(57)【要約】アンテナは、第１の誘電体ストリップを金属化ステーションに通し、第１の誘電体ストリップの上面に複数の放射パッチを形成すると共に第１の誘電体ストリップの下面に複数の遅延線を形成し、第２の誘電体ストリップを金属化ステーションに通し、第２の誘電体ストリップの上面に共通接地層を形成すると共に、第２の誘電体ストリップの下面に複数の給電線を形成し、第１及び第２の誘電体ストリップを配向材料堆積ステーションに通して配向層を堆積し、スペーサを堆積し、第２の誘電体ストリップの上面又は第１の誘電体ストリップの下面に液晶材料を堆積し、第１及び第２の誘電体ストリップを互いに接着し、多層ストリップを形成し、多層ストリップを個別のアンテナに切断することによって作製される。【選択図】図１１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多層アンテナを作製する方法であって、
順序を問わずに、
第１の絶縁板の上面に放射素子を形成し、前記絶縁板の下面に複数の対応する遅延線を形成することによって、上部基板を作製するステップと、
第２の絶縁板の上面に複数の穴を有する共通接地電極を形成し、前記第２の絶縁板の下面に複数の導電性の給電線を形成することによって下部基板を作製するステップと、
前記下部基板の前記上面、前記上部基板の下面、もしくは前記下部基板の前記上面及び前記上部基板の下面に配向層を形成するステップと、
前記配向層の上に絶縁スペーサを設けるステップと、
前記下部基板の前記上面又は前記上部基板の前記下面の周囲に封止材を取付けるステップと、
前記絶縁スペーサの間に液晶を流すステップと、
前記下部基板を前記上部基板に取付けるステップと、
を含む多層アンテナの作製方法。
【請求項２】
前記絶縁スペーサを設けるステップは、複数の絶縁球を配置するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記絶縁スペーサを設けるステップは、複数の絶縁球を前記配向層に接着するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記絶縁スペーサを設けるステップは、絶縁材料で作られる格子を形成するステップと、前記配向層の上に前記格子を配置するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記格子に流入孔を形成して、前記液晶を前記格子の要素間に流すことを可能にするステップをさらに含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記格子の周囲に前記封止材を取付けるステップをさらに含む、請求項４に記載の方法。
【請求項７】
前記絶縁スペーサの間に液晶を流すステップは、前記下部基板を前記上部基板に取付けるステップの後に液晶を注入するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記絶縁スペーサの間に液晶を流すステップは、前記下部基板を前記上部基板に取付けるステップの後に、専用の注入孔を通して前記液晶を注入するステップを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項９】
前記上部基板を作製するステップは、それぞれ前記遅延線の１つに接続される複数の活性化線を形成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１０】
前記上部基板を作製する方法は、前記上部基板の前記下面に複数の電極を形成するステップと、それぞれ前記電極の１つに接続される複数の活性化線を形成するステップとを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記第１の絶縁板は、ＰＣＢ材料、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ガラス、又はポリメタクリルイミド（ＰＭＩ）を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
アンテナを製造する方法であって、
順序を問わずに、
第１の誘電体ストリップの第１のローラを提供するステップと、
第２の誘電体ストリップの第２のローラを提供するステップと、
前記第１の誘電体ストリップを金属化ステーションに通し、前記第１の誘電体ストリップの上面に複数の放射パッチを形成し、前記第１の誘電体ストリップの下面に複数の遅延線を形成するステップと、
前記第２の誘電体ストリップを金属化ステーションに通し、前記第２の誘電体ストリップの上面に共通接地層を形成し、前記第２の誘電体ストリップの下面に複数の給電線を形成するステップと、
前記第１及び第２の誘電体ストリップを配向材料堆積ステーションに通し、前記第２の誘電体ストリップの前記上面、前記第１の誘電体ストリップの前記下面、もしくは、前記第２の誘電体ストリップの前記上面及び前記第１の誘電体ストリップの前記下面に配向層を堆積するステップと、
前記第２の誘電体ストリップの前記上面、又は前記第１の誘電体ストリップの前記下面にスペーサを配置するステップと、
前記第２の誘電体ストリップの前記上面又は前記第１の誘電体ストリップの前記下面に液晶材料を堆積するステップと、
前記第１及び第２の誘電体ストリップを一緒に接着し、多層ストリップを形成するステップと、
前記多層ストリップを個々のアンテナに切断するステップと、
を含む、方法。
【請求項１３】
前記複数の放射パッチを形成するステップ、前記複数の遅延線を形成するステップ、前記共通接地層を形成するステップ、及び前記複数の給電線を形成するステップは、マイクロ転写印刷、スクリーン印刷、インクジェット印刷、フレキソグラフィック印刷、ナノインプリントリソグラフィー（ＮＩＬ）のうちの１つを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
それぞれが前記遅延線の１つに結合される複数の活性化線を形成するステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
複数の電極及び複数の活性化線を形成するステップをさらに含み、各活性化線は、前記電極の１つに結合される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記スペーサを堆積するステップは、複数のビーズを前記第１又は第２の誘電体ストリップに接着するステップを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
アンテナを作製する方法であって、
順序を問わずに、
第１の誘電体板を取得し、前記第１の誘電体板上に複数のＲＦ放射素子及び複数の遅延線を形成し、各遅延線は、ＲＦ放射を前記放射素子の１つに伝達するよう構成される、ステップと、
第２の誘電体板を取得し、前記第２の誘電体板上に共通接地層を形成し、前記共通接地層に複数の穴を形成し、各穴は、前記複数の遅延線の１つと整列するように構成されている、ステップと、
コーポレート給電をなすために、前記第２の誘電体板に複数のＲＦ給電線を形成するステップと、
前記第１の誘電体板、前記第２の誘電体板、もしくは前記第１及び第２の誘電体板の両方の上に配向材料を設けるステップと、
前記第１の誘電体板と前記第２の誘電体板と間に空隙を画定するためにスペーサを設けながら、前記第１の誘電体板と前記第２の誘電体板とを互いに取付けるステップと、
前記第１の誘電体板と前記第２の誘電体板との間の前記空隙に液晶材料を注入するステップと、
を含む方法。
【請求項１８】
前記第１の誘電体板上に複数の電極を形成するステップと、それぞれ前記電極の１つに接続される複数の活性化線を形成するステップと、をさらに含む請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
