(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向側端部を備えるベース導電性接地板、
１つの導電性側壁が前記ベース導電性接地板の各側端部から延在する一対の導電性側壁、
前記ベース導電性接地板上及び前記導電性側壁の間に配置される誘電体材料を備える基板、並びに
電磁波送信用に所定のインピーダンス特性を備え、前記基板上及び前記導電性側壁の間に配置されるインピーダンスシート
を備える、表面波導波管であって、
前記インピーダンスシートは、
所定の距離で互いに隣接するように配置される複数の金属パッチ、及び
隣接する金属パッチをつなぐ可変インピーダンス素子、
を備える、表面波導波管。
【請求項２】
前記誘電体材料は空芯を含む、請求項１に記載の表面波導波管。
【請求項３】
各導電性側壁は、前記ベース導電性接地板と隣接する各ビアを電気的につなぐ導電性細片との間で電気的に接続された複数のビアを含む、請求項１又は２に記載の表面波導波管。
【請求項４】
前記インピーダンスシートの前記所定のインピーダンス特性は、前記インピーダンスシートにわたって一定のインピーダンス特性を備える、請求項１から３のいずれか一項に記載の表面波導波管。
【請求項５】
電磁エネルギーを送受信するように構成される複数の放射素子を備えるアンテナシステムであって、
前記放射素子の各々は表面波導波管を備え、前記表面波導波管は、
対向側端部を含むベース導電性接地板と、
１つの導電性側壁が前記ベース導電性接地板の各側端部から延在する一対の導電性側壁と、
前記ベース導電性接地板上及び前記導電性側壁の間に配置される誘電体材料を備える基板と、
電磁波送信用に所定のインピーダンス特性を備え、前記基板上及び前記導電性側壁の間に配置されるインピーダンスシートと
を備え、前記インピーダンスシートは、
所定の距離で互いに隣接するように配置される複数の金属パッチ、及び
隣接する金属パッチをつなぐ可変インピーダンス素子、
を備える、アンテナシステム。
【請求項６】
前記インピーダンスシートの前記所定のインピーダンス特性は、前記インピーダンスシートの長さに沿って周期的に変動するインピーダンスを備える、請求項５に記載のアンテナシステム。
【請求項７】
互いに隣接して配置される２つ以上の表面波導波管を更に備える、請求項５又は６に記載のアンテナシステム。
【請求項８】
アンテナシステムを電気的にステアリングするための方法であって、
表面波導波管に沿って電磁波を送信することであって、前記表面波導波管は、
対向側端部を含むベース導電性接地板と、
１つの導電性側壁が前記ベース導電性接地板の各側端部から延在する一対の導電性側壁と、
前記ベース導電性接地板上及び前記導電性側壁の間に配置される誘電体材料を備える基板と、
電磁波送信用に所定のインピーダンス特性を備え、前記基板上及び前記導電性側壁の間に配置されるインピーダンスシートであって、所定の距離で互いに隣接するように配置される複数の金属パッチと、隣接する金属パッチをつなぐ可変インピーダンス素子とを備えるインピーダンスシートと
を備える、送信することと、
前記アンテナシステムの面に垂直な方向の角度範囲全体にわたって、前記アンテナシステムによって生成される放射パターンのメイン放射ローブをスキャンするために前記可変インピーダンス素子を調整することと
を含む、方法。
【請求項９】
対向側端部を備えるベース導電性接地板、
１つの導電性側壁が前記ベース導電性接地板の各側端部から延在する一対の導電性側壁、
前記ベース導電性接地板上及び前記導電性側壁の間に配置される誘電体材料を備える基板、並びに
前記基板上及び前記導電性側壁の間に配置されるインピーダンスシート
を備える表面波導波管であって、
前記インピーダンスシートの端部は、前記導電性側壁の内側に接触し、前記導電性側壁の端部は、前記インピーダンスシートの、前記基板と反対側の表面と平面をなし、前記インピーダンスシートは、電磁波を送信するための所定のインピーダンス特性を備える、表面波導波管。
【請求項１０】
電磁エネルギーを送受信するように構成される複数の放射素子を備えるアンテナシステムであって、
前記放射素子の各々は表面波導波管を備え、前記表面波導波管は、
対向側端部を含むベース導電性接地板と、
１つの導電性側壁が前記ベース導電性接地板の各側端部から延在する一対の導電性側壁と、
前記ベース導電性接地板上及び前記導電性側壁の間に配置される誘電体材料を備える基板と、
前記基板上及び前記導電性側壁の間に配置されるインピーダンスシートと
を備え、
前記インピーダンスシートの端部は、前記導電性側壁の内側に接触し、前記導電性側壁の端部は、前記インピーダンスシートの、前記基板と反対側の表面と平面をなし、前記インピーダンスシートは、電磁波を送信するための所定のインピーダンス特性を備える、アンテナシステム。
【請求項１１】
アンテナシステムを電気的にステアリングするための方法であって、
表面波導波管に沿って電磁波を送信することであって、前記表面波導波管は、
対向側端部を含むベース導電性接地板と、
１つの導電性側壁が前記ベース導電性接地板の各側端部から延在する一対の導電性側壁と、
前記ベース導電性接地板上及び前記導電性側壁の間に配置される誘電体材料を備える基板と、
前記基板上及び前記導電性側壁の間に配置され、電磁波を送信するための所定のインピーダンス特性を備え、可変素子を備えるインピーダンスシートであって、前記インピーダンスシートの端部は、前記導電性側壁の内側に接触し、前記導電性側壁の端部は、前記インピーダンスシートの、前記基板と反対側の表面と平面をなす、インピーダンスシートと
を備える、送信することと、
前記アンテナシステムの面に垂直な方向の角度範囲全体にわたって、前記アンテナシステムによって生成される放射パターンのメイン放射ローブをスキャンするための前記可変素子を調整することと
を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は導波管及びアンテナに関し、より具体的には、導電性側壁を有する表面波導波管並びにアンテナ又はアンテナシステムでの導波管の応用に関する。
【背景技術】
【０００２】
表面波（ＳＷ）媒体は、表面波をサポートする任意の構造体である。ＳＷ媒体は、人工インピーダンス表面又は高インピーダンス表面として知られる、幅広い種類のメタ物質の一部である。ＳＷ媒体は、横電気（ＴＥ）モード又は横磁気（ＴＭ）モードのいずれかで偏光している表面波をサポートし得る。ＳＷインデックス（ｎＳＷ）又はＳＷインピーダンス（ＺＴＥ及びＺＴＭ）はＳＷ媒体特性を特徴とする。ＳＷ媒体の最も単純な形態は接地された誘電体シートである。約１０又は２０ギガヘルツ（ＧＨｚ）では、接地された誘電体は、非常に厚くなければならないため、或いは効率よく表面波をサポートするには過度に高い誘電率を有する基板を使用しなければならないため、実用的ではない。ＳＷ導波管は、低インデックスのＳＷ媒体に囲まれた一定のＳＷインデックスを含む材料の細片によって形成され得るＳＷ媒体である。この構造体は、実質的には三次元誘電体導波管と同等の二次元導波管である。光学的な観点から、ＳＷ導波管は、低インデックス媒体によって囲まれた高インデックス二次元光ファイバ送信ラインとみなされることがある。ＳＷ導波管の高インデックス領域及び低インデックス領域は、高誘電率材料及び低誘電率材料によって実現され得る。ＳＷ導波管の場合には、高インデックス領域及び低インデックス領域は、誘電体基板上でサイズ及び／又は形状が異なる金属パッチによって実現され得る。ＳＷ導波管は、人工インピーダンス表面アンテナ（ＡＩＳＡ）のような構造体への給電及びＳＷ散乱の制御のための二次元無線電源供給などの応用で、ＳＷ電力を送信するために使用可能である。しかしながら、現在のＳＷ導波管は電力を側面に漏出することがあり、放射パターンのグレーティングサイドローブを防ぐため、ＡＩＳＡアレイ素子は約１／λ（放射素子又はアンテナの波長）以上の間隔を空けなければならない。また、広い間隔を空けることによって、ＳＷ導波管の面に垂直な方向でのスキャン角、或いは導波管の面から測定したスキャン角を低減する。
