(57)【要約】  多層アンテナは、放射要素を含む放射層と、ＲＦ信号を放射要素に結合するための遅延ラインを含む送信層と、可変誘電率（ＶＤＣ）プレートを備える制御層と、ＲＦ信号を遅延ラインのそれぞれに結合するための構成を含むＲＦ結合層と、ＲＦ信号用の接地として機能する接地層とを含んでいる。接地層は、ＶＤＣ制御信号用の接地としても機能する。接地面は、複数の導電性接地パッチであって、各導電性接地パッチが、隣接する導電性接地パッチと、４００Ｈｚまでの矩形波信号用遮断部として存在するもののＲＦ信号用の短絡として存在する間隔をおいて分離されている複数の導電性接地パッチを備え得る。ＲＦ信号の波長の１／１０以下分離させると有利である。【選択図】図１Ｅ
2020527912.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板と、
前記絶縁基板の上面上に設けた複数の導電性パッチと、
可変誘電率（ＶＤＣ）プレートと、
前記ＶＤＣプレート上に設けられた複数の導電性遅延ラインであって、当該各遅延ラインは、ＲＦ信号を前記複数の導電性パッチの１つに結合する、複数の導電性遅延ラインと、
前記ＶＤＣプレートの下に設けられた接地面であって、前記ＲＦ信号の接地路に対して短絡を形成するような大きさの少なくとも１つのＤＣ遮断部を備える接地面と、を備えるアンテナ。
【請求項２】
前記ＶＤＣプレートは、複数のＶＤＣピクセルを画定し、前記アンテナは、さらに、前記複数のＶＤＣピクセルのそれぞれに対応する少なくとも１つの作動電極を備える、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項３】
複数の前記遅延ラインのそれぞれは、コントローラから作動信号を受信するように構成された作動信号入力部を備える請求項１に記載のアンテナ。
【請求項４】
前記作動信号は矩形波信号を含む請求項１に記載のアンテナ。
【請求項５】
前記接地面は、当該接地面を複数の接地ストリップに分割する複数の細長いＤＣ遮断部を備える請求項１に記載のアンテナ。
【請求項６】
前記ＤＣ遮断部の幅は、前記ＲＦ信号の波長に対してλ／１０以下である請求項１に記載のアンテナ。
【請求項７】
前記接地面は、さらに、複数の開口部を備え、当該開口部のそれぞれは、前記導電性遅延ラインの１つの下側に整列される請求項１に記載のアンテナ。
【請求項８】
前記接地面は、複数のＤＣ遮断部を備え、当該ＤＣ遮断部のそれぞれは、前記接地面全体を横切り、よって、前記接地面を、複数の物理的に分離された接地パッチに分割する請求項１に記載のアンテナ。
【請求項９】
各放射パッチは、導電性スタブを備え、当該導電性スタブのそれぞれは、コントローラの作動信号ラインに結合される請求項１に記載のアンテナ。
【請求項１０】
各導電性遅延ラインは、コントローラの作動信号ラインに結合される請求項１に記載のアンテナ。
【請求項１１】
コントローラをさらに備え、当該コントローラは、複数の共通信号出力部を備え、当該共通信号出力部のそれぞれは前記接地パッチの一つに結合される請求項８に記載のアンテナ。
【請求項１２】
前記可変誘電率層が、上部バインダ層と、下部バインダ層と、前記上部バインダ層と前記下部バインダ層との間に挟まれている可変誘電率材料と、前記上部バインダ層と前記下部バインダ層との間に分散された複数のスペーサとを備える請求項１に記載のアンテナ。
【請求項１３】
前記接地面は、複数のＤＣ遮断部を備え、当該ＤＣ遮断部のそれぞれは、前記接地面全体を横切って、前記接地面を複数の細長い列に分割し、前記列のそれぞれは、導電性遅延ラインの列の下側に整列される請求項１に記載のアンテナ。
【請求項１４】
前記細長い列の各列は、コントローラの共通信号出力部に別々に結合される請求項１３に記載のアンテナ。
【請求項１５】
絶縁スペーサの上面に設けられ、横列と縦列とのアレイに配列された複数の放射パッチを備える放射層と、
横列と縦列とのアレイに配列された複数の遅延ラインを備える送信層であって、各遅延ラインが前記放射パッチの対応体に結合される複数の遅延ラインを備える送信層と、
可変誘電率（ＶＤＣ）プレートを備える制御層と、
ＲＦ信号を前記放射パッチのそれぞれへ結合するためのＲＦ結合構成と、
複数の導電性接地パッチを備える接地層であって、各導電性接地パッチは、隣接する導電性接地パッチと前記ＲＦ信号の波長の１／１０以下の間隔を置いて分離される接地層とを備える多層アンテナ。
【請求項１６】
前記導電性接地パッチは、前記遅延ラインの列の下に配列される請求項１５に記載のアンテナ。
【請求項１７】
前記導電性接地パッチは、前記遅延ラインの単一の遅延ラインの下に配列される請求項１５に記載のアンテナ。
【請求項１８】
前記導電性接地パッチは、コントローラの共通信号出力部に別々に結合される請求項１５に記載のアンテナ。
【請求項１９】
前記導電性接地パッチのすべては、前記ＲＦ信号用の共通の接地をともに形成する請求項１５に記載のアンテナ。
【請求項２０】
前記導電性接地パッチは、前記導電性遅延ラインの一つの下に配列される少なくとも１つの開口部を備える請求項１５に記載のアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願］
本願は、２０１７年７月１９日出願の米国特許出願第１５／６５４，６４３号の優先権を主張し、その開示のすべてが参照により本明細書に援用される。
【０００２】
［技術分野］
開示の本発明は、無線送信及び受信の双方又は何れか一方のアンテナに関するものであるとともに、このようなアンテナ及びこれに関連するマイクロストリップ、ストリップライン又はその他のような給電回路網の製造方法にも関するものである。
【背景技術】
【０００３】
［関連技術］
先の開示において、本発明者は、アンテナ特性を制御するために可変誘電率（ＶＤＣ）を利用し、これによりソフトウェアデファインドアンテナを形成するアンテナを開示している。そのアンテナについての詳細は、米国特許第７，４６６，２６９号明細書に開示されており、その開示のすべてが、参照により本明細書に援用される。この米国特許第７，４６６，２６９号明細書に開示されているアンテナは、ＬＣＤスクリーンの上部上に単に放射素子及び給電ラインを形成することにより、作動可能であり、容易に製造されることが実証されている。したがって、ソフトウェアデファインドアンテナを改良する別の可能性をさらに調査すべく、さらに研究が行われてきた。
【０００４】
