BR112016018882B1

BR112016018882B1 - Antena

Info

Publication number: BR112016018882B1
Application number: BR112016018882-9A
Authority: BR
Inventors: Adam Bily; Nathan Kundtz; Mikala Johnson
Original assignee: Kymeta Corporation
Priority date: 2014-02-19
Filing date: 2015-01-20
Publication date: 2022-02-22
Also published as: JP6339215B2; EP3800735A1; KR20160130975A; ES2935284T3; ES2856220T3; WO2015126550A1; KR101864052B1; EP3800735B1; EP4191794A1; CN110492238B; CN105960735A; CN105960735B; CN110492238A; BR112016018882A2; TW201541714A; EP3108538A1; TWI634701B; EP3108538A4; EP3108538B1; JP2017506471A

Abstract

ANTENA. Um aparelho é revelado aqui para uma antena alimentada cilindricamente e método para uso da mesma. Em uma configuração, a antena compreende uma alimentação de antena para entrar em uma onda de alimentação cilíndrica e um sistema de encaixe sintonizado acoplado à alimentação da antena.

Description

[0001] O presente pedido de patente reivindica a prioridade e incorpora por referência o correspondente Pedido de Patente Provisional Norte-Americano No. 61/941.801, intitulado “Polarization and Coupling Control from a Cylindrically Fed Holographic Antenna” requerido em 19 de Fevereiro de 2014, bem como o correspondente Pedido de Patente Provisional Norte-Americano No. 62/012.897, intitulado “A Metamaterial Antenna System for Communications Satellite Earth Stations” requerido em 16 de Junho de 2014.

CAMPO DA INVENÇÃO

[0002] Configurações da presente invenção relatam o campo de antenas, mais particularmente, as configurações da presente invenção relatam à uma antena que alimentada cilindricamente.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[0003] Produtos Thinkom alcançam dupla polarização circular na banda Ka usando abordagens baseadas em PCB, geralmente usando um Toco Transversal Inclinado Variável, ou abordagens “VICTS” com dois tipos de rotação mecânica. O primeiro tipo gira um sistema de antenas relativos entre si, e o segundo tipo gira ambos em azimute. As primárias limitações são na faixa de varredura (Elevação entre 20 e 70 graus, nenhuma borda possível) e a performance do feixe (às vezes limitando somente à Rx).

[0004] Ando et al, “Radial line slot antenna for 12 GHz DBS satellite reception” e Yuan et al., “Design and Experiments of a Novel Radial Line Slot Antenna por High-Power Microwave Applications”, discutem várias antenas. A limitação das antenas descritas em ambos documentos é que o feixe é formado somente em um ângulo estático. As estruturas alimentadas descritas nos documentos são retraídas, dupla camada, onde a primeira camada aceita a alimentação do pino e radia o sinal externamente às bordas, curvando o sinal até a camada superior e a camada superior então transmitindo à partir da periferia do centro excitando as ranhuras fixadas ao longo do caminho. As ranhuras são tipicamente orientada em pares ortogonais, dando uma polarização circular fixada na transmissão e oposta no modo receptor. Um absorvedor termina não importando se a energia permanecer.

[0005] “Scalar and Tensor Holographic Artificial Impedance Surfaces”, Authors Fong, Colburn, Ottusch, Visher, Sievenpiper. Enquanto Sievenpiper mostrou como uma antena de varredura dinâmica seria alcançada, a fidelidade de polarização mantida durante a varredura é questionável. Isto porque o requerido controle de polarização é dependente da impedância tensorial requerida em cada elemento radiativo. Isto será mais facilmente alcançado por rotação de elemento inteligente. Mas como a antena varre, a polarização de cãs alteração de elemento, e então a rotação requerida também se altera. Uma vez que esses elementos são fixados e não podem ser rotacionados dinamicamente, não há meio para varrer e manter o controle da polarização.

[0006] A indústria padrão se aproxima para alcançar antenas de varredura de feixe tendo controle de polarização usualmente usam ou pratos rotacionados mecanicamente ou algum tipo de movimento mecânico em combinação com direção de feixe eletrônico. A mais onerosa classe de opções é um completo sistema de antena faseada. Os pratos poderão receber múltiplas polarizações simultaneamente, mas requerem um suporta cardam para escanear. Mais recentemente, a combinação do movimento mecânico em um eixo com escaneamento (varredura) eletrônico em um eixo ortogonal em estruturas com um alto raio de aspecto que requer menos volume, mas sacrificam da performance do feixe ou o controle da polarização dinâmica, como o sistema Thunkom.

[0007] Anteriores abordagens usam um guia de onde e estrutura de alimentação divisora para antenas de alimentação. Entretanto, as configurações dos guias de ondas tem impedância oscilando próximo da borda lateral (uma fenda da borda criada por estrutura periódicas do comprimento da onda-1), requerendo ligação com diferentes CTEs; tendo uma perda ôhmica associada da estrutura de alimentação; e/ou tendo milhares de vias para se estender ao plano de solo.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0008] Um aparelho sendo mostrado aqui para uma antena alimentada cilindricamente e método para uso da mesma. Em uma configuração, a antena compreende uma alimentação de antena para entrar em uma onda de alimentação cilíndrica e um sistema com ranhuras sintonizadas acoplado à alimentação da antena.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0009] A presente invenção será melhor compreendida à partir da detalhada descrição dada abaixo e dos desenhos em anexo das várias configurações da invenção, que entretanto não deverão ser tidas como limitativas da invenção às específicas configurações, mas sendo pretendidas para explanação e entendimento somente, nos quais: - A Figura 1 ilustra uma vista superior de uma configuração de uma alimentação coaxial que é usada para prover uma alimentação de onda cilíndrica; - As Figuras 2A e 2B ilustram vistas laterais de configurações de uma estrutura de antena alimentada cilindricamente; - A Figura 3 ilustra uma vista superior de uma configuração de uma antena remendada acoplada à uma ranhura, ou distribuída; - A Figura 4 ilustra uma vista lateral de uma antena remendada alimentada com ranhura que é parte do sistema de antena alimentada cilindricamente; - A Figura 5 ilustra um exemplo de um material dielétrico no qual a onda de alimentação é lançada; - A Figura 6 ilustra uma configuração de uma placa de íris mostrando ranhuras e suas orientações; - A Figura 7 ilustra a maneira na qual a orientação de uma combinação íris/remendo é determinada; - A Figura 8 ilustra irises agrupadas em dois conjuntos, com um primeiro conjunto rotacionado à - 45 graus relativo ao vetor de alimentação de energia e o segundo conjunto rotacionado à + 45 graus relativo ao vetor de alimentação de energia; - A Figura 9 ilustra uma configuração de uma placa remendada; - A Figura 10 ilustra um exemplo de elementos com remendos na Figura 9 que são determinados a serem desligados na freqüência da operação; - A Figura 11 ilustra um exemplo de elementos com remendos na Figura 9 que são determinados para serem ligados na freqüência da operação; - A Figura 12 ilustra os resultados de uma completa modelagem de onda que mostra uma resposta de um campo elétrico à um padrão de modulação/controle ligado e desligado com relação aos elementos das Figuras 10 e 11; - A Figura 13 ilustra a formação do feixe usando uma configuração da antena alimentada cilindricamente; - AsFiguras14A e 14B ilustram remendos e ranhuras posicionados em uma padrão de colméia de abelha; - As Figuras 15A-C ilustram remendos e associadas ranhuras posicionais em anéis para criar um layout radial, um associado padrão de controle, e resultante resposta da antena; - As Figura 16A e 16B ilustram uma polarização circular lateral direita e uma polarização circular lateral esquerda, respectivamente; - A Figura 17 ilustra uma parte de uma antena alimentada cilindricamente que inclui uma camada de vidro que contém os remendos; - A Figura 18 ilustra um círio linear de um dielétrico; - A Figura 19A ilustra um exemplo de uma onda de referência; - A Figura 19B ilustra uma onda objeto gerada; - A Figura 19C e um exemplo do resultante padrão de modulação sinusoidal; - A Figura 20 ilustra uma configuração de uma antena alternativa na qual cada das laterais inclui uma etapa para motivar a viagem de uma onda a ser transmitida à partir de uma camada inferior à uma camada superior.