それぞれ前記遅延線の１つに接続される複数の活性化線を形成するステップをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記スペーサを設けるステップは、誘電体で作られた格子を設けるステップを含む、請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、2017年8月2日に出願された米国特許出願第15/667,584号、2016年9月1日に出願された米国特許仮出願第62/382,489号、2016年9月1日に出願された米国特許仮出願第62/382,506号、2016年12月7日に出願された米国特許仮出願第62/431,393号、2017年1月31日に出願された米国特許出願第15/421,388号、2017年7月19日に出願された米国特許出願第15/654,643号に関連し、その優先権の利益を主張し、これらの全ての開示は、参照により本明細書に組み込まれる。
【技術分野】
【０００２】
本開示は、一方向に制御された放射ビームを形成する放射素子のアレイを有するアンテナの製造方法に関する。放射素子の放射パラメータは、ソフトウェアによって制御することができる。
【背景技術】
【０００３】
今日の通信の多くは、無線でなされるか、あるいは経路の少なくとも一部は無線である。全ての無線通信は、送信側及び受信側の両方でアンテナを必要とする。通常、送信の多くは、全方向性アンテナを用いて行うことができる。このようなアンテナでは、送信電力は、距離の３乗に反比例して低下する。そのため、多くのユーザに到達させるために送信電力は、通常、指向性アンテナに比べて比較的高い。また、いくつかの全方向性アンテナが同時に動作する場合、例えばインターネットカフェ内の多数のデバイスが同時に動作する場合に、様々な送信が互いに干渉するか、あるいは、そのような環境における少なくとも送受信の品質が少なくとも低下することがある。現代の無線ネットワークでは、干渉と信号対雑音比は、重大な尺度である。
【０００４】
他の傾向は、モバイルデバイスを、金属、例えば、アルミニウムのブロックで作製し、デバイスの本体の多くが電磁放射を遮断し得るようにすることである。そのために、アンテナの配置が、かなり制限されている。さらに、モバイルデバイスは、通常、いくつかの無線通信プロトコルを用いるため、これらのデバイスは、ＷｉＦｉ（登録商標）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＮＦＣ等の特有のプロトコルの周波数用にそれぞれ設計された、いくつかのアンテナを必要とする。モバイルデバイス上の実行面積（real estate）領域は、非常に貴重であるため、このようなアンテナを設計し、デバイス内に配置することは非常に難しい。
【０００５】
先の開示において、本発明者は、アンテナの特性を制御するために可変誘電率を利用するアンテナを開示した。そのアンテナの詳細は、参照によって開示全体が本明細書に組み込まれる米国特許7,466,269号に見出すことができる。本開示は、米国特許7,466,269号に開示されている基本要素に基づいており、更なる改良及び特徴を有するソフトウェア制御アンテナを作製する方法を提供する。
【発明の概要】
【０００６】
以降の概要は、本発明のいくつかの態様及び特徴の基本的な理解を提供するために挙げられる。本概要は、本発明の広範囲に及ぶ概要ではなく、特に、本発明の主要な又は重要な要素を特定すること、あるいは本発明の範囲を線引きすることを意図したものでもない。その唯一の目的は、本発明のいくつかの概念を、後に示す発明を実施するための形態に対する前置きとして簡略化形式で表すことである。
【０００７】
ソフトウェア制御アンテナ、及びソフトウェア制御アンテナを作製するための方法が開示される。いくつかの実施形態によれば、可変誘電率材料を含む、層のサンドイッチ構造の上に、アンテナアレイが、印刷又は堆積される。アンテナ上の様々な個所での可変誘電率材料の値は、ソフトウェアにより制御され、従って、ソフトウェアを用いてアンテナの動作特性を変化させる。本開示の方法は、アンテナの様々な要素、及びアンテナを形成する層のサンドイッチ構造を作製するプロセスを提供する。これは、可変誘電体の真の時間遅延位相機構を全アンテナシステム内に実装する一実施形態であり、可変誘電体部分内への導波管給電などの他のオプションも実現可能であり、同様な方法で実装することができる。
【０００８】
層のサンドイッチ構造は、標準のフラットパネルディスプレイ又は多層誘電体基板とすることができ、フラットパネルディスプレイ上に描かれる画像は誘電率を変化させるよう設計されたプログラムでソフトウェア制御され、これにより、アレイに対する走査能力及びチューニング能力を提供する。すなわち、アレイの異なるパッチの下における異なるピクセルの誘電特性における、特に所望される変化によって異なる画像がプログラムされ、これにより、アレイの周波数及び／又は指向性、並びにアンテナの放射ビームの方向を制御することができる（すなわち、アンテナの電子的ステアリングを可能にする）。
【０００９】
アンテナがユーザの目に見えない場合、例えば、アンテナがＷｉＦｉホットスポット内にある場合、アレイは、銅、アルミニウム等の金属導体を用いて作ることができる。逆に、アンテナが目に見え、フラットパネルディスプレイの視認性が重要である場合、例えば、モバイルデバイスでは、アレイは、ＩＴＯ、ＡＺＯ等のような透明導体を用いて作ることができる。当然、透明導体は、目に見えないアンテナのために用いることもでき、金属導体は、目に見えるアンテナと共に用いることができる。
【００１０】
本開示の実施形態によって取り組まれる一態様は、放射素子へのＲＦ給電である。放射パッチ及び遅延線は、動作中にその誘電率の値を変えることができる可変誘電率材料の上に設けられるため、ＲＦ信号は、誘電率の変化から遮蔽されるようにして、パッチ及び遅延線に結合させる必要がある。
【００１１】
開示された態様によれば、多層アンテナを作製するための方法が提供され、該方法は、順序を問わずに、第１の絶縁板の上面に放射素子を形成し、絶縁板の下面に複数の対応する遅延線を形成することによって、上部基板を作製するステップと、第２の絶縁板の上面に複数の穴を有する共通接地電極を形成し、第２の絶縁板の下面に複数の導電性の給電線を形成することによって下部基板を作製するステップと、下部基板の上面、上部基板の下面、もしくは下部基板の上面及び上部基板の下面に配向層を形成するステップと、配向層の上に絶縁スペーサを設けるステップと、下部基板の上面又は上部基板の下面の周囲に封止材を取付けるステップと、絶縁スペーサの間に液晶を流すステップと、下部基板を上部基板に取付けるステップと、を含む。
【００１２】
開示の実施形態によれば、可変誘電率材料の真上にある薄い絶縁層の真上に、パッチがあることによって、可変誘電体を用いてアンテナの中心周波数を変化させることができる。
【００１３】
他の態様によれば、アンテナを製造する方法が提供され、該方法は、順序を問わずに、第１の誘電体ストリップの第１のローラを提供するステップと、第２の誘電体ストリップの第２のローラを提供するステップと、第１の誘電体ストリップを金属化ステーションに通し、第１の誘電体ストリップの上面に複数の放射パッチを形成し、第１の誘電体ストリップの下面に複数の遅延線を形成するステップと、第２の誘電体ストリップを金属化ステーションに通し、第２の誘電体ストリップの上面に共通接地層を形成し、第２の誘電体ストリップの下面に複数の給電線を形成するステップと、第１及び第２の誘電体ストリップを配向材料堆積ステーションに通し、第２の誘電体ストリップの上面、第１の誘電体ストリップの下面、もしくは、第２の誘電体ストリップの上面及び第１の誘電体ストリップの下面に配向層を堆積するステップと、第２の誘電体ストリップの上面、又は第１の誘電体ストリップの下面にスペーサを配置するステップと、第２の誘電体ストリップの上面又は第１の誘電体ストリップの下面に液晶材料を堆積するステップと、第１及び第２の誘電体ストリップを一緒に接着し、多層ストリップを形成するステップと、多層ストリップを個々のアンテナに切断するステップと、を含む。