親出願に、本発明者は、改良した可変誘電率アンテナの種々の実施形態を開示している。実施形態（本明細書に含まれる詳細な説明）における改良の多くは、多層に製造することで、種々の信号経路を分離することにある。特別なアンテナ設計であるかに拘わらず、米国特許第７，４６６，２６９号明細書に説明されているように、アンテナのソフトウェア制御は、信号を個別のＶＣＤピクセルに印加することにより行われる。それが意味することは、コントローラが、各ピクセルを個別に特定することができるようにしなければならないということである。さらに、コストへの配慮から、ＬＣＤスクリーンの標準的なコントローラ、例えば、フラットパネルテレビのコントローラを用いることが好ましい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のフラットテレビコントローラは、矩形波信号をピクセルへ送信して、所定のリフレッシュ・レートによって、リフレッシュスクリーン上の画像をリフレッシュする。しかしながら、従来のコントローラは、制御信号と接地信号の両方を各ピクセルに発する。すなわち、従来のＴＶでは、各ピクセルは、２つの電極を具えている。コントローラは、共通波信号と矩形波信号を発し、一方が、入力電極に印加され、もう一方が、ピクセルの接地または共通電極に印加される。このように、コントローラは、各ピクセルにこのような二重の信号を連続して発して、スクリーン全体をリフレッシュすることができる。しかしながら、米国特許第７，４６６，２６９号明細書と親出願に記載のように、接地面は、放射要素の全てと、ＶＤＣピクセルの全ての両方に共通である。これによって、標準的なコントローラは接地信号を個別に各ピクセルに発するので、標準的なコントローラの使用が妨げられてしまう。従って、放射要素の全てに対して共通の接地を維持しながら、各ＶＤＣピクセルに個別の接地信号を発するものである従来のコントローラを使用することができる解決方法が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下の発明の概要は、本発明のいくつかの態様及び特徴の基本的な理解をしてもらうために含めている。この発明の概要は本発明の広範囲の概略ではなく、それ自体特に本発明の不可欠又は重要な要素を特定すること、又は本発明の範囲を詳述することを意図しない。その唯一の目的は、以下に記載されるより詳細な説明の前置きとして簡易な形態で本発明のいくつかの概念を提示することにある。
【０００７】
この開示は、可変誘電率アンテナに対する種々の強化及び向上を提供するものである。本明細書に開示した実施形態は、改良したアンテナアレイ及びこのようなアンテナアレイの製造方法を提供するものである。さらに、本明細書に開示した実施形態によって、標準的なフラットスクリーンコントローラを用いてアンテナを制御してＶＤＣピクセルを制御することができる。特に、本実施形態は、放射要素用の共通の接地と、ＶＤＣピクセル用の個別の接地の両方を有する単一の接地面を提供する。
【０００８】
本明細書に開示した実施形態によれば、接地面は、ＤＣアスペクト上の列に分割され、この分割は、列同士の間にＤＣ遮断部を（例えばエッチングまたはスクライビングにより）形成することによって行う。次に、コントローラを、接地信号を所望のピクセルの列に送るように作動させる。次に、コントローラに通電して、作動信号が所望のピクセルの列に送られるものの、その同じ列の他方のピクセルにはキャンセル信号が送られるようにする。キャンセル信号は、その同じ列に印加された接地信号と等しくなり得る。このようにして、コントローラは、連続して、ピクセルを列から列へと作動させていくことができる。各列について、それぞれ所定の周期で、ただ一つのピクセルが、その列の残りのピクセルはキャンセル信号を受信する一方で作動信号を受信する。次の周期では、作動信号が、その列の次のピクセルに印加される。
【０００９】
他の実施形態によれば、接地面は、ＤＣアスペクト上の個別のパッチに分割される。本実施形態は、チョコレートバーと比較でき、ＲＦアスペクトからすると、バー全体が連結された一片であるが、ＤＣアスペクトからすると、別々の島々が存在する。本実施形態によれば、各ピクセルの接地は、個別に特定可能である。
【００１０】
本明細書に開示した種々の実施形態は、スプリット型接地面を有するアンテナを提供する。アンテナは、絶縁基板と、絶縁基板の上面上に設けた複数の放射パッチと、可変誘電材料からなる複数のピクセルと、複数の放射パッチとピクセルコントローラとに結合される接地面と、当該接地面は、接地面を、複数のＤＣ島部に分割する複数のＤＣ遮断部を備え、複数のＤＣ島部は、ＤＣ遮断部を、ＤＣ島部の間においてＲＦ信号の容量的結合を可能にするような大きさにすることにより分離されている。一実施形態で、ＤＣ遮断部は、横列または縦列を形成し、別の実施形態では、ＤＣ遮断部は、横列と縦列の両方を形成し、複数の放射パッチの各放射パッチに対して個別のＤＣ接地を提供する。一実施形態において、ＤＣ遮断部は、ＤＣ接地の列を形成し、各列は、ピクセルコントローラの接地信号に別々に結合される。
【００１１】
本明細書に開示した実施形態は、多層アンテナであって、絶縁スペーサの上面に設けられるとともに横列と縦列のアレイに配列された複数の放射パッチを備える放射層と、横列と縦列のアレイに配列された複数の遅延ラインを備える送信層であって、各遅延ラインが放射パッチの対応体に結合される複数の遅延ラインを備える送信層と、可変誘電率（ＶＤＣ）プレートを備える制御層と、ＲＦ信号を放射パッチの各放射パッチへ結合するためのＲＦ結合構成と、複数の導電性接地パッチを備える接地層であって、各導電性接地パッチは、隣接する導電性接地パッチと、前記ＲＦ信号の波長の１／１０以下の間隔を置いて分離される接地層とを備える多層アンテナを提供する。導電性接地パッチは、遅延ラインの列の下に、または遅延ラインの単一の遅延ラインの下に配列させ得る。導電性接地パッチは、コントローラの共通信号出力部に別々に結合され、また、導電性接地パッチの全てが、ＲＦ信号用の共通の接地をともに形成する。導電性接地パッチは、導電性遅延ラインの一つの下に配列される少なくとも１つの開口をさらに備え得る。
【００１２】
本明細書に開示した種々の実施形態は、容量的に結合させた給電ラインと、給電ネットワークを放射要素に結合する、ビア（ｖｉａ）結合及び近接型結合のような他の手段とを有するアンテナを提供する。このアンテナは、絶縁基板と、この絶縁基板の上面上に設けられた導電性パッチと、この絶縁基板の底面上に設けられ、内部に開口部を有している接地面であって、開口部が導電性パッチの下側に整列されるように位置決めされた接地面と、給電ラインであって、この給電ラインの端部が開口部の下側に整列されるように位置決めされ、ＲＦ信号をこの開口部を通って導電性パッチに容量的に送信するようにした当該給電ラインとを備えている。他の構成も同様に実現可能であり、以下の例は、随意の解決策を提供するとともに、システムを如何にして最も有効に実施するかに関する洞察を提供するように設定したものである。
【００１３】
本発明の実施形態は、可変性の誘電体を用いて遅延ラインを制御し、これにより位相及び周波数の双方又は何れか一方をシフトさせることによりソフトウェアデファインドアンテナを提供するものである。位相シフト（移相）は例えば、アンテナの空間的定位又は偏光制御のために用いることができる。本明細書に開示した実施形態は、アンテナとコーポレート給電との設計を切り離して、これらの間の信号干渉を回避するものである。更に、本明細書に開示した実施形態は、ＲＦ電位及びＤＣ電位を切り離すものである。放射器、コーポレート給電層、可変性誘電体、位相シフト制御ライン、等のようなアンテナの種々の素子は、多相アンテナ設計の互いに異なる層内に設け、これにより設計を分離させるとともにクロストークを回避するようにする。
【００１４】