【発明の概要】
【０００３】
一実施形態によれば、表面波（ＳＷ）導波管は、対向側端部及び一対の導電性側壁を含むベース導電性接地板を含み得る。１つの導電性側壁は、導電性接地板の各側端部から延在する。ＳＷ導波管はまた、ベース導電性接地板上及び導電性側壁の間に配置される誘電体材料を含む基板を含み得る。ＳＷ導波管は、基板上及び導電性側壁の間に配置されるインピーダンスシートを付加的に含み得る。インピーダンスシートは、電磁波を送信するための所定のインピーダンス特性を含み得る。
【０００４】
別の実施形態によれば、アンテナシステムは、電磁エネルギーを送受信するように構成される複数の放射素子を含み得る。各放射素子はＳＷ導波管を含んでもよい。ＳＷ導波管は、対向側端部及び一対の導電性側壁を含むベース導電性接地板を含み得る。１つの導電性側壁は、ベース導電性接地板の各側端部から延在する。ＳＷ導波管はまた、ベース導電性接地板上及び導電性側壁の間に配置される誘電体材料を含む基板を含み得る。ＳＷ導波管は、基板上及び導電性側壁の間に配置されるインピーダンスシートを付加的に含み得る。インピーダンスシートは、電磁波を送信するための所定のインピーダンス特性を備える。
【０００５】
更なる実施形態によれば、アンテナシステムの電子的なステアリングのための方法は、ＳＷ導波管に沿って電磁波を送信することを含み得る。ＳＷ導波管は、対向側端部及び一対の導電性側壁を含むベース導電性接地板を含み得る。１つの導電性側壁は、導電性接地板の各側端部から延在する。ＳＷ導波管はまた、ベース導電性接地板上及び導電性側壁の間に設置された誘電体材料を備える基板を含み得る。ＳＷ導波管は、基板上及び導電性側壁の間に配置されるインピーダンスシートを付加的に含み得る。インピーダンスシートは、電磁波を送信するための所定のインピーダンス特性を含み、また、インピーダンスシートは可変素子を含み得る。本方法はまた、アンテナシステムの面に垂直な方向の角度範囲にわたって、アンテナシステムによって生成される放射パターンのメイン放射ローブをスキャンするために可変素子を調整することを含み得る。
【０００６】
以下の実施形態の詳細な説明は添付の図面に言及しているが、それらの図面は本開示の具体的な実施形態を図示する。異なる構造及び操作を有する他の実施形態も、本開示の範囲から逸脱するものではない。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１Ａ】本開示の実施形態による、導電性側壁を含むＳＷ導波管電磁装置の実施例の斜視図である。
【図１Ｂ】図１Ａの例示的なＳＷ導波管の端面図である。
【図１Ｃ】本開示の実施形態による、変調または調整され得るインピーダンスシートを含む図１Ａの例示的なＳＷ導波管の上面図である。
【図２】本開示の実施形態による、導波管フィードセクションを含むＳＷ導波管アセンブリの実施例の斜視図である。
【図３Ａ】本開示の実施形態による、導波管フィードセクション及び導波管フィードセクションに一体化された同軸フィードコネクタを含む導波管アセンブリの実施例の斜視図である。
【図３Ｂ】図３Ａの例示的なＳＷ導波管の端面図である。
【図４Ａ】本開示の実施形態による、変調インピーダンスシート及び導電性側壁に形成されたビアを含むＳＷ導波管の実施例の上面図である。
【図４Ｂ】図４Ａの例示的なＳＷ導波管の側面図である。
【図５Ａ】本開示の実施形態による、導電性側壁及び中心導体を含むＳＷ導波管の実施例の斜視図である。
【図５Ｂ】図５Ａの例示的なＳＷ導波管の端面図である。
【図６】本開示の実施形態による、アンテナシステムの実施例の概略ブロック図である。
【図７】本開示の実施形態による、導電性側壁を有するＳＷ導波管を含むアンテナシステムの実施例の概略図である。
【図８】本開示の実施形態による、導電性側面を有する表面導波管を含むアンテナシステムの操作方法の実施例である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下の実施形態の詳細な説明は添付の図面を参照しているが、それらの図面は本開示の具体的な実施形態を図示している。異なる構造及び操作を有する他の実施形態も、本開示の範囲から逸脱するものではない。同様の参照番号は、別々の図面における同一の要素又はコンポーネントを表わす。
【０００９】
例示的な実施形態によれば、ＳＷ導波管は、導波管に沿って伝搬する表面波を明確に定義されたチャネル内に閉じ込める側壁を含む。ＳＷ導波管の側壁により、表面波出力が導波管の側面から漏出することはないまた、側壁により、ＳＷ導波管を側壁がないこれまでのＳＷ導波管よりも狭くすることができる。狭い導波管は、ＳＷ導波管人工インピーダンス表面アンテナ（ＡＩＳＡ）アレイとの併用が有利であるが、アンテナの放射パターンのグレーティングサイドローブを防ぐため、ＡＩＳＡアレイ素子は２分の１λ未満に間隔を詰めなければならない。ここでλはＡＩＳＡアレイの放射素子の波長である。狭いＳＷ  ＡＩＳＡからの放射パターンはアンテナのそれぞれの側に遠くまで延在するため、グレーティングサイドローブを防ぐＡＩＳＡアレイ内の狭いＳＷ導波管により、アンテナははるかに高いスキャン角までスキャンされ得る。
【００１０】
本明細書に記載の例示的な実施形態により、例えば、衛星通信アンテナ（ＳＡＴＣＯＭ）及び電子的に操作可能なＡＩＳＡである他のアンテナなど、アンテナの設計が可能になる。本ＡＩＳＡはサイドローブを有さず、２分の１λ未満に間隔を詰められない他のＡＩＳＡよりも高いスキャン角を含む。本明細書に記載の例示的なＳＷ導波管ＡＩＳＡの実施形態は、約２分の１λ未満の狭い幅で実現され得る。アンテナアレイ素子の間隔を２分の１λ以下にすることで、グレーティングサイドローブは除去される。間隔が小さくなるにつれて、ＳＷ導波管放射パターンはその幅方向に広くなる。これにより、ＳＷ導波管の放射表面を定義するＳＷ導波管軸又は平面に対して、高い角度までスキャンすることが可能になる。
【００１１】
図１Ａは、本開示の実施形態による、導電性側壁１０２及び１０４（図１Ｂ及び図１Ｃに最もわかりやすく示されている）を含むＳＷ導波管１００の実施例の斜視図である。図１Ｂは図１ＡのＳＷ導波管１００の端面図で、図１Ｃは、本開示の別の実施形態により変調又は調整され得るインピーダンスシート１０６の実施例を含む図１Ａの例示的なＳＷ導波管１００の上面図である。
【００１２】
ＳＷ導波管１００は、図１Ｂに最もわかりやすく示されているベース導電性接地板１０８を含み得る。ベース導電性接地板１０８は、対向側端部１１０及び１１２を含み得る。ベース導電性接地板１０８は、電気又は磁気エネルギーを伝導し得る任意の導電性材料であってもよい。導電性接地板１０８はまた、別の例示的な実施形態では、半導体材料であってもよい。導電性側壁１０２及び１０４の対は、導電性接地板１０８の各側端部１１０及び１１２から延在し得る。導電性側壁１０２及び１０４は、電気又は磁気エネルギーを伝導し得る任意の導電性材料であってもよい。導電性側壁１０２及び１０４は、別の例示的な実施形態では、半導体材料であってもよい。
【００１３】
基板１１４は、ベース導電性接地板１０８上及び導電性側壁１０２と１０４との間に配置されてもよい。基板１１４は、誘電体材料であってもよい。基板材料は、プリント回路基板製造業者によって使用されるような、任意のプラスチック、ガラス又は電子基板であってもよい。別の実施形態では、基板１１４は空芯を含んでもよく、或いは空芯によって置き換えられてもよい。基板１１４を置き換える空芯は、基板１１４内の無線周波数（ＲＦ）損失によって引き起こされるＳＷ伝搬損失を低減する。
【００１４】
