(57)【要約】  アンテナアパーチャにおけるＲＦリップル補正のための方法及び装置が記載される。１つの実施形態において、アンテナは、液晶（ＬＣ）を有するアンテナ素子のアレイと、アレイに結合されており、各々が、アレイのアンテナ素子に結合されてアンテナ素子に駆動電圧を印加するように動作できる複数のドライバを有する駆動回路と、駆動回路に結合されて、駆動電圧を調整してリップルを補償する無線周波数（ＲＦ）リップル補正論理回路と、を備える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶（ＬＣ）を有するアンテナ素子のアレイと、
前記アレイに結合され、各々が、前記アレイのアンテナ素子に結合されて前記アンテナ素子に駆動電圧を印加するように動作できる複数のドライバを有する駆動回路と、
前記駆動回路に結合されて、前記駆動電圧を調整してリップルを補償する無線周波数（ＲＦ）リップル補正論理回路と、
を備えるアンテナ。
【請求項２】
前記ＲＦリップル補正論理回路は、前記アレイのアンテナ素子に対する駆動電圧を再調整して、正フレーム及び負フレームの両方に同じ差動電圧を印加するように動作できる、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項３】
前記複数のドライバの各ドライバは、正フレーム及び負フレームの両方に対して複数のグレイシェードレベルの各グレイシェードレベルにおいて規定された出力を有し、ガンマ電圧が前記出力を制御する、請求項２に記載のアンテナ。
【請求項４】
前記ＲＦリップル補正論理回路は、Ｎが整数である場合、Ｎ個のガンマ電圧レベルに対してＮ／２個のグレイシェードレベルでＲＦリップル補正を実行するように動作できる、請求項３に記載のアンテナ。
【請求項５】
共通電圧が前記アレイ内のアンテナ素子に印加され、更に前記ＲＦリップル補正論理回路は、前記共通電圧を調整してリップルを補償するように動作できる、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項６】
前記アンテナ素子のＬＣに周期的に印加される差動電圧の極性を反転させるように前記駆動回路に結合されたコントローラを更に備える、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項７】
前記コントローラは、前記駆動回路に対して、フレームごとに前記アンテナ素子のＬＣに印加される差動電圧の極性を反転させるように動作できる、請求項６に記載のアンテナ。
【請求項８】
前記ＲＦリップル補正論理回路は、自由空間試験（ＦＳＴ）測定システムで適用される電圧調整を適用するように動作できる、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項９】
前記ＲＦリップル補正論理回路は、前記アレイに結合された環境センサに応答して電圧調整を適用するように動作できる、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項１０】
アンテナ内のアンテナ素子のアレイにおけるアンテナ素子用のドライバに対する駆動電圧の初期セットを決定するステップと、
前記駆動電圧のセットにおける駆動電圧を調整することにより、前記アレイ内のアンテナ素子に対してＲＦリップル補正を実行するステップと、
を含む方法。
【請求項１１】
動作中、前記アレイ内の前記アンテナ素子にＲＦリップル補正電圧を印加するステップを更に含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記電圧の初期セットにおける電圧は、共通電圧に関する初期値に対して対称である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記アレイ内のアンテナ素子に対してＲＦリップル補正を実行するステップは、
（ａ）第１の電圧レベルを使用してＲＦリップルを測定するステップと、
（ｂ）測定されたＲＦリップルと所定基準との間の関係に基づいて前記共通電圧を調整するステップと、
（ｃ）前記測定されたＲＦリップルが前記所定基準を満たすまで、前記ステップ（ａ）及び（ｂ）を繰り返すステップと、
（ｄ）前記共通電圧を前記調整された共通電圧に設定するステップと、
を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１の電圧レベルは、最高及び最低グレイシェードレベルに基づく、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記所定基準は、ＲＦリップル閾値であり、更に前記ＲＦリップルが前記閾値を下回るまで、前記共通電圧を調整するステップが繰り返される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
他のグレイシェードレベルに対して前記共通電圧の調整を繰り返すステップを更に含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記駆動電圧は、前記アンテナ素子内の液晶（ＬＣ）の両端の差動電圧である、請求項１０に記載の方法。
【請求項１８】
前記共通電圧の差分を決定し、
前記差分に基づいてソース電圧補正値を計算し、
１又は２以上のガンマ電圧レベルを調整することにより前記ソース電圧補正値を適用する、
ことによって調整された駆動電圧を生成するステップを更に含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１９】
少なくともプロセッサ及びメモリを内部に有するシステムによって実行されたときに、前記システムに方法を実行させる命令が格納された非一時的コンピュータ可読記憶媒体であって、前記方法が、
アンテナ内のアンテナ素子のアレイにおけるアンテナ素子用のドライバに対する駆動電圧の初期セットを決定するステップと、
前記駆動電圧のセットにおける駆動電圧を調整することにより、前記アレイ内のアンテナ素子に対してＲＦリップル補正を実行するステップと、
を含む、非一時的コンピュータ可読記憶媒体。
【請求項２０】
動作中、前記アレイ内の前記アンテナ素子にＲＦリップル補正電圧を印加するステップを更に含む、請求項１９に記載の非一時的コンピュータ可読記憶媒体。
【請求項２１】
前記電圧の初期セットにおける電圧は、共通電圧に関する初期値に対して対称である、請求項１９に記載の非一時的コンピュータ可読記憶媒体。
【請求項２２】
前記アレイ内のアンテナ素子に対してＲＦリップル補正を実行するステップは、
（ａ）第１の電圧レベルを使用してＲＦリップルを測定するステップと、
（ｂ）測定されたＲＦリップルと所定基準との間の関係に基づいて前記共通電圧を調整するステップと、
（ｃ）前記測定されたＲＦリップルが前記所定基準を満たすまで、前記ステップ（ａ）及び（ｂ）を繰り返すステップと、
（ｄ）前記共通電圧を前記調整された共通電圧に設定するステップと、
を含む、請求項１９に記載の非一時的コンピュータ可読記憶媒体。
【請求項２３】
前記第１の電圧レベルは、最高及び最低グレイシェードレベルに基づく、請求項２２に記載のコンピュータ可読記憶媒体。
【請求項２４】
前記所定基準は、ＲＦリップル閾値を含み、更に前記ＲＦリップルが前記閾値を下回るまで、前記共通電圧を調整するステップが繰り返される、請求項２２に記載の非一時的コンピュータ可読記憶媒体。
【請求項２５】
他のグレイシェードレベルに対して前記共通電圧の調整を繰り返すステップを更に含む、請求項２２に記載の非一時的コンピュータ可読記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（優先権）
本特許出願は、「ＲＦ  ＲＩＰＰＬＥ  ＣＯＲＲＥＣＴＩＯＮ（ＲＦリップル補正）」と題する２０１７年９月２０日出願の対応の仮特許出願第６２／５６１，１１０号、及び「ＤＣ  ＯＦＦＳＥＴ  ＣＯＲＲＥＣＴＩＯＮ  ＩＮ  ＡＮ  ＲＦ  ＴＦＴ  ＡＮＴＥＮＮＡ  ＡＰＥＲＴＵＲＥ（アンテナアパーチャにおけるＤＣオフセット補正）」と題する２０１７年９月２８日出願の仮特許出願第６２／５６４，８７７号に対して優先権を主張し、これらを引用により組み込むものである。
【０００２】
（技術分野）
本発明の実施形態は、液晶（ＬＣ）を有する無線周波（ＲＦ）デバイスの分野に関し、より具体的には、本発明の実施形態は、ＲＦリップル、フリッカ又は他の観測が行われる液晶（ＬＣ）を有する無線周波（ＲＦ）デバイスの駆動及び制御に関する。
【背景技術】
【０００３】
液晶（ＬＣ）を使用する表示デバイスは通常、ＬＣの両端に印加される駆動電圧の極性を一定の区間で反転させる駆動方法を用いている。これらの区間は通常、タイムフレーム又はフレームと呼ばれる。この方法は、ＬＣデバイス内の電圧の蓄積をもたらす可能性があるＬＣデバイス内の電荷のトラップを防止又は最小化するために行われる。これらの電荷は、ＬＣデバイス内の材料の汚染又は劣化に主として起因する、多くの発生源から生じる。所与の極性を持続的に適用することによって、汚染物質（有機酸など）の電荷が分離されて、これらをＬＣデバイスの境界に移動させ、電荷がそこに付着する場合がある。印加される電圧の極性を反転させることにより、これらの荷電種の分離及び移送を低減することができる。しかしながら、電圧を対称的に反転することは困難であるため、結果的に「正味のＤＣオフセット」が生じる。
【０００４】
また、「フリッカ」と呼ばれる状態が生じる場合があり、この状態は、正フレーム及び負フレームにおけるＬＣの光学特性が異なって人間の目で視認できるような、正フレーム中に印加される電圧の絶対値と負フレーム中に印加されるものとの間に十分な差異がある場合に引き起こされる。ディスプレイでは、光検知デバイスにより、これらの光学特性を確認又は検出することができる。フリッカの原因となった正フレームと負フレームとの間の非対称性は、時間の経過に伴って蓄積電荷をもたらす。デバイス内に蓄積した電荷は、ＬＣに印加されるように意図された電圧と実際に印加される電圧との間の差分を生じる場合がある。このことは、素子に印加される二乗平均平方根（ＲＭＳ）電圧の低下をもたらす可能性がある。本明細書において「画像付着」と呼ばれるこの問題の別の兆候が生じる場合があり、これは、次の画像パターンへの以前に適用された画像パターンの影響である。
【０００５】
印加される電圧の極性を定期的に反転させることは、電荷トラップを防止するのに効果的であるが、これだけでは、「フリッカ」のような問題を防ぐのに十分ではない。正の極性での印加電圧と負の極性での印加電圧との間に持続的な差分が存在する場合には、この差分は、フレーム間に「正味のＤＣオフセット」をもたらす可能性があり、これによって、時間の経過に伴ってＬＣデバイスの境界にて電荷の正味の蓄積がある。
【０００６】
ＬＣベースのデバイスでこれを防止するには、駆動極性の１つの区間中にＬＣデバイスに印加される電圧の絶対値と、反対の駆動極性の次の区間中に印加される電圧の絶対値との間のＤＣオフセットが可能な限りゼロに近いことが望ましい。
【０００７】
ＬＣディスプレイでは、ＤＣオフセットの調整は、グレイレベルごとに極性ごとに各素子に送られる電圧値を補償することによって行われる場合がある。ディスプレイでは、選択されたグレイレベルでの各極性での補償電圧の量は、光学的に決定される場合があり、フリッカをゼロにするように選択される。すなわち、フレームの正の極性と負の極性との間の電圧差が、光学フリッカをもたらし、この光学フリッカが、光学センサ又はセンサのアレイ（カメラ）によって観測され、自動試験セットアップにおいて補正アルゴリズムを使用してゼロになる場合がある。次に、これらの補正値は、保存されて、オフセットを最小にするのに使用される場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許出願第１５／５９６，３７０号明細書
【特許文献２】米国特許第９，８８７，４５５号明細書
【特許文献３】米国特許出願第１４／５５０，１７８号明細書
【特許文献４】米国特許出願第１４／６１０，５０２号明細書
【特許文献５】米国特許公開第２０１５／０２３６４１２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記では、ＬＣディスプレイに関するＤＣオフセット問題について説明した。ＬＣ駆動機構はディスプレイと同様であるため、同様の現象が、ＬＣ  ＲＦアンテナで観測される。この現象の影響は、受信機における搬送波対雑音比（Ｃ／Ｎ）を低下させるアンテナ性能のＲＣリップルとして観測される。ＬＣディスプレイで使用されるＤＣオフセット補正方法は、アンテナ構造がＬＣ応答の光学測定経路を遮断するということから、ＬＣアンテナの電流状態に適用することができない。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
アンテナアパーチャにおけるＲＦリップル補正のための方法及び装置が記載される。１つの実施形態において、アンテナは、液晶（ＬＣ）を有するアンテナ素子のアレイと、該アレイに結合されており、各々が、アレイのアンテナ素子に結合されて該アンテナ素子に駆動電圧を印加するように動作できる複数のドライバを有する駆動回路と、該駆動回路に結合されて、駆動電圧を調整してリップルを補償する無線周波数（ＲＦ）リップル補正論理回路と、を備える。
【００１１】
本発明は、以下に与えられる詳細な説明及び本発明の様々な実施形態の添付図面からより完全に理解されるであろうが、これらは、本発明を特定の実施形態に限定するものではなく、単に説明及び理解のためのものであると解釈されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】電圧調整装置の１つの実施形態のブロック図である。
【図２】無線周波数（ＲＦ）リップルのない経時的な伝送パラメータＳ２１を示す。
【図３】ＲＦリップルを伴う経時的な伝送パラメータＳ２１を示す。
【図４】ＬＣアンテナアパーチャにおけるＲＦ単位セルに対する駆動電圧を示す。
【図５】ガンマ電圧を使用したデータ（ソース）ドライバ出力制御を示す。
【図６】ＲＦリップル補正処理の一実施形態のフローチャートを示す。
【図７Ａ】ＲＦリップル補正処理の１つの実施形態を使用した電圧調整例を示す。
【図７Ｂ】ＲＦリップル補正処理の１つの実施形態を使用した電圧調整例を示す。
【図７Ｃ】ＲＦリップル補正処理の１つの実施形態を使用した電圧調整例を示す。
【図７Ｄ】ＲＦリップル補正処理の１つの実施形態を使用した電圧調整例を示す。
【図８】ＲＦリップル補正処理の別の実施形態のフローチャートである。
【図９】透過率対電圧曲線の例を示す。