本明細書に開示した特徴事項には、ＲＦ信号を放射素子及び給電ライン間に結合させる新規な構成配置と、信号の周波数及び位相を制御する構成配置と、多層アンテナと、アンテナの製造方法とを含める。
【００１５】
本明細書に含まれるとともに本明細書の一部をなす添付の図面は、本発明の実施形態を例示するものであり、詳細な説明とともに本発明の原理を説明し図示する役割を担う。図面は、概略的に、例示の実施形態の主な特徴を示すことを意図している。図面は、実際の実施形態のすべての特徴や示される要素の相対的寸法を示すことを意図するものではなく、正確な縮尺で描いていない。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の一実施形態によるアンテナを示す平面図である。
【図１Ａ】図１Ａは、開示の実施形態によるアンテナの接地面を示す平面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、開示の実施形態によるアンテナの接地面を示す平面図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、開示の実施形態によるアンテナの接地面を示す平面図である。
【図１Ｄ】図１Ｄは、開示の実施形態のいずれかによるアンテナの接地面を用いる実施形態を示す断面図である。
【図１Ｅ】図１Ｅは、開示の実施形態によるアンテナの接地面を示す平面図である。
【図２】図２は、互いに直交する２つの給電ラインにより各放射素子に給電しうるようにした本発明の他の実施形態によるアンテナを示す平面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、一実施形態による単一の放射素子の平面図を示す。
【図３Ｂ】図３Ｂは、一実施形態による図３Ａの放射素子の位置におけるアンテナの関連する部分の断面図を示す。
【図３Ｃ】図３Ｃは、図３Ｂのアンテナの変形例の断面図である。
【図４】図４は、本発明の他の実施形態による放射素子の位置におけるアンテナの関連区分を示す断面図である。
【図５】図５は、帯域幅を増大させるように設計した本発明の他の実施形態による放射素子の位置におけるアンテナの関連区分を示す断面図である。
【図６Ａ】図６Ａは、図２に示すのに類似して各パッチに接続した２つの遅延ラインを有する本発明の一実施例による単一の放射素子の平面図を示す。
【図６Ｂ】図６Ｂは、図２に示すのに類似して各パッチに接続した２つの遅延ラインを有する本発明の一実施形態による図６Ａの放射素子の位置におけるアンテナの関連区分を示す断面図である。
【図６Ｃ】図６Ｃは、ＲＦラインの直下に可変性誘電体層（誘電率が可変の層）を有する実施形態を示す断面図である。
【図６Ｄ】図６Ｄは、ＲＦラインがＡＣ電圧によりバイアスＴを介して起動されるようにする、すなわち強いインパクトラインと２つの異なるコーポレート給電ネットワークに対する２つの層とを提供する実施形態を示す断面図である。
【図６Ｅ】図６Ｅは、２つの異なる周波数で動作させるのに用いうる矩形パッチを示す平面図である。
【図６Ｆ】図６Ｆは、標準的なバイアスＴ回路を示す回路図である。
【図７】図７は、可変誘電率材料を制御するためのＤＣ電位を遅延ライン自体に印加して、電極を不要にした実施形態を示す。
【図８】図８は、各遅延ラインが例えば異なる分極を保持し得るように単一パッチに接続された２つの遅延ラインを有する実施形態を示す。
【図８Ａ】図８Ａは、図８に示す実施形態の変形例を示す。
【図９】図９は、ＶＤＣ（可変誘電率）プレートがＶＤＣ材料の規定領域のみを有する実施形態を示す。
【図９Ａ】図９Ａは、図９に示す実施形態の変形例を示す。
【図１０】図１０は、ＶＤＣプレートを使用しない実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に図面を参照して本発明のアンテナの実施形態を説明する。様々な用途のために又は様々な有利性を得るために、種々の実施形態又はそれらの組合せを使用することができる。本明細書に開示する種々の特徴は、得ようとする結果次第で、利点を要件や制約と両立させて、部分的に又はそのすべてを単独で又は他の特徴と組み合わせて使用することができる。ゆえに、特定の有利性は種々の実施形態において強調されるが、開示の実施形態に限定されるわけではない。すなわち、本明細書に開示する特徴は、これらの特徴を記載した実施形態に限定されるものではなく、他の特徴と「混合及び適合させたり」且つ他の実施形態に組み込んだりすることができる。
【００１８】
あらゆるＲＦアンテナにおいて、受信及び送信が対称であり、一方の説明が他方に等しく適用されるようになっている。本説明において、送信を説明することはより容易であるが、受信は同様であり、単に反対方向であり得る。
【００１９】
本明細書に記載の種々の実施形態は、標準的な、または特別に設計されたフラットパネルディスプレイコントローラにより制御可能な多層アンテナを提供する。アンテナは、ＲＦ信号を放射及び受信するための放射要素を含む放射層と、ＲＦ信号を放射要素に結合するための遅延ラインを含む送信層と、可変誘電率（ＶＤＣ）プレートを備える制御層と、ＲＦ信号を遅延ラインのそれぞれに結合するための構成を含むＲＦ結合層と、ＲＦ信号用の接地として機能する接地層とを含んでいる。いくつかの実施形態において、接地層は、ＶＤＣ制御信号用の接地としても機能する。接地面がＶＤＣ制御信号用の接地として機能する実施形態において、接地面は、複数の導電性接地パッチであって、各導電性接地パッチが、隣接する導電性接地パッチと、４００Ｈｚまでの矩形波信号用遮断部として存在するもののＲＦ信号用の短絡として存在する間隔をおいて分離されている複数の導電性接地パッチを備え得る。このような場合、ＲＦ信号の波長の１／１０以下分離させると有利である。
【００２０】
図１Ｄに、米国特許第７，４６６，２６９号明細書の図３Ａ〜図３Ｃの実施形態の断面を図示するが、ただし、接地面３６０は、本明細書に記載の実施形態によって構成されている。米国特許第７，４６６，２６９号明細書に記載のように、放射要素３２０及び導電ライン３２０’が、絶縁層３３０上に設けられ、この絶縁層３３０は、ガラスパネルであってもよい。絶縁層３３０は、ＬＣＤ上に設けられ、ＬＣＤは、透明電極３２５と、上側誘電体プレート３３０’と、液晶３５０と、下側誘電体プレート３５５と、下側電極すなわち接地面３６０とを備える。液晶は、破線で示すように、区分してもよく、その区分は、電極３２５に対応させることができる。米国特許第７，４６６，２６９号明細書によれば、下側電極３６０は、共通電位、例えば、接地に結合される。しかしながら、本明細書に開示の実施形態において、後述するように、接地面３６０は、分けられて、コントローラの複数の接地出力部に連結され、その一方で、共通ＲＦ接地にも結合される。透明電極３２５は、コントローラにより個別に供給される電位３９０に個別に結合させ得る。透明電極３２５のいずれかにおける電位が変化すると、その下の液晶の比誘電率が変化して、これにより、導電ライン３２０’における位相の変化が誘発される。位相の変化は、透明電極３２５に印加する電圧量、すなわちｃｏｎｔｒｏｌｉｎｇ  εｒを選択することにより、また電圧が印加される電極の数、すなわちｃｏｎｔｒｏｌｉｎｇ  ｄを調節することにより、制御可能である。