【００１４】
さらなる態様によれば、アンテナを作製する方法が提供され、該方法は、順序を問わずに、第１の誘電体板を取得し、第１の誘電体板上に複数のＲＦ放射素子及び複数の給電線を形成し、各給電線は、ＲＦ放射を放射素子の１つに伝達するよう構成される、ステップと、第２の誘電体板を取得し、第２の誘電体板上に共通接地層を形成し、共通接地層に複数の穴を形成し、各穴は、遅延線の１つと整列するように構成されている、ステップと、コーポレート給電をなすために、第２の誘電体板に複数のＲＦ給電線を形成するステップと、第１の誘電体板、第２の誘電体板、もしくは第１及び第２の誘電体板の両方の上に配向材料を設けるステップと、第１の誘電体板と第２の誘電体板と間に空隙を画定するためにスペーサを設けながら、第１の誘電体板と第２の誘電体板とを互いに取付けるステップと、第１の誘電体板と第２の誘電体板との間の空隙に液晶材料を注入するステップと、を含む。
【００１５】
本明細書に組み込まれ、その一部を構成する添付の図面は、説明とともに本発明の実施形態を例として示し、本発明の原理を説明し、例示するのに役立つ。図面は、例示的な実施形態の主な特徴を図式的に示すことを意図している。図面は、実際の実施形態の全ての特徴も、図示された要素の相対的な寸法も表すことを意図しておらず、縮尺通りに示されていない。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】一実施形態によるソフトウェア制御アンテナの断面図である。
【図２】一実施形態によるソフトウェア制御アンテナの上面図である。
【図３】他の実施形態によるソフトウェア制御アンテナの上面図である。
【図４】他の実施形態によるソフトウェア制御アンテナの上面図である。
【図５】さらに他の実施形態によるソフトウェア制御アンテナの断面図である。
【図６】さらに他の実施形態によるソフトウェア制御アンテナの１つの放射素子の断面図である。
【図７】図６の実施形態の上部「透視」図である。
【図８】一実施形態による全方向性のステアリング可能なアンテナを示す図である。
【図９】本明細書で説明されるソフトウェア規定アンテナのいずれかを利用する実施形態による方法を示す図である。
【図１０】開示された実施形態のいずれかのアンテナを標準のＩＥＥＥ８０２．１１Ｎアクセスポイントにどのように組み込むことができるかを示すブロック図である。
【図１１】一実施形態によるアンテナを作製するプロセスのフローを示す図である。
【図１１Ａ】図１１のプロセスを変更したプロセスのフローを示す図である。
【図１２】他の実施形態によるアンテナを作製するプロセスのフローを示す図である。
【図１３】さらに他の実施形態によるアンテナを作製するプロセスのフローを示す図である。
【図１４】本発明の実施形態によるアンテナを作るためのロール・ツー・ロールプロセスを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
詳細な説明は、アンテナの説明から開始し、その後、アンテナを作る方法の説明に進む。本発明のアンテナの実施形態は、ここで、図面を参照して説明される。異なる実施形態又はそれらの組み合わせは、異なる用途のために、又は異なる利点を達成するために用いることができる。達成するために求められる結果に応じて、本明細書で開示される異なる特徴は、部分的に、又は最大限に、単独であるいは他の特徴と組み合わせて、利点と、要求および制約とのバランスを取って利用するのがよい。そのため、特定の利点は、異なる実施形態を参照して強調されるが、本開示の実施形態に限定されない。すなわち、本明細書で開示される特徴は、それらが記載されている実施形態に限定されず、他の特徴と「合わせたり、結びつけたり」し、他の実施形態に組み込むことができる。
【００１８】
アンテナそのものについては、以下の点に注目する。本開示の実施形態によれば、共通の接地コンタクト、複数のアドレス可能なピクセルコンタクト、及び上部誘電体を有するＬＣＤスクリーンと、上部誘電体の上に設けられる放射素子のアレイと、それぞれが放射素子の１つに接続される導電遅延線と、ＬＣＤスクリーンの下に設けられ、遅延線に結合される送信給電と、を備えるアンテナが提供される。共通のコンタクト及び各アドレス可能なピクセルコンタクトには、コントローラが結合され、コントローラは、ピクセル制御コンタクトのうちの選択的なものを付勢し、放射素子の空間指向性を変化させるように予めプログラムされている。
【００１９】
本開示の実施形態は、上部誘電体と、下部誘電体と、上部誘電体と下部誘電体との間に挟まれる可変誘電率材料と、可変誘電率材料内のピクセルを画定する複数の導電性電極と、共通接地電極と、上部誘電体の上に設けられる少なくとも１つの放射パッチであって、各放射パッチは、放射パッチに結合される対応する遅延線を有している、放射パッチと、下部誘電体の下に設けられる給電線と、給電線と遅延線との間のＲＦ結合と、を含む多層アンテナも提供する。結合は、共通接地電極に形成される対応する窓を通過する導電線であってもよい。
【００２０】
本発明の実施形態は、送受信機と、共通コンタクト、複数のピクセル制御コンタクト、及び上部誘電体を有するＬＣＤスクリーンを備えるアンテナアレイと、上部誘電体の上面に設けられた放射素子のアレイと、それぞれが放射素子の１つに接続される複数の遅延線と、一端が送受信機に、他端が遅延線の１つに接続される複数の給電線と、共通コンタクト及び各ピクセル制御コンタクトに結合されるコントローラであって、ピクセル制御コンタクトのうちの選択的なものを活性化（付勢）して、複数の放射素子の空間指向性を変化させるよう予めプログラムされたコントローラと、を含む無線アクセスポイントを提供する。
【００２１】
さらなる態様は、アンテナの放射素子によって形成された放射コーンを走査するステップと、走査中に受信された送信を使用して、各送信元の空間における特定の位置を識別するステップと、送信元の送信から許可されていない送信の位置を識別するステップと、アンテナを制御し、許可されていない送信の方向にヌルを与えるステップと、アンテナを制御して放射コーンを許可された方向に向けてステアリングすることによって各許可された送信と直接通信を行うステップと、を含むアンテナを動作させるための方法である。放射コーンを走査するステップは、電圧を印加し、アンテナの遅延線の下の誘電率を変化させることによって実行することができる。随意には、本方法は、許可された各送信に対して、送信デバイスを識別し、デバイスのネットワーク及びアクセスポリシーを決定し、識別されたデバイスからの通信にネットワーク及びアクセスポリシーを適用し、これにより「ＲＦファイアウォール」を形成するステップを含む。
【００２２】
図１は、一実施形態によるソフトウェア制御アンテナの断面図を示す。図１において、可変誘電率材料を有する多層アンテナは、可変誘電率（ＶＤＣ）材料、例えば、上部誘電体１１５と下部誘電体１１０との間に挟まれた液晶１０５を有することによって構築される。液晶は、電位源１３０から、多層アンテナのピクセルを画定する所望のコンタクト１２０への印加電圧によって制御される。その意味で、コンタクト１２０は、プロセッサによる各コンタクトの個別のアドレス指定を可能にする、アドレス可能なコンタクトを形成する。電位源の接地電位は、下部の共通接地電極１２５に結合される。アンテナは、放射素子のアレイ、例えば、遅延線１４０を介して相互接続されるパッチ１３５を備える。パッチ１３５及び遅延線１４０は、上部誘電体１１５上に設けられる。
【００２３】