【図１０】ＤＣオフセット補正値を決定するための処理の１つの実施形態のフローチャートである。
【図１１】導波管領域の外側に配置された単一の試験構造に関する経路設定の１つの実施形態を示す。
【図１２】試験構造の１つの実施形態を示す。
【図１３】光学的に透明な試験構造に対するゲート及びソース線経路設定の一例を示す。
【図１４】それぞれアンテナアパーチャ用のパッチ及びアイリスを形成するパッチガラス（基板）及びアイリスガラス（基板）構造の例を示す。
【図１５】それぞれアンテナアパーチャ用のパッチ及びアイリスを形成するパッチガラス（基板）及びアイリスガラス（基板）構造の例を示す。
【図１６】パッチガラス基板上の経路設定の例を示す。
【図１７】アイリスガラス基板上の経路設定の例を示す。
【図１８】円筒状給電ホログラフィック放射状アパーチャアンテナの１つの実施形態の概略図を示す。
【図１９】グランドプレーンと再構成可能共振器層とを含む１列のアンテナ素子の斜視図を示す。
【図２０】同調可能共振器／スロットの１つの実施形態を示す。
【図２１】物理的アンテナアパーチャの１つの実施形態の断面図を示す。
【図２２Ａ】スロット付きアレイを形成する様々な層の１つの実施形態を示す。
【図２２Ｂ】スロット付きアレイを形成する様々な層の１つの実施形態を示す。
【図２２Ｃ】スロット付きアレイを形成する様々な層の１つの実施形態を示す。
【図２２Ｄ】スロット付きアレイを形成する様々な層の１つの実施形態を示す。
【図２３】円筒状給電アンテナ構造の１つの実施形態の側面図を示す。
【図２４】アンテナシステムの別の実施形態を外向き波と共に示す。
【図２５】アンテナ素子に対するマトリクス駆動回路の配置の１つの実施形態を示す。
【図２６】ＴＦＴパッケージの１つの実施形態を示す。
【図２７】同時送信及び受信経路を有する通信システムの１つの実施形態のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下の説明において、本発明のより完全な説明を提供するために数多くの詳細が示される。しかしながら、当業者であれば、本発明がこれらの特定の詳細なしに実施できることは明らかであろう。他の例では、本発明を不明確にすることのないように、公知の構造及びデバイスは、詳細にではなくブロック図の形で示される。
電圧補正の概要
【００１４】
アンテナの駆動機構を制御するための方法及び装置が開示される。１つの実施形態において、アンテナは、例えば、以下に説明するアンテナ実施形態に限定されるものでないが、記載のものなどの平面アンテナ（ｆｌａｔ  ｐａｎｅｌ  ａｎｔｅｎｎａ）を備える。本明細書で説明する技法は、このようなアンテナに限定されるものではないことに留意されたい。
【００１５】
１つの実施形態において、駆動機構は、アンテナ内のアンテナ素子を制御するための電圧値の選択を伴う。１つの実施形態において、アンテナ素子は、ＲＦ放射アンテナ素子であるが、本明細書に開示する技法は、このようなアンテナ素子に限定されない。１つの実施形態において、ＲＦ放射アンテナ素子は、メタマテリアル液晶ベースのアンテナ素子である。１つの実施形態において、メタマテリアルアンテナ素子は、例えば、限定されるものではないが、以下により詳細に開示されるものなどの表面散乱メタマテリアルアンテナ素子である。
【００１６】
１つの実施形態において、アンテナ用の駆動機構は、アンテナに関して行われた観測に基づいて修正される。試験装置、試験構造、及びセンサが、観測結果を得ることができる。１つの実施形態において、観測は、無線周波数（ＲＦ）リップル、フリッカ、及び／又は環境変化（例えば、温度変化、圧力変化など）に関する観測を含む。
【００１７】
観測に基づいて、駆動機構の変更が行われる。１つの実施形態において、駆動機構に対する１又は２以上の変更は、アンテナの一部分の動作を制御する１又は２以上の電圧を調整することを伴う。１つの実施形態において、この調整は、トランジスタ（例えば、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ））のガンマ電圧、ゲート、ソース及び／又はドレイン電圧、基準電圧又は共通電圧（例えば、Ｖｃｏｍ）などのうちの１又は２以上に対して行われる。
【００１８】
ＲＦリップル及び／又はフリッカ観測の場合には、本明細書に開示する技法は、このようなアンテナ素子用のドライバを含むアンテナ素子の制御に指定される電圧値を調整する。１つの実施形態において、ガンマ電圧値が調整される。別の実施形態では、共通電圧、例えばＶｃｏｍ値が、調整される。電圧調整は、これらの電圧に限定されるものではないことに留意されたい。
【００１９】
図１は、電圧調整装置の一実施形態のブロック図である。１つの実施形態において、この装置はアンテナの一部分である。別の実施形態では、装置は、アンテナによって使用されるが、アンテナから切り離される。更に別の実施形態では、装置の一部分は、一部がアンテナの一部分であり、別の部分がアンテナから切り離されているが、アンテナによって使用されるように分散される。
【００２０】
図１を参照すると、電圧調整コンポーネント１００は、１又は２以上の駆動／制御電圧値１０１（例えば、トランジスタ（例えば、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ））のガンマ電圧値、ゲート、ソース及び／又はドレイン電圧、基準電圧又は共通電圧（例えば、Ｖｃｏｍ）など）と、アンテナに対した行われた観測に関連する観測データ１０２を受け取る。１つの実施形態において、観測データ１０２は、ＲＦリップル測定値又は情報、フリッカ測定値又は情報、環境測定値などのうちの１又は２以上を含む。これらは、試験器、試験構造、センサなどから得ることができる。
【００２１】
これらの入力に応答して、電圧調整コンポーネント１００は、アンテナによって使用される駆動電圧及び／又は制御電圧に対する電圧調整を実行する。１つの実施形態において、電圧調整コンポーネント１００は、観測されたＲＦリップルに応答して電圧調整を実行する。別の実施形態では、電圧調整コンポーネント１００は、観測されたフリッカに応答して電圧調整を実行する。更に別の実施形態では、電圧調整コンポーネント１００は、観測されたＲＦリップル及びフリッカに応答して電圧調整を実行する。
【００２２】
１つの実施形態において、電圧調整コンポーネント１００は、ＲＦリップル補正コンポーネント１００Ａを使用して観測されたＲＦリップルに応答して電圧調整を実行する。別の実施形態では、電圧調整コンポーネント１００は、ＤＣオフセット補正コンポーネント１００Ｂを使用して観測されたフリッカに応答して電圧調整を実行する。更に別の実施形態では、電圧調整コンポーネント１００は、ＲＦリップルコンポーネントとＤＣオフセット補正コンポーネントとの組み合わせを使用して観測されたＲＦリップル及びフリッカに応答して電圧調整を実行し、ここで、ＲＦリップルコンポーネント１００Ａ及びＤＣオフセット補正コンポーネント１００Ｂは、組み合わされるか、又は順次動作する。１つの実施形態において、これら２つの方法が組み合わされて、光学ＤＣオフセット補正／検出方法（１００Ｂ）を使用して、予期されるガンマ電圧補正量が確立され、次に、リップル方法を用いたより精密な補正（１００Ａ）が、これらの予期された値の周りで実行されるようになる。１００Ｂを使用して見つけられた電圧補正量は、試験構造が周辺にのみ配置されている場合、又はＩＴＯ構造のキャパシタンスが、ＲＦ素子に近いが、それと異なる場合に、アレイ内のＲＦ素子に必要なものと異なる場合がある。２つの方法の組み合わせは、電圧範囲全体をスキャンすることなく、より短い時間（１００Ｂ）でより正確な補正（１００Ａ）を提供することができる。１つの実施形態において、電圧調整コンポーネント１００は、基準電圧又は共通電圧Ｖｃｏｍ調整コンポーネント１００Ｃを備えて、共通電圧を調整する。この調整は、１又は２以上の観測（例えば、ＲＦリップル、フリッカなど）に基づいて行うことができる。
【００２３】
電圧調整コンポーネント１００は、アンテナコントローラ１０４によってアクセスされるメモリ１０３（例えば、ルックアップテーブル（ＬＵＴ））に格納された１又は２以上の新しい又は更新された駆動／制御電圧値１１０を出力し、このアンテナコントローラが、当該技術分野で公知の方法でアレイ１０５内のアンテナ素子を駆動及び制御することに使用される電圧値を使用する。
【００２４】
電圧調整コンポーネント１００によって実行される、又は他のアンテナの実施形態によって使用されるリップル補正及びＤＣオフセット補正の実施形態に関する例は、以下により詳細に説明される。
【００２５】
リップル補正の概要
１つの実施形態において、ＬＣベースのアンテナアパーチャは、液晶（ＬＣ）に周期的に印加される差動電圧の極性を反転させる駆動機構を使用する。ＬＣベースのアンテナアパーチャは、限定されるものではないが、例えば、以下により詳細に説明されるアンテナアパーチャである。１つの実施形態において、ＬＣ差動電圧の極性は、本明細書でフレームと呼ばれる一定の時間区間で反転される。電圧極性の反転は、電極表面（例えば、ＬＣベースのアンテナ素子（例えば、以下に説明する表面散乱アンテナ素子）のパッチ／スロットペアにおけるパッチ電極）上のＬＣでの電荷の蓄積を防止するために適用される。この蓄積は、ＬＣ層内の電圧の蓄積を引き起こし、デバイスの特性を阻害する。各フレームにおける電圧極性の反転は、各フレームにおいて電荷が動き回っているときにこの蓄積を防止する。これらの電荷は、主に汚濁又は材料劣化生成物に起因してＬＣに存在する。例えば、ＬＣ材料の劣化が存在し、この劣化は、このアンテナアパーチャセグメントの組み立てプロセスでのＵＶへの暴露、意図せずに露出した金属とのＬＣの反応、ＬＣと整列層との反応などに起因する。
【００２６】
印加される電圧の差異は、正フレームと負フレームとの間のＬＣの光学特性の差異として観測される。別の効果であるＲＦリップルは、正フレーム及び負フレームでＬＣに印加される差動電圧の間に顕著な差異がある場合に、ＬＣアンテナアパーチャで観測される。液晶を有するアンテナ素子を有するアンテナアパーチャのおけるＲＦリップルは、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）におけるフリッカに類似する。ＬＣアンテナアパーチャでは、印加される電圧の差異が、ＬＣ誘電特性、最終的にはアンテナ周波数における差異として観測される。印加される差動ＬＣ電圧の差異は、トランジスタ又はＬＣを介した漏出量の差異、アレイにおけるＲＣ遅延、素子間のクロストーク、及び正フレームと負フレームとの間の「キックバック」（又はフィードスルー）電圧の差異に起因する場合がある。このアンテナ周波数の差異は、時間的に周期的に変化するアンテナ応答をもたらす。アンテナの中心周波数、すなわち、最大利得が観測される周波数が、周期的に変化することが観測できる。試験ツールは、ＲＦリップル効果を測定することができる。
【００２７】
ＲＦリップル現象は、中心周波数で実行される時間領域の連続波（ＣＷ）測定でより明確に観測される。理想的な事例では、伝送パラメータ（Ｓ２１）は、ＬＣベースのアンテナアパーチャの一実施形態に関して図２に示されているように、時間の経過に伴って不変である必要がある。ＲＦリップルが存在する場合に、Ｓ２１の時間依存の周期的変化は、ＬＣベースのアンテナアパーチャの一実施形態に関して図３に示されているように、観測される。前述のように、印加される電圧の周期的変化は、中心周波数を変化させ、その結果、一定周波数で測定された伝送パラメータの周期的変化が引き起こされる。
【００２８】
１つの実施形態において、本明細書に開示する電圧補正技法は、ＲＦアンテナアパーチャにおけるＲＦリップルを補正する。１つの実施形態において、ＲＦリップル効果を補正するために、電圧補正処理は、限定されるものではないが、例えば、「Ｆｒｅｅ  Ｓｐａｃｅ  Ｓｅｇｍｅｎｔ  Ｔｅｓｔｅｒ（自由空間セグメント試験器）」と題する２０１７年５月１６日出願の米国特許出願第１５／５９６，３７０号に開示されているツールなどのＲＦ自由空間試験ツールを使用してガンマ電圧補正を自動化するのに使用される。ガンマ電圧補正の自動化は、ＲＦリップル現象を低減、最小化、及び／又は排除するために使用される。この処理は、１回又は２回以上実行されることに留意されたい。１つの実施形態において、この処理は、例えば温度センサ及び／又は圧力センサの一方又は両方を使用して取り込まれた劇的な環境変化などの、有意の変化が生じた場合に、繰り返される。
【００２９】
１つの実施形態において、電圧補正ユニットが、電圧調整方法を実行する。１つの実施形態において、この方法は、駆動電圧を再調整して正フレーム及び負フレームの両方に同じ差動電圧を印加することによって、ＲＦリップルを低減し、場合によっては、それを最小にする。１つの実施形態において、ＲＦリップル補正のための電圧調整方法は、自由空間試験（ＦＳＴ）測定システムに適用される。
【００３０】
１つの実施形態において、アンテナのＲＦ応答（伝送パラメータＳ２１）は、周波数領域及び時間領域の両方で観測される。ガンマ電圧値は、「データ」電圧を生成するのに使用され、駆動電圧を再調整するのに使用される。ガンマ電圧は、典型的な「データ」ドライバチップに関して図４に示されているように、出力「データ」電圧を制御する。図４を参照すると、ＬＣアンテナアパーチャ内のＲＦ単位セルに対する駆動電圧は、ＲＦ素子４１２及び蓄積キャパシタ４１１に結合される基準電圧又は共通電圧Ｖｃｏｍ４０２を含む。ＲＦ素子４１２及び蓄積キャパシタ４１１は更に、トランジスタ４１０のドレインに結合される。１つの実施形態において、トランジスタ４１０は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）である。トランジスタ４１０のゲート４０２は、スキャン／ゲートドライバ４２０からスキャン電圧を受け取る。トランジスタ４１０のデータ／ソース４０１は、ガンマ電圧基準生成器４２２からのガンマ電圧によって制御されるデータドライバ４２１から出力データ電圧を受け取るように結合される。
【００３１】
ガンマ電圧ドライバは、セグメントに必要な周波数の測定された電力対電圧応答を「線形化」／「補正」する。各グレイレベル／極性に対して、新しいガンマ電圧が、そのグレイレベル／極性で見つけられたΔＶｃｏｍを使用して計算される。これらの値は、コントローラ基板上のメモリ（例えば、ＥＥＰＲＯＭ）内のルックアップテーブルにセットされる。１つの実施形態において、タイミングコントローラ４３０は、コントローラ基板である。これらの値は、ガンマ電圧生成器４２２をセットアップするのに使用される。ガンマ電圧生成器４２２は、ガンマ電圧がデータドライバ４２１内の抵抗ラダー上のノードに進む状態で、この抵抗ラダーに入力される。このガンマチップ情報、及びコントローラ基板からのグレイレベルデータを用いて、データドライバ４２１は、「成長」（ゲート）ラインがスキャンするときに各ソース線に補正されたソース電圧を書き込み、これによって、各フレームに関する新しい情報が更新される。