【００２１】
図１は、一実施形態によるアンテナ１００の平面図を示している。一般的に、このアンテナは、以下に詳細に説明するように、パッチ層と、実時間遅延層と、スロット付接地層と、コーポレート給電層とを有する多層アンテナである。いくつかの例では、多重偏光、広帯域幅等を達成する追加の層を加える。アンテナの種々の素子は絶縁基板上にプリント又は堆積することができる。
【００２２】
図１に示すように、この特定の例におけるアンテナは、放射器１１０の４×４のアレイを有しているが、種々の幾何学的形状及び構成配置では任意の個数の放射器を用いることができるものであり、この４×４の素子の正方形配置は一例としてのみ選択したものである。本例では、各放射器１１０は、絶縁層１０５の上面上に設けた（例えば、堆積、被着、プリントの何れかを行った）導電性パッチであり、さらに以下で説明するように、絶縁層１０５の上面上に物理的に又は容量的に結合させた遅延給電ライン１１５を有する。各遅延給電ライン１１５は、ＲＦ信号をその対応するパッチ１１０に供給する蛇行導体である。このＲＦ信号は、遅延給電ラインの下側に配置された可変性誘電体層を制御することにより調整、例えば、遅延、周波数変更、位相変更することができる。遅延ラインを全て制御することにより、アレイを必要に応じて種々の方向に指向させ、これにより走査型のアレイが得られるようにすることができる。
【００２３】
図１では、各素子に１つの給電ライン１１５のみから給電されるようになっている。しかし、図２に示すように、各放射素子２１０に、互いに直交する２つの給電ライン２１５及び２１７により給電し、これらの各給電ラインが互いに異なる偏光を有するようにすることができる。本明細書に開示する説明は、双方の構成に且つこれらに類似する如何なる構成にも適用することができる。
【００２４】
図１及び図２に示すアンテナの構造及び動作は、図３Ａ及び図３Ｂの以下の説明から、且つ図８をさらに参照してよりよく理解することができる。図３Ａは、単一の放射素子３１０の平面図を示し、図３Ｂは、図３Ａの放射素子３１０の位置におけるアンテナの関連する部分の断面図を示す。図８は、図３Ａ及び図３Ｂの実施形態を含んでいる、本明細書に開示した実施形態の全てに適用しうる平面「透視」図を開示している。したがって、本明細書に開示した実施形態のいずれをも検討するのに際して、よりよく理解するために図８を参照する必要がある。同様に、図１Ａ及び図１Ｂは、本明細書に開示の実施形態のいずれか及び米国特許第７，４６６，２６９号明細書に開示の実施形態に用いることができる接地面の実施形態を示す。
【００２５】
上部誘電体スペーサ３０５は、一般的に、誘電体（絶縁）プレート又は誘電体シートの形態であり、例えばガラス、ＰＥＴなどから作製することができる。放射パッチ３１０は、例えば導電膜の接着、スパッタリング、プリントなどによってスペーサ上に形成される。各パッチ位置において、誘電体スペーサ内にビアを形成し、このビアを導電性材料、例えば、銅を充填して放射パッチ３１０に物理的且つ電気的に接続する接点３２５を形成する。遅延ライン３１５は、誘電体スペーサ３０５の下面（又は上部バインダ３４２の上面）に形成され、接点３２５に物理的及び電気的に接続される。すなわち、遅延ライン３１５から接点３２５を通って放射パッチ３１０に連続的なＤＣ電気接続が存在する。図３Ａに示すように、遅延ライン３１５は、蛇行導電ラインであり、所望の遅延を得ることでＲＦ信号に所望の位相シフトを発生させるために十分な長さを有するように任意の形状をとることができる。
【００２６】
遅延ライン３１５における遅延は、可変誘電率材料３４４を有する可変比誘電率（ＶＤＣ）プレート３４０によって制御される。ＶＤＣプレート３４０を構成するための任意の方法が、アンテナの実施形態での使用に適切であり得るが、特定の実施形態における省略表現として、ＶＤＣプレート３４０は、上部バインダ３４２（例えばガラス、ＰＥＴなど）、可変誘電率材料３４４（例えばねじれネマチック液晶層）、及び下部バインダ３４６からなるように示される。他の実施形態において、バインダ層３４２及び３４４の一方又は両方が省略され得る。あるいは、エポキシ又はガラスビーズなどの接着剤をバインダ層３４２及び／又は３４４の代わりに使用することができる。
【００２７】
一部の実施形態において、例えば、ねじれネマチック液晶層を使用する場合、ＶＤＣプレート３４０はまた、スペーサ３０５の下部に成膜及び／若しくは接着することができる、又は上部バインダ３４２に形成することができる、アライメント層を含む。アライメント層は、液晶分子を制限基板の端縁部にアライメントするため、ラビング又はＵＶ硬化されるポリイミド系ＰＶＡなどの材料の薄層であり得る。
【００２８】
ＶＤＣプレート３４０の実効誘電率は、このＶＤＣプレート３４０に跨ってＤＣ電位を印加することにより制御することができる。その目的で、電極が形成されて、制御可能な電位に接続される。電極を形成するために種々の構成が考えられるが、開示の実施形態においていくつかの例を示す。図３Ｂに示す構成では、２つの電極３４３及び３４７が、一つは上部バインダ３４２の下面、一つは下部バインダ３４６の上面に設けられている。一例として、電極３４７は可変電位点３４１に接続されているとともに、電極３４３は接地点に接続されているものとして示してある。破線で示す一代替形態として、電極３４３も可変電位３４９に接続することができる。図３Ｃは、コントローラが、制御信号と、接地又は共通信号の２つの信号を発する変形例を示す。制御信号を、電極３４３に印加し、共通信号を接地面３５５に印加する。
【００２９】
したがって、可変電位３４１及び／又は可変電位３４９の出力電圧を変えることで、電極３４３及び３４７の近傍におけるＶＤＣ材料の比誘電率を変更して、それによって遅延ライン３１５を進行するＲＦ信号を変更することが可能である。可変電位点３４１及び可変電位点３４９の双方又は何れか一方の出力電圧の変更は、コントローラ（Ｃtl）により実行するソフトウェアを用いて、このコントローラが可変電位点３４１及び可変電位点３４９の双方又は何れか一方の適切な出力電圧を設定するようにすることにより達成することができる。同様に、従来のコントローラを、図３Ｃに示すように、制御信号及び共通信号を供給してアンテナの特性を制御することに使用可能である。したがって、アンテナの性能及び特性はソフトウェアを使用して制御可能である。つまりソフトウェア制御アンテナである。
【００３０】
この点で、本明細書において接地点という用語の使用は、一般的に許容しうる接地電位、すなわちアース電位と、設定電位又は浮遊電位としうる共通（コモン）電位又は基準電位との双方を参照することを明確にするべきものである。例えば、従来のＬＣＤディスプレイコントローラは、ピクセルごとに２つの信号を出力し、この信号の一方を、接地又は共通信号と呼ぶ。同様に、図面では、接地用の記号を用いているが、これはアース電位又は共通電位の何れかを交換可能に表す簡略表記として用いるものである。従って、接地点という用語を本明細書で用いる場合、これに設定電位又は浮遊電位としうるコモン電位又は基準電位という用語が含まれるものである。