一例において、誘電体１１０及び１１５のいずれか又は両方は、ロジャーズ（Rogers：登録商標）（ＦＲ−４プリント回路基板）又はＰＴＦＥベース材料で作られ、遅延線１４０、放射パッチ１３５、及び／又は共通接地電極１２５は、ロジャーズ上に形成された導電体とすることができる。ロジャーズを用いる他に、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン又はテフロン（登録商標））、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）、又は他の低損失材料が用いられてもよい。
【００２４】
本発明者は、ＲＦ給電を、多層アンテナの下から提供できれば、改善された結果が達成されることを発見した。実際に、ＲＦ給電を下部の共通接地電極１２５から結合させれば、すぐれた結果が達成されることが発見した。発明者が気付いたように、給電線を共通接地電極の下に設けることは、ＲＦ給電を、遅延線、並びにＶＤＣ層に印加されるＤＣ又はＡＣ電圧から分離するのに役立つ。図１は、層の下、及び共通接地電極１２５の下から提供される給電の実施形態を例示している。図１に示すように、ＲＦ Ｔｘ／Ｒｘ（送受信機）１５０の接地側は、共通接地電極１２５に結合される。しかし、信号側は、給電電極１５５に接続され、給電電極１５５は下部誘電体１１０の上に設けられる。結合は、例えば、同軸コネクタ１６０に接続される同軸ケーブル１６２によって行うことができる。本実施形態では、サンドイッチ構造全体にビアが形成され、ビアは、共通接地電極１２５、上部誘電体１１５及び下部誘電体１１０、並びにＶＤＣ層１０５内の孔又は窓を含み、給電電極１５５を遅延線１４０に接続することができる。この配置を用いることによって、電位源１３０の信号は、Ｔｘ／Ｒｘ１５０のＲＦ信号から絶縁又は分離され、材料１０５の誘電率の変化は、給電電極１５５内を進む信号に影響を及ぼすのではなく、むしろ遅延線１４０及び放射パッチ１３５内を進む信号のみに影響を及ぼす。
【００２５】
パッチ１３５のすぐ下の領域における可変誘電率材料の値は、ソフトウェアを用いて、関連するピクセルに電圧を印加することによって変えることができ、これにより、パッチの周波数マッチングを制御することができる。同様に、遅延線１４０の下のピクセルに印加される電圧は、アレイの空間指向性、又は信号の回転極性を変化させるために制御することができる。いずれの動作も、関連部分、すなわち、放射パッチ１３５又は遅延線１４０を通って進む信号のみに作用するのであって、給電電極１５５上を進む信号には作用しない。これらは、ピクセルである必要はなく、我々が所望するように画定される領域であってもよい。
【００２６】
従って、本実施形態によれば、上部誘電体と、下部誘電体と、上部誘電体と下部誘電体との間に挟まれた可変誘電率材料と、可変誘電率材料内のピクセルを画定する複数の導電電極と、共通接地電極と、上部誘電体の上に設けられる少なくとも１つの放射パッチであって、各々が放射パッチに結合される対応する遅延線を有している、放射パッチと、下部誘電体の下に設けられる給電線と、給電線と遅延線との間のＲＦ結合とを含む、多層アンテナが提供される。結合は、共通接地電極１２５に形成される対応する窓を通過する導電線であってもよい。
【００２７】
これは、上部誘電体２１５の上に設けられた遅延線２４０を有する、２×２の放射素子２３５のアレイの上面図である図２において、より明らかに見ることができる。図２の実施形態の断面図は、単一のビアが、丸２６５によって印された位置に設けられ、誘電体２１０（この図では見ることができない）の下に設けられる給電電極に接触することを除いて、図１の断面図に似ている。本実施形態において、単一のコンタクトビアは、アレイ及び給電線の対称的な幾何学的中心にあるように選択される。図２の特定の例において、ビアの位置は、１８０°の回転対称に設けられるが、例えば、３０°、９０°等の他の回転対称を用いることができる。
【００２８】
ビアが幾何学的中心に設けられると、信号は、全てのアレイ素子を通って均等に伝播する。次に、アンテナの動作特性は、様々なピクセルに電圧を印加して、ピクセル位置の液晶の配向を変化させることによって制御することができる。例えば、全てのパッチ２３５の直ぐ下にあるピクセルに同じ電圧が印加されると、パッチ２３５の共振周波数を変化させることができ、これにより、アンテナの動作周波数を変化させることができる。一方、遅延線の下に異なる電位を印加することによって、得られる放射コーンをステアリングすることができ、これにより、アンテナを物理的に動かすことなく、アンテナを空間内の特定の位置に向けるか、アンテナを走査することができる。すなわち、遅延線の下の誘電率の変化によって、その遅延線における信号の伝播の遅延をもたらし、従って、放射信号に位相シフトをもたらす。
【００２９】
別の特徴が図３に示されており、ここでは、特に、パッチがともに接近して詰められているときのタイトな実効面積内において、遅延線に対するより広い範囲の制御を可能とするために、遅延線は蛇行する導電線として形成される。図３のアンテナは、各遅延線３４０が、その長さがより多くのピクセルを覆うように蛇行した線として形成されることを除いて、図２のアンテナに多少似ている。その結果、より多くのピクセルが、遅延線の長さにわたって誘電率を制御するために利用可能となる。
【００３０】
先の実施形態では、全ての遅延線は、一緒に接続され、単一の給電点から給電される。しかし、これは必須要件ではない。例えば、図４の実施形態では、蛇行している遅延線のそれぞれは、対応する給電点４６５を有し、対応する結合を介して給電線に結合される。このような配置では、放射パッチからの信号の蓄積は、アンテナのサンドイッチ構造の下で、例えば、全ての給電線を相互接続することによって行われる。従って、本実施形態では、上部誘電体と、下部誘電体と、上部誘電体と下部誘電体との間に挟まれた可変誘電率材料と、可変誘電率材料内のピクセルを画定する複数の導電電極と、共通接地電極と、上部誘電体の上で設けられる少なくとも１つの放射素子であって、各放射素子は、放射パッチに結合される対応する遅延線を有している、放射素子と、下部誘電体の下に設けられる対応する給電線と、給電線と遅延線との間の対応するＲＦ結合とを含む多層アンテナが提供される。
【００３１】
図５は、さらなる他の実施形態によるアンテナの断面図である。図５の実施形態は、放射パッチ５３５及び遅延線５４０が、アンテナの多層構造の異なるレベルに設けられることを除いて、図１の実施形態に類似する。特に、カバー絶縁層５１７が、上部誘電体５１５の上に設けられる。カバー絶縁層５１７は、ガラス、ＰＥＴ、ロジャーズ、ＰＴＦＥ等とすることができる。遅延線５４０は、上部誘電体５１５とカバー絶縁層５１７との間に設けられる。放射パッチ５３５は、カバー絶縁層５１７の上に設けられる。孔が、カバー絶縁層５１７に設けられ、コンタクト５１９が遅延線５４０をそれぞれの放射パッチ５３５に電子的に接続することができる。
【００３２】
図６は、多層アンテナの他の実施形態による１つの放射素子の位置での断面図を例示する。この構造は、アレイを形成するのに必要な数の放射素子に対して繰り返すことができる。本実施形態の構造及び動作は、上部「透視」図である図７も参照しての、図６の以下の説明から、よりよく理解することができる。図６は、放射素子６３５の位置でのアンテナの関連する部分の断面図を例示する。図７は、図６の実施形態を含む、本明細書に記載される全ての実施形態に適用することができる上部「透視」図を提供する。このため、本明細書で開示された任意の実施形態の検討において、読者は、よりよく理解するために図７も参照されたい。
【００３３】
