(57)【要約】  衛星通信用の薄型端末を提供するための技法及び機構が提供される。一実施形態では、通信端末は、レードーム、無線周波数（ＲＦ）素子のアレイ、及びレードームとＲＦ素子のアレイとの間に配置された発泡層を含む。発泡層は、第１の側面及び該第１の側面の反対側の第２の側面を含み、ＲＦ素子のアレイ及びレードームは、それぞれ、第１の側面及び第２の側面を介して発泡層に結合される。通信デバイスは、レードームとＲＦ素子のアレイとの間の連続構造を提供する。別の実施形態では、第１の側面は、ＲＦ素子のアレイが内部又は外部に配置された１又は２以上のアンテナパネルの平坦性に寄与する機械加工面を形成する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レードームと、
第１の側面及び該第１の側面の反対側の第２の側面を含み、前記第２の側面を介して前記レードームに接着された第１の発泡層と、
前記第１の側面を介して前記第１の発泡層に結合された電子的に誘導可能なアンテナパネルと、
を備える装置であって、前記電子的に誘導可能なアンテナパネルは、前記レードームを通り前記第１の発泡層を通って伝播する信号の伝達に関与するように構成される、
ことを特徴とする装置。
【請求項２】
前記第１の側面は、前記第１の発泡層の第１の機械加工面を形成する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記アンテナパネルと前記第１の発泡層との間に配置された第２の発泡層を更に備え、前記第２の発泡層の側面は、第２の機械加工面を形成する、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記アンテナパネルを支持する基部構造であって、前記アンテナパネルは、前記基部構造と前記レードームとの間に配置される基部構造と、
前記レードームに結合され、前記レードームから延びて前記基部構造の表面に当接するスタンドオフと、
を更に備える、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記第１の発泡層は、感圧接着材料を用いて前記レードームに接着される、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
第１の側面及び該第１の側面の反対側の第２の側面を含んでレードーム上に配置された第１の発泡層を形成するステップと、
前記第１の発泡層が前記レードームに接着されている間に、電子的に誘導可能なアンテナパネルを前記第１の側面を介して前記第１の発泡層に結合するステップと、
を含む方法。
【請求項７】
前記第１の発泡層を形成するステップは、
前記レードーム上に発泡材料を堆積するステップと、
前記堆積するステップの後、前記発泡材料を機械加工して、前記第１の発泡層の第１の側面に第１の機械加工面を形成するステップと、
を含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記第１の発泡層を介して前記レードームに結合された第２の発泡層を形成するステップを更に含み、前記第２の発泡層の側面が第２の機械加工面を形成し、前記電子的に誘導可能なアンテナパネルを結合するステップは、前記電子的に誘導可能なアンテナパネルを前記第２の機械加工面を介して前記第１の発泡層に結合するステップを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記電子的に誘導可能なアンテナパネルを結合するステップは、前記アンテナパネルが基部構造上に配置される間に、前記レードーム及び前記第１の発泡層を前記基部構造の上に位置決めするステップを含み、前記位置決めするステップは、前記レードームに結合されて前記レードームから延びるスタンドオフの表面を前記基部構造と当接させるステップを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
感圧接着材料を用いて前記第２の側面を前記レードームに接着するステップを更に含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１１】
感圧接着材料を用いて前記第２の側面を前記レードームに接着するステップを更に含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１２】
通信デバイスを備えたシステムであって、前記通信デバイスが、
レードームと、
第１の側面及び該第１の側面の反対側の第２の側面を含み、前記第２の側面を介して前記レードームに接着された第１の発泡層と、
前記第１の側面を介して前記第１の発泡層に結合され、前記レードームを通り且つ前記第１の発泡層を通って伝播する信号の伝達に関与するように構成された電子的に誘導可能なアンテナパネルと、
を含み、
前記システムが更に、
前記通信デバイスに結合されて、前記信号の伝達に基づいて画像を表示する表示デバイスを備える、
ことを特徴とするシステム。
【請求項１３】
前記第１の側面は、前記第１の発泡層の第１の機械加工面を形成する、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記通信デバイスは更に、前記アンテナパネルと前記第１の発泡層との間に配置された第２の発泡層を備え、前記第２の発泡層の側面は、第２の機械加工面を形成する、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１５】
前記通信デバイスは更に、
前記アンテナパネルを支持する基部構造であって、前記アンテナパネルは、前記基部構造と前記レードームとの間に配置される基部構造と、
前記レードームに結合されて、前記レードームから延びて前記基部構造の表面に当接するスタンドオフと、
を備える、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１６】
前記第１の発泡層は、感圧接着材料を用いて前記レードームに接着される、請求項１２に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１６年５月２４日出願の米国仮特許出願第６２／３４０，９８６号に対する優先権を主張するものであり、その開示内容全体は、引用により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明の実施形態は、概して、フェーズドアレイアンテナに関し、より詳細には、限定されるものではないが、アンテナパネルとのレードームの結合に関する。
【背景技術】
【０００３】
既存の衛星システムは、ジンバルによって移動するように結合されたアンテナが内部に配置された球状レードームを様々な形で提供する。アンテナは、通常、ホーンがディッシュ表面に向くようにしてスタンドに取り付けられたディッシュを含む。従来型の車載地球局（ＶＭＥＳ）は、様々なフェーズドアレイデバイスを含むものでさえ、その機能の一部に関して電動化及び機械的指向を必要とする。
【０００４】
電子的に誘導可能なビーム形成アンテナ技術における最近の改善は、消費者向けスマートフォン及び車載セルラー技術モジュールの使用をサポート、置換、又は補完する新しい車内用途、車載用途及び他の用途の将来性を提供する。少なくともこの理由のために、電子的に誘導可能なアンテナデバイスを利用する通信端末のスペース効率に対する漸進的な改善に置かれる大きな見込みがあると期待される。
【０００５】
本発明の様々な実施形態は、添付図面の各図において限定ではなく例証として示される。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】一実施形態による通信デバイスの要素を示す断面ブロック図である。
【図２】一実施形態によるアンテナシステムの機能を提供するための方法の要素を示すフローチャートである。
【図３Ａ】各々が一実施形態による通信デバイスを製造するためのプロセスのそれぞれの段階を示す断面図である。
【図３Ｂ】各々が一実施形態による通信デバイスを製造するためのプロセスのそれぞれの段階を示す断面図である。
【図３Ｃ】各々が一実施形態による通信デバイスを製造するためのプロセスのそれぞれの段階を示す断面図である。
【図４】一実施形態による通信デバイスの要素を示す断面図である。
【図５Ａ】円筒波給電を提供するのに使用される同軸給電部の１つの実施形態の上面図である。
【図５Ｂ】円筒状給電アンテナの入力給電部の周りに同心リング状に配置されたアンテナ素子の１又は２以上のアレイを有するアパーチャを示す図である。
【図６】グランドプレーンと再構成可能共振器層とを含む１つの列のアンテナ素子の斜視図である。
【図７】同調可能共振器／スロットの１つの実施形態を示す図である。
【図８】物理的アンテナアパーチャの１つの実施形態の断面図である。
【図９Ａ】スロット付きアレイを形成する様々な層の１つの実施形態を示す図である。
【図９Ｂ】スロット付きアレイを形成する様々な層の１つの実施形態を示す図である。
【図９Ｃ】スロット付きアレイを形成する様々な層の１つの実施形態を示す図である。
【図９Ｄ】スロット付きアレイを形成する様々な層の１つの実施形態を示す図である。
【図１０Ａ】各々が外向き波を生成するためのアンテナシステムのそれぞれの実施形態を示す図である。
【図１０Ｂ】各々が外向き波を生成するためのアンテナシステムのそれぞれの実施形態を示す図である。
【図１１】セルがグループ化されて同心方形（矩形）を形成する実施例を示す図である。
【図１２】セルがグループ化されて同心八角形を形成する実施例を示す図である。
【図１３】アイリス及びマトリクス駆動回路を含む小さなアパーチャの実施例を示す図である。
【図１４】セル配置に使用される格子螺旋の実施例を示す図である。
【図１５】追加の螺旋を用いてより均一な密度を達成したセル配置の実施例を示す図である。
【図１６】アパーチャ全体を充填するように繰り返される選択された螺旋パターンを示す図である。
【図１７】円筒状給電アパーチャの四分円へのセグメント化の１つの実施形態を示す図である。
【図１８Ａ】マトリクス駆動格子が適用された図１７の単一のセグメントを示す図である。
【図１８Ｂ】マトリクス駆動格子が適用された図１７の単一のセグメントを示す図である。
【図１９】円筒状給電アパーチャの四分円へのセグメント化の別の実施形態を示す図である。
【図２０Ａ】マトリクス駆動格子が適用された図１９の単一のセグメントを示す図である。
【図２０Ｂ】マトリクス駆動格子が適用された図１９の単一のセグメントを示す図である。
【図２１】アンテナ素子に対するマトリクス駆動回路の配置の１つの実施形態を示す図である。
【図２２】ＴＦＴパッケージの１つの実施形態を示す図である。
【図２３Ａ】奇数のセグメントを有するアンテナアパーチャの１つの実施例を示す図である。
【図２３Ｂ】奇数のセグメントを有するアンテナアパーチャの１つの実施例を示す図である。
【図２４】一実施形態による通信システムの特徴を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
本明細書に記載の実施形態は、レードームと無線周波数（ＲＦ）素子のアレイとの間の連続構造を含む通信端末の緊密に一体化された構造を様々な形で提供し、例えば、通信デバイスは、レードームとＲＦ素子のアレイとの間のどのような空隙層も除外したものである。従来型の衛星通信システムでは、レードームは、空き体積が間に配置されることによってアンテナ構造から切り離されている。別途示さない限り、「アンテナ構造」は、本明細書では、アンテナの少なくとも一部として機能する構造を指し、例えば、アンテナ構造は、アンテナ全体であるか、又は代替的に、単にアンテナの全ての構成要素のサブセットである。
【０００８】
アパーチャとレードームとの間に空き体積が存在しないように要素を一体化することによって、幾つかの実施形態は、構造的完全性を過度に犠牲にすることなく比較的薄型の（すなわち、より薄い）通信端末を提供する。幾つかの実施形態において、レードームは、通信端末の製造中にキャリアとして機能することができ、例えば、レードームは、１又は２以上のアンテナパネル内又はその上に様々に配置されたＲＦ素子のアレイを移動させること、又はアレイを位置決めするのに使用される。アンテナパネルは、例えば、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）セグメント又は他の平面アンテナ構造を含むことができる。幾つかの実施形態は、この点に限定されるものではないが、幾つかの又は全てのこのようなＲＦ素子は、例えば、入力給電部の周り及び／又はその上に配置される構造体（本明細書では「アンテナアパーチャ」と呼ばれる（簡潔にするために、本明細書では「アパーチャ」とも呼ばれる）として配置することができる。