【００３２】
タイミングコントローラ４３０は、データドライバ４２１及びスキャン／ゲートドライバ４２０を制御するように結合される。１つの実施形態において、タイミングコントローラ４３０は、データ電圧駆動のタイミングを制御するとともに、データドライバにデータを吐き出し、このデータドライバは、ガンマ電圧生成器を使用して適切なアナログ電圧をソース線に出力するものである。
【００３３】
１つの実施形態において、データドライバチップ出力は、負フレーム及び正フレームの両方に対する各グレイシェードレベルで規定される。Ｎ個のガンマ電圧レベルの場合に、ガンマ電圧を用いて直接制御されるＮ／２個のグレイシェードレベルが存在する。１つの実施形態において、ＲＦリップル補正は、これらのＮ／２個のグレイシェードレベルで行われる。
【００３４】
１つの実施形態において、ＲＦリップル補正は、ガンマ電圧補正論理回路４２３によって実行される。１つの実施形態において、ガンマ電圧補正論理回路４２３は、ソフトウェアを実行する回路を備える。代替的に、ガンマ電圧補正論理回路４２３は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はこれらのうちの２又は３以上の組み合わせを備える。１つの実施形態において、ＲＦリップルは、自由空間試験器（ＦＳＴ）を使用して測定され、ガンマ電圧補正論理回路４２３は、回路（例えば、プロセッサ、コントローラ、デジタル論理回路など）によって実行されるソフトウェアを使用してΔＶｃｏｍを決定し、ソフトウェアを使用してガンマ電圧を計算し、ソフトウェアを使用して新しいガンマ電圧値をガンマ電圧生成器４２２に送る。
【００３５】
１つの実施形態において、ガンマ電圧の初期セットが決定される。図５は、このようなガンマ電圧曲線の例を示している。図５を参照すると、電圧曲線は、ｈＡＶＤＤとして参照される中央の電圧レベルに対して対称である。１つの実施形態において、この電圧レベルはまた、共通電圧（Ｖｃｏｍ）の初期値としても使用される。１つの実施形態において、最高グレイシェードは、可能な限り最大の電圧範囲を達成するように設定され、最低グレイシェードは、０Ｖの差動ＬＣ電圧を達成するように設定される。
【００３６】
グレイシェードレベルが最大電圧範囲に設定された場合に、ＬＣベースのアンテナ素子のＲＦ応答がＦＳＴで観測され、ＲＦリップルが中心周波数で測定される。リップル量が基準値よりも大きい場合には、リップル量がこの基準値を下回るまで、Ｖｃｏｍが増加又は減少する。中心周波数は、このＶｃｏｍ値において再度周波数領域で決定される。時間領域におけるリップル測定は、新しい中心周波数で繰り返される。リップル量が基準値を下回る場合には、このＶｃｏｍ値は、新しいＶｃｏｍ値（Ｖｃｏｍ＿ａｄｊ）として確立される。そうでない場合には、リップル量が基準値を下回るまで、Ｖｃｏｍ調整処理が繰り返される。
【００３７】
Ｖｃｏｍ調整処理は、わずかな変更を伴って残り（（Ｎ／２）−１）個のグレイシェードレベルに対して繰り返される。残りのグレイシェードの各々に対して、ＲＦ応答及び中心周波数が測定される。リップル量は、時間領域で測定され、Ｖｃｏｍは、リップル基準にマッチするように増加又は減少する。１つの実施形態において、基準値は閾値であり、この閾値を上回るＲＦリップルが、信号を歪ませるか、又はそれ以外の場合には、受信機における搬送波対雑音（Ｃ／Ｎ）に影響を与える。１つの実施形態において、閾値は、０．１０ｄＢに設定される。次に、ＲＦ応答測定が繰り返されて、新しい中心周波数が測定される。リップルは、新しい中心周波数で再測定される。この処理は、リップル量が基準値を満たすまで繰り返される。このステップにおけるＶｃｏｍは、Ｖｃｏｍ＿ｔｅｍｐと呼ばれる。
2020534758.tif 000003
【００３８】
この差分（ΔＶｃｏｍ）は、このグレイシェードレベルに関するガンマ電圧値から減算されて、このグレイシェードレベルに関する新しいガンマ電圧が計算される。この調整を適用するための幾つかの方法がある。１つの実施形態において、ΔＶｃｏｍは、このグレイシェードレベルに関する新しいガンマ電圧を計算するためにこのグレイシェードで使用される正フレーム及び負フレームに関連する両方のガンマ電圧値から減算される。別の実施形態では、２＊ΔＶｃｏｍが、このグレイシェードにおけるガンマ電圧値のうちの１つから減算される。
【００３９】
１つの実施形態において、Ｖｃｏｍレベルが、ＲＦリップル補正の前に設定され、一時的なＶｃｏｍ再調整のみが許可される。次に、前の段落で説明したガンマ電圧調整はまた、最高グレイシェードレベルにも使用される。
【００４０】
この調整処理が、残りのグレイシェードレベルに対して繰り返されて、ΔＶｃｏｍ及び更新されたガンマ電圧値が計算される。１つの実施形態において、更新されたガンマ電圧セットは、各グレイシェードレベルに関する新しい中心周波数で再度リップル量を測定して、リップル基準値を確認するのに、Ｖｃｏｍ＿ａｄｊとともに新しいＶｃｏｍレベルとして使用される。測定されたリップル量がリップル基準を満たしている場合に、ＲＦリップル補正処理は、完了したとみなされる。そうでない場合には、ＲＦリップル基準が満たされるまで、ガンマ電圧調整処理が繰り返される。
【００４１】
図６は、ＲＦリップル補正ユニットの一実施形態の一部として実行される上記のＲＦリップル補正処理のフローチャートの１つの実施形態を示している。この処理は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はこれら３つの組み合わせで構成できる処理ロジックによって実行される。
【００４２】
図７Ａから図７Ｄは、アンテナ用の疑似半Ｖｄｄ駆動モードに関する電圧調整処理の一実施形態を示している。図７Ａを参照すると、Ｖｓｏｕｒｃｅ電圧は、Ｖｃｏｍ電圧と同様に０Ｖから７Ｖの間にある。このモードは、本明細書では、７Ｖ半Ｖｄｄ（真の半Ｖｄｄ）駆動モードと呼ばれる。このような場合、ＬＣ電圧（例えば、パッチ／スロットアンテナ素子のパッチ上の電圧）は、正フレーム及び負フレームで７Ｖから−７Ｖの間にあることになる。この事例は、２つの電圧が０Ｖに対して対称である理想的な事例を表す。
【００４３】
図７Ｂは、２つの電圧レベルが電圧に対して対称ではない状況を示している。図７Ｂを参照すると、ソース上の電圧であるＶｓｏｕｒｃｅは、０Ｖから６．５Ｖの間にあり、電圧の範囲は、６．５Ｖから−７Ｖの間にある。このことは、ＲＦリップルをもたらす。これに対処するために、ＲＦ補正ユニットは、共通電圧Ｖｃｏｍを増加させるか（図７Ｃに図示）、またＶｃｏｍを減少させる（図７Ｄに図示）。Ｖｃｏｍが、図７Ｃに示されているように増加した後、リップルが測定され、ＲＦリップルが増加すると判定された場合に、ＲＦリップル補正ユニットは、電圧調整が不適切な移動方向に進んでいると判定し、Ｖｃｏｍを減少させることによってＶｃｏｍを調整する。Ｖｃｏｍを減少させた結果がリップルの減少をもたらす場合には、ＲＦリップル補正ユニットは、ＲＦリップルがもはや減少しなくなるまでＶｃｏｍを減少させ続ける。Ｖｃｏｍの減少がＲＦリップルの増加をもたらす場合には、Ｖｃｏｍが増加することがある点に留意されたい。
【００４４】
１つの実施形態において、Ｖｃｏｍを調整することに使用されるステップサイズは、ＲＦリップル補正処理全体を通して同じであり得る。別の実施形態では、Ｖｃｏｍを調整することに使用されるステップサイズは、ＲＦリップル補正処理全体にわたって変化することができる。例えば、ステップサイズは、最初、均一であり得るが、リップルの量は、減少し（例えば、Ｖｃｏｍを下方調整することに起因して）、Ｖｃｏｍの調整の結果として突然増加するため、調整のサイズは、ＲＦリップルが生じないか又は所定量のＲＦリップル（例えば、ＲＦリップルが所定レベルを下回る）が生じるＶｃｏｍを識別する処理が得られたときに、反対方向により小さくなることができる（例えば、Ｖｃｏｍ上方調整）。
【００４５】
規定されたＲＦリップル補正処理は、アンテナアパーチャの各セグメント（セグメントは、単一のアパーチャが形成されるように一緒に結合される）上のガンマ電圧の調整に使用することができる。１つの実施形態において、ＲＦリップル補正処理は、評価されるアンテナ素子の各ロット／バッチからの少数のサンプルに関する調整結果を使用して、適切なガンマ電圧セットを計算する。
【００４６】
図７Ａから図７Ｄに示されている駆動モードに対する１つの代替アンテナ駆動モードは、本明細書では９Ｖ半Ｖｄｄ（疑似半Ｖｄｄ）駆動モードと呼ばれる点に留意されたい。９Ｖ半Ｖｄｄ（疑似半Ｖｄｄ）と７Ｖ半Ｖｄｄ（真の半Ｖｄｄ）との間の駆動モードの重要な相違点は、Ｖｃｏｍが、９ＶモードでＶｃｏｍＨとＶｃｏｍＬとの間で切り替わり、Ｖｃｏｍが、７Ｖモードで定電圧であることである。
【００４７】
図８は、ＲＦリップル補正処理の別の実施形態のフローチャートである。この処理は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はこれら３つの組み合わせで構成できる処理ロジックによって実行される。１つの実施形態において、図８に示されている動作は、ＲＦリップル補正ユニットによって実行される。
【００４８】
図８を参照すると、本処理は、処理ロジックが、Ｖｃｏｍの調整が許可されるか否かをチェックすることから開始する（処理ブロック８０１）。許可されている場合に、処理は、処理ブロック８０２に移る。そうでない場合には、本処理は、処理ブロック８０４に移る。
【００４９】
処理ブロック８０２において、処理ロジックは、正及び負のフレームに関する対称電圧曲線の初期ガンマ電圧を生成する。最高及び最低ガンマ電圧値は、典型的に、駆動チップの規格によって定まる。
【００５０】
処理ブロック８０２において、処理ロジックはまた、最低グレイシェードレベル場合のＬＣ上の０Ｖを生成するのに可能な限り近い値として初期Ｖｃｏｍ値を決定する。
【００５１】
その後、処理ロジックは、最高及び最低ガンマ電圧に対応する最高グレイシェードレベルに進み、リップル基準を満たすようにＶｃｏｍを再調整する（処理ブロック８０３Ａ）。１つの実施形態において、処理ブロック８０３Ａの一部として、処理ロジックは、Ｖｃｏｍを再調整して、新しい中心周波数（ＣＦ）をチェックして、新しいＣＦでリップルをチェックして、Ｖｃｏｍを再調整して、必要な場合に、中心周波数及びリップルのチェックを繰り返す。
【００５２】
Ｖｃｏｍを再調整した後、処理ロジックは、測定の残りに関する初期Ｖｃｏｍ値を調整されたＶｃｏｍ（Ｖｃｏｍ＿ａｄｊ）値に置き換える。その後、本処理は、処理ブロック８０６Ａに移る。
【００５３】
処理ブロック８０４において、処理ロジックは、Ｖｃｏｍの周りの正及び負フレームに関する対称電圧曲線の初期ガンマ電圧を生成する。上述のように、１つの実施形態において、最高及び最低ガンマ電圧値は、典型的に、チップ規格値を駆動することによって決定される。１つの実施形態において、処理ロジックは、最高ガンマ電圧値と最低ガンマ電圧値との中間にあるガンマ電圧を、最低グレイシェードレベルの場合のＬＣ上の０Ｖを生成するのに可能な限り近い値として設定する。
【００５４】
次に、処理ロジックは、最高グレイシェードレベルに進み、リップルを測定して、Ｖｃｏｍを再調整する（処理ブロック８０５Ｂ）。１つの実施形態において、処理ロジックは、新しい中心周波数（ＣＦ）をチェックして、この新しいＣＦでリップルをチェックする。１つの実施形態において、一時的なＶｃｏｍ変更のみが許可され、公称Ｖｃｏｍは、Ｖｃｏｍ＿ａｄｊと呼ばれる。１つの実施形態において、Ｖｃｏｍは、リップル基準を満たすように一時的に再調整される。このＶｃｏｍ値は、Ｖｃｏｍ＿ｔｅｍｐと呼ばれる。
【００５５】
リップルが測定された後、本処理は、リップルが基準を満たしていない場合に、再度Ｖｃｏｍを調整して、Ｖｃｏｍ＿ｔｅｍｐのチェック及び更新を繰り返す。リップル基準が満たされている場合には、処理ロジックは、以下を計算する。
2020534758.tif 000004
【００５６】
１つの実施形態において、処理ロジックは、以下を使用することにより新しいガンマ電圧を計算する。
2020534758.tif 000005
【００５７】
次に、処理ロジックは、次のグレイシェードレベルに進み、Ｖｃｏｍ＿ａｄｊでリップルを測定し、Ｖｃｏｍを再調整する（処理ブロック８０６Ｂ）。１つの実施形態において、処理ロジックは、新しい中心周波数（ＣＦ）をチェックして、この新しいＣＦでリップルをチェックする。Ｖｃｏｍは、リップル基準を満たすように一時的に再調整される。このＶｃｏｍ値は、本明細書ではＶｃｏｍ＿ｔｅｍｐと呼ばれる。Ｖｃｏｍは、リップルが基準を満たさない場合に、再度、再調整され、処理ロジックは、チェックを繰り返して、Ｖｃｏｍ＿ｔｅｍを更新する。
【００５８】
リップル基準が満たされている場合に、処理ロジックは、以下を計算する。
2020534758.tif 000006
【００５９】
１つの実施形態において、処理ロジックは、以下の式のうちの１つを使用して新しいガンマ電圧を計算する。
2020534758.tif 000007
及び
2020534758.tif 000008
１つの実施形態において、この差分は、片側のみに適用され、
2020534758.tif 000009
であることに留意されたい。
【００６０】
現在のグレイシェードレベルを処理した後、処理ロジックは、Ｖｃｏｍ値をその初期値に戻して変更し（処理ブロック８０６Ｃ）、本処理は、処理ブロック８０７に移る。
【００６１】
図８からの上記の手順は、Ｖｃｏｍが切り替わらない場合の真の半Ｖｄｄモードでガンマ電圧補正のためのものである。Ｖｃｏｍが、図７Ａから図７Ｄに示されているように、Ｖｃｏｍ  ＨｉｇｈレベルとＶｃｏｍ  Ｌｏｗレベルの間で切り替わる場合の異なる駆動モードである疑似半Ｖｄｄの場合には、図８の処理は、ＲＦリップルが閾値を下回るまで、Ｖｃｏｍ  Ｈｉｇｈレベル及びＶｃｏｍ  Ｌｏｗレベルを変更することによってＲＦリップル補正が実行されるように変更することができる。この場合には、１つの実施形態において、新しいガンマ電圧は、以下の式に従って計算される。
2020534758.tif 000010
2020534758.tif 000011
