(57)【要約】      （修正有）【課題】波伝搬構造に沿った、調整可能に結合している散乱素子により、調整可能な放射電磁界を与える表面散乱アンテナを提供する。【解決手段】散乱素子１０２ａ、１０２ｂは、導波または表面波１０５に対する第１結合および第２結合を有する。これら結合はそれぞれ、第１電磁特性および第２電磁特性の関数である。第１結合および第２結合のため、第１散乱素子および第２散乱素子１０２ａ、１０２ｂは、導波または表面波１０５に対して応答し、第１結合および第２結合のそれぞれの関数である振幅を有する、複数の散乱電磁波を生成する。散乱電磁波の重ね合わせは、表面散乱アンテナ１００から放射する平面波１１０として示された電磁波を含む。【選択図】図１
2018201209.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンテナであって、
波伝搬構造と、
上記アンテナの動作周波数に対応する自由空間波長よりも実質的に短い素子間隔を有する上記波伝搬構造に沿って配置された複数のサブ波長パッチ素子と、を含み、
上記複数のサブ波長パッチ素子は、上記波伝搬構造の導波モードに対する複数の調整可能な個別の電磁応答を有しており、
上記複数の調整可能な個別の電磁応答は、上記アンテナの調整可能な放射電磁界を与えることを特徴とするアンテナ。
【請求項２】
上記動作周波数は、マイクロ波周波数であることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
【請求項３】
上記波伝搬構造は、１つ以上の導電面を含み、
上記複数のサブ波長パッチ素子は、上記１つ以上の導電面において、複数のアイリスのそれぞれの上に少なくとも部分的に配置されている複数の導電パッチに対応することを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
【請求項４】
上記１つ以上の導電面は、上記１つ以上の導電面に平行な第１の方向および第２の方向を規定し、
上記第１の方向は、上記第２の方向に対して直交することを特徴とする請求項３に記載のアンテナ。
【請求項５】
上記波伝搬構造は、実質的に２次元的な波伝搬構造であることを特徴とする請求項４に記載のアンテナ。
【請求項６】
上記実質的に２次元的な波伝搬構造は、平行板導波管であり、
上記１つ以上の導電面は、上記平行板導波管の上部導電体であることを特徴とする請求項５に記載のアンテナ。
【請求項７】
上記波伝搬構造は、１つ以上の実質的に１次元的な波伝搬構造を含むことを特徴とする請求項４に記載のアンテナ。
【請求項８】
上記１つ以上の実質的に１次元的な波伝搬構造は、上記第１の方向に沿って並べられた１つ以上の閉塞導波管を含み、
上記１つ以上の導電面は、上記１つ以上の閉塞導波管の１つ以上のそれぞれの上面であることを特徴とする請求項７に記載のアンテナ。
【請求項９】
上記複数の導電パッチは、上記導電パッチと上記導波モードとの間の、アイリスを介した結合に応答する複数の楕円偏向した放射電磁界を与えるように構成されることを特徴とする請求項３に記載のアンテナ。
【請求項１０】
上記導波モードは、上記複数のアイリスのそれぞれの位置において複数の時間依存するＨフィールドを規定し、
上記時間依存するＨフィールドは、複数の楕円を描くベクトルであることを特徴とする請求項９に記載のアンテナ。
【請求項１１】
上記楕円は、実質的に円であることを特徴とする請求項１０に記載のアンテナ。
【請求項１２】
複数の位置のそれぞれに、第１の複数の相対位相を伝送するための第１の導波を伝搬する工程と、
第１の複数の楕円偏波は、第１の放射電磁界を生成し、
上記第１の複数の楕円偏波を第１の位置のセットから放射するために、複数の位置のそれぞれから選択された上記第１の位置のセットにおいて上記第１の導波を結合する工程と、
上記複数の位置のそれぞれに、上記第１の複数の相対位相に実質的に等しい第２の複数の相対位相を伝送するための第２の導波を伝搬する工程と、
第２の複数の楕円偏波は、上記第１の放射電磁界とは異なる第２の放射電磁界を生成し、
上記第２の複数の楕円偏波を第２の位置のセットから放射するために、上記複数の位置のそれぞれから選択された上記第２の位置のセットにおいて上記第２の導波を結合する工程と、を含むことを特徴とする方法。
【請求項１３】
上記第１の導波および上記第１の放射電磁界は、第１の干渉パターンを規定し、
上記複数の位置のそれぞれから選択された上記第１の位置のセットは、上記第１の干渉パターンの構造的な干渉領域内の位置のセットに対応し、
上記第２の導波および上記第２の放射電磁界は、上記第１の干渉パターンとは異なる第２の干渉パターンを規定し、
上記複数の位置のそれぞれから選択された上記第２の位置のセットは、上記第２の干渉パターンの構造的な干渉領域内の位置のセットに対応することを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
上記第１の複数の楕円偏波は、第１の複数の円偏波であることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
上記第１の複数の楕円偏波は、第１の複数の左周りの楕円偏波であることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
上記第１の複数の楕円偏波は、第１の複数の右周りの楕円偏波であることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
第３の導波の伝搬方向は、上記第１の導波の伝搬方向とは逆の方向であり、
上記複数の位置のそれぞれに、第３の複数の相対位相を伝搬するための上記第３の導波を伝搬する工程と、
第３の位置のセットから複数の左周りの楕円偏波を放射するために、上記複数の位置のそれぞれから選択された第３の位置のセットにおいて第３の導波を結合する工程と、をさらに含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
上記第３の位置のセットは、上記第１の位置のセットに等しいことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
複数の位置において第１の楕円偏向した自由空間波を受信する工程と、
第１の複数の電磁振動は、上記複数の位置において第１の複数の相対位相を有する第１の導波を生成し、
第１の位置のセットにおいて上記第１の複数の電磁振動を生成するために上記複数の位置から選択された上記第１の位置のセットにおいて上記第１の楕円偏向した自由空間波を結合する工程と、
上記複数の位置において、上記第１の楕円偏向した自由空間波とは異なる第２の楕円偏向した自由空間波を受信する工程と、
第２の複数の電磁振動は、上記複数の位置において第２の複数の相対位相を有する第２の導波を生成し、
上記第２の複数の相対位相は、上記第１の複数の相対位相と実質的に等しく、
第２の位置のセットにおいて上記第２の複数の電磁振動を生成するために、上記複数の位置から選択された上記第２の位置のセットにおいて上記第２の楕円偏向した自由空間波を結合する工程と、を含むことを特徴とする方法。
【請求項２０】
上記第１の導波および上記第１の楕円偏向した自由空間波は、第１の干渉パターンを規定し、
上記複数の位置のそれぞれから選択された上記第１の位置のセットは、上記第１の干渉パターンの構造的な干渉領域内の位置のセットに対応し、
上記第２の導波および上記第２の楕円偏向した自由空間波は、上記第１の干渉パターンとは異なる第２の干渉パターンを規定し、
上記複数の位置のそれぞれから選択された上記第２の位置のセットは、上記第２の干渉パターンの構造的な干渉領域内の位置のセットに対応することを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
上記第１の楕円偏向した自由空間波は、円偏向した自由空間波であることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
上記第１の楕円偏向した自由空間波は、左周りの楕円偏向した自由空間波であることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
上記第１の楕円偏向した自由空間波は、右周りの楕円偏向した自由空間波であることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２４】
上記複数の位置において左周りの楕円偏向した自由空間波を受信する工程と、
第３の複数の電磁振動は第３の導波を生成し、
上記第３の導波の伝搬方向は、上記第１の導波の伝搬方向とは逆の方向であり、
第３の位置のセットにおいて上記第３の複数の電磁振動を生成するために、上記複数の位置から選択された上記第３の位置のセットにおいて右周りの楕円偏向した自由空間波を結合する工程と、をさらに含むことを特徴とする請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
上記第３の位置のセットは、上記第１の位置のセットと等しいことを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
優先権出願、関連出願、および優先権出願と関連出願の任意のすべての親出願、その親出願、さらにその親出願等のうち、いかなる優先権の主張をするものであっても、すべての内容は本明細書と矛盾しないような内容の範囲内で参照によって本明細書に含まれる。［図面の簡単な説明］
図１は、表面散乱アンテナを示す概略図である。
【０００２】
図２Ａおよび図２Ｂは、表面散乱アンテナの典型的な調整パターンおよび対応するビームパターンをそれぞれ示す。
【０００３】
図３Ａおよび図３Ｂは、表面散乱アンテナの別の典型的な調整パターンおよび対応するビームパターンをそれぞれ示す。
【０００４】
図４Ａおよび図４Ｂは、表面散乱アンテナの別の典型的な調整パターンおよび対応するフィールドパターンをそれぞれ示す。
【０００５】
図５は、パッチ素子を含む表面散乱アンテナの実施形態を示す。
【０００６】
図６Ａおよび図６Ｂは、導波管上のパッチ素子の例を示す。
【０００７】
図６Ｃは、導波管モードに対する電気力線を示す。
【０００８】
図７は、液晶の配置を示す。
【０００９】
図８Ａおよび図８Ｂは、典型的な逆電極の配置を示す図である。
【００１０】
図９は、散乱素子を直線的に配置した表面散乱アンテナを示す。
【００１１】
図１０は、散乱素子をマトリクス状に配置した表面散乱アンテナを示す。
【００１２】
図１１Ａ、図１２Ａ、および図１３は、様々なバイアス電圧の駆動方法を示す。
【００１３】
図１１Ｂおよび図１２Ｂは、バイアス電圧駆動回路を示す。
【００１４】
図１４は、システムのブロック図を示す。
【００１５】
図１５および図１６は、フロー図を示す。
［詳細な説明］
以下の詳細な説明では、本明細書の一部を構成する添付図面を参照している。図面において、類似の記号は、特に断りがない限り、類似の構成要素を通常は特定している。詳細な説明に記載されている例示的な実施形態、図面、および特許請求の範囲は、限定することを意図していない。本明細書に示されている事項の精神または範囲から逸脱することなく、他の実施形態が利用されてもよいし、また他の変更がなされてもよい。
【００１６】
図１には、表面散乱アンテナの概要が示されている。表面散乱アンテナ１００は、複数の散乱素子１０２ａ、１０２ｂを含む。複数の散乱素子１０２ａ、１０２ｂは、波伝搬構造１０４に沿って配置されている。波伝搬構造１０４は、マイクロストリップ、共面導波管、平行板導波管、誘電体板、閉塞した導波管、管状の導波管、あるいは、上記構造に沿って、または上記構造内に、導波または表面波１０５の伝搬をサポートし得るその他の任意の構造であってもよい。波線１０５は、導波または表面波を記号的に示したものであり、導波または表面波の実際の波長または振幅を示すことを意図していない。さらに、波線１０５は、波伝搬構造１０４内（たとえば、導波について言えば金属製導波管内）に示されているが、表面波の場合には、上記波は、波伝搬構造の外側に実質的に局在しうる（たとえば、ＴＭモードでは１本のワイヤー伝送線上にあり、または「疑似プラズモン」では人工的なインピーダンス表面上にありうる）。散乱素子１０２ａ、１０２ｂは、波伝搬構造１０４の内部に埋め込まれているか、波伝搬構造１０４の表面に配置されているか、または波伝搬構造１０４のエバネッセント近傍内に配置される、散乱素子を含んでいてもよい。たとえば、上記散乱素子は、米国特許出願公開Ｎｏ．２０１０／０１５６５７３（Ｄ．Ｒ．Ｓｍｉｔｈら「表面および導波管のためのメタマテリアル」）および米国特許出願公開Ｎｏ．２０１２／０１９４３９９（Ａ．Ｂｉｌｙら「表面散乱アンテナ」）に開示されているような、相補的なメタマテリアル素子を含んでよく、これらの文献は参照により本願に含まれる。別の例では、上記散乱素子は、以下に説明するように、パッチ素子を含んでよい。
【００１７】
表面散乱アンテナはまた、波伝搬構造１０４を給電構造１０８へ接続するように構成されている少なくとも１つの給電コネクタ１０６を含む。給電構造１０８（図では同軸ケーブルとして示す）は、給電コネクタ１０６経由で波伝搬構造１０４の導波または表面波１０５へ電磁信号を与えることができるのであれば、伝送線路、導波管、または他のいかなる構造であってもよい。給電コネクタ１０６はたとえば、同軸−マイクロストリップコネクタ（たとえばＳＭＡ−ＰＣＢアダプタ）、同軸−導波管コネクタ、モード適合移行部などであってよい。図１は「エンドランチ」構成にある給電コネクタを示す。これにより、導波または表面波１０５は、波伝搬構造の周辺領域（たとえばマイクロストリップの終端または平行板導波管の端部）から発せられてよい。他の実施形態において、給電構造は、波伝搬構造の非周辺部に取り付けられてもよく、これにより、導波または表面波１０５は、波伝搬構造の非周辺部から（たとえばマイクロストリップの中間点から、または平行板導波管の上端または下端に開けられた穴を経由して）発せられてよい。そしてさらに他の実施形態は、（周辺および／または非周辺の）複数の位置において、波伝搬構造に取り付けられた複数の給電コネクタを与えてもよい。
【００１８】