【０００９】
図１は、一実施形態による無線通信に関与する通信デバイス１００の特徴部を示す。通信デバイス１００は、レードーム、無線周波数（ＲＦ）素子のアレイ、及びレードームとＲＦ素子のアレイとの間に配置された発泡層を含む実施形態の一例である。ＲＦ素子のアレイは、発泡層を介してレードームに結合することができ、例えば、通信デバイス１００は、ＲＦ素子のアレイとレードームとの間のどのようなギャップ層も除外している。
【００１０】
幾つかの実施形態は、より効率的な製造処理を容易にする発泡体の層を提供して、例えば、レードームとの組み立ての前又は組み立て中のアンテナ構造の取り扱い及び／又は保護を改善することができる。代替として又はこれに加えて、例えば、従来型のアンテナ設計において典型的であるギャップ層の代わりに、発泡体の層を設けることで、レードームをアンテナ構造に比較的接近させることが可能となり、結果として、衛星通信端末のより薄い（ｚ次元）外形が得られる。
【００１１】
図示の例示的な実施形態において、通信デバイス１００は、レードーム１１０と、発泡体層１３０と、ＲＦ素子のアレイを含むアンテナ構造（図示の例示的なアンテナパネル１４０など）とを含む。「レードーム」という用語は、「レーダ」と「ドーム」との混成語として作り出されたが、様々な実施形態においてレードームは、様々な曲面形状又は平坦な形状でも、それらの何れかを有することができることは理解されるであろう。また、本明細書に記載の実施形態は、レーダ信号の通信に限定されず、例えば、ＲＦ衛星通信に関することができる点は、理解されるであろう。
【００１２】
レードーム１１０は、アンテナパネル１４０への及び／又はアンテナパネル１４０からのＲＦ通信を伝播させる様々な構造体のうちの何れかとすることができ、例えば、ここでレードーム１１０は更に、アンテナパネル１４０の構造的及び／又は環境的保護を提供する。例えば、レードーム１１０は、例えば、従来型のレードーム設計から適合された様々なプラスチックのうちの何れかを含む、ＲＦ信号に透過的であるか又は他の場合にＲＦ信号を透過させる１又は２以上の誘電体材料を含むことができる。レードーム１１０は、例えば、何らかの多孔質（例えば、発泡体）材料を含まない中実構造とすることができる。代替として又はこれに加えて、発泡体１３０の上に延びるレードーム１１０の少なくとも一部分は、例えば少なくとも０．０４０インチだけ（及び幾つかの実施形態では、少なくとも０．０６０インチだけ）平坦面から逸脱するように湾曲することができる。１つの実施形態において、レードーム１１０は、異なる誘電体材料からなるスタック層（図示せず）、例えば、アンテナパネル１４０を使用した通信に同調した信号伝播特性のプロファイルを有するスタック層を含む。
【００１３】
レードーム１１０は、通信デバイス１００の外面１１２を形成することができ、例えば、レードーム１１０は、アンテナパネル１４０の周りに延びる、シャーシ、ハウジング、又は他のエンクロージャを形成するか、又はそれらの一部である。このようなエンクロージャは、例えば、従来型の通信端末設計から適合された、様々な１又は２以上のプラスチック、金属、及び／又は他の材料のうちの何れかによって形成することができる。このような実施形態では、アンテナパネル１４０は、エンクロージャの下部（図示の例示的な支持構造１５０で表される）に直接的又は間接的に配置することができる。支持構造１５０は、アンテナパネル１４０を含むアンテナを含むことができ、又はアンテナの下に配置することができる。例えば、ＲＦ給電構造（図示せず）は、幾つか又は全てのＲＦ素子を動作させるように結合することができ、例えば、ＲＦ給電構造は、支持構造１５０内に配置された、又はアンテナパネル１４０と支持構造１５０との間に配置された、アンテナパネル１４０の構成要素である。
【００１４】
アンテナパネル１４０は、電子的に誘導可能な（例えば、ビーム形成）アンテナの一部又は全ての機能を提供することができる。例えば、アンテナパネル１４０は、例えば、石英、ガラス、ポリイミド、プリント回路基板、その他を含む基板を備えることができ、基板中又はその上に様々に形成されたメタマテリアル、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）及び／又は他の構造体は、ＲＦ信号送信及び／又は受信を行うための素子のアレイとして構成される。一部又は全てのこのような構造体は、例えば、様々な実施形態の特定の特徴を不明瞭にすることを回避するために本明細書では詳述されていない従来型のフラットパネルアレイアーキテクチャから適合させることができる。幾つかの実施形態は、この点に限定されるものではないが、アンテナパネル１４０は、互いに組み合わせてアンテナアパーチャを形成する複数の基板のうちの１つとすることができる。しかしながら、他の実施形態は、アンテナパネル１４０が電子的に誘導可能なアンテナ機能を提供するための特定のＲＦアレイ技術に限定されるものではない。
【００１５】
図１に示されるように、発泡体１３０は、接着剤１２０を介して、レードーム１１０の側面１１２の反対側にある側面１１４に結合することができる。例えば、発泡体１３０は、側面１３４と、側面１３４の反対側にある別の側面１３２とを含むことができ、発泡体１３０は、側面１３２を介してレードーム１１０の側面１１４に接着され、発泡体１３０は更に、側面１３４を介して直接的又は間接的にアンテナパネル１４０に結合される。幾つかの実施形態は、この点に限定されるものではないが、側面１３４は、発泡体１３０の機械加工面を形成することができる。例えば、発泡体１３０の製造は、発泡材料を除去して側面１３４を形成するために、切削処理（例えば、スカイビング）、研削処理、及び／又は工作機械を用いた他の処理を含むことができる。このような実施形態では、側面１３４の機械加工面は、微細な隆起部、溝、及び／又はこのような機械加工の他の特徴を含むことができる。
【００１６】
発泡体１３０は、例えば最大で１０ＧＨｚまでの信号に対して１．０から１．２５の範囲の誘電率を有する様々な材料のうちの何れかを含むことができる。例えば、発泡体１３０は、ＲＯＨＡＣＥＬＬ（登録商標）３１  ＨＦ発泡体、又はドイツ、エッセンのＥｖｏｎｉｋ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ  Ａｋｔｉｅｎｇｅｓｅｌｌｓｃｈａｆｔからの様々な他のＲＯＨＡＣＥＬＬ（登録商標）の何れかを含むことができる。
【００１７】
接着剤１２０は、レードーム１１０と、アンテナパネル１４０又はアンテナパネル１４０との結合を容易にすることができる何らかの中間構造（図示せず）の何れかとの間の接着結合を形成するための様々な材料のうちの何れかを含むことができる。１つの実施形態において、接着剤１２０は、例えば、１又は２以上のスチレン共重合体、アクリル樹脂、及び／又は従来型のＰＳＡ製品から適合された他の材料を含む、様々な感圧接着剤（ＰＳＡ）材料のうちの何れかを含む。代替として又はこれに加えて、接着剤１２０は、熱、紫外線放射、空気、及び／又は同様のものに応答して硬化する１又は２以上の材料を含むことができ、例えば、接着剤１２０は、発泡体１３０とレードーム１１０との接着の直前に堆積される二液型エポキシ接着剤混合物から形成される。
【００１８】
側面１１４からアンテナパネル１４０に延びる通信デバイス１００の構造は、どのようなギャップ層も除外して、材料の連続したスタックを形成することができる。異なる実施形態では、このようなスタックの１又は２以上の材料は、様々な平面又は曲面の何れかを形成することができ、図１に様々に示される例示的な平坦面に限定されるものではない。
【００１９】
１つの実施形態において、発泡体１３０は、側面１３４においてアンテナパネル１４０に隣接するか、又はアンテナパネルに最も接近した構造であり、例えば、発泡体１３０とアンテナパネル１４０とを互いに結合できる何らかの接着剤（図示せず）以外のものである。他の実施形態では、１又は２以上の他の構造体を発泡体１３０とアンテナパネル１４０との間に配置することができる。限定ではなく例証として、通信デバイス１００は更に、広角ビーム方向及び／又は他の信号伝播特性を促進する構造体の１又は２以上の層を備えることができる。幾つかの実施形態において、通信デバイス１００は更に、発泡体１３０とアンテナパネル１４０との間の１又は２以上の追加の発泡層を備える。このような１又は２以上の追加の発泡層は、例えば、少なくとも１つの機械加工面を形成する発泡層を含むことができる。
【００２０】
発泡体１３０は、例えば、側面１１２と側面１１４との間のレードーム１１０の厚さと比較して、側面１３２と側面１３４との間で幾分薄いものとすることができる。例えば、発泡体１３０の平均厚さは、０．０６０インチに等しいか又はそれよりも小さいとすることができる（例えば、このような平均厚さは、０．０４０インチに等しいか又はそれよりも小さく、幾つかの実施形態では、０．０３０インチに等しいか、又はそれよりも小さい）。
【００２１】
図２は、一実施形態による電気的に誘導可能なアンテナの通信機能を提供する方法２００の特徴を示す。方法２００は、通信デバイス１００のものなどの構造を提供する実施形態の一例である。様々な実施形態の特定の特徴を例証するために、方法２００は、図３Ａ〜図３Ｃを参照して本明細書で記載され、これらの図は、１つの実施形態例による通信端末を製造するための一連の処理段階３００〜３０７を示している。しかしながら、他の実施形態では、方法２００は、段階３００〜３０７に示されるものに加えて（又はそれ以外に）様々な構造の何れかを提供するように実行することができる。
【００２２】
図示の実施形態例では、方法２００は、２１０において、レードーム上に配置された第１の発泡層を形成するステップを含む。２１０における形成の後、第１の発泡層は、第１の側面及び反対側の第２の側面（例えば、それぞれ、側面１３４及び側面１３２）を含むことができる。２１０における形成ステップは、発泡材料をレードーム上に堆積するステップを含むことができ、例えば、発泡材料が硬化してそれ自体をレードームに接着し、又は事前に硬化された発泡材料が、接着剤を用いてレードームに接合される。例えば、方法２００は更に、感圧接着材料を用いて第１の発泡層の第２の側面をレードームに接着するステップを含むことができる。幾つかの実施形態において、２１０における形成ステップは、レードーム上の堆積後、発泡材料を機械加工して、第１の発泡層の第１の側面に第１の機械加工面を形成するステップを含む。
【００２３】
ここで図３Ａを参照すると、レードーム３１０は、感圧接着剤３３０を使用して発泡材料３２０に接着することができ（段階３００において）、例えば、発泡材料３２０及び接着剤３３０は、レードーム３１０の側面３１２上に配置される。幾つかの実施形態は、この点に限定されるものではないが、レードーム３１０は、その内部に１又は２以上の凹部、孔、及び／又は他の構造（図示の例示的な貫通孔３１４など）を形成して、通信端末の１又は２以上の他の構造体との結合を容易にすることができる。更に、側面３１２は、湾曲しているように示されているが、様々な実施形態において、レードーム３１０は、代わりに１又は２以上の平坦面を形成することができる。
【００２４】
段階３０１に示されるように、発泡材料３２０の側面３２２は、工作機械３１６を用いて切削又は他の方法で処理することができ、例えば、（段階３０２において）このような処理により、結果として得られる発泡層３２０’の機械加工面３２２’が形成される。このような機械加工は、発泡体の厚さを薄くするために、及び／又は側面３２２の不均一な、湾曲した、又は他の平坦でない表面に起因して行うことができる。寸法、平坦性、位置合わせ、及び／又は他の特徴に関する正確な制御を行うために、レードーム３１０は、このような機械加工及び／又は他の処理の際に機械加工テーブル３４０に固定することができる。この固定は、レードーム３１０に曲げ力を加えることを制限しながら、クランプ、真空、又は側面３２２の機械加工の際に剪断力に抗する他の機構によって提供することができる。
【００２５】
