＲ）は、外部から印加されたＥ／Ｍ場によって励起されると、双極性フィールド・パターン（bipolar field pattern）を提示する、非磁性導電材料から成る構造のことを言う。そのようなデバイスは、テラヘルツ周波数で動作するように作成されうる。近年、光学迷彩および電磁波迷彩（optical and radio wave cloaking）と関連がある負の透磁率および誘電率の作成を研究するために、スプリット・リング共振器の使用に大きな関心が集まっている。その代わりに、この開示は、光学レンズおよび誘電体レンズと同様の方式で電磁場を成形するために、そのような構造を使用することに取り組む。
【００１９】
例えば、ＳＲＲは、銅で作られてよい。一実施形態では、ＳＲＲの構造は、その中に開口（割れ目）を有する円形の導体を備える。また、ＳＲＲは、一方が他方を入れ子にする、２つの円弧として実現されてよい。リング構造の寸法およびリングの円弧（ならびにリングの中の割れ目）の間の間隔は、１つ（または２つ）のリングの共振周波数を下げることができ、かつリングが、リング自体より長い波長に応答することを可能にするキャパシタンスを提示するように設計される。一実施形態では、スプリット・リングの構造は、異なる特性を誘導するために、１つまたは複数の形状、すなわち円弧、正方形、扇形、等々から選択された形状のリングを備える。構造は、そのループが、直列キャパシタンス（series capacitance）を使用することによって共振するように作られているループ・アンテナに類似する。そのようなアンテナは、関心のある波長に対して小さいままでありながら、伝播するＥ／Ｍ波と効率的に結合することをもたらすために使用されうる。アンテナは、通常、関心のある波長の分数であるので、アンテナは、高い「Ｑ」を指し示し、アンテナが、通過するＥ／Ｍ波と共振関係にある周波数領域が、極めて狭いことを指し示す。
【００２０】
一実施形態では、通過する電磁場の存在が、リングの円弧内に回転電流を生み出し、その電流が、今度は、リングの円弧を取り巻く磁束を生み出して、通過する電磁（Ｅ／Ｍ）場に影響を与え、その伝播を変化させる。リングの透磁率（magnetic permeability）（すなわち、磁化の程度）は、リング構造の寸法および入射波の周波数（もしくは波長）、ならびに通過する波の磁場に関連して変化する可能性がある。したがって、より長い波長（より低い周波数）が、大きな正の透磁率を生み出す一方で、より短い波長（より高い周波数）が、負の透磁率を生み出す。基板の負の誘電率と組み合わされた負の透磁率は、負の屈折率効果を生み出す。したがって、リングの共振を調節することによって、衝突波（impinging wave）の伝播が、指向性電界アンテナ（directional electric-field antenna）上の「導波」素子および「反射」素子（"director" and "reflector" elements）の働きに類似するやり方で「リダイレクト（redirect）」されてよい。
【００２１】
一実施形態では、通過するＥ／Ｍ場に関連するリングの共振周波数の修正が、共振構造の共振周波数を変更することによって生み出されてよい。このことは、例えば、外部から印加される電圧を、スプリット・リングの円弧の間に介挿された電圧可変キャパシタに印加することによって達成されてよい。そのような機能性は、多くの場合、見かけの「空乏領域」の厚さが逆電圧バイアスの印加によって増加され、印加されたバイアスとキャパシタンスとの間に反比例関係を生み出す、バラクタ（varactor）と呼ばれるダイオード半導体デバイスを使用することによって実現される。そのようなデバイスは、可能性のあるキャパシタンス値の範囲内で印加される電圧変化に対して、非線形ではあるが連続的なキャパシタンス変化を提示する。また、双極性および単極性（ＦＥＴ）のトランジスタが、連続的電圧可変キャパシタンス挙動を実現するために使用されてよい。一実施形態では、各バラクタの、プログラム可能に印加される電圧のそれぞれが、キャパシタをアドレス指定する目的で供給される多重化信号に応答するＦＥＴもしくは双極性のスイッチに接続されたキャパシタによって蓄積される。
【００２２】
また、あるバリウム−ストロンチウム−チタン酸塩セラミックスが、バラクタ特性を提示することに留意されたい。そのようなバルク・デバイス（bulk device）の製作および動作についての情報は、文献で利用可能であり、本明細書では取り上げられない。しかし、最近、トランジスタが、スプリット・リング共振器構造として同じ基板上に共同製作される（co-fabricate）ことを可能にすることができる、有機および無機の半導体を製作する技術を開示する技術が、同様に、文献入りしたことに留意されたい。
【００２３】
図８は、スプリット・リング共振器１０４の実施の一例を示す。しかし、図８は、単なる例であることに留意されたい。そうであるから、スプリット・リング共振器は、本開示の範囲を逸脱することなく、他の構成の中で実施されてよい。スプリット・リング共振器は、バラクタ８０５、２つの抵抗器８１１および８１２、固定キャパシタ８２０およびマルチプレクサ・ゲート（multiplexer gate）８２５を備える。
【００２４】
