(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の加算ノードと、
複数のアンテナ要素と、
複数の伝送ラインと、
を備え、
前記複数の伝送ラインのそれぞれは、前記第１の加算ノードを前記複数のアンテナ要素の対応する１つに接続し、
前記複数の伝送ラインのそれぞれは、前記第１の加算ノードと前記複数のアンテナ要素の前記対応する１つとの間に対応する固定伝送経路を生成するために、それらの間の対応する距離にわたる対応する固定物理長を有し、
前記複数の伝送ラインのそれぞれは、前記複数の伝送ラインのうちの対応する１つによって搬送される対応する信号を、周波数とは独立に時間遅延させる、対応するプログラム可能な可変の電気的長さを有する、
ビーム形成器。
【請求項２】
前記複数の伝送ラインのそれぞれは、前記複数の伝送ラインのうちの前記対応するものの前記対応する固定物理長に起因する対応する固定時間遅延を含む請求項１に記載のビーム形成器。
【請求項３】
前記ビーム形成器における最大のプログラム可能な可変電気的長さは、前記複数のアンテナ要素における第１のアンテナ要素と前記複数のアンテナ要素における第２のアンテナ要素との間の自由空間内で波面が移動する時間に相当する時間遅延を含み、前記第１のアンテナ要素は、前記第２のアンテナ要素から最も遠い隣り合うアンテナ要素である請求項１に記載のビーム形成器。
【請求項４】
前記第１の加算ノードの出力は、より高いレベルのビーム形成器の第２の加算ノードに結合される請求項１に記載のビーム形成器。
【請求項５】
前記複数の伝送ラインのそれぞれが対応するプログラム可能な可変インピーダンスレベルを有する請求項１に記載のビーム形成器。
【請求項６】
複数の第１レベルビーム形成器であって、該複数の第１レベルビーム形成器のそれぞれが、対応する第１の複数の伝送ラインであって、そのそれぞれが、対応する第１の固定伝送経路を形成するために対応する第１の距離にわたる対応する第１の固定物理長と、該複数の第１レベルビーム形成器のうちの対応する１つの該対応する第１の複数の伝送ラインの対応する１つによって搬送される対応する信号を、周波数とは独立に時間遅延させる、対応する第１のプログラム可能な可変電気的長さとを有する対応する第１の複数の伝送ラインを含む、複数の第１レベルビーム形成器と、
第２レベルビーム形成器であって、該第２レベルビーム形成器が、第２の複数の伝送ラインであって、そのそれぞれが、対応する第２の固定伝送経路を形成するために対応する第２の距離にわたる対応する第２の固定物理長と、該第２の複数の伝送ラインの対応する１つによって搬送される前記対応する信号を、周波数とは独立に時間遅延させる、対応する第２のプログラム可能な可変電気的長さとを有する第２の複数の伝送ラインを含む、第２レベルビーム形成器と、
を備え、
前記複数の第１レベルビーム形成器のそれぞれからの対応する出力は、前記第２の複数の伝送ラインのうちの対応する伝送ラインを介して前記第２レベルビーム形成器に結合されるアンテナアレイまたはサブアレイ。
【請求項７】
複数の異なるレベルのビーム形成器を更に備え、前記複数の異なるレベルのビーム形成器のうちの１つからの前記対応する出力は、前記複数の異なるレベルのビーム形成器のうちの前記１つよりも１レベル高いレベルの前記複数の異なるレベルのビーム形成器のうちのもう１つに、前記複数の異なるレベルのビーム形成器のうちの前記もう１つにおける対応する伝送ラインを介して、結合される請求項６に記載のアンテナアレイまたはサブアレイ。
【請求項８】
前記複数の異なるレベルのビーム形成器のそれぞれの内の信号は、前記複数の異なるレベルのビーム形成器の対応するレベル内で積算される請求項７に記載のアンテナアレイまたはサブアレイ。
【請求項９】
前記複数の第１レベルビーム形成器のそれぞれが対応する加算ノードと対応する複数のアンテナ要素とを含み、前記複数の第１レベルビーム形成器の前記対応する１つの前記対応する第１の複数の伝送ラインのそれぞれは、前記対応する加算ノードを前記対応する複数のアンテナ要素の対応するアンテナ要素に結合する請求項６に記載のアンテナアレイまたはサブアレイ。
【請求項１０】
前記第２レベルビーム形成器が加算ノードと前記複数の第１レベルビーム形成器とを含み、前記第２の複数の伝送ラインのそれぞれは、前記加算ノードを前記複数の第１レベルビーム形成器の前記対応する１つに結合する請求項６に記載のアンテナアレイまたはサブアレイ。
【請求項１１】
前記第２の複数の伝送ラインのそれぞれの対応する最大可変時間遅延は、前記複数の第１レベルビーム形成器のそれぞれの前記対応する第１の複数の伝送ラインのそれぞれの該対応する最大可変時間遅延の約２倍である請求項６に記載のアンテナアレイまたはサブアレイ。
【請求項１２】
前記第２の複数の伝送ラインのそれぞれの前記対応する最大可変時間遅延が連続する複数の個々の時間遅延を含み、これらの連続する複数の個々の時間遅延の合計は、前記複数の第１レベルビーム形成器のそれぞれの前記対応する第１の複数の伝送ラインのそれぞれの該対応する最大可変時間遅延の約２倍である請求項１１に記載のアンテナアレイまたはサブアレイ。
【請求項１３】
前記第２レベルビーム形成器対応するノード間の前記対応する第２の固定物理長は、前記複数の第１レベルビーム形成器のそれぞれの前記対応するノード間の前記対応する第１の固定物理長の約２倍である請求項６に記載のアンテナアレイまたはサブアレイ。
【請求項１４】
前記複数の第１レベルビーム形成器のそれぞれの前記対応する第１の複数の伝送ラインのそれぞれと前記第２の複数の伝送ラインのそれぞれとが単一の層内に配置される請求項６に記載のアンテナアレイまたはサブアレイ。
【請求項１５】
前記複数の第１レベルビーム形成器のそれぞれの前記対応する第１の複数の伝送ラインのそれぞれは、前記第２の複数の伝送ラインのそれぞれと交差することを未然に防ぐ請求項１４に記載のアンテナアレイまたはサブアレイ。
【請求項１６】
アンテナを形成するために１つ以上の他のアンテナアレイまたはサブアレイに結合される請求項６に記載のアンテナアレイまたはサブアレイ。
【請求項１７】
前記アンテナアレイまたはサブアレイにおける最大のプログラム可能な可変電気的長さは、前記アンテナアレイまたはサブアレイにおける第１のアンテナ要素と前記アンテナアレイまたはサブアレイにおける第２のアンテナ要素との間の自由空間内で波面が移動する時間に相当する時間遅延を含み、前記第１のアンテナ要素は、前記アンテナアレイまたはサブアレイにおいて前記第２のアンテナ要素から最も遠いアンテナ要素である請求項６に記載のアンテナアレイまたはサブアレイ。
【請求項１８】
複数の第１レベルビーム形成器であって、該複数の第１レベルビーム形成器のそれぞれが、対応する第１の複数の伝送ラインであって、そのそれぞれが、対応する第１の固定伝送経路を形成するために対応する第１の距離にわたる対応する第１の固定物理長と、該複数の第１レベルビーム形成器のうちの対応する１つの該対応する第１の複数の伝送ラインの対応する１つによって搬送される対応する信号を、周波数とは独立に時間遅延させる、対応する第１のプログラム可能な可変電気的長さとを有する対応する第１の複数の伝送ラインを含む、複数の第１レベルビーム形成器と、