DETALHADE DESCRIÇÃO DA PRESENTE INVENÇÃO

[0010] Configurações da invenção incluem uma arquitetura de design de uma antena que alimenta a antena à partir de um ponto central com uma excitação (onda de alimentação) que se espalha de uma maneira concêntrica ou cilíndrica externamente do ponto de alimentação. A antena trabalha pela disposição d múltipas antenas de sub-abertura alimentadas cilindricamente (por exemplo, antenas remendadas), com a onda de alimentação. Em uma configuração alternativa, a antena é alimentada à partir do perímetro interno, melhor que do centro externo. Isto poderá ser adequado face ela contrariar a decadência da excitação da amplitude causada pela dispersão da energia à partir da abertura. A dispersão ocorre similarmente em ambas orientações, mas o natural círio motivado pela focagem da energia na onda de alimentação quando ela viaja à partir do perímetro interno contrariando o decréscimo do círio causado pela intencionada dispersão.

[0011] Configurações da invenção incluem uma antena holográfica baseada na duplicação da densidade tipicamente requerida para alcançar holografia e preencher a abertura com dois tipos de conjuntos ortogonais de elementos. Em uma configuração, um conjunto de elementos é linearmente orientado à +45 graus relativo à onda de alimentação, e o segundo conjunto de elementos sendo orientado à -45 graus relativo à onda de alimentação. Ambos tipos são iluminados pela mesma onda de alimentação, que, em uma forma, é um modo de placa paralela lançada pela alimentação de um pino coaxial.

[0012] Na seguinte descrição, numerosos detalhes são estabelecidos para prover uma mais ampla explanação da presente invenção. Será aparente, entretanto, para um técnico no assunto, conhecedor do estado da técnica, que a presente invenção poderá ser praticada sem esses específicos detalhes. Em outras instancias, estruturas bem conhecidas e dispositivos são mostrados na forma de diagrama de bloco, no sentido de evitar ofuscamento da presente invenção.

[0013] Algumas partes da detalhada descrição que seguem serão apresentadas em termos de algoritmos e representações simbólicas das operações em bits de dados no interior da memória de um computador. Essas descrições de algoritmos e representações são os meios usados por aquele técnico no assunto, conhecedor do estado da técnica, para mais efetivamente conduzir a substância de seu trabalho à outros especialistas no assunto. Um algoritmo é aqui, e geralmente, concebido para ser uma sequência auto-consistente de etapas levando à um desejado resultado. As etapas são aquelas requerendo manipulações físicas ou quantidades físicas. Usualmente, apesar de não necessário, as quantidades tidas como a forma de sinais magnéticos ou elétricos, capazes de serem armazenados, transferidos, combinados, comparados e contrariamente manipulados. Tem sido comprovado muitas vezes, principalmente por razoes de uso comum, referi-se àqueles sinais como bits, valores, elementos, símbolos, caracteres, termos, números ou outros.

[0014] Deverá ter-se em mente, entretanto, que todos esses e similares termos são para serem associados com as apropriadas quantidades físicas e meramente rótulos convenientes aplicados à essas quantidades. A menos que especificamente estabelecido, contrariamente como aparente na seguinte discussão, será apreciado que na inteira descrição, discussões utilizando termos como “processando” ou “computando”, ou “calculando”, ou “determinando” ou “revelando” ou outros, serão referidos à ação e processos de um sistema de computador, ou similar dispositivo de computação eletrônica, que manipula e transforma dados representados como quantidades físicas (eletrônicas) dentro de registros e memórias de um sistema de computador em outros dados similarmente representados como quantidades físicas no interior de registros ou memórias de sistemas de computador ou outros como dispositivos de armazenamento de informação, transmissão e exibição.

a. Visão Geral de um Exemplo do Sistema de Antena

[0015] Configurações de um sistema de antena de um metamaterial para estações terrestres de satélites de comunicação serão descritas. Em uma configuração, o sistema de antena é um componente ou sub-sistema de uma estação terrestre de satélite (ES) operando em uma plataforma móvel (por exemplo, aeronáutica, marítima, terrestre, etc.) que opera usando freqüências da banda-Ka ou freqüências da banda-Ku para comunicações de satélite comercial civil. Notar que configurações do sistema de antena também poderão ser usados em estações terrestres que não se encontram em plataformas móveis (por exemplo, fixadas ou estações terrestres transportáveis).

[0016] Em uma configuração, o sistema de antena usa tecnologia de metamaterial de dispersão de superfície para formar e transmitir e receber feixes direcionados através de antenas separadas. Em uma configuração, os sistemas de antena são sistemas análogos, em contraste à sistemas de antena que empregam processamento de sinal digital para eletricamente formar feixes direcionados (como sistemas de antenas faseadas).

[0017] Em uma configuração, o sistema de antena é compreendido de três sub-sistemas funcionais: (1) uma estrutura de propagação de onda consistindo de uma arquitetura de alimentação de onda cilíndrica; (2) um sistema de células de unidade de metamaterial de propagação de onda; e (3) uma estrutura de controle para comandar a formação de um campo de radiação ajustável (feixe) do elementos de propagação do metamaterial usando princípios holográficos.

b. Exemplos de Estruturas de Propagação de Onda

[0018] A Figura 1 ilustra uma vista superior de uma configuração de uma alimentação coaxial que é usada para prover uma alimentação de uma onda cilíndrica. Referindo-se à Figura 1, a alimentação coaxial inclui um condutor central e um condutor externo. Em uma configuração, a arquitetura da alimentação da onda cilíndrica alimenta a antena de um ponto central com uma excitação que se espalha externamente de uma maneira cilíndrica do ponto de alimentação. Assim, uma antena alimentada cilindricamente cria uma onda de alimentação concêntrica viajando externamente. Além disso, a forma da antena de alimentação cilíndrica em torno da alimentação cilíndrica poderá ser circular, quadrada ou qualquer forma. Em outra configuração, uma antena alimentada cilindricamente cria uma onda de alimentação viajando internamente. No referido caso, a onda de alimentação mais naturalmente vem de uma estrutura circular.

[0019] A Figura 2A ilustra uma vista lateral de uma configuração de uma estrutura de antena alimentada cilindricamente. A antena produz uma onda viajando internamente usando uma dupla estrutura de alimentação de camada (ou seja, duas camadas de uma estrutura de alimentação). Em uma configuração, a antena inclui uma forma externa circular, apesar de não ser requerido. Assim, estruturas viajando internamente não circulares poderão ser usadas. Em uma configuração, a estrutura da antena na Figura 2A inclui uma alimentação coaxial da Fig. 1.