一般に、バラクタ（またはバラクタ・デバイス）の両端に電圧を印加することは、バラクタと直列の固定キャパシタンス８３０を介してバラクタがＳＲＲの導電金属パターンから絶縁され、バラクタとキャパシタとの直列の組合せを、リングの割れ目にわたって介挿させることを必要とする。２つ以上の「割れ目」を有してよいＳＲＲに対して、第２の割れ目の絶縁用キャパシタンスが、必要なＤＣ絶縁をもたらす。プログラミング回路を、その「Ｑ」を実質的に低下させることなく共振器構造から絶縁するように働く、２つの高い値の抵抗器８１１および８１２を通して、電圧がバラクタの両端に印加されてよい。言い換えれば、各バラクタのバイアスが、アドレス可能なスプリット・リング共振器のそれぞれの中を循環するＲＦ電流から、ＤＣバイアスを絶縁するためにキャパシタに接続された、２つの抵抗器を通して印加される。抵抗器は、多重化サイクルの間に、バイアス電圧を維持する第２の固定キャパシタ８２０から、バイアス電圧を供給する。この第２の蓄積キャパシタは、バラクタまたはＤＣ絶縁キャパシタンスよりずっと大きいキャパシタンスを有してよい。この多重化／蓄積処理は、現在、ＴＦＴ表示器を実施するために使用される処理に類似する。一実施形態では、各バラクタは、プログラム可能に印加される電圧に比例するキャパシタンスを提示する。
【００２５】
上述の実施形態を使用して、同調可能な（tunable）スプリット・リング共振器は、その反射係数が、通過するＥ／Ｍ場を望み通りに「操蛇する」、可変周波数共振を作成することができる。したがって、リングの見かけ上変化する透磁率が、通過する波に与える局部的な磁気的影響を制御することをもたらす。スプリット・リングの二次元配列を適切に「同調すること」によって、配列を横断するＥ／Ｍ「波面」の伝播が、プログラム可能に変更されてよい。
【００２６】
電圧可変キャパシタンスを達成するための材料を使用する、スプリット・リング共振器のプログラム可能な配列を実現するためには、各共振器のバラクタをアドレス指定し、所望のキャパシタンスに対応する電圧（電荷）を蓄積することが必要である。このことがどのようになされうるかを知るために、スプリット・リング共振器の平らな２Ｄメタマテリアル配列と薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の画像表示との間の類似性が考察されてよい。そのような表示器は、メモリに入る電荷を「ゲート制御する（gate）」多重化配置（multiplexing arrangement）の中で行と列とによってアドレス指定される（固定蓄積キャパシタンスを使用する）各「画素」に対するアナログ・メモリを具現化する（instantiate）随伴の薄膜トランジスタを有する、電荷に応答する液晶セルの画素を含む。
【００２７】
したがって、２Ｄのプログラム可能なスプリット・リング共振器の配列は、単に、ＴＦＴ画像表示器、空間光変調器、または顕微鏡スケールにおけるフォトニック結晶（photonic crystal）の延長として考察されてよい。
【００２８】
類似性を活用して、同調可能なメタマテリアルが、商業的印刷に類似するプロセスで「印刷可能な」導体および半導体の材料を使用する基板上の回路として製作されてよい。
【００２９】
一実施形態では、本開示は、独立にアドレス指定されプログラムされるスプリット・リング共振器を備える、２Ｄ配列のメタマテリアルを教示する。例えば、スプリット・リング共振器のそれぞれは、他の近くのスプリット・リング共振器から独立に電気的にアドレス可能であり、それにより、通過するＥ／Ｍ波を磁気的に偏向することが可能な、個別の共振「点（spot）」または共振「要素」が作成される。したがって、要素の選択的プログラミングが、任意の形状の複合区域反射機能（composite areal reflection function）を形成するために、スプリット・リング共振器の個別のパターンまたは群が使用されることを可能にする。
【００３０】
例えば、特定の形状が、個別の共振器がプログラムされうる速度に従って、通過する波を静的にも動的にも操作するように設計され、空間的に構成されてよい。本教示の利点のうちの１つは、方法が、ミリメートルまたはテラヘルツの波長のＥ／Ｍ波を所望の位置に操舵する能力を提供することにある。ＳＲＲは、特定の形状を達成するように、関心のある周波数帯域のために製作形状（fabrication geometry）を介して同調されてよく、特定の形状は、後に、プログラミングによって変更されてよい。例えば、一実施形態では、ホログラフィ回折格子（holographic grating）の挙動がシミュレーションされてよい。
【００３１】
実施形態では、本方法および本装置は、制御されたビームの操舵、合焦および／または成形を生み出すために、独立にアドレス可能なスプリット・リング共振器を備えるメタマテリアルを使用して、通過する電磁波の位相および方向を動的に修正するステップを教示する。
【００３２】
図１は、磁気素子、例えばＳＲＲを通過するＥ／Ｍ波の指向性を示す例示的な図１００を示す。電場成分１０１および磁場成分１０２は、互いに直交し、電磁線（ray）１０３の方向に直交して振動する。ＳＲＲ  １０４を通過する、振動するＥ／Ｍ波が示される。
【００３３】
図２は、２Ｄのメタマテリアル膜の例示的な層２００を示す。メタマテリアル膜の層２００は、独立にアドレス可能なスプリット・リング共振器２０２の二次元配列２０１を備える。独立にアドレス可能な（プログラム可能な）ＳＲＲの拡大図２０３は、複数のＳＲＲ  ２０２、および各ＳＲＲ  ２０４を充電するための手段（例えば、単に格子線として大まかに示される、電荷を受けるためのアドレス可能な端子の個々のセット）を備える。言い換えれば、格子線は、各ＳＲＲが選択的にアドレス指定され活性化されうることを示すように意図されている。したがって、配列上のＳＲＲ  ２０２の一部は、別の部分が非活性である間に磁気的に活性化されてよい。例えば、電流源と連通する制御器（広範にはプロセッサ）によって操作されるソフトウェア・プログラムが、以下に論じられるような所望のパターンを作成するために使用される。