方法２００は更に、２２０において、第１の発泡層がレードームに接着されている間に、第１の側面を介して電子的に誘導可能なアンテナパネルを第１の発泡層に結合するステップを含むことができる。２２０における結合ステップは、例えば、アンテナパネルが基部構造上に配置されている間に、レードーム及び第１の発泡層を基部構造の上に位置決めするステップを含むことができる。このような実施形態では、位置決めステップは、スタンドオフの表面を基部構造と当接させるステップを含むことができ、スタンドオフは、レードームに結合されこのレードームから延びる。
【００２６】
例えば、ここで図３Ｂに示される段階３０３を参照すると、別の接着剤３２４（例えば、接着剤３３０の材料と同じ１又は２以上の接着剤材料を含む）を発泡層３２０’上に配置して、ＲＦ素子のアレイを含む１又は２以上のアンテナ構造上に直接的又は間接的に取り付けられる第１の組立体を形成することができる。段階３０４に例示されるように、第１の組立体は、機械加工テーブル３４０から取り外され、反転され、次いで、例えば位置合わせテーブル３９０上に位置決めされて固定された１又は２以上のアンテナパネル３６０の上に位置合わせされて、このアンテナパネルと接触させることができる。位置合わせテーブル３９０の一部分は、所用の製造公差のため少なくとも幾らかの最小閾値まで平坦とすることができる。代替として又はこれに加えて、位置合わせテーブル３９０は、１又は２以上の孔、支柱、及び／又は他の位置合わせ構造を形成させて、段階３０３で形成された第１の組立体に対する１又は２以上のアンテナパネル３６０の位置合わせを容易にすることができる。
【００２７】
限定ではなく例証として、段階３０５に示されるように、複数の位置合わせ構造（例えば、図示の支柱３５０を含む）は、１又は２以上のアンテナパネル３６０が配置される階層を通って様々に延びることができ、例えば、一部又は全てのこのような位置合わせ構造は、１又は２以上のアンテナパネル３６０の周辺部の周りに様々に位置決めされる。図示の実施形態例では、支柱３５０の機能は、少なくとも貫通孔３１４の一部と位置合わせテーブル３９０の対応する孔（又は他の基準構造）との間のｘ−ｙ面の位置合わせを容易にすることができる。代替として又はこれに加えて、支柱３５０は、１又は２以上の構造体がその後で１又は２以上のアンテナパネル３６０とｚ軸方向に近接できる程度を制限するスタンドオフ（離隔部）として機能することができる。このような実施形態では、支柱３５０の一部又は全部は、エポキシ樹脂接着、ねじ切り、及び／又は他の方法でレードーム３１０に様々な形で固定することができる。
【００２８】
ここで図３Ｃを参照すると、段階３０５にて形成された第２の組立体（第１の組立体、１又は２以上のアンテナパネル３６０、及び支柱３５０を含む）は、位置合わせテーブル３９０から取り外されて、通信端末に含まれる１又は２以上の他の構造体と結合することができる。限定ではなく例証として、第２の組立体は、段階３０６において、基部３９２（例えば、支持構造１５０を提供する）及び隣接する側壁構造３８０の上に位置合わせすることができる。
【００２９】
図示の実施形態例では、基部３９２は、この基部との第２の組立体の結合を容易にするためのねじ孔を含む。段階３０７に示されるように、ねじ３７０は、レードーム３１０内の孔３１４のそれぞれ１つを通して様々に挿入することができ、ねじ３７０は、各々が基部３９２のそれぞれのねじ孔と結合される。基部３９２は、様々な追加の又は代替の構造体の何れか又は代替の構造体を収容して、第２の組立体との直接的又は間接的な結合を容易にすることができる。このような実施形態では、支柱３５０は、基部３９２の表面と様々に当接することができ、これによって支柱３５０は、１又は２以上のアンテナパネル３６０とこの基部の表面３９２との間に少なくとも幾らかの最小必要ｚ軸距離（ｄ１）が確実に確保される。基部３９２のそれぞれの平坦面領域に様々に当接しているように示されているが、代替的に、支柱３５０のうちの１又は２以上は、基部３９２のそれぞれの凹状面に当接することができ、例えば、基部３９２は、支柱３５０と組み合わせて基部３９２に対する第２の組立体の三次元的位置合わせ及び位置決めを容易にする孔及び／又は他の特徴部を形成する。
【００３０】
距離ｄ１は、１又は２以上の構造体（例えば、図示の例示的なＲＦ給電構造３６２を含む）を収容するのに十分な空間を許容することができる。例えば、距離ｄ１により、ねじ３７０を使用して加えられる圧力が、結果として１又は２以上のパネル３６０、ＲＦ供給構造３６２、及び／又は基部３９２とレードーム３１０との間の他の構造体に損傷を与えないことを確保することができる。代替として又はこれに加えて、発泡層３２０’（及び／又は１又は２以上のアンテナパネル３６０上に配置された他の発泡層）の変形性は、圧縮応力をより広い領域にわたって分散可能にすることによって、構造的損傷を軽減することができる。幾つかの実施形態において、基部３９２自体は、ＲＦ給電構造３６２及び／又は他のアンテナ構造を含む。
【００３１】
段階３００〜３０６により例示されている処理は、発泡材料を含む連続構造を介してレードーム及びアンテナが互いに固定される実施形態の一例にすぎず、ここでスタンドオフは、少なくとも幾つかのアンテナ構造を当該アンテナ構造に構造的支持を提供する他の構造体に対して正確な位置決めできるようにするために設けられる。このような他の構造体は、アンテナに結合することができ、又は代替的に追加のアンテナ構造とすること又は追加のアンテナ構造を含むことができる。
【００３２】
スタンドオフ構造を利用する際には、幾つかの実施形態は、レードーム３１０の底部と基部３９２の上部との間の基部３９２の平面にわたる垂直距離の変動に対応する。例えば、スタンドオフは、１又は２以上のアンテナパネル３６０の周辺部の周りの複数の位置に配置することができ、ここでスタンドオフは、スタンドオフのそれぞれの底部が基部３９２の上部と同じ平面内に存在するように所定位置に固定される。スタンドオフのこのような位置決めは、他の場合にはレードーム３１０を基部３９２に締結することによって引き起こされる可能性があるレードーム３１０の傾斜及び反りを軽減することができる。結果として、１又は２以上のアンテナパネル３６０にかかる応力を防止又は他の方法で低減することができる。このようなスタンドオフの位置決めにより、アパーチャのアイリス金属面（１又は２以上のアンテナパネル３６０によって形成される）が、ＲＦ給電部の材料の他の様々な平面と平行であることを確保することができる。代替として又はこれに加えて、スタンドオフは、例えば、ギャップがアイリスの下方に位置する場合でも、ＲＦ給電部又は他の下層構造の上方でアイリス金属面のｚ軸（高さ）の位置決めを改善することができる。
【００３３】
幾つかの実施形態において、２２０における結合ステップは、１又は２以上の他の構造体を介してアンテナパネルを第１の発泡層に結合するステップを含む。例えば、このような１又は２以上の他の構造体は、第１の側面を介して第１の発泡層に各々が様々な形で結合された層を含むことができ、電子的に誘導可能なアンテナパネルを結合するステップは、電子的に誘導可能なアンテナパネルをこれらの層を介して第１の発泡層に結合するステップを含む。これらの層は、信号整形、ビーム配向及び／又は同様のものを容易にすることができる。
【００３４】
幾つかの実施形態は、この点に限定されるものではないが、方法２００は、追加的又は代替的に、２１０における形成ステップ及び２２０における結合ステップによって提供されるものなどの通信デバイスの動作を含むことができる。例えば、方法２００は、２３０において、アンテナパネルを用いて、レードーム及び第１の発泡層を介して伝播される信号の伝達に関与するステップを含むことができる。
【００３５】
図４は、別の実施形態による電気的に誘導可能なアンテナの機能を提供するための通信デバイス４５０の特徴部を示す。通信デバイス４５０は、通信デバイス１００の特徴部の一部又は全部を含むことができ、例えば、通信デバイス４５０の機能は、方法２００の処理に従って提供される。
【００３６】
通信デバイス４５０は、ＲＦ素子が発泡層（及び、次にレードーム）に間接的にのみ結合される実施形態の別の例であり、例えば、通信デバイス４５０は、ＲＦ素子と発泡層との間のどのようなギャップ層も除外したものである。図示の実施形態例では、通信デバイス４５０は、レードーム４６０と、発泡体層４６２と、それぞれのＲＦ素子（図示せず）が内部又は上部に様々に配置されたアンテナパネル４７４とを含む。レードーム４６０は、互いに組み合わせて、同調された信号伝播特性を提供する誘電体材料のスタック層を含むことができる。
【００３７】
アンテナパネル４７４は、基部４７８によって支持されるＲＦ給電構造４７６、例えば、アンテナパネル４７４への及び／又はアンテナパネル４７４からの信号を更に伝播させるためのＲＦ給電構造４７６の上に配置することができる。図示の例示的な実施形態において、アンテナパネル４７４と発泡層４６２との間に配置されたスタックは、発泡層４６６と、例えば広角ビーム方向及び／又は他の信号伝播特性に役立つ他の層４６４、４６８とを含む。しかしながら、このようなスタックは、様々な実施形態において、より多い、より少ない、及び／又は異なる層状構造からなる他の様々な配列の何れかを含むことができる。クラスプ４８０及び／又は他のファスナハードウェアは、基部４７８に結合することができ、クラスプ４８０は、発泡層４６２、スタック、アンテナパネル４７４、及びＲＦ給電構造４７６の上にレードーム４６０を固定する。他の実施形態では、基部４７８自体は、ＲＦ給電構造４７６及び／又は他のアンテナ構造を含む。
【００３８】
平面アンテナの実施形態が開示される。平面アンテナは、アンテナアパーチャ上にアンテナ素子の１又は２以上のアレイを含む。１つの実施形態において、アンテナ素子は、液晶セルを備える。１つの実施形態において、平面アンテナは、行及び列状に配置されていないアンテナ素子の各々に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つの実施形態において、素子は、リング状に配置される。
【００３９】
１つの実施形態において、アンテナ素子の１又は２以上のアレイを有するアンテナアパーチャは、共に結合された複数のセグメントから構成される。共に結合されると、セグメントの組み合わせは、アンテナ素子の閉じた同心リングを形成する。１つの実施形態において、同心リングは、アンテナ給電部に対して同心状である。
【００４０】
以下の記載では、数多くの詳細事項は、本発明のより綿密な説明を提供するために記載されている。しかし、本発明がこれらの特定の詳細なしに実施可能であることは当業者には明らかであろう。別の事例では、本発明を不明瞭にしないように、周知の構造及び装置は、詳細ではなくブロック図の形態で示される。
【００４１】
以下の詳細な説明の幾つかの部分は、コンピュータメモリ内のデータビットに対する演算のアルゴリズム及び記号表現の観点で提示されている。これらのアルゴリズムに関する説明及び表現は、データ処理技術分野の当業者により、自らの仕事の内容を他の当業者に最も効果的に伝えるのに使用される手段である。アルゴリズムは、ここでは一般的に、望ましい結果に至る自己矛盾のない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。通常は、必ずしもそうではないが、これらの量は、格納、転送、結合、比較、及び他の操作が可能な電気信号又は磁気信号の形式をとる。これらの信号をビット、値、要素、記号、符号、用語、又は数字などとして言及することは、主として共通使用という理由で時に有利であることが判明している。
【００４２】
しかしながら、これらの用語及び類似の用語は全て、適切な物理量に関連付けられるものとし、これらの量に付与される好都合なラベルにすぎない点に留意されたい。以下の説明から明らかなように、特に明記しない限り、明細書全体を通して、「処理する」又は「演算する」又は「計算する」又は「決定する」又は「表示する」又は同様のもののような用語を利用した説明は、コンピュータシステムのレジスタ及びメモリ内の物理的な（電子的な）量として表されるデータを、そのコンピュータシステムのメモリ又はレジスタ又は他のこのような情報ストレージ、送信又は表示デバイス内の物理量として同様に表される別のデータに操作及び変換するコンピュータシステム又は類似の電子コンピュータデバイスのアクション及び処理を指すことが理解される。
【００４３】