第２レベルビーム形成器であって、該第２レベルビーム形成器が、第２の複数の伝送ラインであって、そのそれぞれが、対応する第２の固定伝送経路を形成するために対応する第２の距離にわたる対応する第２の固定物理長と、該第２の複数の伝送ラインの対応する１つによって搬送される前記対応する信号を、周波数とは独立に時間遅延させる、対応する第２のプログラム可能な可変電気的長さとを有する第２の複数の伝送ラインを含む、第２レベルビーム形成器と、
制御デバイスと、
を備え、
前記制御デバイスは、前記複数の第１レベルビーム形成器のそれぞれの第１レベルビーム形成器によって送信される或いは受信されるビームを時間遅延させるために前記複数の第１レベルビーム形成器のそれぞれの対応する第１の複数の伝送ラインのそれぞれの前記対応する第１のプログラム可能な可変電気的長さを制御して変え、
前記制御デバイスは、前記第２レベルビーム形成器によって送信される或いは受信される前記ビームを時間遅延させるために前記第２の複数の伝送ラインのそれぞれの前記対応する第２のプログラム可能な可変電気的長さを制御して変え、
前記複数の第１レベルビーム形成器のそれぞれからの対応する出力は、前記第２の複数の伝送ラインのうちの対応する伝送ラインを介して前記第２レベルビーム形成器に結合される、
アンテナ。
【請求項１９】
前記制御デバイスは、１つ以上のプログラマブルプロセッサと、持続性コンピュータ可読媒体に記憶される実行可能制御ソフトウェアとを含む請求項１８に記載のアンテナ。
【請求項２０】
前記制御デバイスが少なくとも１つの集積回路を含む請求項１８に記載のアンテナ。
【請求項２１】
前記第２の複数の伝送ラインのそれぞれの対応する最大可変時間遅延は、前記複数の第１レベルビーム形成器のそれぞれの前記対応する第１の複数の伝送ラインのそれぞれの該対応する最大可変時間遅延の約２倍である請求項１８に記載のアンテナ。
【請求項２２】
前記第２レベルビーム形成器の対応するノード間の前記対応する第２の固定物理長は、前記複数の第１レベルビーム形成器のそれぞれの前記対応するノード間の前記対応する第１の固定物理長の約２倍である請求項１８に記載のアンテナ。
【請求項２３】
前記複数の第１レベルビーム形成器のそれぞれの前記対応する第１の複数の伝送ラインのそれぞれと前記第２の複数の伝送ラインのそれぞれとが単一の層内に配置される請求項１８に記載のアンテナ。
【請求項２４】
前記複数の第１レベルビーム形成器のそれぞれの前記対応する第１の複数の伝送ラインのそれぞれは、前記第２の複数の伝送ラインのそれぞれと交差することを未然に防ぐ請求項２３に記載のアンテナ。
【請求項２５】
少なくとも１つの能動構成要素が、前記複数の第１レベルビーム形成器のうちの前記対応する１つの前記対応する第１の複数の伝送ラインの前記対応する１つによって形成される、前記対応する第１の固定伝送経路、または前記第２の複数の伝送ラインの前記対応する１つによって形成される、前記対応する第２の固定伝送経路内に含まれる請求項１８に記載のアンテナ。
【請求項２６】
前記複数の第１レベルビーム形成器のそれぞれの前記対応する第１の複数の伝送ラインのそれぞれによって生成される、前記対応する第１の固定伝送経路、及び前記第２の複数の伝送ラインのそれぞれによって生成される、前記対応する第２の伝送経路がその内部に能動構成要素を含まない請求項１８に記載のアンテナ。
【請求項２７】
複数の異なるレベルのビーム形成器を更に備え、前記複数の異なるレベルのビーム形成器のうちの１つからの前記対応する出力は、前記複数の異なるレベルのビーム形成器のうちの前記１つよりも１レベル高いレベルの前記複数の異なるレベルのビーム形成器のうちのもう１つに、前記複数の異なるレベルのビーム形成器のうちの前記もう１つにおける対応する伝送ラインを介して、結合される請求項１８に記載のアンテナ。
【請求項２８】
前記アンテナにおける最大のプログラム可能な可変電気的長さは、前記アンテナにおける第１のアンテナ要素と前記アンテナにおける第２のアンテナ要素との間の自由空間内で波面が移動する時間に相当する時間遅延を含み、前記第１のアンテナ要素は、前記アンテナにおいて前記第２のアンテナ要素から最も遠いアンテナ要素である請求項１８に記載のアンテナ。
【請求項２９】
前記複数の伝送ラインの少なくとも１つが、
誘電体と、
バイアスデバイスと、
を備え、
前記バイアスデバイスは、前記誘電体の両端に亘って配置されるとともに、前記誘電体の誘電率を変えるべく前記誘電体の両端間の電圧を変え、それにより、前記誘電体の時間遅延を変える、
請求項１に記載のビーム形成器。
【請求項３０】
前記誘電体が液晶デバイスを含む請求項２９に記載のビーム形成器。
【請求項３１】
前記バイアスデバイスがデジタル−アナログ変換器を含む請求項２９に記載のビーム形成器。
【請求項３２】
前記複数の伝送ラインの少なくとも１つがストリップ線路として実装される請求項２９に記載のビーム形成器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般にアンテナに関する。特に、本発明はアクティブ電子走査アレイ（「ＥＳＡ」）アンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
移相器は、幅広く知られ、形成され、および、使用される。例えば、多くの既知のＥＳＡアンテナは、フェーズドアレイを形成するためにプログラム可能な移相器を使用する。フェーズドアレイは多くの利点を与えるが、それらは様々な不都合も含む。
【０００３】
当該技術分野においては時間遅延が知られるが、位相遅延の代わりに時間遅延を使用するアレイアンテナを達成することは困難であった。したがって、フェーズアレイとは対照的に時限アレイを形成するためにプログラム可能な時間遅延を使用するＥＳＡアンテナの継続的必要性が引き続き存在する。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１】開示される実施形態に係る二次元ビーム形成器のブロック図である。
【図２】開示される実施形態に係る３レベルビーム形成器のブロック図である。
【図３】開示される実施形態に係るスイッチを使用する伝送ラインのブロック図である。
【図４】開示される実施形態に係る液晶デバイスとして実装される伝送ラインの断面図である。
【図５】開示される実施形態に係るシステムのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
この発明は、１つの実施形態を多くの異なる形態で受け入れる余地があるが、本開示が本発明の原理の例示と見なされるべきであるという理解の下で、本発明の特定の実施形態が図面に示されて本明細書中で詳しく説明される。本発明を特定の例示された実施形態に限定することは意図されない。