散乱素子１０２ａ、１０２ｂは調整可能な散乱素子であり、１つ以上の外部入力に応じて調整可能である電磁特性を有する。たとえば、Ｄ．Ｒ．Ｓｍｉｔｈらの既に引用した文献中に、さらに本開示中に、調整可能な散乱素子のさまざまな実施形態が説明されている。調整可能な散乱素子は、電圧入力（たとえば（バラクタ、トランジスタ、ダイオード等の）能動素子に対するバイアス電圧、または調整可能な誘電体を含む（強誘電体または液晶等の）素子に対するバイアス電圧）、電流入力（たとえばの能動素子への荷電粒子直接注入）、光入力（たとえば光活性物質への光照射）、フィールド入力（たとえば非線形磁性体を含む素子に対する磁界）、機械的入力（たとえばＭＥＭＳ、アクチュエータ、油圧技術）、などに応じて調整可能である素子を含んでよい。図１の概略的な例において、第１電磁特性を有する第１状態に調整された散乱素子は第１素子１０２ａとして示され、第２電磁特性を有する第２状態に調整された散乱素子は第２素子１０２ｂとして示されている。第１電磁特性および第２電磁特性に対応する第１状態および第２状態を有する散乱素子の図示は、限定することを意図していない。実施形態は、離散的な複数の異なる電磁特性に対応する離散的な複数の状態の中から選択するために離散的に調整可能な散乱素子、または、連続的な異なる電磁特性に対応する連続的な状態の中から選択するために連続的に調整可能である散乱素子を与えてよい。さらに、図１に示された調整の特定のパターン（たとえば素子１０２ａおよび１０２ｂの交互の配置）は例示的な構成にすぎず、これに限定することを意図していない。
【００１９】
図１の例において、散乱素子１０２ａ、１０２ｂは、導波または表面波１０５に対する第１結合および第２結合を有する。これら結合はそれぞれ、第１電磁特性および第２電磁特性の関数である。たとえば、第１結合および第２結合は、導波または表面波の周波数または周波数帯における、散乱素子の第１の分極率および第２の分極率であってよい。１つの実施形態において、第１結合は実質的に非ゼロ結合であり、第２結合は実質的にゼロ結合である。別の実施形態では、両方の結合は実質的に非ゼロ結合であるが、第１結合は第２結合よりも実質的に大きい（または小さい）。第１結合および第２結合のため、第１散乱素子および第２散乱素子１０２ａ、１０２ｂは、導波または表面波１０５に対して応答し、第１結合および第２結合のそれぞれの関数（たとえば比例）である振幅を有する、複数の散乱電磁波を生成する。本施例において、散乱電磁波の重ね合わせは、表面散乱アンテナ１００から放射する平面波１１０として示された電磁波を含む。
【００２０】
平面波の発生は、散乱素子の調整の特定のパターン（たとえば、図１における第１散乱素子および第２散乱素子の交互の配置）を、平面波１１０を生成するために導波または表面波１０５を散乱する回折格子を定義するパターンとしてみなすことによって理解されるだろう。このパターンは調整可能であるため、表面散乱アンテナのいくつかの実施形態は、調整可能な回折格子、またはより一般的にはホログラムを与えてよい。ここで、散乱素子の調整のパターンは、ホログラフィの原理によって選択されてよい。たとえば、導波または表面波は、波伝搬構造１０４に沿った位置の関数である複素スカラ入力波Ψｉｎによって表すことができ、表面散乱アンテナは別の複素スカラ波Ψｏｕｔによって表される出力波を生成することが望まれる場合を仮定する。この場合、散乱素子の調整のパターンは、波伝搬構造に沿った入力波および出力波の干渉パターンに対応して選択されてよい。たとえば、散乱素子は、Ｒｅ［ΨｏｕｔΨｉｎ＊］によって与えられる干渉項の関数（たとえば比例または階段関数）である、導波または表面波に対する結合を与えるために調整されてよい。このように、表面散乱アンテナの実施形態は、選択されたビームパターンに対応する出力波Ψｏｕｔを特定し、そして上述の通り散乱素子を調整することによって、任意のアンテナの放射パターンを与えるように調整されてよい従って、表面散乱アンテナの実施形態は、たとえば、ビーム方向を選択（たとえば、ビームステアリング）し、ビーム幅または形状を選択（たとえば広いまたは狭いビーム幅を有する扇形ビームまたはペンシルビーム）し、ヌル配置を選択（たとえばヌルステアリング）し、複数のビームの配置を選択し、偏向状態を選択（たとえば直線偏向、円偏向、または楕円偏向）し、全位相を選択し、またはそれらの任意の組み合わせを選択するように調整されてよい。代替的または付加的に、表面散乱アンテナの実施形態は、選択された近接場放射プロファイルを与えるように、たとえば、近接場集束および／または近接場ヌルを与えるように調整されてよい。
【００２１】
干渉パターンの空間分解能は、散乱素子の空間分解能によって制限されるため、散乱素子は、装置の動作周波数に対応する自由空間波長よりも非常に短い（たとえば、この自由空間波長の３分の１、４分の１、または５分の１より短い）素子間隔を備えた波伝搬構造に沿って配置される。いくつかの実施形態では、動作周波数は、マイクロ波周波数であり、約１ＧＨｚから１７０ＧＨｚまでの周波数の範囲に対応する、Ｌ、Ｓ、Ｃ、Ｘ、Ｋｕ、Ｋ、Ｋａ、Ｑ、Ｕ、Ｖ、Ｅ、Ｗ、Ｆ、およびＤ等の周波数帯から選択され、数ミリメートルから数１０センチメートルまでの範囲内にある自由空間波長を有する。他の実施形態において、動作周波数はＲＦ周波数であり、たとえば、約１００ＭＨｚから１ＧＨｚまでの範囲内にある。さらに他の実施形態において、動作周波数はミリメートル波の周波数であり、たとえば、約１７０ＧＨｚから３００ＧＨｚまでの範囲内にある。長さの規模のこれらの範囲は、従来のプリント基板回路またはリソグラフィ技術を用いた散乱素子の製造を可能とする。
【００２２】
いくつかの実施形態では、表面散乱アンテナは、実質的に１次元的な散乱素子の配置を有する、実質的に１次元的な波伝搬構造１０４を含んでいる。この１次元的な配置の調整パターンは、たとえば天頂角の関数として（すなわち、１次元的な波伝搬構造に平行である天頂方向に関連して）選択されたアンテナ放射プロファイルを与えてもよい。他の実施形態において、表面散乱アンテナは、実質的に２次元的な散乱素子の配置を有する実質的に２次元的な波伝搬構造１０４を含んでいる。この２次元的な配置の調整パターンは、たとえば天頂角および方位角の両方の関数として（すなわち、２次元的な波伝搬構造に垂直な天頂方向に関連して）選択されたアンテナ放射プロファイルを与える。平面状の矩形の波伝搬構造上に配置された散乱素子の２次元的な配列を含む表面散乱アンテナに対する典型的な調整パターンおよびビームパターンは、図２Ａ〜図４Ｂに示されている。これらの典型的な実施形態において、平面状の矩形の波伝搬構造は、当該構造の幾何学的中心に配置されたモノポールアンテナ給電部を含む。図２Ａは、図２Ｂのビームパターン図によって示される、選択された頂点および方位を有する細いビームに対応する調整パターンを表す。図３Ａは、図３Ｂのビームパターン図によって示される、デュアルビームの遠方場パターンに対応する調整パターンを表す。図４Ａは、図４Ｂのフィールド強度マップ（矩形の波伝搬構造の長辺に直交し、かつ、当該長辺を２等分する平面に沿ったフィールド強度を示す）によって示された、近接場集束を与える調整パターンを表す。
【００２３】
いくつかの実施形態では、波伝搬構造は、モジュール式の波伝搬構造であり、複数のモジュール式の波伝搬構造は、モジュール式の表面散乱アンテナを構成するために組み立てられてよい。たとえば、複数の実質的に１次元的な波伝搬構造は、たとえば散乱素子の効果的な２次元の配置を実現するために、櫛形の型に配置されてよい。櫛形の配置は、たとえば、２次元的な表面領域を実質的に満たす、１連の隣接した線形構造（すなわち平行な直線のセット）、または１連の隣接した湾曲構造（すなわちシヌソイドの等の連続的なオフセット曲線のセット）を含む。これら櫛形の配置は、ツリー構造を有する給電コネクタを含む。たとえば、バイナリツリーは、給電素子１０８から複数の線形構造（またはその反対）へ、エネルギーを分配する分岐を繰り返し与える。別の例として、（上記のようにそれぞれ１連の１次元的な構造を含んでよい）複数の実質的に２次元的な波伝搬構造は、より多数の散乱素子を有するより大きい開口部を生成するように組み立てられ、および／または、複数の実質的に２次元的な波伝搬構造は（たとえばＡ型フレーム構造、ピラミッド構造、または他の多面体構造を形成する）３次元的な構造として組み立てられてもよい。これらのモジュール式のアセンブリにおいて、複数のモジュール式の波伝搬構造のそれぞれは、自身の給電コネクタ１０６を有し、および／または、モジュール式の波伝搬構造は、第１のモジュラー波伝搬構造および第２のモジュラー波伝搬構造の２つの構造間の接続により、第１のモジュラー波伝搬構造の導波または表面波を、第２のモジュラー波伝搬構造の誘導波または表面波に結合させるように構成されてよい。
【００２４】
モジュールの実施形態のいくつかの適用例において、組み立てられるモジュールの数は、必要とされる遠距離通信のデータ容量、および／またはサービスの質を与える開口部の大きさを実現するために選択されてもよく、および／または、モジュールの３次元の配置は、潜在的なスキャンロスを削減するように選択されてもよい。したがって、たとえば、モジュール式のアセンブリは、飛行機、宇宙船、船舶、自動車等の乗り物の表面と同一平面上にあるさまざまな位置／方向に取り付けられたいくつかのモジュールを含む（これらのモジュールは接触している必要はない）。これらの実施形態および他の実施形態において、波伝搬構造は、特定の形状に一致させるために、実質的に非線形な形状または実質的に非平面的な形状を有する。したがって、（たとえば乗り物の曲面に合致する）共形の表面散乱アンテナを与える。
【００２５】
より一般的には、表面散乱アンテナは、対応する導波または表面波の散乱が所望の出力波を生成するように、散乱素子の調整パターンを選択することによって再設定され得る、再設定可能なアンテナである。たとえば、表面散乱アンテナが、図１において波伝搬構造１０４に沿って（またはモジュールの実施形態に対する複数の波伝搬構造に沿って）、位置｛ｒｊ｝に配置された複数の散乱素子を含み、かつ、導波または表面波１０５に対する、複数の調整可能な結合｛αｊ｝をそれぞれ有する場合を考える。導波または表面波１０５は、（１つ以上の）波伝搬構造に沿って、または当該波伝搬構造の内部を伝搬し、ｊ番目の散乱素子に対する波の振幅Ａｊおよび位相φｊを与え、続いて、出力波は複数の散乱素子から散乱した波の重ね合わせ、すなわち、
【００２６】
【数１】
2018201209.tif 000003
【００２７】
として生成される。ここで、Ｅ（θ，φ）は遠方場放射球上の出力波の電界成分を表しており、Ｒｊ（θ，φ）は結合αｊによって発生した励起に対して、ｊ番目の散乱素子によって生成された散乱波に対する（正規化された）電界パターンを表しており、ｋ（θ，φ）は（θ，φ）において放射球に垂直な、大きさω／ｃの波ベクトルを表している。したがって、表面散乱アンテナの実施形態は、式（１）に基づいて複数の結合｛αｊ｝を調整することによって、所望の出力波Ｅ（θ，φ）を生成できるように調整可能である、再設定可能なアンテナを与えてよい。
【００２８】
導波または表面波の振幅Ａｊおよび位相φｊは、波伝搬構造１０４の伝搬特性の関数である。これらの伝搬特性は、たとえば、実効屈折率および／または実効的な電波インピーダンスを含んでよく、これらの実効的な電磁特性は少なくとも部分的には、波伝搬構造に沿った散乱素子の配置および調整によって決定されてよい。言い換えれば、調整可能な散乱素子と組み合わせられた波伝搬構造は、たとえば以前に引用した、Ｄ．Ｒ．Ｓｍｉｔｈらの文献に示されたように、導波または表面波の伝搬のための調整可能かつ有効な媒体を与えてよい。したがって、導波または表面波の振幅Ａｊおよび位相φｊは、調整可能な散乱素子の結合｛αｊ｝（たとえば、Ａｉ＝Ａｉ（｛αｊ｝），φi＝φi（｛αｊ｝））に依存するが、いくつかの実施形態において、これらの依存は、波伝搬構造の有効な媒体にしたがって実質的に予測されてよい。
【００２９】
いくつかの実施形態では、上記再設定可能であるアンテナは、出力波Ｅ（θ，φ）の所望の偏向状態を与えるために調整可能である。たとえば、散乱素子の第１のサブセットおよび第２のサブセットＬＰ（１）およびＬＰ（２）が、（正規化された）電界パターンＲ（１）（θ，φ）およびＲ（２）（θ，φ）をそれぞれ与えると仮定すれば、それらは実質的に直線偏向し、実質的に直交する（たとえば、第１対象物および第２対象物は、波伝搬構造１０４の表面と垂直な方向を向いている散乱素子である）。そのとき、アンテナの出力波Ｅ（θ，φ）は、２つの直線偏向した成分の合計として、
【００３０】
【数２】
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【００３１】
の通り、表すことができる。ここで、
【００３２】
【数３】
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【００３３】
は、２つの直線偏向した成分の複素振幅である。よって、出力波Ｅ（θ，φ）の偏向は、たとえば、（たとえば直線、円、または楕円等の）任意の所望の偏向を有する出力波を与えるために、式（２）−（３）にしたがって複数の結合｛αｊ｝を調整することによって制御されてよい。
【００３４】
代替的または付加的に、波伝搬構造が複数の給電部（たとえば、上述のような、１次元的な波伝搬構造の櫛形の配置におけるそれぞれの「指」に対する１つの給電部）を備える実施形態に対して、所望の出力波Ｅ（θ，φ）は、複数の給電部に対するそれぞれの増幅器のゲインを調整することによって制御されてよい。特定の給電線に対するゲインを調整することは、特定の給電線によって給電された素子ｊに対応するＡｊに、ゲイン係数Ｇを掛けることに対応する。特に、第１給電部（またはそのような構造／給電部の第１のセット）を備えた第１波伝搬構造がＬＰ（１）から選択された素子に結合しており、第２給電部（またはそのような構造／給電部の第２のセット）を備えた第２波伝搬構造がＬＰ（２）から選択された素子に結合している実施形態に対して、（たとえば、ビームが側面から離れてスキャンされる）偏向解消ロスは、第１給電部と第２給電部との間の相対的なゲインを調整することによって補償される。