Ｖｃｏｍ＿ｈｉｇｈ＿ａｄｊ及びＶｃｏｍ＿ｌｏｗ＿ａｄｊは、Ｖｃｏｍ＿ａｄｊと同様に、調整ステップで得られたＶｃｏｍ  Ｈｉｇｈ／Ｌｏｗレベルである。Ｖｃｏｍ＿ｈｉｇｈ＿ｔｅｍｐ及びＶｃｏｍ＿ｌｏｗ＿ｔｅｍｐは、Ｖｃｏｍ＿ｔｅｍｐと同様に、ＲＦリップル補正ステップで使用される一時的なＶｃｏｍ  Ｈｉｇｈ／Ｌｏｗレベルである。他の場合には、図８に記載の処理は、同じ量のＶｃｏｍの変更がＶｃｏｍ  Ｈｉｇｈ及びＬｏｗレベルの両方に適用される場合に、全く変更なく適用することができる。
【００６２】
処理ブロック８０７において、処理ロジックは、全てのグレイシェードレベルが完了したか否かをチェックする。そうでない場合には、本処理は、処理ブロック８０６Ａに移り、本処理は、この処理ブロックにおいて残りのグレイシェードレベルに対して続行する。全てのグレイシェードレベルが完了した場合には、本処理は、処理ブロック８０８に移る。
【００６３】
残りの全てのグレイシェードレベルが評価され、必要な場合に補正された後、処理ロジックは、グレイシェードレベルに関するガンマ電圧を含むガンマ電圧テーブルを新しい値で更新する（処理ブロック８０８）。
【００６４】
１つの実施形態において、処理ロジックは、ＲＦリップル測定を繰り返し（処理ブロック８０９）、ＲＦリップル基準が満たされているか否かをチェックする（処理ブロック８１０）。ＲＦリップル基準が満たされていない場合には、処理は、繰り返され、グレイシェードレベルが基準を満たさない場合の処理ブロック８０５Ａに移って、全てのグレイシェードレベルに対して基準が満たされるまで、この処理ブロックから繰り返される。基準が満たされている場合には（処理ブロック８１０）、本処理は終了する。
【００６５】
ＤＣオフセット補正の概要
本発明の実施形態は、ＲＦアンテナアパーチャにおいて直流（ＤＣ）オフセットを補正するための技法を含む。アンテナにおける正味のＤＣオフセットに寄与する可能性がある多くの要因が存在する。充電率、キックバック電圧、及び電荷漏出量は、通常、正フレームと負フレームとの間で等しくなく、更に、これらの値は、グレイレベルによって変化する場合がある。
【００６６】
ＲＦ  ＴＦＴアパーチャに対するＤＣオフセットを処理するための表示方法を適用するには、幾つかの問題がある。例えば、１つの問題は、素子の重要な領域でＬＣの観測を妨げる光学的に不透明な金属層が存在することである。
【００６７】
本発明の実施形態は、ＲＦ  ＴＦＴアパーチャにおける選択された場所でフリッカを光学的に観測して、補正技法を使用してＲＦ  ＴＦＴアパーチャにおけるＤＣオフセットを低減することを可能にするための構造及び方法を含む。本発明の実施形態は、ＲＦ放射に対する誘電率において異方性を有することに加えて、ＲＦ  ＴＦＴアパーチャを構築するのに使用される液晶が、ＬＣ分子の進相軸（短軸）及び遅相軸（長軸）の屈折率の間の差異によって測定される光学異方性も有するという事実を活用する。
【００６８】
通常、ＲＦ  ＴＦＴアパーチャの目的で使用されるＬＣのデルタｎは、ディスプレイ用に特性が最適になったＬＣのデルタｎよりも大きい。ＲＦ最適なＬＣの電気光学曲線は、２．８μｍのＬＣギャップで、偏波器に対して４５度のラビング方向を有する交差偏波器の間で、０から７．５Ｖｒｍｓの幾つかの最大値及び最小値を示す。
【００６９】
図９は、透過率対電圧曲線の例を示している。図９を参照すると、ＲＦアンテナの使用に最適なＬＣの結果として、このＬＣの光学デルタｎは、ＬＣＤに最適なＬＣよりもはるかに大きい。偏波器及びラビング方向が適切に選択された電気制御複屈折（ＥＣＢ）セルの場合には、透過率対電圧曲線は、図９におけるプロットのようなものに見えることになる。
【００７０】
正フレームと負フレームとの間の光透過率の差異は、電圧による透過率の変化が急激な場合（急勾配）の光透過曲線の部分で強調される。これらの領域は、グレイレベルに関する補正電圧を決定するのに使用される必要がある。
【００７１】
ＲＦ  ＴＦＴアパーチャのグレイレベルの所定の所与の正及び負フレームに対して、電気光学曲線上の正及び負フレームに対応する光学状態が存在することになる。電気光学曲線上のこれらの対応する光学状態は、ＤＣオフセットに起因して異なることになる。光透過値間のこの差分は、「フリッカ」として観測されることになる。１つの実施形態において、電気光学曲線上の正及び負フレームに関するこれらの光学状態は、ＤＣオフセットを補正するのに使用される。本明細書に開示するＤＣオフセット補正技法は、「フリッカ」をゼロにすることによって決定できるＤＣオフセット補正電圧を生成する。
【００７２】
１つの実施形態において、正味のＤＣオフセットは、Ｖｃｏｍ電圧を調整することによって調整される。このＤＣオフセットは、異なる駆動モードのためのものである。例えば、１つの実施形態において、１／２ＶＤＤモードの駆動の場合（正フレームと負フレームとの間の電圧範囲が１／２ＶＤＤである場合）、正味のＤＣオフセットは、総計レベルで、Ｖｃｏｍ電圧を調整することによって調整される。１つの実施形態において、ＤＣオフセット補正は、ＤＣオフセット補正論理回路によって実行される。１つの実施形態において、このような論理回路は、ソフトウェアを実行する回路を備え、図４に示されているものなどの回路に結合されて、Ｖｃｏｍ電圧を調整する。代替的に、ＤＣオフセット補正論理回路は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はこれらの２又は３以上の組み合わせを備える。
【００７３】
処理の一実施形態では、フレームレートを低下させて（フレーム時間を長くして）、ＬＣが正及び負フレームの電圧に応答する必要がある時間を長くすることが望ましい。このことは、ＬＣが応答時間を有しており、電圧変化に対する光学応答が、この応答時間を待って観測される必要があるためである。フレーム時間が、ＬＣ応答を観測するのに十分に長くない場合には、ＤＣオフセット校正中に使用されるフレーム時間は、長くすることができる。しかしながら、フレーム時間は、単純に長くすることができず、それは、フレーム時間の長さが、例えば充電率及び電圧漏出量などのＤＣオフセットの重要な要素に影響を与える場合があるためである。１つの実施形態において、ＬＣが正及び負フレームの電圧に応答する必要がある時間を長くすることは、駆動モードで行われ、このモードでは、フレーム時間が同じ長さに保たれるが、ヌル測定が完了するまで、正の電圧の複数のフレームが連続して書き込まれ、その後、等しい数の負フレームが書き込まれることなどが行われる。１つの実施形態において、ＤＣオフセット較正は、この増加したフレーム時間で実行されるが、初期フレーム時間は、依然としてアンテナ動作に使用される。
【００７４】
図１０は、ＤＣオフセット補正値を決定するための処理の一実施形態のフローチャートである。この処理は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はこれら３つの組み合わせで構成できる処理ロジックによって実行される。１つの実施形態において、図８に示されている動作は、ＤＣオフセット補正論理回路又はＤＣオフセット補正ユニットによって実行される。１つの実施形態において、ＤＣオフセット補正ユニット又は論理回路は、アンテナの生産ラインで使用される試験及び較正装置内に存在する。
【００７５】
図１０の処理は、正フレームと負フレームとの間の光透過率の差異に関連する観測に依存する。１つの実施形態において、正フレーム及び負フレームにおける光透過率は、光学構造を使用して取り込まれる。１つの実施形態において、これらの光学構造はまた、ＲＦ放射アンテナ素子（例えば、以下に説明するものなどの表面散乱メタマテリアルアンテナ素子）用のマトリクス行及び列ドライバの機能を試験するためにも使用される。
【００７６】
図１０を参照すると、補正値を得るための処理は、処理ロジックが、或るグレイレベルでＴＦＴ／ウィンドウ試験素子を駆動すること（処理ブロック１００１）、及び正フレームと負フレームとの間の光透過率の差分を観測すること（処理ブロック１００２）から開始する。
【００７７】
次に、処理ロジックは、Ｖｃｏｍを調整することによってフレーム間のフリッカをゼロにする（処理ブロック１００３）。
【００７８】
Ｖｃｏｍが、フリッカをゼロにするレベルに調整された後、処理ロジックは、Ｖｃｏｍ値を、調整された正フレーム電圧Ｖｐｏｓ及び負フレーム電圧Ｖｎｅｇに変換する（処理ブロック１００４）。
【００７９】
次に、処理ロジックは、調整された電圧を正フレーム及び負フレームに適用して（処理ブロック１００５）、フリッカをチェックする（処理ブロック１００６）。
【００８０】
フリッカがない場合には、処理ロジックは、調整された正フレーム電圧及び負フレーム電圧を補正ルックアップテーブルに格納する（処理ブロック１００７）。
【００８１】
フリッカが依然として生じる場合に、１つの実施形態において、本処理は、処理ブロック１００３に戻って、処理が繰り返される。
【００８２】
グレイレベルに関してフリッカがゼロにされた後、処理ロジックは、次のグレイレベルに移動して、処理が繰り返される（処理ブロック１００８）。
【００８３】
１つの実施形態において、各グレイレベル内で、１つの素子に対してフリッカをゼロにするための処理が実行され、この素子に対する処理が完了した後、処理は、次の素子に移動して、全ての素子が試験されるまで繰り返される。
【００８４】
１つの実施形態において、測定されたＲＦ  ＴＦＴ素子対して決定された補正値は、未測定のＲＦ  ＴＦＴ素子の補正値を決定するのに使用される。１つの実施形態において、ＤＣオフセット補正ユニットは、測定されたＴＦＴ／ウィンドウ試験素子の補正値を未測定のＲＦ  ＴＦＴ素子に補間する。これらの未測定ＲＦ  ＴＦＴ素子は、試験されたＲＦ  ＴＦＴ素子の間及び／又は試験されたＲＦ  ＴＦＴ素子の近くに配置することができる。
【００８５】
ＤＣオフセットを補正する光学的に透明な試験構造
１つの実施形態において、光学的に透明な試験構造は、フリッカを観測して、ＤＣオフセットを決定してフリッカをゼロにするのに使用される。１つの実施形態において、これらの構造は、ＲＦ  ＴＦＴ素子アレイの外側に配置され、アパーチャセグメント内のＲＦ  ＴＦＴアパーチャアレイに見つけられるものと同じ又は非常に類似した等価回路を含む。アンテナセグメントは組み合わされて、アンテナアレイ全体が形成される。アンテナセグメントに関する更なる情報については、「Ａｐｅｒｔｕｒｅ  Ｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ  ｏｆ  ａ  Ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ  Ｆｅｅｄ  Ａｎｔｅｎｎａ（円筒状給電アンテナアパーチャセグメント化）」と題する米国特許第９，８８７，４５５号を参照されたい。１つの実施形態において、このような構造の光学特性は、補正値を推定して生成し、ＲＦ素子アレイにおけるＤＣオフセットを低減するのに使用される。
【００８６】
１つの実施形態において、試験構造に対する電圧に関連するゲート０及びソース０線は、導波路領域（例えば、導波路内の追加の穴部が性能に影響を与えないところのアパーチャの図２３の導波路）の外側に追加される。図１１は、導波管領域の外側に配置された単一の試験構造に関する経路設定の１つの実施形態を示している。図１１を参照すると、試験構造に対する電圧に関するゲート０、ソース０、及びＶｃｏｍ経路設定が、導波管の領域の外側に示されている。
【００８７】
図１２は、試験構造の１つの実施形態を示している。１つの実施形態において、試験構造の等価回路は、アレイ内のＲＦ素子の等価回路を有するように設計されている。具体的には、ドレインでのデバイスのキャパシタンスは、パッチ素子とのアイリス素子の重なりのキャパシタンスとマッチするようにサイズ設定される。１つの実施形態において、限定されるものではないが、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）などの光学的に透明な導体層が、そのキャパシタの両側の電極として使用される。金属層における観測ウィンドウが、ＬＣの光学応答のために生成される。
【００８８】
図１２を参照すると、ＴＦＴボックス１２５２は、例えば、限定されるものではないが、図４のものなどのＴＦＴ及び蓄積キャパシタを含む。ゲート金属１２５１は、ＴＦＴのゲート電圧のためのものであり、ソース１２５４は、ＴＦＴのソース電圧のためのものであり、ドレイン１２５５は、試験アンテナ素子（例えば、表面散乱メタマテリアルアンテナ素子）に結合されたＴＦＴのドレイン電圧のためのものである。１つの実施形態において、ゲート及びソースは、図１１のゲート０及びソース０に結合される。また、ＴＦＴ１２５２に結合されたＶｃｏｍに関する経路設定１２５３が示されている。
【００８９】
図示のように、アイリス金属内の穴部１２５８は、アイリス（スロット）基板上のＩＴＯ１２５６、及び以下により詳細に説明されるパッチ及びアイリス基板などのパッチ基板上のＩＴＯ１２５７を使用してフリッカを確認するためのウィンドウとして使用される。
【００９０】
上述のように、試験構造のゲート０及びソース０線が更に、アパーチャの導波路領域の外側に追加される。この実施形態では、ソース線が、アパーチャセグメントの外側のソースドライバからセグメントの内側（例えば、内側は、ＬＣが存在する境界シールの内側である）に横切るときに、ゲート０線は、ソース線の全てを横切る。
【００９１】
別の実施形態では、ゲート０は、ソース線の全てを横切るように延びることができ、ソース０は、ゲート線の全てを横切るように延びることができる。光学的に透明な試験構造は、ゲート０がソース線を横切り、ソース０が、ゲート線を横切るところに形成することができる。
【００９２】
図１３は、光学的に透明な試験構造に対するゲート及びソース線経路設定の一例を示している。１つの実施形態において、経路設定は、導波路領域、及びＴＦＴ／ウィンドウ試験素子のファンアウト内に形成された空間の可能な限り外側に移動する。１つの実施形態において、図１２に示されているものと同様のＴＦＴ／ウィンドウ試験構造が、各ソース／ゲート０接合部に配置され、ここで、ソースは、ソース０、ソース１、．．．ソースＮ（最後の試験トランジスタのソース）であり得る。
【００９３】
図１３を参照すると、ゲートドライバ１３０１は、ゲート０からＮに対するゲート電圧を供給し、ソースドライバ１３０２は、ソース０からＮに対するソース電圧を供給し、ここで、Ｎは、それぞれゲート及びソースの最後を示す。１つの実施形態において、ゲートドライバ１３０１及びソースドライバ１３０２は、アンテナアパーチャセグメントの縁部に存在する。
【００９４】
図１４及び図１５は、それぞれアンテナアパーチャ用のパッチ及びアイリスを形成するパッチガラス（基板）及びアイリスガラス（基板）構造の例を示している。ガラス及びアイリス基板の例は、以下で更に詳しく説明される。