[0020] Referindo-se à Figura 2A, um pino coaxial 201 é usado para excitar o campo no nível inferior da antena. Em uma configuração, o pino coaxial 201 é um 50Q que é rapidamente viabilizado. O pino coaxial 201 é acoplado (por exemplo aparafusado) à parte inferior da estrutura da antena, que um plano de solo condutivo 202.

[0021] Separado do plano de solo condutivo 202 se encontra um condutor intersticial 203, que é um condutor interno. Em uma configuração, o plano de solo condutivo 202 e o condutor intersticial 203 são paralelos entre si. Em um a configuração, a distância entre o plano de solo 202 e o condutor intersticial 203 é de 0.1 - 0.15”. Em outra configuração, esta distância poderá ser À/2, onde À é o comprimento da onda da onda viajando na freqüência da operação.

[0022] O plano de solo 202 é separado do condutor intersticial 2023 através de um espaçador 204. Em uma configuração, o espaçador 204 é uma espuma ou espaçador tipo ar. Em uma configuração 204 compreender um espaçador plástico.

[0023] No topo do condutor intersticial 203 se encontra a camada dielétrica 205. Em uma configuração, a camada dielétrica 205 é plástica. A Figura 5 ilustra um exemplo do material dielétrico no qual uma onda de alimentação é lançada. O propósito da camada dielétrica 205 é para diminuir a onda viajando relativa à velocidade do espaço livre. Em uma configuração, a camada dielétrica 205 diminui a onda viajando por 30% relativa ao espaço livre. Em uma configuração, a faixa de índices de refração que são adequados para a formação do feixe são de 1-2 - 1-8, onde o espaço livre tem por definição um índice de refração igual a 1. Outros materiais espaçadores dielétricos, como, por exemplo, plástico poderão ser usados para alcançar este efeito. Notar que os materiais outros que plástico poderão ser usados enquanto eles alcançarem o efeito de desaceleramento da onda. Alternativamente, um material com estruturas distribuídas poderá ser usado como dielétrico 205, como estruturas metálicas de sub-comprimento de ondas periódicas que poderão ser maquinadas ou litograficamente definidas, por exemplo.

[0024] Um sistema-RF 206 se encontra no topo do dielétrico 205. Em uma configuração, a distância entre o condutor intersticial 203 e o sistema- RF é de 0.1 - 0.15”. Em outra configuração, esta distância poderá ser Àeff/2, onde Aθff é o efetivo comprimento da onda no meio na freqüência do design.

[0025] A antena inclui laterais 207 e 208. As laterais 207 e 208 são angulares para motivar a alimentação da onda de viagem à partir do pino coaxial 201 para ser propagada à partir da área abaixo do condutor intersticial 203 (a camada espaçadora) à área acima do condutor intersticial 203 (a camada dielétrica) via reflexão. Em uma configuração, o ângulo das laterais 207 e 208 está à 45o. Em uma configuração alternativa, as laterais 207 e 208 poderão ser substituídas com um raio contínuo para alcançar a reflexão. Enquanto a Figura 2A mostra laterais angulares que tenham ângulos de 45o, outros ângulos que acompanham sinal de transmissão à partir da alimentação do nível inferior à alimentação do nível superior poderão ser usados. Assim, dado que o efetivo comprimento da onda na alimentação inferior geralmente será diferente que na alimentação superior, algum desvio dos ideais ângulos de 45o poderão ser usados para auxiliar a transmissão do nível de alimentação inferior ao superior. Por exemplo, em outra configuração, os ângulos de 45o são substituídos com uma única etapa como mostrado na Figura 20. Referindo-se à Figura 20, as etapas 2002 e 2002 são mostradas em uma extremidade da antena em torno da camada dielétrica 2005, o condutor intersticial 2003 e a camada espaçadora 2004. As mesmas duas etapas se encontram nas outras extremidades dessas camadas.

[0026] Em operação, quando uma onda de alimentação é alimentada a partir do pino coaxial 201, a onda viaja externamente de maneira concêntrica orientada à partir do pino coaxial 201 na área entre o plano do piso 202 e o condutor intersticial 203. As ondas saindo concentricamente são refletidas pelas laterais 207 e 208 e viajam internamente na área entre o condutor intersticial 203 e o sistema RF 206, A reflexão da borda do perímetro circular motiva a onda a permanecer na fase (ou seja, sendo uma fase em reflexão). A onda de viagem é retardada pela camada dielétrica 205. Neste ponto, a onda viajando inicia a interação e excitação com elementos no sistema RF 206 para obter a desejada dispersão.

[0027] Para terminar a onda de viagem, uma terminação 209 será incluída na antena no centro geométrico da antena. Em uma configuração, a terminação 209 compreende uma terminação de pino (por exempplo, um pino 50Q). Em outra configuração, a terminação compreende um absorvedor RF que termina a energia não usada para prevenir reflexões da energia não usada de volta através da estrutura de alimentação da estrutura da antena. Isto poderá ser usado no topo do sistema RF 206.

[0028] A Figura 2B ilustra outra configuração do sistema de antena com uma onda de saída. Referindo-se à Figura 2B, dois planos de solo 210 e 211 são substancialmente paralelos entre si com uma camada dielétrica 212 (por exemplo, uma camada plástica, etc.) entre os planos de solo 210 e os absorvedores RF 213 e 214 (por exemplo, resistências) acoplados nos dois planos de solo 210 e 211 juntos. Um pino coaxial 215 (por exemplo, 50Q) alimenta a antena. Um sistema RF 216 se encontra no topo da camada dielétrica 212.

[0029] Em operação, a onda de alimentação é alimentada através do pino coaxial 15 viajando concentricamente externamente e interagindo com os elementos do sistema RF 216.

[0030] A alimentação cilíndrica em ambas antenas das Figuras 2A e 2B melhora o serviço angular da antena. Ao invés de um serviço angular de mais ou menos quarenta e cinco graus azimute (+ 45o Azimute) e mais ou menos vinte e cinco graus de elevação (+ 25o E1), em uma configuração, o sistema de antena tem um serviço angular de setenta e cinco graus (75o) do diâmetro de visão em todas direções. Como com qualquer feixe formando antenas compreendida de muitos individuais radiadores, o total ganho da antena é dependente do ganho dos elementos constituintes, que propriamente são ângulos dependentes. Quando usando elementos de radiação comuns, o ganho total da antena tipicamente diminui quando o feixe for apontado fora do diâmetro de visão. À 75 graus fora do diâmetro de visão, significante degradação de ganho de aproximadamente 6dB é esperada.

[0031] Configurações da antena tendo uma alimentação cilíndrica resolve um ou mais problemas. Isso inclui dramaticamente a simplificação da estrutura de alimentação comparada a antenas alimentadas com uma rede divisora corporativa e assim reduzindo a total antena requerida e o volume de alimentação da antenas; diminuindo a sensitividade para fabricação e controle de erros pela manutenção da alta performance do feixe com maiores controles (estendendo todo o caminho por simples controle binário); dando um mais vantajoso padrão de lóbulo comparado a alimentações retilíneas face às ondas de alimentação orientadas cilindricamente resultando em lóbulos laterais diversos espacialmente no campo distante; e permitindo polarização para ser dinâmica, incluindo polarizações lineares, circular lateral esquerda e circular lateral direita, enquanto não requerendo um polarizador.