【００３５】
図１の状況において、以前に述べたように、いくつかの実施形態では、表面散乱アンテナ１００は、閉塞導波管（または複数の閉塞導波管）として実装され得る、波伝搬構造１０４を含む。そして、これらの実施形態において、散乱素子は相補的なメタマテリアル素子またはパッチ素子を含んでよい。相補的なメタマテリアル素子を含んだ、典型的な閉塞導波管は、以前に引用したＡ．Ｂｉｌｙらの文献の図１０および１１に示されている。パッチ素子を含んだ、別の典型的な閉塞導波管の実施形態は、図５に示されている。この実施形態において、矩形の断面を備えた閉塞導波管は、トラフ５０２と、下部導電部５１２、中間の誘電体５１３、上部導電部５１６の３つの層を有する第１のプリント回路基板とによって規定される。上部導電部および下部導電部は、（不図示の）スティッチングビアによって電気的に接続されている。トラフ５０２は、導波管の「天井」を与える第１のプリント回路基板５１０を備え、閉塞導波管の「床と壁」を与えるために圧延または成形される金属片として実装されてよい。上記のかわりに、トラフ５０２は、（ＦＲ−４等の）エポキシ積層材料によって実装されてよく、導波管のチャンネルは配送または機械加工され、そして孔／ビア処理を用いる一般的なＰＣＢと同様の処理を用いて、めっき処理（たとえば銅による）を施される。第１のプリント回路基板５１０の上に、誘電体のスペーサ５２０および第２のプリント回路基板５３０が重ねられている。ユニットセルの切断図が示すように、導電面５１６は、導波と共振器素子５４０との間を連結するアイリス５１８を備え、この場合、矩形のパッチ素子は、第２のプリント回路基板５３０の下面に配置される。第２のプリント回路基板５３０の上記誘電体層５３４を通るビア５３６は、バイアス電圧線５３８をパッチ素子５４０へ接続するために用いられてよい。パッチ素子５４０は、隣接するユニットセル間の結合またはクロストークを削減するために、誘電体層５３４を通って伸びるビア５５０の列柱によって任意に固定されうる。誘電体のスペーサ５２０は、アイリス５１８とパッチ５４０との間のカットアウト領域５２５を含み、このカットアウト領域は、セル共振の調整を実現ための（液晶媒体等の）電気的に調整可能な媒体によって満たされている。
【００３６】
図５の導波管の実施形態は、単純な矩形の断面を有する導波管を与え、いくつかの実施形態では、導波管は１つ以上のリッジ（図では２つのリッジを有する導波管を示す）を含んでよい。リッジが設けられた導波管は、単純な矩形の導波管に比べてより広い帯域幅を与え、リッジの形状（幅／高さ）は、散乱素子に対する結合を制御するために（たとえばビームプロファイルの開口率を高めるために、および／またはビームプロファイルの開口部の傾斜を制御するために）、および／または、（たとえばＳＭＡコネクタ給電部からの）滑らかなインピーダンスの遷移を与えるために、導波管の長さにしたがって変更されてよい。代替的または付加的に、導波管には（ＰＴＦＥ等の）誘電体が取り付けられてよい。この誘電体は、導波管の断面の全体または一部を占め、占められた断面の量はまた、導波管の長さにしたがって漸減されてよい。
【００３７】
図５の例は、細いアイリス５１８によって給電された矩形のパッチ５４０を示すが、パッチおよびアイリスの形状はさまざまなものを用いることができ、図６Ａ−図６Ｂには例示的な構成が示されている。これらの図は、中心軸６１２を有する閉塞導波管６１０を上から見下ろしたときに見えるパッチ６０１およびアイリス６０２の配置を示す。図６Ａは、ｘ方向に沿って方向づけられたスリット状のアイリス６０２によって端部から給電される、ｙ方向に沿って方向づけられた矩形のパッチ６０１を示す。図６Ｂは、円形のアイリス６０２によって中心から給電された、六角形のパッチ６０１を示す。六角形のパッチは、パッチの共振周波数を調整するためのノッチ６０３を含んでもよい。アイリスおよびパッチは、矩形、正方形、楕円、円、または多角形を含むさまざまな他の形状を取ることが可能であり、共振周波数を調整するためのノッチまたはタブを備える、または備えない形状を取ることも可能である。そして、パッチとアイリスとの間の相対的な横方向の（ｘおよび／またはｙ）位置は、たとえば端部給電または中心給電といった、所望のパッチの応答を実現するように調整されてよい。たとえば、オフセット給電は、円偏向の放射を促進するために用いられてよい。アイリスおよび／またはパッチの位置、形状、および／または大きさは、（たとえばビームプロファイルの全体の開口率を高めたるために、および／またはビームプロファイルの開口部の傾斜を制御するために）パッチ素子に対する導波管の結合を制御するため、導波管の長さにしたがって徐々に調整または漸減されうる。
【００３８】
アイリス６０２は、導波管の上面に存在するＨフィールドによって導波モードにパッチ６０１を結合させるため、アイリスは導波管の上面でこのＨフィールドのパターンを利用するために、（導波管に垂直である）ｙ方向に沿って特に配置されてよい。図６Ｃは、矩形の導波管において支配的なＴＥ１０モードに対するこのＨフィールドのパターンを示す。導波管の中心軸６１２に上において、Ｈフィールドは完全にｘ方向に沿った方向に向かうが、導波管の端部６１４では、Ｈフィールドは完全にｙ方向に沿った方向に向かう。ｘ方向に沿って方向づけられたスリット状のアイリスに対して、パッチと導波管との間のアイリスを介した結合は、アイリスのｘ方向の位置を変更することによって調整されてよい。したがって、たとえば、スリット状のアイリスは、図６Ａのように、等しい結合を与えるために、導波管の左側および右側に中心軸６１２から等距離の位置に配置される。アイリスのこのｘ方向の位置は、パッチ素子に対する結合を制御するために（たとえばビームプロファイルの全体の開口率を高めるために、および／またはビームプロファイルの開口部の傾斜を制御するために）、導波管の長さにしたがってまた徐々に調整または漸減されうる。
【００３９】
図６Ｃにおいて、中心軸６１２および端部６１４との間の中間位置に対して、Ｈフィールドは、ｘ成分およびｙ成分の両方を有し、導波管に沿って伝搬する導波モードとして、固定されたアイリスの位置で、楕円を描く。したがって、パッチと導波管との間のアイリスを介したな結合は、アイリスのｘ方向の位置を変更することによって調整されてよい。中心軸６１２からの距離を変更することによって、結合されたＨフィールドの離心率を調整し、中心軸の１つの側から別の側へスイッチすることによって、結合されたＨフィールドの回転方向を逆転させる。
【００４０】
一実施形態において、導波管の中心軸６１２から離れた固定位置に対するＨフィールドの回転は、このＨフィールド回転によって円偏向したビームを与えるように利用されてよい。互いに直交する偏向状態を有する２つの共振モードを備えたパッチは、円偏向または楕円偏向を得るために、Ｈフィールド回転の促進に影響を与えてよい。たとえば、図６Ｃの＋ｙ方向に伝搬する導波のＴＥ１０モードに対して、アイリスおよび導波管の中心軸と左端との間の、中心給電される矩形または円形のパッチの中間点の位置決めは、パッチに対して右方向の円偏向の放射パターンを生じ、アイリスおよび導波管の中心軸と右部との間の、中心給電される矩形または円形のパッチの中間点の位置決めは、パッチに対して左方向の円偏向の放射パターンを生じる。したがって、アンテナは、導波管の左半分にある能動素子から導波管の右半分にある能動素子へスイッチすること、またはその逆方向にスイッチすること、または（たとえば反対側の端部から導波管に給電することにより）導波のＴＥ１０モードの伝播方向を逆にすることによって、複数の偏向状態の間をスイッチされてよい。
【００４１】
代替的に、図６Ａの構成のように、直線偏向パターンを生じる散乱素子に対して、散乱素子の上に、直線偏向−円偏向変換構造を設置することにより、直線偏向は円偏向に変換されてよい。たとえば、４分の１波長板またはメアンダライン構造が、散乱素子の上に配置されてよい。４分の１波長板は、異方性誘電（たとえば、Ｈ．Ｓ．ＫｉｒｓｃｈｂａｕｍおよびＳ．ＣＨＥＮ「異方性誘電体による広帯域の円偏向の生成方法」ＩＲＥ  Ｔｒａｎｓ．Ｍｉｃｒｏ．Ｔｈｅｏｒｙ．Ｔｅｃｈ．，Ｖｏｌ．５、Ｎｏ．３、ｐｐ．１９９−２０３、１９５７や、Ｊ．Ｙ．Ｃｈｉｎら「効果的な広帯域のメタマテリアル波リターダ」、Ｏｐｔｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ、Ｖｏｌ．１７、Ｎｏ．９、ｐｐ．７６４０−７６４７、２００９を見よ）を含んでよく、および／または人工磁性体（たとえば、Ｄｕｎｂａｏ  Ｙａｎら「人工磁気導体に基づく新たな偏向変換面」、Ａｓｉａ−Ｐａｃｉｆｉｃ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ、２００５を見よ）として実装されてよい。メアンダラインの偏向子は、典型的にはスペーサ層（たとえば閉塞セル泡）が挟み込まれた２つ、３つ、４つ、またはそれ以上の、導電性のメアンダラインのアレイ（たとえばデュロイド等の薄い誘電体基板上の銅線）の層からなる。メアンダラインの偏向子、は既知の技術によって設計および実装されてよく、たとえばＹｏｕｎｇら「メアンダラインの偏向子」、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．Ａｎｔ．Ｐｒｏｐ．，ｐｐ．３７６−３７８、１９７３年５月やＲ．Ｓ．ＣｈｕおよびＫ．Ｍ．Ｌｅｅ、「垂直および傾斜した平面波が入射する多層構造のメアンダラインの偏向子の分析モデル」、ＩＥＥＥ
Ｔｒａｎｓ．Ａｎｔ．Ｐｒｏｐ．，Ｖｏｌ．ＡＰ−３５、Ｎｏ．６、ｐｐ．６５２−６６１、１９８７年６月が利用できる。直線偏向−円偏向変換構造を含む実施形態において、当該変換構造は、アンテナに対して環境的な絶縁状態を提供するレドームの内部に組み込まれてもよいし、またはそのレドームの機能を果たしてもよい。さらに、変換構造は、送信した放射線または受信した放射線の偏向状態を逆転させるために、反転されてよい。
【００４２】
図６において、アイリス１１８とパッチ１４０との間にあるカットアウェイ領域１２５を占める、電気的に調整可能である媒体は、液晶を含んでよい。液晶は、当該液晶を含む分子の配向の関数である誘電率を有し、当該配向は、液晶にバイアス電圧（等価的にはバイアス電界）を印加することによって制御されてよい。したがって、液晶は散乱素子の電磁特性の調整のために、電圧によって調整可能である誘電率を与えることができる。さまざまな実施形態で採用され得る典型的な液晶は、４−シアノ−４’−ペンチルビフェニルおよびＬＣＭＳ−１０７（ＬＣ  Ｍａｔｔｅｒ）またはＧＴ３−２３００１（Ｍｅｒｃｋ）等の高複屈折共晶ＬＣ混合物を含む。
【００４３】
いくつかの実施形態は、２周波液晶を利用してよい。２周波液晶において、液晶の配向は、下側の周波数において、印加されたバイアス電界に実質的に平行となる、上側の周波数において、印加されたバイアス電界に実質的に垂直となる。したがって、これらの２周波液晶を配置する実施形態に対して、散乱素子の調整は、印加されるバイアス電圧信号の周波数を調整することによって実現されてよい。
【００４４】
他の実施形態は、液晶に対してはるかに短い緩和／スイッチング時間を一般的に与えるポリマーネットワーク液晶（ＰＬＮＣ）またはポリマー分散液晶（ＰＤＬＣ）を配置してよい。ある例は、（ＬＣＭＳ−１０７等の）ネマチック液晶ホストにおける、（ＢＰＡ−ジメタクリル酸等の）熱または紫外線によって硬化するポリマー混合物である。参考文献（Ｙ．Ｈ．ファンら「赤外線光変調器のための即応的かつ無散乱なポリマーネットワーク液晶」、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒ  ８４，１２３３−３５（２００４年））は参照によって本明細書に含まれる。ＰＮＬＣまたはＰＤＬＣとして示される、上記ポリマー−液晶混合物はどちらであっても、ポリマーおよび液晶の相対的な濃度に依存し、ＬＣは小滴としてポリマーネットワーク中に制限されることによって、後者はより高濃度のポリマーを有する。
【００４５】
いくつかの実施形態は、侵入型媒体の中に埋め込まれた液晶を含んでよい。ある例は、（ＬＣＭＳ−１０７等の）ネマチック液晶に浸透した（ＰＴＦＥ膜等の）多孔性ポリマー素材である。参考文献（Ｔ．Ｋｕｋｉら「液晶に浸透した膜を用いたマイクロ波の可変遅延線」、Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  Ｄｉｇｅｓｔ、２００２  ＩＥＥＥ
ＭＴＴ−Ｓ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ、ｖｏｌ．１，ｐｐ．３６３−３６６（２００２））は参照によって本明細書に含まれる。
【００４６】
上記侵入型媒体は、好ましくはバイアスされていない液晶に強固な表面の配位を行うために大きい表面積を与える、多孔性の材料である。このような多孔性の材料の例は、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷ−ＰＥ）および親水性を有するように処理された延伸ポリテトラフルオロエチレン（ｅＰＴＦＥ）の膜である。このような侵入型媒体の特定の例は、Ａｄｖａｎｔｅｃ  ＭＦＳ  Ｉｎｃ．，Ｐａｒｔ＃Ｈ０２０Ａ０４７Ａ（親水性ｅＰＴＦＥ）およびＤｅＷａｌ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ  ４０２Ｐ（ＵＨＭＷ−ＰＥ）である。
【００４７】
図５のパッチの配置において、アイリス５１８を含む導電面５１６に対するパッチアンテナのバイアス電圧が、カットアウェイ領域５２５を占める、液晶の実質的な垂直方向（ｚ方向）の配位を引き起こすように思われる。したがって、調整の効果を高めるためには、（たとえばｙ方向に）実質的に水平である、バイアスされていない液晶を配置させるための、侵入型媒体および／または配置層を配置することが望ましい。このような配置の例を図７に示す。図７は、図５に示したものと同一の部材の分解組立図である。この例において、下側の回路基板の上部導電体５１６は、ｙ方向に沿って配置された下部配置層７０１を与える。この配置層は、たとえば、下側の回路基板をポリイミド層で被覆すること、および摩擦または異なるパターニング方法（たとえば機械加工またはフォトリソグラフィ）によって、ｙ方向と平行に走査する微細な溝をポリイミド層に与えることによって実装されてよい。同様に、上部誘電体５３４およびパッチ５４０はまた、ｙ方向に沿って配置された上部配置層７０２を与える。液晶が浸透した侵入型媒体７０３は、スペーサ層５２０のカットアウェイ領域５２５を満たす。図で概略的に示されるように、侵入型媒体は、実質的にｙ方向に沿っている液晶に大きい表面積を与えるために、ｙ方向に沿って延伸している微小孔７１０を含むように、設計され配置されてよい。