カバー絶縁層６１７は、通常、誘電（絶縁）板又は誘電シートの形態であり、例えば、ガラス、ＰＥＴ、ＰＴＦＥ、ロジャーズ等で作ることができる。放射パッチ６３５は、カバー絶縁層６１７の上に、例えば、導電フィルムを付着する、スパッタリングする、印刷するなどの方法によって形成される。各パッチ位置で、ビアが、カバー絶縁層６１７に形成され、ビアは、導電材料、例えば、銅で満たされ、放射パッチ６３５に物理的かつ電子的に接続するコンタクト６１９を形成する。遅延線６４０は、カバー絶縁層６１７の下面（又は、上部のバインダとして機能する上部誘電体の上面）に形成され、コンタクト６１９に物理的かつ電子的に接続される。すなわち、遅延線６４０から放射パッチ６３５まで、コンタクト６１９を介して、連続したＤＣ電気接続がある。上記の実施形態に示したように、遅延線６４０は、蛇行する導電線とすることができ、所望の遅延を生成するのに十分な長さを有するような形状にして、ＲＦ信号に所望の位相シフトをもたらすことができる。
【００３４】
遅延線６４０における遅延は、可変誘電率材料６０５を有する可変誘電率（ＶＤＣ）板６０２によって制御される。ＶＤＣ板６０２を構成するための方法は、アンテナの実施形態と共に用いるのに適しているが、特定の実施形態では簡略形として、上部バインダ６１５（例えば、ガラスＰＥＴ等）、可変誘電率材料６０５（例えば、ねじれネマティック液晶層）、及び下部バインダ６１０からなるＶＤＣ板６０２が示されている。他の実施形態では、バインダ層６１５及び６１０の一方又は両方を省略することができる。あるいは、バインダ層６１５及び／又は６１０の代わりに、エポキシのような接着剤、又はガラスビーズのスペーサを用いることができる。
【００３５】
いくつかの実施形態において、例えば、ねじれネマティック液晶層を用いる場合、ＶＤＣ板６０２は、カバー絶縁層６１７の底部に堆積及び／又は接着されるか、もしくは、上部バインダ６１５の上に形成される配向層も含む。配向層は、閉じ込め基板の端部でＬＣの分子を整列させるために、ＵＶを用いてこすられたり又は硬化されたりするポリイミドベースのＰＶＡなどの薄い材料層とすることができる。
【００３６】
ＶＤＣ板６０２の実効誘電率は、ＶＤＣ板６０２間にＤＣ電位を印加することによって制御することができる。そのために、電極が形成され、制御可能な電圧電位に接続される。電極を形成するための配置は様々であり、図６にその配置の一例が示されており、ここでは、互いに隣り合う２つの電極６２０が設けられ、２つの電極はピクセルを画定する。一例として、電極６２０の一方が可変の電圧電位６４１に接続され、他方の電極６２０が接地されていることが示されている。１つの代替案として、破線で示されるように、他方の電極６２０も可変電位６４９に接続されてもよい。このため、可変電位６４１又は可変電位６４９の出力電圧を変化させることによって、電極６２０近傍のＶＤＣ材料の誘電率を変化させることができ、これにより、遅延線６４０を通って進むＲＦ信号を変化させることができる。コントローラＣｔｌを用い、コントローラに適切な制御信号を出力させるソフトウェアを実行させて可変電位６４１及び／又は可変電位６４９の適切な出力電圧を設定することによって、可変電位６４１及び／又は可変電位６４９の出力電圧を変化させることができる。このように、アンテナの性能及び特性はソフトウェア、従って、ソフトウェア制御アンテナを用いて制御することができる。
【００３７】
ここで、主題の説明において、接地という用語の使用は、一般的に、許容される接地電位、すなわち大地電位と、共通電位又は基準電位との両方を指し、これは、設定電位又は浮動電位であってもよい。同様に、図面では、接地の記号が用いられているが、それは、簡略表記として用いられ、これは、大地電位又は共通電位が交換可能であることを意味する。このため、本明細書で接地という用語が用いられるとき、設定電位又は浮動電位とすることができる共通電位又は基準電位がそこに含まれる。
【００３８】
全てのＲＦアンテナと同様に、受信と送信は対称的であるため、一方の説明は他方にも同等に当てはまる。本説明では、送信を説明する方が簡単であるが、受信は同じで、方向が反対である。
【００３９】
送信モードでは、ＲＦ信号はコネクタ６６０（例えば、同軸ケーブルコネクタ）を介して給電線６５５に印加される。図６に示すように、本実施形態では、給電線６５５と遅延線６４０との間の電子的ＤＣ接続はない。しかし、本開示の実施形態では、給電線６５５と遅延線６４０との間がＲＦショートされるように設計される。図６に例示するように、共通接地電極６２５は、背面絶縁体（又は誘電体）６１２の上面、又は下部バインダ６１０の下面に形成される。共通接地電極６２５は、通常、アンテナアレイの領域全体を覆う導電層である。各ＲＦ給電位置で、窓（ＤＣブレーク）６２３が共通接地電極６２５内に設けられる。ＲＦ信号は、給電線６５５から、窓６２３を通って進み、遅延線６４０に容量的に結合される。受信中には、逆のことが起こる。このように、遅延線６４０と給電線６５５の間にはＤＣオープン及びＲＦショート状態が形成される。
【００４０】
一例において、背面絶縁体６１２は、ロジャーズ（ＦＲ−４プリント回路基板）で作られ、給電線６５５は、ロジャーズに形成される導電線とすることができる。ロジャーズを用いる他に、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン又はテフロン）又は他の低損失材料を用いることができる。
【００４１】
本開示の実施形態のＲＦショート（バーチャルチョークともいわれる）の設計をさらに理解するために、図７を参照する。図面の類似の構成要素は、異なる系列であることを除いては同じ参照番号を有し、例えば、図７では、７００番台の数字が用いられていることに留意すべきである。また、図７は、単一の放射パッチ７３５に接続された２つの遅延線７４０を有する実施形態を例示しており、各遅延線は異なる信号を、例えば異なる偏向で搬送することができる。以降の説明は、遅延線の１つについてなされ、他の遅延線も同様に解釈することができる。
【００４２】
図７では、放射パッチ７３５は、コンタクト７１９によって遅延線７４０に電子的にＤＣ接続されている。そのため、本実施形態では、ＲＦ信号は、遅延線７４０からコンタクト７１９を介して、直接、放射パッチ７３５に送信される。しかし、給電線７５５と遅延線７４０との間はＤＣ接続されておらず、むしろ、ＲＦ信号は給電線７５５と遅延線７４０との間に容量結合される。これは、共通接地電極７２５の穴を通って行われる。図６に示すように、ＶＤＣ板６０２は、遅延線６４０の下に配置されるが、図７ではＲＦショート機構のよりよい理解のために、図面を簡易にするために図示されていない。共通接地電極７２５は、部分的にハッチのマークで示されており、窓（ＤＣブレーク）７２３も示している。従って、図７の例では、ＲＦ経路は、放射パッチ７３５から、コンタクト７１９、遅延線７４０、窓７２３を通って給電線７５５に容量的に結合される経路である。
【００４３】
ＲＦ信号を有効に結合させるために、「Ｌ」で示される窓７２３の長さは、給電線７５５を進むＲＦ信号の波長の約半分、すなわちλ／２に設定するべきである。「Ｗ」で示される窓の幅は、波長の約１０分の１、すなわちλ／１０に設定するべきである。加えて、ＲＦ信号を有効に結合させるために、給電線７５５は、Ｄで示されるように、窓７２３の端部を超えて約４分の１波長λ／４、延在する。同様に、遅延線７４０の終端（コンタクト７１９とは反対側の端部）は、Ｅで示すように、窓７２３の端部を超えて４分の１波長λ／４、延在する。給電線７５５を進むＲＦ信号は遅延線７４０を進む信号より長い波長を有するため、距離Ｄは、距離Ｅより長く示されていることに留意されたい。
【００４４】
以上の開示を要約すると、本開示の実施形態によれば、共通接地コンタクト、複数のアドレス指定可能なピクセルコンタクトと、及び上部誘電体を有するＬＣＤスクリーンと、上部誘電体の上に設けられる放射素子のアレイと、それぞれ放射素子の１つに接続される導電性の遅延線と、ＬＣＤスクリーンの下に設けられ、遅延線に結合される送信フィードとを備えるアンテナが提供される。コントローラが、共通コンタクト及びアドレス指定可能な各ピクセルコンタクトに結合され、コントローラは、放射素子の空間指向性を変化させるためにピクセル制御コンタクトの選択的なものを付勢するように予めプログラムされている。