【００３４】
図３は、２Ｄのメタマテリアル膜のプログラム可能な層３００を示す。メタマテリアル膜のプログラム可能な層３００は、磁気的に活性なＳＲＲ  ３０１（より暗い陰で示す）と、磁気的に不活性なＳＲＲ  ３０２（より明るい陰で示す）を備える。１つまたは複数のスプリット・リング共振器を選択的にスイッチオンすることによって、ホログラフィの縞（holographic fringe）のような磁気パターンが作成される。次いで、ホログラフィの縞パターン（holographic fringe pattern）が、ビーム成形のために、可視波長に影響を与えることができるのとほぼ同様に、もたらされた磁気的な縞パターン（magnetic fringe pattern）が、磁気ドメイン内を横切る波を修正するために使用されうる。図３では、磁気的な縞パターン３０３が、メタマテリアルＳＲＲ配列に対してホログラム状の画像を生成するプロセッサを介するソフトウェアを使用して作成される。プログラム可能な層の側面図３０４は、個々のＳＲＲの側面図３０５および磁気的な縞パターンの側面図３０６を示す。
【００３５】
一実施形態では、本方法は、ＳＲＲの３Ｄ（三次元）マトリックスを教示し、各層内の各ＳＲＲは、独立にアドレス可能である。特に、ＳＲＲの層の３Ｄスタック内の、ＳＲＲのそれぞれは、独立にアドレス指定され、充電されてよい。一実施形態では、ＳＲＲの３Ｄマトリックスは、組み立てられてＳＲＲの３Ｄマトリックスをもたらす、プログラム可能な２Ｄのメタマテリアル層（２Ｄの膜）のスタックを備える。
【００３６】
一実施形態では、３ＤのＳＲＲマトリックスは、動的な再構成をもたらすことが可能であり、各ＳＲＲの影響が、スイッチオンおよびスイッチオフされてよい。例えば、磁化された（magnetically charged）スプリット・リング共振器は、より高い磁場強度の領域を有する。より高い磁場強度を有する領域は、通過する波を曲げる傾向がある。ＳＲＲのメタマテリアル３Ｄマトリックスは、個々に、またはＳＲＲの群として充電されてよい。
【００３７】
さらに、２Ｄ配列は、同等に、３Ｄ配列（フォトニック結晶の類似物）に転換されうる。例えば、ＳＲＲの三次元の群が、積層されたメタマテリアル媒体の中に３Ｄの磁気構造を作成するために、形成されてよい。次いで、３Ｄの磁気構造は、通過する磁気波を独自に成形するために使用されてよい。一実施形態では、動的ソフトウェア制御が３ＤのＳＲＲマトリックスを通過する波の連続的な修正をもたらす。例えば、３ＤのＳＲＲマトリックスが、メタマテリアル膜の２Ｄの層から形成されるならば、通過する波は、波が、独立にアドレス可能な磁気素子の、連続する２Ｄのメタマテリアル層を横切るにつれて、連続的に曲げられてよく、かつ位相を遅延されてよい。一実施形態では、本教示の３ＤのＳＲＲマトリックスが、磁気ドメインにおけるテラヘルツ・アプリケーションに対する三次元位相ホログラムの等価物を作成するために使用される。
【００３８】
図４は、ＳＲＲの３Ｄマトリックス４００を示す。ＳＲＲの３Ｄマトリックス４００は、２Ｄのメタマテリアル層４１０ａ〜４１０ｎのスタック４０１を備える。２Ｄのメタマテリアル層４１０ａ〜４１０ｎのそれぞれは、個々にアドレス可能なＳＲＲを備える。側面図４０４は、メタマテリアル層４１０ａを示す。側面図４０４は、メタマテリアル層４１０ａの個々のＳＲＲ  ４０３および個々のＳＲＲの磁場の側面図４０２を示す。例えば、ＴＨｚスペクトル内の電磁波の供給源（source）４０９は、ＳＲＲの３Ｄマトリックス４００を通って横切るビーム経路を有する電磁ビームを供給するように、大まかに示される。
【００３９】
さらに、図４は、３Ｄのメタマテリアル・マトリックス４００の断面図４２０を示す。メタマテリアル層４１０ａ〜４１０ｎの磁場は、通過する波に連続的に影響を与えるために、例えば、電源４８０を介して１つまたは複数のＳＲＲに電荷を印加するように、連繋されたやり方で、制御器４７０によって制御される。例えば、通過する波は、曲げられてよく、例えば、位相遅延などをされてよい。例えば、種々の層４１０ａ〜４１０ｎの個々のＳＲＲは、妨げられないＥ／Ｍ波４３０および／または位相遅延されたＥ／Ｍ波４４０を作成するように連繋させられる。このように、図４２０は、ビーム操舵を提供することができる３Ｄのメタマテリアル・マトリックス４００の断面図を示す。より詳細には、種々の層４１０ａ〜４１０ｎのそれぞれの個々のＳＲＲは、Ｅ／Ｍ波４４０を操舵するように（操舵された部分が４６１のように示される）３Ｄの磁場を成形するために連繋させられ、Ｅ／Ｍ波部４６１は、３Ｄ構造４０１に入る波４６０を、磁場４６３を介して操舵することによって達成された方向を有する。
【００４０】
一実施形態では、複数の積層された層は、異なる波面影響特性、例えば、ビーム形成、周波数フィルタリング、ビーム成形、ビーム合焦、位相補正、遅延補正、シャッター作成、などを生み出すように設計されてよい。複数の積層された層が、積層された層のそれぞれが、上の波面影響特性のうちの１つまたは複数の特性を達成しながら、メタマテリアルの伝送経路に沿って形成されてよい。これらの波面影響特性のうちの任意の１つまたはすべてを選択することおよび組み合わせることが、これまででユニークなレベルの双方向性波面制御を作成する適応能力をもたらすように使用されてよい。双方向性波面制御は、波面の伝送要求を動的に最適化するために、メタマテリアルの特性を活用する。