【００４８】
いくつかの実施形態では、液晶をユニットセル共振モードの電気力線に実質的に平行となるように配位させる第１バイアスと、液晶をユニットセル共振モードの電気力線に実質的に垂直となるように配位させる第２バイアス（「逆バイアス」）との両方を与えるように、ユニットセルは、１つ以上の逆電極をユニットセルの内部に導入することが望ましい。逆電極を導入することの１つの利点として、ユニットセルの調整速度は、液晶の受動的な緩和時間にもはや制限されないことが挙げられる。
【００４９】
逆電極の配置を特徴づける目的で、（たとえば以前に引用した、Ａ．Ｂｉｌｙらが示した「ＣＥＬＣ」と呼ばれる共振子と同様に）接地平面と共面である導電アイランドによって共振子が規定されているインプレーンスイッチング方式と、（たとえば、図５と同様に）アイリスを含む接地平面上に垂直に配置されたパッチによって共振子が規定されている垂直スイッチング方式とを識別することは有用である。
【００５０】
インプレーンスイッチング方針に応じた逆電極の配置を、図８Ａに示す。ここでユニットセル共振子は、内部電極または導電アイランド８０１と外部電極または接地平面８０２とによって定義される。液晶材料８１０は、たとえばポリカーボネート容器等の封入構造８２０によって、共振子の上に封止される。図８Ａの典型的な逆電極の配置において、逆電極は、クロムまたはチタン等の導電体の非常に薄い層８３０として設けられ、封入構造８２０の上面に堆積される。上記層は、アンテナの動作周波数における損失が小さいだけでなく、（１／ＲＣ）充電率がユニットセルの更新率と比較して小さくなるように、十分な導電性を有するように、十分に薄い（たとえば１０−３０ｎｍ）。他の実施形態において、導電層は、封入構造８２０ｍｐ上にスピンコートされ得る、ポリエチレン等の有機導電体である。さらに他の実施形態において、導電層は、異方性導電層、すなわち、層に沿った２つの直交方向に対して２つの導電率σ１およびσ２を有する層である。異方性導電層は、ユニットセル共振子によって観察される有効導電率が最小化されるように、ユニットセル共振子に関連付けられて配置されてよい。たとえば、異方性導電層は、ユニットセル共振モードの電気力線に実質的に垂直となるように配置された、電線またはストライプから成っていてよい。
【００５１】
内部電極８０１と外部電極８０２との間に、電圧差Ｖｉ−Ｖｏに対応する第１バイアスを印加することにより、ユニットセル共振モードの電気力線に実質的に平行である、第１の（実質的に水平な）バイアス電界８４０が得られる。一方、逆電極８３０と内部電極８０１および外部電極８０２との間の電圧差Ｖｃ−Ｖｉ＝Ｖｃ−Ｖｏに対応する第２バイアスを印加することにより、ユニットセル共振モードの電気力線に実質的に垂直である、第２の（実質的に垂直な）バイアス電界８４２が得られる。
【００５２】
いくつかの実施形態では、第２バイアスは、液晶の緩和時間よりも短い時間に対して印加されてよい。たとえば、第２バイアスは、この緩和時間の２分の１または３分の１より少ない時間に対して印加されてよい。この実施形態の１つの利点は、第２バイアスの印加は、液晶の緩和時間を因発生されるが、そのとき液晶をバイアス電界にしたがって配置するよりもバイアスされていない状態に緩和させることが好ましい点にある。
【００５３】
垂直スイッチング方針に応じた逆電極の配置を、図８Ｂに示す。ここで図８Ｂは、上部のパッチ８０４と、アイリス８０６を含む下部の接地平面８０５とによって規定されるユニットセル共振子を示す。液晶材料８１０は、（上側のパッチ８０４を支持する）上部誘電体層８０８と（上側の接地平面８０５を支持する）下部誘電体層８０９との間の領域内に封入される。図８Ｂの典型的な逆電極の配置において、逆電極は、クロムまたはチタン等の導電体の非常に薄い層８３０として設けられ、上部誘電体層８０８の下面に堆積される。上記層は、アンテナの動作周波数における損失が小さいだけでなく、（１／ＲＣ）充電率がユニットセルの更新率と比較して小さくなるように、十分な導電性を有するように、十分に薄い（たとえば１０−３０ｎｍ）。他の実施形態は、上述の通り説、有機導電体または異方性導電層を用いてよい。
【００５４】
上部電極８０４および逆電極８３０と下部電極８０５との間に、電圧差Ｖｕ−Ｖｌ＝Ｖｃ−Ｖｌに対応する第１バイアスを印加することにより、ユニットセル共振モードの電気力線に実質的に平行である、第１の（実質的に垂直な）バイアス電界８４４が得られる。一方、逆電極８３０と上部電極８０４との間に、電圧差Ｖｃ−Ｖｕに対応する第２バイアスを印加することにより、ユニットセル共振モードの電気力線に実質的に垂直である、第２の（実質的に水平な）バイアス電界８４６が得られる。さらに、いくつかの実施形態では、水平スイッチングについて上述した同様の理由により、第２バイアスは、液晶の緩和時間よりも短い持続時間に対して印加されてもよい。垂直スイッチング方式のさまざまな実施形態において、逆電極８３０は、パッチ８０４の反対側の電極のペア、パッチ８０４の３つの側面を囲むＵ字型の電極、またはパッチ８０４の４つの側面すべてを囲む閉ループを構成してよい。
【００５５】
さまざまな実施形態において、バイアス電圧線は、たとえばそれぞれの散乱素子に対するバイアス電圧線を、アンテナ制御回路の接続のためのパッド構造まで延伸することによって、直線的に配置されてもよいし、または、たとえば行および列により配置可能な電圧バイアス回路を備えたそれぞれの散乱素子を設けることによって、マトリクス状に配置されてもよい。図９は、散乱素子９００の配置に対する直接的な配置を与える構成の例を示し、ここで複数のバイアス電圧線９０４は、散乱素子に個別のバイアス電圧を送信する。図１０は、散乱素子１０００の配置に対するマトリクス状の配置を与える構成の例を示す。ここで、それぞれの散乱素子は、バイアス電圧線１００２によって、行入力１００６および列入力１００８によって配置可能なバイアス回路１００４に接続される（それぞれの行入力および／または列入力は、１つ以上の信号を含み、たとえばそれぞれの行または列は、単一の線またはその行または列専用の平行な複数の線のセットによって配置され得ることに留意されたい）。それぞれのバイアス回路は、たとえば、スイッチング装置（たとえばトランジスタ）、ストレージ装置（例えばキャパシタ）、および／または、論理／多重化回路、デジタル−アナログ変換回路などの付加的な回路を含んでもよい。この回路は、たとえば、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）処理を用いたモノリシック集積化を利用して、または、たとえば表面実装技術（ＳＭＴ）を用いて波伝搬構造の上に設置された集積回路の混成アセンブリとして容易に製造され得る。図９および図１０は「ＣＥＬＣ」共振子としての散乱素子を示す。これは一般的な散乱素子を表すことを意図したものであるが、図９および図１０の直接的なまたはマトリクス状の配置方式は、（パッチ素子等の）他のユニットセルの設計に対しても適用できる。
【００５６】
ユニットセルに対する調整可能な媒体として液晶を用いる実施形態に対して、最小のＤＣ成分を含むＡＣ信号であるユニットセルのバイアス電圧を与えることが望ましい。長期のＤＣの適用は、調整可能な媒体としての液晶の有効寿命を著しく削減するという、電気化学的な反応を引き起こし得る。いくつかの実施形態では、ユニットセルは、ＡＣバイアス信号の振幅を調整することによって調整されてよい。他の実施形態において、ユニットセルは、ＡＣバイアス信号のパルス幅を、たとえばパルス幅変調（ＰＷＭ）を用いて調整することによって調整されてよい。さらに他の実施形態において、ユニットセルは、ＡＣバイアス信号の振幅とパルスとの両方を調整することによって調整されてよい。さまざまな液晶の駆動方式が、液晶ディスプレイの文献において広範囲に研究されてきた。たとえば、Ｒｏｂｅｒｔ  Ｃｈｅｎ「液晶ディスプレイ」、Ｗｉｌｅｙ，Ｎｅｗ  Ｊｅｒｓｅｙ、２０１１、やＷｉｌｌｅｍ  ｄｅｎ  Ｂｏｅｒ「アクティブマトリクス型液晶ディスプレイ」、Ｅｌｓｅｖｉｅｒ、Ｂｕｒｌｉｎｇｔｏｎ、Ｍａ２００９などである。
【００５７】
バイナリ（ＯＮ−ＯＦＦ）によるバイアス電圧の調整方式に対する典型的な波形を図１１Ａに示す。このバイナリ方式において、第１方形波の電圧Ｖｉは、ユニットセル１１１０の内部電極１１１１に印加され、第２方形波の電圧Ｖｏは、ユニットセルの外部電極１１１２に印加される。上記図は、接地平面（外部電極）と同一平面にある導電アイランド（内部電極）によって規定される「ＣＥＬＣ」共振子を示すが、これは一般的なユニットセルを表すことを意図しており、駆動方式は他のユニットセルの設計についても適用可能である。たとえば、接地平面においてアイリスの上に垂直に配置された導電パッチによって規定された「パッチ」共振子に対して、第１方形波の電圧Ｖｉは、パッチに印加され、第２方形波の電圧Ｖｏは、接地平面に印加される。
【００５８】
図１１Ａのバイナリ方式において、２つの方形波が互いに１８０°位相がずれている場合に、ユニットセルは、「ＯＮ」にバイアスされる。その結果、液晶に印加される電圧である、ＶＬＣ＝Ｖｉ−Ｖｏは、図の上部右側のパネルに示されるように、ゼロＤＣオフセットの方形波となる。一方、２つの方形波が互いに同位相である場合には、ユニットセルは、「ＯＦＦ」にバイアスされる。その結果、図の下部右側のパネルに示されるように、ＶＬＣ＝０となる。方形波の振幅ＶＰＰは、液晶の迅速に配位させるための十分な大きさの電圧であり、一般的に１０−１００ボルトの範囲内である。方形波の周波数は、所望のアンテナのスイッチング率および液晶の緩和率の両方と比較して大きい、「駆動」周波数である。駆動周波数は、最低１０Ｈｚから最高１００ｋＨｚまでの範囲を取り得る。
【００５９】
複数のユニットセルに対して図１１Ａの波形を与える典型的な回路を、図１１Ｂに示す。この例において、ユニットセルの「ＯＮ」または「ＯＦＦ」状態を表すビットは、ＤＡＴＡおよびＣＬＫ信号を用いて、Ｎビットシリアル−パラレルシフトレジスタ１１２０に読み込まれる。このシリアルリードインが完了したとき、ＬＡＴＣＨ信号は、これらのビットをＮビットラッチ１１３０へ格納するために発せられる。Ｎビットラッチの出力は、ＰＯＬ信号を用いてＸＯＲゲート１１４０によって反転されてよく、ユニットセルに波形を伝達する高電圧プッシュプル増幅器１１５０に対する入力を与える。ここで、シフトレジスタの１つ以上のビットは、共通の外部電極１１６２に対して波形を与えるように保持されてよく、その一方で、シフトレジスタの残りのビットは、ユニットセルの内部電極１１６１に対して個別の波形を与えることに留意されたい。代替に、シフトレジスタの全体が内部電極１１６１に対して用いられ、個別のプッシュプル増幅器が外部電極１１６２に対して用いられてよい。それぞれの駆動周期の後半の半周期において補数のビットが読み込まれる間、（１）駆動周波数においてＸＯＲゲートを反転させる（すなわち、駆動動作周波数における方形波であるＰＯＬ信号によって）か、または、（２）動作周波数の２倍の周波数においてラッチを行う（すなわち、動作周波数の２倍の周波数において方形波であるＬＡＴＣＨ信号によって）か、のいずれかによって、方形波は、プッシュプル増幅器１１５０の出力において生成されてよい。後者の実施形態のもとで、駆動周期のそれぞれの半周期の間に、Ｎ−ビットの読み込みが存在しているため、シリアル入力データは２×Ｎ×ｆ以上の周波数としてクロックされる。ここでｆは駆動周波数である。Ｎビットシフトレジスタは、アンテナを構成するユニットセルすべてのアドレス指定を行ってもよく、または、ユニットセルのサブセットをそれぞれアドレス指定する複数のＮビットシフトレジスタが用いられてもよい。
【００６０】
図１１Ａのバイナリ方式は、電圧波形をユニットセルの内部電極および外部電極の両方に印加する。別の実施形態について、図１２Ａに示されるように、外部電極は接地されており、電圧波形はユニットセルの内部電極のみに印加される。このシングルエンド駆動の実施形態において、ユニットセルは、ゼロＤＣオフセットの方形波が内部電極１１１１に印加された場合（図１２Ａの上部右側のパネルに示されるように）「ＯＮ」にバイアスされ、ゼロ電圧が内部電極に印加された場合（図１２Ａの下部右側のパネルに示すように）「ＯＦＦ」にバイアスされる。
【００６１】
図１２Ａの波形を複数のユニットセルに与える典型的な回路を図１２Ｂに示す。上記回路は、共通の外部電極が接地されており、かつ、新たな振動電源の電圧ＶＰＰ’およびＶＤＤ’が高電圧回路およびデジタル回路に対してそれぞれ用いられており、これらの回路の接地端子は、新たな負性振動電源の電圧ＶＮＮ’に接続されている点を除いては、図１１Ｂのものと同様である。これらの振動電源の電圧に対する典型的な波形を図の下側のパネルに示す。ここで、これらの振動電源の電圧は、電圧差ＶＰＰ’−ＶＮＮ’＝ＶＰＰおよびＶＤＤ’−ＶＮＮ’＝ＶＤＤを保つものであり、ＶＰＰは液晶に印加される電圧ＶＬＣの所望の振幅であり、ＶＤＤはデジタル回路に対する電源の電圧であることに留意されたい。デジタル入力に対してこれらの振動電源を正確に動作させるため、シングルエンド駆動の回路はまた、ＧＮＤよりもむしろＶＮＮ’に関係する信号としてこれらのデジタル入力を与える電圧シフト回路１２００を含む。
【００６２】
