CN103222109A - 表面散射式天线 - Google Patents

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Abstract

表面散射式天线通过沿波传播结构可调节地耦合散射元件来提供可调节辐射场。在一些方法中，散射元件是互补的元材料元件。在一些方法中，通过邻近散射元件设置诸如液晶之类的电可调节材料来使散射元件可调节。方法和系统提供用于各种应用的表面散射式天线的控制和调节。

Description

表面散射式天线
相关申请的交叉引用
本申请涉及以下所列申请（“相关申请”）并且要求来自以下所列申请（“相关申请”）的最早可用的有效申请日的利益（例如，对于相关申请的任意的和所有的母案申请、祖母案申请、曾祖母案申请等，要求除临时专利申请以外的最早可用的优先权日或要求临时专利申请的在35USC§119(e)下的利益）。包括任何优先权要求的相关申请以及相关申请的任意的和所有的母案申请、祖母案申请和曾祖母案申请等的所有主题通过引用至该主题不会与其不一致的程度合并于本文中。
相关申请：
为了满足USPTO非法定要求的目的，本申请构成了发明人NATHAN KUNDTZ等人于2010年10月15日递交的名称为“SURFACESCATTERING ANTENNAS”的美国专利申请No.61/455,171的部分连续案，该美国专利申请目前未决或者为当前未决申请给予申请日的利益的权利的专利申请。
美国专利局（USPTO）已经公布了针对USPTO的计算机程序要求专利申请既要引用母案申请的序号又要表明申请是否为母案申请的连续案、部分连续案或分案申请的效果的通知。Stephen G.Kunin,Benefit of Prior-FiledApplication,USPTO官方公报，2003年3月18日。本申请实体（下文称为“申请人”）已经在上文中提供了对申请的具体引用以按照法规规定要求该些申请的优先权。申请人理解，法规在其具体引用语言方面是清楚的，并且为了要求美国专利申请的优先权，不要求序号或任何特性记述，诸如“连续案”或“部分连续案”。尽管如此，申请人理解到，USPTO的计算机程序具有一些数据输入要求，并且因此申请人已经提供了本申请及如上文所阐述的其母案申请之间的关系的指示，但是明确地指出这些指示不应以任何方式被解释为关于本申请是否包含除其母案申请的主旨以外的任何新主旨的任何类型的评述和/或准许。
附图说明
图1为表面散射式天线的示意性描绘图。
图2A和2B分别描绘了用于表面散射式天线的示例性调节图案和对应的束图案。
图3A和3B分别描绘了用于表面散射式天线的另一示例性调节图案和对应的束图案。
图4A和4B分别描绘了用于表面散射式天线的另一示例性调节图案和对应的场图案。
图5和图6描绘了表面散射式天线的单位胞腔（unit cell）。
图7描绘了元材料元件的示例。
图8描绘了表面散射式天线的微带实施例。
图9描绘了表面散射式天线的共平面的波导实施例。
图10和图11描绘了表面散射式天线的闭合波导实施例。
图12描绘了对散射元件进行直接寻址的表面散射式天线。
图13描绘了对散射元件进行矩阵寻址的表面散射式天线。
图14描绘了系统框图。
图15和图16描绘了流程图。
具体实施方式
在下面的详细说明中，参照附图，附图构成了详细说明的部分。在附图中，类似的符号通常表示相似的部件，除非上下文指出有别的含义。在详细说明、附图和权利要求中说明的示例性的实施例不意在限制。可以使用其它的实施例，并且可进行其它改变，而不偏离本文所提供的主题的精神或范围。
在图1中描绘了表面散射式天线的示意性图示。表面散射式天线100包括沿波传播结构104分布的多个散射元件102a、102b。波传播结构104可以为微带、共平面波导、平行板波导、介电平板、闭合或管状的波导或能够支撑被引导波或表面波105沿结构或在结构内的传播的任何其它结构。波形线105为被引导波或表面波的符号描绘，并且该符号描绘不旨在表示被引导波或表面波的实际的波长或幅值；而且，尽管波形线105被描绘为位于波传播结构104内（例如，对于金属波导中的被引导波），但是对于表面波，波可能基本位于波传播结构的外部（例如，对于单线传输线上的TM模式或人工阻抗表面上的“欺骗性等离子体激元（spoof plasmon）”）。散射元件102a、102b可以包括元材料元件，元材料元件可嵌置在波传播结构104内、位于波传播结构104的表面上、或位于波传播结构104的瞬逝邻近处内；例如，散射元件能够包括互补的元材料元件，诸如发明人为D.R.Smith等人的名称为“Metamaterials for surfaces and waveguides”的公开号为2010/0156573的美国专利申请中所提出的那些元材料元件，该专利申请通过引用合并于本文中。