【００４５】
上記開示の実施形態は、上部誘電体と、下部誘電体と、上部誘電体と下部誘電体との間に挟まれた可変誘電率材料と、可変誘電率材料内のピクセルを画定する複数の導電電極と、共通接地電極と、上部誘電体上に設けられる少なくとも１つの放射パッチであって、各々が放射パッチに結合された対応する遅延線を有している放射パッチと、下部誘電体の下に設けられた給電線と、給電線と遅延線との間のＲＦ結合とを含む、多層アンテナも提供する。結合は、共通接地電極１２５に形成された、対応する窓を通過する導電線とすることができる。
【００４６】
本発明の実施形態は、無線アクセスポイントを提供し、この無線アクセスポイントは、送受信機と、共通コンタクト、複数のピクセル制御コンタクト、及び上部誘電体を有するＬＣＤスクリーンを備えるアンテナアレイと、上部誘電体の上に設けられる放射素子のアレイと、それぞれ放射素子のうちの１つに接続される複数の遅延線と、一端が送受信機に、他端が遅延線に接続される複数の給電線と、共通コンタクト及び各ピクセル制御コンタクトに結合されるコントローラとを備え、コントローラは、複数の放射素子の空間指向性を変化させるためにピクセル制御コンタクトの選択的なものを付勢するように予めプログラムされている。
【００４７】
さらなる一態様は、アンテナを動作させる方法であり、この方法は、アンテナの放射素子によって形成された放射コーンを走査するステップと、走査中に受信された送信を用いて各送信元の空間内の特定の位置を識別するステップと、送信元の送信から許可されていない送信の位置を識別するステップと、アンテナを制御し、許可されていない送信の方向にヌルを与えるステップと、アンテナを制御し、放射コーンを許可された方向にステアリングすることによって許可された送信それぞれとの直接通信を実行するステップと、を含む。放射コーンを走査するステップは、電圧を印加し、アンテナの遅延線の下の誘電率を変化させることによって実行することができる。随意には、許可された送信それぞれについて、送信デバイスを識別し、デバイスのネットワーク及びアクセスポリシーを決定し、識別されたデバイスからの通信にネットワーク及びアクセスポリシーを適用し、これにより「ＲＦファイアウォール」を形成する。
【００４８】
本開示において、波長λとは、アンテナの設計、及びアンテナ内の可変誘電材料に印加されるＤＣ電位に応じてアンテナの様々な媒体内を進むにつれて波長は変化するので、関連媒体内を進む波長を示すことに留意されたい。
【００４９】
図８は、開示された任意の実施形態を用いて構成することのできる全方向性のステアラブルアンテナを例示している。アンテナは、４つの側面又はファセットを備え、各側面は、遅延線８４０を介して相互接続された２×４の放射素子８３５のアレイを含む。放射素子８３５、遅延線８４０、及び給電線を含む各ファセットの構造は、本明細書で開示された実施形態のいずれかを用いて構成することができる。各遅延線の下の誘電率を制御することによって各ファセットの放射コーンを空間内でステアリングすることができ、このため、４つの全てのファセットを制御することによって、アンテナは、アンテナの周囲の任意の方向において選択的に送受信することができる。例えば、アンテナは、ユーザＡ及びユーザＢとの指向性通信を行うようにステアリングすることができるが、許可されていないユーザＣにはヌルを与えて、ユーザＣがシステム内に入るのを防ぐことができる。
【００５０】
本開示の実施形態によるアンテナの構成において、可変誘電率のサンドイッチ構造は、ＬＣＤを用いるだけで実装することができる。当然、ＬＣＤが視認できない用途、例えば、ＷｉＦｉアクセスポイント、基地局等では、ＬＣＤは、黒及び白だけとすることができる（すなわち、カラーフィルタ層を省略することができる）。また、標準のＬＣＤの照射及び偏光素子は、それらがアンテナアレイの周波数マッチングにも空間走査にも寄与しないため、省くことができる。また、アンテナが視認できない場合、パッチ及び給電線は、銅又はアルミニウムなどの固体金属で作ることができる。アンテナが視認できる場合には、パッチ及び給電線を、ＩＴＯ、ＡＺＯ等の透明の導電体で作ってもよい。
【００５１】
この意味では、本発明の一実施形態は、共通接地コンタクト、複数のアドレス指定可能なピクセルコンタクト、及び上部誘電体を有するＬＣＤスクリーンと、上部誘電体の上に設けられた放射素子のアレイと、それぞれ放射素子の１つに接続された導電性の遅延線と、ＬＣＤスクリーンの下に設けられ、遅延線に結合された送信フィードとを備えるアンテナを提供するものとして特徴付けることができる。共通コンタクト及び各アドレス指定可能なピクセルコンタクトにはコントローラが結合され、コントローラは、放射素子の空間指向性を変化させるためにピクセル制御コンタクトの選択的なものを付勢するように予めプログラムされている。
【００５２】
平坦なアンテナアレイを走査するためにソフトウェア制御を用いることにより、空間内で二次元の走査を達成することができる。このため、例えば、このようなアレイは、平坦な衛星テレビアンテナとして用いることができる。アンテナは、路上から見えないように屋根の上に配置することができる。アレイの空間指向性は、ソフトウェアを用いて電子的に制御することができるため、アンテナは、従来のパラボラアンテナのように機械的に衛星に向ける必要がない。むしろ、衛星は、最良の受信が達成されるまで、可変誘電層の電極に印加される電圧を変化させて（すなわち、ＬＣＤが用いられるときＬＣＤスクリーン上に投影される画像を変化させて）アンテナを電子的に走査することによって捕捉することができる。
【００５３】
モバイルデバイスの普及により、ＷｉＦｉアクセスポイントなどの従来のアクセスポイントには、干渉している送信がロードされる。特に、標準のアクセスポイントは全方向性アンテナを用いるため、アクセスポイントは、全方向で送受信する。したがって、全方向性アンテナでは送信電力が距離の３乗に反比例して低下するため、アクセスポイントは、送信時に、高いエネルギーを用いなければならない。さらに、アクセスポイントの送信は、各々が他の全ての他のデバイスと干渉する全方向性アンテナを用いている複数のモバイルデバイス（スマートフォン、パッド、ラップトップ）の干渉を増大させる。
【００５４】
図８に例示する実施形態を用いて、特定の方向に送受信するアクセスポイントを作製することができる。すなわち、特定のデバイスへの送信前に、ＶＤＣ板の電極の電圧を変更して、アンテナがターゲットデバイスに向けられるようにすることができる。送信は高周波であり、アンテナは電子的に走査することができるため、アンテナは、アクセスポイントに対して異なる空間位置に配置された異なるモバイルデバイスに送信するたびに、サイド方向付けすることができ。
【００５５】
さらに、図８に示すように、ＶＤＣ板上の各ピクセルは個別に制御することができるため、それぞれ別々に制御される複数のアレイを用いることができる。さらに、図８では、４つの個別のアレイが４つの個別のファセット上に配置されているが、他の配置であってもよく、例えば、三角形の３つのファセット、五角形の５つのファセット等であってもよい。このようにして、各アレイは、専用の空間領域に向けられ、アレイは全体としてアクセスポイントの周りを３６０°をカバーする。
【００５６】
