【手続補正書】
【提出日】平成20年7月30日(2008.7.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】    明細書
【発明の名称】    高インピーダンス表面に関する方法および装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）  高インピーダンス表面を用意する工程と、
（ｂ）  前記表面上にダイポール要素のアレイを配置する工程と、
（ｃ）  その後、前記アレイにおける前記ダイポール要素の内少なくとも選定した要素の長さを調節して、前記ダイポール要素のうち少なくとも選定した要素の長さの共振周波数を変える工程と、
から成る方法。
【請求項２】  請求項１の方法において、高インピーダンス表面が、複数バンド高インピーダンス表面であることを特徴とする方法。
【請求項３】  請求項１の方法において、前記ダイポール要素の内少なくとも選定した要素の長さを調節する工程が、
（ａ）  前記ダイポール要素を複数のセグメントに分割し、各セグメントが、スイッチによって次のセグメントに接続あるいはそこから切断するようにする工程と、
（ｂ）  前記スイッチを作動させて前記ダイポール要素の選択されたものの長さを変化させる工程と、
から成ることを特徴とする方法。
【請求項４】  請求項３の方法において、高インピーダンス表面は、複数バンド高インピーダンス表面であり、および／または、
前記スイッチが、ＭＥＭＳスイッチであり、および／または、
前記高インピーダンス表面が、複数バンド高インピーダンス表面であり、および／または、
前記方法が複数周波数バンドで作動するようにアンテナ・アレイを再構成するためのものであり、および／または、
前記方法がアンテナ・アレイによって反射した無線周波数波の向きを変えるものであり、および／または、
前記方法がファーフィールドにビームを形成するためのものであることを特徴とする方法。
【請求項５】  請求項１の方法が、さらに、絶縁層を高インピーダンス表面の一側に適用する工程を包含し、および／または、
前記配置工程が、前記絶縁層上に前記切換式ダイポール要素を配置することを包含し、各切換式ダイポール要素は、複数の金属セグメントと、これら複数の金属セグメントの隣り合ったセグメントを連結する１または２以上のスイッチング要素とを包含しており、前記調節工程で、前記選定したスイッチング要素を付勢することによって、長さが調節されるようになり、および／または、
前記アンテナ・アレイは最小作動波長を有し、前記絶縁層は最小作動波長を有し、前記絶縁層は最小作動波長の４分の１より少ない厚さを有することを特徴とする方法。
【請求項６】  高インピーダンス表面の作動周波数バンドを拡げる方法であって、
（ａ）  導電性バックプレーンから本質的に平行に隔たって配置されたアレイに、一般的に離隔する複数の導電性表面を配列する工程と、および／または、
（ｂ）前記高インピーダンス表面のインダクタンスを増大させる工程と、
を包含することを特徴とする方法。
【請求項７】  請求項６の方法が、さらに、
（ａ）  前記導電性バックプレーンから本質的に平行に隔たって配置されたアレイに、前記一般的に離隔する複数の導電性表面から成る高インピーダンス表面をもたらす工程と、
（ｂ）  前記一般的に離隔する複数の導電性表面の内の少なくとも１つの導電性表面を、１つまたはそれ以上のプリント配線螺旋インダクタで前記導電性バックプレーンに結合する工程と、
を包含することを特徴とする方法。
【請求項８】  請求項６または７の方法において、前記一般的に離隔する複数の導電性表面は、プリント回路基板上に配列され、および／または、
前記高インピーダンス表面の等価インダクタンスを増大させる工程が、前記導電性表面の内の少なくとも１つと前記導電性バックプレーンとの間に複数の螺旋インダクタを配置する工程を包含し、および／または、
前記高インピーダンス表面が、上部層、中間層、下部層を有する３層プリント回路基板から成り、前記上部層は前記一般的に離隔する複数の導電性表面を包含し、前記中間層は前記１つまたはそれ以上のプリント配線螺旋インダクタを包含し、前記下部層は前記導電性バックプレーンを包含し、および／または、
各導電性表面のその主軸線に沿ったサイズが、無線周波数信号の波長より小さくて、好ましくは、無線周波数信号の波長の１／１０以下であり、各導電性表面のバックプレーンからの間隔が、無線周波数の波長以下であり、および／または、
前記無線周波数信号が、反射位相０度で反射され、および／または、
前記導電性表面がほぼ平坦で、前記アレイがほぼ平坦であり、および／または、
前記導電性表面が金属であり、前記導電性バックプレーンが金属であることを特徴とする方法。
【請求項９】  無線周波数ビームを反射するための再構成可能なアンテナ・アレイであって、前記アレイは、
（ａ）高インピーダンス表面と、
（ｂ）前記高インピーダンス表面に配置した絶縁層と、
（ｃ）  共振周波数を有し且つ前記絶縁層表面上にアレイ状に配置された複数のダイポール要素であって、前記要素の共振周波数が整調可能であるようになるダイポール要素と、
を包含することを特徴とするアレイ。
【請求項１０】  請求項９のアレイが、さらに、
（ｄ）  前記複数のダイポール要素の共振周波数を整調するための制御装置と、
（ｅ）  前記制御装置に前記複数のダイポール要素を接続し、それによって各ダイポール要素の共振周波数を整調するのを可能にする複数のコネクタと、
を包含することを特徴とするアレイ。
【請求項１１】  請求項９または１０の再構成可能なアンテナ・アレイにおいて、前記複数のダイポール要素の各要素が、
（ｉ）  複数のダイポール・セグメントと、