グレースケール電圧調整モードに対する典型的な波形を図１３に示す。このグレースケール方式において、第１方形波の電圧Ｖｉは再びユニットセル１１１０の内部電極１１１１に印加され、第２方形波の電圧Ｖｏは再びユニットセルの外部電極１１１２に印加される。この場合、所望のグレーレベルは、２つの方形波の間の位相差を選択することにより実現される。図１３に示す１つの実施形態において、駆動周期は、２つの方形波の間の離散的な位相差のセットに対応する、離散的なタイムスライスのセットに分割される。図１３の例に限定されず、８つのタイムスライスは、０°、４５°、９０°、１３５°、および１８０°の位相差に対応する５つのグレーレベルを与える。図は２つのグレーレベルの例を示す。図の上部右側のパネルに示されているように、４５°の位相差に対しては、液晶に印加される電圧ＶＬＣ＝Ｖｉ−Ｖｏは、ゼロＤＣオフセットであり、かつ、ＲＭＳ電圧がＶＰＰ／４である交流パルスの列とであり、図の下部右側のパネルに示されているように、９０°の位相差に対しては、ＶＬＣは、ゼロＤＣオフセットであり、ＲＭＳ電圧がＶＰＰ／２である交流パルスの列である。したがって、図１３のグレーレベル方式は、ゼロＤＣオフセットであり、ＲＭＳ電圧が調整可能であるパルス幅変調（ＰＷＭ）液晶の波形を与える。
【００６３】
図１１Ｂの駆動回路は、複数のユニットセルに図１３のグレースケール波形を与えるために用いられてよい。しかし、グレースケールの実装のために、駆動周期のそれぞれのタイムスライスの間にＮ−ビットの読み込みが完了する。したがって、（（Ｔ／２）＋１個のグレーレベルに対応する）Ｔ個のタイムスライスを有する実装において、シリアル入力データは、Ｔ×Ｎ×ｆ以上の周波数にクロックされる。ここでｆは駆動周波数である（Ｔ＝２は、図１１Ａのバイナリ駆動方式に対応することと理解される）。
【００６４】
次に図１４を参照すると、例示的な実施形態がシステムのブロック図として示されている。システム１４００は、１つ以上の給電部１４１２によってアンテナユニット１４２０に接続された通信ユニット１４１０を含む。通信ユニット１４１０は、たとえば、移動広帯域衛星送受信機、送信機、受信機、あるいは無線またはマイクロ波通信システムに対する送受信モジュールを含んでもよく、データ多重化／逆多重化回路、エンコーダ／デコーダ回路、変調器／復調器回路、周波数アップコンバータ／ダウンコンバータ、フィルタ、増幅器、ダイプレクサなどを組み込んでもよい。アンテナユニットは、送信、受信または送受信するように構成され得る１つ以上の表面散乱アンテナを含み、いくつかの実施形態では、アンテナユニット１４２０は、複数の表面散乱アンテナ、たとえば送信および受信をそれぞれ行うように構成されている第１の表面散乱アンテナおよび第２の表面散乱アンテナを含んでよい。複数の給電部を備えた表面散乱アンテナを有する実施形態に対して、通信ユニットはＭＩＭＯ回路を含んでよい。システム１４００はまた、アンテナの設定を決定する制御入力１４３２を与えるように構成された、アンテナ制御部１４３０を含んでよい。たとえば、制御入力は、散乱素子のそれぞれに対する入力（たとえば図１２に示される直線的な配置構成）、行および列の入力（たとえば図１３に示されるマトリクス状の配置構成）、およびアンテナ給電部に対する調整可能なゲイン等を含んでよい。
【００６５】
いくつかの実施形態では、アンテナ制御部１４３０は、選択されたまたは所望のアンテナ放射パターンに対応する制御入力１４３２を与えるように構成された回路を含む。たとえば、アンテナ制御部１４３０は、たとえば（本明細書にて前に説明したように、さまざまなビーム方向、ビーム幅、偏向状態等に対応する）所望のアンテナ放射パターンのセットをマッピングするルックアップ表として、表面散乱アンテナの設定のセットを格納する。このルックアップ表は、たとえば制御入力の値の範囲に対するアンテナの全波形シミュレーションを実施することにより、または試験環境にアンテナを配置し、制御入力の値の範囲に対応するアンテナ放射パターンを計測することにより、予め計算されてよい。いくつかの実施形態では、アンテナ制御部は、たとえば、（たとえば、ルックアップ表が、ビームステアリング角の離散的な増加のみを含む場合に、連続的なビームステアリングを可能とするために）ルックアップ表に格納された２つのアンテナ放射パターン間の制御入力に対する値を補間することにより、回帰分析にしたがって制御入力を計算するためこのルックアップ表を用いるように構成されてよい。アンテナ制御部１４３０は他に、たとえば、（本明細書にて前に説明した通り）干渉項Ｒｅ［ΨＯＵＴΨｉｎ＊］に対応するホログラフィパターンを計算することにより、または、本明細書にて上で示した式（１）にしたがって、選択されたまたは所望のアンテナ放射パターンを与える（制御入力の値に対応する）結合｛αｊ｝を計算することにより、選択されたまたは所望のアンテナ放射パターンに対応する制御入力１４３２を動的に計算するように構成されてよい。
【００６６】
いくつかの実施形態では、アンテナユニット１４２０は、（その位置、方向、温度、機械的な変形等の）アンテナの環境条件を検出するセンサ部材を有するセンサユニット１４２２を任意に含む。センサ部材は１つ以上のＧＰＳ装置、ジャイロスコープ、温度計、ひずみ計等を含んでよく、センサユニットはセンサデータ１４２４を与えるようにアンテナ制御部に接続されてよい。これにより、制御入力１４３２は、（たとえば航空機等のモバイルプラットフォームに取り付けられた場合の）アンテナの並進または回転を、または温度のドリフト、機械的な変形等を補償するように調整可能であってよい。
【００６７】
いくつかの実施形態では、通信ユニットは、制御入力のフィードバック調整のために、アンテナ制御部にフィードバック信号１４３４を与えてよい。たとえば、通信ユニットは、ビットエラーレート信号を与えてもよく、アンテナ制御部は、チャンネルのノイズを削減するためにアンテナの設定を調整する、フィードバック回路（たとえばＤＳＰ回路）を含んでもよい。代替的または付加的に、ポインティングまたはステアリングの適用例のために、通信ユニットは（たとえば衛星ビーコンからの）ビーコン信号を与えてもよく、アンテナ制御部は（たとえば、移動広帯域衛星送受信機のためのポインティングロックＤＳＰ回路等の）フィードバック回路を含んでもよい。
【００６８】
図１５には、例示的な実施形態が、処理のフロー図として示されている。フロー１５００は、１つ以上の制御入力に対して調整可能に応答する、表面散乱アンテナのための第１アンテナ放射パターンを選択する工程１５１０を含む。たとえば、遠隔通信衛星、遠隔通信基地局、または遠隔通信モバイルプラットフォームの位置において、放射パターンの１次ビームに向かう、アンテナ放射パターンが選択されてよい。代替的または付加的に、たとえば、安全な通信のため、またはノイズ源を除去するために、アンテナパターンは、所望の位置に放射パターンのヌルを配置するように選択されてもよい。代替的または付加的に、アンテナ放射パターンは、円偏向（たとえばＫａ帯衛星通信）または直線偏向（たとえばＫｕ帯衛星通信）等の所望の偏向状態を与えるために選択されてよい。フロー１５００は、選択された第１のアンテナ放射パターンに対応する１つ以上の制御入力の第１の値を決定する工程１５２０を含む。たとえば、図１４のシステムにおいて、アンテナ制御部１４３０は、ルックアップ表を用いることによって、または所望のアンテナ放射パターンに対応するホログラムを計算することによって、制御入力の値を決定するように構成された回路を含んでよい。フロー１５００は、表面散乱アンテナに対する１つ以上の制御入力の第１の値を与える工程１５３０を任意に含む。たとえば、アンテナ制御部１４３０は、さまざまな散乱素子にバイアス電圧を印加してよく、および／または、アンテナ制御部１４３０は、アンテナ給電部のゲインを調整してよい。フロー１５００は、第１のアンテナ放射パターンとは異なる第２のアンテナ放射パターンを選択する工程１５４０を任意に含む。この場合にも、この工程は、たとえば、第２のビーム方向またはヌルの第２の配置を選択する工程を含んでよい。この実施形態の１つの適用例として、衛星通信の端末局は複数の衛星間を切り替えることができ、たとえば、ピーク負荷時の容量を最適化するために、サービスに加入している別の衛星に切り替える、あるいは故障しているまたはオフラインである第１の衛星から切り替えることができる。フロー１５００は、選択された第２のアンテナ放射パターンに対応する１つ以上の制御入力の第２の値を決定する工程１５５０を任意に含む。この場合にも、この工程は、たとえば、ルックアップ表を用いるもしくはホログラフィパターンを計算する工程を含んでよい。フロー１５００は、表面散乱アンテナに対する１つ以上の制御入力の第２の値を与える工程１５６０を任意に含む。この場合にも、この工程は、たとえば、バイアス電圧を印加および／または給電ゲインを調整する工程を含んでよい。
【００６９】
図１６に、別の例示的な実施形態のが、処理のフロー図として示されている。フロー１６００は、１つ以上の第１の制御入力に応答する第１の調整可能な放射パターンを有する第１の表面散乱アンテナに対する第１の対象物を識別する工程１６１０を含む。この第１の対象物は、たとえば、遠隔通信衛星、遠隔通信基地局、または遠隔通信モバイルプラットフォームであってよい。フロー１６００は、第１の対象物と第１の表面散乱アンテナとの間の第１の相対運動に応答する第１の調整可能な放射パターンの実質的に連続的な変化を与えるために、１つ以上の第１の制御入力を繰り返し調整する工程１６２０を含む。たとえば、図１４のシステムにおいて、アンテナ制御部１４３０は、たとえば、非静止衛星の運動を追跡するため、（航空機または他の乗り物等の）モバイルプラットフォームからの静止衛星のポインティングロックを維持するため、または、対象物とアンテナとの両方が移動している場合にポインティングロックを維持するために、表面散乱アンテナの放射パターンを制御するように構成された回路を含んでよい。フロー１６００は、１つ以上の第２の制御入力に応答する第２の調整可能な放射パターンを有する第２の表面散乱アンテナに対する第２の対象物を識別する工程１６３０を任意に含む。そしてフロー１６００は、第２の対象物と第２の表面散乱アンテナとの間の相対運動に応答する第２の調整可能な放射パターンの実質的に連続的な変化を与えるために、１つ以上の第２の制御入力を繰り返し調整する工程１６４０を任意に含む。たとえば、いくつかの適用例では、（第１の非静止衛星等の）第１の対象物を追跡する第１のアンテナユニットと、（第２の非静止衛星等の）第２の対象物を追跡する第２のアンテナユニットまたは予備のアンテナユニットとの両方を配置してよい。いくつかの実施形態では、予備のアンテナユニットは、小径のアンテナ（ｔｘおよび／またはｒｘ）を含んでもよく、上記小径のアンテナは、第２の対象物の位置を追跡するため（そして、削減されたサービス品質（ＱｏＳ）において第２の対象物へのリンクを任意で保護するため）に、主に用いられる。フロー１６００は、第１の調整可能な放射パターンの主要なビーム内に実質的に位置する、第２の対象物を配置するために１つ以上の第１の制御入力を調整する工程１６５０を任意に含む。たとえば、第１のアンテナおよび第２のアンテナが非静止衛星の一群と相互作用する衛星通信端末の構成要素である適用例において、第１のアンテナまたは主要なアンテナは、（第２のアンテナまたは予備のアンテナによって追跡されていた）衛星の一群内の第２の部材を追跡するために、第１のアンテナを切り替えることによって、「ハンドオフ」が実現される時刻において、第１の部材が水平線に到達するまで（または第１のアンテナの走査ロスが顕著になるまで）、衛星の一群内の第１の部材を追跡してよい。フロー１６００は、第１の対象物および第２の対象物対象物とは異なる、第２の表面散乱アンテナに対する新たな対象物を識別する工程１６６０を任意に含む。そして、フロー１６００は、第２の調整可能な放射パターンの主なビーム内に実質的に位置する、新たな対象物を配置するために１つ以上の第２の制御入力を調整する工程１６７０を任意に含む。たとえば、「ハンドオフ」の後、第２のアンテナまたは予備のアンテナは、（たとえ記水平線上に昇りつつ）衛星の一群内の第３の部材との間のリンクを起動することができる。
【００７０】
これまでに、ブロック図、フローチャート、および／または例を用いて、装置および／または処理についてのさまざまな実施形態を説明してきた。これらのようなブロック図、フローチャート、および／または例が１つ以上の機能および／または処理を含む限り、以下のことが理解されるだろう。すなわち、これらのようなブロック図、フローチャート、または例に含まれるそれぞれの機能および／または処理の技術に含まれるものは、広範囲のハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、または実質的にはそれらの任意の組み合わせによって、個別にまたは集合的に実装されてよい。１つの実施形態において、ここで示された主題のいくつかの部分は、特定用途向けＩＣ（ＡＳＩＣ）、書替え可能ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、または他の集積回路の形態によって実装されてよい。しかし、当業者は、ここで示した実施形態のいくつかの態様は、全体または一部において、以下のような集積回路において等価的なものとして実装できることを理解するであろう。（たとえば、１つ以上のコンピュータシステム上で実行する１つ以上のプログラムとして）１つ以上のコンピュータ上で実行する１つ以上のコンピュータプログラム、（たとえば、１つ以上のマイクロプロセッサ上で実行する１つ以上のプログラムとして）１つ以上のプロセッサ上で実行する１つ以上のプログラム、ファームウェア、または実質的にそれらの任意の組み合わせ、そして回路の設計および／またはソフトウェアおよび／またはファームウェアのためのコードの作成は、本開示の観点から、当業者の１つの技術範囲において十分なものである。加えて、当業者は、ここで示した主題のメカニズムは、さまざまな形態によるプログラム製品として頒布されることが可能であることを理解するであろう。そしてここで示した主題の例示的な実施形態は、実際に頒布実現するために使用される信号保持媒体の特定のタイプによらず、適合する。信号保持媒体の例は、以下のもの、すなわち、フロッピーディスク、ハードディスクドライブ、コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタルビデオディスク（ＤＶＤ）、デジタルテープ、コンピュータメモリ等記録可能な形式の媒体と、デジタルおよび／またはアナログ通信媒体（たとえば、光ファイバケーブル、導波管、有線通信のリンク、無線通信のリンク）等の伝送形式の媒体とを含むが、これらに限定されない。