１つの実施形態において、平面アンテナは、メタマテリアルアンテナシステムの一部である。通信衛星地球局用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つの実施形態において、アンテナシステムは、民間商用衛星通信用のＫａ帯域周波数又はＫｕ帯域周波数の何れかを使用して動作するモバイルプラットフォーム（例えば、航空、海上、陸上、その他）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。アンテナシステムの実施形態はまた、モバイルプラットフォーム上ではない地球局（例えば、固定地球局又は可搬地球局）で使用できることに留意されたい。
【００４４】
１つの実施形態において、アンテナシステムは、表面散乱メタマテリアル技術を使用して、別個のアンテナを介して送受信ビームを形成して誘導する。１つの実施形態において、アンテナシステムは、デジタル信号処理を使用してビームを電気的に形成し誘導するアンテナシステム（フェーズドアレイアンテナなど）とは対照的に、アナログシステムである。
【００４５】
１つの実施形態において、アンテナシステムは、３つの機能的サブシステム、すなわち、（１）円筒波給電アーキテクチャからなる導波構造、（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使用してメタマテリアル散乱素子からの調整可能な放射場（ビーム）の形成を命令する制御構造から構成される。
【００４６】
図５Ａは、円筒波給電を提供するのに使用される同軸給電部の１つの実施形態の上面図を示している。図５Ａに示されている同軸給電構造は、例えば、アンテナパネル１４０又は本明細書で記載される他のアンテナ構造の機能を提供することができる。図５Ａを参照すると、同軸給電部は、中心導体及び外側導体を含む。１つの実施形態において、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起を中心点からアンテナに供給する。すなわち、円筒状給電アンテナは、外向きに進む同心状給電波を生成する。それでも、円筒状給電部の周りの円筒状給電アンテナの形状は、円形、正方形、又は何らかの形状とすることができる。別の実施形態において、円筒状給電アンテナは、内向きに進む給電波を生成する。このような場合、円形構造から生じる給電波が最も自然である。
【００４７】
図５Ｂは、円筒状給電アンテナの入力給電部の周りに同心リング状に配置されたアンテナ素子の１又は２以上のアレイを有するアパーチャを示している。
【００４８】
１つの実施形態において、アンテナ素子は、１つのグループのパッチ及びスロットアンテナ（単位セル）を含む。この単位セルのグループは、散乱メタマテリアル素子のアレイを含む。１つの実施形態において、アンテナシステムにおける各散乱素子は、下部導体、誘電体基板、及び上部導体からなる単位セルの一部であり、上部導体は、該上部導体にエッチングされ又は堆積された相補的電気誘導型容量性共振器（「相補型電気ＬＣ」又は「ＣＥＬＣ」）を組み込んでいる。当業者には理解されるように、液晶とは対照的に、ＣＥＬＳの関連におけるＬＣは、インダクタンス−キャパシタンスを指す。
【００４９】
１つの実施形態では、液晶（ＬＣ）が散乱素子の周りのギャップに配置される。液晶は、各単位セル内に封入され、スロットに関連付けられた下部導体をそのパッチに関連付けられた上部導体から分離する。液晶は、該液晶を含む分子の配向の関数である誘電率を有し、液晶両端間のバイアス電圧を調節することにより、分子の配向（及びひいては誘電率）を制御することができる。１つの実施形態では、この特性を使用して、液晶は、誘導波からＣＥＬＣへのエネルギー伝達のためのオン／オフスイッチ及びオンとオフの間の中間状態を統合する。スイッチをオンにすると、ＣＥＬＣは、電気的に小さいダイポールアンテナのような電磁波を放出する。本明細書での教示は、エネルギー伝達に関して２値様式で動作する液晶を有することに限定されない点に留意されたい。
【００５０】
１つの実施形態では、このアンテナシステムの給電幾何形状は、アンテナ素子を波動給電の波動ベクトルに対して４５度（４５°）の角度で位置決めすることを可能にする。他の位置（例えば、４０°の角度）を用いてもよい点に留意されたい。素子のこの位置は、素子によって受信されるか又は素子から送信／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、アンテナ素子は、アンテナの作動周波数の自由空間波長未満の素子間隔で配置される。例えば、１波長につき４つの散乱素子が存在する場合、３０ＧＨｚ送信アンテナ内の素子は、約２．５ｍｍ（すなわち、３０ＧＨｚの自由空間波長１０ｍｍの４分の１）となる。
【００５１】
１つの実施形態では、２組の素子は互いに垂直であり、同じ同調状態に制御される場合には等しい振幅の励起を同時に有する。給電波の励起に対してこれらを±４５度回転させることにより、両方の望ましい機能が同時に達成される。一方の組を０度回転させ、他方を９０度回転させることによって垂直目標は達成されるが、等振幅励起の目標は達成されない。０度と９０度を使用して、上述のように２つの側部から単一構造のアンテナ素子アレイを給電するときに分離を達成することができる点に留意されたい。
【００５２】
各単位セルから放射されるパワーの量は、コントローラを使用してパッチに電圧（ＬＣチャネルの両端の電位）を印加することによって制御される。各パッチに対するトレースを使用して、パッチアンテナに電圧を供給する。電圧を使用して、キャパシタンス及び従って個々の素子の共振周波数を同調又は離調させ、ビーム形成を達成するようにする。必要とされる電圧は、使用され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、それを超える電圧の増加が液晶の大きな同調を生じない飽和電圧とによって主として説明される。これら２つの特性パラメータは、異なる液晶混合物に対して変化する場合がある。
【００５３】
１つの実施形態では、マトリクス駆動を使用してパッチに電圧を印加し、各セルに対して別個の接続を有することなく、各セルを他の全てのセルから切り離して駆動するようにする（直接駆動）。素子が高密度であるために、マトリクス駆動は、各セルを個別にアドレス指定するのに最も効率的な方法である。
【００５４】
１つの実施形態において、アンテナシステムの制御構造は、２つの主要な構成要素を有し、すなわち、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あり、一方、マトリクス駆動スイッチングアレイは、放射を妨害しないように放射ＲＦアレイの全体を通して散在している。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は、散乱素子へのＡＣバイアス信号の振幅を調節することによって各散乱素子に対するバイアス電圧を調節する市販のテレビジョン装置で使用される市販の既製ＬＣＤ制御装置を備える。
【００５５】
１つの実施形態では、コントローラはまた、ソフトウェアを実行するマイクロプロセッサを含有する。制御構造はまた、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、その他）を組み込むことができる。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ができ、及び／又はアンテナシステムの一部ではない場合がある。
【００５６】
より具体的には、コントローラは、作動周波数でどの素子がオフにされてどの素子がオンにされるか、並びどの位相及び振幅のレベルにするかを制御する。素子は、電圧印加によって周波数作動に対して選択的に離調される。
【００５７】
送信に関して、コントローラは、ＲＦパッチに電圧信号アレイを供給して変調パターン又は制御パターンを生成する。制御パターンは、素子を異なる状態に変える。１つの実施形態では、多状態制御が使用され、そこでは、方形波（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、様々な素子が様々なレベルにオン及びオフにされて、更に正弦波制御パターンを近似する。１つの実施形態において、放射する素子もあれば放射しない素子もあるのではなく、一部の素子が他の素子よりも強く放射する。可変的な放射は、特定の電圧レベルを印加することによって達成され、これにより液晶の誘電率が様々な量に調節され、これによって素子を可変的に離調させて一部の素子を他の素子よりも多く放射させる。
【００５８】
素子のメタマテリアルアレイによる集束ビームの発生は、強め合う干渉と弱め合う干渉の現象によって説明することができる。個々の電磁波は、自由空間で遭遇するときに同じ位相を有する場合に加え合わされ（強め合う干渉）、自由空間で遭遇するときに逆位相ならば互いに打ち消し合う（弱め合う干渉）。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配置されるようにスロットアンテナ内のスロットが位置決めされた場合に、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ことになる。スロットが誘導波長の４分の１離間している場合に、各スロットは、前のスロットから４分の１の位相遅延で波を散乱させることになる。
【００５９】
このアレイを使用して、生成することができる強め合う干渉及び弱め合う干渉のパターンの数を増すことができるので、ホログラフィの原理を使用して、理論的には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指向させることができる。従って、どのメタマテリアル単位セルがオン又はオフにされるのかを制御することにより（すなわち、どのセルがオンにされてどのセルがオフにされるかのパターンを変えることにより）、強め合う干渉及び弱め合う干渉の異なるパターンを作り出すことができ、アンテナは主ビームの方向を変えることができる。単位セルをオン及びオフにするのに必要な時間は、１つの位置から別の位置にビームを切り換えることができる速度によって定まる。
【００６０】
１つの実施形態では、アンテナシステムは、アップリンクアンテナのための１つの誘導可能ビームと、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、アンテナシステムは、メタマテリアル技術を使用してビームを受信し、衛星からの信号を復号し、衛星に向けられる送信ビームを形成する。１つの実施形態では、アンテナシステムは、ビームを電気的に形成して誘導するのにデジタル信号処理を使用するアンテナシステム（フェーズドアレイアンテナなど）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、アンテナシステムは、特に従来の衛星ディッシュベースの受信機と比較して、平面的で比較的薄型の「面」アンテナとみなされる。
【００６１】
図６は、グランドプレーンと再構成可能共振器層とを含む１列のアンテナ素子の斜視図を示している。図６におけるアンテナ素子の配列は、例えば、アンテナパネル１４０又は本明細書で記載される他のアンテナ構造の機能を提供することができる。再構成可能共振器層６３０は、同調可能スロット６１０のアレイを含む。同調可能スロット６１０のアレイは、アンテナを望ましい方向に指向させるように構成することができる。同調可能スロットの各々は、液晶両端間の電圧を変化させることによって同調／調節することができる。
【００６２】
制御モジュール６８０は、再構成可能共振器層６３０に結合されて、図６で液晶両端間の電圧を変化させることにより同調可能スロット６１０のアレイを変調する。制御モジュール６８０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）、又は他の処理論理回路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６８０は、同調可能スロット６１０のアレイを駆動するために論理回路（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６８０は、同調可能スロット６１０のアレイ上に駆動されるホログラフィック回折パターンに関する仕様を含むデータを受信する。ホログラフィック回折パターンは、それがダウンリンクビーム（及びアンテナシステムが送信を実行する場合はアップリンクビーム）を通信に適切な方向に誘導するように、アンテナと衛星間の空間的関係に応じて発生させることができる。各図には描かれていないが、制御モジュール６８０と類似の制御モジュールが、本開示の図にて記載される同調可能スロットの各アレイを駆動することができる。