（ｉｉ）  これらのダイポール・セグメントの内の選定したセグメントを接続／切断するための複数のスイッチと、
から成り、
それによって、対応するダイポール要素の長さを変えることにより、その共振周波数を変え、前記複数のスイッチが前記制御装置によって付勢されるようになることを特徴とする再構成可能なアンテナ・アレイ。
【請求項１２】  請求項１１の再構成可能なアンテナ・アレイにおいて、前記スイッチが、ＭＥＭＳスイッチであり、および／または、
前記高インピーダンス表面が、複数バンド高インピーダンス表面であり、および／または、
前記制御装置が論理回路からなり、および／または、
前記アレイは、複数の周波数バンドで作動するように構成し、および／または、
前記アレイは、反射無線周波数ビームの向きを選定方向に操向するように構成し、および／または、
前記アレイは、ファーフィールドにアンテナ・ビームを形成するように構成したことを特徴とする再構成可能なアンテナ・アレイ。
【請求項１３】  無線周波数ビームを反射する高インピーダンス表面であって、前記表面が、
（ａ）  接地面と、
（ｂ）  該接地面から少し距離を置いてアレイ状に配置した複数の要素であって、該距離は無線周波数ビームの波長以下であるようになる複数の要素と、
（ｃ）  前記表面インダクタンスを増大させ、それによって、前記表面の作動バンド幅を広げるためのインダクタ配列と，
を包含することを特徴とする高インピーダンス表面。
【請求項１４】  請求項１３の高インピーダンス表面が、更に、
（ｄ）少なくとも１つの導電性要素を接地面に接続する１つまたはそれ以上のプリント回路螺旋インダクタと、
（ｅ）アレイ状に配置された複数の離隔した導電性要素と、を包含し、これら複数の離隔した導電性要素が、接地面に対してほぼ平行に配置されていて、無線周波数ビームの波長より短い距離だけ接地面から離隔しているようになることを特徴とする高インピーダンス表面。
【請求項１５】  請求項１３の高インピーダンス表面は、更に、第１及び第２の主要面を有する基板を包含し、前記基板は、その第１の主要面上に前記接地面を支持し、その第２の主要面上に前記複数の要素を支持し、および／または、
前記複数の要素は、平坦なアレイ状に配列され、および／または、
前記インダクタ配列が、螺旋インダクタからなり、および／または、
前記高インピーダンス表面は、上部層、中間層、下部層を有する３層プリント回路基板を包含し、前記上部層は前記離隔した複数の導電性要素を包含し、前記中間層は前記１つまたはそれ以上のプリント回路螺旋インダクタを包含し、前記下部層は接地面を包含することを特徴とする高インピーダンス表面。
【請求項１６】  複数周波数バンドで作動するアンテナ・アレイを再構成する方法において、
（ａ）  高インピーダンス表面をもたらす工程と、
（ｂ）  絶縁層を高インピーダンス表面の一側に適用する工程と、
（ｃ）  複数の金属セグメントと、これら複数の金属セグメントの隣り合ったセグメントを連結する１または２以上のスイッチング要素を含む切換式ダイポール要素を前記絶縁層上に配置する工程と、
（ｄ）  選定したスイッチング要素を付勢することによって、前記切換式ダイポール要素の選択されたものの長さを整調する工程と、
から成ることを特徴とする方法。
【請求項１７】  請求項１６の方法において、前記アンテナ・アレイは最小作動波長を有し、前記絶縁層は最小作動波長の４分の１より少ない厚さを有することを特徴とする方法。
【請求項１８】  高インピーダンス表面の作動周波数バンドを拡げる方法であって、
（ａ）  前記導電性バックプレーンから本質的に平行に隔たって配置されたアレイに、前記一般的に離隔する複数の導電性表面から成る高インピーダンス表面をもたらす工程と、
（ｂ）  前記一般的に離隔する複数の導電性表面の内の少なくとも１つの導電性表面を、１つまたはそれ以上のプリント配線螺旋インダクタで前記導電性バックプレーンに結合する工程と、
を包含することを特徴とする方法。
【請求項１９】  請求項１８の方法において、前記高インピーダンス表面は、上部層、中間層、下部層を有する３層プリント回路基板を包含し、前記上部層は前記離隔した複数の導電性表面を包含し、前記中間層は該１つまたはそれ以上のプリント回路螺旋インダクタを包含し、前記下部層は導電性バックプレーンを包含することを特徴とする方法。
【請求項２０】  無線周波数ビームを反射する高インピーダンス表面であって、前記表面が、
（ａ）  接地面と、
（ｂ）  アレイ状に配置された複数の離隔した導電性要素と、を包含し、これら複数の離隔した導電性要素が、接地面に対してほぼ平行に配置されていて、無線周波数ビームの波長より短い距離だけ接地面から離隔しているようになることを特徴とする高インピーダンス表面と、
（ｃ）  少なくとも１つの導電性要素を接地面に接続する１つまたはそれ以上のプリント回路螺旋インダクタと、
を包含することを特徴とする高インピーダンス表面。
【請求項２１】  請求項２０の高インピーダンス表面は、
前記高インピーダンス表面が、上部層、中間層、下部層を有する３層プリント回路基板から成り、前記上部層は前記一般的に離隔する複数の導電性表面を包含し、前記中間層は前記１つまたはそれ以上のプリント配線螺旋インダクタを包含し、前記下部層は前記導電性バックプレーンを包含することを特徴とする高インピーダンス表面。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の技術分野）