【００７１】
一般的な意味では、当業者は、広範囲のハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはそれらの任意の組み合わせによって、個別にまたは集合的に実装され得る、ここで示した上記さまざまな態様が、「電気回路」のさまざまなタイプの組み合わせとして見なさされてよいことを理解するであろう。したがって、ここで用いた「電気回路」は、１つ以上の離散的な電気回路、１つ以上の集積回路を有する電気回路、少なくとも１つの特定用途向け集積回路を有する電気回路、コンピュータプログラムによって構成された一般用途向けの演算装置（たとえば、ここで示した処理を少なくとも部分的に実行するコンピュータプログラムによって構成された一般的な用途のコンピュータおよび／または装置または、ここで示した処理を少なくとも部分的に実行するコンピュータプログラムによって構成されたマイクロプロセッサおよび／または装置を）を形成する電気回路、（たとえば、ランダムアクセスメモリの形態の）記憶装置を形成する電気回路、および／または通信装置（たとえば、モデム、通信スイッチ、または光学−電気機器）を形成する電気回路を含むが、これらに限定されない。当業者は、ここで示された主題は、アナログまたはデジタル方式またはそれらのいくつかの組み合わせによって実装されてよいことを理解するであろう。
【００７２】
本明細書において言及された、および／または出願データシートにリストアップされた、上記米国特許、米国特許出願公報、米国特許出願、外国特許、外国特許出願および非特許文献、のすべては、本明細書に矛盾しない限り、参照によって本明細書に含まれる。
【００７３】
当業者は、ここで示した構成要素（たとえばステップ）、装置、およびオブジェクトおよびそれらに付随する説明は、概念を明確にする目的で用いられており、さまざまな構成の変更は、当該技術範囲にあると理解するであろう。したがって、ここで用いたように、示された特定の例と付随する説明は、より一般的なクラスを代表するものであることが意図される。一般には、任意の特定の例の使用は、また、そのクラスを代表するものとして意図され、これらの特定の構成要素（たとえばステップ）、装置、およびオブジェクトを包含しないことは、制限が必要とされていることを意図するように解釈されるべきではない。
【００７４】
本明細書での実質的な任意の複数形および／または単数形の用語の使用に関して、当業者は、文脈および／または出願に対して適切であるように、複数形から単数形へ、および／または単数形から複数形への変換が可能である。さまざまな単数形／複数形の置換は、明確化の目的のためにここで明確に示すことはない。
【００７５】
本明細書に記載した主題に係る特定の態様を示し、説明してきたが、当業者にとって以下のことが明白である。すなわち、本明細書が教示する内容に基づいて、変更および修正は、本明細書が示す主題およびより広いその態様から逸脱することなく実施されてよく、したがって、添付の特許請求の範囲は、本明細書が示す主題の真の意図および範囲に含まれる全ての変更および修正の範囲を包含する。さらに、本発明は添付の特許請求の範囲によって規定されることが理解されるであろう。当業者によって、以下のことが理解されるであろう。一般に、本明細書で用いる用語および添付の特許請求の範囲（たとえば添付の特許請求の範囲の要部）で特に用いられる用語は、一般に「非限定的な」用語として意図されている（たとえば、用語「…を含んでいる」は「…を含んでいるが、これに限定されない」ことを示すと解釈され、用語「…を有している」は「少なくとも…を有している」ことを示すと解釈され、用語「…を含む」は「…を含むが、これに限定されない」ことを示すと解釈される、など）。当業者によって、以下のことがさらに理解されるであろう。すなわち、導入された請求項の記載の特定の数が意図されるならば、そのような意図は請求項に明確に記載され、記載が無い場合はそのような意図が存在しないことを示している。たとえば、理解の手助けとして、後述の添付の特許請求の範囲は、請求項の記載を導入するための「少なくとも１つ」および「１つ以上」といった導入句の使用を含んでとよい。しかし、このような語句の使用は、不定冠詞「ａ」または「ａｎ」による請求項の記載の導入が、同一の請求項が導入句「１つ以上」または「少なくとも１つ」および「ａ」または「ａｎ」等の不定冠詞（たとえば、「ａ」および／または「ａｎ」は「少なくとも１つ」または「１つ以上」を意味するように典型的に解釈されるべきである）を含むときでさえ、そのような記載を１つしか含まない発明に、そのような導入された請求項の記載を含む特定の請求項を限定すると解釈されるべきではない。請求項の記載の導入に用いられる定冠詞の使用に対しても、同様のことが有効である。加えて、導入された請求項の記載の特定の数が明確に記載されていても、当業者は以下の内容を理解するであろう。すなわち、そのような記載は典型的に、少なくとも１つの記載された数を意味する（たとえば、他の修正を含まない、“２つの記載”のありのままの記載は、一般に、少なくとも２つの記載、または２つ以上の記載を意味する）と解釈されるべきであることを理解するであろう。さらに、「Ａ、Ｂ、およびＣ等の少なくとも１つ」に類似する表記が用いられた場合、一般に当業者がそのような構成は（たとえば、「Ａ、Ｂ、およびＣの少なくとも１つを有するシステム」は、Ａのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、ＡとＢ、ＡとＣ、ＢとＣ、および／またはＡとＢとＣ、その他を有するシステムを含むが、これに限定されない）を表す表記であると理解することが意図されている。「Ａ、Ｂ、またはＣ等の少なくとも１つ」に類似する表記が用いられる例において、一般に、そのような表記は、当業者が上記表記（たとえば、「Ａ、Ｂ、またはＣの少なくとも１つを有するシステム」はＡのみ、Ｂのみ、Ｃのみ、ＡとＢ、ＡとＣ、ＢとＣ、および／またはＡとＢとＣ、その他を有するシステムを含むが、これに限定されない）を理解することが意図される。当業者によって、２つ以上の択一的な用語が存在する実質的ないかなる離接語および／または離接句も、明細書、特許請求の範囲、または図面がそれら用語の１つ、用語のそれぞれ、または両方の用語を含む可能性を企図することを理解すべきであることがさらに理解されるだろう。たとえば、語句「ＡまたはＢ」は、「Ａ」または「Ｂ」または「ＡおよびＢ」の可能性を含むと理解されるべきである。
【００７６】
添付の特許請求の範囲に関して、当業者は、その中で記載された工程が、一般にどのような順番でも実行されてよいと理解するであろう。このような別の順番の例は、重ね合わせ、割り込み、中断、再整理、増加、準備、補充、同時、逆転、または他の異なる並び替えを、文脈が他の状態を指さない限り含んでよい。文脈に関して、「…に応答して」「…に関して」等の用語、または他の過去時制の形容詞は一般に、文脈が他の状態を指さない限り、これらの変化形を除外することを意図しない。
【００７７】
本明細書で示した主題の態様は、以下の採番された各項に示される。
１．アンテナであって、
波伝搬構造と、
上記アンテナの動作周波数に対応する自由空間波長よりも実質的に短い素子間隔を有する上記波伝搬構造に沿って配置された複数のサブ波長パッチ素子と、を含み、
上記複数サブ波長パッチ素子は、上記波伝搬構造の導波モードに対する複数の調整可能な個別の電磁応答を有し、
上記複数の調整可能な個別の電磁応答は、上記アンテナの調整可能な放射電磁界を与える。
２．上記動作周波数は、マイクロ波周波数である１項に記載のアンテナ。
３．上記マイクロ波周波数、はＫａ帯周波数である２項に記載のアンテナ。
４．上記マイクロ波周波数は、Ｋｕ帯周波数である２項に記載のアンテナ。
５．上記マイクロ波周波数は、Ｑ帯周波数である２項に記載のアンテナ。
６．上記素子間隔は、上記自由空間波長の３分の１よりも短い１項に記載のアンテナ。
７．上記素子間隔は、上記自由空間波長の４分の１よりも短い１項に記載のアンテナ。
８．上記素子間隔は、上記自由空間波長の５分の１よりも短い１項に記載のアンテナ。
９．上記波伝搬構造は、１つ以上の導電面を含み、
上記複数のサブ波長パッチ素子は、上記１つ以上の導電面において、複数のアイリスのそれぞれの上に少なくとも部分的に配置された複数の電導パッチに対応する１項に記載のアンテナ。
１０．上記１つ以上の導電面は、上記１つ以上の導電面に平行な第１の方向および第２の方向を規定し、
上記第１の方向は、上記第２の方向に直交する９項に記載のアンテナ。
１１．上記波伝搬構造は、実質的に２次元的な波伝搬構造である１０項に記載のアンテナ。
１２．上記実質的に２次元的な波伝搬構造は、平行板導波管であり、
上記１つ以上の導電面は、上記平行板導波管の上部導電体である１１項に記載のアンテナ。
１３．上記波伝搬構造は、１つ以上の実質的に１次元的な波伝搬構造を含む１０項に記載のアンテナ。
１４．上記１つ以上の実質的に１次元的な波伝搬構造は、上記第１の方向に沿って方向づけられた１つ以上の閉塞導波管を含み、
上記１つ以上の導電面は、上記１つ以上の閉塞導波管の１つ以上のそれぞれの上面である１３項に記載のアンテナ。
１５．上記アイリスは、円形のアイリスである９項に記載のアンテナ。
１６．上記アイリスは、矩形のアイリスである９項に記載のアンテナ。
１７．上記アイリスは、スリット状のアイリスである９項に記載のアンテナ。
１８．上記導電パッチは、円形のパッチである９項に記載のアンテナ。
１９．上記導電パッチは、多角形のパッチである９項に記載のアンテナ。
２０．上記導電パッチは、矩形のパッチである１０項に記載のアンテナ。
２１．上記矩形のパッチは、上記第１の方向と平行な長さを有する２０項に記載のアンテナ。
２２．上記アイリスは、上記第２の方向と平行な長さを有する矩形のアイリスである２１項に記載のアンテナ。
２３．上記矩形のパッチは、上記第１の方向に沿った下端および上端をそれぞれ有し、
上記矩形のアイリスは、上記矩形のパッチの上記下端の下に配置される２２項に記載のアンテナ。
２４．隣接する素子の間における素子間の結合を低減するように、上記複数のサブ波長パッチ素子の上記隣接する素子の間に配置された複数の金属構造をさらに含む１項に記載のアンテナ。
２５．上記複数の金属構造のそれぞれは、列柱を形成する一連のビアである２４項に記載のアンテナ。
２６．上記複数の導電パッチは、上記導電パッチと上記導波モードとの間の、アイリスを介した結合に応答する複数の楕円偏向した放射電磁界を与えるように構成されている９項に記載のアンテナ。
２７．上記導波モードは、上記複数のアイリスのそれぞれの位置において、時間依存する複数のＨフィールドを規定し、
上記時間依存するＨフィールドは、複数の楕円を描くベクトルである２６項に記載のアンテナ。
２８．上記楕円は、実質的に円である２７項に記載のアンテナ。
２９．上記楕円は、１／１０以下の離心率を有する２７項に記載のアンテナ。
３０．上記複数の楕円偏向した放射電磁界は、複数の左周りの楕円偏向した放射電磁界である２６項に記載のアンテナ。
３１．上記複数の楕円偏向した放射電磁界は、複数の右周りの楕円偏向した放射電磁界である２６項に記載のアンテナ。
３２．上記複数の楕円偏向した放射電磁界は、第１の複数の右周りの楕円偏向した放射電磁界と、第２の複数の左周りの楕円偏向した放射電磁界とを含む２６項に記載のアンテナ。
３３．上記複数の楕円偏向した放射電磁界は、複数の円偏向した放射電磁界である２６項に記載のアンテナ。
３４．上記波伝搬構造は、矩形の導波管であり、
上記１つ以上の導電面は、上記矩形の導波管の上部導電体であり、
上記複数のアイリスは、上記上部導電体の端部と上記上部導電体の二等分線との間の中間の位置に、上記上部導電体の上に配置されている２６項に記載のアンテナ。
３５．上記上部導電体の端部と上記上部導電体の二等分線との間の中間の上記位置は、上記端部と上記二等分線との間の等距離の位置である３４項に記載のアンテナ。
３６．上記波伝搬構造は、矩形の導波管であり、
上記１つ以上の導電面は、上記矩形の導波管の上部導電体であり、
上記複数のアイリスは、第１の複数のアイリスと第２の複数のアイリスとを含み、
上記第１の複数のアイリスは、上記上部導電体の左側の端部と上記上部導電体の二等分線との間の中間の位置において、上記上部導電体の上に配置され、
上記第２の複数のアイリスは、上記上部導電体の右側の端部と上記上部導電体の二等分線との間の中間の位置において、上記上部導電体の上に配置されている２６項に記載のアンテナ。
３７．上記左側の端部と上記二等分線との間の中間の位置は、上記左側の端部と上記二等分線との間の等距離の位置であり、
上記右側の端部と上記二等分線との間の中間の位置は、上記右側の端部と上記二等分線との間の等距離の位置である３６項に記載のアンテナ。
３８．上記複数の導電パッチと上記１つ以上の導電面との間に。それぞれのバイアス電圧を与えるように構成された複数のバイアス電圧線と、
上記１つ以上の導電面において上記複数の導電パッチと上記複数のアイリスとの間に配置されている、電気的に調整可能な材料と、をさらに含む９項に記載のアンテナ。
３９．上記電気的に調整可能な材料は、液晶素材料を含む３８項に記載のアンテナ。
４０．上記液晶材料は、ネマチック液晶である３９項に記載のアンテナ。
４１．上記液晶材料は、２周波液晶である３９項に記載のアンテナナ。
４２。上記液晶材料は、ポリマーネットワーク液晶である３９項に記載のアンテナ。
４３．上記液晶材料は、ポリマー分散液晶である３９項に記載のアンテナ。
４４．上記液晶材料と上記１つ以上の導電面との間に配置される配置層をさらに含み、
上記配置層は、上記１つ以上の導電面に平行な、微細な溝を与える３９項に記載のアンテナ。
４５．上記１つ以上の導電面は、プリント回路基板の上部金属層の少なくとも一部を構成し、
上記配置層は、上記上部金属層を覆うポリイミド層である４４項に記載のアンテナ。
４６．上記液晶材料と上記複数の導電パッチとの間に配置された配置層をさらに含み、
上記配置層は、上記複数の導電パッチに平行な、微細な溝を与える３９項に記載のアンテナ。
４７．上記複数の導電パッチは、プリント回路基板の下部金属層の少なくとも一部を構成し、