【００３１】
送信モードにおいて、ＲＦ信号がコネクタ３６５（例えば同軸ケーブルコネクタ）を通って給電パッチ３６０に印加される。図３Ｂに示すように、給電パッチ３６０と遅延ライン３１５との間に電気ＤＣ接続は存在しない。しかしながら、開示の実施形態において、層は、給電パッチ３６０と遅延ライン３１５との間でＲＦ短絡を得るように設計されている。図３Ｂに示すように、背面導電性接地層（又は共通）３５５が、背面絶縁体（又は誘電体）３５０の上面と下部バインダ３４６の下面との間に配置されている。背面導電性接地層３５５は、実質的に、アンテナアレイの全領域を覆う導体の層である。各ＲＦフィード位置において、窓（ＤＣ遮断部）３５３が背面導電性接地層３５５に設けられる。ＲＦ信号は、給電パッチ３６０から窓３５３を通って進行し、遅延ライン３１５に結合される。受信時には反対のことが起こる。したがって、ＤＣオープン及びＲＦ短絡が遅延ライン３１５と給電パッチ３６０との間に形成される。
【００３２】
一例において、背面絶縁体３５０はロジャース（ＦＲ−４プリント回路基板）から作製され、給電パッチ３６０はロジャースに形成された導電ラインにし得る。ロジャースを使用せず、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン又はテフロン（登録商標））又は他の低損失材料を使用することができる。
【００３３】
本明細書に開示した実施形態のＲＦ短絡（仮想チョークとも称する）設計を更に理解するために、図８を参照する。図８は、各遅延ラインが例えば異なる分極の異なる信号を保持し得るように単一パッチ８１０に接続された２つの遅延ラインを有する実施形態を示す。以下の説明は、遅延ラインの一方に関してなされ、他方は同様の構成を有し得る。
【００３４】
図８では、放射パッチ８１０が接点８２５により遅延ライン８１５に電気的にＤＣ接続されている（他方の給電用の遅延ラインには８１７として参照符号を付してある）。したがって、この実施形態において、ＲＦ信号は遅延ライン８１５から直接的に接点８２５を通って放射パッチ８１０に伝送される。しかしながら、給電パッチ８６０と遅延ライン８１５との間にＤＣ接続はなされず、つまりＲＦ信号は給電パッチ８６０と遅延ライン８１５との間で容量的に結合する。これは、接地面８５０の開口部によってなされる。図３Ｂに示すように、ＶＤＣプレート３４０は遅延ライン３１５の下側に配置されているが、図８では、ＲＦ短絡特徴をよりよく理解させる上で図面を簡略化するためにこのプレートを図示していない。バック接地面８５０は、ハッチマークで部分的に示され、また窓（ＤＣ遮断部）８５３も示す。したがって、図８の例では、ＲＦ信号路は放射パッチ８１０から接点８２５、遅延ライン８１５、窓８５３を容量的に通って給電パッチ８６０に至るものである。
【００３５】
ＲＦ信号を効果的に結合するために、「Ｌ」として示す窓８５３の長さは、給電パッチ８６０に進行するＲＦ信号の波長の約半分、すなわちλ／２に設定する必要がある。「Ｗ」として示す窓の幅は、波長の約１０分の１、すなわちλ／１０に設定する必要がある。さらに、ＲＦ信号を効果的に結合するために、給電パッチ８６０は、Ｄによって示されるように窓８５３の端縁部を超えて約４分の１波長、つまりλ／４延出する。同様に、遅延ライン８１５の終端部（接点８２５と反対の端部）は、Ｅによって示されるように窓８５３の端縁部を超えて４分の１波長、つまりλ／４延出する。給電パッチ８６０に進行するＲＦ信号は遅延ライン８１５に進行する信号より長い波長を有するので、距離Ｄは距離Ｅより長く示されていることに留意されたい。
【００３６】
本明細書においては、波長λに対する全ての言及は、関連の媒体中を伝達する波長を表すことに留意すべきである。その理由は、波長は、アンテナの種々の媒体内を伝達する際に、その設計やアンテナ内の可変誘電性材料に印加されるＤＣ電位に応じて変化しうるためである。
【００３７】
上述したように、図８の例では、遅延ラインと放射パッチとの間のＲＦ信号路は抵抗性の、すなわち物理的な導電性の接点を介するものである。一方で、図８Ａに、遅延ラインと放射パッチとの間のＲＦ信号路が、容量的である、すなわちそれらの間に物理的導電接点が存在しない変形を示す。図８Ａ及びそのコールアウトに示すように、結合パッチ８１０’は放射パッチ８１０の隣に形成されている。接点８２５は、遅延ライン８１５と結合パッチ８１０’との間の物理的な導電性接点を形成している。放射パッチ８１０と結合パッチ８１０’との間のＲＦ信号の結合は、短い誘電性スペースＳを跨ぐ容量性となっている。このスペースＳは単に空気とするか又は他の誘電性材料で充填するようにしうる。図８Ａでは、遅延ライン８１５のみが放射パッチ８１０に容量的に結合されているように示しているが、このことは説明のためのみに行ったものであり、遅延ライン８１５及び８１７の双方を放射パッチ８１０に容量的に結合するようにしうることを認識すべきである。
【００３８】
図１Ａは、一実施形態による接地面１５５の平面図を示している。図１Ａでは、放射パッチ１１０及び遅延ライン１１５を点線で示して、接地面の要素に目が向くようにしている。図１Ａに示す接地面１５５は、本明細書に記載のように米国特許第７，４６６，２６９号明細書の変更実施形態を含め、本明細書に開示の他の実施形態のいずれかで実施可能である。
【００３９】
図１Ａに示す接地面１５５の実施形態は、フラットパネルディスプレイコントローラ（Ｃｔｌ）を用いて、アンテナのＶＤＣピクセルを制御する場合に、特に有用である。コントローラは、制御信号及び共通信号を送信して、ピクセルを作動させる標準的なコントローラ、例えば、アメリカン  ゼットラー  ディスプレイズ社のＺＥＤＶ０４−Ｅ−Ａモデル、アミュレット  テクノロージーズ社のＣＢＣ−２モデル、ディジタル  ビュー社の４１７１３００ＸＸ−３モデル等とし得る。このような従来のディスプレイコントローラは、共通信号をピクセルの列に送信し、その列の各ピクセルに作動信号を連続して発することにより、ディスプレイ上の画像をリフレッシュするように作動する。次に、共通信号を次の列に発し、次の列の各ピクセルに作動信号を連続して発する。図１Ａの実施形態を用いて、コントローラを、同様にアンテナのピクセルを制御することに使用可能である。
【００４０】
一般に、接地面１５５は、単に、プレート、または銅などの導電性材料からなるコーティングであってもよい。導電性材料で接地面層の領域全体を覆ってもよい。また、本明細書に記載のように、ＲＦ信号を容量的に結合したい場合、窓１５３を、遅延ライン１１５と位置調整して接地面に形成することができる。完全を期するため、図面に窓１５３を含めているが、結合窓１５３の有無に拘わらず、本明細書に開示するスプリット型接地の特徴を実施することができる。
【００４１】
共通信号と作動信号の両方を送信する、標準的なコントローラＣｔｌを用いるために、スプリット型接地の特徴を図１Ａの実施形態において実施する。特に、細長いＤＣ遮断部１５７が、接地面に形成されて、接地面を列へ分割し、その列が、接地ストリップ１５５ａ〜１５５ｄとして図１Ａに示されている。各接地ストリップ１５５ａ〜１５５ｄは、放射要素と、対応の遅延ラインの列の下に設けられている。各接地ストリップ１５５ａ〜１５５ｄは、別々にコントローラに連結されている。したがって、コントローラは、共通信号を各接地ストリップ１５５ａ〜１５５ｄに別々に印加することができる。コントローラは、次に、共通信号を受信する接地ストリップに対応するピクセルに連続して作動信号を印加することができる。