また、本明細書で説明されたソフトウェア規定のアンテナシステムは、ポリシー、セキュリティスキーム、及びＷｉＦｉアクセスポイントなどの無線通信へのアクセスを適用する際に、有意な利点を提供することができる。例えば、アンテナは、３６０°カバーするように走査することができるため、ユーザの環境、干渉信号、及び侵入者の３Ｄマップを動的に作成することができる。アレイのフェーズドアレイ走査能力を適切に作動させることによって、システムは、空間内の許可されていないユーザ、例えば侵入者を識別し、分離して、その特性を調べ、その後、空間内で追跡し、侵入者がネットワークに入るのを防ぐことのできるヌルを生成することによってネットワークに接続する能力を排除するよう決定することができる。ある意味で、これは、ウェーブポートレベルでワイヤレスファイアウォールを生成する。加えて、システムは、随意的に、アンテナの周りの空間内の位置ごとに（例えばＭＡＣアドレスを用いて）認証されたユーザそれぞれを識別し、どのネットワーク及びアクセスポリシー権を特定のユーザに与えるかを決定することができる。例えば、会社において、従業員には、訪問者とは異なるネットワーク及びアクセスポリシーが適用される。システムはＴｘ／Ｒｘの空間内の位置に基づいてネットワーク及びアクセスポリシーが適用することができる。ソフトウェア規定アンテナは、指向性ビーム及びヌルを形成することによってユーザを走査して、追跡することができるため、ネットワーク及びアクセスポリシーを、識別されたユーザごとに維持することができる。
【００５７】
図９は、本明細書で説明されたソフトウェア規定アンテナのいずれかを利用する、一実施形態によるアンテナを動作させる方法を例示する。開始後、システムは、例えば、電圧を印加してアンテナの遅延線の下の誘電率を変化させることによって、アンテナを走査する。走査中に受信した送信を用いて、システムは、送信元それぞれの空間内の特定の位置を識別する。次に、識別された送信のセットから、システムは、許可されていない送信の位置を識別する。システムは、その後、アンテナを制御し、許可されていない方向にヌルを与える。そして、システムは、アンテナを制御し、許可された方向に向けられるビームを形成することによって、許可された送信それぞれとの直接通信を実行する。随意には、破線で示すように、システムは、ユーザごとに送信デバイスを識別し、デバイスのネットワーク及びアクセスポリシーを決定する。そして、システムは、識別されたデバイスからの通信にネットワークポリシーとアクセスポリシーを適用する。
【００５８】
図１０は、開示された実施形態のいずれかのアンテナを標準のＩＥＥＥ８０２．１１Ｎアクセスポイントにどのように組み込むことができるかを例示しているブロック図である。標準のアクセスポイントの構造及び構成要素は、当該技術分野においてよく知られており、ここでは説明を省略する。図１０の例では、標準のアンテナは、ソフトウェア規定アンテナによって置き換えられている。また、マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）は、アンテナをステアリングするか、放射パッチの共振周波数を変化させるために必要な電圧を供給するようプログラムされている。
【００５９】
この意味において、本発明の実施形態は、送受信機と、共通コンタクト、複数のピクセル制御コンタクト、及び上部誘電体を有するＬＣＤスクリーンを備えるアンテナアレイと、上部誘電体の上に設けられた放射素子のアレイと、それぞれ放射素子の１つに接続された複数の遅延線と、一端が送受信機に接続され、他端が遅延線の１つに接続された複数の給電線と、共通コンタクト及び各ピクセル制御コンタクトに結合されたコントローラとを備え、コントローラは、ピクセル制御コンタクトのうちの選択的なものを付勢して、複数の放射素子の空間指向性を変化させるよう予めプログラムされている、無線アクセスポイントを提供することを特徴とすることができる。
【００６０】
ここで、本開示は、開示された実施形態によるアンテナの作製方法を提供することに転じる。上述したように、開示された実施形態は、ＰＣＢ材料、テフロン、ガラス、（ドイツ国エッセン所在のEvonik社から入手することができる）ロハセル（登録商標）等とすることができる様々な絶縁板又は基板を利用する。簡潔のために、これらの基板を、以降の説明では、上部基板及び下部基板という。図１１において、上部基板１１０２は、例えば、図６のカバー絶縁層６１７のようなものであり、下部基板１１０３は、図６の背面誘電体６１２のようなものである。
【００６１】
図１１のステップ１１００で、基板１１０２の上面の放射素子１１３５と下面の遅延線１１４０とを形成することによって上部基板が作製される。オーミックコンタクト１１１９は、遅延線１１４０を放射素子１１３５に接続することができる。代替的に、遅延線１１４０及び放射素子１１３５は、基板１１０２を横切って容量的に接続してもよい。また、本実施形態では、液晶ピクセルを活性化するための電極が省略されている。代わりに、活性化線１１２１が、上部基板の下面に形成され、遅延線に接続される。活性化線は、そのための信号をＲＦ信号から分離するためにバイアス−Ｔに接続される。
【００６２】
具体的には、図１１の吹き出しは、標準のバイアス−Ｔ回路を例示している。ＲＦ＋ＤＣノードは、遅延線１１４０に結合される。ＤＣノードは、液晶の状態を制御するために用いられる可変の電圧電位の出力に対応する。ＲＦノードは、コーポレート給電の給電線１１５５に対応する。図１１に示すように、ＲＦノードは、キャパシタＣを介して回路に結合される。しかし、本明細書で説明されたように、本開示の実施形態におけるＲＦ信号は、既に遅延線に容量的に結合されているので、キャパシタＣを省略することができる。このように、インダクタＩをアンテナのＤＣ側に組み込むことによって、変更されたバイアスＴ回路が作成される。
【００６３】
ステップ１１０５では、上面に接地面１１２５を形成することによって下部基板１１０３が作製され、接地面１１２５には、ＲＦ信号がそこを通って送信されるように適切な孔１１２３が戦略的に配置される。また、コーポレート給電の導電線１１５５は、下部基板１１０３の下面に作製される。
【００６４】
ステップ１１１０では、下部基板１１０３の上面、又は上部基板１１０２の下面、あるいはその両方に、配向層１１０４が形成される。配向層は、例えばポリイミドなどの配向材料を堆積し、液晶のための配向層として機能するように配向材料を改質することによって形成することができる。改質は、所望の配向方向にこすること、配向方向にスクラッチを形成すること、又はＵＶ硬化によって達成することができる。説明は、配向層１１０４が少なくとも下部基板１１０３の上面に形成されていることを前提として進める。
【００６５】
ステップ１１１５では、上述したように、この例では下部誘電体１１０３の上面にあるとされている配向層１１０４の上部にスペーサ１１０６が配置される。本実施形態では、スペーサは、ガラス又はジルコニアボールである。一実施形態において、ボールは、接着剤を用いて配向層１１０４に接着される。一実施形態において、ボールは、例えば、ＵＶ硬化性エポキシを用いて、配向層１１０４に接着され、この場合には、スペーサを配置した後に下部基板１１０３をＵＶ放射に曝して、接着剤を硬化させ、スペーサをそれらの位置に固定する。
【００６６】
ステップ１１２０では、ダム又は封止材１１０７が、下部基板１１０３の上面に配置される。封止材１１０７は、シリコン又はエポキシのビーズ、予め形成された封止材料製のフレーム等とすることができる。封止材は、液晶が占める領域を囲み、液晶がアンテナを形成するサンドイッチ構造から漏れるのを防ぐ。ステップ１１２５では、液晶１１６５が、下部基板１１０３の上面に流される。その後、ステップ１１３０において、上部基板と下部基板とが一緒にされて、アンテナの多層サンドイッチ構造を形成する。用いられる様々な接着剤又は封止材に応じて、サンドイッチ構造全体は、硬化のためにＵＶ放射に曝すことができる。
【００６７】
図１１Ａは、液晶を活性化するために遅延線に接続される活性化線を用いるのではなく、上部基板の下面に電極１６２０を形成し、電位線１１２１及び接地線１１２１’を電極に取り付け、これによりピクセルを画定することを除いて、プロセスフローが図１１のプロセスフローに似ている修正された方法を示す。