Sistema de Elementos de Dispersão de Onda

[0032] O sistema RF 206 da Figura 2A e o sistema RF da Figura 2B incluem um sub-sistema de dispersão de onda incluindo um grupo de antenas remendadas (ou seja, dispersas) que agem como radiadores. Este grupo de antenas remendadas compreende um sistema de elementos de metamaterial de dispersão.

[0033] Em uma configuração, cada elemento de dispersão no sistema de antena é parte de uma célula de unidade que consiste de um condutor inferior, um substrato dielétrico e um condutor superior que incorpora um complementar ressonador capacitivo indutivo elétrico (“elétrico complementar LC” ou “CELC”) que é gravado em ou depositado no condutor superior.

[0034] Em uma configuração, um cristal líquido (LC) é injetado na fenda em torno do elemento de dispersão. O cristal líquido é encapsulado em cada célula de unidade e separa o condutor inferior associado com uma ranhura de um condutor superior associado com seu remendo. O cristal líquido tem uma permissividade que é uma função da orientação de moléculas compreendendo o cristal líquido, e a orientação das moléculas (e assim a permissividade) poderá ser controlada pelo ajuste da voltagem viés através do cristal líquido. Usando esta propriedade, o cristal líquido age como um interruptor on/off para transmissão de energia da onda guiada ao CELC. Quando comutado e on (ligado) o CELC emite um a onda eletromagnética como uma antena dipolo pequena elétrica.

[0035] Controlando a espessura do LC aumenta a velocidade de comutação do feixe. Cincoenta por cento (50%) de redução na fenda entre o condutor superior e inferior (a espessura do cristal líquido) resulta em um aumento quádruplo em velocidade. Em outra configuração, a espessura do cristal líquido resulta em uma velocidade de comutação do feixe de aproximadamente catorze milissegundos (14 ms). Em uma configuração, o LC é adulterado de maneira bem conhecida no estado da técnica para aperfeiçoar a resposta de modo que um requisito de sete milissegundos (7 ms) poderá ser encontrado.

[0036] O elemento CELC é responsivo à um campo magnético que é aplicado paralelo ao plano do elemento CELC e perpendicular ao complemento da fenda CELC. Quando uma voltagem for aplicada ao cristal líquido em uma unidade de célula de dispersão de metamaterial, o componente do campo magnético da onda guiada induz uma excitação magnética do CELC, e por sua vez produz uma onda eletromagnética na mesma freqüência da onda guiada.

[0037] A fase da onda eletromagnética gerada por um único CELC poderá ser selecionada pela posição do CELC no vetor da onda guiada. Cada célula gera uma onda em fase com a onda guiada paralela ao CELC. Face os CELCs serem menores que o comprimento da onda, a onda de saída tem a mesma fase da fase da onda guiada quando ela passa sob o CELC.

[0038] Em uma configuração, a geometria da alimentação cilíndrica deste sistema de antena permite os elementos CELC serem posicionados à ângulos de quarenta e cinco graus (45o) da onda na alimentação da onda. Esta posição dos elementos possibilita o controle da polarização da onda de espaço livre gerada de ou recebida pelos elementos. Em uma configuração, os CELCs são dispostos com um espaçamento inter-elemento que é menor que um comprimento de onda de espaço livre da freqüência de operação da antena. Por exemplo, se houver quatro elementos de dispersão por comprimento de onda, os elementos na antena de transmissão de 30 GHz serão aproximadamente 2.5 mm (ou seja, % de 10 mm do comprimento de onda de espaço livre de 30GHz).

[0039] Em uma configuração, os CELCs são implementados com antenas remendadas que incluem um remendo co-locado sobre uma ranhura com o cristal líquido entre os dois. Nesse sentido, a antena de metamaterial age como um guia de onde de encaixe (dispersão). Com o guia da onda de encaixe, a fase da onda de saída na posição da ranhura depende da posição da ranhura em relação à onda guiada.

[0040] A Figura 3 ilustra uma vista superior de uma configuração de uma antena remendada, ou elemento de dispersão. Referindo-se à Figura 3, a antena remendada compreende um remendo 301 co-localizado sobre uma ranhura 302 com cristal líquido (LC) 303 entre o remendo 301 e a ranhura 302.

[0041] A Figura 4 ilustra uma vista lateral de uma antena remendada que é parte de um sistema de antena alimentada cilindricamente; Referindo-se à Figura 4, a antena remendada se encontra acima do dielétrico 402 (por exemplo, uma inserção plástica, etc.) que se encontra acima do condutor intersticial 203 da Figura 2A (ou um condutor de solo como no caso da antena da Figura 2B).

[0042] Uma placa de íris 403 é um plano de solo (condutor) com um número de ranhuras, como a ranhura 403a no topo e sobre o dielétrico 402. Uma ranhura poderá ser referida aqui como uma íris. Em uma configuração, as ranhuras na placa de íris 403 são criadas por gravura. Notar que em uma configuração, a mais alta densidade das ranhuras, ou células da quais elas são parte, é À/2. Em uma configuração, a densidade das células/ranhuras é de À/3 (ou seja, 3 células por À). Notar que outras densidades das células poderão ser usadas.

[0043] Uma placa remendada 405 contendo um número de ranhuras, como uma ranhura 405a, é posicionada sobre a placa da íris 403, separada por uma camada dielétrica intermediária. Cada dos remendos, como o remendo 405a, são colocados com uma das ranhuras na placa da íris 405 sendo uma camada de substrato de cristal líquido 404. O cristal líquido age como uma camada dielétrica entre cada remendo e sua co-locada ranhura. Notar que as camadas de substrato outras que LC poderão ser usadas.

[0044] Em uma configuração, a placa remendada 405 compreende uma placa de circuito impressa (PCB), e cada remendo compreendendo metal no PCB, onde o metal em torno do remendo tenha sido removido.

[0045] Em uma configuração, a placa remendada 405 inclui vias para cada remendo que se encontra na lateral da placa remendada oposta à lateral onde o remendo é voltado à sua co-locada ranhura. As vias são usadas para conectar um ou mais rastros à um remendo para prover voltagem ao remendo. Em uma configuração, a unidade matriz é usada para aplicar voltagem aos remendos para controlá-los. A voltagem é usada para sintonizar ou dessintonizar individuais elementos para efetuar a formação do feixe.

[0046] Em uma configuração, os remendos poderão ser depositados na camada de vidro (por exemplo, um vidro tipicamente usado para telas LC (LCDs), como, por exemplo, Corning Eagle Glass), ao invés de usar uma placa remendada de circuito. A Figura 17 ilustra uma parte de uma antena alimentada cilindricamente que inclua uma camada de vidro contendo os remendos. Referindo-se à Figura 17, a antena inclui base condutiva ou camada de solo 1701, cama dielétrica 1702 (por exemplo, plástico), placa de íris 1703 (por exemplo, uma placa de circuito) contendo ranhuras, uma camada de substrato de cristal líquido 1704, e uma camada de vidro 1705 contendo remendos 1710. Em uma configuração, os remendos 1710 tem uma forma retangular. Em uma configuração, as ranhuras e os remendos são posicionados em fileiras e colunas, e a orientação dos remendos sendo a mesma para cada fileira ou coluna enquanto a orientação das co-locadas ranhuras são orientadas a mesma com relação entre si para fileiras ou colunas, respectivamente.

[0047] Em uma configuração, uma tampa (por exemplo um tampão) cobre o topo da pilha da antena remendada para prover proteção.