上記配置層は、上記下部金属層を覆うポリイミドである４６項に記載のアンテナ。
４８．上記電気的に調整可能材料は、上記液晶材料に埋め込まれた侵入型媒体を含む３９項に記載のアンテナ。
４９．上記侵入型媒体は、微孔性の侵入型媒体である４８項に記載のアンテナ。
５０．上記微孔性の侵入型媒体は、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷ−ＰＥ）である４９項に記載のアンテナ。
５１．上記微孔性の侵入型媒体は、親水性延伸ポリテトラフルオロエチレン（親水性ｅＰＴＦＥ）である４９項に記載のアンテナ。
５２．上記侵入型媒体は、上記液晶材料の表面の配位のために微小孔を与え、
上記微小孔は、上記１つ以上の導電面に平行な長さを有する４８項に記載のアンテナ。５３．複数の位置のそれぞれに、第１の複数の相対位相を伝送するための第１の導波を伝搬する工程と、
第１の複数の楕円偏波は、第１の放射電磁界を生成し、
上記複数の位置のそれぞれから選択された第１の位置のセットから上記第１の複数の楕円偏波を放射するために、上記第１の位置のセットにおいて上記第１の導波を結合する工程と、
上記複数の位置のそれぞれに、上記第１の複数の相対位相に実質的に等しい第２の複数の相対位相を伝送するための第２の導波を伝搬する工程と、
第２の複数の楕円偏波は、上記第１の放射電磁界とは異なる第２の放射電磁界を生成し、
上記複数の位置のそれぞれから選択された第２の位置のセットから上記第２の複数の楕円偏波を放射するために、上記第２の位置のセットにおいて上記第２の導波を結合する工程と、を含む方法。
５４．上記第１の導波および上記第１の放射電磁界は第１の干渉パターンを規定し、
上記複数の位置のそれぞれから選択された上記第１の位置のセットは、上記第１の干渉パターンの構造的な干渉領域内の位置のセットに対応し、
上記第２の導波および上記第２の放射電磁界は、上記第１の干渉パターンとは異なる第２の干渉パターンを規定し、
上記複数の位置のそれぞれから選択された上記位置の第２のセットは、上記第２の干渉パターンの構造的な干渉領域内の位置のセットに対応する５３項に記載の方法。
５５．上記第１の複数の楕円偏波は、第１の複数の円偏波である５３項に記載の方法。
５６．上記第１の複数の楕円偏波は、第１の複数の左周りの楕円偏波である５３項に記載の方法。
５７．上記第１の複数の楕円偏波は、第１の複数の右周りの楕円偏波である５３項に記載の方法。
５８．第３の導波の伝搬方向は、上記第１の導波の伝搬方向とは逆の方向であり、
複数の位置のそれぞれに第３の複数の相対位相を伝送するための上記第３の導波を伝搬する工程と、
第３の配置のセットから複数の左回りの楕円偏波を放射するために、上記複数の位置のそれぞれから選択された第３の位置のセットにおいて上記第３の導波を結合する工程と、をさらに含む５７項に記載の方法。
５９．上記第３の位置のセットは、上記第１の位置のセットと等しい５８項に記載の方法。
６０．複数の位置において、第１の楕円偏向した自由空間波を受信する工程と、
第１の複数の電磁振動は、上記複数の位置において第１の複数の相対位相を有する第１の導波を生成し、
第１の位置のセットにおいて上記第１の複数の電磁振動を生成するために、上記複数の位置から選択された上記第１の位置のセットにおいて上記第１の楕円偏向した自由空間波を結合する工程と、
上記複数の位置において、上記第１の楕円偏向した自由空間波とは異なる第２の楕円偏向した自由空間波を受信する工程と、
第２の複数の電磁振動は、上記複数の位置において第２の複数の相対位相を有する第２の導波を生成し、
上記第２の複数の相対位相は、上記第１の複数の相対位相と実質的に等しく、
第２の位置のセットにおいて上記第２の複数の電磁振動を生成するために、上記複数の位置から選択された上記第２の位置のセットにおいて、上記第２の楕円偏向した自由空間波を結合する工程と、を含む方法。
６１．上記第１の導波および上記第１の楕円偏向した自由空間波は、第１の干渉パターンを規定し、
上記複数の位置のそれぞれから選択された上記第１の位置のセットは、上記第１の干渉パターンの構造的な干渉領域内の位置のセットに対応し、
上記第２の導波および上記第２の楕円偏向した自由空間波は、上記第１の干渉パターンとは異なる第２の干渉パターンを規定し、
上記複数の位置のそれぞれから選択された上記第２の位置のセットは、上記第２の干渉パターンの構造的な干渉領域内の位置のセットに対応する６０項に記載の方法。
６２．上記第１の楕円偏向した自由空間波は、円偏向した自由空間波である６０項に記載の方法。
６３．上記第１の楕円偏向した自由空間波は、左周りの楕円偏向した自由空間波である６０項に記載の方法。
６４．上記第１の楕円偏向した自由空間波は、右周りの楕円偏向した自由空間波である６０項に記載の方法。
６５．上記複数の位置において左周りの楕円偏向した自由空間波を受信する工程と、
第３の複数の電磁振動は、第３の導波を生成し、
上記第３の導波の伝搬方向は、上記第１の導波の伝搬方向とは逆の方向であり、
第３の位置のセットにおいて上記第３の複数の電磁振動を生成するために、上記複数の位置から選択された上記第３の位置のセットにおいて、上記右周りの楕円偏向した自由空間波を結合する工程と、をさらに含む６４項に記載の方法。
６６．上記位置の第３のセットは、上記位置の第１のセットに等しい６５項の方法。
６７．アンテナであって、
波伝搬構造と、
上記アンテナの動作周波数に対応する自由空間波長よりも実質的に短い素子間隔を有する上記波伝搬構造に沿って配置される複数の放射素子と、
入力面と出力面とを有しており、上記入力面において複数の調整可能な直線偏向した放射電磁界を受信し、上記出力面から対応する調整可能な楕円偏向した放射電磁界を伝送するように構成された偏向変換構造と、を含み、
上記複数の放射素子は、上記波伝搬構造の導波モードに応答する上記複数の調整可能な直線偏向した放射電磁界を与えるように構成されており、
上記複数の調整可能な楕円偏向した放射電磁界は、上記アンテナの調整可能な楕円偏向した放射電磁界を与えるアンテナ。
６８．上記偏向変換構造は、４分の１波長板である６７項に記載のアンテナ。
６９．上記偏向変換構造は、異方性誘電体である６７項に記載のアンテナ
７０．上記偏向変換構造は、人工磁性体である６７項に記載のアンテナ。
７１．上記偏向変換構造は、メアンダライン構造である６７項に記載のアンテナ。
７２．上記メアンダライン構造は、交互に配置されたスペーサ層を有する２つ以上の導通７３．上記メアンダライン構造は、３次元的なメアンダラインを含む７１項に記載のアンテナ。
７４．上記調整可能な楕円偏向した放射電磁界は、実質的に円偏向した放射電磁界である６７項に記載のアンテナ。
７５．上記調整可能な楕円偏向した放射電磁界の軸比は、上記アンテナのブロードサイド軸を中心とする半角５０°の円錐内の方向に対して、２ｄＢより少ない６７項に記載のアンテナ。
７６．波伝搬構造と、
上記波伝搬構造の導電面に沿って分布した複数の共振素子と、
上記複数の共振素子の近傍に配置された液晶材料と、を含み、
それぞれの共振素子は、第１の電極および第２の電極を含み、
上記第１の電極は、上記共素子の共振モードの電気力線に実質的に平行となるように、上記液晶を配位させるように構成されており、
上記第２の電極は、上記共振モードの上記電気力線に実質的に直交するように、上記液晶を配位させるように構成されている電磁装置。
７７．上記複数の第２の電極は、上記複数の共振素子の間において延伸する共通の電極を構成する７６項に記載の電磁装置。
７８．上記複数の第１の電極は、上記導電面と実質的に同一平面上にあり、かつ、当該導電面から電気的に断絶されている複数の導電アイランドであり、
上記液晶は、上記導電面の上の層に配置されておち、
上記複数の第２の電極は、上記液晶の層の上の伝導層を構成し、
上記伝導層は、上記共振モードを実質的に透過する７７項に記載の電磁装置。
７９．上記複数の共振素子は、上記複数の導電アイランドと上記導電面とによって規定される複数の相補的電気ＬＣ（ＣＥＬＣ）共振子である７８項に記載の電磁装置。
８０．上記伝導層は、３０ナノメートルよりも小さい厚さを有するクロムまたはチタンの層である７８項に記載の電磁装置。
８１．上記導電層は、有機導電体である７８項に記載の電磁装置。
８２．上記導電層は、第１の方向における第１の導電率と第２の方向における第２の導電率とを備える異方性導電層であり、
上記第２の導電率は、上記第１の導電率よりも小さく、
上記第１の方向は、上記共振モードの上記電気力線に実質的に直交する７８項に記載の電磁装置。
８３．上記複数の第１の電極は、上記導電面において、複数のアイリスのそれぞれの上に配置された複数の導電パッチであり、
上記液晶は、上記導電面と上記複数の電導パッチとの間の層に配置され、
上記複数の第２の電極は、上記導電パッチと実質的に同一平面上にあり、かつ、当該導電パッチから電気的に断絶されており、
上記複数の第２の電極は、上記共振モードを実質的に透過する７６項に記載の電磁装置。
８４．近接する液晶を備えた電磁共振子を調整する方法であって、
上記電磁共振子の共振モードの電気力線に実質的に平行となるように、上記液晶を配位させる第１の調整工程と、
上記共振モードの上記電気力線に実質的に直交するように、上記液晶を配位させる第２の調整工程と、を含む方法。
８５．上記電磁共振子は、上記導電面と実質的に同一平面上にあり、かつ、当該導電面から電気的に断絶されている導電アイランドを含み、
上記第１の調整工程は、上記導電アイランドと上記導電面との間に電位差Ｖ１を印加する工程を含む８４項に記載の方法。
８６．Ｖ１は、実質的にゼロＤＣオフセットのＡＣ電位差である８５項に記載の方法。
８７．Ｖ１のＡＣ周波数帯は、１０Ｈｚから１００ｋＨｚまでの範囲である８６項に記載の方法。
８８．Ｖ１のＲＭＳ値は、上記液晶の飽和ＲＭＳ電圧よりも大きい８６項に記載の方法。８９．上記電磁共振子は、上記導電アイランドと上記導電面の上に逆電極をさらに含み、
上記第２の調整工程は、上記導電アイランドと上記導電面との間の上記電位差Ｖ１よりも実質的に大きい電位差Ｖ２を、上記逆電極と上記導電面との間に印加する工程を含む８６項に記載の方法。
９０．Ｖ２は、実質的にゼロＤＣオフセットのＡＣ電位差である８９項に記載の方法。
９１．Ｖ２のＡＣ周波数帯は、１０Ｈｚから１００ｋＨｚまでの範囲である９０項に記載の方法。
９２．Ｖ２のＲＭＳ値は、上記液晶の飽和ＲＭＳ電圧よりも大きい９０項に記載の方法。９３．上記電位差Ｖ２を印加する工程において、Ｖ１は実質的にゼロである９０項に記載の方法。
９４．上記電磁共振子は、導電面におけるアイリスの上に配置された導電パッチを含み、
上記第１の調整工程は、上記導電パッチと上記導電面との間に電位差Ｖ１を印加する工程を含む８４項に記載の方法。
９５．Ｖ１は、実質的にゼロＤＣオフセットのＡＣ電位差である９４項に記載の方法。
９６．Ｖ１のＲＭＳ値は、上記液晶の飽和ＲＭＳ電圧よりも大きいこと９５項に記載の方法。
９７．上記電磁共振子は、上記導電パッチに隣接し、かつ、当該導電パッチと同一平面上にある逆電極をさらに含み、
上記第２の調整工程は、上記導電パッチと上記導電面との間の電位差Ｖ１よりも実質的に大きい電位差Ｖ２を、上記逆電極と上記導電パッチとの間に印加する工程を含む９５項に記載の方法。
９８．Ｖ２は、実質的にゼロＤＣオフセットのＡＣ電位差である９７項に記載の方法。
９９．Ｖ２のＲＭＳ値は、上記液晶の飽和ＲＭＳ電圧よりも大きい９８項に記載の方法。１００．上記電位差Ｖ２を印加する工程において、Ｖ１は実質的にゼロである９８項に記載の方法。
１０１．上記電位差Ｖ２を印加する工程は、上記液晶の緩和時間よりも短い時間に対して電圧を印加する工程である８９項に記載の方法。
１０２．上記時間は、上記緩和時間の半分よりも短い１０１項に記載の方法。
１０３．上記電位差Ｖ２を印加する工程は、上記液晶の緩和時間よりも短い時間に対して電圧を印加する工程である９５項に記載の方法。
１０４．上記時間は、上記緩和時間の半分よりも短い１０３項に記載の方法。
１０５．調整電極およびベース電極をそれぞれ備えた複数の散乱素子を有する表面散乱アンテナを制御する方法であって、
上記方法は、各散乱素子に対して、
上記調整電極と上記共通のベース電極との間に第１の電位差を印加する工程と、
上記調整電極と上記共通のベース電極との間に第２の電位差を印加する工程と、を含み、
各電位差は、実質的にゼロＤＣオフセットのＡＣ電位差である方法。
１０６．ＶＰＰは、上記調整電極と上記共通のベース電極との間の中間点に配置された液晶の飽和ＲＭＳ電圧よりも大きい電圧であり、
上記第１の電位差は、ＶＰＰの第１の分数倍に等しいＲＭＳ値を有し、かつ、上記第２の電位差は、ＶＰＰの第２の分数倍に等しいＲＭＳ値を有する１０５項に記載の方法。
１０７．上記第１の電位差を印加する工程は、
上記調整電極に対してＶＰＰと接地（ＧＮＤ）との間を交替する第１方形波を印加する工程と、
上記共通の基底電極に対してＶＰＰと接地との間を交替する第２方形波を印加する工程とを含み、
上記第１方形波および上記第２方形波は、１８０°の上記第１の分数倍に等しい位相差を有する１０６項に記載の方法。
１０８．上記第２の電位差を印加する工程は、
上記調整電極に対してＶＰＰと接地（ＧＮＤ）との間を交替する第１方形波を印加する工程と、
記共通の基底電極に対してＶＰＰと上接地との間を交替する第２方形波を印加する工程とを含み、
上記第１方形波および上記第２方形波は、１８０°の上記第２の分数倍に等しい位相差を有する１０６項に記載の方法。
１０９．上記第１の分数倍は、１に等しい１０６項に記載の方法。
１１０．上記第１の電位差を印加する工程は、
上記調整電極に対してＶＰＰと−ＶＰＰとの間を交替する第１方形波を印加する工程と、
上記共通のベース電極を接地する工程とを含む１０９項に記載の方法。
１１１．上記第２の分数倍は、ゼロに等しい１０６項に記載の方法。
１１２．上記第２の電位差を印加する工程は、上記調整電極および上記共通のベース電極の両方を接地する工程を含む１１１項に記載の方法。
１１３．調整電極および共通のベース電極をそれぞれ備えた複数の散乱素子を有する表面散乱アンテナに対するドライバであって、
ビット列を読み込むように構成されたシリアルシフトレジスタと、