【０００６】
本明細書中に開示される実施形態は、時限アレイ（ｔｉｍｅｄ ａｒｒａｙｓ）を形成するために伝送ラインにおいてプログラム可能な時間遅延を使用するＥＳＡアンテナを含む。すなわち、本明細書中に開示される幾つかの実施形態では、プログラム可能な移相器とフェーズドアレイとが使用せずに、また、アンテナビーム方向を周波数に依存しないように維持できる。開示される実施形態に係るアンテナおよび／またはアレイはいずれも軽量で高い費用効果となり得る。
【０００７】
開示される実施形態によれば、プログラム可能な時間遅延は、固定物理長及び／またはプログラム可能な電気的長さとを有する伝送ラインとして実現され得る。すなわち、伝送ラインは、高周波（ＲＦ）信号を伝えることができるとともに、必要に応じて信号を時間遅延させることもできる。したがって、伝送ラインはプログラム可能な時間遅延を含むことができる。
【０００８】
幾つかの実施形態において、本明細書中に開示される伝送ラインは、高い挿入損失を軽減するために低雑音増幅器などの能動構成要素をＲＦ信号経路中に必要としない。しかしながら、幾つかの実施形態では、１つ以上の能動構成要素をＲＦ信号経路中に位置させることができる。
【０００９】
開示される実施形態に係るアンテナは、信号を送信するおよび／または受信することができる。したがって、開示される実施形態に係るアンテナは、送信されるおよび／または受信される信号を時間遅延させることができる。また、開示される実施形態に係るアンテナは、単一の信号ビームまたは複数の信号ビームを処理することができる。複数のビームを時間遅延させるときには、ビームを完全に或いは部分的に独立して処理できる。
【００１０】
開示される実施形態に係るアンテナは、１つ以上のアレイおよび／またはサブアレイから形成され得る。例えば、アレイまたはサブアレイは、アンテナを形成するために当業者により知られて望まれるように互いに結合され得る。また、開示される実施形態に係るアンテナ、アレイ、および／または、サブアレイは、当業者により知られて望まれるような任意のサイズまたは形状であってもよく、また、本明細書中に具体的に開示される実施形態によって限定されない。例えば、アレイまたはサブアレイは、リニアアレイまたはエリアアレイを含むことができる。
【００１１】
幾つかの実施形態において、アンテナアレイまたはサブアレイは、当業者により知られて望まれるように、伝送ラインのネスト化された組として実装され得るとともに、任意の数のネスト化された層を含むことができる。例えば、アレイは、１、２、３、または、Ｎ個の数のネスト化された層を含むことができ、また、アレイ中またはサブアレイ中の信号は、ネスト化された態様で、すなわち、それぞれのネスト化された層内で積算され得る。
【００１２】
受信実施形態において、アンテナ、アレイ、および／または、サブアレイは、自由空間内で移動する信号、例えば波面を受けることができる。しかしながら、例えば波面がアンテナ、アレイ、および／または、サブアレイに対して角度を成して配置される場合には、アンテナ、アレイ、および／または、サブアレイ内の第１の要素は、アンテナ、アレイまたは、サブアレイ内の第２の要素の前に波面を受けてもよい。信号を受信する際の遅延を考慮するべく、本明細書中に開示されるアンテナ、アレイ、および／または、サブアレイは、自由空間内で移動する波面の遅延に相当する時間遅延をもたらす複合効果を有することができる。例えば、開示される実施形態に係るアンテナ、アレイ、および／または、サブアレイは、０〜Δｔの時間遅延範囲をもたらすことができる。ここで、Δｔは、アンテナ、アレイ、および／または、サブアレイにおける受信要素間の自由空間内を波面が最長距離移動するのに要する時間に相当する。幾つかの実施形態では、もたらされ得る時間遅延範囲が連続的である。しかしながら、幾つかの実施形態では、もたらされ得る時間遅延範囲をデジタルで制御することができ、それにより、離散的な時間増分をもたらすことができる。
【００１３】
以上に基づき、図１は、開示される実施形態に係る典型的な二次元ビーム形成器１００のブロック図であり、また、図２は、開示される実施形態に係る典型的な３レベルビーム形成器２００のブロック図である。図１および図２に示されるアンテナ要素およびネスト化された層は正方形グリッド上にある。しかしながら、本明細書中に開示される実施形態がそのように限定されないことが理解されるべきである。例えば、開示される実施形態に係るアンテナ要素および／またはネスト化された層は、当業者によって知られて望まれるような任意の一様な或いは一様でないグリッド上に、例えば長方形または三角形のグリッド上に配置され得る。
【００１４】
図１に見られるように、伝送ラインは、加算ノードとそれぞれのアンテナ要素との間の距離に物理的にまたがって加算ノードとそれぞれのアンテナ要素とを接続することができる。例えば、アンテナ要素１１０−１，１１０−２，１１０−３，１１０−４は、それぞれの伝送ライン１３０−１，１３０−２，１３０−３，１３０−４によって加算ノード１２０に接続され得る。すなわち、伝送ライン１３０−１がアンテナ要素１１０−１を加算ノード１２０に接続することができ、伝送ライン１３０−２がアンテナ要素１１０−２を加算ノード１２０に接続することができ、伝送ライン１３０−３がアンテナ要素１１０−３を加算ノード１２０に接続することができ、および、伝送ライン１３０−４がアンテナ要素１１０−４を加算ノード１２０に接続することができる。
【００１５】
図１および図２は、各加算ノードに結合される４つの伝送ラインを示すが、本明細書中に開示される実施形態がそのように限定されないことが理解されるべきである。例えば、２、３、または、Ｎ本の伝送ラインを各加算ノードに結合することができ、また、加算ノードは、該加算ノードに結合される伝送ラインを介して受けられる信号を積算できる。
【００１６】
伝送ライン１３０−１，１３０−２，１３０−３，１３０−３，１３０−４のそれぞれの物理的長さは固定され得るが、伝送ライン１３０−１，１３０−２，１３０−３，１３０−４のそれぞれの電気的長さは、プログラム可能であり、変えることができる。したがって、伝送ライン１３０−１，１３０−２，１３０−３，１３０−４のそれぞれの電気的長さは、信号が自由空間内、例えば空気中または真空中で要素間を移動するのに要する時間にまたがる遅延時間の範囲を与えることができる。幾つかの実施形態において、最小遅延時間は、０にプログラムできる可変遅延時間を含むことができるが、それぞれの伝送ラインの物理的な経路長に起因する所定の遅延を依然として含むことができる。幾つかの実施形態において、最大遅延時間は、信号がアンテナ要素間の自由空間内で最長距離移動するのに要する時間を含むことができる。すなわち、最大遅延時間は、信号波面を受ける第１のアンテナ要素１１０−１と第１のアンテナ要素１１０−１から最大の距離を隔てて位置されるアンテナ要素１１０−３との間の自由空間内を信号が移動するのに要する時間を含むことができる。
【００１７】