インピーダンスシート１０６は、基板１１４上及び導電性側壁１０２と１０４との間に配置されてもよい。インピーダンスシート１０６は、電磁波を送信するための所定のインピーダンス特性を含み得る。インピーダンスシートを製造する１つの方法は、基板１１４の上面に、導電性パッチを印刷すること、及び／又は他の成分、例えば本明細書に記載されているように可変リアクタンス成分を形成することである。一実施形態では、インピーダンスシート１０６の所定のインピーダンス特性は、基板１１４の表面又はインピーダンスシート１０６の長さ及び幅にわたって一定のインピーダンスを有してもよい。別の実施形態では、インピーダンスシート１０６の所定のインピーダンス特性は、シート１０６にわたって、例えば、少なくともインピーダンスシート１０６の長さ又は最長の寸法に沿って変動してもよい。
【００１５】
本明細書により詳細に記載されているように、インピーダンスシート１０６は、インピーダンスシート１０６が変調されるのを可能にする放射素子及び可変素子など、異なる素子又はインピーダンス素子１０７によって形成されてもよい。ＡＩＳＡでは、インピーダンスシート１０６のインピーダンス又は素子１０７は、ＳＷ導波管１００に沿って伝搬する表面電磁波から放射を生成するように、周期的に変調されてもよい。インピーダンスシート１０６のインピーダンス素子１０７は固定されてもよく、インピーダンスシート１０６に組み込まれた可変リアクタンス素子に電圧を印加することによって可変であってもよい。背景となる実施例は、２０１４年６月３日出願の米国特許出願第１３／９３４，５５３号に見出されるが、これは本願と同一の譲受人に譲渡されている。
【００１６】
別の実施形態では、インピーダンスシート１０６は、図１Ｃに示したものと同様な、或いは本明細書の図４Ａを参照して説明される実施形態と同様な金属パッチ１１６のアレイを含み得る。図１Ｃに示した例示的な実施形態では、インピーダンスシート１０６は、所定の距離「Ｄ」で互いに隣接して配置される複数の金属パッチ１１６を含み得る。可変インピーダンス素子１１８又は可変リアクタンス素子は、隣接する金属パッチ１１６の間に電気的に接続され得る。可変インピーダンス素子１１８又は可変リアクタンス素子は、本明細書に記載の性能特性、例えばＡＩＳＡの放射パターンのメインローブ又はビームのステアリングなどをもたらすため、限定されるものではないが、バラクタ、液晶素子、硝酸バリウムストロンチムを含む可変材料素子、又はインピーダンスシート１０６を変調又は調整できる他の可変インピーダンス素子を含み得る。本明細書により詳細に説明されているように、可変インピーダンス素子１１８は、少なくとも１つの隣接する金属パッチ１１６に接続されている電圧によって、或いは可変インピーダンス素子１１８に結合されている電場又は磁場によって調整されるように構成され得る。金属パッチ１１６は均一であってもよく、同一の長さと幅の寸法を有してもよく、また、互いに均一な間隔で配置されてもよい。別の実施形態では、金属パッチ１１６は、望まれる性能特性に応じて、異なるサイズであってもよく、異なる形状を有してもよい。金属パッチ１１６又は放射素子はまた、互いに異なる間隔で配置されてもよい。例えば、金属パッチ１１６の間隔は、広い間隔から狭い間隔まで変化し得る。
【００１７】
側壁１０２及び１０４を含むＳＷ導波管１００は、側壁１０２と１０４との間のインピーダンスシート１０６によって定義される密閉経路又はＳＷチャネルに沿って、表面波１２０を誘導する。前述のように、側壁１０２及び１０４は、ＲＦ電力がインピーダンスシート１０６又はチャネルから漏出するのを防止する。表面波１２０は、様々な例示的な配置の１つによって励起され、外部ＲＦ送信ラインに結合され得る。また、図２、図３Ａ及び３Ｂを参照すると、これらの図は、導波管１００と同様なＳＷ導波管に表面波を結合して励起するための機構の実施例を示している。図２は、本開示の実施形態による、導波管フィードセクション２０２を含むＳＷ導波管アセンブリの実施例の斜視図である。図２のＳＷ導波管アセンブリ２００は、図１Ａ〜１ＣのＳＷ導波管１００と同様の導波管を含み得る。図２の例示的な実施形態では、ＳＷ導波管１００は導波管フィードセクション２０２で終わってもよい。導波管フィードセクション２０２は、図２に示すように矩形の導波管セクション２０２であってもよい。導波管フィードセクション２０２は、ＳＷ導波管１００の端部にぴったりと密着するように、ＳＷ導波管１００の端部の形状及びサイズに対応する形状及びサイズを有する第１端部２０４を含む。導波管フィードセクション２０２は、導電性上壁２０６と底壁２０８及び導電性側壁２１０と２１２によって形成され得る。導波管フィードセクション２０２の導電性上壁２０６は、インピーダンスシート１０６に対応し、密着又は結合し得る。導電性底壁２０８は、ベース導電性接地板１０８に対応し、密着又は結合し得る。導電性側壁２１０は、導波管１００の導電性側壁１０２に対応し、密着又は結合し、また、導波管フィードセクション２０２の導電性側壁２１２は、ＳＷ導波管１００の導電性側壁１１２に対応し、密着又は結合し得る。導波管開口部２１４は、ＳＷ導波管１００と整合する又は結合する導波管フィードセクション２０２の第１端部２０４から離れている対向端部、すなわち導波管フィードセクション２０２の第２端部２０２に位置する。第１端部２０４は導波管フィードセクション２０２のフィードを定義し、電磁波は導波管フィードセクション２０２からＳＷ導波管１００まで送信される。導波管フィードセクション２０２は、任意の数の配置では標準的な導波管フィードコンポーネントに結合されてもよい。例えば、導波管フィードセクション２０２の幅及び高さは、ＳＷ導波管１００の寸法から標準的な導波管セクションの寸法までテーパーされてもよい。
【００１８】
図３Ａは、本開示の実施形態による、導波管フィードセクション３０２及び導波管フィードセクション３０２に一体化された同軸コネクタ３０４を含むＳＷ導波管アセンブリ３００の実施例の斜視図である。図３Ｂは、図３Ａの例示的なＳＷ導波管アセンブリ３００の端面図である。図３ＡのＳＷ導波管アセンブリ３００は、図１Ａ〜１ＣのＳＷ導波管１００と同様の導波管を含み得る。図３Ａの例示的な実施形態では、ＳＷ導波管１００は導波管フィードセクション３０２で終わってもよい。導波管フィードセクション３０２は、図２の導波管フィードセクション２０２と同様であってもよい。しかしながら、導波管フィードセクション３０２は、開口部２１４ではなく導電性端部キャップ３０６で終わってもよい。同軸フィードコネクタ３０４は導波管フィードセクション３０２に一体化される。同軸コネクタ３０４の中心導体３０８は、同軸コネクタ３０４に接続された同軸送信ライン（図３Ａ及び３Ｂには図示せず）によって送信される電磁信号、或いは、本明細書に記載のようにＳＷ導波管１００の素子１０７によって受信される電磁信号に応答して、中心導体３０８によって抽出され得る表面波信号に応答して、ＳＷ導波管１００の表面波を励起するために使用される。図３Ａ及び３Ｂの例示的な実施形態では、同軸コネクタ３０４は導波管フィードセクション３０２の導電性底壁に入るように示されているが、同軸コネクタ３０４はまた、他の任意の壁を通って或いはエンドキャップ３０６を通って、導波管フィードセクション３０２に入ってもよい。
【００１９】
図４Ａは、本開示の実施形態による、導電性側壁４０５に形成される変調インピーダンスシート４０２及びビア４０４（図４Ｂに最もわかりやすく示されている）を含むＳＷ導波管４００の実施例の上面図である。他の例示的な実施形態は、変調インピーダンスシート４０２のみ、又はビア４０４のみを有し得る。図４Ｂは、図４ＡのＳＷ導波管４００の側面図である。ＳＷ導波管４００は、図１のインピーダンスシート１０６が基板１１４の上部に導電性パッチ４０６のアレイを含むインピーダンスシート４０２によって実現され得る点を除くと、図１のＳＷ導波管１００と同様であってもよい、図１の導電性側壁１０２及び１０４は、誘電体基板１１４を経由してベース導電性接地板１０８から、図４Ａに示すようにＳＷ導波管４００の各側面上で、対向端部又はビア４０４の上部を互いに接続し得る金属細片４０８まで、電気的に接続されている導電性ビア４０４によって置き換えられてもよい。ビア４０４を含むＳＷ導波管４００は、インピーダンスシート４０２を表わすパターン形成された金属によって置き換えられた上面導体を有する、基板一体型導波管（ＳＩＷ）を定義し得る。図４Ａ及び４Ｂの例示的な実施形態はまた、一体型同軸コネクタ３０４を有する導波管フィードセクション３０２と同様となり得る一体型同軸コネクタ４１２を含む導波管フィードセクション４１０で終わってもよい。導波管アセンブリ４００はまた、図２の導波管フィードセクション２０２と同等の導波管フィードセクション４１０で終わってもよく、或いは導波管アセンブリ４００内で表面波を伝搬するための他の何らかの機構で終わってもよい。導波管フィードセクション４１０はまた、底壁４１６と導波管フィードセクション４１０の上壁４１８との間を電気的につなぐ導電性ビア４１４（図４Ｂに最もよく示されている）を含んでもよい。