この発明の開示は、再構成可能なアンテナ・アレイ・システムに関するものであり、複数バンド高インピーダンス表面上に配置したダイポール要素のアレイを包含する。この開示は、また、複数バンク式ビーム切換操作に対する再構成可能なアンテナに関する。このアンテナ・アレイは、アレイを構成する個々のダイポールの共振周波数を変えることによって構成される。所与の周波数バンドで、ダイポール共振周波数の小さな変化により、反射放射線が、ファーフィールドにおけるビームを形成し、選定方向に向けることができるように、アンテナ・アレイを構成するようにする。ダイポール共振周波数のより大きな変化により、１つの作動周波数バンドから異なったバンドへシフトすることができる。本発明は、広帯域のバンド幅が重要であり且つ種々の機能に対してアパーチャが連続的に再構成されていかなければならない、衛星レーダや飛行中通信ノード（ＡＣＮ）システムに特に利用されるものである。さらに、本発明は、地上高周波無線システムの分野にも適用される。
【０００２】
（発明の背景）
従来技術としては、Ｄａｎｉｅｌ Ｇ． Ｇｏｎｚａｌｅｚ， Ｇｅｒａｌｄ Ｅ． Ｐｏｌｌｅｎ 及び Ｊｏｅｌ Ｆ． Ｗａｌｋｅｒの「Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ｐａｓｓｉｎｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｆｏｒ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃａｌｌｙ ｅｍｕｌａｔｉｎｇ ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ ｓｕｒｆａｃｅｓ ａｎｄ ｆｏｃｕｓｉｎｇ ｅｌｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｓｅｌｅｃｔｅｄ ｇｅｏｍｅｔｒｙ」という名称の米国特許第４，９０５，０１４号がある。この米国特許は、所望のビームの形状及び位置へ反射波を位相合わせするために、平坦な金属リフレクタ上方にアンテナ要素を設置することを記載している。それは、異なった形状になる反射面（たとえば、皿型アンテナ）をエミュレートする扁平アレイである。しかしながら、再構成可能で、複数の周波数バンドで作動することのできるシステムを開示してはいない。
【０００３】
従来技術には、Ｊｕａｎ Ｆ． Ｌａｍ， Ｇｒｅｇｏｒｙ Ｌ． Ｔａｎｇｏｎａｎ 及び Ｒｉｃｈａｒｄ Ｌ． Ａｂｒａｍｓの「Ｓｍａｒｔ ａｎｔｅｎｎａ ｓｙｓｔｅｍ ｕｓｉｎｇ ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌｌｙ ｔｕｎａｂｌｅ ｄｉｐｏｌｅ ａｎｔｅｎｎａｓ ａｎｄ ｐｈｏｔｏｎｉｃ ｂａｎｄｇａｐ ｍａｔｅｒｉａｌｓ」という名称の米国特許第５，５４１，６１４号がある。この米国特許では、再構成可能なダイポールに対する ＲＦ ＭＥＭＳ（マイクロ電気機械スイッチ）およびバンドギャップ・フォトニック表面の使用法を示している。この発明は数多くの再構成可能なダイポール・アンテナ・アーキテクチャをリストに掲げているが、ダイポール・リフレクタ・アンテナを開示しておらず、また、複数バンドで高インピーダンス表面（フォトニック・バンドギャップ材料のサブクラス）を使用する方法を示していない。さらに、本願発明では、ダイポール・アレイは、伝送線というより、むしろ自由空間から供給されるようになる。
【０００４】
本発明は、また、２０００年３月２９日出願の、名称「Ａ ｔｕｎａｂｌｅ ｉｍｐｅｄａｎｃｅ ｓｕｒｆａｃｅ」米国特許出願番号０９／５３７，９２３（代理人整理番号  ６１７３４０−３）、２０００年３月２９日出願の、名称「Ａｎ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｌｌｙ ｔｕｎａｂｌｅ ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ」、米国特許出願番号０９／５３７，９２２（代理人整理番号  ６１７３４５−３）、並びに２０００年３月２９日出願の、名称「Ａｎ ｅｎｄ−ｆｉｒｅ ａｎｔｅｎｎａ ｏｒ ａｒｒａｙ ｏｎ ｓｕｒｆａｃｅ ｗｉｔｈ ｔｕｎａｂｌｅ ｉｍｐｅｄａｎｃｅ」、米国特許出願番号０９／５３７，９２１（代理人整理番号 ６１７４９４−６）にも関係しており、これら米国特許出願の開示は参考資料としてここに取り入れられている。本発明は、名称を「Ａ ｔｕｎａｂｌｅ ｉｍｐｅｄａｎｃｅ ｓｕｒｆａｃｅ」という米国特許出願番号０９／５３７，９２３の高インピーダンス表面の点を改良して、表面作動バンド幅を広げるための方法を提供するものである。
【０００５】
本発明の作動原理を理解する助けとしては、従来技術が有益である。図１ａに目を向けてみると、金属接地面２からλ／４離れて位置するダイポール要素１が示してある。入射平面波３は、接地面２から反射されると共に、ダイポール要素１からも散乱される。ダイポール要素が、その共振長さ（即ち、その長さｌｄ が、有効信号波長、ｌｄ ＝１／２λｅｆｆの半分にほぼ等しい）にある場合、ダイポールからの散乱は非常に強くて、接地面からの影響は無視し得る。したがって、全フィールドは、ほぼ１８０度（ダイポール平面）の反射位相を有する。ダイポールがその共振長さから遠い場合、ダイポールからの散乱は弱く、主に接地面のせいで、反射位相は（ダイポール平面で）ほぼ０度となる。したがって、ダイポール要素からの反射フィールドの位相は、ダイポールの長さに小変化することによって調節することができる。
【０００６】