【００９５】
図１４を参照すると、アンテナアパーチャセグメント用のパッチガラス基板１４７０は、アンテナ素子アレイの境界を表す（境界１４７１の左側にアンテナ素子を有する）アンテナ素子アパーチャ境界１４７１を含む。境界１４７１の右側には、関連するＴＦＴ（及び蓄積キャパシタ）、ソース、ゲート、及びそれらの構造に対するＶｃｏｍ経路設定を有する光学的に透明な試験構造（例えば、ＩＴＯ穴部、又はウィンドウ）が存在する。
【００９６】
図１５を参照すると、パッチガラス基板上のＩＴＯドレインに対応するアイリス金属層に穴部１５０２のリングを有するアイリスガラス基板１５０１が示されている。アイリス金属層内の開口部の上のＩＴＯパッド１５０３は、パッチガラス基板上のＩＴＯに対応し、ＩＴＯは、Ｖｃｏｍに接続される。
【００９７】
１つの実施形態において、これらの構造において、ＲＦ素子波形におけるＤＣオフセットは、光学的にゼロにされ、結果として生じる「ゼロ」値は、Ｖｃｏｍを設定して、アレイ内のＲＦ素子におけるＤＣオフセットを補正するのに使用される。
【００９８】
ＤＣオフセットに関してアパーチャ駆動を補正するのに使用されることに加えて、１つの実施形態において、これらの構造はまた、光学機構を介してアレイの先頭でソースドライバ及びゲートドライバの機能を試験するためにも使用される。
【００９９】
同様に、１つの実施形態において、ソース０は、ゲート線がセグメントに入るときに、ゲート線を横切るように経路設定される。
【０１００】
１つの実施形態において、ゲート経路設定が移動し、空間が生成されて、ＴＦＴ／ウィンドウ試験素子が、各ゲート／ソース０接合部に配置される。図１６及び図１７は、それぞれ、パッチガラス基板及びアイリスガラス基板上のこの経路設定の例を示している。
【０１０１】
図１６を参照すると、パッチガラス基板１６０１は、アンテナアパーチャ境界１６０３を有するアンテナ素子アパーチャ１６０２を含む。そのＴＦＴ（蓄積キャパシタを有する）及びＩＴＯ穴部（ウィンドウ）を有する試験構造１６０４は、ゲートドライバ１６０５及びソースドライバ１６０６に結合される。ゲート及びＶｃｏｍ経路設定は、試験構造１６０４からアンテナ素子アパーチャ１６０２に延びる。
【０１０２】
図１７を参照すると、アイリス金属開口部上にＩＴＯパッド１７０４を有するアイリス金属層（パッチガラス基板上のＩＴＯドレインに対応）内にウィンドウ（開口部）のリング１７０３を有するアイリスガラス基板１７０１が示されている。パッド１７０４は、Ｖｃｏｍに接続される。
【０１０３】
１つの実施形態において、ＲＦ素子波形におけるＤＣオフセットは、これらの構造において光学的にゼロにされ、結果として生じる「ゼロ」値は、Ｖｃｏｍを設定して、アレイ内のＲＦ素子におけるＤＣオフセットを補正するのに使用される。
【０１０４】
ＤＣオフセットに関してアパーチャ駆動を補正するのに使用されることに加えて、１つの実施形態において、これらの構造はまた、光学機構によってアレイの先頭でソースドライバ及びゲートドライバの機能を試験するためにも使用される。
【０１０５】
光学的に透明な試験構造は、アンテナ素子アレイの外側に限定されるものではない点に留意されたい。一実施形態では、ＴＦＴ／光学ウィンドウ試験素子は、アンテナアレイ内の幾つかのＲＦ  ＴＦＴ素子と置き換わる。ビームを形成するホログラフィック性により、幾つかの少数の素子が欠落したアパーチャは、完全に機能するＲＦ素子アレイを有するアンテナと比較して無視できる程度の性能低下を伴うビームを形成することができる。１つの実施形態において、特定の位置にあるＲＦ素子は、ＴＦＴ／ウィンドウ試験素子に置き換えられる。別の実施形態では、これらのＴＦＴ／ウィンドウ試験素子を光学的にゼロにするのに使用される電圧値は、ＲＦ素子アレイに関する補正値を補間するのに使用される補正値のマッピングを生成するのに使用される。１つの実施形態において、このマッピングは、ルックアップテーブルに格納される。
【０１０６】
別の実施形態では、これらのＴＦＴ／ウィンドウ試験素子は、それらの幾何学的位置に従ってＲＦ素子アレイに配置されないが、アレイの等価回路としてのそれらの位置に従って配置される。１つの実施形態において、例えばフレーム反転において、最初にスキャンされた及び最後にスキャンされた「最初」及び「最後」の素子は、同じ時間長にわたってＴＦＴにわたって同じバイアスを有しない。例えば、ＴＦＴに対するＲＣ時定数は、同じでない。一部の場所は、非常に汚染されている場合がある（開口部をふさぐ）。従って、これらの場所では、ＤＣオフセットが異なる場合がある。この場合、配置位置は、幾何学的な視点でなく、電子的な視点からの位置である。この位置は、最初のソース線及び最初のゲート線の素子、最初のソース線及び最後のゲート線の素子、最後のソース及び最初のゲートの素子、最後のソース及び最後のゲートの素子などを意味することができる。
【０１０７】
更に、フリッカに関する上記の試験は、透過型ＬＣモードに関して説明されているが、本明細書で説明する技法は、このようなモードに限定されるものではない。別の実施形態では、ＬＣ光学応答は、透過型ＬＣモードの代わりに反射型ＬＣモードを使用して観測される。
【０１０８】
アンテナ実施形態の例
上述したＲＦリップル補正、ＤＣオフセット補正、及び電圧調整技法は、限定されるものではないが、平面アンテナを含む幾つかのアンテナ実施形態で使用することができる。このような平面アンテナの実施形態が開示される。平面アンテナは、アンテナアパーチャ上にアンテナ素子の１又は２以上のアレイを含む。１つの実施形態において、アンテナ素子は、液晶セルを備える。１つの実施形態において、平面アンテナは、行及び列状に配置されていないアンテナ素子の各々を一意的にアドレス指定してこれらのアンテナ素子を駆動するマトリクス駆動回路を含む円筒状給電アンテナである。１つの実施形態において、素子は、リング状に配置される。
【０１０９】
１つの実施形態において、アンテナ素子の１又は２以上のアレイを有するアンテナアパーチャは、共に結合された複数のセグメントから構成される。セグメントの組み合わせは、共に結合された場合に、アンテナ素子の閉じた同心リングを形成する。１つの実施形態において、同心リングは、アンテナ給電部に対して同心である。
【０１１０】
アンテナシステムの例
１つの実施形態において、平面アンテナは、メタマテリアルアンテナシステムの一部である。通信衛星地上局用のメタマテリアルアンテナシステムの実施形態について説明する。１つの実施形態において、アンテナシステムは、民間商用衛星通信用のＫａ帯域周波数又はＫｕ帯域周波数の何れかを使用して動作するモバイルプラットフォーム（例えば、航空、海上、陸上、その他）上で動作する衛星地上局（ＥＳ）のコンポーネント又はサブシステムである。アンテナシステムの実施形態はまた、モバイルプラットフォーム上ではない地上局（例えば、固定地上局又は可搬地上局）で使用することもできる点に留意されたい。
【０１１１】
１つの実施形態において、アンテナシステムは、表面散乱メタマテリアル技術を使用して、別個のアンテナを介して送受信ビームを形成して誘導する。１つの実施形態において、アンテナシステムは、ビームを電気的に形成して誘導するのにデジタル信号処理を使用するアンテナシステム（フェーズドアレイアンテナなど）とは対照的に、アナログシステムである。
【０１１２】
１つの実施形態において、アンテナシステムは、３つの機能的サブシステム、すなわち、（１）円筒波給電アーキテクチャからなる導波構造、（２）アンテナ素子の一部である波散乱メタマテリアル単位セルのアレイ、及び（３）ホログラフィ原理を使用してメタマテリアル散乱素子からの調整可能な放射場（ビーム）の形成を命令する制御構造から構成される。
【０１１３】
アンテナ素子
図１８は、円筒状給電ホログラフィック放射状アパーチャアンテナの１つの実施形態の概略図を示している。図１８を参照すると、アンテナアパーチャは、円筒状給電アンテナの入力給電部６５２の周りに同心リング状に配置されたアンテナ素子６５３の１又は２以上のアレイ６５４を有する。１つの実施形態において、アンテナ素子６５３は、ＲＦエネルギーを放射する無線周波数（ＲＦ）共振器である。１つの実施形態において、アンテナ素子５０３は、アンテナアパーチャの全表面上に交互配置され分散されるＲｘアイリス及びＴｘアイリスの両方を備える。このようなアンテナ素子の実施例は、以下に更に詳細に説明される。本明細書で説明するＲＦ共振器は、円筒状給電部を含まないアンテナで使用できる点に留意されたい。
【０１１４】
１つの実施形態において、アンテナは、入力給電部６５２を介して円筒波給電を供給するのに使用される同軸給電部を含む。１つの実施形態において、円筒波給電アーキテクチャが、給電点から円筒状に外向きに広がる励起を中心点からアンテナに供給する。すなわち、円筒状給電アンテナは、外向きに進む同心状給電波を生成する。それでも、円筒状給電部の周りの円筒状給電アンテナの形状は、円形、正方形、又は何らかの形状とすることができる。別の実施形態では、円筒状給電アンテナは、内向きに進む給電波を生成する。このような場合には、円形構造から生じる給電波が、最も自然である。
【０１１５】
１つの実施形態において、アンテナ素子６５３は、アイリスを備え、図１８のアパーチャアンテナは、同調可能液晶（ＬＣ）材料を通ってアイリスを放射させるための円筒状給電波からの励起を使用することによって形成される主ビームを生成するのに使用される。１つの実施形態において、アンテナは、所望の走査角で水平又は垂直に偏極した電界を放射するように励起することができる。
【０１１６】
１つの実施形態において、アンテナ素子は、パッチアンテナのグループを備える。このパッチアンテナのグループは、散乱メタマテリアル素子のアレイを備える。１つの実施形態において、アンテナシステムにおける各散乱素子は、下部導体、誘電体基板、及び上部導体からなる単位セルの一部であり、上部導体は、この上部導体にエッチング又は堆積された相補的電気誘導型容量性共振器（「相補型電気ＬＣ」又は「ＣＥＬＣ」）を組み込んでいる。当業者には理解されるように、液晶とは対照的に、ＣＥＬＣの関連でのＬＣは、インダクタンス・キャパシタンスを指す。
【０１１７】
１つの実施形態において、液晶（ＬＣ）が、散乱素子の周りのギャップに配置される。このＬＣは、上述の直接駆動実施形態によって駆動される。１つの実施形態において、液晶は、各単位セル内に封入され、スロットに関連する下部導体をそのパッチに関連する上部導体から分離する。液晶は、この液晶を含む分子の配向の関数である誘電率を有し、分子の配向（及びひいては誘電率）は、液晶両端間のバイアス電圧を調節することによって制御することができる。１つの実施形態において、この特性を使用して、液晶は、誘導波からＣＥＬＣへのエネルギー伝達のためのオン／オフスイッチを統合する。スイッチオンになると、ＣＥＬＣは、電気的に小さいダイポールアンテナのような電磁波を放射する。本明細書での教示は、エネルギー伝達に関して２値的に動作する液晶を有することに限定されない点に留意されたい。
【０１１８】
１つの実施形態において、このアンテナシステムの給電幾何形状は、アンテナ素子を波動給電の波動ベクトルに対して４５度（４５°）の角度で位置決めすることを可能にする。他の位置（例えば、４０°の角度）が使用できる点に留意されたい。素子のこの位置は、素子によって受信されるか又は素子から送信／放射される自由空間波の制御を可能にする。１つの実施形態において、アンテナ素子は、アンテナの作動周波数の自由空間波長より短い素子間隔で配列される。例えば、１波長につき４つの散乱素子が存在する場合には、３０ＧＨｚ送信アンテナ内の素子は、約２．５ｍｍ（すなわち、３０ＧＨｚの１０ｍｍ自由空間波長の４分の１）となる。
【０１１９】
１つの実施形態において、２組の素子は、互いに垂直であり、同じ同調状態に制御される場合に、等しい振幅の励起を同時に有する。給電波の励起に対してこれらの素子をプラスマイナス４５度回転させることにより、両方の所望の機能が同時に達成される。一方の組を０度回転させ、他方を９０度回転させることによって、垂直目標は達成されるが、等振幅励起目標は達成されない。０度と９０度を使用して、２つの側部から単一構造のアンテナ素子アレイを給電する場合に、分離が達成できる点に留意されたい。
【０１２０】
各単位セルから放射されるパワーの量は、コントローラを使用してパッチに電圧（液晶チャネルの両端の電位）を印加することによって制御される。各パッチに対するトレースは、パッチアンテナに電圧を供給するのに使用される。この電圧は、キャパシタンス及び従って個々の素子の共振周波数を同調又は離調させて、ビーム形成を達成するのに使用される。必要とされる電圧は、使用される液晶混合物に依存する。液晶混合物の電圧同調特性は、液晶が電圧の影響を受け始める閾値電圧と、それを超える電圧の増加が液晶の大きな同調をもたらさない飽和電圧とによって主として説明される。これら２つの特性パラメータは、液晶混合物が異なると変化する場合がある。
【０１２１】
１つの実施形態において、上述のように、マトリクス駆動を使用してパッチに電圧を印加して、各セルが、各セルに対して別個の接続を有することなく他の全てのセルから切り離して駆動されるようになる（直接駆動）。素子が高密度であるために、マトリクス駆動は、各セルを個別にアドレス指定するのに効率的な方法である。
【０１２２】
１つの実施形態において、アンテナシステム用の制御構造は、２つの主要な構成要素を有し、すなわち、アンテナシステム用の駆動電子機器を含むアンテナアレイコントローラは、波散乱構造の下方にあり、その一方、マトリクス駆動スイッチングアレイは、放射を妨害しないように放射ＲＦアレイ全体にわたって散在している。１つの実施形態において、アンテナシステム用の駆動電子機器は、各散乱素子へのＡＣバイアス信号の振幅又はデューティサイクルを調節することによって、この散乱素子に対するバイアス電圧を調節する市販のテレビジョン装置で使用される市販の既製ＬＣＤ制御装置を備える。
【０１２３】
１つの実施形態において、アンテナアレイコントローラはまた、ソフトウェアを実行するマイクロプロセッサを包含する。制御構造はまた、プロセッサに位置及び方位情報を提供するセンサ（例えば、ＧＰＳ受信機、３軸コンパス、３軸加速度計、３軸ジャイロ、３軸磁力計など）を組み込むこともできる。位置及び方位情報は、地上局内の他のシステムによってプロセッサに提供することができ、及び／又はアンテナシステムの一部でない場合がある。
【０１２４】
より具体的には、アンテナアレイコントローラは、作動周波数でどの素子がオフにされてどの素子がオンにされるか、並びにどの位相及び振幅のレベルにするかを制御する。素子は、電圧印加によって周波数作動に対して選択的に離調される。