図１に見られるように、アンテナ要素１１０−１，１１０−２，１１０−３，１１０−４は、例えば正方形グリッド上で互いから距離ｄを隔てて離間され得る。すなわち、アンテナ要素１１０−１とアンテナ要素１１０−２との間の距離をｄにすることができ、アンテナ要素１１０−２とアンテナ要素１１０−３との間の距離をｄにすることができ、アンテナ要素１１０−３とアンテナ要素１１０−４との間の距離をｄにすることができ、アンテナ要素１１０−４とアンテナ要素１１０−１との間の距離をｄにすることができる。したがって、アンテナ要素１１０−１とアンテナ要素１１０−３との間の対角距離をｄ√２にすることができるとともに、アンテナ要素１１０−２とアンテナ要素１１０−４との間の対角距離をｄ√２にすることができる。
【００１８】
以上にしたがって、隣り合う要素間の伝送経路を対角経路の長さ、すなわち、ｄ√２にすることができる。そのため、信号が自由空間内で隣り合う要素間を移動するのに要する時間はΔｔ＝（ｄ√２）／ｃとなり得る。ここで、ｃは約３×１０１０ｃｍ／秒であり、これは自由空間内の光の速度である。したがって、アンテナ要素１１０−１とアンテナ要素１１０−２との間の伝送経路の固定長をｄ√２、すなわち、伝送ライン１３０−１の固定長＋伝送ライン１３０−２の固定長にすることができる一方で、信号が伝送ライン１３０−１および伝送ライン１３０−２の可変電気的長さを移動するのに要し得る可変時間は０≦Δｔ≦（ｄ√２）／ｃとなり得る。同様に、アンテナ要素１１０−２とアンテナ要素１１０−３との間の伝送経路の固定長をｄ√２、すなわち、伝送ライン１３０−２の固定長＋伝送ライン１３０−３の固定長にすることができる一方で、信号が伝送ライン１３０−２および伝送ライン１３０−３の可変電気的長さを移動するのに要し得る可変時間は０≦Δｔ≦（ｄ√２）／ｃとなり得る。アンテナ要素１１０−３とアンテナ要素１１０−４との間の伝送経路の固定長をｄ√２、すなわち、伝送ライン１３０−３の固定長＋伝送ライン１３０−４の固定長にすることができる一方で、信号が伝送ライン１３０−３および伝送ライン１３０−４の可変電気的長さを移動するのに要し得る可変時間は０≦Δｔ≦（ｄ√２）／ｃとなり得る。アンテナ要素１１０−４とアンテナ要素１１０−１との間の伝送経路の固定長をｄ√２、すなわち、伝送ライン１３０−４の固定長＋伝送ライン１３０−１の固定長にすることができる一方で、信号が伝送ライン１３０−４および伝送ライン１３０−１の可変電気的長さを移動するのに要し得る可変時間は０≦Δｔ≦（ｄ√２）／ｃとなり得る。
【００１９】
図１に示されるビーム形成器１００は１つのレベルを含む。しかしながら、図１に示される１つのレベルを更なるレベル内にネスト化することができる。例えば、図２に見られるように、ビーム形成器２００は、プログラム可能遅延および加算の３つのレベルを含むことができる。
【００２０】
図２において、伝送ラインは、加算ノードとそれぞれのレベル１ビーム形成器との間の距離に物理的にまたがって加算ノードとそれぞれのレベル１ビーム形成器とを接続できる。例えば、レベル１ビーム形成器１００−１，１００−２，１００−３，１００−４は、それぞれの伝送ライン２２０−１，２２０−２，２２０−３，２２０−４によって加算ノード２１０−１に接続され得る。すなわち、伝送ライン２２０−１は、レベル１ビーム形成器１００−１の加算ノード１２０−１を加算ノード２１０−１に接続することができ、伝送ライン２２０−２は、レベル１ビーム形成器１００−２の加算ノード１２０−２を加算ノード２１０−１に接続することができ、伝送ライン２２０−３は、レベル１ビーム形成器１００−３の加算ノード１２０−３を加算ノード２１０−１に接続することができ、および、伝送ライン２２０−４は、レベル１ビーム形成器１００−４の加算ノード１２０−４を加算ノード２１０−１に接続することができる。
【００２１】
同様に、レベル１ビーム形成器１００−５，１００−６，１００−７，１００−８は、それぞれの伝送ライン２２０−５，２２０−６，２２０−７，２２０−８によって加算ノード２１０−２に接続され得る。すなわち、伝送ライン２２０−５は、レベル１ビーム形成器１００−５の加算ノード１２０−５を加算ノード２１０−２に接続することができ、伝送ライン２２０−６は、レベル１ビーム形成器１００−６の加算ノード１２０−６を加算ノード２１０−２に接続することができ、伝送ライン２２０−７は、レベル１ビーム形成器１００−７の加算ノード１２０−７を加算ノード２１０−２に接続することができ、および、伝送ライン２２０−８は、レベル１ビーム形成器１００−８の加算ノード１２０−８を加算ノード２１０−２に接続することができる。
【００２２】
また、レベル１ビーム形成器１００−９，１００−１０，１００−１１，１００−１２も、それぞれの伝送ライン２２０−９，２２０−１０，２２０−１１，２２０−１２によって加算ノード２１０−３に接続され得る。すなわち、伝送ライン２２０−９は、レベル１ビーム形成器１００−９の加算ノード１２０−９を加算ノード２１０−３に接続することができ、伝送ライン２２０−１０は、レベル１ビーム形成器１００−１０の加算ノード１２０−１０を加算ノード２１０−３に接続することができ、伝送ライン２２０−１１は、レベル１ビーム形成器１００−１１の加算ノード１２０−１１を加算ノード２１０−３に接続することができ、および、伝送ライン２２０−１２は、レベル１ビーム形成器１００−１２の加算ノード１２０−１２を加算ノード２１０−３に接続することができる。
【００２３】
最後に、レベル１ビーム形成器１００−１３，１００−１４，１００−１５，１００−１６は、それぞれの伝送ライン２２０−１３，２２０−１４，２２０−１５，２２０−１６によって加算ノード２１０−４に接続され得る。すなわち、伝送ライン２２０−１３は、レベル１ビーム形成器１００−１３の加算ノード１２０−１３を加算ノード２１０−４に接続することができ、伝送ライン２２０−１４は、レベル１ビーム形成器１００−１４の加算ノード１２０−１４を加算ノード２１０−４に接続することができ、伝送ライン２２０−１５は、レベル１ビーム形成器１００−１５の加算ノード１２０−１５を加算ノード２１０−４に接続することができ、および、伝送ライン２２０−１６は、レベル１ビーム形成器１００−１６の加算ノード１２０−１６を加算ノード２１０−４に接続することができる。
【００２４】