【００４２】
この点において、各遅延ライン及び／又は放射パッチのためのピクセルは、１つ以上あってもよく、よって、作動信号の印加を要する電極も一つ以上あってもよい。そうでなければ、このようなピクセルのすべて、よって対応する電極も、共通信号を受信するストリップの上方に配置されることになる。それとは逆に、後述するように、作動信号を遅延ラインに印加し、遅延ラインの下のＶＤＣピクセルのすべてを同時に作動させてもよい。図１Ａでは、接地ストリップを「横列」の向きに示しているが、「縦列」の向きに接地ストリップを配置しても同じ効果が得られることに留意すべきである。
【００４３】
スプリット型接地の特徴は、ＲＦ信号用に連続体として存在するような大きさとしたＤＣ遮断部を用いて達成されるものである。すなわち、遮断部１５７は、ＤＣ信号や、コントローラの比較的低い周波数（通常５０Ｈｚ〜４００Ｈｚ）の矩形波を分離させる一方で、高周波数のＲＦ信号の短絡として存在する。その結果、同じ接地面を、ＲＦ信号用接地として、またピクセル制御用共通部として使用できる。ＲＦ接地信号に対して短絡となるＤＣ遮断部を形成するためには、ＤＣ遮断部の幅は、導電性材料を進行するＲＦ信号の波長に対して、λ／１０を超えてはならない。
【００４４】
したがって、本発明の実施形態は、絶縁基板と、絶縁基板の上面に設けられた複数の導電性パッチと、可変誘電率（ＶＤＣ）プレートと、ＶＤＣプレート上に設けられた複数の導電性遅延ラインであって、各遅延ラインは、ＲＦ信号を複数の導電性パッチの１つに結合する導電性遅延ラインと、ＶＤＣプレートの下に設けられた接地面であって、ＲＦ信号の接地路に対して短絡を形成するような大きさの少なくとも１つのＤＣ遮断部を備える接地面と、を備えるアンテナを提供する。ＶＤＣプレートは、複数のＶＤＣピクセルを画定し、アンテナは、さらに、複数のＶＤＣピクセルの各ＶＤＣピクセルに対応する少なくとも１つの作動電極を備え得る。複数の遅延ラインの各遅延ラインは、コントローラから作動信号を受信するように構成される作動信号入力部を備え得る。各放射パッチは、コントローラの作動信号ラインにそれぞれ結合される導電性スタブを含み得る。細長い列の各列は、コントローラの共通信号出力部に別々に結合される。
【００４５】
接地面は、接地面を複数の接地ストリップに分割する複数の細長いＤＣ遮断部を備え得る。同様に、接地面は、複数のＤＣ遮断部を備え得る。各ＤＣ遮断部は、接地面全体を横切り、よって、接地面を、複数の物理的に分離された接地パッチに分割する。ＤＣ遮断部の幅は、ＲＦ信号の波長に対して、λ／１０以下である。接地面は、さらに、複数の開口部を備え得る。各開口部は、導電性遅延ラインの１つの下側に整列されている。接地面は、複数のＤＣ遮断部を備え得る。各ＤＣ遮断部は、接地面全体を横切り、よって、接地面を、複数の細長い列に分割し、各列は、導電性遅延ラインの列の下側に整列されている。
【００４６】
図１Ａに図示したスプリット型接地の実施形態は、一例に過ぎないが、異なる適用に合うように、他の多くの設計を実施可能である。図解するため、２つ以上の例を以下に説明する。
【００４７】
図１Ｂに、接地面が、放射パッチ及び遅延ライン用の別個の接地ストリップ（１５５ａ〜１５５ｈ）を設けるように分割された一例を示す。一例において、このような構成を用いて、パッチの下においてＶＤＣピクセルを別々に作動させる（例えば、共振周波数を変更する）ことができ、遅延ラインの下においてＶＤＣピクセルを別々に作動させる（例えば、アレイを走査またはステアリングする）ことができる。これは、別のコントローラの同じ構成によってなし得る。
【００４８】
他方で、図１Ｃに、放射パッチ及び対応する遅延ラインの各ユニットが、別個の接地パッチに設けられた一例を示す。このような構成を用いると、各ユニットのＶＤＣピクセルを、別個の作動及び共通信号を受信することにより別々に制御し得る。図１Ｃには、４つの接地ラインを図示しており、当該４つの接地ラインは、各列の接地路のそれぞれがコントローラに個別に接続されていることを示すように、各列で終わるように図示している。
【００４９】
本発明の実施形態によれば、スプリット型ラインは、放射パッチと、対応する遅延ラインとの間に整列させ得る。このような例を、図１Ｅに示し、図１Ｅは、２×２の放射要素１１０のアンテナアレイ用スプリット型接地面を示している。放射要素１１０及び遅延ライン１１５は、接地面１５５とは異なる層にあるので、点線で示している。また、向きが分かりやすくなるように、放射パッチと、対応する遅延ラインとの間の接点１２５は、円として図示している。本実施形態では、接地面は、放射要素１１０と、それに対応する遅延ライン１１５の下を通りそれらの間に整列されるＤＣ遮断部１５７を含み、よって、接地パッチ１５５ａ〜１５５ｄが作り出され、接地パッチ、例えば、１５５ｂ及び１５５ｄが、放射パッチと、異なる接地パッチの上に横たわる別の放射パッチに接続される遅延ラインとを囲む領域を覆う。
【００５０】
また、図１Ｅの実施形態では、クロス型ＤＣ遮断部も設けられ、よって、遅延ラインのそれぞれの下に別個の接地パッチが作り出される。その結果、共通信号は、特定の遅延ラインの各接地路に別々に送られる。任意だが、結合窓１５３も、ＲＦ信号を遅延ラインに結合するために設けられる。
【００５１】
さらに、図１Ｅの実施形態では、各パッチは、導電性スタブ１１１を含む。各導電性スタブ１１１は、コントローラの作動信号ライン１０１に接続される。よって、コントローラが、作動信号を作動信号ライン１０１の一つに印加すると、その信号は、作動信号ライン１０１からスタブ１１１へ、そこから、放射パッチ１１０へ、そこから、接点１２５を通って遅延ラインへ送信される。遅延ラインの下の接地パッチが共通信号を受信すると、接地パッチと遅延ラインとの間のＶＤＣ材料が、作動する。
【００５２】
本明細書に記載のスプリット型接地面の実施形態のどの実施形態も、種々の方法で製造可能である。例えば、接地面は、まず、一つの大きな導電性コーティングとして、例えば銅または他の導電性材料でスパッタリングまたはコーティングすることにより、製造可能である。その後、単一のコーティングにエッチング、スクライビング等をして、ＤＣ遮断部を形成することができる。これとは逆に、接地面は、例えば、銅または他の導電体でスパッタリングまたはコーティング中にマスクを用いて、ＤＣ遮断部とともに製作可能である。その代わりに、接地面は、ＲＦ信号の波長を１／１０以下にすることにより、相互に分離した複数の接地パッチとして製作してもよい。その分離の間隔は、４００Ｈｚまでの周波数の矩形波信号用の遮断部として存在するように、しかしながら、アンテナのＲＦ周波数用の短絡として存在するように設定する。
【００５３】