【００６８】
図１２は、アンテナを作製するための他の方法を例示する。図１２において、ステップ１２００から１２２０は、図１１のステップ１１００から１１２０と同じである。しかし、図１２では、ステップ１２２５において、上部基板と下部基板を一緒にして、アンテナの多層サンドイッチ構造を形成する。その後、ステップ１２３０において、上部基板と下部基板によって画定され、封止材１１０７によって境界が定められた空所に液晶を注入するために注入機１１７０が用いられる。注入は、液晶の注入後に封止される注入孔を通してなされる。
【００６９】
図１３は、異なるタイプのスペーサが用いられるか、あるいはスペーサ・封止材の組み合わせが用いられるさらに他の実施形態を例示する。図１３において、ステップ１３００から１３１０は、図１１のステップ１１００から１１１０と同じである。しかし、図１３では、ステップ１３１５で、スペーサ、又はスペーサ・封止材の組み合わせが用いられる。一例では、スペーサ１３１７は、図１３における上の吹き出しに示すような、誘電材料製の格子の形態をしている。スペーサは、任意の所望の形状、例えば直線、正方形、ハニカム等の格子として別々に形成され、その後、配向層１１０４の上に配置される。特定の一実施形態では、格子の側壁に孔１３０９を設け、格子１３１７によって生成された全ての空間の間に液晶が流れ、液晶材料を均一にする。２番目の吹き出しの上面図に示すように、スペーサ１３１７は、その周囲に封止材１３０７を組み込んで、配向層１１０３の上部へのスペーサ・封止材の組み合わせを取付けるステップを前の実施形態で示したような２つではなく１つのステップとすることができる。
【００７０】
ステップ１３２５では、注入機１３７２が、液晶を格子１３１７上に注入するために用いられ、ステップ１３３０では、２つの基板を一緒にして、アンテナの多層サンドイッチ構造を形成する。あるいは、図１２の実施形態のように、上部基板と下部基板を最初に互いに取り付けて、その後、液晶を、後に封止される専用の注入孔を通して注入することができる。
【００７１】
図１４は、本発明の実施形態によるアンテナを製造するロール・ツー・ロール法を例示する。図１４において、供給ロール１４０１は、可撓性の絶縁材料、例えば、ＰＥＴ、ポリマーナノコンポジット、（Du Pont社から入手可能な）パイララックス（登録商標）、（英国ロンドンのEmerson & Cuming of Laird PLC社から入手可能な）ECCOSTOCK（登録商標）低損失誘電体等の連続ストリップを供給する。絶縁ストリップ１４０２は、第１の金属化ステーション１４７０を通過し、放射パッチが、絶縁ストリップの上面に形成される。本明細書で記載される任意の金属化ステーションはいずれも、例えば、マイクロ転写印刷、スクリーン印刷、インクジェット印刷、フレキソグラフィック印刷、ナノインプリントリソグラフィー（ＮＩＬ）などの任意の金属印刷可能ステーションであってもよい。
【００７２】
絶縁ストリップは、第２の金属化ステーション１４７２に続き、そこで、絶縁ストリップの下部には、遅延線がインプリントされる。上述したように、絶縁ストリップの下部には、設計に応じて、遅延線に接続される活性化線、もしくは電極及び電極に接続される活性化線をインプリントすることもできる。この点において、遅延線は蛇行線の形態であるが、電極は正方形又は円の形態であるという点で、遅延線は電極とはかなり異なる。
【００７３】
一方、供給ロール１４１１’は、絶縁材料、例えばＰＥＴの連続ストリップを供給する。絶縁ストリップ１４０３は、金属化ステーション１４７４を通過し、そこで、接地層が絶縁ストリップ１４０３の上面に形成される。接地層は、各遅延線に対応する穴を含む。その後、絶縁ストリップ１４０３は、金属化ステーション１４０６を通過し、そこで、コーポレート給電の給電線が絶縁ストリップ１４０３の下面に形成される。
【００７４】
他の実施形態で述べたように、液晶を配向させるために少なくとも１つの配向層を形成する必要がある。完全を期すために、図１４では、両方の絶縁ストリップに、配向層が設けられるように示されている。具体的には、堆積システム１４０８が、上部絶縁ストリップ１４０２の下面と、下部絶縁ストリップ１４０３の上面に配向材料を提供する。次に、スクラバ１４０９が、配向材料の表面をこすったり、引っかいたりして配向層を形成する。あるいは、配向層を形成するのに、ＵＶ放射を用いることができる。そこで、両方の選択肢を示すために、図１４は、上部絶縁ストリップ１４０２の配向層上で動作するスクラバ１４０９を例示し、ＵＶ源１４１１は、下部絶縁ストリップ１４０３上で配向を行うように動作する。しかし、これらの方法のいずれかを、単独で、又は組み合わせて用いることができることを理解されたい。
【００７５】
次に、ステーション１４１２において、スペーサが、下部絶縁ストリップ１４０３の上面に取付けられる。スペーサは、配向層の上部に取付けられる。スペーサが、放射硬化可能接着剤を用いて下部絶縁ストリップに接着される場合、放射源（例えば、ＵＶ源）１４１４は、ステーション１４１２の下流に設けられる。次のステーション１４１６では、液晶が、下部絶縁ストリップの上面に注がれる。ステーション１４１８では、両方の絶縁ストリップが一緒にされ、例えば、ＵＶ硬化を用いて硬化される。ステーション１４２０では、個々に生成されたアンテナを分離するためにナイフが用いられる。
【００７６】
図１４の例示図を水平軸上で反転させると、スペーサ及び液晶材料が上部絶縁ストリップ１４０２の下面に堆積されることを除いて、同じプロセスを実行することができることに留意されたい。
【００７７】
様々な実施形態が上述され、各実施形態は、所定の特徴及び構成要素について説明される。しかし、１つの実施形態からの特徴及び構成要素は、他の実施形態の他の特徴及び構成要素と併せて用いることができ、説明は、混乱を避けるため全ての置換が説明されているのではないが、このような可能性をカバーすることを意図していることを理解されたい。
【００７８】
また、本明細書で用いられる接続および結合するに関する技術用語は従来のとおりであり、接続は、一の部品が他の部品に直接、接続することを意味し、結合は、２つの部品間に構成要素を介在させることができることを意味する。また、ＤＣ接続は、ＤＣ短絡に類似し、１つの導電体が物理的に他の導電体に接触して、ＤＣ電流が流れるのを可能にすることを理解するべきである。しかし、ＲＦ結合は、必ずしも物理的に接触する２つの導電体を必要としない。有効な例は、２つのキャパシタ板であり、ＤＣ電流がそれらを伝導することはできないが、ＡＣ及びＲＦは伝導することができる。
【００７９】
本明細書で説明された処理及び技術は、元来、他の特定の装置に関連せず、任意の構成の適切な組み合わせによって実装することができることを理解するべきである。さらに、本明細書で説明された教示によって一般的な用途の機器の様々なタイプを用いることもできる。本発明は、特定の例に関して説明され、全ての点が限定的ではなく例示的であることが意図されている。当業者は、本発明の実施には、多くの異なる組み合わせが適切であることを認識するであろう。
【００８０】
さらに、ここで開示された明細書の検討及び発明の実施から、当業者には本発明の他の実装が明らかであろう。説明された実施形態の様々な態様及び／又は構成要素は、単独で、あるいは任意の組み合わせで用いることができる。明細書及び例は、以降のクレームによって示される本発明の真の範囲及び思想とともに、例示のみとしてみなされることを意図している。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１１Ａ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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