【００４１】
一実施形態では、ＳＲＲの３Ｄマトリックスが、能動的波面補正のために使用される。例えば、（温度および微粒子の）乱れおよび変化する大気密度の条件の下で、Ｅ／Ｍ伝達（transmission）は、位相誤差−波面到達時間の拡散を生み出す−を経験する可能性がある。この位相変位は、レーザ・ベースの光無線通信において、またより高いＥ／Ｍ周波数を使用する通信においてよく知られている現象である。大気による位相の乱れは、より低いＥ／Ｍ周波数においてはあまり発生しない。しかし、無線通信産業は、ミリメートルおよびサブミリメートルにおけるより高いＥ／Ｍ周波数を、より高い変調速度で使用し始めているので、大気に起因する位相遅延および移動する車両からのドップラー効果が、次第に大きな問題となる可能性がある。一実施形態では、メタマテリアルの３Ｄ配列内のＳＲＲのクラスタ（cluster）が、選択的能動的に位相遅延を補正ために使用され−３Ｄのメタマテリアル・マトリックスを横切る逸脱した波面を、それが受信機に到達する前に滑らかにする。別の実施形態では、本方法は、出て行く波面を予め歪ませるために使用されてよく、それにより、その予備歪みが、送信後に発生する、測定された大気の歪みを補償する。
【００４２】
可視および赤外の周波数において発見される大気による位相歪みは、ミリメートル波およびテラヘルツ周波数において発見されうる位相歪みより大きいことに留意することは重要である。したがって、ミリメートルおよびサブミリメートルのテラヘルツ周波数における、大気に起因する位相誤差は、より遅く、かつあまり乱されない（less phased）ずれである。したがって、ミリメートルおよびテラヘルツの周波数に対する大気による位相歪みは、３Ｄのメタマテリアルによって補正することは、より容易である。
【００４３】
一実施形態では、本方法は、ＳＲＲの間隔および配置を制御することによって、横切る波の群遅延および位相歪みを最小化することができる。例えば、群遅延および位相歪みの検討事項は、ずっと小さいリング共振器を、スプリット・リング共振器のずっと密な３Ｄマトリックス配置（波長の小さい分数）の中で使用することによって対処されうる。一実施形態では、ＳＲＲのクラスタは、配列層の間で動的に作成され成形されてよく、局所化された位相および遅延の条件を効率的に補償するために動的に成形されうる、成形されたスーパー・クラスタのスプリット・リング共振器の磁場を作成する。波面を検出する方法は、（例えば、波が通過する磁場からの電流出力を感知する）受動的磁場検出器として構成された、個々にアドレス可能なＳＲＲを使用することができることに留意することは重要である。
【００４４】
縞ベースの（fringe based）ホログラム（写真フィルム・ベースの干渉ホログラム）は、ホログラムの縞パターン全体が、記録媒体に面する、照明を当てられた対象物の全面を記録するという特性を有する。このことは、対象物の照明を当てられた面上の各点からの拡散された反射光が、（遮られないならば）記録フィルムの各部分に到達し、不変の参照ビームと干渉し、分布したホログラムの縞パターン全体を作成するために、発生する。表示モード（viewing mode）において、仮想対象物を撮像するために、ホログラムの縞パターンのほんの小さな一片が必要とされるのみである。仮想画像は、フルサイズのホログラムとは、明るさと、わずかな解像度の損失とにおいて異なるにすぎない。
【００４５】
同様に、コンピュータで生成されるホログラムが、伝統的なホログラム照明配列のもとで構成される仮想対象物（仮想の成形された対象物）から結果としてもたらされる、縞の干渉パターンを予測するために使用される、十分に定義された、拡散光および直線光を追跡する方法に基づいてモデル化される。仮想対象物は、任意の形状にモデル化されてよく、本質的に、光パワー（optical power）、合焦および屈折特性など、仮想特性を有してよく、仮想光源（virtual source）または複数光源（multiple sources）を撮像する仮想のレンズを効果的に作成する。レンズのホログラムは、実際のレンズと全く同様に、背景の対象物を合焦し、拡大することができることに留意することは重要である。
【００４６】
一実施形態では、本方法は、メタマテリアルのホログラムの中で、上述の、ホログラム全体のうちの有用な特性を再生するステップを教示する。上述の、ホログラムのこの撮像特性は、外に出て行く成形されたビームを投影するために、すべてのホログラムが必要とされるわけではなく、すなわち、部分領域の撮像で十分であることを暗示する。実際に、ホログラムは、ホログラムの異なる部分から複数のビームを送り出すことができる。コンピュータで生成されるホログラムおよびメタマテリアルのホログラムにおいて、ホログラムの選択可能な区分（sector）が、出て行くビームを能動的かつ動的に操舵するために使用されてよい。また、メタマテリアルの位相ホログラムまたは縞のホログラムが、通過するビームを、ビームレット（beamlet）と呼ばれる、別々の複数のビームに分割し、選択可能な単一のビーム源または複数のビーム源の同等物を作成するために使用されてよい。次いで、複数のビームレットは、ビームを複数のエンド・ユーザに誘導するために、縞ビーム（fringe beam）操舵段階に進む。