伝送ライン２２０−１，２２０−２，２２０−３，２２０−４，２２０−５，２２０−６，２２０−７，２２０−８，２２０−９，２２０−１０，２２０−１１，２２０−１２，２２０−１３，２２０−１４，２２０−１５，２２０−１６のそれぞれの物理的長さは固定され得るが、伝送ライン２２０−１，２２０−２，２２０−３，２２０−４，２２０−５，２２０−６，２２０−７，２２０−８，２２０−９，２２０−１０，２２０−１１，２２０−１２，２２０−１３，２２０−１４，２２０−１５，２２０−１６のそれぞれの電気的長さはプログラム可能であり、変えることができる。したがって、伝送ライン２２０−１，２２０−２，２２０−３，２２０−４，２２０−５，２２０−６，２２０−７，２２０−８，２２０−９，２２０−１０，２２０−１１，２２０−１２，２２０−１３，２２０−１４，２２０−１５，２２０−１６のそれぞれの電気的長さは、信号が自由空間内、例えば空気中または真空中で要素間を移動するのに要する時間にまたがる遅延時間の範囲を与えることができる。幾つかの実施形態において、最小遅延時間は、０にプログラムできる可変遅延時間を含むことができるが、伝送ラインの物理的な経路長に起因する所定の遅延を依然として含むことができる。幾つかの実施形態において、最大遅延時間は、信号がアンテナ要素間の自由空間内で最長距離移動するのに要する時間を含むことができる。すなわち、最大遅延時間は、ビーム形成器１００−１内のアンテナ要素１１０−１とビーム形成器１００−３内のアンテナ要素１１０−３との間の自由空間内を信号が移動するのに要する時間を含むことができる。
【００２５】
図２において、関連するレベル１ビーム形成器のそれぞれの中心点、すなわち、レベル１加算ノードは、正方形グリッド上で互いから距離λを隔てて離間され得る。すなわち、レベル１ビーム形成器１００−１とレベル１ビーム形成器１００−２との間の距離をλにすることができ、レベル１ビーム形成器１００−２とレベル１ビーム形成器１００−３との間の距離をλにすることができ、レベル１ビーム形成器１００−３とレベル１ビーム形成器１００−４との間の距離をλにすることができ、および、レベル１ビーム形成器１００−４とレベル１ビーム形成器１００−１との間の距離をλにすることができる。したがって、レベル１ビーム形成器１００−１とレベル１ビーム形成器１００−３との間の距離をλ√２にすることができるとともに、レベル１ビーム形成器１００−２とレベル１ビーム形成器１００−４との間の距離をλ√２にすることができる。
【００２６】
同様に、レベル１ビーム形成器１００−５とレベル１ビーム形成器１００−６との間の距離をλにすることができ、レベル１ビーム形成器１００−６とレベル１ビーム形成器１００−７との間の距離をλにすることができ、レベル１ビーム形成器１００−７とレベル１ビーム形成器１００−８との間の距離をλにすることができ、および、レベル１ビーム形成器１００−８とレベル１ビーム形成器１００−１との間の距離をλにすることができる。したがって、レベル１ビーム形成器１００−５とレベル１ビーム形成器１００−７との間の距離をλ√２にすることができるとともに、レベル１ビーム形成器１００−６とレベル１ビーム形成器１００−８との間の距離をλ√２にすることができる。
【００２７】
また、レベル１ビーム形成器１００−９とレベル１ビーム形成器１００−１０との間の距離をλにすることができ、レベル１ビーム形成器１００−１０とレベル１ビーム形成器１００−１１との間の距離をλにすることができ、レベル１ビーム形成器１００−１１とレベル１ビーム形成器１００−１２との間の距離をλにすることができ、および、レベル１ビーム形成器１００−１２とレベル１ビーム形成器１００−９との間の距離をλにすることができる。したがって、レベル１ビーム形成器１００−９とレベル１ビーム形成器１００−１１との間の距離をλ√２にすることができるとともに、レベル１ビーム形成器１００−１０とレベル１ビーム形成器１００−１２との間の距離をλ√２にすることができる。
【００２８】
最後に、レベル１ビーム形成器１００−１３とレベル１ビーム形成器１００−１４との間の距離をλにすることができ、レベル１ビーム形成器１００−１４とレベル１ビーム形成器１００−１５との間の距離をλにすることができ、レベル１ビーム形成器１００−１５とレベル１ビーム形成器１００−１６との間の距離をλにすることができ、および、レベル１ビーム形成器１００−１６とレベル１ビーム形成器１００−１３との間の距離をλにすることができる。したがって、レベル１ビーム形成器１００−１３とレベル１ビーム形成器１００−１５との間の距離をλ√２にすることができるとともに、レベル１ビーム形成器１００−１４とレベル１ビーム形成器１００−１６との間の距離をλ√２にすることができる。
【００２９】
以上にしたがって、関連する隣り合うレベル１ビーム形成器間の伝送経路を対角経路の長さ、すなわち、λ√２にすることができる。そのため、信号が自由空間内で隣り合う要素間を移動するのに要する時間はΔｔ＝（λ√２）／ｃとなり得る。ここで、ｃは約３×１０１０ｃｍ／秒であり、これは自由空間内の光の速度である。したがって、レベル１ビーム形成器１００−１とレベル１ビーム形成器１００−２との間の伝送経路の固定長をλ√２、すなわち、伝送ライン２２０−１の固定長＋伝送ライン２２０−２の固定長にすることができる一方で、信号が伝送ライン２２０−１および伝送ライン２２０−２の可変電気的長さを移動するのに要し得る可変時間は０≦Δｔ≦（λ√２）／ｃとなり得る。同様に、レベル１ビーム形成器１００−２とレベル１ビーム形成器１００−３との間の伝送経路の固定長をλ√２、すなわち、伝送ライン２２０−２の固定長＋伝送ライン２２０−３の固定長にすることができる一方で、信号が伝送ライン２２０−２および伝送ライン２２０−３の可変電気的長さを移動するのに要し得る可変時間は０≦Δｔ≦（λ√２）／ｃとなり得る。レベル１ビーム形成器１００−３とレベル１ビーム形成器１００−４との間の伝送経路の固定長をλ√２、すなわち、伝送ライン２２０−３の固定長＋伝送ライン２２０−４の固定長にすることができる一方で、信号が伝送ライン２２０−３および伝送ライン２２０−４の可変電気的長さを移動するのに要し得る可変時間は０≦Δｔ≦（λ√２）／ｃとなり得る。レベル１ビーム形成器１００−４とレベル１ビーム形成器１００−１との間の伝送経路の固定長をλ√２、すなわち、伝送ライン２２０−４の固定長＋伝送ライン２２０−１の固定長にすることができる一方で、信号が伝送ライン２２０−４および伝送ライン２２０−１の可変電気的長さを移動するのに要し得る可変時間は０≦Δｔ≦（λ√２）／ｃとなり得る。
【００３０】
同様に、レベル１ビーム形成器１００−５とレベル１ビーム形成器１００−６との間の伝送経路の固定長をλ√２、すなわち、伝送ライン２２０−５の固定長＋伝送ライン２２０−６の固定長にすることができる一方で、信号が伝送ライン２２０−５および伝送ライン２２０−６の可変電気的長さを移動するのに要し得る可変時間は０≦Δｔ≦（λ√２）／ｃとなり得る。レベル１ビーム形成器１００−６とレベル１ビーム形成器１００−７との間の伝送経路の固定長をλ√２、すなわち、伝送ライン２２０−６の固定長＋伝送ライン２２０−７の固定長にすることができる一方で、信号が伝送ライン２２０−６および伝送ライン２２０−７の可変電気的長さを移動するのに要し得る可変時間は０≦Δｔ≦（λ√２）／ｃとなり得る。また、レベル１ビーム形成器１００−７とレベル１ビーム形成器１００−８との間の伝送経路の固定長をλ√２、すなわち、伝送ライン２２０−７の固定長＋伝送ライン２２０−８の固定長にすることができる一方で、信号が伝送ライン２２０−７および伝送ライン２２０−８の可変電気的長さを移動するのに要し得る可変時間も０≦Δｔ≦（λ√２）／ｃとなり得る。レベル１ビーム形成器１００−８とレベル１ビーム形成器１００−５との間の伝送経路の固定長をλ√２、すなわち、伝送ライン２２０−８の固定長＋伝送ライン２２０−５の固定長にすることができる一方で、信号が伝送ライン２２０−８および伝送ライン２２０−５の可変電気的長さを移動するのに要し得る可変時間は０≦Δｔ≦（λ√２）／ｃとなり得る。