【００６３】
ＲＦ基準ビームがＲＦホログラフィック回折パターンに遭遇するときに望ましいＲＦビームを発生させることができる類似の技術を使用して、無線周波数（「ＲＦ」）ホログラフィも可能である。衛星通信の場合に、基準ビームは、給電波６０５（一部の実施形態では約２０ＧＨｚ）のような給電波の形態である。給電波を放射ビームに変換するために（送信目的又は受信目的の何れかで）、望ましいＲＦビーム（目標ビーム）と給電波（基準ビーム）との間で干渉パターンが計算される。干渉パターンは、給電波が望ましいＲＦビーム（望ましい形状及び方向を有する）に「誘導される」ように、回折パターンとして同調可能スロット６１０のアレイ上に駆動される。言い換えれば、ホログラフィック回折パターンに遭遇する給電波は、目標ビームを「再構成」し、これは通信システムの設計要件に従って形成される。ホログラフィック回折パターンは、各素子の励起を含有し、導波路内の波動方程式としてのｗ＿ｉｎと外向き波に関する波動方程式としてのｗ＿ｏｕｔとを使用して、ｗ＿ｈｏｌｏｇｒａｍ＝ｗ＿ｉｎ＾＊ｗ＿ｏｕｔによって計算される。
【００６４】
図７は、同調可能共振器／スロット６１０の１つの実施形態を示している。同調可能スロット６１０は、アイリス／スロット６１２と、放射パッチ６１１と、アイリス６１２とパッチ６１１との間に配置された液晶６１３とを含む。１つの実施形態では、放射パッチ６１１は、アイリス６１２と同じ場所に配置される。
【００６５】
図８は、本開示の一実施形態による、物理的アンテナアパーチャの断面図を示している。アンテナアパーチャは、グランドプレーン６４５と、再構成可能共振器層６３０に含まれるアイリス層６３３内の金属層６３６とを含む。１つの実施形態において、図８のアンテナアパーチャは、図７の複数の同調可能共振器／スロット６１０を含む。アイリス／スロット６１２は、金属層６３６内の開口によって定められる。図６の給電波６０５のような給電波は、衛星通信チャネルと適合性のあるマイクロ波周波数を有することができる。給電波は、グランドプレーン６４５と共振器層６３０との間を伝播する。
【００６６】
再構成可能共振器層６３０はまた、ガスケット層６３２及びパッチ層６３１を含む。ガスケット層６３２は、パッチ層６３１とアイリス層６３３との間に配置される。１つの実施形態では、スペーサがガスケット層６３２に取って代わることができる点に留意されたい。１つの実施形態において、アイリス層６３３は、金属層６３６として銅層を含むプリント回路基板（ＰＣＢ）である。１つの実施形態において、アイリス層６３３はガラスである。アイリス層６３３は、他のタイプの基板であってもよい。
【００６７】
銅層において開口をエッチングして、スロット６１２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６３３は、導電性ボンディング層によって図８の別の構造（例えば、ＲＦ給電構造）に導電的に結合される。１つの実施形態において、アイリス層は、導電性ボンディング層によって導電的に結合されず、代わりに非導電性ボンディング層と界面接合される点に留意されたい。
【００６８】
パッチ層６３１はまた、放射パッチ６１１として金属を含む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６３２は、金属層６３６とパッチ６１１との間の寸法を定める機械的離隔部（スタンドオフ）を提供するスペーサ６３９を含む。１つの実施形態では、スペーサは７５ミクロンであるが、他のサイズ（例えば、３〜２００ｍｍ）を使用することができる。上述のように、１つの実施形態において、図８のアンテナアパーチャは、同調可能共振器／スロット６１０のような複数の同調可能共振器／スロットを含み、該同調可能共振器／スロット６１０は、図７のパッチ６１１、液晶６１３、及びアイリス６１２を含む。液晶６１３のためのチャンバは、スペーサ６３９、アイリス層６３３、及び金属層６３６によって定められる。チャンバに液晶が充填されると、スペーサ６３９上にパッチ層６３１を積層して共振器層６３０内に液晶をシールすることができる。
【００６９】
パッチ層６３１とアイリス層６３３との間の電圧を変調して、パッチとスロット（例えば、同調可能共振器／スロット６１０）間のギャップ内の液晶を同調させることができる。液晶６１３の両端間電圧を調節することにより、スロット（例えば、同調可能共振器／スロット６１０）のキャパシタンスが変化する。従って、キャパシタンスを変化させることにより、スロット（例えば、同調可能共振器／スロット６１０）のリアクタンスを変化させることができる。スロット６１０の共振周波数はまた、次式：
【数１】
2019517222.tif 000003
に従って変化し、ここで、ｆはスロット６１０の共振周波数であり、Ｌ及びＣは、それぞれスロット６１０のインダクタンス及びキャパシタンスである。スロット６１０の共振周波数は、ＲＦ給電構造を伝播する給電波６０５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６０５が２０ＧＨｚである場合、スロット６１０の共振周波数を１７ＧＨｚに調節して（キャパシタンスを変化させることにより）、スロット６１０が給電波６０５からのエネルギーを実質的に結合させないようにすることができる。これに代えて、スロット６１０の共振周波数を２０ＧＨｚに調節して、スロット６１０が給電波６０５からのエネルギーを結合させ、そのエネルギーを自由空間に放射するようにすることができる。与えられた実施例は２値的（完全な放射又は全くの無放射）であるが、スロット６１０のリアクタンス及び従って共振周波数の完全グレイスケール制御は、多値範囲にわたる電圧変化を使用して可能である。従って、各スロット６１０から放射されるエネルギーは、精密に制御可能なので、同調可能スロットのアレイによって精緻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。
【００７０】
１つの実施形態では、行内の同調可能スロットは、互いからλ／５だけ離間している。他の間隔を使用することもできる。１つの実施形態では、行内の各同調可能スロットは、隣接する行内の最も近い同調可能スロットからλ／２だけ離間しており、従って、異なる行内の共通に方向付けられた同調可能スロットは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、行内の各同調可能スロットは、隣接する行内の最も近い同調可能スロットからλ／３だけ離間する。
【００７１】
本発明の実施形態は、市場の多重アパーチャの必要性に対して、２０１４年１１月２１日出願の「Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｃｏｕｐｌｉｎｇ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  ｆｒｏｍ  ａ  Ｓｔｅｅｒａｂｌｅ  Ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌｌｙ  Ｆｅｄ  Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ  Ａｎｔｅｎｎａ（誘導可能円筒給電式ホログラフィックアンテナからの動的偏波及び結合制御）」という名称の米国特許出願第１４／５５０，１７８号明細書、及び２０１５年１月３０日出願の「Ｒｉｄｇｅｄ  Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  Ｆｅｅｄ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ  ｆｏｒ  Ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ  Ａｎｔｅｎｎａ（再構成可能アンテナのためのリッジ型導波路給電構造）」という名称の米国特許出願第１４／６１０，５０２号明細書に説明されているような再構成可能メタマテリアル技術を使用する。
【００７２】
図９Ａ−Ｄは、スロット付きアレイを形成する様々な層の１つの実施形態を示している。図９Ａ−Ｄに様々に示されているアレイの一部又は全部は、例えば、アンテナパネル１４０又は本明細書で記載される他のアンテナ構造の機能を提供する。この実施例において、アンテナアレイは、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点に留意されたい。図９Ａは、スロットに対応した位置を有する第１のアイリス基板層の一部を示している。図９Ａ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開放エリア／スロットであり、給電部（給電波）への素子の結合を制御するためのものである。この層は、任意選択の層であり、全ての設計で使用される訳ではない点に留意されたい。図９Ｂは、スロットを含む第２のアイリス基板層の一部を示している。図９Ｃは、第２のアイリス基板層の一部を覆うパッチを示している。図９Ｄは、スロット付きアレイの一部の上面図を示している。
【００７３】
図１０Ａは、円筒状給電アンテナ構造の一実施形態の側面図を示す。図１０Ａに示されている構造は、例えば、アンテナパネル１４０又は本明細書で記載される他のアンテナ構造の機能を提供することができる。このアンテナは、二重層給電構造（すなわち、２つの給電構造層）を使用して内向き進行波を生成する。１つの実施形態では、アンテナは、円形の外形を含むが、このことは必須ではない。すなわち、非円形の内向き進行構造を使用することができる。１つの実施形態において、図１０Ａのアンテナ構造は、図５の同軸給電部を含む。
【００７４】
図１０Ａを参照すると、同軸ピン１００１は、アンテナの下層で場を励起するのに使用される。１つの実施形態において、同軸ピン１００１は、容易に入手できる５０Ω同軸ピンである。同軸ピン１００１は、導電性グランドプレーン１００２であるアンテナ構造の底部に結合（例えば、ボルト締め）される。
【００７５】
内部導体である間隙導体１００３は、導電性グランドプレーン１００２から切り離される。１つの実施形態において、導電性グランドプレーン１００２及び間隙導体１００３は、互いに平行である。１つの実施形態において、グランドプレーン１００２と間隙導体１００３との間の距離は、０．１インチ〜０．１５インチである。別の実施形態では、この距離は、λ／２とすることができ、ここで、λは、作動周波数での進行波の波長である。
【００７６】
グランドプレーン１００２は、スペーサ１００４を介して間隙導体１００３から切り離される。１つの実施形態において、スペーサ１００４は、発泡体又は空気状スペーサである。１つの実施形態において、スペーサ１００４は、プラスチックスペーサを含む。
【００７７】
誘電体層１００５が、間隙導体１００３の上部に存在する。１つの実施形態において、誘電体層１００５はプラスチックである。図１０Ａは、給電波が入射する誘電材料の例を示す。誘電体層１００５の目的は、自由空間速度に対して進行波を減速させることである。１つの実施形態において、誘電体層１００５は、自由空間に対して３０％だけ進行波を減速させる。１つの実施形態において、誘電体層１６０５は、自由空間に対して３０％進行波を減速する。１つの実施形態において、ビーム形成に好適な屈折率の範囲は、１．２〜１．８であり、自由空間は、定義上、１に等しい屈折率を有する。例えば、プラスチックなどの他の誘電スペーサ材料を用いて、この効果を達成することができる。所望の波動減速効果を達成する限り、プラスチック以外の材料を使用できる点に留意されたい。或いは、例えば機械加工又はリソグラフィにより定めることができる周期的サブ波長金属構造などの分散構造を有する材料を誘電体１６０５として使用することができる。
【００７８】
ＲＦアレイ１００６は、誘電体１００５の上部に存在する。１つの実施形態において、間隙導体１００３とＲＦアレイ１００６との間の距離は、０．１インチ〜０．１５インチである。別の実施形態では、この距離はλeff／２とすることができ、ここで、λeffは、設計周波数での媒体中の有効波長である。
【００７９】