【００４７】
一実施形態では、本方法はまた、ビームまたはビームレットを、ビーム操舵段階に到達する前に変調するために、上の３Ｄのメタマテリアル・マトリックス内に変調デバイスを設けるステップを教示する。例えば、複数光源およびビーム操舵ホログラム段階に加えて、本方法は、積層されたメタマテリアル・マトリックス内に設けられてよい、空間光変調器（ＳＬＭ）配列または他の高速変調デバイスを設けることができる。次いで、変調器は、区分されたビームに動的に整合され調整される。次いで、個々の区分が、ビーム操舵段階に到達する前に、変調される。
【００４８】
一実施形態では、上のホログラム特性のうちの１つまたは複数の特性が、各層が電子的なソフトウェア制御を受ける、メタマテリアル層の３Ｄスタックによって統合されてよい。例えば、一層（もしくは一組の層）がホログラム全体の特性を統合するために使用されてよく、別の層（もしくは一組の層）がビーム操舵のために使用されてよく、または別の層（または一組の層）が位相遅延に使用されてよく、またはそれらの層の組合せ他が使用されてよい。
【００４９】
一実施形態では、本方法は、上のホログラフィック・メタマテリアルを、送信機光学機器（optics）および受信機光学機器の両方として機能する、双方向性光学機器として使用するステップを教示する。双方向性伝送は、光学レンズおよび無線アンテナの両方の特性である。Ｅ／Ｍ波は、アンテナによって、双方向性の方式で伝播してよく、変更されてよい。例えば、到来する波面が、出て行く（送信される）ビームと同じであるが逆の順序で、修正（収集および合焦）される。この双方向伝送特性は、二重特性とも呼ばれる。二重特性は、ビームを、（光源から）外の自由空間内に誘導し、一方で同時に、到来するビームを後方に、適切に配置された検出器の上に収集し、合焦させることが可能である。したがって、ホログラフィック・メタマテリアルは、送信機のビーム成形の光学機器および収集器の受信機用光学機器として同時に機能することができる。
【００５０】
一実施形態では、また、メタマテリアルのホログラムの縞パターンは、ミリメートル波およびサブミリメートル波のＴＨｚスペクトルの複数の周波数（色）を、異なる送信機からかつ異なる受信機に、受け入れかつ誘導するようにモデル化されてよい。例えば、ホログラムの縞パターンは、異なる周波数帯域が、全二重モードで同時に送信されかつ受信されることを可能にするようにモデル化されてよい。
【００５１】
一実施形態では、本方法は、ビデオ画像を、干渉縞生成によってホログラフィック画像を作成するメタマテリアル・マトリックスで作られた表示器を介して投影するステップを教示する。例えば、４８０〜７５０ｎｍのアプリケーションに対する、サブミクロンもしくはナノ・スケールのＳＲＲ互換品の、ソフトウェアでまたは電子的に制御される３Ｄのメタマテリアル・マトリックスが、高解像度の真の３Ｄ表示器およびＴＶスクリーンに対して設計されてよい。３Ｄのビデオ画像が、奥行きの感覚をもたらすために、３Ｄ配列の層内で形成されてよく、または、次いで、より伝統的なホログラフィック表示を形成するために、メタマテリアルを通して投影される。３Ｄの画像情報は、奥行きを表現する三次元を生み出す、ビデオ立体画像の縮小処理方法を使用する設備から表示デバイスに分配されてよい。次いで、奥行き情報が、観察者に３Ｄビデオ・シーン情報を供給するために、２Ｄ配列の層内に表現されてよい。３Ｄシーン情報は、動画の、コンピュータで生成された仮想の３Ｄ環境を作り上げ、モデル化するために、組み合わされ、さらに処理されてよい。
【００５２】
一実施形態では、次いで、上のビデオから導かれた３Ｄの（ソフトウェアで生成された）仮想環境モデルが、光線追跡し（ray trace）、メタマテリアル・ホログラフィの縞パターンを生成するための基礎として使用されてよい。次いで、この縞パターン情報は、ホログラフ表示メタマテリアルの制御器に中継されてよく、それにより、制御器は、３Ｄメタマテリアル画像の投影に適する動的なメタマテリアル・ホログラフの縞パターンを生成する。
【００５３】
一実施形態では、本方法は、実在のおよびシミュレーションされた縞パターンを混合するステップを教示する。例えば、メタマテリアル・ホログラムを通して投影される３Ｄ画像を形成するために、上のシミュレーションされた対象物の光線追跡を使用して、方法は、任意のコンピュータで生成された３Ｄの対象物モデルの光線追跡経路をシミュレーションするステップと、その結果得られた干渉縞パターンを、表示メタマテリアル・ホログラムの中に挿入し、実在の縞パターンおよびシミュレーションされた縞パターンの両方を混合するステップとを教示する。
【００５４】
一実施形態では、実在のおよび実在しない対象物のコンピュータシミュレーションおよびアニメーションが、メタマテリアル・ホログラムによって投影されるビデオおよびライブ表示（live view）と共に挿入され、混合され、かつ投影されてよい。シミュレーションされた対象物のホログラムを作成し、メタマテリアル・ホログラムの中に挿入することに加えて、方法は、コンピュータで生成された実在の対象物の縞パターンを修正するであろう、コンピュータで生成された対象物を、シミュレーション（光線追跡）することによって、（メタマテリアル・ホログラムを通して見られる）実在の対象物の画像を変更し、カバーしてよい。実在の対象物と挿入されシミュレーションされた対象物との両方を使用する、ホログラム縞のレベルにおける、そのような実時間の画像操作は、強力な画像変更能力を提供する。例えば、画像変更能力は、移動する対象物を覆って見えなくするなどのアプリケーションに対して使用されてよい。