【００３１】
レベル１ビーム形成器１００−９とレベル１ビーム形成器１００−１０との間の伝送経路の固定長をλ√２、すなわち、伝送ライン２２０−９の固定長＋伝送ライン２２０−１０の固定長にすることができる一方で、信号が伝送ライン２２０−９および伝送ライン２２０−１０の可変電気的長さを移動するのに要し得る可変時間は０≦Δｔ≦（λ√２）／ｃとなり得る。同様に、レベル１ビーム形成器１００−１０とレベル１ビーム形成器１００−１１との間の伝送経路の固定長をλ√２、すなわち、伝送ライン２２０−１０の固定長＋伝送ライン２２０−１１の固定長にすることができる一方で、信号が伝送ライン２２０−１０および伝送ライン２２０−１１の可変電気的長さを移動するのに要し得る可変時間は０≦Δｔ≦（λ√２）／ｃとなり得る。また、レベル１ビーム形成器１００−１１とレベル１ビーム形成器１００−１２との間の伝送経路の固定長をλ√２、すなわち、伝送ライン２２０−１１の固定長＋伝送ライン２２０−１２の固定長にすることもできる一方で、信号が伝送ライン２２０−１１および伝送ライン２２０−１２の可変電気的長さを移動するのに要し得る可変時間も０≦Δｔ≦（λ√２）／ｃとなり得る。レベル１ビーム形成器１００−１２とレベル１ビーム形成器１００−９との間の伝送経路の固定長をλ√２、すなわち、伝送ライン２２０−１２の固定長＋伝送ライン２２０−９の固定長にすることができる一方で、信号が伝送ライン２２０−１２および伝送ライン２２０−９の可変電気的長さを移動するのに要し得る可変時間は０≦Δｔ≦（λ√２）／ｃとなり得る。
【００３２】
レベル１ビーム形成器１００−１３とレベル１ビーム形成器１００−１４との間の伝送経路の固定長をλ√２、すなわち、伝送ライン２２０−１３の固定長＋伝送ライン２２０−１４の固定長にすることができる一方で、信号が伝送ライン２２０−１３および伝送ライン２２０−１４の可変電気的長さを移動するのに要し得る可変時間は０≦Δｔ≦（λ√２）／ｃとなり得る。同様に、レベル１ビーム形成器１００−１４とレベル１ビーム形成器１００−１５との間の伝送経路の固定長をλ√２、すなわち、伝送ライン２２０−１４の固定長＋伝送ライン２２０−１５の固定長にすることができる一方で、信号が伝送ライン２２０−１４および伝送ライン２２０−１５の可変電気的長さを移動するのに要し得る可変時間は０≦Δｔ≦（λ√２）／ｃとなり得る。また、レベル１ビーム形成器１００−１５とレベル１ビーム形成器１００−１６との間の伝送経路の固定長をλ√２、すなわち、伝送ライン２２０−１５の固定長＋伝送ライン２２０−１６の固定長にすることもできる一方で、信号が伝送ライン２２０−１５および伝送ライン２２０−１６の可変電気的長さを移動するのに要し得る可変時間も０≦Δｔ≦（λ√２）／ｃとなり得る。レベル１ビーム形成器１００−１６とレベル１ビーム形成器１００−１３との間の伝送経路の固定長をλ√２、すなわち、伝送ライン２２０−１６の固定長＋伝送ライン２２０−１３の固定長にすることができる一方で、信号が伝送ライン２２０−１６および伝送ライン２２０−１３の可変電気的長さを移動するのに要し得る可変時間は０≦Δｔ≦（λ√２）／ｃとなり得る。
【００３３】
図２に見られるように、伝送ラインは、加算ノードとそれぞれのレベル２ビーム形成器との間の距離に物理的にまたがって加算ノードとそれぞれのレベル２ビーム形成器とを接続することもできる。例えば、レベル２ビーム形成器２３０−１，２３０−２，２３０−３，２３０−４は、それぞれの伝送ライン２５０−１，２５０−２，２５０−３，２５０−４によって加算ノード２４０に接続され得る。すなわち、伝送ライン２５０−１は、レベル２ビーム形成器２３０−１の加算ノード２１０−１を加算ノード２４０に接続することができ、伝送ライン２５０−２は、レベル２ビーム形成器２３０−２の加算ノード２１０−２を加算ノード２４０に接続することができ、伝送ライン２５０−３は、レベル２ビーム形成器２３０−３の加算ノード２１０−３を加算ノード２４０に接続することができ、伝送ライン２５０−４は、レベル２ビーム形成器２３０−４の加算ノード２１０−４を加算ノード２４０に接続することができる。
【００３４】
伝送ライン２５０−１，２５０−２，２５０−３，２５０−４のそれぞれの物理的長さは固定され得るが、伝送ライン２５０−１，２５０−２，２５０−３，２５０−４のそれぞれの電気的長さは、プログラム可能であり、変えることができる。したがって、伝送ライン２５０−１，２５０−２，２５０−３，２５０−４のそれぞれの電気的長さは、信号が自由空間内、例えば空気中または真空中で要素間を移動するのに要する時間にまたがる遅延時間の範囲を与えることができる。幾つかの実施形態において、最小遅延時間は、０にプログラムできる可変遅延時間を含むことができるが、伝送ラインの物理的な経路長に起因する所定の遅延を依然として含むことができる。幾つかの実施形態において、最大遅延時間は、信号がアンテナ要素間を最長距離移動するのに要する時間を含むことができる。すなわち、最大遅延時間は、ビーム形成器２３０−１のビーム形成器１１０−１内の第１のアンテナ要素１１０−１と第１のアンテナ要素１１０−１から最大距離隔てて位置されるビーム形成器２３０−３のビーム形成器１００−１１内のアンテナ要素１１０−３との間の自由空間内で信号が移動するのに要する時間を含むことができる。
【００３５】
図２において、各レベル２ビーム形成器の中心点、すなわち、レベル２加算ノードは、正方形グリッド上で互いから距離２λを隔てて離間され得る。すなわち、レベル２ビーム形成器２３０−１とレベル２ビーム形成器２３０−２との間の距離を２λにすることができ、レベル２ビーム形成器２３０−２とレベル２ビーム形成器２３０−３との間の距離を２λにすることができ、レベル２ビーム形成器２３０−３とレベル２ビーム形成器２３０−４との間の距離を２λにすることができ、および、レベル２ビーム形成器２３０−４とレベル２ビーム形成器２３０−１との間の距離を２λにすることができる。したがって、レベル２ビーム形成器２３０−１とレベル２ビーム形成器２３０−３との間の距離を２λ√２にすることができるとともに、レベル２ビーム形成器２３０−２とレベル２ビーム形成器２３０−４との間の距離を２λ√２にすることができる。
【００３６】