図４は、ＤＣ電位を可変誘電率材料４４４に印加するための構成配置を除いて図３Ｂの構成に類似する構成を有する他の実施形態を示す。この図４では、２つの電極４４３及び４４７を、層４４４を跨ぐようにするのではなく、互いに並べて設けている。これらの電極４４３及び４４７は下部バインダ４４６の上面上に形成しうる。その他では、図４に示すアンテナの構成及び動作は図３Ｂに示すのと類似している。
【００５４】
図５は、帯域幅を増大させるように設計した他の例を示す。この図５のアンテナの全体的な構造は、スペーサ５１４の形態で他の誘電体層を放射パッチ５１０の上側に設けることを除いて、本明細書で開示した任意の実施形態に応じたものとしうる。スペーサ５１４の上部には共振パッチ５１２が形成されている。この共振パッチ５１２は、このパッチが長方形である場合には、より大きくする、すなわちより大きな幅及びより大きな長さを有するようにするか、又はこのパッチが正方形である場合には、より大きな側辺を有するようにすることを除いて、放射パッチ５１０と同じ形状を有するようにする。ＲＦ信号はスペーサ５１０を容量的に跨ぐように放射パッチ５１０と共振パッチ５１２との間に結合される。この構成配置によれば、単に放射パッチ５１０を用いるよりも帯域幅が大きくなる。
【００５５】
図６Ａ及び６Ｂは、図２に示すのに類似して２つの遅延ラインを各パッチに接続した実施形態を示す。このような実施形態では、それぞれの遅延ラインが互いに異なる偏光で伝送することができる。底面誘電体６５２は２つの給電パッチ６６０及び６６２を互いに分離させ、各給電パッチが信号を遅延ライン６１５及び６１７の一方にそれぞれ結合させるようにする。これらの２つの給電パッチ６６０及び６６２は互いに直交するように配向されている。信号の結合は、前述した例で示しているように導電性接地層６５５中の窓６５３を通って容量的に行われる。図６Ｂでは、一方のみの窓６５３を示している。その理由は、他方の窓はこの断面図に示されない他の平面内に設けられている為である。しかし、２つの窓の構成配置は図８に見ることができる。本実施形態のスプリット型接地という特徴を実施する場合、ＤＣ遮断部を、２つの遅延ラインの間に画定するように作製してもよいし、または２つの遅延ラインを同じ接地パッチまたは接地列に具えてもよい。
【００５６】
図６Ｃは、互いに直交する２つの給電ラインの他の例を示す。この特定の例では、一方の給電ラインを送信用に用い、他方の給電ラインを受信用に用いる。この実施形態は放射パッチ６１０及び共振パッチ６１２と関連させて示しているが、このようにすることは必ずしも必要ではなく、図６Ｂに対する説明と一致させるためのみで用いているものである。図６Ｃの特定の例では、給電パッチ６６０を背面誘電体６５０の底面上に設けるとともに、コネクタ６６５を介して送信ラインに結合してある。送信ライン６６５からの信号は給電パッチ６６０から導電性接地層６５５中の窓６５３を容量的に通って放射パッチ６１０に結合される。窓６５３’を有する第２の導電性接地層６５５’が、背面誘電体６５２の底面上に設けられている。本実施形態では、導電性接地層６５５をスプリット型接地として具えることで十分だが、その代わりに、導電性接地層６５５および６５５’をスプリット型接地にしてもよい。第２の背面誘電体６５２’を第２の導電性接地層６５５’の下側に設け、給電パッチ６６２を第２の背面誘電体６５２’の底に設けている。本例では、給電パッチ誘電体６６２を受信用に用いる。一例では、放射パッチ６１０を正方形として、送信と受信とが同じ周波数で行われるようにしているが、偏光及び位相の双方又は何れか一方を異ならせるようにすることができる。他の例によれば、放射パッチ６１０を長方形（図６Ｅ参照）とする。この場合、送信と受信とを互いに異なる周波数で行うことができ、送信と受信とで偏光及び位相の双方又は何れか一方を同じにしたり異ならせたりすることができる。
【００５７】
図６Ｄは、一方の給電パッチを送信用に用い、他方の給電パッチを受信用に用いる他の例を示す。ただし、図６Ｄでは、ＶＤＣ材料の制御は、ＤＣ電位を遅延ライン６１５に送ることにより行われる。このことは、例えば、修正したバイアスＴの構成配置を用いることにより行うことができる。標準のバイアスＴ回路は具体的に図６Ｆに示してある。ＲＦ＋ＤＣノードが遅延ライン６１５に対応する。ＤＣノードは可変電位点６４１の出力部に対応する。ＲＦノードは給電パッチ６６０及び６６２に対応する。図６Ｆに示すように、ＲＦノードはキャパシタＣを介して回路に結合されている。しかし、本明細書で説明したように、本明細書に開示した実施形態におけるＲＦ信号は既に遅延ラインに容量的に結合されるようになっており、キャパシタＣは省略しうるようになっている。従って、アンテナのＤＣ側にインダクタＩを導入することにより、修正したバイアスＴ回路が形成される。共通信号または接地信号を、導電性接地層６５５に印加することができ、導電性接地層６５５は、本明細書に開示した実施形態のいずれかによるスプリット型接地として実施可能である。
【００５８】
図６Ｄに示しているが、他の実施形態の何れでも実行しうる他の変形例は、バインダ層を除外した例である。図６Ｄに示すように、導電性接地層６５５を有する背面誘電体６５０とスペーサ６０５との間にＶＤＣ材料が挟まれている。一例では、ＶＤＣ材料６４４内に（破線で示す）ガラスビーズを散在させて、導電性接地層６５５を有する背面誘電体６５０とスペーサ６０５との間に適切な距離間隔を保つようにすることができる。バインダ層を用いた場合でも、ガラスビーズを用いうることは勿論である。
【００５９】
図７は、可変誘電率材料を制御するためのＤＣ電位を遅延ライン自体に印加して、電極を不要にした実施形態を示す。標準的なコントローラを用いてもよく、標準的なコントローラは、各ピクセルを制御するように作動信号および共通信号を発する。ＲＦ信号とＤＣ信号とを分離させるためにバイアスＴを用いることができる。コントローラＣｔｌの出力（例えば、バイアスＴ）が、遅延ライン７１５に結合されて、遅延ライン７１５と背面導電性接地層７５５との間にＤＣ電位を確立する。背面導電性接地層７５５は、上述の実施形態に開示したように、スプリット型接地にしてもよく、その結果、コントローラの共通信号が、用いるスプリット型接地によるが、接地ストリップまたは接地パッチに印加される。従って、遅延ラインは２つの機能、すなわち、この遅延ラインがＤＣ電位を受け、これによりＶＤＣ材料７４４の誘電率を変更させる機能と、この遅延ラインがＲＦ信号を給電パッチ７６０及び７６２に容量的に結合させる機能とを有するようになる。
【００６０】
実施形態の開示から理解しうるように、絶縁スペーサと、この絶縁スペーサ上に設けられた少なくとも１つの放射用構成配置であって、各放射用構成配置が前記絶縁スペーサの上面上に設けられた導電性パッチと、前記絶縁スペーサの底面上に設けられた遅延ラインと、導電性材料より成っているとともに前記絶縁スペーサ中の窓を介して前記導電性パッチ及び前記遅延ライン間に電気的なＤＣ接続を達成するようにする接点とを具える当該少なくとも１つの放射用構成配置；可変誘電率（ＶＤＣ）プレート；背面絶縁体；この背面絶縁体の上面の上側に設けられた背面導電性接地層；及び前記少なくとも１つの放射用構成配置の各々に対するＲＦ結合用構成配置であって、前記背面導電性接地層内に形成された窓と、この窓に対し重なる向きに向けられて前記背面絶縁体の底面の上側に設けられた導電性ＲＦ給電パッチとを有する当該ＲＦ結合用構成配置；を具える共通素子を有するように種々のアンテナを構成することができる。ある実施形態では、誘電率をＶＤＣプレートの選択範囲に調節するために、電極が設けられ、他の実施形態では、遅延ラインをこの目的のために用いる。ある実施形態では、空気からＲＦ信号を結合するのに導電性パッチを用い、他の実施形態では、この導電性パッチを用いて、空気からＲＦ信号を結合するのに用いる他のより大きいパッチにＲＦエネルギーを結合するようにする。パッチの大きさは所望のＲＦ波長に応じて設定する。このＲＦ波長を用いて、窓、遅延ライン及び給電パッチを適切な大きさとすることによりＲＦ結合を最適にするようにすることもできる。