【００５５】
一実施形態では、本方法は、上述のメタマテリアル３Ｄマトリックスが、ＵＶ、可視および赤外、サブミリメートルおよびミリメートルの周波数スペクトルに対する、超適応レンズ（super adaptive lens）として機能するように使用されてよいことを教示する。例えば、焦点制御、画像安定化および追跡、屈折率、円錐成形（conic shaping）、周波数選択、位相制御、など、広範囲の新しいレンズ特性および伝統的なレンズ特性が、メタマテリアル・ホログラムの電子的またはソフトウェアの制御を介してシミュレーションされ、制御されてよい。
【００５６】
上の光学レンズ特性は、（書換可能な）材料多層（materials multi-layered）ＳＲＲ配列によって生成された、積層された磁気的な縞パターンと、複数層の間で伝送軸に沿って分散した、連続的かつ適切な大きさの、個々のＳＲＲおよび三次元的に集められたＳＲＲに起因する波面位相制御によって生成された、積層された磁気的な縞パターンとの両方を介して生成されてよい。
【００５７】
一実施形態では、ナノセルが、存在するマイクロセル内の中心に置かれたナノセルラー・クラスタ（nano-cellular cluster）の一部として機能するように設計される。一実施形態では、各ナノセルの動作パラメータは、ナノセルラー・クラスタの他のメンバーに関してナノセル挙動を最適化するために適応可能であってよい。例えば、ナノセルは、高密度の周波数の再使用およびナノセル間のより速やかなハンドオフをサポートしながら、同一チャネル干渉（co-channel interference）を最小化するために、利用可能な周波数を協調して選択することができる。一実施形態では、ナノセルは、サービス需要およびオペレータ予算指令（operator budget dictate）に応じて、スーパー・チャネル・フットプリント・カバレッジ（super-channel footprint coverage）を系統的に提供するように展開されてよい。
【００５８】
一実施形態では、無線移送アーキテクチャ（wireless transport architecture）が、ワイ・ファイ・ネットワークのスペクトル、セルラー・ネットワークのスペクトルおよびナノセル・ネットワークのスペクトルのうちの１つまたは複数のスペクトルを使用して、携帯デバイスと基地局との間に、双方向性の高帯域幅の接続性を提供する。セルラーおよびワイ・ファイのネットワークおよびスペクトルが、極度のスループットのためのナノセル・ネットワークによって増補された、より遅い実時間通信に対して使用される。一実施形態では、ナノセルのカバレッジ・エリアは、１キロメートル以下（sub-kilometer）程度である。
【００５９】
一実施形態では、チャネルへのアクセスは、利用可能なエア・インターフェース（air interface）、通信中のユーザ・トラフィック、およびどのエア・インターフェースが最も適切かを検出する、ユーザ・デバイス内の周波数ルータ（frequency router ）によって促進されうる。そのようなルータの一例は、デバイスと協調してハンドオフを編成する（orchestrate）ための、コンパニオン・「クラウド・ベース」・コーディネータ（companion "cloud-based" coordinator）を使用する、ＩＥＥＥ  ８０２．２１メディア独立ハンドオーバー規格に従う。そのような状況では、１つのエア・インターフェース・スタックが、それ自体のスタックと共に、トラフィックを別のネットワークに移転することを「ブートする」ために使用される。一実施形態では、周波数ルーティング技術は、エア・インターフェースが、明確な制御平面なしに構築され、クラウド・ベースの仮想メディア・アクセス制御層すなわちＶ−ＭＡＣによってスケジュールされる、単なるベアラ・チャネル（bearer channel）から構成されることを可能にする。
【００６０】
図５は、テラヘルツ周波数の電磁ビームの操舵を提供するための、本開示の一実施形態を有する例示的ネットワーク５００を示す。例えば、テラヘルツ周波数の電磁ビームを操舵するための方法は、携帯（モバイル）終点デバイス（endpoint device）（例えば、顧客のモバイル・フォン）の中、または基地局の中で実施されてよい。例示的ネットワーク５００は、無線アクセス・ネットワーク５０１を介してコア・ネットワーク５０３と通信する、モバイル顧客の終点デバイス５０２（例えば、セルラー・フォン、スマートフォン、など）を含む。無線アクセス・ネットワーク５０１は、基地局５１０を備える。
【００６１】
一実施形態では、サービス・プロバイダは、モバイル顧客の終点デバイス５０２内および基地局５１０内で、テラヘルツ周波数の電磁ビームの操舵を提供するために、本方法を実施する。モバイル顧客の終点デバイス５０２および基地局５１０は、ワイ・ファイ・ネットワークのスペクトル、セルラー・ネットワークのスペクトル、およびナノセル・ネットワークのスペクトルのうちの１つまたは複数のスペクトルを使用して、終点デバイス５０２と基地局５１０と間の、双方向性で高帯域幅の接続が可能である。さらに、モバイル顧客の終点デバイス５０２および基地局５１０は、特定のセッションに対して、ネットワーク（例えば、ワイ・ファイ、セルラー、またはナノセル）のうちのどれが適切であるかを確定することができる。例えば、モバイル顧客の終点デバイスは、トラフィックの種類、帯域幅要件、などに基づいて、適切なネットワークを確定することができる。例えば、ナノセル・ネットワークは、ＴＨｚ周波数の極端なスループットに対して適切であり、一方、セルラーまたはワイ・ファイのネットワークは、より遅い通信に対して適切である可能性がある。