たとえば、反射位相−対−ダイポール長さの動作を示すシミュレーションが、図２に示されている。このシミュレーションでは、ダイポール要素が無限アレイの一部であり、自由空間内で接地面からλ／４離れて位置している、と仮定する。さらに、作動周波数が１１．８ＧＨｚであり、ダイポール・ストリップの幅が０．１インチ（ＣＧＳ）であると仮定する。ダイポール長さは、０．１〜０．８インチで変化する。図２からわかるように、ダイポール要素の反射位相は、ほんの０．０５インチの長さ変化の場合に、広範囲にわたって、約８５度にわたって、整調（チューニング）することができる。
【０００７】
図２ａは、ＲＦ ＭＥＭＳ 技術を使用してダイポール要素の長さを変える技術を示している。ダイポール要素２０は、主セグメント２２と複数の小セグメント２１に分割されている。各セグメントは、ＲＦ ＭＥＭＳ スイッチ２３によって隣接したものに相互接続している。ＲＦ ＭＥＭＳ スイッチ２３を開閉することによって、ダイポール長さは、小セグメント長＋スイッチ長に等しいステップで変えることができる。この例においては、小セグメントは、長さほぼ２００μｍである。そして、スイッチは、長さ約１００μｍである。したがって、スイッチが開いたとき、ダイポール長さは、３００μｍだけ増大する。これは、約１０度の反射位相変化に対応する。セグメント及び／又はスイッチをより小さく作ることによって、よりいっそう細かい位相整調を達成できる。
【０００８】
これら長さ変更可能なダイポール要素は、アレイに組み込まれ、接地面上方に配置され、アレイ全面にわたって反射位相勾配を創り出すように調整される。この構成において、反射波全体がビームを形成し、このビームが、アレイ全面にわたって均一な位相格子を創り出すことによって、増分的な角度方向へ向けられるようになる。図３ａ及び図３ｂは、それぞれ、線形アレイ及び平面アレイに対する概念を示している。このタイプのアレイは、スタンドアローン・アンテナとして、あるいはカセグレン・アンテナ（Ｃａｓｓｅｇｒａｉｎ ａｎｔｅｎｎａ）のような別の主要な反射面に対するサブリフレクタとして機能する。
【０００９】
しかしながら、前段で説明した方法には、以下に説明するようなバンド幅（帯域幅）制限が有る。アレイの各ダイポール要素は、図４で示すように、短絡回路４１からλ／４離れて位置する直列共振回路４０としてモデル化してある。無限アレイ近似を仮定する。インダクタンスおよびキャパシタンスの値は、ダイポール長さ、幅、単位セルのサイズ、の関数である。短絡回路がこのサセプタンス（ＬＣ回路）からλ／４のところに位置するとき、この短絡回路は、サセプタンスを横切る開回路として現われ、そして、要素の反射係数は、図２に示すように、反射位相が全角度範囲にわたって値を取るように整調される。しかしながら、ダイポール及び接地面間の距離がλ／２となる周波数で、接地面はダイポールを効果的に短絡させ、そして、反射位相は、ダイポール長さ（無整調もあり得る）に関係なく、１８０度にロックされる。従って、λ／４及びλ／２間で変化するために、接地面及びダイポール間の距離をも含めて、或る周波数範囲にわたってアレイが作動するにつれて、反射位相の整調範囲が、ますます制限されることになる。本発明は、高インピーダンス表面全体にわたってダイポール・アレイを設置することで、この制限問題を克服するものである。
【００１０】
高インピーダンス表面は、０度の位相ずれを持つ入射平面波を反射する能力を有するフィルタ構造である。高インピーダンス表面の基本的構造が、図５ａに示してあり、これは、多層プリント回路基板技術を用いて製作される。好ましくは六角形又は正方形の金属パッチ５０が上表面に配置され、メッキ金属ポスト５２によって、下方金属シート５１へ接続される。高インピーダンス表面５４は、表面に沿って、周波数ストップバンドにわたって、電流の伝播を阻止するためのフィルタとして作用する。したがって、従来のコンダクタとは異なり、伝播表面波は、周波数ストップバンド内に支持されない。さらに、入射平面波は、通常の金属表面で生じるような位相反転がなくて反射されるようになる。図５ｂは、高インピーダンス表面５４の反射位相を示している。反射位相が−９０度〜９０度間にあるバンド幅（帯域幅）は、以下の等式で与えられる。
【式】
2004505583.tif 000001
ここで、ＬおよびＣは、高インピーダンス表面の等価回路モデル（図５ｃ参照）に関連している（ただし、図４のダイポール・モデルと混同してはならない）。図５ｃに示すように、キャパシタンスＣは、トップ金属パッチ５０の接近によるものであり、インダクタンスＬは、構造内の電流ループから生じる。ｆ０ は、それに対して反射波が０度の位相ずれを有する周波数であり、μおよびεは、それぞれ、材料透過性及び材料誘電率である。
【００１１】
本発明によれば、再構成可能なダイポール・アンテナのアレイを、高インピーダンス表面上方に配置する。このようにすると、ダイポール要素は、従来技術で要求されるように接地面からλ／４離して設置させる必要がない。これには、システム形状寸法を作動周波数とは無関係にさせる、という効果がある。したがって、アレイ及びバックプレーン間にλ／４の距離を維持する目的のために、作動周波数は、その間の相対的な形状寸法を変える必要なく、変えられるようになる。これにより、アレイは、高インピーダンス表面の全バンド幅にわたって整調性を維持することができる。
【００１２】
本発明は、ＲＦ ＭＥＭＳ 技術を使用してダイポール要素の長さを変えることによって、アレイを整調するための装置および方法を提供するものであり、光導電スイッチの使用によって、従来技術で生じる問題を解決することができる。
【００１３】
（発明の簡単な説明）
本発明は、複数の周波数バンドで作動するように再構成することができる複数バンド型再構成可能電磁反射アンテナ・システムを提供する。ユーザは、全表面バンド幅内のどこでもあり得る範囲から作動周波数バンドを選ぶことができる。さらに、所与の作動周波数バンドで、このアンテナ・システムは、ファーフィールドにおいてアンテナ・ビームを形成し、選定方向にビームを向けることができる。