【００２０】
本明細書に記載されている例示的なＳＷ導波管に対するＳＷインピーダンス（ＺＳＷ）及び対応するＳＷインデックス（ｎＳＷ）は、ＳＷ導波管の幾何学的寸法、インピーダンスシート（Ｚｓｈｅｅｔ）のインピーダンス、及びｎＳＷに対して壁付きＳＷ導波管横共振法（ＴＲＭ）方程式（方程式１）を解くことによって得られる誘電体特性によって決定され得る。
0006559479.tif 000002
ここでｋ０は、表面波と同じ周波数を有する自由空間放射の波数である。Ｚ０、Ｚｓｕｂ及びＺｓｈｅｅｔはそれぞれ、自由空間、誘電体基板及びインピーダンスシートのインピーダンスである。ｎｓｕｂ及びｄはそれぞれ、誘電体基板の屈折率と厚みである。ｗはＳＷ導波管の幅である。インピーダンスシートが導電性パッチのアレイとして実現されると、Ｚｓｈｅｅｔはパッチの幾何形状及び基板特性から決定される。
【００２１】
図５Ａは、本開示の実施形態による、導電性側壁１０２及び１０４並びに中心導体５０６を含むＳＷ導波管５００の実施例の斜視図である。図５Ｂは、図５Ａの例示的なＳＷ導波管５００の端面図である。ＳＷ導波管５００は、誘電体基板１１４内に埋め込まれた中心導体５０６を含むことを除き、図１Ａ及び１ＢのＳＷ導波管１００と同様となり得る。中心導体５０６は、ＳＷ導波管５００のほぼ全長にわたり延在してもよく、或いは導波管５００の長さの一部だけに延在してもよい。中心導体５０６は、図５Ａ及び５Ｂの例示的な実施形態に示すように、ほぼ矩形の断面を有してもよい。他の実施形態では、中心導体５０６は、例えば、正方形、円形又は他の形状を有してもよい。中心導体５０６は、図５Ａ及び５Ｂに破線で示される同軸コネクタ５０８、又は別の好適な配置によって送り込まれてもよい。中心導体５０６を有するＳＷ導波管５００は低域遮断周波数を含まないため、中心導体５０６により、ＳＷ導波管５００は中心導体のない他の導波管よりも狭くすることができる。前述のように、導波管は約２分の１λ未満の間隔を空けて配置し得るため、狭いＳＷ導波管はＳＷ導波管ＡＩＳＡのアンテナアレイに対して有利である。隣接するＳＷ導波管はまた、ＡＩＳＡに共通の側壁を共有してもよい。
【００２２】
図６は、本開示の実施形態による、アンテナシステム６００の実施例の概略ブロック図である。アンテナシステム６００は、アンテナ６０２、電圧コントローラ６０４、位相調整器６０６、及び無線周波数モジュール６０８を含み得る。アンテナ６０２は、この例示的な実施例の人工インピーダンス表面アンテナ（ＡＩＳＡ）６１０であってもよい。
【００２３】
アンテナ６０２は、放射パターン６１２を送受信するように構成され得る。さらに、アンテナ６０２は、放射パターン６１２のメインローブのスキャン方向又は角度など、放射パターン６１２を電子的に制御するように構成されてもよい。アンテナ６０２が送信に使用されると、放射パターン６１２は、方向の関数として、アンテナ６０２から送信される無線波の強度となることがある。放射パターン６１２は、アンテナ６０２が送信に使用されるときには、送信パターンと称されることがある。アンテナ６０２が受信に使用されると、放射パターン６１２は、方向の関数として、無線波に対するアンテナ６０２の感度となることがある。放射パターン６１２は、アンテナ６０２が受信に使用されるときには、受信パターンと称されることがある。アンテナ６０２の送信パターンと受信パターンは同一になることがある。その結果、アンテナ６０２の送信パターンと受信パターンは、単に放射パターン６１２と称されることがある。
【００２４】
放射パターン６１２は、メインローブ６１６及び一又は複数のサイドローブを含み得る。メインローブ６１６は、アンテナ６０２が向けられている方向のローブとなり得る。アンテナ６０２が送信に使用されると、メインローブ６１６は、アンテナ６０２が最強の無線波を送信して無線周波数ビームを形成する方向に配置される。アンテナ６０２が送信に使用されると、メインローブ６１６はまた、放射パターン６１２のプライマリゲインローブと称されることもある。アンテナ６０２が受信に使用されると、メインローブ６１６は、アンテナ６０２が入射無線波に対して最も感度が高くなる方向に配置される。
【００２５】
この例示的な実施例では、アンテナ６０２は、所望の方向６１４で放射パターン６１２のメインローブ６１６を電子的にステアリングするように構成されている。放射パターン６１２のメインローブ６１６は、メインローブ６１６が方向付けられる位置でファイステアリング角６１８及びシータステアリング角６２０を制御することによって、電子的にステアリングされてもよい。ファイステアリング角６１８及びシータステアリング角６２０は球面座標である。アンテナ６０２がＸ−Ｙ平面内で操作されるとき、ファイステアリング角６１８は、Ｘ−Ｙ平面内のメインローブ６１６のＸ軸に対する角度となる。さらに、シータステアリング角６２０は、Ｘ−Ｙ平面に直交するＺ軸に対するメインローブ６１６の角度となる。
【００２６】
アンテナ６０２は、Ｘ−Ｙ平面内にある放射素子のアレイ６２２を有することによって、Ｘ−Ｙ平面内で動作してもよい。本明細書で使用されているように、アイテムの「アレイ」は、行及び／又は列に配置される一又は複数のアイテムを含み得る。この例示的な実施例では、放射素子のアレイ６２２は、単一の放射素子又は複数の放射素子となることがある。１つの例示的な実施例では、放射素子のアレイ６２２の各放射素子は、人工インピーダンス表面、表面波導波管構造体の形態を取り得る。ＳＷ導波管構造体は、導電性側壁を有する前述の構造体と同様であってもよい。
【００２７】
放射素子６２３は、放射素子のアレイ６２２の１つの放射素子の実施例であってもよい。放射素子６２３は、放射パターン６１２に寄与する放射を放出するように構成されてもよい。
【００２８】
図示されているように、放射素子６２３は、誘電体基板６２４を使用して実装されてもよい。放射素子６２３は、誘電体基板６２４上に形成される一又は複数の表面波チャネルを含み得る。例えば、放射素子６２３は表面波チャネル６２５を含んでもよい。表面波チャネル６２５は、誘電体基板６２４に沿って伝搬する表面波の経路、及び特に表面波チャネル６２５を制約するように構成されてもよい。表面波チャネル６２５は、図１Ａ〜１Ｃを参照して説明されている例示的なＳＷ導波管１００内で、誘電体基板１１４上及び２つの導電性側壁１０２と１０４との間に配置されるインピーダンスシート１０６などのインピーダンスシートによって定義され得る。
【００２９】
１つの例示的な実施例では、放射素子のアレイ６２２は、Ｘ軸に対してほぼ平行に位置決めされ、Ｙ軸に沿って間隔を空けて配置される。さらに、複数の表面波チャネルが誘電体基板上に形成されると、これらの表面波チャネルは、Ｘ軸に対してほぼ平行に形成され、Ｙ軸に沿って間隔を空けて配置される。
【００３０】
この例示的な実施例では、誘電体基板上に配置されるインピーダンス素子及び可変素子は、放射素子のアレイ６２２内の放射素子の各表面波チャネルを形成するために使用され得る。例えば、表面波チャネル６２５は、図１Ｃを参照して前述したものと同様の誘電体基板６２４の表面上に配置される、複数のインピーダンス素子６２６及び複数の可変素子６２８から成ってもよい。複数のインピーダンス素子６２６、複数の可変素子６２８、及び誘電体基板６２４は一体となって、インピーダンスシート又はＳＷチャネル６２５によって放射又は電磁信号が送信され、或いは同様に受信される人工インピーダンス表面を形成する。