[0048] A Figura 6 ilustra uma configuração da placa de íris 403. Isto é um condutor inferior dos CELCs. Referindo-se à Figura 6, a placa de íris inclui uma variedade de ranhuras. Em uma configuração, cada ranhura é orientada ou à +45o ou -45o relativo à onda de alimentação interferindo na posição central da ranhura. Em outras palavras, o padrão de layout dos elementos de dispersão (CELCs) são dispostos à +45 graus ao vetor da onda. Abaixo de cada ranhura se encontra uma abertura circular 403b, que é essencialmente outra ranhura. A ranhura se encontra no topo da placa de íris e a abertura circular ou elíptica se encontra na parte inferior da placa de íris. Notar que essas aberturas, que poderão ser de aproximadamente 0.001” ou 25 mm em profundidade são opcionais.

[0049] O sistema de encaixe é direcionalmente carregado. Pelo giro individual das ranhuras ligadas ou desligadas, cada ranhura é sintonizada para prover a desejada dispersão na freqüência de operação da antena (ou seja, sendo sintonizada para operar em uma determinada freqüência).

[0050] A Figura 7 ilustra a maneira na qual a orientação de uma íris combinação (ranhura/remendo) é determinada. Referindo-se à Figura 7, a letra A denota uma seta preta sólida mostrando o vetor de alimentação de energia à partir de uma posição de alimentação cilíndrica ao centro de um elemento. A letra B denota linhas ortogonais tracejadas mostrando eixos perpendiculares relativos à “A”, e a letra C denota uma ranhura circundando retângulo rotacionada à 45 graus relativo à “B”

[0051] A Figura 8 ilustra irises (ranhuras) agrupadas em dois conjuntos, com o primeiro conjunto rotacionado à -45o relativo ao vetor de alimentação de energia e o segundo conjunto rotacionado à +45o relativo ao vetor de alimentação de energia. Referindo-se à Figura 8, o grupo A inclui ranhuras cuja rotação relativa à um vetor de alimentação é igual à -45o, enquanto o grupo B inclui ranhuras cuja rotação relativa à um vetor de alimentação sendo de =45o.

[0052] Notar que a designação de um sistema coordenado global não é importante, e assim rotações de ângulos positivos e negativos são importantes somente porque elas descrevem relativas rotações de elementos entre si e à direção da onda de alimentação. Para gerar polarização circular dos dois conjuntos de elementos polarizados linearmente, os dois conjuntos de elementos são perpendiculares entre si e simultaneamente tendo igual excitação de amplitude. Girando-os à +/-45 graus relativo à excitação da onda de alimentação alcança ambas desejadas característica uma vez. Rotacionado um conjunto à 0 graus e o outro à 90 graus se alcançará a meta perpendicular, mas não a igual metal de excitação de amplitude.

[0053] A Figura 9 ilustra uma configuração do painel remendado 405. Isto é um condutor superior dos CELCs. Referindo-se à Figura 9, o painel remendado inclui remendos retangulares cobrindo ranhuras e completando pares ressonantes de ranhuras/remendos polarizados linearmente para serem ligados e desligados.Os pares são ligados ou desligados pela aplicação de uma voltagem ao remendo usando um controlador. A voltagem requerida é dependente da mistura de cristal líquido sendo usada, a resultante voltagem limiar requerida para iniciar a sintonização do cristal líquido e máxima voltagem de saturação (além da qual nenhuma maior voltagem produz qualquer efeito exceto para eventualmente degradar ou encurtar o circuito através do cristal líquido). Em uma configuração, a unidade matriz é usada para aplicar voltagem aos remendos no sentido de controlar o acoplamento.

Controle do Sistema de Antena

[0054] A estrutura de controle tem 2 principais componentes; o controlador, que inclui unidades eletrônicas, para o sistema de antena, se encontrando abaixo da estrutura de dispersão da onda, enquanto a unidade matriz comutando o sistema é interposto através de todo sistema de radiação RF de modo a não interferir com a radiação. Em uma configuração, as unidades eletrônicas para o sistema de antena compreende comerciais fora os controles LCD usados em aparelhos de televisão comercial que ajustam a voltagem viés para cada elemento de dispersão pelo ajuste da amplitude de uma sinal viés AC para aquele elemento.

[0055] Em uma configuração um controlador controla os eletrônicos usando software de controle. Em uma configuração, o controle da polarização é parte do software de controle da antena e a polarização pré-programada para igualar a polarização do sinal que vem a partir do serviço de satélite com o qual a estação terra está se comunicando ou estar pré-programado para igualar a polarização da antena de recepção no satélite

[0056] Em uma configuração, o controlador ainda contém um microprocessador executando o software. A estrutura de controle poderá ainda incorporar sensores (nominalmente incluindo um receptor GPS, um compasso de três eixos e um acelerômetro) para prover informação de posição e orientação ao processador. A informação de orientação e posição poderá ser provida ao processador por outros sistemas na estação terrestre e/ou poderá não ser parte do sistema de antena.

[0057] Mais especificamente, o controlador controla quais elementos estão desligados e quais elementos ligados na freqüência da operação. Os elementos são seletivamente definidos para operação de frequência pela aplicação de voltagem. Um controlador supre uma variedade de sinais de voltagem aos remendos de radiação RF para criar uma modulação, ou padrão de controle. O padrão de controle motivo os elementos a serem ligados ou desligados. Em uma configuração. O padrão de controle parece uma onda quadrada na qual elementos ao longo de uma espiral (LHCP ou RHCP) estão “ligados” e aqueles elementos além da espiral estando “desligados” (ou seja, padrão de modulação binária). Em outra configuração, controle multi-estado é usado no qual vários elementos são ligados e desligados para variação dos níveis, além de aproximar um padrão de controle sinusoidal, como oposto à onda quadrada (ou seja, padrão de modulação de sombra cinzenta sinusoidal). Alguns elementos radiam mais fortemente que outros, melhor que alguns elementos radiam e outros não. A radiação variável é alcançada pela aplicação de níveis específicos de voltagem, que ajustam a permissividade do cristal líquido para quantidades variáveis, e assim definindo elementos variáveis e motivando alguns elementos a radiar mais que outros.

[0058] A geração de um feixe focado pela variedade de elementos de metamaterial poderá ser explanada pelo fenômeno de interferência construtiva e destrutiva. Ondas eletromagnéticas individuais resumem, (interferência construtiva) se elas têm a mesma fase quando elas se encontram em um espaço livre e cancelando ondas entre si (interferência destrutiva) se elas forem opostas em uma fase oposta quando elas encontrarem um espaço livre. Se as ranhuras em uma antena remendada forem posicionadas de modo que cada ranhura sucessiva for posicionada em uma diferente distância do ponto de excitação da onda guiada, a onda remendada de que os elementos tem uma diferente fase que a onda remendada da prévia ranhura. Se as ranhuras forem espaçadas um quarto do comprimento da onda guiada aparte, cada ranhura dispersará uma onda com uma quarta fase depois da prévia ranhura.

[0059] Usando o sistema, o número de padrões de interferência construtiva e destrutiva que poderá ser produzido poderá ser aumentado de modo que os feixes poderão ser apontados teoricamente em qualquer direção mais ou menos noventa graus (90o) do diâmetro de vista do sistema de antena, usando os princípios da holografia. Assim, pelo controle que as células de unidade de metamaterial são ligadas ou desligadas (ou seja, pela alteração do padrão no qual as células são ligadas e desligadas), um diferente padrão de interferência construtiva e destrutiva poderá ser produzido, e a antena podendo alterar a direção da onda frontal. O tempo requerido para ligar e desligar as células dita a velocidade na qual o feixe poderá ser comutado de uma posição à outra posição.