【００１４】
本発明によれば、ダイポール要素のアレイは、複数バンド型高インピーダンス表面の頂面に構成される。再構成可能性は、ダイポール長の関数である各ダイポールの共振周波数を変化させることによって得ることができる。こうしてダイポール長さを変えることによって、ダイポールの共振周波数を変化させることができる。各ダイポール・アンテナ要素はセグメント化されており、これらのセグメントは、ダイポールの長さを変えるために開閉される ＲＦ ＭＥＭＳ（マイクロ電気‐機械スイッチ）によって相互接続される。ダイポール長さの小変化は、ファーフィールドにビームを形成して、その向きを変えることができるようにし、一方、大変化は、アンテナ・アレイ作動周波数バンドの変化をもたらすことができるようにする。
【００１５】
本発明は、さらに、表面インダクタンスを増大させることによって、ダイポールのアレイを支持している高インピーダンス表面のバンド幅を増大させる方法をも提供する。
【００１６】
（発明の詳細な説明）
図７を参照しながら説明すると、本発明によれば、ダイポール要素６０の再構成可能なアレイが、複数バンド型高インピーダンス表面５４上に構成されているので、アレイは、異なる周波数で共振するように整調されるようになり、ビームは、これら周波数で向きを変えられる。高インピーダンス表面がバンド幅において１オクターブ以上の位相ずれが殆どなく反射すると仮定すると、ダイポール長さは、アレイ作動周波数バンドを変えるように大きな増分で変化し得る。たとえば、ダイポールの長さを半分に短縮すると、ｆから２ｆまで、１オクターブ上にその共振周波数を上げることになる。この概念が、図６に示してある。理解を容易にするために、ＲＦ ＭＥＭＳ スイッチ６７がすべて閉じられて、それによって、ダイポール・セグメント６２を、一方のサイドではダイポール・セグメント６５，６１に導電接続し、反対側のサイドではダイポール・セグメント６５，６３に導電接続していると仮定することにする。さらに、ＲＦ ＭＥＭＳ スイッチ６６が開いていると仮定する。この構成においては、ダイポール要素６０の長さＬは、セグメント６１，６２，６３，６５の長さとＲＦ ＭＥＭＳ スイッチ６７の長さの合計に等しい。最後に、ｆを、長さＬのこのダイポール要素６０の共振周波数とする。この構成において、ユーザは；
（１）ＲＦ ＭＥＭＳ スイッチ６６の内の選定したものを閉じることによって、ビームの向きを変えることができ、それによって、ダイポール６０の長さを少量だけ増大させる。図６の実施例では、ダイポール本体に、各サイドに３つずつ、６個の小セグメント６４を加えることができる。これらの長さの小変化は、ダイポール共振周波数を変更する効果を奏し、それによって、その反射位相を変えることができる。このようなダイポールは、アレイ状に配置されたときに整調されて、アレイ全面にわたって反射位相勾配を創出して、反射ビームの操向を可能にする。
（２）ＲＦ ＭＥＭＳ スイッチ６８（セグメント６１に接続された、グループ６７の内の特定のスイッチ）とＲＦ ＭＥＭＳ スイッチ６９（セグメント６３に接続された、グループ６７の内の特定のスイッチ）とを開き、それによって、セグメント６１と６３とを導電的に中央セグメント６２から切り離して、ダイポール６０の長さをＬからＬ／２まで短縮することによって、作動周波数を再構成することができる。これは、ダイポール共振周波数を、ｆから２ｆまで、１オクターブ高め、それによって、ダイポール作動周波数を再構成する、という効果を奏する。（１）と同様の方法で、ＲＦ ＭＥＭＳ スイッチ６７を付勢して、ダイポール６０の長さを少量だけ変えることによって、ビームを操向するということがこの新しい作動周波数で実行される。
【００１７】
図６に示すもの以外に数多くの実施例を容易に想像することができる。たとえば、ダイポールをその全長にわたって細かくセグメント化し、これらのセグメントをＲＦ ＭＥＭＳ スイッチで相互接続し、高度な機能性ならびに多数の周波数バンドを得るようにすることもできる。このようなダイポールのアレイは、単一の基板タイル上に構築されるのであるが、アンテナが更に大きくなれば、それだけ多数のタイルが必要となる。
【００１８】
図７を参照すると、ＲＦ ＭＥＭＳ 切換式ダイポール６０のアレイが、薄い絶縁層７２の頂面上に構築されていて、複数バンド型高インピーダンス表面５４上に配置してある。先に説明したように、アレイの作動周波数バンドは、各ダイポールの大きいほうの金属セグメントを入／切して切り換えることによって設定される。小さい方の金属セグメントを切換えれば、反射ビームを２つの角度方向に操向することが可能である。好ましくは、スイッチ付勢用論理制御回路７０は、潜在的に擾乱の原因となる放射ダイオードから隔離するように、高インピーダンス表面５４背後に設置される。各スイッチは、作動電圧を供給する２つのＤＣラインを包含しており、これらのラインは単にＤＣ電圧を運ぶだけなので、これらのラインは、高インピーダンス表面５４背後に配置した非常に密集した作動ネットワークにおいて相互に非常に接近して設置することができる。さらに、スイッチを開閉する片持ちビームは、ＲＦ電極から離れて設定されるＤＣ付勢電極を有しており、それによって、ＤＣパッドをスイッチ内のＲＦパッドから完全に隔離することができる。したがって、非常に小さいフィードスルー・ヴァイアホール７１は、ダイポールに深刻な影響を与えることなく、高インピーダンス表面５４を通してバックサイド・ネットワークから付勢電圧を持ってくるように作られる。スイッチ付勢ラインは、論理制御回路７０から発し、この論理制御回路により、必要なスイッチを作動させることによって所望の作動モードを選ぶことができる。