アンテナは、側面１００７及び１００８を含む。側面１００７及び１００８は、同軸ピン１００１からの進行波の給電が、反射によって間隙導体１００３の下方の領域（スペーサ層）から間隙導体１００３の上方の領域（誘電体層）に伝播するような角度が付けられる。１つの実施形態において、側面１００７及び１００８の角度は、４５度の角度である。代替の実施形態では、側面１００７及び１００８は、反射を達成するための連続した半径に置き換えることができる。図１０Ａは、４５度の角度を有する角度付き側面を示しているが、下部給電レベルから上部給電レベルへの信号伝送を達成する他の角度を使用することができる。すなわち、下部給電内の有効波長が、上部給電の有効波長とは一般的に異なることを考慮すると、理想的な４５度の角度からの何らかの偏差を使用して、下部給電レベルから上部給電レベルへの伝達を助けることができる。
【００８０】
作動中、給電波が同軸ピン１００１から供給されると、この給電波は、グランドプレーン１００２と間隙導体１００３との間の領域で同軸ピン１００１から同心円状に外向きに進む。同心状の外向き波は、側面１００７及び１００８により反射され、間隙導体１００３とＲＦアレイ１００６との間の領域で内向きに進む。円形外周の縁部（エッジ）からの反射は、この波を同相に留まらせる（すなわち、この反射は、同相反射である）。進行波は、誘電体層１００５によって減速する。この時点で、進行波は、ＲＦアレイ１００６の素子との相互作用及び励起を開始して、所望の散乱が得られる。
【００８１】
進行波を終端させるため、終端部１００９がアンテナの幾何学的中心でアンテナに含まれる。１つの実施形態において、終端部１００９は、ピン終端（例えば、５０Ωピン）を含む。別の実施形態では、終端部１００９は、未使用エネルギーを終端させて、アンテナの給電構造を通るこの未使用エネルギーが反射して戻るのを阻止するＲＦ吸収体を備える。これらは、ＲＦアレイ１００６の上部で使用することができる。
【００８２】
図１０Ｂは、外向き波を有するアンテナシステムの別の実施形態を示す。図１０Ｂに示されているアンテナシステムは、例えば、アンテナパネル１４０又は本明細書で記載される他のアンテナ構造の機能を提供することができる。図１０Ｂを参照すると、グランドプレーン１０１０は、誘電体層１０１２（例えば、プラスチック層など）と互いに実質的に平行とすることができる。ＲＦ吸収体１０１９（例えば、抵抗器）は、誘電体層１０１２上に配置されたＲＦアレイ１０１６にグランドプレーン１０１０を結合する。同軸ピン１０１５（例えば、５０Ω）は、アンテナに給電する。
【００８３】
作動中、給電波は、同軸ピン１０１５を介して給電され、同心円状に外向きに進み、ＲＦアレイ１０１６の素子と相互作用する。
【００８４】
図１０Ａ及び１０Ｂの両アンテナにおける円筒形給電は、アンテナのサービス角度を改善する。１つの実施形態では、アンテナシステムは、±４５度の方位角（±４５°Ａｚ）及び±２５度の仰角（±２５°Ｅｌ）のサービス角度の代わりに、ボアサイトから全方向に７５度（７５°）のサービス角度を有する。多数の個々の放射体から構成されるあらゆるビーム形成アンテナと同様に、全体のアンテナ利得は、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。一般的な放射素子が使用される場合には、全体のアンテナ利得は、一般には、ビームがボアサイトから離れて指向されるにつれて減少する。ボアサイトから７５度外れたところでは、約６ｄＢの著しい利得低下が予想される。
【００８５】
円筒状給電部を有するアンテナの実施形態は、１又は２以上の問題を解決する。これらは、共通分割器ネットワークを用いて給電されるアンテナと比較して給電構造を飛躍的に簡素化し、及びひいては全体で必要とされるアンテナ及びアンテナ給電量を低減するステップと、より粗い制御（全てを単純なバイナリ制御にまで拡張すること）で高ビーム性能を維持することによって製造及び制御誤差に対する感度を低下させるステップと、円筒状に配向された給電波が遠距離場において空間的に多様なサイドローブをもたらすので、直線的給電部と比較してより有利なサイドローブパターンを与えるステップと、偏波器を必要とせずに、左旋円偏波、右旋円偏波及び直線偏波を可能にすることを含めて偏波を動的であることを可能にするステップと、を含む。
【００８６】
図１０ＡのＲＦアレイ１００６及び図１０ＢのＲＦアレイ１０１６は、放射体として機能する１つのグループのパッチアンテナ（すなわち、散乱体）を含む波散乱サブシステムを備える。このパッチアンテナのグループは、散乱メタマテリアル素子のアレイを含む。
【００８７】
１つの実施形態において、アンテナシステムにおける各散乱素子は、下部導体と、誘電体基板と、相補的電気誘導型容量性共振器（「相補型電気ＬＣ」又は「ＣＥＬＣ」）を組み込んだ上部導体とからなる単位セルの一部であり、相補的電気誘導型容量性共振器は、上部導体にエッチング又は堆積される。
【００８８】
１つの実施形態において、液晶（ＬＣ）が、散乱素子の周りのギャップに注入される。液晶は、各単位セルに封入され、スロットに関連する下部導体をそのパッチに関連付けられた上部導体から分離する。液晶は、該液晶を構成する分子の配向の関数である誘電率を有し、分子の配向（及びひいては誘電率）は、液晶の両端間のバイアス電圧を調節することによって制御することができる。この特性を利用して、液晶は、誘導波からＣＥＬＣへのエネルギー伝達のためのオン／オフスイッチとして機能する。スイッチオンになると、ＣＥＬＣは、電気的に小さなダイポールアンテナのように電磁波を放射する。
【００８９】
ＬＣの厚みを制御することにより、ビームスイッチング速度が増大する。下部導体と上部導体との間のギャップ（液晶の厚み）が５０パーセント（５０％）減少すると、速度が４倍に増大する。別の実施形態において、液晶の厚みは、約１４ミリ秒（１４ｍｓ）のビームスイッチング速度を結果としてもたらす。１つの実施形態において、ＬＣは、応答性が向上するような当技術分野で周知の方法でドープされ、７ミリ秒（７ｍｓ）要件に適合できるようになる。
【００９０】
ＣＥＬＣ素子は、ＣＥＬＣ素子の平面に平行でＣＥＬＣギャップ補完物に垂直に印加される磁場に応答する。電圧がメタマテリアル散乱単位セル内の液晶に印加されると、誘導波の磁場成分は、ＣＥＬＣの磁気励起を誘導し、その結果、誘導波と同じ周波数での電磁波が生成される。
【００９１】
単一のＣＥＬＣによって生成される電磁波の位相は、誘導波ベクトル上のＣＥＬＣの位置によって選択することができる。各セルは、ＣＥＬＣと平行な誘導波と同相の波を生成する。ＣＥＬＣは、波長よりも小さいので、出力波は、誘導波がＣＥＬＣの下を通過するときに、この誘導波の位相と同じ位相を有する。
【００９２】
１つの実施形態において、このアンテナシステムの円筒状給電幾何形状は、ＣＥＬＣ素子を波動給電の波動ベクトルに対して４５度（４５°）の角度で位置決めすることを可能にする。素子のこの位置は、この素子から生成される又はこの素子によって受信される自由空間波の偏波の制御を可能にする。１つの実施形態において、ＣＥＬＣは、アンテナの作動周波数の自由空間波長未満の素子間隔で配置される。例えば、１波長につき４つの散乱素子が存在する場合、３０ＧＨｚ送信アンテナ内の素子は、約２．５ｍｍ（すなわち、３０ＧＨｚの自由空間波長１０ｍｍの４分の１）となる。
【００９３】
１つの実施形態において、ＣＥＬＣは、スロットの上に並置されたパッチを、それら両者の間に液晶を有して含むパッチアンテナを用いて実施される。この点において、メタマテリアルアンテナは、スロット付き（散乱）導波路のように作用する。スロット付き導波路に関して、出力波の位相は、誘導波に対するスロットの位置に依存する。
【００９４】
１つの実施形態において、アンテナ素子は、系統的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アパーチャ上に配置される。セルの配置は、マトリクス駆動用のトランジスタの配置を含む。図２１は、アンテナ素子に対するマトリクス駆動回路の配置の１つの実施形態を示している。図２１を参照すると、行コントローラ２１０１は、行選択信号Ｒｏｗ１（行１）及びＲｏｗ２（行２）それぞれを介してトランジスタ２１１１、２１１２に結合され、列コントローラ２１０２は、列選択信号Ｃｏｌｕｍｎ１を介してトランジスタ２１１１、２１１２に結合される。また、トランジスタ２１１１は、パッチへの接続２１３１を介してアンテナ素子２１２１に結合され、トランジスタ２１１２は、パッチへの接続２１３２を介してアンテナ素子２１２２に結合される。
【００９５】
単位セルが非正規グリッド内に配置されて円筒状給電アンテナ上でマトリクス駆動回路を実現する最初の手法では、２つのステップが実行される。第１のステップでは、セルが同心リング上に配置され、セルの各々は、セルの傍らに配置されたトランジスタに接続され、このトランジスタが、各セルを別々に駆動するスイッチとして機能する。第２のステップでは、マトリクス駆動回路は、このマトリクス駆動手法が必要とするときにあらゆるトランジスタを一意のアドレスで接続するように構築される。マトリクス駆動回路は、行と列のトレースによって構築される（ＬＣＤと同様）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。このマッピング問題は、全てのトランジスタをカバーするために極めて複雑な回路を生じさせ、経路設定を行う物理的トレースの数が著しく増加させることになる。セルが高密度であるので、これらのトレースは、カップリング効果に起因してアンテナのＲＦ性能を妨げる。また、トレースが複雑であり実装密度が高いことに起因して、トレースの経路設定は、商業的に入手可能なレイアウトツールによって行うことができない。
【００９６】
１つの実施形態において、マトリクス駆動回路は、セル及びトランジスタが配置される前に事前に定められる。このことにより、各々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小数のトレースが確保される。この方式は、駆動回路の複雑性を軽減して経路設定を簡素化し、これによってアンテナのＲＦ性能が向上する。
【００９７】
より具体的には、１つの手法では、第１のステップにおいて、セルは、各セルの一意のアドレスを表す行及び列から構成された正方形グリッド上に配置される。第２のステップにおいて、セルは、第１のステップで定められたセルのアドレス並びに行及び列への接続性が維持されながら、グループ化されて同心円に変換される。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、アパーチャ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幾つかの方法が存在する。
【００９８】
図１１は、セルがグループ化されて同心方形（矩形）を形成する１つの実施例を示す。図１１を参照すると、行及び列のグリッド１１００上に正方形１１０１〜１１０３が示されている。これらは、図１１の右側のセル配置を形成する正方形の１つの実施例であり、全てが正方形である訳ではない点に留意されたい。次に、正方形１１０１〜１１０３などの各正方形は、数学的等角写像処理によって、アンテナ素子のリング１１１１〜１１１３などのリングに変換される。例えば、外側リング１１１１は、左側の外側正方形１１０１の変換である。
【００９９】
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、追加のアンテナ素子の数ΔＮは、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、この数は、アパーチャ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）との比は、次式となる。
【数２】
2019517222.tif 000004
従って、ＣＰ２はＣＰ１の関数である（逆もまた同様）。その結果、図１１の実施例のセルピッチの比は、
【数３】
2019517222.tif 000005
となり、これはＣＰ２よりもＣＰ１の方が大きいことを意味する。
【０１００】
１つの実施形態では、変換を実行するために、正方形１１０１上の開始点１１２１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１１１１上の開始点１１３１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。
【０１０１】