[0060] A polarização e o ângulo de apontamento do feixe são ambos definidos pela modulação, ou padrão de controle especificando quais elementos estão ligados ou desligados. Em outras palavras, a freqüência na qual para apontar o feixe e polarizá-lo no desejado caminho, são dependentes do padrão do controle. Uma vez o padrão de controle é programado, a polarização poderá ser programada para o sistema de antena. A desejada polarização estabelece ser circular ou linear para mais aplicações. A polarização circular estabelece estados de polarização espiral, principalmente polarização circular lateral direita e polarização circular lateral esquerda, que são mostradas nas Figuras 16A e 16B, respectivamente, para uma onda de alimentação à partir do centro e viajando externamente. Notar que para ter o mesmo feixe enquanto comutando direções de alimentação (por exemplo, indo de uma alimentação de entrada a uma alimentação de saída), a orientação ou sentido, ou o padrão de modulação espiral será revertido. Notar que a direção da onda de alimentação (ou seja, centro ou borda alimentada) é também especificada quando se estabelecendo que um determinado padrão espiral de elementos ligados e desligados resultam em uma polarização circular lateral direita e esquerda.

[0061] O padrão de controle para cada feixe será armazenado no controlador ou calculado na viagem, ou alguma combinação dos mesmos. Quando o sistema de controle da antena determinar onde a antena está posicionada e onde ela está apontando, ela então determina onde o satélite alvo está posicionado em referência ao diâmetro de visão da antena. O controlador então comanda um padrão ligado e desligado das células de unidade individuais no sistema que se corresponde com o padrão do feixe pré-selecionado para a posição do satélite no campo de visão da antena.

[0062] Em uma configuração, o sistema de antena produz um feixe direcionado para a antena de ligação ascendente em um feixe direcionado para a antena de ligação descendente.

[0063] A Figura 10 ilustra um exemplo dos elementos com remendos na Figura 9 que são determinados para estarem desligados na freqüência da operação, e a Figura 11 ilustra um exemplo de elementos com remendos na Figura 9 que são determinado para estarem ligados na freqüência da operação. A Figura 12 ilustra os resultados da total modelagem da onda que mostra a resposta ao campo elétrico à um padrão de modulação ligado e desligado com relação à elementos das Figuras 10 e 11.

[0064] A Figura 13 ilustra a formação do feixe. Referindo-se à Figura 13, o padrão de interferência poderá ser ajustado para prover padrões de radiação de antena arbitrária pela identificação de um padrão de interferência correspondendo a um padrão de feixe selecionado e então ajustando a voltagem através de elementos de dispersão para produzir um feixe de acordo com os princípios da holografia. O princípio básico da holografia, incluindo os termos “feixe objeto” e “feixe de referência”, como comumente usado em conexão com esses princípios é bem conhecido. A holografia RF no contexto da formação de um desejado “feixe objeto” usando uma onda de viagem como um “feixe de referência” é realizada como se segue.

[0065] O padrão de modulação é determinado como se segue. Primeiramente, uma onda de referência (feixe), às vezes chamada de onda de alimentação é gerada. A Figura 19A ilustra um exemplo de uma onda de referência. Referindo-se à Figura 19A, anéis 1900 são as fases frontais dos campos magnéticos e elétricos de uma onda de referência. Elas exibem variação de tempo sinusoidal. A seta 1900 ilustra a propagação externa da onda de referência.

[0066] Neste exemplo, um TEM, ou onda Eletro-Magnética-Transversal viaja internamente ou externamente. A direção da propagação é ainda definida e por este exemplo a propagação externa de um ponto de alimentação central sendo escolhida. O plano de propagação é ao longo da superfície da antena.

[0067] Uma onda objeto, às vezes chamada de feixe objeto, é gerada. Neste exemplo, a onda objeto é uma onda TEM viajando em direção de 30 graus fora do normal à superfície da antena, com o conjunto azimute à 0 graus. A polarização é ainda definida e por este exemplo a polarização circular lateral direita sendo escolhida. A Figura 19B ilustra uma onda objeto gerada. Referindo-se à Figura 19B, as fases frontais 1903 dos campos magnéticos e elétricos da propagação da onda TEM 1904 são mostrados. Setas 1905 são vetores de campos elétricos em cada fase frontal, representada à intervalos de 90 graus. Neste exemplo, eles aderem à polarização circular lateral direita escolhida.

Padrão de Modulação ou Interferência = Re{[A]x[B]*}

[0068] Quando uma sinusoidal é multiplicada pelo conjugado complexo de outra sinusoidal e a real parte é tida, o resultante padrão de modulação é também uma sinusoidal. Espacialmente, onde a máxima da onda de referência encontra a máxima da onda objeto (ambas quantidades variadas de tempo sinusoidal), o padrão de modulação é uma máxima, ou um local radiando fortemente. Na prática, esta interferência é calculada em cada posição de dispersão e sendo dependente ou não ajustando a posição, mas também a polarização do elemento baseado em sua rotação e a polarização da onda objeto na posição do elemento. A Figura 19 é um exemplo do resultante padrão de modulação sinusoidal.

[0069] Notar que uma escolha poderá ser feita para simplificar o resultante padrão de modulação de onda cinzenta sinusoidal em um padrão de modulação de onda quadrada.

[0070] Notar que a voltagem através dos elementos de dispersão é controlada pelo ajuste da voltagem aplicada entre os remendos e o plano de solo, que neste contexto é a metalização no topo da placa de íris.

Configurações Alternativas

[0071] Em uma configuração, os remendos e as ranhuras são posicionados em um padrão colméia de abelha. Exemplo do referido padrão são mostrados nas Figuras 14A e 14B. Referindo-se às Figuras 14A e 14B, estruturas colméias de abelha são tais que todas outras fileiras são comutadas para a direita ou esquerda por um espaçamento de meio elemento, alternativamente, cada outra coluna sendo comutada para cima e para baixo por um espaçamento de meio elemento.

[0072] Em uma configuração, os remendos e ranhuras associadas são posicionados em anéis para criar um layout radial. Neste caso, a ranhura central é posicionada nos anéis. A Figura 15A ilustra um exemplo de remendos (e suas colocadas ranhuras) sendo posicionados em anéis. Referindo-se à Figura 15A, os centros dos remendos e ranhuras se encontram nos anéis, e os anéis sendo concentricamente posicionados relativos ao ponto de terminação ou alimentação do sistema de antenas. Notar que adjacentes ranhuras posicionadas no mesmo anel são orientada à quase 90o com relação entre si (quando avaliada em seus centros). Mais especificamente, elas são orientadas em um ângulo igual à 90o mais o deslocamento angular ao longo do anel contendo centros geométricos de 2 elementos.

[0073] A Figura 15B é um exemplo de um padrão de controle para um anel baseado em um sistema de dispersão, como mostrado na Figura 15A. Os resultantes próximos campos e distantes campos para um apontamento de feixe d 30o com LHCP são mostrados na Figura 15C, respectivamente.