【００１９】
高インピーダンス表面バンド幅は、アレイが所望された周波数に関して作動することができるに充分に広く作られなければならない。これを達成したとき、高インピーダンス表面は、開回路のように効果的に作用するようになる。したがって、ダイポールがこの表面からほんの少しの波長だけ離れて設置されたとき、ダイポールの整調範囲は、表面のバンド幅に対してダイポールの全位相範囲にわたって維持することができるのである。等式１から、表面バンド幅は、表面の等価インダクタンスを増大させることによって広げられる、ということが判る。図８は、表面等価インダクタンスを増大させる技術を示している。３層回路基板が用いられており、中間層は、プリント回路螺旋インダクタ８０からなっている。インダクタンスおよびパッチのサイズは所望の中心周波数及びバンド幅へセットされ、反射位相変化０度を維持する。図９は、回路基板の断面図である。螺旋インダクタ８０は中間層に印刷されているが、パッチ５０は上部層に印刷されている。ダイポールは高インピーダンス表面頂部に配置され、ＭＥＭＳスイッチ９０は断面で示してある。ＭＥＭＳスイッチ用の制御ラインは、ヴァイアホール７１を通して引かれている。
【００２０】
高インピーダンス表面のバンド幅を増大させる他の方法としては、他にも、表面等価キャパシタンスを減少させる方法や、反射位相が０度になる追加周波数を有する複雑な共振構造を使用する方法などがある。
【００２１】
本発明をいくつかの実施例に関連して説明してきたが、その変更や修正は当業者であれば容易に理解できよう。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲によって要求されるもの以外は、開示した実施例に限定されるものではない。
【００２２】
以下の技術的概念は、この明細書の開示により裏付けられている。
[技術的概念１]
（ａ）  高インピーダンス表面を用意する工程と、
（ｂ）前記表面上にダイポール要素のアレイを配置する工程と、
（ｃ）  その後、前記アレイにおける前記ダイポール要素の内少なくとも選定した要素の長さを調節して、前記ダイポール要素のうち少なくとも選定した要素の長さの共振周波数を変える工程と、
から成る方法。
【００２３】
[技術的概念２]  技術的概念１の方法において、高インピーダンス表面が、複数バンド高インピーダンス表面であることを特徴とする方法。
【００２４】
[技術的概念３]  技術的概念１の方法において、前記ダイポール要素の内少なくとも選定した要素の長さを調節する工程が、
（ａ）  前記ダイポール要素を複数のセグメントに分割し、各セグメントが、スイッチによって次のセグメントに接続あるいはそこから切断するようにする工程と、
（ｂ）  前記スイッチを作動させて前記ダイポール要素の選択されたものの長さを変化させる工程と、
から成ることを特徴とする方法。
【００２５】
[技術的概念４]  技術的概念３の方法において、高インピーダンス表面は、複数バンド高インピーダンス表面であることを特徴とする方法。
【００２６】
[技術的概念５]  技術的概念３の方法において、スイッチが、ＭＥＭＳスイッチであることを特徴とする方法。
【００２７】
[技術的概念６]  技術的概念５の方法において、高インピーダンス表面が、複数バンド高インピーダンス表面であることを特徴とする方法。
【００２８】
[技術的概念７]  技術的概念１〜６の内いずれか１つの方法において、前記方法が複数周波数バンドで作動するようにアンテナ・アレイを再構成するためのものであることを特徴とする方法。
【００２９】
[技術的概念８]  技術的概念１〜６の内いずれか１つの方法において、前記方法がアンテナ・アレイによって反射した無線周波数波の向きを変えるものであることを特徴とする方法。
【００３０】
[技術的概念９]  技術的概念１〜６の内いずれか１つの方法において、前記方法がファーフィールドにビームを形成するためのものであることを特徴とする方法。
【００３１】
[技術的概念１０]  技術的概念１の方法が、さらに、絶縁層を高インピーダンス表面の一側に適用する工程を包含することを特徴とする方法。
【００３２】
[技術的概念１１]  技術的概念１０の方法において、前記配置工程が、前記絶縁層上に前記切換式ダイポール要素を配置することを包含し、各切換式ダイポール要素は、複数の金属セグメントと、これら複数の金属セグメントの隣り合ったセグメントを連結する１または２以上のスイッチング要素とを包含しており、前記調節工程で、前記選定したスイッチング要素を付勢することによって、長さが調節されるようになることを特徴とする方法。
【００３３】
[技術的概念１２]  技術的概念１０または１１の方法において、前記アンテナ・アレイは最小作動波長を有し、前記絶縁層は最小作動波長を有し、前記絶縁層は最小作動波長の４分の１より以下の厚さを有することを特徴とする方法。
【００３４】
[技術的概念１３]  高インピーダンス表面の作動周波数バンドを広げる方法であって、
（ａ）  導電性バックプレーンから本質的に平行に隔たって配置されたアレイに、一般的に離隔する複数の導電性表面を配列する工程と、
（ｂ）前記高インピーダンス表面のインダクタンスを増大させる工程と、
を包含することを特徴とする方法。
【００３５】
[技術的概念１４]  技術的概念１３の方法が、さらに、
（ａ）  前記導電性バックプレーンから本質的に平行に隔たって配置されたアレイに、前記一般的に離隔する複数の導電性表面から成る高インピーダンス表面をもたらす工程と、