【０１２５】
送信に関して、コントローラは、ＲＦパッチに一連の電圧信号を供給して変調パターン又は制御パターンを生成する。制御パターンは、素子を異なる状態に変化させる。１つの実施形態において、多状態制御が使用され、そこでは、方形波（すなわち、正弦波グレイシェード変調パターン）とは対照的に、様々な素子が様々なレベルにオン及びオフにされ、更に正弦波制御パターンが近似される。１つの実施形態において、放射する素子もあれば放射しない素子もあるのではなく、一部の素子が他の素子よりも強く放射する。可変放射は、特定の電圧レベルを印加することによって達成され、これによって、液晶の誘電率が様々な量に調節され、これによって、素子を可変的に離調させて一部の素子を他の素子よりも多く放射させる。
【０１２６】
素子のメタマテリアルアレイによる集束ビームの生成は、建設的干渉及び相殺的干渉の現象によって説明することができる。個々の電磁波は、自由空間で遭遇するときに同じ位相を有する場合に加え合わされ（建設的干渉）、自由空間で遭遇するときに逆位相である場合に互いに打ち消し合う（相殺的干渉）。各連続するスロットが誘導波の励起点から異なる距離に位置決めされるように、スロット付きアンテナ内のスロットが位置決めされた場合に、その素子からの散乱波は、前のスロットの散乱波と異なる位相を有することになる。スロットが、誘導波長の４分の１離間している場合に、各スロットは、前のスロットから４分の１の位相遅延で波を散乱させることになる。
【０１２７】
このアレイを使用すると、生成できる建設的干渉及び相殺的干渉のパターン数が増加することができるので、ビームは、ホログラフィの原理を使用して、理論的にはアンテナアレイのボアサイトからプラスマイナス９０度（９０°）の任意の方向に向くことができる。従って、どのメタマテリアル単位セルがオン又はオフにされるかを制御することにより（すなわち、どのセルがオンにされてどのセルがオフにされるかについてのパターンを変更することにより）、建設的干渉及び相殺的干渉の異なるパターンが生成でき、アンテナは、主ビームの方向を変化させることができる。単位セルをオン及びオフにするのに必要な時間は、１つの位置から別の位置にビームを切り換えることができる速度によって定まる。
【０１２８】
１つの実施形態において、アンテナシステムは、アップリンクアンテナ用の１つの誘導可能ビームと、ダウンリンクアンテナ用の１つの誘導可能ビームとを生成する。１つの実施形態において、アンテナシステムは、メタマテリアル技術を使用してビームを受信し、衛星からの信号を復号し、衛星に向けられる送信ビームを形成する。１つの実施形態において、アンテナシステムは、ビームを電気的に形成して誘導するのにデジタル信号処理を使用するアンテナシステム（フェーズドアレイアンテナなど）とは対照的に、アナログシステムである。１つの実施形態において、アンテナシステムは、特に従来型衛星ディッシュベースの受信機と比較した場合に、平面的で比較的薄型の「面」アンテナとみなされる。
【０１２９】
図１９は、グランドプレーンと再構成可能共振器層とを含む１列のアンテナ素子の斜視図を示している。再構成可能共振器層１２３０は、同調可能スロット１２１０のアレイを含む。同調可能スロット１２１０のアレイは、アンテナを所望の方向に向けるように構成することができる。同調可能スロットの各々は、液晶両端間の電圧を変化させることによって同調／調節することができる。
【０１３０】
制御モジュール１２８０は、再構成可能共振器層１２３０に結合されて、図２０での液晶両端間の電圧を変化させることにより同調可能スロット１２１０のアレイを変調する。制御モジュール１２８０は、フィールドプログラマブルゲートアレイ（「ＦＰＧＡ」）、マイクロプロセッサ、コントローラ、システム・オン・チップ（ＳｏＣ）、又は他の処理論理回路を含むことができる。１つの実施形態において、制御モジュール１２８０は、同調可能スロット１２１０のアレイを駆動するために論理回路（例えば、マルチプレクサ）を含む。１つの実施形態において、制御モジュール１２８０は、同調可能スロット１２１０のアレイ上に駆動されるホログラフィック回折パターンに関する仕様を含むデータを受信する。ホログラフィック回折パターンは、この回折パターンがダウンリンクビーム（及び、アンテナシステムが送信を実行する場合には、アップリンクビーム）を通信に適した方向に誘導するように、アンテナと衛星との間の空間的関係に応じて生成することができる。各図には描かれていないが、制御モジュール１２８０に類似する制御モジュールが、本開示の図にて記載される同調可能スロットの各アレイを駆動することができる。
【０１３１】
更に、ＲＦ基準ビームがＲＦホログラフィック回折パターンに遭遇するときに所望のＲＦビームを生成することができる類似の技術を使用して、無線周波数（「ＲＦ」）ホログラフィが可能である。衛星通信の場合に、基準ビームは、給電波１２０５（幾つかの実施形態では、約２０ＧＨｚ）などの給電波の形態である。給電波を放射ビームに変換するために（送信目的又は受信目的の何れかで）、所望のＲＦビーム（目標ビーム）と給電波（基準ビーム）との間での干渉パターンが計算される。干渉パターンは、給電波が所望のＲＦビーム（所望の形状及び方向を有する）に「誘導される」ように、回折パターンとして同調可能スロット１２１０のアレイ上に駆動される。言い換えれば、ホログラフィック回折パターンに遭遇する給電波は、目標ビームを「再構成」し、このビームは、通信システムの設計要件に従って形成される。ホログラフィック回折パターンは、各素子の励起を包含し、導波路内の波動方程式としてのｗinと、外向き波に関する波動方程式としてのｗoutとを用いて、ｗhologram＝ｗin＊ｗoutによって計算される。
【０１３２】
図２０は、同調可能共振器／スロット１２１０の１つの実施形態を示している。同調可能スロット１２１０は、アイリス／スロット１２１２と、放射パッチ１２１１と、アイリス１２１２とパッチ１２１１との間に配置された液晶１２１３とを含む。１つの実施形態において、放射パッチ１２１１は、アイリス１２１２と同じ場所に配置される。
【０１３３】
図２１は、物理的アンテナアパーチャの１つの実施形態の断面図を示している。アンテナアパーチャは、グランドプレーン１２４５と、再構成可能共振器層１２３０に含まれるアイリス層１２３３内の金属層１２３６とを含む。１つの実施形態において、図２１のアンテナアパーチャは、図２０の複数の同調可能共振器／スロット１２１０を含む。アイリス／スロット１２１２は、金属層１２３６内の開口部によって規定される。図２０の給電波１２０５などの給電波は、衛星通信チャネルと適合性のあるマイクロ波周波数を有することができる。給電波は、グランドプレーン１２４５と共振器層１２３０との間を伝播する。
【０１３４】
再構成可能共振器層１２３０はまた、ガスケット層１２３２及びパッチ層１２３１を含む。ガスケット層１２３２は、パッチ層１２３１とアイリス層１２３３との間に配置される。１つの実施形態において、スペーサは、ガスケット層１２３２に置き換えることができる点に留意されたい。１つの実施形態において、アイリス層１２３３は、金属層１２３６として銅層を含むプリント回路基板（ＰＣＢ）である。１つの実施形態において、アイリス層１２３３はガラスである。アイリス層１２３３は、他のタイプの基板であってもよい。
【０１３５】
銅層において開口部をエッチングして、スロット１２１２を形成することができる。１つの実施形態において、アイリス層１２３３は、導電性接合層によって図２１の別の構造（例えば、導波路）に導電的に結合される。１つの実施形態において、アイリス層は、導電性接合層によって導電的に結合されず、代わりに非導電性接合層と接合される点に留意されたい。
【０１３６】
パッチ層１２３１はまた、放射パッチ１２１１として金属を含むＰＣＢとすることもできる。１つの実施形態において、ガスケット層１２３２は、金属層１２３６とパッチ１２１１との間の寸法を規定する機械的離隔部（スタンドオフ）を提供するスペーサ１２３９を含む。１つの実施形態において、スペーサは７５ミクロンであるが、他のサイズ（例えば、３ｍｍから２００ｍｍ）を使用することができる。上述のように、１つの実施形態において、図２１のアンテナアパーチャは、図２０のパッチ１２１１、液晶１２１３Ａ、及びアイリス１２１２を含む、同調可能共振器／スロット１２１０などの複数の同調可能共振器／スロットを備える。液晶１２１３Ａのためのチャンバは、スペーサ１２３９、アイリス層１２３３、及び金属層１２３６によって規定される。チャンバが液晶で満たされた場合に、パッチ層１２３１は、共振器層１２３０内に液晶をシールするようにスペーサ１２３９上に積層することができる。
【０１３７】
パッチ層１２３１とアイリス層１２３３との間の電圧を変調して、パッチとスロット（例えば、同調可能共振器／スロット１２１０）間のギャップ内の液晶を同調させることができる。液晶１２１３の両端間電圧を調節することにより、スロット（例えば、同調可能共振器／スロット１２１０）のキャパシタンスが変化する。従って、スロット（例えば、同調可能共振器／スロット１２１０）のリアクタンスは、このキャパシタンスを変化させることにより変化することができる。スロット１２１０の共振周波数はまた、次式：
【数１】
2020534758.tif 000012
に従って変化し、ここで、ｆは、スロット１２１０の共振周波数であり、Ｌ及びＣは、それぞれスロット１２１０のインダクタンス及びキャパシタンスである。スロット１２１０の共振周波数は、導波路を伝播する給電波１２０５から放射されるエネルギーに影響を与える。一例として、給電波１２０５が２０ＧＨｚである場合に、スロット１２１０の共振周波数は、１７ＧＨｚに調節されて（キャパシタンスを変化させることにより）、スロット１２１０が、給電波１２０５からのエネルギーを実質的に結合しないようにすることができる。或いは、スロット１２１０の共振周波数は、スロット１２１０が給電波１２０５からのエネルギーを結合してこのエネルギーを自由空間に放射するように、２０ＧＨｚに調節することができる。所与の例は、２値的である（完全に放射するか又は全く放射しない）が、スロット１２１０のリアクタンス及び従ってこのスロットの共振周波数の完全グレイスケール制御は、多値範囲にわたって電圧を変化させることにより可能である。従って、各スロット１２１０から放射されるエネルギーが精密に制御されて、同調可能スロットのアレイが、精緻なホログラフィック回折パターンを形成できるようになる。
【０１３８】
１つの実施形態において、一列に並んだ同調可能スロットは、互いからλ／５だけ離間している。他の間隔を使用することもできる。１つの実施形態において、一列に並んだ各同調可能スロットは、隣接する列内の最も近い同調可能スロットからλ／２だけ離間しており、従って、異なる列にあって向きが共通の同調可能スロットは、λ／４だけ離間しているが、他の間隔が可能である（例えば、λ／５、λ／６．３）。別の実施形態では、一列に並んだ各同調可能スロットは、隣接する列内の最も近い同調可能スロットからλ／３だけ離間している。
【０１３９】
実施形態は、２０１４年１１月２１日出願の「Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｃｏｕｐｌｉｎｇ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  ｆｒｏｍ  ａ  Ｓｔｅｅｒａｂｌｅ  Ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌｌｙ  Ｆｅｄ  Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ  Ａｎｔｅｎｎａ（誘導可能円筒給電式ホログラフィックアンテナからの動的偏波及び結合制御）」と題する米国特許出願第１４／５５０，１７８号明細書、及び２０１５年１月３０日出願の「Ｒｉｄｇｅｄ  Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  Ｆｅｅｄ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ  ｆｏｒ  Ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ  Ａｎｔｅｎｎａ（再構成可能アンテナのためのリッジ型導波路給電構造）」と題する米国特許出願第１４／６１０，５０２号明細書に説明されているような再構成可能メタマテリアル技術を使用する。
【０１４０】
図２２Ａから２２Ｄは、スロット付きアレイを形成する様々な層の１つの実施形態を示している。アンテナアレイは、図１８に示されている例示的なリングのようにリング状に位置決めされたアンテナ素子を含む。この実施例において、アンテナアレイは、２つの異なるタイプの周波数帯域に使用される２つの異なるタイプのアンテナ素子を有する点に留意されたい。
【０１４１】
図２２Ａは、スロットに対応する位置を有する第１のアイリス基板層の一部分を示している。図２２Ａを参照すると、円は、アイリス基板の底部側におけるメタライゼーション内の開放エリア／スロットであり、給電部（給電波）との素子の結合を制御するためのものである。この層は、任意選択の層であり、全ての設計で使用されるとは限らない点に留意されたい。図２２Ｂは、スロットを包含する第２のアイリス基板層の一部分を示している。図２２Ｃは、第２のアイリス基板層の一部分の上のパッチを示している。図２２Ｄは、スロット付きアレイの一部分の上面図を示している。
【０１４２】
図２３は、円筒状給電アンテナ構造の１つの実施形態の側面図を示している。このアンテナは、二重層給電構造（すなわち、２つの給電構造層）を使用して内向き進行波を生成する。１つの実施形態において、アンテナは、円形の外形を含むが、このことは、必須ではない。すなわち、非円形内向き進行構造を使用することができる。１つの実施形態において、図２３におけるアンテナ構造は、２０１４年１１月２１日出願の「Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｃｏｕｐｌｉｎｇ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  ｆｒｏｍ  ａ  Ｓｔｅｅｒａｂｌｅ  Ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌｌｙ  Ｆｅｄ  Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ  Ａｎｔｅｎｎａ（誘導可能円筒給電式ホログラフィックアンテナからの動的偏波及び結合制御）」と題する米国特許公開第２０１５／０２３６４１２号明細書に記載のものなどの同軸給電部を含む。