[0074] Em uma configuração, a estrutura de alimentação é formada para controlar acoplamento para assegurar a energia sendo radiada ou dispersa sendo constante áspera através da completa abertura 2D. Isto é acompanhado pelo uso de um círio de espessura linear no dielétrico, ou círio análogo no caso uma rede de alimentação rígida, que motiva acoplamento próximo do ponto de alimentação e mais acoplamento fora do ponto de alimentação. O uso de um círio linear à altura da alimentação neutraliza a decadência de 1/r na onda de viagem quando ela se propaga fora do ponto de alimentação contendo a energia em um volume menor, que resulta em uma maior percentagem da remanescente energia na dispersão da alimentação de cada elemento. Isto é importante na criação de uma uniforme excitação de amplitude através da abertura. Para estruturas de alimentação simétricas não radiais, como aquelas tendo dimensão externa retangular ou quadrada, esta afilamento poderá ser aplicado de uma maneira simétrica não radial para motivar a propagação de energia a ser muito constante através da abertura. Uma técnica complementar requer elementos a serem sintonizados diferentemente no sistema baseado quão longe eles se encontram do ponto de alimentação.

[0075] Um exemplo de um círio é implementado usando um dielétrico em uma lente em forma de olho de peixe Maxwell produzindo um aumento proporcional inversamente na intensidade de radiação para neutralizar a decadência de 1/r.

[0076] A Figura 18 ilustra um círio linear de um dielétrico. Referindo-se à Figura 18, um dielétrico afilado 1802 é mostrado tendo uma alimentação coaxial 1800 para prover uma onda de alimentação concêntrica para executar elementos (remendo/pares de íris) do sistema RF 1801. Os dielétricos 1802 (por exemplo, plástico) afilam em altura de uma maior altura próxima de alimentação coaxial 1800 à uma altura inferior em pontos ainda mais distantes da alimentação coaxial 1800. Por exemplo, a altura B é maior que a altura A quando ela for mais próxima da alimentação coaxial 1800.

[0077] Mantendo esta idéia, em uma configuração, dielétricos são formados com uma forma simétrica não radial para focar energia onde necessária. Por exemplo, no caso de uma antena quadrada alimentada de um único ponto de alimentação como ora descrito, o comprimento do caminho do centro ao canto de um quadrado é de 1.4 vezes mais longo que do centro ao centro de uma lateral de um quadrado. Assim sendo, mais energia deverá ser focada em direção dos 4 cantos que em direção do que em pontos de meio caminho das laterais do quadrado e a taxa de dispersão de energia devendo também ser diferente. A forma simétrica não radial da alimentação e outras estruturas poderá acompanhar esses requisitos.

[0078] Em uma configuração, dissimilares dielétricos são empilhados em uma determinada estrutura de alimentação para controlar a dispersão de energia à partir da alimentação à abertura quando a onda radia externamente. Por exemplo, a intensidade da energia magnética ou elétrica poderá ser concentrada em um particular meio dielétrico quando mais que 1 meio dielétrico dissimilar sendo empilhados no topo entre si. Um específico exemplo é o uso de uma camada plástica e uma camada de espuma tipo ar cuja total espessura for inferior à Àeff/2 na freqüência de operação, que resulta em maior concentração de energia do campo magnético no plástico que na espuma tipo ar.

[0079] Em uma configuração, o padrão de controle é controlado espacialmente (ligando menores elementos no início, por exemplo) para determinar remendo/íris para controlar o acoplamento sobre a abertura e para dispersar mais ou menos energia dependendo da direção da alimentação e desejada ponderação de excitação da abertura. Por exemplo, em uma configuração, o padrão de controle usado no início liga menores ranhuras que o resto do tempo. Por exemplo, no início, somente um determinado percentual dos elementos (por exemplo, 40%, 50%) (remendo/pares de íris) próximo do centro da alimentação cilíndrica que estão indo ser ligados para formar feixe são ligados durante um primeiro estágio e então permanecendo ligados ainda que fora da alimentação cilíndrica. Em configurações alternativas, os elementos poderão ser ligados continuamente à partir da alimentação cilíndrica quando a onda se propaga fora da alimentação. Em outra configuração, uma rede de alimentação rígida substitui o espaçador dielétrico (por exemplo, espaçador de plástico 205) e permitindo ainda controlar a orientação da propagação da onda de alimentação. Rebordas poderão ser usadas para criar propagação assimétrica na alimentação (isto é, o vetor Poynting não é paralelo ao vetor da onda) para neutralizar a decadência de 1/r. Desta forma, o uso de rebordas dentro da alimentação auxiliar direta energia onde necessário. Pelo direcionamento de mais rebordas e/ou rebordas de alturas variáveis para áreas de baixa energia, uma mais uniforme iluminação é criada na abertura. Isto permite um desvio de uma configuração de alimentação puramente radial face a direção da propagação da onda de alimentação podendo não mais ser orientada radialmente. Ranhuras sobre uma de rebordas se acopla fortemente, enquanto essas rebordas entre as rebordas se acoplam fracamente. Assim, dependendo do desejado acoplamento (para se obter o desejado feixe), o uso da reborda e a colocação de ranhuras permite o controle do acoplamento.

[0080] Em outra configuração, uma estrutura de alimentação complexa que provê uma abertura de iluminação que não é circularmente simétrica é usada. Referida aplicação poderá ser uma abertura não circular geralmente quadrada que é iluminada não uniformemente. Em uma configuração, um dielétrico simétrico não radial que entrega mais energia à algumas regiões que à outras é usado. Assim, o dielétrico poderá ter áreas com diferentes controles dielétricos. Um exemplo é uma distribuição dielétrica que parece as lentes em forma de olho de peixe Maxwell. As lentes poderão entregar diferentes quantidades de energia para diferentes partes do sistema. Em outra configuração, uma estrutura de alimentação rígida é usada para entregar mais energia à algumas regiões do que à outras.

[0081] Em uma configuração, múltiplas antenas de sub-abertura alimentadas cilindricamente do tipo ora descrita são organizadas. Em uma configuração, uma ou mais estruturas de alimentação adicional são usadas. Além disso, em uma configuração, pontos de amplificação distribuídos são incluídos. Por exemplo, um sistema de antena poderá incluir múltiplas antenas como aquelas mostradas nas Figuras 2A ou 2B em um sistema. O sistema de antena poderá ser 3 x 3 (total de 9 antenas), 4 x 4, 5 x 5, etc., mai outras configurações são possíveis. Nas referidas disposições, cada antena poderá ter uma alimentação separada. Em alternativa configuração, o número de pontos de amplificação poderá ser menor que o número de alimentações.

Vantagens e Benefícios Aperfeiçoada Performance do Feixe

[0082] Uma vantagem das configurações da arquitetura da presente invenção é melhor performance do feixe que alimentações lineares. O natural, círio construído nas bordas poderá auxiliar para alcançar boa performance do feixe.

[0083] Em cálculos de fator do sistema, a mascara FCC poderá ser encontrada à partir de uma abertura de 40cm com somente elementos on e off.

[0084] Com a alimentação cilíndrica, configurações da invenção não terá oscilação de impedância próximo da borda lateral, nenhuma fenda de banda criada por estruturas periódicas de comprimento de onda-1.

[0085] Configurações da invenção não tem problemas de modo de difração quando escanear fora da borda lateral.