【００３１】
複数のインピーダンス素子６２６の１つのインピーダンス素子は、幾つかの異なる方法で実装され得る。１つの例示的な実施例では、インピーダンス素子は共振素子として実装されてもよい。１つの例示的な実施例では、インピーダンス素子は導電性材料からなる素子として実装されてもよい。導電性材料は、例えば、限定するものではないが、金属材料であってもよい。実装によっては、インピーダンス素子は、金属細片、導電性塗装のパッチ、金属メッシュ材料、金属膜、金属基板の堆積、又は他の種類の導電性素子として、実装されてもよい。場合によっては、インピーダンス素子は、例えば、スプリットリング共振器（ＳＲＲ）、電界結合共振器（ＥＣＲ）、一又は複数のメタ材料からなる構造体、又は他の種類の構造体又は素子などの、共振構造体として実装されてもよい。
【００３２】
複数の可変素子６２８の各々は、放射素子６２３に沿って伝搬される一又は複数の表面波の角度を変えるように制御又は調整され得る素子であってもよい。この例示的な実施例では、複数の可変素子６２８の各々は、可変素子に印加される電圧に基づいて変動し得るキャパシタンスを有する素子であってもよい。
【００３３】
１つの例示的な実施例では、複数のインピーダンス素子６２６は、複数の金属細片６３２の形態を取ることがあり、複数の可変素子６２８は複数のバラクタ６３４の形態を取ることがある。複数のバラクタ６３４の各々は、印加される電圧に応じたキャパシタンスを有する半導体素子ダイオードであってもよい。
【００３４】
１つの例示的な実施例では、複数の金属細片６３２は、Ｘ軸に沿って延在する列に配置され得る。例えば、複数の金属細片１３２は、Ｘ軸に沿って誘電体基板６２４上に周期的に分配されてもよい。複数のバラクタ６３４は、誘電体基板６２４の表面上の複数の金属細片６３２に電気的に接続されてもよい。特に、複数のバラクタ６３４のうちの少なくとも１つのバラクタは、複数の金属細片６３２のうちの隣接する一対の金属細片の間に配置されてもよい。さらに、複数のバラクタ６３４は、各金属細片のすべてのバラクタ接続が同一の極性を有するように、整列されてもよい。
【００３５】
誘電体基板６２４、複数のインピーダンス素子６２６、及び複数の可変素子６２８は、表面波チャネル６２５、及び特に放射素子６２３について選択された設計構成６３６に関して構成され得る。実装によっては、放射素子のアレイ６２２の各放射素子は、同一又は異なる選択された設計構成を有し得る。
【００３６】
図示されているように、選択された設計構成６３６は、例えば、限定するものではないが、インピーダンス素子幅６３８、インピーダンス素子間隔６４０、可変素子間隔６４２及び基板厚み６４４などの幾つかの設計パラメータを含み得る。インピーダンス素子幅６３８は、複数のインピーダンス素子６２６のうちの１つのインピーダンス素子の幅であってもよい。インピーダンス素子幅６３８は、実装によっては、複数のインピーダンス素子６２６の各々に対して同一となる又は異なるように選択されてもよい。
【００３７】
インピーダンス素子間隔６４０は、Ｘ軸に関して、複数のインピーダンス素子６２６の間隔であってもよい。可変素子間隔６４２は、Ｘ軸に関して、複数の可変素子６２８の間隔であってもよい。さらに、基板厚み６４４は、特定の導波管が実装される誘電体基板６２４の厚みであってもよい。
【００３８】
選択された設計構成６３６内の異なるパラメータに対する値は、例えば、限定するものではないが、アンテナ６０２が動作するように構成される放射周波数に基づいて選択されてもよい。他の考慮すべき点として、例えば、アンテナ６０２に対する所望のインピーダンス変調がある。
【００３９】
複数のインピーダンス素子６２６は複数の可変素子６２８に電気的に接続され得るため、電圧は、複数のインピーダンス素子６２６に電圧を印加することによって、複数の可変素子６２８に印加されてもよい。特に、複数のインピーダンス素子６２６に、及びその結果として複数の可変素子６２８に印加される電圧は、複数の可変素子６２８のキャパシタンスを変えることがある。複数の可変素子６２８のキャパシタンスの変化は、次にアンテナ６０２の表面インピーダンスを変える。アンテナ６０２の表面インピーダンスの変化は、生成される放射パターン６１２を変える。
【００４０】
言い換えるならば、複数のインピーダンス素子６２６に印加される電圧を制御することによって、複数の可変素子６２８のキャパシタンスは変化し得る。複数の可変素子６２８のキャパシタンスを変えることによって、複数のインピーダンス素子６２６の間の容量結合及びインピーダンスを変化又は変調させることができる。複数のインピーダンス素子６２６の間の容量結合及びインピーダンスの変動又は変調は、アンテナ６０２のシータステアリング角６２０を変化させることができる。
【００４１】
電圧は、電圧コントローラ６０４を使用して、複数のインピーダンス素子６２６に印加されてもよい。電圧コントローラ６０４は、幾つかの電圧源６４６、幾つかの接地６４８、幾つかの電圧ライン６５０、及び／又は他の種類のコンポーネントを含み得る。場合によっては、電圧コントローラ６０４は電圧制御ネットワークと称されることがある。
【００４２】
幾つかの電圧源６４６のうちの１つの電圧源は、例えば、限定するものではないが、デジタル／アナログ変換器（ＤＡＣ）、可変電圧源、又は他の何らかの種類の電圧源の形態を取り得る。接地６４８は、複数のインピーダンス素子６２６の少なくとも一部を接地するために使用され得る。電圧ライン６５０は、各電圧源６４６及び／又は接地６４８から複数のインピーダンス素子６２６まで電圧を送るために使用され得る。
【００４３】
１つの例示的な実施例では、複数のインピーダンス素子６２６の各々は、幾つかの電圧源６４６のうちの１つから電圧を受け取ってもよい。別の例示的な実施例では、複数のインピーダンス素子６２６の一部は、幾つかの電圧ライン６５０の対応する部分を経由して、幾つかの電圧源６４６から電圧を受け取ってもよく、一方、複数のインピーダンス素子６２６の別の部分は、幾つかの電圧ライン６５０の対応する部分を経由して、幾つかの接地６４８の各々に電気的に接続されてもよい。
【００４４】
場合によっては、コントローラ６５１は、幾つかの電圧源６４６を制御するために使用され得る。コントローラ６５１は、実装によっては、アンテナシステム６００の一部であると、又はアンテナシステム６００から分離されているとみなされることがある。コントローラ６５１は、マイクロプロセッサ、集積回路、コンピュータ、中央処理装置、互いに通信する複数のコンピュータ、又は他の何らかの種類のコンピュータ又はプロセッサを使用して実装され得る。
【００４５】
放射素子のアレイ６２２に沿って伝搬される表面波６５２は、誘電体基板６２４上に配置される複数の表面波フィード６３０によって、幾つかの送信ライン６５６に結合され得る。複数の表面波フィード６３０のうちの１つの表面波フィードは、表面波を無線周波数信号に及び／又は無線周波数信号を表面波に変換することができる任意のデバイスであってもよい。１つの例示的な実施例では、複数の表面波フィード６３０のうちの１つの表面波フィードは、誘電体基板６２４上の放射素子のアレイ６２２の各導波管の端部に配置されている。前述のものと同様に、表面波フィード６３０は、それぞれ図２及び３Ａの導波管フィードセクション２０２及び３０２と同様の導波管フィードセクションであってもよい。
【００４６】
例えば、アンテナ６０２が受信ノードにあるとき、放射素子６２３に沿って伝搬する一又は複数の表面波は、複数の表面波フィード６３０の対応する表面波フィードで受信され、対応する無線周波数信号６５４に変換されてもよい。無線周波数信号６５４は、一又は複数の送信ライン６５６を介して、無線周波数モジュール６０８に送信され得る。無線周波数モジュール６０８は次いで受信器として機能し、無線周波数信号６５４を適切に処理し得る。
【００４７】