【０１４３】
図２３を参照すると、同軸ピン１６０１は、アンテナの下層の場を励起するのに使用される。１つの実施形態において、同軸ピン１６０１は、容易に入手できる５０Ω同軸ピンである。同軸ピン１６０１は、導電性グランドプレーン１６０２であるアンテナ構造の底部に結合（例えば、ボルト締め）される。
【０１４４】
内部導体である浸入型導体１６０３は、導電性グランドプレーン１６０２から切り離される。１つの実施形態において、導電性グランドプレーン１６０２及び浸入型導体１６０３は、互いに平行である。１つの実施形態において、グランドプレーン１６０２と浸入型導体１６０３との間の距離は、０．１インチから０．１５インチである。別の実施形態では、この距離は、λ／２とすることができ、ここで、λは、作動周波数での進行波の波長である。
【０１４５】
グランドプレーン１６０２は、スペーサ１６０４を介して浸入型導体１６０３から切り離される。１つの実施形態において、スペーサ１６０４は、発泡体又は空気状スペーサである。１つの実施形態において、スペーサ１６０４は、プラスチックスペーサを含む。
【０１４６】
誘電体層１６０５が、浸入型導体１６０３の上部に存在する。１つの実施形態において、誘電体層１６０５は、プラスチックである。誘電体層１６０５の目的は、自由空間速度に対して進行波を減速させることである。１つの実施形態において、誘電体層１６０５は、自由空間に対して３０％だけ進行波を減速させる。１つの実施形態において、ビーム形成に適した屈折率の範囲は、１．２から１．８であり、ここで、自由空間は、定義により１に等しい屈折率を有する。例えばプラスチックなどの他の誘電体スペーサ材料が、この効果を達成するのに使用できる。プラスチック以外の材料は、これらの材料が所望の波減速効果を達成する限り、使用できる点に留意されたい。代替的に、例えば機械加工すること又はリソグラフィによって規定することができる周期的サブ波長金属構造などの分散構造を有する材料は、誘電体層１６０５として使用することができる。
【０１４７】
ＲＦアレイ１６０６は、誘電体１６０５の上部に存在する。１つの実施形態において、浸入型導体１６０３とＲＦアレイ１６０６との間の距離は、０．１インチから０．１５インチである。別の実施形態では、この距離は、λeff／２とすることができ、ここで、λeffは、設計周波数での媒体中の有効波長である。
【０１４８】
アンテナは、側部１６０７及び１６０８を含む。側部１６０７及び１６０８は、同軸ピン１６０１から供給される進行波を、反射によって浸入型導体１６０３の下の領域（スペーサ層）から浸入型導体１６０３の上の領域（誘電体層）に伝播させるように角度付けされる。１つの実施形態において、側部１６０７及び１６０８の角度は、４５度の角度にある。代替実施形態では、側部１６０７及び１６０８は、反射を達成するための連続した半径に置き換えることができる。図２３は、４５度の角度を有して角度付けした側部を示しているが、その他の角度は、下層給電部から上層給電部への信号伝達を達成して使用することができる。すなわち、下側給電部内の有効波長が、一般に、上側給電部内のものと異なることを考慮すると、理想的な４５度の角度からの何らかの逸脱は、下側給電層から上側給電層への伝達を補助するのに使用することができる。例えば、別の実施形態では、４５度の角度は、単一の段部に置き換えられる。アンテナの一端上の段部は、誘電体層、浸入型導体、及びスペーサ層の周りに延びる。同様の２つの段部が、これらの層の他端に存在する。
【０１４９】
動作中、給電波が、同軸ピン１６０１から供給される場合には、この給電波は、グランドプレーン１６０２と浸入型導体１６０３との間の領域で同軸ピン１６０１から同心状外向きに進む。同心状外向き波は、側部１６０７及び１６０８で反射して、浸入型導体１６０３とＲＦアレイ１６０６との間の領域で内向きに進む。円形外周の縁部からの反射は、この波を同相のままにする（すなわち、この反射は、同相反射である）。進行波は、誘電体層１６０５によって減速する。この時点で、進行波は、ＲＦアレイ１６０６内の素子との相互作用及び励振を開始して、所望の散乱が得られる。
【０１５０】
進行波を終了させるための終端部１６０９が、アンテナの幾何学的中心でアンテナに含まれる。１つの実施形態において、終端部１６０９は、ピン終端（例えば、５０Ωピン）を備える。別の実施形態では、終端部１６０９は、未使用エネルギーを終端させて、この未使用エネルギーがアンテナの給電構造を通って反射して戻ることを防止するＲＦ吸収体を備える。この終端部は、ＲＦアレイ１６０６の上部で使用することができる。
【０１５１】
図２４は、アンテナシステムの別の実施形態を外向き波と共に示している。図２４を参照すると、２つのグランドプレーン１６１０及び１６１１は、これらのグランドプレーンの間にある誘電体層１６１２（例えば、プラスチック層など）と互いに実質的に平行であり得る。ＲＦ吸収体１６１９（例えば、抵抗器）は、２つのグランドプレーン１６１０及び１６１１を一緒に結合する。同軸ピン１６１５（例えば、５０Ω）は、アンテナを給電する。ＲＦアレイ１６１６は、誘電体層１６１２及びグランドプレーン１６１０の上部に存在する。
【０１５２】
動作中、給電波は、同軸ピン１６１５を介して給電され、同心円状外向きに進んでＲＦアレイ１６１６の素子と相互作用する。
【０１５３】
図２３及び２４の両アンテナにおける円筒形給電は、アンテナのサービス角度を改善する。１つの実施形態において、アンテナシステムは、プラスマイナス４５度の方位角（±４５°Ａｚ）及びプラスマイナス２５度の仰角（±２５°Ｅｌ）からなるサービス角度の代わりに、ボアサイトから全方向に７５度（７５°）のサービス角度を有する。多数の個々の放射体から構成される何らかのビーム形成アンテナの場合と同様に、全体的なアンテナ利得は、それ自体が角度に依存するものである構成素子の利得に依存する。一般的な放射素子が使用される場合には、全体的なアンテナ利得は、通常、ビームがボアサイトから離れて向けられるにつれて減少する。ボアサイトから７５度外れたところでは、約６ｄＢの有意な利得低下が予期される。
【０１５４】
円筒状給電部を有するアンテナの実施形態は、１又は２以上の問題を解決する。これらは、統合分割器ネットワークを用いて給電されるアンテナと比較して給電構造を非常に簡単なものにし、従って、全体で必要とされるアンテナ及びアンテナ給電量を低減することと、より粗い制御（単純なバイナリ制御にまで拡張すること）で高ビーム性能を維持することによって製造誤差及び制御誤差に対する感度を低下させることと、円筒状配向給電波が遠距離場において空間的に多様なサイドローブをもたらすので、直線的給電部と比較してより好都合なサイドローブパターンを与えることと、偏波器を必要とせずに、左旋円偏波、右旋円偏波及び直線偏波を可能にすることを含めて偏波が動的であることを可能にすることと、を含む。
【０１５５】
波散乱素子のアレイ
図２３のＲＦアレイ１６０６及び図２４のＲＦアレイ１６１６は、放射体として作用するパッチアンテナ（例えば、表面散乱体）のグループを含む波散乱サブシステムを備える。このパッチアンテナグループは、散乱メタマテリアル素子のアレイを備える。
【０１５６】
１つの実施形態において、アンテナシステムにおける各散乱素子は、下部導体、誘電体基板、及び上部導体からなる単位セルの一部であり、上部導体は、この上部導体にエッチング又は堆積された相補的電気誘導型容量性共振器（「相補型電気ＬＣ」又は「ＣＥＬＣ」）を組み込んでいる。
【０１５７】
１つの実施形態において、液晶（ＬＣ）が、散乱素子の周りのギャップに注入される。液晶は、各単位セル内に封入され、スロットに関連する下部導体をそのパッチに関連する上部導体から分離する。液晶は、この液晶を含む分子の配向の関数である誘電率を有し、分子の配向（及びひいては誘電率）は、液晶両端間のバイアス電圧を調節することによって制御することができる。この特性を使用して、液晶は、誘導波からＣＥＬＣへのエネルギー伝達のためのオン／オフスイッチとして作用する。スイッチオンになると、ＣＥＬＣは、電気的に小さいダイポールアンテナのような電磁波を放射する。
【０１５８】
液晶の厚さを制御することによって、ビームスイッチング速度が増加する。下部導体と上部導体との間のギャップ（液晶の厚さ）の５０パーセント（５０％）の減少は、４倍の速度増加をもたらす。別の実施形態では、液晶の厚さは、約１４ミリ秒（１４ｍｓ）というビームスイッチング速度をもたらす。１つの実施形態において、液晶は、７ミリ秒（７ｍｓ）の要件を満たすことができるように応答性を高めるための当技術分野において公知の方法でドープされる。
【０１５９】
ＣＥＬＣ素子は、ＣＥＬＣ素子の平面に平行でＣＥＬＣギャップ補完物に垂直に印加される磁場に応答する。電圧が、メタマテリアル散乱単位セル内の液晶に印加された場合に、誘導波の磁場成分は、ＣＥＬＣの磁気励起を誘導し、その結果、誘導波と同じ周波数の電磁波が生成される。
【０１６０】
単一のＣＥＬＣによって生成される電磁波の位相は、誘導波ベクトル上のＣＥＬＣの位置によって選択することができる。各セルは、ＣＥＬＣと平行な誘導波と同相の波を生成する。ＣＥＬＣは、波長よりも小さいので、出力波は、誘導波がＣＥＬＣの下を通過するときのこの誘導波の位相と同じ位相を有する。
【０１６１】
１つの実施形態において、このアンテナシステムの円筒状給電幾何形状は、ＣＥＬＣ素子を波動給電の波動ベクトルに対して４５度（４５°）の角度で位置決めすることを可能にする。この素子位置は、この素子から生成される又はこの素子によって受信される自由空間波の偏波の制御を可能にする。１つの実施形態において、ＣＥＬＣは、アンテナの作動周波数の自由空間波長より短い素子間隔で配列される。例えば、１波長につき４つの散乱素子が存在する場合には、３０ＧＨｚ送信アンテナ内の素子は、約２．５ｍｍ（すなわち、３０ＧＨｚの１０ｍｍ自由空間波長の４分の１）となる。
【０１６２】
１つの実施形態において、ＣＥＬＣは、スロットの上に並置されたパッチを、それら両者の間に液晶を有して含むパッチアンテナを用いて実施される。この点において、メタマテリアルアンテナは、スロット付き（散乱）導波路のように作用する。スロット付き導波路に関して、出力波の位相は、誘導波に対するスロットの位置に依存する。
【０１６３】
セル配置
アンテナ素子は、系統的マトリクス駆動回路が可能となるように、円筒状給電アンテナアパーチャ）上に配置される。セルの配置は、マトリクス駆動のためのトランジスタの配置を含む。図２５は、アンテナ素子に対するマトリクス駆動回路の配置の１つの実施形態を示している。図２５を参照すると、行コントローラ１７０１は、行選択信号Ｒｏｗ１（行１）及びＲｏｗ２（行２）それぞれを介してトランジスタ１７１１及び１７１２に結合され、列コントローラ１７０２は、列選択信号Ｃｏｌｕｍｎ１を介してトランジスタ１７１１及び１７１２に結合される。また、トランジスタ１７１１は、パッチへの接続１７３１を介してアンテナ素子１７２１に結合され、トランジスタ１７１２は、パッチへの接続１７３２を介してアンテナ素子１７２２に結合される。
【０１６４】
単位セルが非正規グリッド内に配置されて円筒状給電アンテナ上でマトリクス駆動回路を実現する最初の手法では、２つのステップが実行される。第１のステップでは、セルが同心リング上に配置され、セルの各々は、セルの傍らに配置されたトランジスタ（例えば、ＴＦＴ）に接続され、このトランジスタが、各セルを別々に駆動するスイッチとして機能する。第２のステップでは、マトリクス駆動回路は、このマトリクス駆動手法が必要とするときにあらゆるトランジスタを一意のアドレスで接続するように構築される。マトリクス駆動回路は、行及び列のトレースによって構築される（ＬＣＤと同様）が、セルは、リング上に配置されるので、各トランジスタに一意のアドレスを割り当てる系統的方法は存在しない。このマッピング問題は、全てのトランジスタをカバーするために極めて複雑な回路を生じさせ、経路設定を行う物理的トレースの数を著しく増加させることになる。セルが高密度であるので、これらのトレースは、カップリング効果に起因してアンテナのＲＦ性能を妨げる。また、トレースが複雑であり実装密度が高いことに起因して、トレースの経路設定は、商業的に入手可能なレイアウトツールによって行うことができない。
【０１６５】
１つの実施形態において、マトリクス駆動回路は、セル及びトランジスタが配置される前に事前に規定される。このことにより、各々が一意のアドレスを有する全てのセルを駆動するのに必要な最小数のトレースが確保される。この方式は、駆動回路の複雑性を軽減して経路設定を簡素化し、これによって、アンテナのＲＦ性能が高まる。
【０１６６】
より具体的には、１つの手法では、第１のステップにおいて、セルは、各セルの一意のアドレスを表す行及び列から構成された正方形グリッド上に配置される。第２のステップにおいて、セルは、第１のステップで規定さられたセルのアドレス並びに行及び列への接続性が維持されながら、グループ化されて同心円に変換される。この変換の目的は、セルをリング上に配置するだけでなく、アパーチャ全体にわたってセル間の距離及びリング間の距離を一定に保つことである。この目的を達成するために、セルをグループ化する幾つかの方法が存在する。
【０１６７】
１つの実施形態において、ＴＦＴパッケージは、マトリクス駆動における配置及び一意のアドレス指定を可能にするのに使用される。図２６は、ＴＦＴパッケージの１つの実施形態を示している。図２６を参照すると、ＴＦＴ及び蓄積キャパシタ１８０３が、入力ポート及び出力ポートと共に示されている。トレース１８０１に接続された２つの入力ポート及びトレース１８０２に接続された２つの出力ポートが存在し、行及び列を使用してＴＦＴが共に接続される。１つの実施形態において、行のトレース及び列のトレースは、９０°の角度で交差して、行のトレースと列のトレースとの間の結合が、抑えられ、場合によっては最小になる。１つの実施形態において、行のトレース及び列のトレースは、異なる層上に存在する。
【０１６８】
全二重通信システムの例
別の実施形態では、複合アンテナアパーチャは、全二重通信システムで使用される。図２７は、同時送信及び受信経路を有する通信システムの一実施形態のブロック図である。１つの送信経路及び１つの受信経路のみが示されているが、通信システムは、１つより多い送信経路及び／又は１つより多い受信経路を含むことができる。
【０１６９】