表面散射式天线还包括至少一个馈送连接器106，该至少一个馈送连接器106被配置为将波传播结构104与馈送结构108耦合。馈送结构108（示意性地描绘为同轴电缆）可以为传输线、波导或能够提供可经由馈送连接器106发射到波传播结构104的被引导波或表面波105中的电磁信号的任何其它结构。馈送连接器106可以为例如同轴与微带的连接器（例如，SMA与PCB的适配器）、同轴与波导的连接器、模式匹配过渡部分等。尽管图1描绘了为“端发射”配置的馈送连接器，由此被引导波或表面波105可从波传播结构的周边区域（例如，从微带的端部或者从平行板波导的边缘）发射，但在其它实施例中，馈送结构可附接至波传播结构的非周边部，由此被引导波或表面波105可从波传播结构的该非周边部（例如，从微带的中点或者通过平行板波导的顶板或底板中钻出的孔）发射；并且其它的实施例可提供在多个位置处（周边的和/或非周边的）与波传播结构附接的多个馈送连接器。
散射元件102a、102b为能够响应于一个或多个外部输入而调节的、具有电磁特性的可调节散射元件。例如，在先前所引用的D.R.Smith等人的专利中描述了可调节散射元件的各种实施例，并且在本公开中对可调节散射元件进行进一步描述。可调节散射元件可包括能够响应于电压输入（例如，用于有源元件（诸如变容抗器、晶体管、二极管）或用于并入有可调谐介电材料（诸如铁电体）的元件的偏压）、电流输入（例如，载荷子直接注射到有源元件中）、光输入（例如，感光材料的照射）、场输入（例如，用于包括非线性磁性材料的元件的磁场）、机械输入（例如，MEMS、执行器、液压系统）等而调节的元件。在图1的示意性示例中，已经被调节至具有第一电磁特性的第一状态的散射元件被描绘为第一元件102a，而已经被调节至具有第二电磁特性的第二状态的散射元件被描绘为第二元件102b。具有与第一和第二电磁特性对应的第一和第二状态的散射元件的描绘不意在限制：实施例可提供可离散地调节以选自与多个不同的离散的电磁特性对应的多个离散状态或者可连续地调节以选自与不同的连续的电磁特性对应的状态连续体的散射元件。而且，图1中所描绘的特定的调节图案（即，元件102a和102b的交替布置）仅为示例性的配置并且不意在限制。
在图1的示例中，散射元件102a、102b具有对于被引导波或表面波105的第一和第二耦合系数（coupling），所述第一和第二耦合系数分别为第一和第二电磁特性的函数。例如，第一和第二耦合系数可以为散射元件在被引导波或表面波的频率或频带处的第一和第二极化度。在一种方法中，第一耦合系数为基本上非零的耦合系数，而第二耦合系数为基本为零的耦合系数。在另一方法中，两个耦合系数基本上为非零，但是第一耦合系数基本上大于（或小于）第二耦合系数。由于第一和第二耦合系数，第一和第二散射元件102a、102b可响应于被引导波或表面波105而生成具有作为相应的第一和第二耦合系数的函数（例如，成比例）的幅值的多个散射电磁波。散射电磁波的叠合包括在该示例中被描述为从表面散射式天线100辐射的平面波110的电磁波。
可通过将散射元件的特定的调节图案（例如，图1中的第一和第二散射元件的交替布置）视为限定散射被引导波或表面波105以生成平面波110的光栅的图案来理解平面波的出现。因为该图案是可调节的，所以表面散射式天线的一些实施例可以提供可调节的光栅或者更一般地全息图，其中散射元件的调节图案可根据全息照相原理来选择。假设例如被引导波或表面波可由作为沿波传播结构104的位置的函数的复标量输入波ψin来表示，并且期望的是，表面散射式天线生成可由另一复标量波ψout表示的输出波。然后，可以选择与沿波传播结构的输入波和输出波的干涉图案对应的散射元件的调节图案。例如，散射元件可被调节以提供对于被引导波或表面波的、作为由Re[ψoutψin *]给定的干涉项的函数（例如，与其成比例，或为其的阶跃函数）的耦合系数。以此方式，表面散射式天线的实施例可被调节以通过识别与所选束图案对应的输出波ψout且然后相应地如上文所述调节散射元件来提供任意的天线辐射图案。表面散射式天线的实施例因此可被调节以提供例如所选束方向（例如，束转向）、所选束宽度或形状（例如，具有宽或窄的束宽度的扇形或铅笔形束）、所选零陷布置（例如，零陷转向）、所选多束布置、所选偏振状态（例如，线性的、圆形的或椭圆形的偏振）、所选总相位或其任意组合。可选地或另外地，表面散射式天线的实施例可被调节以通过所选近场辐射分布，例如，提供近场聚焦和/或近场零陷。