実装によっては、無線周波数モジュール６０８は、送信器、受信器、またはその２つの組み合わせとして機能し得る。幾つかの例示的な実施例では、無線周波数モジュール６０８は、送受信モジュール６５８又は送受信器と称されることがある。
【００４８】
場合によっては、無線周波数信号６５４は、無線周波数モジュール６０８へ送信される前に、位相調整器６０６を通過してもよい。位相調整器６０６は、任意の数の位相調整器、出力分配器、送信ライン、及び／又は無線周波数信号６５４の位相をシフトするように構成される他のコンポーネントを含み得る。場合によっては、位相調整器６０６は位相調整ネットワークと称されることがある。
【００４９】
アンテナ６０２が送信モードにあるとき、無線周波数信号６５４は送信ライン１５６を介して、無線周波数モジュール６０８からアンテナ６０２に送信され得る。特に、無線周波数信号６５４は、複数の表面波フィード６３０のうちの１つで受信され、次いで放射素子のアレイ６２２内の対応する導波管に沿って伝搬される一又は複数の表面波に変換されることがある。
【００５０】
この例示的な実施例では、複数の表面波フィード６３０間の相対的な位相差は、送受信される放射パターン６１２のファイステアリング角６１８を変更するように変換される。したがって、複数の表面波フィード６３０間の相対的な位相差を制御すること、及び放射素子のアレイ６２２の各導波管の可変素子に印加される電圧を制御することによって、ファイステアリング角６１８及びシータステアリング角６２０はそれぞれ制御され得る。言い換えるならば、アンテナ６０２は２次元で電子的にステアリングされ得る。ファイステアリング角は、アンテナ６０２の面に対応する平面内又はＸ−Ｙ座標平面内で、アンテナ６０２の放射パターンのメインビームの角方向を制御することとして定義され得る。シータステアリング角は、アンテナ６０２の面に垂直な方向又はＸ−Ｚ座標平面内で、放射パターンのメインビームの角方向を制御することとして定義され得る。
【００５１】
実装によっては、放射素子６２３は、直線偏光放射又は円偏光放射を放出するように構成されてもよい。直線偏光放射を放出するように構成されている場合には、放射素子６２３上の各表面波チャネルに対して使用される複数の金属細片は、複数の金属細片が分配されるＸ軸に対して同一の方向で角度設定されてもよい。典型的には、各放射素子６２３に対して、１つの表面波チャネルたけが必要となる。
【００５２】
しかしながら、放射素子６２３が円偏光放射を生成するように構成されている場合には、表面波チャネル６２５は第１の表面波チャネルであってもよく、また、第２の表面波チャネル６４５は放射素子６２３内に存在してもよい。表面波チャネル６２５及び第２の表面波チャネル６４５は、互いに位相が９０度ずれていてもよい。これら２つの結合された表面波チャネルからの放射間の相互作用は、円偏光放射の生成を可能にする。
【００５３】
表面波チャネル６２５を形成する複数のインピーダンス素子６２６は、表面波電界の偏光に対して、ある角度で偏光を放射する、第１の複数のインピーダンス素子であってもよい。第２の表面波チャネル６４５を形成する第２の複数のインピーダンス素子は、表面波チャネル６２５と比較して、約９０度の角オフセットで偏光を放射してもよい。
【００５４】
例えば、表面波チャネル６２５の第１の複数のインピーダンス素子内の各インピーダンス素子は、放射素子６２３のＸ軸に対して第１の角で角度設定される主角を備えたテンソルを有してもよい。さらに、第２の表面波チャネル６４５の第２の複数のインピーダンス素子内の各インピーダンス素子は、対応する放射素子のＸ軸に対して第２の角で角度設定されるテンソルインピーダンスを有してもよい。第１の角と第２の角との間の差は約９０度であってもよい。
【００５５】
第１の複数のインピーダンス素子間のキャパシタンスは、複数の可変素子６２８を使用して制御されてもよく、これは第１の複数の可変素子であってもよい。第２の複数のインピーダンス素子間のキャパシタンスは、第２の複数の可変素子を使用して制御されてもよい。
【００５６】
より具体的な実施例として、表面波チャネル６２５上の複数の金属細片６３２は、複数の金属細片６３２が分配されるＸ軸に対して約＋４５度で角度設定されてもよい。しかしながら、第２の表面波チャネル６４５に対して使用される複数の金属細片は、複数の金属細片６３２が分配されるＸ軸に対して約−４５度で角度設定されることもある。傾斜角のこの変動は、９０度の位相変位と結びつくと円偏光放射を生成し得る、別の直線偏光を生成する。
【００５７】
図１のアンテナシステム６００の図は、例示的な実施形態が実行される方法に対して、物理的な又は構造的な限定を示唆することを意図していない。図示したコンポーネントに加えてまたは代えて、他のコンポーネントが使用され得る。幾つかのコンポーネントは任意選択になることもある。また、ブロック図は、幾つかの機能的なコンポーネントを示すために提示されている。例示的な実施形態において実装される場合、一又は複数のこれらのブロックは結合、分割されること、又は異なるブロックに結合且つ分割されることがある。
【００５８】
例えば、他の例示的な実施例では、位相調整器６０６は、アンテナシステム６００に含まれていなくてもよい。その代わりに、送信ライン６５６は、複数の表面波フィード６３０を幾つかの出力分配器及び／又は他の種類のコンポーネントに結合するように、また、これらの異なるコンポーネントを無線周波数モジュール６０８に結合するように使用されてもよい。幾つかの実施例では、送信ライン６５６は、複数の表面波フィード６３０を無線周波数モジュール６０８に直接結合し得る。
【００５９】
幾つかの例示的な実施例では、複数の可変素子６２８のうちの１つの可変素子は、誘電体基板１２４に埋め込まれた可変材料のポケットとして実装され得る。本明細書で使用しているように、「可変材料」とは、変更され得る誘電率を有する任意の材料であってもよい。可変材料の誘電率は、例えば、可変材料が間に配置される２つのインピーダンス素子間のキャパシタンスを変えるために、変更され得る。可変材料は、例えば、限定するものではないが、液晶材料又はチタン酸バリウムストロンチウム（ＢＳＴ）などの、電圧可変材料又は任意の電気的可変材料であってもよい。
【００６０】
他の例示的な実施例では、複数の可変素子６２８のうちの１つの可変素子は、複数のインピーダンス素子６２６のうちの対応する１つのインピーダンス素子の一部であってもよい。例えば、可変素子を有する共振構造体が使用されてもよい。共振構造体は、例えば、限定するものではないが、スプリットリング共振器、電界結合共振器、又は他の種類の共振構造体であってもよい。
【００６１】
図７は、本開示の実施形態による、導電性側壁７０４を有するＳＷ導波管７０２ａ〜７０２ｎのアレイを含むアンテナシステム７００の実施例の概略図である。アンテナシステム７００は、図６のシステム６００に対して使用されてもよい。ＳＷ導波管７０２ａ〜７０２ｎのアレイはＡＩＳＡ７０６を形成し得る。ＳＷ導波管７０２ａ〜７０２ｎは、本明細書に記載の導電性側壁を有する任意のＳＷ導波管、或いは導電性側壁を含む他のＳＷ導波管アセンブリと同様であってもよい。したがって、ＳＷ導波管７０２ａ〜７０２ｎは、図１Ａ〜１Ｃを参照して説明されているＳＷ導波管１００、図２のＳＷ導波管２００、図３ＡのＳＷ導波管３００、図４Ａ〜４ＢのＳＷ導波管４００、図５Ａ〜５ＢのＳＷ導波管５００、或いは本明細書に記載されているものと同様な導電性側壁を含む他のＳＷ導波管と同様であってもよい。図７に示されているように、隣接するＳＷ導波管７０２ａ〜７０２ｎは、隣接するＳＷ導波管７０２ａ〜７０２ｎがＳＷ  ＡＩＳＡアレイ内で約２分の１λ未満の間隔を空けて配置されることを可能にする、共通の側壁７０４を共有してもよい。別の実施形態では、隣接するＳＷ導波管７０２ａ〜７０４ｎの側壁７０４は、共通の側壁を共有するのではなく、互いに当接することもある。
【００６２】