以上にしたがって、隣り合うレベル２ビーム形成器間の伝送経路を対角経路の長さ、すなわち、２λ√２にすることができる。そのため、信号が隣り合う要素間を移動するのに要する時間はΔｔ＝（λ√２）／ｃとなり得る。ここで、ｃは約３×１０１０ｃｍ／秒であり、これは自由空間内の光の速度である。したがって、レベル２ビーム形成器２３０−１とレベル２ビーム形成器２３０−２との間の伝送経路の固定長を２λ√２、すなわち、伝送ライン２５０−１の固定長＋伝送ライン２５０−２の固定長にすることができる一方で、信号が伝送ライン２５０−１および伝送ライン２５０−２の可変電気的長さを移動するのに要し得る可変時間は０≦Δｔ≦（２λ√２）／ｃとなり得る。同様に、レベル２ビーム形成器２３０−２とレベル２ビーム形成器２３０−３との間の伝送経路の固定長を２λ√２、すなわち、伝送ライン２５０−２の固定長＋伝送ライン２５０−３の固定長にすることができる一方で、信号が伝送ライン２５０−２および伝送ライン２５０−３の可変電気的長さを移動するのに要し得る可変時間は０≦Δｔ≦（２λ√２）／ｃとなり得る。また、レベル２ビーム形成器２３０−３とレベル２ビーム形成器２３０−４との間の伝送経路の固定長を２λ√２、すなわち、伝送ライン２５０−３の固定長＋伝送ライン２５０−４の固定長にすることもできる一方で、信号が伝送ライン２５０−３および伝送ライン２５０−４の可変電気的長さを移動するのに要し得る可変時間は０≦Δｔ≦（２λ√２）／ｃとなり得る。レベル２ビーム形成器２３０−４とレベル２ビーム形成器２３０−１との間の伝送経路の固定長を２λ√２、すなわち、伝送ライン２５０−４の固定長＋伝送ライン２５０−１の固定長にすることができる一方で、信号が伝送ライン２５０−４および伝送ライン２５０−１の可変電気的長さを移動するのに要し得る可変時間は０≦Δｔ≦（２λ√２）／ｃとなり得る。
【００３７】
図２に見られるように、それぞれの高レベルでは、最大可変遅延が倍になり得る。また、高レベルビーム形成器の最大可変遅延は、高レベルビーム形成器伝送ラインにおける遅延と組み合わされる低レベルビーム形成器の最大可変遅延を含むことができる。図２に見られるように、アンテナ要素を互いからλ／２である距離ｄを隔てて離間させることができ、レベル１ビーム形成器を互いから距離λを隔てて離間させることができ、および、レベル２ビーム形成器を互いから距離２λを隔てて離間させることができる。幾つかの実施形態では、可変時間遅延が連続する複数の個々の時間遅延を含むことができる。例えば、レベル２ビーム形成器の伝送ラインにおける最大可変時間遅延が連続する複数の個々の時間遅延を含むことができる場合、連続する個々の時間遅延のそれぞれの合計は、依然として、レベル１ビーム形成器におけるレベル１伝送ラインの最大可変時間遅延のほぼ倍となり得る。
【００３８】
また、図２に見られるように、それぞれの高レベルでは、ノード間の物理的な経路長、すなわち、アンテナ要素と加算ノードとの間の物理的な経路長も倍になり得る。例えば、隣り合うアンテナ要素間の伝送経路をλ／√２であるｄ√２にすることができ、隣り合うレベル１ビーム形成器間の伝送経路をλ√２にすることができ、および、隣り合うレベル２ビーム形成器間の伝送経路を２λ√２にすることができる。
【００３９】
また、図２に見られるように、それぞれの高レベルにおいて、伝送ラインが配置される面積は４倍となり得る。例えば、要素をそれぞれの加算ノードに接続する伝送ラインは、λである２ｄの値をとる領域内にあり得る、レベル１ビーム形成器をそれぞれの加算ノードに接続する伝送ラインは、４λの値をとる領域内にあり得る、および、レベル２ビーム形成器をそれぞれの加算ノードに接続する伝送ラインは、１６λの値をとる領域内にあり得る。
【００４０】
開示される実施形態によれば、ネスト化された伝送ラインのレベル間のスケーリングは、伝送ラインの単一の層内で複数のレベルを経路付ける機会を与えることができ、したがって、コンパクトで平面的なアレイを形成できる。例えば、ネスト化された伝送ラインが開示される実施形態にしたがってスケーリングされる場合には、伝送ラインの単一の層内で、その層内の伝送ラインのいずれかがその層内の他の伝送ラインと交わることなく、複数のネストレベルを経路付けることができる。開示される実施形態によれば、適宜大きいアレイまたはサブアレイを形成するために更なる層が更なる伝送ラインおよび加算ノードをサポートできる。
【００４１】
図２に示されるビーム形成器２００が単なる典型例にすぎないことが理解されるべきである。例えば、開示される実施形態に係るビーム形成器は、３つよりも多い或いは少ないレベルを含むことができる。実際に、開示される実施形態に係るビーム形成器は、当業者によって知られて望まれるほどの数のレベルを含むことができる。
【００４２】
また、図２に示されるレベル１ビーム形成器１００−１，１００−２，１００−３，１００−４，１００−５，１００−６，１００−７，１００−８，１００−９，１００−１０，１００−１１，１００−１２，１００−１３，１００−１４，１００−１５，１００−１６およびレベル２ビーム形成器２３０−１，２３０−２，２３０−３，２３０−４の破線が単なる例示であることも理解されるべきである。すなわち、破線は、必ずしもハウジングなどの任意のタイプの境界を示すものではない。むしろ、破線は、それぞれの参照されたビーム形成器に含まれる要素を示そうとするものである。
【００４３】
開示される実施形態に係る伝送ライン、例えば図１および図２に示される伝送ラインは、可変時間遅延伝送ラインを含むことができる。例えば、幾つかの実施形態において、伝送ラインは、様々な固定長の伝送ライン間で信号経路を経路付けるためのスイッチを含むことができる。
【００４４】
図３は、開示される実施形態に係るスイッチを使用する伝送ライン３００のブロック図である。図３に見られるように、伝送ライン３００は、例えば、３つの固定ステージまたは固定経路３１０−１，３１０−２，３１０−３、３つのスイッチングステージ３２０−１，３２０−２，３２０−３、および、３つのスイッチ３３０−１，３３０−２，３３０−３を含むことができる。言うまでもなく、図３に示される伝送ライン３００は単なる典型例であり、また、当業者によって知られて望まれるように、開示される実施形態に係る伝送ラインは、任意の数のスイッチおよびステージ、すなわち、固定ステージおよびスイッチングステージを含むことができる。
【００４５】
固定経路３１０−１，３１０−２，３１０−３のそれぞれの遅延時間はＴＬとなり得る。しかしながら、各スイッチングステージ３２０−１，３２０−２，３２０−３は２つの別個の経路を含むことができ、各経路が異なる遅延時間を有する。例えば、ステージ３２０−１は経路３２２−１と経路３２４−１とを含むことができる。経路３２２−１はＴＰの時間遅延を有することができ、また、経路３２４−１は、ＴＰ＋Δｔの時間遅延または０〜Δｔのプログラム可能な遅延範囲を有することができる。同様に、ステージ３２０−２は経路３２２−２と経路３２４−２とを含むことができる。経路３２２−２はＴＰの時間遅延を有することができ、また、経路３２４−２は、ＴＰ＋２Δｔの時間遅延または０〜２Δｔのプログラム可能な遅延範囲を有することができる。ステージ３２０−３は経路３２２−３と経路３２４−３とを含むことができる。経路３２２−３はＴＰの時間遅延を有することができ、また、経路３２４−３は、ＴＰ＋４Δｔの時間遅延または０〜４Δｔのプログラム可能な遅延範囲を有することができる。