【００６２】
ＴＨｚリンクが、ナノセル・ネットワーク上で、モバイル顧客の終点デバイス５０２と基地局５１０との間で確立されるとき、本方法は、ＴＨｚ電磁波を操作するための、ＴＨｚリンクの両端における能動的ビーム操舵、追跡および位相制御のために、（モバイル・デバイスおよび基地局の中の）ＴＨｚリンクの両端においてメタマテリアルを実施することによって、ビーム調整の複雑さを克服する。すなわち、本方法は、モバイル顧客の終点デバイスおよび基地局の中で、ビームの操舵、合焦、成形および追跡の能動的手段として、上述のメタマテリアルを使用するステップを教示する。
【００６３】
メタマテリアルは、独立にアドレス可能なスプリット・リング共振器を備える。一実施形態では、独立にアドレス可能なスプリット・リング共振器は、ＳＲＲの３Ｄ（三次元）マトリックスから成り、各層内の各ＳＲＲは、独立にアドレス可能である。特に、３Ｄスタック内のＳＲＲのそれぞれは、独立にアドレス指定され、充電されてよい。一実施形態では、ＳＲＲの３Ｄマトリックスは、ＳＲＲの３Ｄマトリックスを提供するように組み立てられた、プログラム可能な２Ｄメタマテリアル層（２Ｄ膜）のスタックを備える。
【００６４】
一実施形態では、モバイル顧客の終点デバイスは、ビーム調整を実行する必要性を確定する。例えば、基地局からの信号が、検出されてよい。モバイル顧客の終点デバイス、基地局の位置、および検出された信号レベルに基づいて、モバイル顧客の終点デバイス内のアルゴリズムが、ビーム調整を実行する必要性を確定する。例えば、３Ｄスタック内のＳＲＲの一部が、基地局との通信を改良するやり方で、ビームを修正するために充電される必要性がある。同様に、基地局は、ビーム調整を実行する必要性を確定してよい。例えば、モバイル顧客の終点デバイスからの信号が検出されてよく、信号レベルは、信号強度を改良するために、ビーム調整を実行する必要性を指し示す。別の例では、基地局およびモバイル顧客の終点デバイスの（例えば、全地球測位システム（ＧＰＳ）情報などを介する）位置が、ビーム調整の必要性を確定するために使用されてよい。広範には、テラヘルツ周波数の電磁ビームが転送され、または受信されるデバイスの位置情報に基づいて、ビーム調整が必要になる可能性がある。途切れることのないリンク・カバレッジを維持するために、メタマテリアルのトランシーバの１つまたは複数の協調的クラスタが、中間の障害物による単一リンク接続が遮蔽される可能性を避けるために、あるエリア内で使用されてよい。協調的クラスタは、適切なバックホール（backhaul）手段を介して共にリンクされ、トランシーバの任意の１つまたは群を介して、モバイル受信機への見通し線接続性（line of sight connectivity）を最大化するために、空間的に分散される。
【００６５】
図６は、テラヘルツ周波数の電磁ビームの操舵を提供するための方法６００の流れ図を示す。一実施形態では、方法６００の１つまたは複数のステップが、モバイル顧客の終点デバイス、例えばモバイル・フォン、または基地局の中で実施されてよい。方法６００は、ステップ６０５で開始し、ステップ６１０に進む。
【００６６】
ステップ６１０で、方法６００は、サービス、例えば無線サービスにアクセスする要求を受信する。例えば、モバイル顧客の終点デバイスは、電話のユーザから、コール（広範には通信セッション）を起動する要求を受けてよい。別の例では、基地局は、モバイル顧客の終点デバイスに宛てた要求を受けてよい。
【００６７】
ステップ６２０で、方法６００は、１つまたは複数のネットワーク、すなわちワイ・ファイ・ネットワーク、セルラー・ネットワークおよびナノセル・ネットワークのうちのどのネットワークが、リンクを確立するのに利用できるかを、任意選択で確定し、このことは、ネットワーク制御層でなされてよく、サービスの種類（音声、ビデオ、メディアおよびデータ）およびこのサービス需要に適合するのに必要な帯域幅に基づいて、局所的に利用可能であれば、どの層が、送信に使用されるかを決定する。例えば、モバイル顧客の終点デバイスは、セルラー・ネットワーク・カバレッジがない位置にある可能性がある。別の例では、３つのネットワークのすべてが利用可能であってよい。
【００６８】
ステップ６３０で、方法６００は、リンクを確立するために利用できるネットワークの中から、ネットワーク（例えば、ワイ・ファイ、セルラー、またはナノセル）のうちの１つを、任意選択で選択する。例えば、上の例の中のモバイル顧客の終点デバイスは、トラフィックの種類、帯域幅要求、などに基づいて、要求に対する適切なネットワークを確定してよい。例えば、ＴＨｚ周波数を使用するナノセル・ネットワーク層は、極端なスループットに対して適切であり、それゆえ、極端なスループットを必要とする要求に対する制御層によって選択されてよい。ステップ６２０、６３０および６８０（以下に論じられる）は、任意選択のステップであるものとみなされてよいことに留意されたい。例えば、一実施形態では、ワイ・ファイ・ネットワークおよびセルラー・ネットワークを選択する能力は、任意選択であるものとみなされ、一方、ナノセル・ネットワークを選択することは、以下にさらに論じられるように、デフォルトのアクセス方法である。
【００６９】