図７に示す例示的な実施形態では、ＳＷ導波管７０２ａ〜７０４ｎはそれぞれ、図１Ｃを参照して説明されているインピーダンスシート１０６と同様のインピーダンスシート７０８を含み得る。しかしながら、本明細書に記載のもの、或いは他の構成と同様な他のインピーダンスシートは、特定の性能及び所望の放射パターン特性に基づいて使用され得る。図７の例示的な実施例では、インピーダンスシート７０８は複数の金属パッチ７１０を含み得る。金属パッチ７１０はまた、放射素子と呼ばれることもある。金属パッチ７１０は、互いに一定の距離で間隔を空けて配置されてもよく、或いは、例えば広い間隔と狭い間隔が交互になるような、特定のパターンに従って配置されてもよい。金属パッチ７１０はまた、同一の幅であってもよく、或いは、例えば広い幅と狭い幅が交互になるような、異なる幅を有してもよい。少なくとも１つの可変素子７１２又は可変リアクタンス素子は、隣接する金属パッチ７１０の間に電気的に接続されてもよい。可変素子７１２又は可変リアクタンス素子の実施例は、必ずしも限定するものではないが、バラクタ、液晶素子、硝酸バリウムストロンチムを含む可変材料素子、或いは、ＳＷ  ＡＩＳＡ  ７０６の放射パターンのメインローブ又はビームのステアリングなど、本明細書に記載のある種の性能特性を提供するように、インピーダンスシート７０８を変調又は調整できる他の可変インピーダンス素子を含み得る。本明細書でより詳細に説明されているように、可変素子７１２は、隣接する金属パッチ７１０の少なくとも１つに接続される電圧によって、或いは可変素子７１２に結合される電界又は磁界によって調整されるように構成され得る。
【００６３】
アンテナシステム７００はまた、ＳＷ  ＡＩＳＡ  ７０６の操作及びステアリングの制御のために、可変素子７１２及び／又は金属パッチ７１０に印加される一又は複数の電圧を制御するように構成されるコントローラ７１４及び電圧コントローラ７１６を含み得る。コントローラ７１４は、図６を参照して説明されるコントローラ６５１と同様であってもよく、電圧コントローラ７１６は電圧コントローラ６０４と同様であってもよい。電圧コントローラ７１６は、デジタル／アナログ変換器７１８を含み得る。
【００６４】
アンテナシステム７００はまた、複数の送信ライン７２２及び位相調整器７２４によってＳＷ  ＡＩＳＡ  ７０６に結合され得る無線周波数（ＲＦ）送受信器７２０を含み得る。無線送受信器７２０は図６のＲＦモジュール６０８と同様であってもよく、また、位相調整器７２４は図６の位相調整器６０６と同様であってもよい。無線送受信機７２０は、送信ライン７２２及び図６の例示的な実施形態に関して説明されているものと同様な位相調整器７２４を介して、ＳＷ  ＡＩＳＡ  ７０６との間で電磁信号又はＲＦ信号を送受信し得る。
【００６５】
図８は、本開示の実施形態による、導電性側面を有するＳＷ導波管を含むアンテナシステムの操作方法８００の実施例である。方法８００は、図６のシステム６００又は図７のシステム７００によって具現化され、実施されてもよい。ブロック８０２では、電磁信号はＡＩＳＡアレイのＳＷ導波管に沿って送信されてもよい。ＳＷ導波管は、本明細書に記載されているものと同様な導電性側壁の間に配置される可変インピーダンスシートを含み得る。可変インピーダンスシートは、放射素子に関連付けられる複数の電磁放射素子及び可変素子を含み得る。
【００６６】
ブロック８０４では、放射パターンは、電磁信号に応答して、ＳＷ  ＡＩＳＡによって生成され得る。
【００６７】
ブロック８０６では、インピーダンスシートの可変素子は、アンテナの面に垂直な方向（シータ方向）の角度範囲にわたって放射パターンのメイン放射ローブをスキャン又はステアリングするように、電子的に調整され得る。制御電圧は、アンテナをスキャン又はステアリングするために各放射素子に関連付けられる可変素子に印加され得る。
【００６８】
ブロック８０８では、メインローブは、ＳＷ  ＡＩＳＡの複数のＳＷフィードの間の相対的な位相差を制御することによって、ＳＷ  ＡＩＳＡの面内（ファイ方向）で電子的にステアリングされ得る。
【００６９】
図面のフロー図及びブロック図は、本開示の様々な実施形態によるシステム、方法及びコンピュータプログラム製品の可能な実装態様のアーキテクチャ、機能性、及び操作を示すものである。その際、フロー図及びブロック図の各ブロックは、特定の一又は複数の論理機能を実装するための一又は複数の実行可能な命令を含むコードのモジュール、セグメント、又は部分を表わしうる。幾つかの代替的な実施態様では、ブロックに記載された機能は図面に記載された順序を逸脱して現われることがある。例えば、場合によっては、連続して示されている２つのブロックはほぼ同時に実行されてもよく、又は、含まれる機能によってはブロックは逆順に実行されてもよい。ブロック図及び／又はフロー図の各ブロック、並びにブロック図及び／又はフロー図のブロックの組み合わせは、特定機能又は作業を行う特殊用途のハードウェアベースのシステム、又は特殊用途のハードウェア及びコンピュータ命令の組み合わせによって実行可能である。
【００７０】
更に、本開示は下記の条項に従う実施形態を含む。
【００７１】
条項１：対向側端部を備えるベース導電性接地板；１つの導電性側壁が前記ベース導電性接地板の各側端部から延在する一対の導電性側壁；前記ベース導電性接地板上及び前記導電性側壁の間に配置される誘電体材料を備える基板；並びに、電磁波送信用に所定のインピーダンス特性を備え、前記基板上及び前記導電性側壁の間に配置されるインピーダンスシート、を備える表面波導波管。
【００７２】
条項２：前記誘電体材料は空芯を含む、条項１に記載の表面波導波管。
【００７３】
条項３：前記インピーダンスシートは金属パッチのアレイを含む、条項１に記載の表面波導波管。
【００７４】
条項４：前記インピーダンスシートは、所定の距離で互いに隣接するように配置される複数の金属パッチ、隣接する金属パッチをつなぐ可変インピーダンス素子を備える、条項１に記載の表面波導波管。
【００７５】
条項５：前記可変インピーダンス素子は、バラクタ、液晶素子、及び硝酸バリウムストロンチウムを含む可変材料素子のうちの１つを含む、条項４に記載の表面波導波管。
【００７６】
条項６：前記可変インピーダンス素子は、少なくとも１つの前記隣接する金属パッチに接続される電圧によって、或いは前記可変インピーダンス素子に結合される電場又は磁場によって調整されるように構成される、条項４に記載の表面波導波管。
【００７７】
条項７：各導電性側壁は、ベース導電性接地板と各隣接ビアを電気的に接続する導電性細片との間を電気的に接続する複数のビアを備える、条項１に記載の表面波導波管。
【００７８】
条項８：前記インピーダンスシートの前記所定のインピーダンス特性は、前記インピーダンスシートにわたって一定のインピーダンス特性を備える、条項１に記載の表面波導波管。
【００７９】
条項９：前記インピーダンスシートの前記所定のインピーダンス特性は、前記インピーダンスシートの長さに沿って、変化するインピーダンス特性を備える、条項１に記載の表面波導波管。
【００８０】
条項１０：前記表面波導波管の１つの端部に接続される表面波結合構造体を更に備え、前記表面波結合構造体は前記表面波導波管との間で電磁波を送受信するように構成される、条項１に記載の表面波導波管。
【００８１】
条項１１：前記表面波結合構造体は導波管開口部を備える、条項１０に記載の表面波導波管。
【００８２】
条項１２：前記表面波結合構造体は、前記表面波導波管との間で電磁波を送受信できる同軸ケーブルを受ける同軸コネクタを備える、条項１０に記載の表面波導波管。
【００８３】
条項１３：前記ベース導電性接地板と前記インピーダンスシートとの間に前記基板と共に配置される中心導体を更に備え、前記中心導体は前記表面波導波管の長さに沿って延在する、条項１に記載の表面波導波管。
【００８４】
条項１４：前記中心導体に電気的に結合される同軸コネクタを更に備え、前記同軸コネクタは、前記表面波導波管との間で電磁波を送受信するための同軸ケーブルを受けるように構成される、条項１３に記載の表面波導波管。
【００８５】