（ｂ）  前記一般的に離隔する複数の導電性表面の内の少なくとも１つの導電性表面を、１つまたはそれ以上のプリント配線螺旋インダクタで前記導電性バックプレーンに結合する工程と、
を包含することを特徴とする方法。
【００３６】
[技術的概念１５]  技術的概念１３または１４の方法において、前記一般的に離隔する複数の導電性表面は、プリント回路基板上に配列されていることを特徴とする方法。
【００３７】
[技術的概念１６]  技術的概念１３または１４の方法において、前記高インピーダンス表面の等価インダクタンスを増大させる工程が、前記導電性表面の内の少なくとも１つと前記導電性バックプレーンとの間に複数の螺旋インダクタを配置する工程を包含することを特徴とする方法。
【００３８】
[技術的概念１７]  技術的概念１３〜１６のうちいずれか１つの方法において、高インピーダンス表面が、上部層，中間層，下部層を有する３層プリント回路基板から成り、前記上部層は前記一般的に離隔する複数の導電性表面を包含し、前記中間層は前記１つまたはそれ以上のプリント配線螺旋インダクタを包含し、前記下部層は前記導電性バックプレーンを包含することを特徴とする方法。
【００３９】
[技術的概念１８]  技術的概念１３または１４の方法において、各導電性表面のその主軸線に沿ったサイズが、無線周波数信号の波長より小さくて、好ましくは、無線周波数信号の波長の１／１０以下であり、各導電性表面のバックプレーンからの間隔が、無線周波数の波長以下であることを特徴とする方法。
【００４０】
[技術的概念１９]  技術的概念１３または１４の方法において、無線周波数信号が、反射位相０度で反射されることを特徴とする方法。
【００４１】
[技術的概念２０]  技術的概念１３または１４の方法において、導電性表面がほぼ平坦で、アレイがほぼ平坦であることを特徴とする方法。
【００４２】
[技術的概念２１]  技術的概念１３または１４の方法において、導電性表面が金属であり、導電性バックプレーンが金属であることを特徴とする方法。
【００４３】
[技術的概念２２]  無線周波数ビームを反射するための再構成可能なアンテナ・アレイであって、前記アレイは、
（ａ）高インピーダンス表面と、
（ｂ）前記高インピーダンス表面に配置した絶縁層と、
（ｃ）  共振周波数を有し且つ前記絶縁層表面上にアレイ状に配置された複数のダイポール要素であって、前記要素の共振周波数が整調可能であるようになるダイポール要素と、
を包含することを特徴とするアレイ。
【００４４】
[技術的概念２３]  技術的概念２２のアレイが、さらに、
（ｄ）  前記複数のダイポール要素の共振周波数を整調するための制御装置と、
（ｅ）  前記制御装置に前記複数のダイポール要素を接続し、それによって各ダイポール要素の共振周波数を整調するのを可能にする複数のコネクタと、
を包含することを特徴とするアレイ。
【００４５】
[技術的概念２４]  技術的概念２２または２３の再構成可能なアンテナ・アレイにおいて、前記複数のダイポール要素の各要素が、
（ｉ）  複数のダイポール・セグメントと、
（ｉｉ） これらのダイポール・セグメントの内の選定したセグメントを接続／切断するための複数のスイッチと、
から成り、
それによって、対応するダイポール要素の長さを変えることにより、その共振周波数を変え、前記複数のスイッチが前記制御装置によって付勢されるようになることを特徴とする再構成可能なアンテナ・アレイ。
【００４６】
[技術的概念２５]  技術的概念２４の再構成可能なアンテナ・アレイにおいて、前記スイッチが、ＭＥＭＳスイッチであることを特徴とする再構成可能なアンテナ・アレイ。
【００４７】
[技術的概念２６]  技術的概念２２または２３の再構成可能なアンテナ・アレイにおいて、高インピーダンス表面が、複数バンド高インピーダンス表面であることを特徴とする再構成可能なアンテナ・アレイ。
【００４８】
[技術的概念２７]  技術的概念２３の再構成可能なアンテナ・アレイにおいて、制御装置が論理回路からなることを特徴とする再構成可能なアンテナ・アレイ。
【００４９】
[技術的概念２８]  技術的概念２２または２３の再構成可能なアンテナ・アレイにおいて、前記アレイは、複数の周波数バンドで作動するように構成したことを特徴とする再構成可能なアンテナ・アレイ。
【００５０】
[技術的概念２９]  技術的概念２２または２３の再構成可能なアンテナ・アレイにおいて、前記アレイは、反射無線周波数ビームの向きを選定方向に操向するように構成したことを特徴とする再構成可能なアンテナ・アレイ。
【００５１】
[技術的概念３０]  技術的概念２２または２３の再構成可能なアンテナ・アレイにおいて、前記アレイは、ファーフィールドにアンテナ・ビームを形成するように構成したことを特徴とする再構成可能なアンテナ・アレイ。
【００５２】
[技術的概念３１]  無線周波数ビームを反射する高インピーダンス表面であって、前記表面が、
（ａ）  接地面と、
（ｂ）前記接地面から少し距離を置いてアレイ状に配置した複数の要素であって、前記距離は無線周波数ビームの波長以下であるようになる複数の要素と、
（ｃ）  前記表面インダクタンスを増大させ、それによって、前記表面の作動バンド幅を広げるためのインダクタ配列と，
を包含することを特徴とする高インピーダンス表面。
【００５３】
[技術的概念３２]  技術的概念３１の高インピーダンス表面が、更に、
（ｄ）少なくとも１つの導電性要素を接地面に接続する１つまたはそれ以上のプリント回路螺旋インダクタと、
（ｅ）アレイ状に配置された複数の離隔した導電性要素と、
を包含し、これら複数の離隔した導電性要素が、接地面に対してほぼ平行に配置されていて、無線周波数ビームの波長より短い距離だけ接地面から離隔しているようになることを特徴とする高インピーダンス表面。