ステップ６４０で、方法６００は、ナノセル・ネットワークが選択されたかどうかを確定する。ナノセル・ネットワークが選択されたならば、方法は、ステップ６５０に進む。そうでなければ、方法は、ステップ６８０に進む。
【００７０】
ステップ６５０で、方法６００は、ビーム調整を実行する必要があるかどうかを確定する。一例では、信号強度レベル、モバイル顧客の終点デバイスおよび／または基地局の位置が、ビーム調整が必要とされるかどうかを指し示してよい。例示のために、信号強度レベルがあまりに低いとみなされるならば、方法は、ビーム調整が必要であるものとみなしてよい。別の例では、例えばＧＰＳの位置情報に基づく、モバイル顧客の終点デバイスおよび／または基地局の物理的な位置が、ビーム調整が必要であるものとみなしてよい。ビーム調整の必要がない（例えば、良好な信号強度があり、ドップラー効果がなく、または向きが適切である）ならば、方法はステップ６７０に進む。そうでなければ、方法はステップ６６０に進む。
【００７１】
ステップ６６０で、方法６００は、ビーム調整を実行する必要性に従って、メタマテリアルを介してテラヘルツ周波数の電磁ビームを操舵する。例えば、方法は、ビーム調整を実行する必要性に従って、メタマテリアルの３Ｄスタック内の１つまたは複数のＳＲＲを識別し、充電してよい。上の例に対して、モバイル顧客の終点デバイス内のＳＲＲの一部が、基地局を出入りするビームを修正するために、充電される必要がある可能性がある。次いで、方法は、ステップ６７０に進む。
【００７２】
ステップ６７０で、方法６００は、ナノセル・ネットワークを使用して、モバイル顧客の終点デバイスと基地局との間にリンクを確立する。例えば、方法は、ＴＨｚスペクトル内の周波数上で、基地局と通信する。次いで、方法は、ステップ６９０に進み、現在の要求を処理することを終了するか、あるいはステップ６１０に戻って、さらなる要求を受ける。
【００７３】
ステップ６８０で、方法６００は、セルラー・ネットワークまたはワイ・ファイ・ネットワークを使用して、モバイル顧客の終点デバイスと基地局との間のリンクを、任意選択で確立する。例えば、セルラー・ネットワークまたはワイ・ファイ・ネットワークを介してリンクを確立する正規の手続きが実行されてよい。次いで、方法は、ステップ６９０に進み、現在の要求を処理することを終了するか、あるいはステップ６１０に戻って、さらなる要求を受ける。
【００７４】
具体的には明記されないが、方法６００の１つまたは複数のステップが、特定のアプリケーションに対する要求に応じて、記憶し、表示しかつ／または出力するステップを含んでよいことに留意されたい。言い換えれば、方法の中で論じられる任意のデータ、記録、場および／または中間結果が、特定のアプリケーションに対する要求に応じて、別のデバイスに記憶され、表示されかつ／または出力されてよい。さらに、確定する動作を列挙するか、または決定を伴う、図６のステップまたはブロックは、確定する動作の両方のブランチが実行されることを、必ずしも要求してはいない。言い換えれば、確定する動作のブランチのうちの一方は、任意選択のステップとみなされてよい。
【００７５】
図７は、本明細書で説明される機能を実行するために使用するのに適した汎用コンピュータのハイ・レベル・ブロック図を描く。図７に描かれるように、システム７００は、プロセッサ要素７０２（例えば、ＣＰＵ）、メモリ７０４、例えば、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）および／またはリード・オンリー・メモリ（ＲＯＭ）、テラヘルツ周波数の電磁ビームを操舵することを提供するためのモジュール７０５、および種々の入力／出力デバイス７０６（例えば、テープ・ドライブ、フロッピー・ドライブ、ハード・ディスク・ドライブもしくはコンパクト・ディスク・ドライブ、受信機、送信機、スピーカ、表示器、スピーチ・シンセサイザ、出力ポート、およびユーザ入力デバイス（キーボード、キーパッド、マウス、アラーム・インターフェース、電力リレー、など）を限定されずに含む、記憶デバイス）を備える。
【００７６】
本開示の方法および装置は、ソフトウェアとハードウェアとの組合せで、例えば、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、汎用コンピュータ、または任意の他のハードウェアの同等物を使用して、実施されてよいことに留意されたい。一実施形態では、テラヘルツ周波数の電磁ビームの調整を提供するための、本モジュールまたはプロセス７０５は、メモリ７０４内にロードされてよく、上述のような機能を実施するためにプロセッサ７０２によって実行されてよい。そのようにして、本開示のテラヘルツ周波数の電磁ビーム（関連するデータ構造を含む）の調整を提供するための本方法７０５は、非一時的なコンピュータ可読記憶媒体、例えば、ＲＡＭメモリ、磁気もしくは光のドライブまたはディスケット、などに記憶されてよい。
【００７７】
種々の実施形態が上で説明されてきたが、それらは、限定ではなく、単なる例として提供されてきたことを理解されたい。したがって、好ましい実施形態の幅および範囲は、上で説明された例示的実施形態のいずれによっても限定されるべきではなく、以下の特許請求の範囲およびそれらの同等物によってのみ、定義されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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