[0086] Há (ao menos) dos elementos de designs que poderão ser usados na arquitetura descrita aqui: elementos polarizados circularmente e pares de elementos polarizados linearmente. Usando pares de elementos polarizados linearmente, o sentido da polarização circular poderá ser alterado dinamicamente por fase retardando ou avançando a modulação aplicada à um conjunto de elementos relativo ao segundo. Para atingir a polarização linear, a fase avançada de um conjunto relativo ao segundo (conjunto ortogonal fisicamente) será de 180 graus. Polarizações lineares poderão ainda ser sintetizadas com somente alterações do padrão do elemento, provendo um mecanismo para trilhar polarização linear.

Largura de Banda Operacional

[0087] Modos on-off de operação tem oportunidades para larguras de bandas instantâneas e dinâmicas estendidas face ao modo de operação não requerer cada elemento para ser sintonizado à uma particular parte de sua curva de ressonância. A antena poderá operar continuamente através ambas amplitude e partes de holograma da fase de sua faixa sem significante impacto de performance. Isto coloca a faixa operacional muito mais próxima ao total da faixa sintonizada.

Menores Fendas Possíveis com Substratos de Quartzo/Vidro

[0088] A estrutura de alimentação cilíndrica poderá levar vantagem de uma arquitetura TFT, que implica no funcionamento de quartzo ou vidro. Esses substratos são muito mais rígidos que placas de circuito, e são técnicas melhores conhecidas para alcançar tamanhos de fendas em torno de 3um. Um tamanho de fenda de 3um resultará em uma velocidade de comutação de 14ms.

Complexidade de Redução

[0089] Reveladas arquiteturas aqui descritas não requerem trabalho maquinário e somente um estágio de vínculo na produção. Isto, combinado com o interruptor para elementos eletrônicos TFT, elimina o custo de materiais e algumas necessidades difíceis.

[0090] Considerando muitas alterações e modificações da presente invenção nenhuma dúvida se tornará aparente para um especialista no assunto conhecedor do estado da técnica após ter lido a acima descrição, devendo ser entendido que toda e qualquer configuração mostrada e descrita pela presente ilustração não deverá ser intencionada ou considerada como limitativa. Assim, referências aos detalhes das várias configurações não são intencionadas para limitar o escopo das reivindicações que propriamente recitam somente aquelas características tidas como essenciais à invenção.

Claims

1 . “ANTENA”, compreendendo uma matriz de guia de onda com ranhura sintonizável (206; 216) que compreende uma pluralidade de elementos de antena de metamaterial de dispersão de superfície; uma alimentação de antena (201) configurada para alimentar radialmente a matriz de guia de ondas com ranhura sintonizável (206; 216) com uma onda de alimentação cilíndrica propagação concêntrica a partir da alimentação da antena (201); uma camada dielétrica (205; 212; 402) dentro da matriz de guia de onda com ranhura (206; 216) para propagar a onda de alimentação cilíndrica caracterizada por a matriz compreender uma pluralidade de ranhuras (403), e uma pluralidade de remendos (405A; 1710), em que cada um dos remendos (405A; 1710) é co-localizado e separado de uma ranhura (403) na pluralidade de ranhuras (403) usando uma camada de cristal líquido (404) e formando um par de remendos/ranhuras, cada par de remendos/ranhuras sendo configurado para ser desligado ou ligado com base na aplicação de uma voltagem ao remendo (405A; 1710) no par especificado por um padrão de controle; um controlador configurado para aplicar o padrão de controle para controlar a pluralidade de elementos de antena de metamaterial de dispersão de superfície para gerar um feixe quando a onda de alimentação cilíndrica interage com a pluralidade de elementos de antena de metamaterial de dispersão de superfície, em que cada elemento de antena de dispersão de superfície da pluralidade de antenas de dispersão de superfície elementos são sintonizados para prover uma dispersão desejada em uma determinada frequência usando uma voltagem do controlador para reconfigurar dinamicamente o feixe, de modo que no momento da formação do feixe, um padrão de interferência pode ser ajustado para fornecer padrões de radiação de antena arbitrários, identificando o padrão de interferência correspondente a um padrão de feixe selecionado e então, ajustar a voltagem através dos elementos de antena de metamaterial de dispersão de superfície para produzir o feixe; e em que a matriz com ranhura compreende ainda um substrato de remendo (405; 1705) que compreende uma pluralidade de remendos (405A; 1710) em um lado superior do substrato de remendo (405; 1705) e um substrato de íris (404) compreendendo uma pluralidade de ranhuras (403) em um lado superior do substrato de íris (404), em que cada um dos remendos da pluralidade de remendos (405A; 1710) é co- localizado e separado de uma ranhura da pluralidade de ranhuras (403), formando um par de remendo/ranhura em uma relação empilhada com cada patch co-localizado (405A; 1710) e ranhura (403); cada ranhuras (403) da pluralidade de ranhuras (403) sendo orientada ou à +45 graus ou à -45° graus relativo à direção de propagação da onda de alimentação cilíndrica, de modo que o sistema de encaixe inclua um primeiro conjunto de ranhuras (403) rotacionadas à +45 graus relativo à direção de propagação da onda de alimentação cilíndrica e um segundo conjunto de ranhuras (403) rotacionadas à -45 graus relativo à direção de propagação da onda de alimentação cilíndrica.

2 .- “ANTENA”, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por o controlador ser operado para aplicar um padrão de controle que controla o qual remendos/pares de ranhuras estão ligados e desligados, causando, por meio disso, uma geração de feixe, onde o padrão de controle liga apenas um subconjunto do remendo/pares de ranhuras que são usados para gerar o feixe durante um primeiro estágio e então liga os remanescentes remendos/pares de ranhuras que são usados para gerar o feixe durante um segundo estágio.

3 .- “ANTENA”, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por a pluralidade de remendos ser posicionada em uma pluralidade de anéis, a pluralidade de anéis ser concentricamente posicionada relativa à alimentação da antena do sistema de encaixe (206, 216) ou a pluralidade de remendos (405A) ser incluída em uma placa remendada (405) ou a pluralidade de remendos (1710) ser incluída em uma camada de vidro (1705).

4 .- “ANTENA”, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por ainda compreender um plano de solo (202), um pino coaxial (201) acoplado ao plano de solo (202) configurado para entrar na onda de alimentação na antena, onde a camada dielétrica (205; 212; 402) se encontra entre o plano de solo (202) e o sistema de encaixe (206, 216).

5 .- “ANTENA”, de acordo com a reivindicação 4, caracterizada por ainda compreender ao menos um absorvedor RF (219) acoplado ao plano de solo (202) e o sistema de encaixe (216) e configurado para terminar energia não usada para prevenir reflexões da energia não usada de volta através da antena.

6 .-“ANTENA”, de acordo com a reivindicação 4, caracterizada por ainda compreender um condutor intersticial (203), onde a camada dielétrica (205) se encontra entre o condutor intersticial (203) e o sistema de encaixe (206), um espaçador (204) entre o condutor intersticial (203) e o plano de solo (202); e uma área lateral (207) acoplando o plano de solo (202) ao sistema de encaixe (206).

7 .- “ANTENA”, de acordo com a reivindicação 6 , caracterizada por a área lateral (207) compreender duas laterais, cada das duas laterais angular para fazer a onda de alimentação se propagar a partir da camada espaçadora (204) da alimentação à camada dielétrica (205) da alimentação onde a camada dielétrica é afilada ou inclui uma pluralidade de áreas que tem diferentes constantes dielétricas.

8 .- “ANTENA”, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por ainda compreender uma rede de alimentação rígida para propagar a onda de alimentação cilíndrica.