【００４６】
第１のスイッチングステージ３２０−１において、スイッチ３３０−１は、伝送ライン３００を横切る信号を経路３２２−１または経路３２４−１のいずれかを通じて経路付けるように反転できる。同様に、第２のスイッチングステージ３２０−２において、スイッチ３３０−２は、伝送ライン３００を横切る信号を経路３２２−２または経路３２４−２のいずれかを通じて経路付けるように反転できる。第３のスイッチングステージ３２０−３において、スイッチ３３０−３は、伝送ライン３００を横切る信号を経路３２２−３または経路３２４−３のいずれかを通じて経路付けるように反転できる。したがって、伝送ライン３００における全体の遅延時間は、スイッチ３３０−１，３３０−２，３３０−２と、伝送ライン３００を横切る信号がそれに沿って移動する経路３２２−１または３２４−１，３２２−２または３２４−２，３２２−３または３２４−３とに依存し得る。すなわち、伝送ライン３００における全体の遅延時間ＴはＴ＝３ＴＰ＋３ＴＬ＋（０：７Δｔ）となり得る。幾つかの実施形態では、可変時間遅延がΔｔの離散的な時間増分で実行され得る。
【００４７】
開示される実施形態に係る伝送ラインの実施形態が図３に示されるものに限定されないことが理解されるべきである。例えば、開示される実施形態に係る伝送ラインを図４に示される実施形態と共に実施することができる。
【００４８】
図４に見られるように、開示される実施形態に係るプログラム可能な可変の時間遅延伝送ラインは、信号が伝搬して通る媒体の誘電率を変えることによって実施され得る。幾つかの実施形態において、伝送ラインの異なるステージは、それぞれの異なる誘電率を含むことができる。幾つかの実施形態において、誘電率は、信号が伝搬して通る媒体、例えば圧電材料または液晶デバイス（「ＬＣＤ」）の両端間の電位を変えることによって伝送ラインの異なるステージで変えられ得る。例えば、誘電率は、例えば５Ｖの適度な範囲のバイアス電圧にわたってＬＣＤ両端間の電位を変えることによってＬＣＤにおいて変えられ得る。
【００４９】
図４は、開示される実施形態に係る液晶デバイスとして実装される伝送ライン４００の断面図である。ＬＣＤの誘電率は、ＬＣＤ両端間の電位を変えることによって変更され得る。
【００５０】
例えば、伝送ライン４００は、ＬＣＤ誘電体４１０と、ＬＣＤ誘電体４１０にバイアスをかけるためのバイアスデバイス、例えば３ビットデジタル−アナログ変換器（「ＤＡＣ」）４２０とを含むことができる。図４に示されるＤＡＣ４２０は３ビット分解能を含むが、開示される実施形態に係るＤＡＣが当業者により知られて望まれるような任意の分解能を含むことができることが理解されるべきである。
【００５１】
伝送ライン４００はＴｍｉｎの最小時間遅延を有することができる。しかしながら、ＤＡＣ４２０の選択される設定に応じて、ＤＡＣ４２０は、ＬＣＤ誘電体４１０の誘電率を変えることができるとともに、伝送ライン４００においてΔｔ、２Δｔ、および／または、４Δｔの更なる遅延をもたらすことができる。したがって、伝送ライン４００における全体の時間遅延ＴはＴ＝Ｔｍｉｎ＋（０：７Δｔ）となり得る。幾つかの実施形態において、可変時間遅延は、連続的でありおよび／またはアナログであるとともに、際限なく変化できてもよいが、幾つかの実施形態では、時間遅延をΔｔのステップで実行できる。
【００５２】
幾つかの実施形態において、本明細書中に開示される伝送ラインは、当業者により知られて望まれるようなストリップ線路、導波管、または、任意の他の埋め込み構造デバイスとして実装され得る。
【００５３】
開示される実施形態によれば、ＥＳＡアンテナは、時限アレイを形成するためにプログラム可能な時間遅延を使用できる。幾つかの実施形態において、時限アレイは、図示されて本明細書中に記載される伝送ライン、例えば図３に示されるような異なるステージにスイッチを有する伝送ライン３００、および／または、図４に示されるようなＬＣＤベースの伝送ライン４００を含むことができる。
【００５４】
図示されて本明細書中に記載される任意の全てのアレイアンテナ、時限アレイ、サブアレイ、および／または、伝送ラインは、図５に示されるシステム５００と共に実施され得る。例えば、システム５００は、制御回路５１０と、１つ以上のプログラマブルプロセッサ５２０と、ランダムアクセスメモリ（「ＲＡＭ」）またはフラッシュメモリなどの半導体メモリを含むがこれに限定されない一時的または持続性コンピュータ可読媒体に記憶される実行可能制御ソフトウェア５３０とを含むことができる。幾つかの実施形態において、実行可能制御ソフトウェア５３０は、伝送ラインの電気的長さを変えるためのステップを実行できる。
【００５５】
これに加えて或いは代えて、図示されて本明細書中に記載される任意の全てのアレイアンテナ、時限アレイ、サブアレイ、および／または、伝送ラインの制御は、集積回路（「ＩＣ」）と共に実施され得る。例えば、図示されて本明細書中に記載されるアンテナ要素とビーム形成器とを含む層とは別個のアンテナまたはアレイ層に或いはその内部に１つ以上の集積回路を埋め込むことができる。幾つかの実施形態において、ＩＣは、例えば時間遅延を引き起こすように電圧を制御することにより、伝送ラインの電気的長さを変えるためのステップを実行できる。
【００５６】
遅延について図示して本明細書中で説明してきたが、本明細書中に開示される実施形態の原理がプログラム可能な可変インピーダンスにも適用され得ることが理解されるべきである。例えば、伝送ラインがプログラム可能な時間遅延を含むときには、インピーダンス不適合が生じる場合がある。したがって、本明細書中に開示される実施形態は、可変のプログラム可能なインピーダンスを伝送ライン内に含むことができ、また、それに応じてビーム形成器内の伝送ラインのインピーダンスを適合させることができる。
【００５７】
以上、幾つかの実施形態を詳しく説明してきたが、他の改変が想定し得る。例えば、前述した論理の流れは、所望の結果を得るために、前述した特定の順序または連続的順序を必要としない。他のステップが設けられてもよく、或いは、前述した流れからステップが排除されてもよく、また、他の構成要素が前述したシステムに加えられてもよく、或いは、他の構成要素が前述したシステムから除去されてもよい。他の実施形態が本発明の範囲内に入る場合がある。
【００５８】
以上から、本発明の思想および範囲から逸脱することなく多数の変形および改変を成すことができるのが分かる。本明細書中に記載される特定のシステムまたは方法に関する限定が意図されない或いは推測されるべきでないことが理解されるべきである。無論、本発明の思想および範囲内に入るそのような全ての改変を網羅することが意図される。
【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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