パラレルレジスタに上記ビット列を蓄積するように構成されたラッチと、
上記パラレルレジスタから選択された複数のビットのそれぞれに対応する電圧によって、上記複数の調整電極を駆動するように構成されたプッシュプル増幅器のセットと、を含むドライバ。
１１４．上記プッシュプル増幅器のセットは、上記パラレルレジスタから選択された別のビットに対応する電圧によって、上記共通のベース電極を駆動するようにさらに構成されている１１３項に記載のドライバ。
１１５．極性信号に応答する上記パラレルレジスタの出力を反転させるように構成されたパラレルＸＯＲゲートをさらに含む１１３項に記載のドライバ。
１１６．ＶＰＰは、上記調整電極と上記共通のベース電極との間の中間点に配置された液晶の飽和ＲＭＳ電圧よりも大きい電圧として規定されており、
上記プッシュプル増幅器の陽極は電圧ＶＰＰに接続され、かつ、上記プッシュプル増幅器の陰極は接地（ＧＮＤ）に接続される１１３項に記載のドライバ。
１１７．ＶＰＰは、上記調整電極と上記共通のベース電極との間の中間点に配置された液晶の飽和ＲＭＳ電圧よりも大きい電圧であり、
ＶＰＰとＧＮＤとの間を交替する第１方形波によって、上記プッシュプル増幅器の陽極を駆動するように構成されている陽極の電力回路と、
ＧＮＤと上記第１方形波と同位相の−ＶＰＰとの間を交替する第２方形波によって、上記プッシュプル増幅器の陰極を駆動するように構成されている陰極の電力回路とをさらに含む１１３項に記載のドライバ。
【００７８】
さまざまな態様および実施形態について本明細書にて示してきたが、他の態様および実施形態も当業者にとっては明確であろう。本明細に開示したさまざまな態様および実施形態は、本発明を説明するためのものであって、本発明を限定するものではなく、本発明の正確な範囲および意図については、以下の特許請求の範囲によって示される。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】表面散乱アンテナを示す概略図である。
【図２Ａ】表面散乱アンテナの典型的な調整パターンを示す図である。
【図２Ｂ】表面散乱アンテナの典型的な調整パターンに対応するビームパターンを示す図である。
【図３Ａ】表面散乱アンテナの別の典型的な調整パターンを示す図である。
【図３Ｂ】表面散乱アンテナの別の典型的な調整パターンに対応するビームパターンを示す図である。
【図４Ａ】表面散乱アンテナの別の典型的な調整パターンを示す図である。
【図４Ｂ】表面散乱アンテナの別の典型的な調整パターンに対応するフィールドパターンを示す図である。
【図５】パッチ素子を含む表面散乱アンテナの実施形態を示す図である。
【図６Ａ】導波管上のパッチ素子の例を示す図である。
【図６Ｂ】導波管上のパッチ素子の例を示す図である。
【図６Ｃ】導波管モードに対する電気力線を示す図である。
【図７】液晶の配置を示す図である。
【図８Ａ】典型的な逆電極の配置を示す図である。
【図８Ｂ】典型的な逆電極の配置を示す図である。
【図９】散乱素子を直線的に配置した表面散乱アンテナを示す図である。
【図１０】散乱素子をマトリクス状に配置した表面散乱アンテナを示す図である。
【図１１Ａ】バイアス電圧の駆動方法を示す図である。
【図１１Ｂ】バイアス電圧駆動回路を示す図である。
【図１２Ａ】バイアス電圧の駆動方法を示す図である。
【図１２Ｂ】バイアス電圧駆動回路を示す図である。
【図１３】バイアス電圧の駆動方法を示す図である。
【図１４】システムのブロック図を示す図である。
【図１５】フロー図を示す図である。
【図１６】フロー図を示す図である。
【００８０】
〔本発明の別の表現〕
（態様１）
アンテナであって、
波伝搬構造と、
上記アンテナの動作周波数に対応する自由空間波長よりも短い素子間隔を有する上記波伝搬構造に沿って配置された複数のサブ波長パッチ素子と、を含み、
上記複数のサブ波長パッチ素子は、上記波伝搬構造の導波モードに対する複数の調整可能な個別の電磁応答を有しており、
上記複数の調整可能な個別の電磁応答は、上記アンテナの調整可能な放射電磁界を与え、
上記波伝搬構造は、１つ以上の導電面を含み、
上記複数のサブ波長パッチ素子は、上記１つ以上の導電面において、複数のアイリスのそれぞれの上に少なくとも部分的に配置されている複数の導電パッチに対応し、
上記複数の導電パッチは、上記導電パッチと上記導波モードとの間の、アイリスを介した結合に応答する複数の楕円偏向した放射電磁界を与えるように構成され、
上記複数の導電パッチの形状は、矩形または多角形であるアンテナ。
【００８１】
（態様２）
上記動作周波数は、マイクロ波周波数である態様１に記載のアンテナ。
【００８２】
（態様３）
上記１つ以上の導電面は、上記１つ以上の導電面に平行な第１の方向および第２の方向を規定し、
上記第１の方向は、上記第２の方向に対して直交する態様１に記載のアンテナ。
【００８３】
（態様４）
上記波伝搬構造は、２次元的な波伝搬構造である態様３に記載のアンテナ。
【００８４】
（態様５）
上記２次元的な波伝搬構造は、平行板導波管であり、
上記１つ以上の導電面は、上記平行板導波管の上部導電体である態様４に記載のアンテナ。
【００８５】
（態様６）
上記波伝搬構造は、１つ以上の１次元的な波伝搬構造を含む態様３に記載のアンテナ。
【００８６】
（態様７）
上記１つ以上の１次元的な波伝搬構造は、上記第１の方向に沿って並べられた１つ以上の閉塞導波管を含み、
上記１つ以上の導電面は、上記１つ以上の閉塞導波管の１つ以上のそれぞれの上面である態様６に記載のアンテナ。
【００８７】
（態様８）
上記導波モードは、上記複数のアイリスのそれぞれの位置において複数の時間依存するＨフィールドを規定し、
上記時間依存するＨフィールドは、複数の楕円を描くベクトルである態様１に記載のアンテナ。
【００８８】
（態様９）
上記楕円は、円である態様８に記載のアンテナ。
【図１】
2018201209.tif 000006
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
2018201209.tif 000009
【図３Ｂ】
2018201209.tif 000010
【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
2018201209.tif 000012
【図５】
2018201209.tif 000013
【図６Ａ】
2018201209.tif 000014
【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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【図８Ａ】
2018201209.tif 000018
【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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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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【手続補正書】
【提出日】平成30年8月7日(2018.8.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の位置のそれぞれに、第１の複数の相対位相を伝送するための第１の導波を伝搬する工程と、
第１の複数の楕円偏波は、第１の放射電磁界を生成し、
上記第１の複数の楕円偏波を第１の位置のセットから放射するために、複数の位置のそれぞれから選択された上記第１の位置のセットにおいて上記第１の導波を結合する工程と、
上記複数の位置のそれぞれに、上記第１の複数の相対位相に実質的に等しい第２の複数の相対位相を伝送するための第２の導波を伝搬する工程と、
第２の複数の楕円偏波は、上記第１の放射電磁界とは異なる第２の放射電磁界を生成し、
上記第２の複数の楕円偏波を第２の位置のセットから放射するために、上記複数の位置のそれぞれから選択された上記第２の位置のセットにおいて上記第２の導波を結合する工程と、を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
上記第１の導波および上記第１の放射電磁界は、第１の干渉パターンを規定し、
上記複数の位置のそれぞれから選択された上記第１の位置のセットは、上記第１の干渉パターンの構造的な干渉領域内の位置のセットに対応し、
上記第２の導波および上記第２の放射電磁界は、上記第１の干渉パターンとは異なる第２の干渉パターンを規定し、
上記複数の位置のそれぞれから選択された上記第２の位置のセットは、上記第２の干渉パターンの構造的な干渉領域内の位置のセットに対応することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
上記第１の複数の楕円偏波は、第１の複数の円偏波であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
上記第１の複数の楕円偏波は、第１の複数の左周りの楕円偏波であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
上記第１の複数の楕円偏波は、第１の複数の右周りの楕円偏波であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
第３の導波の伝搬方向は、上記第１の導波の伝搬方向とは逆の方向であり、
上記複数の位置のそれぞれに、第３の複数の相対位相を伝搬するための上記第３の導波を伝搬する工程と、
第３の位置のセットから複数の左周りの楕円偏波を放射するために、上記複数の位置のそれぞれから選択された第３の位置のセットにおいて第３の導波を結合する工程と、をさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
上記第３の位置のセットは、上記第１の位置のセットに等しいことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
複数の位置において第１の楕円偏向した自由空間波を受信する工程と、
第１の複数の電磁振動は、上記複数の位置において第１の複数の相対位相を有する第１の導波を生成し、
第１の位置のセットにおいて上記第１の複数の電磁振動を生成するために上記複数の位置から選択された上記第１の位置のセットにおいて上記第１の楕円偏向した自由空間波を結合する工程と、
上記複数の位置において、上記第１の楕円偏向した自由空間波とは異なる第２の楕円偏向した自由空間波を受信する工程と、
第２の複数の電磁振動は、上記複数の位置において第２の複数の相対位相を有する第２の導波を生成し、
上記第２の複数の相対位相は、上記第１の複数の相対位相と実質的に等しく、
第２の位置のセットにおいて上記第２の複数の電磁振動を生成するために、上記複数の位置から選択された上記第２の位置のセットにおいて上記第２の楕円偏向した自由空間波を結合する工程と、を含むことを特徴とする方法。
【請求項９】
上記第１の導波および上記第１の楕円偏向した自由空間波は、第１の干渉パターンを規定し、
上記複数の位置のそれぞれから選択された上記第１の位置のセットは、上記第１の干渉パターンの構造的な干渉領域内の位置のセットに対応し、
上記第２の導波および上記第２の楕円偏向した自由空間波は、上記第１の干渉パターンとは異なる第２の干渉パターンを規定し、
上記複数の位置のそれぞれから選択された上記第２の位置のセットは、上記第２の干渉パターンの構造的な干渉領域内の位置のセットに対応することを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
上記第１の楕円偏向した自由空間波は、円偏向した自由空間波であることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
上記第１の楕円偏向した自由空間波は、左周りの楕円偏向した自由空間波であることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
上記第１の楕円偏向した自由空間波は、右周りの楕円偏向した自由空間波であることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
上記複数の位置において左周りの楕円偏向した自由空間波を受信する工程と、
第３の複数の電磁振動は第３の導波を生成し、
上記第３の導波の伝搬方向は、上記第１の導波の伝搬方向とは逆の方向であり、
第３の位置のセットにおいて上記第３の複数の電磁振動を生成するために、上記複数の位置から選択された上記第３の位置のセットにおいて右周りの楕円偏向した自由空間波を結合する工程と、をさらに含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
上記第３の位置のセットは、上記第１の位置のセットと等しいことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
上記第１の複数の楕円偏波は、第１の複数の直線偏波であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
上記複数の位置は、複数の電磁共振子のそれぞれに応じた位置であり、
上記複数の電磁共振子はそれぞれ、導電面におけるアイリスの上に配置された導電パッチを含み、
上記方法は、それぞれの上記導電パッチと上記導電面との間に電位差を印加する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
上記第１の楕円偏向した自由空間波は、直線偏向した自由空間波であることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１８】
上記複数の位置は、複数の電磁共振子のそれぞれに応じた位置であり、
上記複数の電磁共振子はそれぞれ、導電面におけるアイリスの上に配置された導電パッチを含み、
上記方法は、それぞれの上記導電パッチと上記導電面との間に電位差を印加する工程を含むことを特徴とする請求項８に記載の方法。