【００５４】
[技術的概念３３]  技術的概念３１の高インピーダンス表面は、更に、第１及び第２の主要面を有する基板を包含し、前記基板は、その第１の主要面上に前記接地面を支持し、その第２の主要面上に前記複数の要素を支持していることを特徴とする高インピーダンス表面。
【００５５】
[技術的概念３４]  技術的概念３１の高インピーダンス表面において、前記複数の要素は、平坦なアレイ状に配列してあることを特徴とする高インピーダンス表面。
【００５６】
[技術的概念３５]  技術的概念３１の高インピーダンス表面において、前記インダクタ配列が、螺旋インダクタからなることを特徴とする高インピーダンス表面。
【００５７】
[技術的概念３６]  技術的概念３１または３２の高インピーダンス表面において、前記高インピーダンス表面は、上部層，中間層，下部層を有する３層プリント回路基板を包含し、前記上部層は前記離隔した複数の導電性要素を包含し、前記中間層は前記１つまたはそれ以上のプリント回路螺旋インダクタを包含し、前記下部層は接地面を包含することを特徴とする高インピーダンス表面。
【００５８】
[技術的概念３７]  複数周波数バンドで作動するアンテナ・アレイを再構成する方法において、
（ａ）  高インピーダンス表面をもたらす工程と、
（ｂ）  絶縁層を高インピーダンス表面の一側に適用する工程と、
（ｃ）  複数の金属セグメントと、これら複数の金属セグメントの隣り合ったセグメントを連結する１または２以上のスイッチング要素を含む切換式ダイポール要素を前記絶縁層上に配置する工程と、
（ｄ）  選定したスイッチング要素を付勢することによって、前記切換式ダイポール要素の選択されたものの長さを調節する工程と、
から成ることを特徴とする方法。
【００５９】
[技術的概念３８]  技術的概念３７の方法において、前記アンテナ・アレイは最小作動波長を有し、前記絶縁層は最小作動波長の４分の１より少ない厚さを有することを特徴とする方法。
【００６０】
[技術的概念３９]  高インピーダンス表面の作動周波数バンドを広げる方法であって、
（ａ）  前記導電性バックプレーンから本質的に平行に隔たって配置されたアレイに、前記一般的に離隔する複数の導電性表面から成る高インピーダンス表面をもたらす工程と、
（ｂ）  前記一般的に離隔する複数の導電性表面の内の少なくとも１つの導電性表面を、１つまたはそれ以上のプリント配線螺旋インダクタで前記導電性バックプレーンに結合する工程と、
を包含することを特徴とする方法。
【００６１】
[技術的概念４０]  技術的概念３９の方法において、前記高インピーダンス表面は、上部層、中間層、下部層を有する３層プリント回路基板を包含し、前記上部層は前記離隔した複数の導電性表面を包含し、前記中間層は前記１つまたはそれ以上のプリント回路螺旋インダクタを包含し、前記下部層は導電性バックプレーンを包含することを特徴とする方法。
【００６２】
[技術的概念４１]  無線周波数ビームを反射する高インピーダンス表面であって、前記表面が、
（ａ）  接地面と、
（ｂ）  アレイ状に配置された複数の離隔した導電性要素と、
を包含し、これら複数の離隔した導電性要素が、接地面に対してほぼ平行に配置されていて、無線周波数ビームの波長より短い距離だけ接地面から離隔しているようになることを特徴とする高インピーダンス表面と、
（ｃ）  少なくとも１つの導電性要素を接地面に接続する１つまたはそれ以上のプリント回路螺旋インダクタと、
を包含することを特徴とする高インピーダンス表面。
【００６３】
[技術的概念４２]  技術的概念４１の高インピーダンス表面は、
高インピーダンス表面が、上部層、中間層、下部層を有する３層プリント回路基板から成り、前記上部層は前記一般的に離隔する複数の導電性表面を包含し、前記中間層は前記１つまたはそれ以上のプリント配線螺旋インダクタを包含し、前記下部層は前記導電性バックプレーンを包含することを特徴とする高インピーダンス表面。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明のアレイの作動原理を示す図であり、接地面からλ／４離れて接地したダイポール・アレイの一要素を示す図である。
【図２】
図１のアレイに類似する無限アレイについての、ダイポール長の関数として反射位相をシミュレーションしたモデルを示す図である。
【図２ａ】
ダイポールを構成する異なったセグメントを接続するＲＦ ＭＥＭＳ スイッチを作動させることによって長さを変えることができるダイポール要素を示す図である。
【図３ａ，図３ｂ】
それぞれ、線形ダイポール・アレイと、平面ダイポール・アレイの場合における、ビーム操向可能性を例示する図である。
【図４】
図３に示すアレイのダイポール要素の直列共振回路等価物を示す図である。
【図５ａ】
高インピーダンス表面の斜視図である。
【図５ｂ】
図５ａの高インピーダンス表面についての周波数関数として測定した反射位相を示す図である。
【図５ｃ】
図５ａの高インピーダンス表面の２つの要素の回路等価モデルを示す図である。
【図６】
ダイポール・セグメントを接続するＲＦ ＭＥＭＳ スイッチの作動による小増分及び／又は大増分によって変えることができるダイポール要素を示す図である。
【図７】
図６に示すダイポール要素を高インピーダンス表面上に製作し、長さを起動論理回路によって制御する本発明の一実施例を示す図である。
【図８】
螺旋インダクタ層を挿入する挿入することによって表面バンド幅を広げる方法を例示している高インピーダンス表面の斜視図である。
【図９】
中間層における螺旋インダクタおよび頂部にあるＭＥＭＳスイッチを示す本発明の一実施例の横断面図である。