条項１５：電磁エネルギーを送受信するように構成される複数の放射素子を備えるアンテナシステムであって、前記放射素子の各々は表面波導波管を備え、前記表面波導波管は：対向側端部を含むベース導電性接地板と；１つの導電性側壁が前記ベース導電性接地板の各側端部から延在する一対の導電性側壁と；前記ベース導電性接地板上及び前記導電性側壁の間に配置される誘電体材料を備える基板と；前記基板上及び前記導電性側壁の間に配置されるインピーダンスシートであって、電磁波送信用に所定のインピーダンス特性を備えるインピーダンスシートと
を備える、アンテナシステム。
【００８６】
条項１６：前記インピーダンスシートの前記所定のインピーダンス特性は、インピーダンスシートの長さに沿って周期的に変動するインピーダンスを備える、条項１５に記載のアンテナシステム。
【００８７】
条項１７：互いに隣接して配置される２つ以上の表面波導波管を更に備える、条項１５に記載のアンテナシステム。
【００８８】
条項１８：前記隣接する表面波導波管は、共通の導電性側壁を共有する、条項１７に記載のアンテナシステム。
【００８９】
条項１９：前記インピーダンスシートは、前記アンテナシステムの面に垂直な方向の角度範囲にわたって、前記アンテナシステムによって生成される放射パターンのメイン放射ローブをスキャンするために調整可能な可変素子を備える、条項１５に記載のアンテナシステム。
【００９０】
条項２０：表面波導波管に沿って電磁波を送信することであって、前記表面波導波管は：対向側端部を含むベース導電性接地板と；１つの導電性側壁が前記ベース導電性接地板の各側端部から延在する一対の導電性側壁と；前記ベース導電性接地板上及び前記導電性側壁の間に配置される誘電体材料を備える基板と；電磁波送信用に所定のインピーダンス特性を備え、前記基板上及び前記導電性側壁の間に配置されるインピーダンスシートであって、可変素子を備えるインピーダンスシートとを備える、送信することと；前記アンテナシステムの面に垂直な方向の角度範囲にわたって、アンテナシステムによって生成される放射パターンのメイン放射ローブをスキャンするために前記可変素子を調整することとを含む、アンテナシステムを電気的にステアリングするための方法。
【００９１】
本明細書で用いられる用語は、特定の実施形態のみを説明するためのものであり、本発明の実施形態を限定することを意図していない。本明細書で使用されているように、単数形「一つの（ａ、ａｎ）」及び「その（ｔｈｅ）」は、文脈が明らかにそうでないことを示さない限りは、複数形も含むものとする。本明細書中で使用される場合の「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ、ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語は、説明されている特徴、整数値、ステップ、工程、要素、及び／又はコンポーネントの存在を特定するが、一又は複数の他の特徴、整数値、ステップ、工程、要素、及び／又はそのグループの存在又は追加を排除するものではないことをさらに理解されたい。
【００９２】
すべての手段又はステップの対応する構造、材料、作業、及び同等物と、下記の請求項の機能要素には、具体的に主張されるその他の請求項の要素と結合した機能を行うための任意の構造、材料、又は作業を含むことが意図されている。本発明の説明は、例示及び説明を目的として提示されているものであり、網羅的な説明であること、又は開示された形態に本発明を限定することを意図していない。当業者であれば、本発明の実施形態の範囲及び精神から逸脱することなく多数の修正及び変更を加えることが可能であることが理解されよう。実施形態は、本発明の実施形態の原理、実際の用途を最もよく説明するため、及び他の当業者に対し、様々な実施形態の開示と、考慮される特定の用途に適した様々な修正との理解を促すために選択及び記述されている。
【００９３】
本明細書では特定の実施形態を例示し説明しているが、当業者であれば、示された特定の実施形態は同じ目的を達成するように計画される任意の取り決めで代替し得ること、また、本発明の実施形態は他の環境で他の用途を有することが理解されよう。本出願は、本開示のいかなる改変例又は変形例にも及ぶものとする。下記の請求項は、本発明の実施形態の範囲を本明細書に記載の特定の実施形態に限定することを意図していない。
【符号の説明】
【００９４】
１００    表面波導波管
１０２、１０４    導電性側壁
１０６    インピーダンスシート
１０７    インピーダンス素子
１０８    ベース導電性接地板
１１０、１１２    対向側端部
１１４    基板
１１６    金属パッチ
１１８    可変インピーダンス素子
１２０    表面波
２００    表面波導波管アセンブリ
２０２    導波管フィードセクション
２０４    第１端部
２０６    導電性上壁
２０８    導電性底壁
２１０、２１２    導電性側壁
２１４    導波管開口部
３００    表面波導波管アセンブリ
３０２    導波管フィードセクション
３０４    同軸フィードコネクタ
３０６    導電性端部キャップ
３０８    中心導体
４００    表面波導波管
４０２    変調インピーダンスシート
４０４    バイアス
４０６    導電性パッチ
４０８    金属細片
４１０    導波管フィードセクション
４１２    一体型同軸コネクタ
４１６    底壁
４１８    上壁
５００    表面波導波管
５０６    中心導体
５０８    同軸コネクタ
６００    アンテナシステム
６０２    アンテナ
６０４    電圧コントローラ
６０６    位相調整器
６０８    無線周波数モジュール
６１０    人工インピーダンス表面アンテナ
６１２    放射パターン
６１４    所望の方向
６１６    メインローブ
６１８    ファイステアリング角
６２０    シータステアリング角
６２２    放射素子のアレイ
６２３    放射素子
６２４    誘電体基板
６２５    表面波チャネル
６２６    複数のインピーダンス素子
６２８    複数の可変素子
６３０    複数の表面波フィード
６３２    複数の金属細片
６３４    複数のバラクタ
６３６    選択された設計構成
６３８    インピーダンス素子幅
６４０    インピーダンス素子間隔
６４２    可変素子間隔
６４４    基板厚み
６４５    第２の表面波チャネル
６４６    幾つかの電圧源
６４８    幾つかの接地
６５０    幾つかの電圧ライン
６５１    コントローラ
６５２    表面波
６５４    無線周波数信号
６５６    幾つかの送信ライン
６５８    送受信モジュール
７００    アンテナシステム
７０２ａ、７０２ｂ、７０２ｎ−１、７０２ｎ    表面波導波管
７０６    表面波人工インピーダンス表面アンテナ
７０８    インピーダンスシート
７１０    金属パッチ
７１２    可変素子
７１４    コントローラ
７１６    電圧コントローラ
７１８    デジタル／アナログ変換器
７２０    無線周波数送受信器
７２２    複数の送信ライン
７２４    位相調整器
【図１Ａ】
0006559479.tif 000003
【図１Ｂ】
0006559479.tif 000004
【図１Ｃ】
0006559479.tif 000005
【図２】
0006559479.tif 000006
【図３Ａ】
0006559479.tif 000007
【図３Ｂ】
0006559479.tif 000008
【図４Ａ】
0006559479.tif 000009
【図４Ｂ】
0006559479.tif 000010
【図５Ａ】
0006559479.tif 000011
【図５Ｂ】
0006559479.tif 000012
【図６】
0006559479.tif 000013
【図７】
0006559479.tif 000014
【図８】
0006559479.tif 000015