図２７を参照すると、アンテナ１４０１は、上述のように異なる周波数で同時に送信及び受信するように独立して動作可能な２つの空間的に交互配置されたアンテナアレイを含む。１つの実施形態において、アンテナ１４０１は、ダイプレクサ１４４５に結合される。この結合は、１又は２以上の給電ネットワークによるものとすることができる。１つの実施形態において、放射状給電アンテナの場合に、ダイプレクサ１４４５は、２つの信号を組み合わせるものであり、アンテナ１４０１とダイプレクサ１４４５の間の接続は、両方の周波数を搬送できる単一の広帯域給電ネットワークである。
【０１７０】
ダイプレクサ１４４５は、低ノイズブロックダウンコンバータ（ＬＮＢ）１４２７に結合され、このＬＮＢは、当技術分野において公知の方法でノイズフィルタリング機能、ダウンコンバート機能、及び増幅機能を実行する。１つの実施形態において、ＬＮＢ１４２７は、室外ユニット（ＯＤＵ）に存在する。別の実施形態では、ＬＮＢ１４２７は、アンテナ装置に組み込まれる。ＬＮＢ１４２７は、コンピューティングシステム１４４０（例えば、コンピュータシステム、モデムなど）に結合されたモデム１４６０に結合される。
【０１７１】
モデム１４６０は、アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）１４２２を含み、このＡＤＣは、ＬＮＢ１４２７に結合されて、ダイプレクサ１４４５から出力された受信信号をデジタル形式に変換する。デジタル形式に変換されると、信号は、復調器１４２３によって復調されて、デコーダ１４２４によって復号されて、受信波上に符号化されたデータが得られる。次に、復号されたデータは、コントローラ１４２５に送られ、このコントローラが、このデータをコンピューティングシステム１４４０に送る。
【０１７２】
モデム１４６０は更に、コンピューティングシステム１４４０から送信されたデータを符号化するエンコーダ１４３０を含む。符号化されたデータは、変調器１４３１によって変調され、次に、デジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）１４３２によってアナログに変換される。次に、アナログ信号は、ＢＵＣ（アップコンバート及び高域増幅器）１４３３によってフィルタリングされて、ダイプレクサ１４４５の１つのポートに供給される。１つの実施形態において、ＢＵＣ１４３３は、室外ユニット（ＯＤＵ）に存在する。
【０１７３】
当技術分野において公知の方法で動作するダイプレクサ１４４５は、送信される送信信号をアンテナ１４０１に供給する。
【０１７４】
コントローラ１４５０は、単一の複合物理的アパーチャ上のアンテナ素子の２つのアレイを含むアンテナ１４０１を制御する。
【０１７５】
通信システムは、上述した結合器／アービタを含むように変更される。このような場合には、結合器／アービタは、ＢＵＣ及びＬＮＢの前ではなくモデムの後に存在する。
【０１７６】
図２７に示されている全二重通信システムは、限定されるものではないが、インターネット通信、車両通信（ソフトウェア更新を含む）などを含む幾つかの用途を有する点に留意されたい。
【０１７７】
本明細書で説明する幾つかの例示的な実施形態が存在する。
【０１７８】
実施例１は、液晶（ＬＣ）を有するアンテナ素子のアレイと、アレイに結合され、各々が、アレイのアンテナ素子に結合されてアンテナ素子に駆動電圧を印加するように動作できる複数のドライバを有する駆動回路と、駆動回路に結合されて、駆動電圧を調整してリップルを補償する無線周波数（ＲＦ）リップル補正論理回路と、を備えるアンテナである。
【０１７９】
実施例２は、ＲＦリップル補正論理回路が、アレイのアンテナ素子に対する駆動電圧を再調整して、正フレーム及び負フレームの両方に同じ差動電圧を印加するように動作できることを任意選択で含むことができる実施例１のアンテナである。
【０１８０】
実施例３は、複数のドライバの各ドライバが、正フレーム及び負フレームの両方に対して複数のグレイシェードレベルの各グレイシェードレベルにおいて規定された出力を有し、ガンマ電圧がこの出力を制御することを任意選択で含むことができる実施例２のアンテナである。
【０１８１】
実施例４は、ＲＦリップル補正論理回路が、Ｎが整数である場合、Ｎ個のガンマ電圧レベルに対してＮ／２個のグレイシェードレベルでＲＦリップル補正を実行するように動作できることを任意選択で含むことができる実施例３のアンテナである。
【０１８２】
実施例５は、共通電圧がアレイ内のアンテナ素子に印加され、更にＲＦリップル補正論理回路が、共通電圧を調整してリップルを補償するように動作できることを任意選択で含むことができる実施例１のアンテナである。
【０１８３】
実施例６は、アンテナ素子のＬＣに周期的に印加される差動電圧の極性を反転させるように駆動回路に結合されたコントローラを任意選択で含むことができる実施例１のアンテナである。
【０１８４】
実施例７は、コントローラが、駆動回路に対して、フレームごとにアンテナ素子のＬＣに印加される差動電圧の極性を反転させるように動作できることを任意選択で含むことができる実施例６のアンテナである。
【０１８５】
実施例８は、ＲＦリップル補正論理回路が、自由空間試験（ＦＳＴ）測定システムで適用される電圧調整を適用するように動作できることを任意選択で含むことができる実施例１のアンテナである。
【０１８６】
実施例９は、ＲＦリップル補正論理回路が、アレイに結合された環境センサに応答して電圧調整を適用するように動作できることを任意選択で含むことができる実施例１のアンテナである。
【０１８７】
実施例１０は、アンテナ内のアンテナ素子のアレイにおけるアンテナ素子用のドライバに対する駆動電圧の初期セットを決定するステップと、駆動電圧のセットにおける駆動電圧を調整することにより、アレイ内のアンテナ素子に対してＲＦリップル補正を実行するステップと、を含む方法である。
【０１８８】
実施例１１は、動作中、アレイ内のアンテナ素子にＲＦリップル補正電圧を印加するステップを任意選択で含むことができる実施例１０の方法である。
【０１８９】
実施例１２は、電圧の初期セットにおける電圧が、共通電圧に関する初期値に対して対称であることを任意選択で含むことができる実施例１１の方法である。
【０１９０】
実施例１３は、アレイ内のアンテナ素子に対してＲＦリップル補正を実行するステップが、（ａ）第１の電圧レベルを使用してＲＦリップルを測定するステップと、（ｂ）測定されたＲＦリップルと所定基準との間の関係に基づいて共通電圧を調整するステップと、（ｃ）測定されたＲＦリップルが所定基準を満たすまで、（ａ）及び（ｂ）を繰り返すステップと、（ｄ）共通電圧を調整された共通電圧に設定するステップと、を含むことを任意選択で含むことができる実施例１２の方法である。
【０１９１】
実施例１４は、第１の電圧レベルが、最高及び最低グレイシェードレベルに基づくことを任意選択で含むことができる実施例１３の方法である。
【０１９２】
実施例１５は、所定基準がＲＦリップル閾値であり、更に、ＲＦリップルがこの閾値を下回るまで、共通電圧を調整するステップが繰り返されることを任意選択で含むことができる実施例１３の方法である。
【０１９３】
実施例１６は、他のグレイシェードレベルに対して共通電圧の調整を繰り返すステップを任意選択で含むことができる実施例１３の方法である。
【０１９４】
実施例１７は、駆動電圧が、アンテナ素子内の液晶（ＬＣ）の両端の差動電圧であることを任意選択で含むことができる実施例１０の方法である。
【０１９５】
実施例１８は、共通電圧の差分を決定し、この差分に基づいてソース電圧補正値を計算し、１又は２以上のガンマ電圧レベルを調整することによりソース電圧補正値を適用することによって、調整された駆動電圧を生成するステップを任意選択で含むことができる実施例１０の方法である。
【０１９６】
実施例１９は、少なくともプロセッサ及びメモリを内部に有するシステムによって実行されたときに、このシステムに方法を実行させる命令が格納された非一時的コンピュータ可読記憶媒体であり、この方法は、アンテナ内のアンテナ素子のアレイにおけるアンテナ素子用のドライバに対する駆動電圧の初期セットを決定するステップと、駆動電圧のセットにおける駆動電圧を調整することにより、アレイ内のアンテナ素子に対してＲＦリップル補正を実行するステップと、を含む。
【０１９７】
実施例２０は、動作中、アレイ内のアンテナ素子にＲＦリップル補正電圧を印加するステップを任意選択で含むことができる実施例１９の非一時的コンピュータ可読記憶媒体である。
【０１９８】
実施例２１は、電圧の初期セットにおける電圧が、共通電圧に関する初期値に対して対称であることを任意選択で含むことができる実施例１９の非一時的コンピュータ可読記憶媒体である。
【０１９９】
実施例２２は、アレイ内のアンテナ素子に対してＲＦリップル補正を実行するステップが、（ａ）第１の電圧レベルを使用してＲＦリップルを測定するステップと、（ｂ）測定されたＲＦリップルと所定基準との間の関係に基づいて共通電圧を調整するステップと、（ｃ）測定されたＲＦリップルが所定基準を満たすまで、（ａ）及び（ｂ）を繰り返すステップと、（ｄ）共通電圧を調整された共通電圧に設定するステップと、を含むことを任意選択で含むことができる実施例１９の非一時的コンピュータ可読記憶媒体である。
【０２００】
実施例２３は、第１の電圧レベルが、最高及び最低グレイシェードレベルに基づくことを任意選択で含むことができる実施例２２の非一時的コンピュータ可読記憶媒体である。
【０２０１】
実施例２４は、所定基準がＲＦリップル閾値を含み、更に、ＲＦリップルがこの閾値を下回るまで、共通電圧を調整するステップが繰り返されることを任意選択で含むことができる実施例２２の非一時的コンピュータ可読記憶媒体である。
【０２０２】
実施例２５は、他のグレイシェードレベルに対して共通電圧の調整を繰り返すステップを任意選択で含むことができる実施例１９の非一時的コンピュータ可読記憶媒体である。
【０２０３】
以上の詳細説明の幾つかの部分は、コンピュータメモリ内のデータビットに対する演算のアルゴリズム及び記号表現の観点で提示されている。これらのアルゴリズム的記述及び表現は、データ処理技術分野の当業者により、自らの作業の内容を他の当業者に最も効果的に伝えるのに使用される手段である。アルゴリズムは、本明細書では一般的に、所望の結果に至る自己矛盾のない一連のステップであると考えられる。これらのステップは、物理量の物理的操作を必要とするものである。必須ではないが、通常、これらの量は、格納、転送、結合、比較、及びそれ以外の方法での操作が可能な電気信号又は磁気信号の形式を取る。これらの信号をビット、値、要素、記号、文字、用語、又は数字などと言及することは、主として共通使用という理由で時に好都合であることが判明している。
【０２０４】
しかしながら、これらの用語及び類似の用語は、全て、適切な物理量に関連付けられるものとし、単に、これらの量に付与される好都合なラベルである点に留意されたい。以下の説明から明らかなように、別途明記しない限り、説明全体を通して、「処理する」又は「算出する」又は「計算する」又は「決定する」又は「表示する」などのような用語を利用する説明は、コンピュータシステムのレジスタ及びメモリ内の物理的な（電子的な）量として表されるデータを操作して、このデータを、そのコンピュータシステムのメモリ又はレジスタ又は他のこのような情報ストレージ、送信又は表示デバイス内の物理量として同様に表される別のデータに変換するコンピュータシステム又は類似の電子コンピュータデバイスの動作及び処理を指すことが認められる。
【０２０５】
本発明はまた、本明細書における動作を実行するための装置に関する。この装置は、必要とされる目的のために特別に構成することができ、或いはコンピュータに格納されたコンピュータプログラムによって選択的に起動又は再構成される汎用コンピュータを備えることができる。このようなコンピュータプログラムは、限定されるものではないが、フロッピーディスク、光ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、及び光磁気ディスクを含む任意タイプのディスク、読取専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、磁気又は光カード、又は電子命令の格納に適する任意のタイプの媒体のようなコンピュータ可読ストレージ媒体に格納することができ、これら各々は、コンピュータシステムバスに結合される。
【０２０６】
本明細書に提示したアルゴリズム及び表示は、何れの特定のコンピュータ又は他の装置とも本質的に関連付けられたものではない。様々な汎用システムが、本明細書の教示によるプログラムと共に使用することができ、又は必要とされる方法ステップを実行するより特殊化された装置を構成することが有利であることが判明する場合がある。様々なこれらのシステムに必要な構造は、以下の説明から明らかであろう。これに加えて、本発明は、何れの特定のプログラミング言語に関連することなく説明されている。様々なプログラミング言語を使用して、本明細書に説明した本発明の教示を実施することができることが認められるであろう。
【０２０７】
機械可読媒体は、機械（例えば、コンピュータ）によって可読の形式の情報を格納又は送信するための何らかの機構を含む。例えば、機械可読媒体は、読取専用メモリ（「ＲＯＭ」）、ランダムアクセスメモリ（「ＲＡＭ」）、磁気ディスクストレージ媒体、光学ストレージ媒体、フラッシュメモリデバイスなどを含む。
【０２０８】
本発明の多くの改変及び修正が、前述の説明を読んだ後で疑いなく当業者に明らかになるであろうが、例証によって図示され説明された何れの特定の実施形態も限定するものとして捉えられるものではない点を理解されたい。従って、様々な実施形態の詳細事項への言及は、本発明にとって基本的なものとみなされる特徴のみを記載する請求項の範囲を限定するものではない。
【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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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２Ａ】
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【図２２Ｂ】
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【図２２Ｃ】
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【図２２Ｄ】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【国際調査報告】
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