【００６１】
ＶＤＣプレートはＶＤＣ材料の個々のピクセルに分割することができる。このＶＤＣプレートに対してフラットパネルスクリーンのＬＣＤパネルを用いることができる。ＶＤＣピクセルは電極又は遅延ラインの面積範囲に応じてグループ化することができる。他の実施例では、電極又は遅延ラインにより制御される領域内にのみＶＤＣ材料を設けるようにする。図９は、ＶＤＣプレート９４０がＶＤＣ材料の規定領域のみを有する例を示している。遅延ライン９１５の下側にＶＤＣ領域９４２が示されており、遅延ライン９１７の下側にＶＤＣ領域９４４が示されている。これらのＶＤＣ領域の各々は１つの連続する領域のＶＤＣ材料とするか、又は複数のピクセルに分割することができる。製造を容易にするためには、ＶＤＣプレート９４０の領域全体にＶＤＣ材料のピクセルが含まれるようにしうる。図９Ａは、図８Ａに示すのと類似するように、遅延ライン９１５が結合パッチ９１０’を介して放射パッチ９１０に容量結合されていることを示しているが、その他では図９Ａは図９に示すのと同じである。
【００６２】
本明細書に開示した特徴は、位相及び周波数の双方又は何れか一方の変化を必要としない場合でもアンテナを形成するために達成しうる。図１０は、ＶＤＣプレートを使用しない実施形態を示す。この図１０の実施形態では、アンテナが絶縁基板１０８０を有しており、この絶縁基板１０８０の上面上に導電性パッチ１０１０が設けられている。絶縁基板１０８０の底面上には接地面１０５５が設けられており、この接地面はその中に開口部１０５３を有している。この開口部は導電性パッチ１０１０の下側に整列されるように位置決めされている。給電ライン１０６０はその終端が開口部１０５３の下側に整列されるように位置決めされ、ＲＦ信号が開口部１０５３を通って導電性パッチ１０１０に容量的に送信されるようになっている。接地面１０５５と給電ライン１０６０との間には背面誘電体が設けられている。ＲＦ信号を給電ライン１０６０に送信したり、給電ライン１０６０から受信したりするのにコネクタ１０６５が用いられる。
【００６３】
各実施形態が特定の特徴及び要素に関して記載される、種々の実施形態が上に記載されている。しかしながら、一実施形態の特徴及び要素は、他の実施形態の他の特徴及び要素と併せて使用することができ、説明はそうした可能性を網羅することが意図されるが、混乱を避けるためにすべての変更を明白に記載するわけではない。
【００６４】
本発明では、一般に多層のソフトウェア制御アンテナを提供する。このアンテナは絶縁プレートの上側に放射パッチを有する。この絶縁プレートの底面上には遅延ラインが設けられ、この遅延ラインの一端は放射パッチにＲＦ結合されている。この電気的な結合は、物理的な導電性接点により、又は相互間に物理的な導電性接続の無い近接型結合により達成しうる。遅延ラインの下側には可変誘電率（ＶＤＣ）プレートが設けられている。このＶＤＣプレートの底面上には接地面が設けられ、この接地面はその中に開口部を有し、この開口部は放射パッチの下側に整列されるように位置決めされている。この開口部の下側に整列されるように位置決めされた終端を有する給電ラインが接地面の下側に設けられ、ＲＦ信号がこの開口部を通って導電性パッチに容量的に送信されるようになっている。給電ラインと接地面との間は電気的な分離が行われている。例えば、給電ラインと接地面との間に背面誘電体プレートを設けることができる。ある実施例では、ＲＦ信号を接地面内に設けた他の開口部を通して又は第２の別の接地面を通して遅延ラインに結合しうる第２の給電ラインを設ける。
【００６５】
帯域幅を増大させるために、放射パッチの上側に共振パッチを設けることができ、この場合、ある実施形態では放射パッチと共振パッチとの間に絶縁スペーサを設けることができる。ある実施形態では、ＶＤＣプレート内に電極を設ける。これらの電極は可変電位源に結合させ、この可変電位源はコントローラに接続しうる。他の実施形態では、遅延ラインにＤＣ電位を印加することによりＶＤＣプレートを制御するようにする。遅延ラインにＤＣ電位を印加することは、給電ラインと、接地プレートと、ＶＤＣプレートと、遅延ラインとがバイアスＴ回路のＲＦ脚部を形成している修正したバイアスＴを用いて実行できる。このＤＣ脚部は、中間のインダクタを介して遅延ラインに結合しうる（図６Ｄ参照）。接地面は、スプリット型接地面であってもよい。
【００６６】
本明細書に記載の処理や技術は、本質的に任意の特定の装置に関するものではなく、任意の適切な構成要素の組合せによって実施することができる、ということが理解される必要がある。さらに、本明細書の記載に従って、種々のタイプの汎用デバイスを使用することができる。本発明は、特定の実施形態に関して記載されているが、これらはあらゆる点で限定ではなく例示を目的としている。本発明の実施に多様な組合せが適するということを当業者は理解するであろう。
【００６７】
さらに、本発明の他の態様は、本明細書を考慮して本明細書に開示の本発明を実施することから、当業者には明らかになる。記載の実施形態の種々の態様及び／又は構成要素は単独で又は任意の組合せで使用することができる。明細書及び実施形態は例示のみとして考慮され、本発明の真の範囲及び趣旨は以下の特許請求の範囲によって示されるということが意図されている。
【図１】
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【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図６Ｆ】
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【図７】
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【図８】
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【図８Ａ】
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【図９】
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【図９Ａ】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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