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１２に示す第２の方式が使用される。図１２を参照すると、最初にセルが、グリッド１２００に対して八角形１２０１〜１２０３などの八角形にグループ化される。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に等しくなり、以下の比が得られる。
【数４】
2019517222.tif 000006
この結果、ＣＰ２＞ＣＰ１となる。
【０１０２】
図１２によるセル配置の八角形から同心リングへの変換は、図１１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。
【０１０３】
図１１及び図１２に関して開示したセル配置は、幾つかの特徴の何れかを提供することができる点に留意されたい。このような特徴は、例えば、アパーチャ全体にわたる定数ＣＰ１／ＣＰ２を含むことができる（例えば、アパーチャにわたって９０％一定であるＣＰ１／ＣＰ２が、依然として機能できるが）。別のこのような特徴は、ＣＰ２がＣＰ１の関数であることである。更に別の特徴は、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である。更に別の特徴は、セルがマトリクスの行及び列に接続でき、例えば、全てのセルが一意のアドレスを有することである。代替として又はこれに加えて、セルは、同心リング上に配置することができる。更に別の特徴は、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とすることができることである。このような回転対称性は、例えば、セグメント化の実施形態に有用とすることができる。なお、２つの形状が示されているが、他の形状を使用することもできる点に留意されたい。他の増分（例えば、６個の増分）も可能である。
【０１０４】
図１３は、アイリス及びマトリクス駆動回路を含む小アパーチャの１つの実施例を示す。行トレース１３０１及び列トレース１３０２は、それぞれ行接続及び列接続を表す。これらのラインは、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する必要があり得るので）物理的なトレースではない。各アイリスペアに隣接する正方形は、トランジスタである。
【０１０５】
図１３はまた、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したセル配置技術の可能性を示す。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。
【０１０６】
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２２は、ＴＦＴパッケージの１つの実施形態を示す。図２２を参照すると、ＴＦＴ及びホールドキャパシタ２２０３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を共に接続するために、トレース２２０１に接続された２つの入力ポートと、トレース２２０２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、場合によっては最小化する。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。
【０１０７】
図１１〜図１３に示す提案するセル配置の別の重要な特徴は、レイアウトが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、アレイの小区分を中央アンテナ給電部の位置の周囲で回転方向に繰り返すことが可能になり、ひいてはアパーチャを小アパーチャにセグメント化できるようになる。このことは、アンテナアパーチャの製造に役立つ。
【０１０８】
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方向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、照明のテーパー化（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。
【０１０９】
この代替手法では、円筒状給電アンテナアパーチャ上のセル及びトランジスタの配置は、螺旋状トレースによって形成された格子に基づく。図１４は、このような格子の時計回り方向に曲がる螺旋１４０１〜１４０３などの時計回り格子螺旋、及び時計回り方向又は逆方向に曲がる螺旋１４１１〜１４１３などの螺旋の実施例を示す。螺旋の異なる向きは、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、従って、マトリクス駆動格子として使用することができる。更に、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。
【０１１０】
上述した円筒状給電アンテナアパーチャ上のセル配置手法とは異なり、図１４に関連して上述した手法は、セルの不均一分布をもたらす。図１４に示すように、同心リングの半径が増加すると共に、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ー化を組み込む方法として使用する。
【０１１１】
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、セル密度は一定数字を超えることができない。１つの実施形態では、この距離は、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、すなわち換言すれば、エッジ（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、初期の螺旋に追加の螺旋を追加することもできる。図１５に、追加の螺旋を用いてより均一な密度を達成したセル配置の実施例を示す。図１５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１５０２などの初期の螺旋に追加の螺旋１５０１などの追加の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、この手法は、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（テーパー付きである）ことにより、上述した幾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。
【０１１２】
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の取り組みが単純化され、製造コストを削減できる点である。図１６には、アパーチャ全体を充填するように繰り返される選択された螺旋パターンを示す。なお、図１４〜図１６に関して開示したセル配置には、幾つかの特徴がある。１つのこのような特徴は、ＣＰ１／ＣＰ２がアパーチャ全体にわたって一定でないことである。別の特徴は、ＣＰ２がＣＰ１の関数であり得ることである。更に別の特徴は、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とすることができることである。更に別の特徴は、幾つかの又は全てのセルがマトリクスの行及び列に接続されない場合があることである。他のこのような特徴は、幾つかの又は全てのセルが一意のアドレスを有することができること、セルが同心リング上に位置決めできること、及び／又は回転対称性とすることができることである。従って、図１４〜図１６に関連して上述したセル配置の実施形態は、図１１〜図１３に関連して上述したセル配置の実施形態と多くの類似した特徴を有する。図１１〜図１６に様々に示されているセル配置の一部又は全部は、例えば、アンテナパネル１４０又は本明細書で記載される他のアンテナ構造の機能を提供することができる。
【０１１３】
１つの実施形態では、アンテナアパーチャが、複数のアンテナ素子セグメントを一緒に組み合わせることによって生成される。これには、アンテナ素子のアレイ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は、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が真っ直ぐな一列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手法の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。
【０１１４】
本明細書で記載されるセグメント化手法は、矩形形状を有する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。
【０１１５】
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は、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。更に、１つの実施形態では、各セグメントは、別個のマトリクス駆動回路を必要とする。
【０１１６】
図１７は、円筒状給電アパーチャの四分円へのセグメント化を示している。図１７を参照すると、セグメント１７０１〜１７０４は、組み合わされて丸いアンテナアパーチャを構築する同一の四分円である。セグメント１７０１〜１７０４の各々上のアンテナ素子は、セグメント１７０１〜１７０４が組み合わされたときに同心状の閉じたリングを形成するリングの一部分に配置される。セグメントを組み合わせるために、セグメントは、キャリアに取り付けられるか、又はキャリアにスタックされる。別の実施形態では、セグメントの重なり合う縁部が、これらのセグメントを一緒に組み合わせるのに使用される。この場合、１つの実施形態において、導電性結合部が、これらの縁部にわたって生成されて、ＲＦが漏れ出ることが防止される。セグメント化は、素子タイプに影響を与えない点に留意されたい。
【０１１７】
図１７に示す本セグメント化方法の結果、セグメント１７０１〜１７０４間の継ぎ目が中心で交わり、中心からアンテナアパーチャ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播し、半径方向の継ぎ目が伝播波に与える寄生的影響が小さいので有利である。
【０１１８】
図１７に示すように、ＬＣＤ業界で標準的な矩形基板を用いてアパーチャを実現することもできる。図１８Ａ及び図１８Ｂに、マトリクス駆動格子を適用した図１７の単一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１８Ａ及び図１８Ｂを参照すると、列コネクタ１８０１及び行コネクタ１８０２が駆動格子線に結合されている。図１８Ｂには、格子線に結合されたアイリスも示す。
【０１１９】
図１７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、基板表面の広い区域を埋めることはできない。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、セグメントは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より多くの基板スペースを利用する。このような実施形態の１つの実施例を図１９に示す。図１９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、回路基板）を含むセグメント１９０１〜１９０４を組み合わせることによって、アンテナアパーチャが形成されている。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１９１〜１９０４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１９０１〜１９０４上のアンテナ素子は、セグメント１９０１〜１９０４が組み合わされたとき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１９０５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１９０５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。
【０１２０】
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ときにはセグメントの残りの部分に結合され、この空き領域を金属片によって閉鎖して、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。このようにして基板を使用すると、利用可能な表面積をより効率的に使用することができ、アパーチャの直径が増大することになる。
【０１２１】
図１７、図１８Ａ及び図１８Ｂに示す実施形態と同様に、この実施形態では、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式を使用することができる。図２０Ａ及び図２０Ｂに、マトリクス駆動格子を適用した図１９の単一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２０Ａ及び図２０Ｂを参照すると、列コネクタ２００１及び行コネクタ２００２が駆動格子線に結合されている。図２０Ｂにはアイリスも示す。図１７、図１８Ａ、図１８Ｂ、図１９、図２０Ａ、及び図２０Ｂに様々に示されている構造の一部又は全部は、例えば、アンテナパネル１４０又は本明細書で記載される他のアンテナ構造の機能を提供することができる。
【０１２２】
上述した両手法では、上述したように系統的で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に開示した手法に基づいて、セルの配置を行うことができる。
【０１２３】
上記のアンテナアレイのセグメント化では、４つのセグメントにされたが、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２３Ａ及び図２３Ｂに、奇数個のセグメントを含むアンテナアパーチャの１つの実施例を示す。図２３Ａ及び図２０Ｂに様々に示されているセグメント化構造の一部又は全部は、例えば、アンテナパネル１４０又は本明細書で記載される他のアンテナ構造の機能を提供することができる。図２３Ａ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２３０１〜２３０３が存在する。図２３Ｂを参照すると、３つのセグメントであるセグメント２３０１〜２３０３は、組み合わされた場合に、アンテナアパーチャを形成する。これらの構成は、全てのセグメントの継ぎ目がアパーチャ全体を直線状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。
【０１２４】
本発明の多くの改変及び修正が前述の説明を読んだ後で疑いなく当業者には明らかになるであろうが、例証によって図示及び説明された何れの特定の実施形態も限定として捉えられるものではない点を理解されたい。従って、様々な実施形態の詳細事項への言及は、本発明にとって基本的なものとしてみなされる特徴のみを記載する請求項の範囲を限定するものではない。
【０１２５】
図２４は、一実施形態による送受信経路を有する通信システムのブロック図である。図２４の通信システムは、例えば、通信デバイス１００、４５０のうちの１つの特徴、及び／又は段階３００〜３０７で示されている特徴を含むことができる。１つの送信経路及び１つの受信経路が示されているが、通信システムは、受信経路及び送信経路のうちの１つのみを含むことができ、又は代替的に、１つより多い送信経路及び／又は１つより多い受信経路を含むことができる。
【０１２６】
図２４を参照すると、アンテナ２４０１は、例えば異なるそれぞれの周波数で同時に衛星通信を送受信するように動作できる１又は２以上のアンテナパネルを含む。１つの実施形態において、アンテナ２４０１は、ダイプレクサ２４４５に結合される。この結合は、１又は２以上の給電ネットワークによるものとすることができる。放射状給電アンテナの場合、ダイプレクサ２４４５は、２つの信号を組み合わせることができ、例えば、アンテナ２４０１とダイプレクサ２４４５との間の接続は、両方の周波数範囲を搬送できる単一の広帯域給電ネットワークを含む。
【０１２７】
ダイプレクサ２４４５は、低ノイズブロックダウンコンバータ（ＬＮＢ）２４２７に結合されて、例えば当技術分野において周知の技法から適合された動作を含むノイズフィルタリング機能、ダウンコンバート機能及び増幅機能を実行することができる。１つの実施形態において、ＬＮＢ２４２７は、室外ユニット（ＯＤＵ）に存在する。別の実施形態において、ＬＮＢ２８２７は、アンテナ装置に組み込まれる。ＬＮＢ２８２７は、コンピューティングシステム２８４０（例えば、コンピュータシステム、モデム、その他）に結合されたモデム２８６０に結合される。コンピューティングシステム２４４０は、アンテナ２４０１を用いて伝達される信号に基づく何らかの出力、及び／又はこの信号を定める何らかの入力をユーザに提供できるハードウェアの一例である。例えば、コンピューティングシステム２４４０は、アンテナ２４０１経由での信号伝達に基づいて表示情報を生成するディスプレイデバイスを含むこと、又はこのディスプレイデバイスに連結することができる。
【０１２８】
モデム２４６０は、アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）２４２２を含むことができ、このＡＤＣは、ＬＮＢ２４２７に結合されて、ダイプレクサ２４４５から出力された受信信号をデジタル形式に変換することができる。デジタル形式に変換されると、信号は、復調器２４２３によって復調されて復号器２４２４によって復号されて、受信波上に符号化されたデータが得られる。次に、復号されたデータは、コントローラ２４２５に送られて、このコントローラが、このデータをコンピューティングシステム２４４０に送ることができる。
【０１２９】
追加的又は代替的に、モデム２４６０は、コンピューティングシステム２４４０から送信されるデータを符号化するエンコーダ２４３０を含む。符号化されたデータは、変調器２４３１によって変調され、次に、デジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）２４３２によってアナログに変換することができる。次に、アナログ信号は、ＢＵＣ（アップコンバート及び高域増幅器）２４３３によってフィルタリングされて、ダイプレクサ２４４５の１つのポートに供給することができる。１つの実施形態において、ＢＵＣ２４３３は、室外ユニット（ＯＤＵ）に存在する。ダイプレクサ２４４５は、従来型の相互接続技法から適合された動作をサポートして、送信される送信信号をアンテナ２４０１に供給することができる。
【０１３０】
コントローラ２４５０は、アンテナ２４０１を制御でき、ビーム誘導、ビーム形成、周波数同調、及び／又は１又は２以上のアンテナ素子の他の動作特性を構成するための信号を送信するコントローラ２４５０を含む。図２４に示されている全二重通信システムは、限定されるものではないが、インターネット通信、車両通信（ソフトウェア更新を含む）などを含む幾つかの用途を有する点に留意されたい。
【０１３１】
衛星通信機構を提供するための技法及びアーキテクチャについて本明細書で記載される。上記の説明では、説明のために、数多くの特定の詳細事項は、特定の実施形態の完全な理解をもたらすように記載されている。しかしながら、特定の実施形態がこれらの特定の詳細なしに実施可能であることは当業者には明らかであろう。別の事例では、説明を不明瞭にしないように、構造及び装置は、ブロック図の形態で示される。
【０１３２】
本明細書における「１つの実施形態」又は「一実施形態」への言及は、この実施形態に関連して説明する特定の特徴、構造、又は特性が、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。本明細書における様々な箇所で「１つの実施形態」という語句が出現することは、必ずしも全てが同じ実施形態を指すとは限らない。
【０１３３】
本明細書における詳細説明の幾つかの部分は、コンピュータメモリ内のデータビットに対する演算のアルゴリズム及び記号表現の観点で提示されている。これらのアルゴリズム的記述及び表現は、コンピュータ技術分野の当業者により、自らの作業の内容を他の当業者に最も効果的に伝えるために使用される手段である。アルゴリズムは、ここでは一般的に、望ましい結果に至る自己矛盾のない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。必須ではないが、通常は、これらの量は、格納、転送、結合、比較、及び他の操作が可能な電気信号又は磁気信号の形式をとる。これらの信号をビット、値、要素、記号、符号、用語、又は数字などと言及することは、主として共通使用という理由で時に好都合であることが判明している。
【０１３４】
しかしながら、これらの用語及び類似の用語は、全て適切な物理量に関連付けられるものとし、且つこれらの量に付与される有利なラベルにすぎないことに注意されたい。本明細書での説明から明らかなように、特に明記しない限り、説明全体を通して、「処理する」又は「演算する」又は「計算する」又は「決定する」又は「表示する」などのような用語を利用する説明は、コンピュータシステムのレジスタ及びメモリ内の物理的な（電子的な）量として表されるデータをそのコンピュータシステムのメモリ又はレジスタ又は他のこのような情報ストレージ、送信又は表示デバイス内の物理量として同様に表される別のデータに操作及び変換するコンピュータシステム又は類似の電子コンピュータデバイスのアクション及び処理を指すことが認められる。
【０１３５】
幾つかの実施形態はまた、本明細書の作動を実行するための装置に関する。この装置は、必要とされる目的のために特別に構成することができ、又はコンピュータに格納されたコンピュータプログラムによって選択的に起動又は再構成される汎用コンピュータを備えることができる。このようなコンピュータプログラムは、限定ではないが、フロッピーディスク、光ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、及び光磁気ディスクを含むあらゆるタイプのディスク、読取専用メモリ（ＲＯＭ）、ダイナミックＲＡＭ（ＤＲＡＭ）などのランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、磁気又は光カード、又は電子命令の格納に適しコンピュータシステムバスに結合されるあらゆるタイプの媒体のような非一時的コンピュータ可読ストレージ媒体に格納することができる。
【０１３６】
本明細書に提示したアルゴリズム及び表示は、何れの特定のコンピュータ又は他の装置とも本質的に関連付けられたものではない。様々な汎用システムを本明細書の教示によるプログラムと共に使用することができ、又は必要とされる方法ステップを実行するより特殊化された装置を構成することが有利であることが判明する場合がある。様々なこれらのシステムに必要とされる構造は、本明細書での説明から明らかであろう。これに加えて、幾つかの実施形態は、何れの特定のプログラミング言語に関連しても説明されていない。様々なプログラミング言語を使用して、本明細書に説明したこのような実施形態の教示を実施することができることが認められるであろう。
【０１３７】
本明細書で記載される内容に加えて、開示の実施形態及びその実施構成に対する様々な変更は、その範囲から逸脱することなく実施することができる。従って、本明細書での例証及び実施例は、限定的な意味でなく例示的な意味で解釈されたい。本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲を参照することによってのみ評価すべきである。
【符号の説明】
【０１３８】
１００  通信デバイス
１１０  レードーム
１３０  発泡体
１４０  アンテナパネル
１５０  支持構造
１３２  第２の側面
１３４  第１の側面
１２０  接着剤
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３Ａ】
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【図２３Ｂ】
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【図２４】
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【国際調査報告】
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