因为干涉图案的空间分辨率受散射元件的空间分辨率限制，所以散射元件可沿波传播结构布置，使元件间间距比与器件的工作频率对应的自由空间波长小得多（例如，小于该自由空间波长的五分之一的四分之一）。在一些方法中，工作频率为与厘米级自由空间波长对应的选自诸如Ka、Ku和Q等频带的微波频率。该长度级允许使用如下文所述的常规的印刷电路板技术进行散射元件的制造。
在一些方法中，表面散射式天线包括具有大体一维散射元件布置的大体一维的波传播结构104，并且该一维布置的调节图案可提供例如作为天顶角（即，相对于与一维波传播结构平行的天顶（zenith）方向）的函数的选定天线辐射分布。在其它方法中，表面散射式天线包括具有大体两维散射元件布置的大体两维的波传播结构104，并且该两维布置的调节图案可以提供例如作为天顶角和方位角（即，相对于与两维波传播结构垂直的天顶方向）的函数的选定天线辐射分布。在图2A-4B中示出了包括分布在平面型的矩形波传播结构上的两维散射元件阵列的表面散射式天线的示例性的调节图案和束图案。在这些示例性实施方案中，平面型的矩形波传播结构包括位于该结构的几何中心的单极天线馈电器。图2A表示与具有如图2B的束图案图所示出的选定天顶和方位的窄束对应的调节图案。图3A表示与如图3B的束图案图所示出的双束远场分布对应的调节图案。图4A表示提供如图4B的场强度映射图所示出的近场聚焦的调节图案（该图示出了沿着与矩形波传播结构的长维垂直且对分矩形波传播结构的长维的平面的场强度）。
在一些方法中，波传播结构为模块化波传播结构，并且多个模块化波传播结构可被装配以构成模块化的表面散射式天线。例如，多个大体一维的波传播结构可以例如交叉指形样式布置以生成散射元件的有效两维布置。交叉指形布置可以包括例如基本填充两维表面区域的一系列相邻的线性结构（即，成组的平行直线）或成组的相邻的曲线形结构（即，诸如正弦的成组的连续偏移曲线）。作为另一实施例，多个大体两维的波传播结构（每个本身均可包括一系列一维结构，如上所述）可被装配以生成具有较大数量的散射元件的较大孔隙；和/或多个大体两维的波传播结构可被装配为三维结构（例如，形成A框架结构、金字塔形结构或其它多面结构）。在这些模块化的组件中，多个模块化波传播结构中的每个均可具有其自身的馈电连接器106，和/或模块化的波传播结构可被配置为通过两个结构之间的连接将第一模块化波传播结构的被引导波或表面波耦合到第二模块化波传播结构的被引导波或表面波中。
在模块化方法的一些应用中，可选择待装配模块的数量以实现提供期望远程通信数据容量和/或服务品质的孔隙尺寸，和/或可选择模块的三维布置以减少可能的扫描损耗。因此，例如，模块化组件可包括安装在与诸如飞机、航天器、船、地面车辆等运载工具的表面平齐的各位置/取向处的多个模块（模块无需毗邻）。在这些和其它的方法中，波传播结构可具有大体非线性或大体非平面的形状，由此与特定的几何形状相符，从而提供共形的表面散射式天线（例如与运载工具的曲线形表面相符）。
更一般地，表面散射式天线为可通过选择散射元件的调节图案以使被引导波或表面波的对应散射生成期望输出波来重构的可重构天线。假设例如表面散射式天线包括分布在沿着如图1中的波传播结构104（或者对于模块化实施方案沿着多个波传播结构）的位置{rj}且具有针对被引导波或表面波105的相应的多个可调节耦合系数{αj}的多个散射元件。在沿着（一个或多个）波传播结构或者在（一个或多个）波传播结构内传播时，被引导波或表面波105向第j个散射元件呈现波幅值Aj和相位
Figure BDA00003213752900073
随后，产生作为从多个散射元件散射的波的叠加的输出波：
Figure BDA00003213752900071
其中，E(θ,φ)表示远场辐射范围上的输出波的电场分量，Rj(θ,φ)表示由第j个散射元件响应于由耦合系数αj引起的激励产生的散射波的（标准化的）电场图案，并且k(θ,φ)表示在(θ,φ)处与辐射范围垂直的幅值ω/c的波向量。因此，表面散射式天线的实施例可提供可调节以通过根据等式（1）调节多个耦合系数｛αj｝来生成期望的输出波E(θ,φ)的可重构天线。
被引导波或表面波的波幅值Aj和相位
Figure BDA00003213752900074
为波传播结构104的传播特性的函数。这些传播特性可以包括例如有效折射率和/或有效波阻抗，并且这些有效的电磁特性可至少部分地由散射元件沿着波传播结构的布置和调节来确定。换言之，波传播结构与可调节散射元件相组合可以提供用于被引导波或表面波的传播的可调节有效介质，例如如之前所引用的D.R.Smith等人的专利中所描述的。因此，尽管被引导波或表面波的波的幅值Aj和相位
Figure BDA00003213752900075
可取决于可调节散射元件耦合系数｛αj｝（即，Aj=Aj（｛αj｝），
Figure BDA00003213752900076
（｛αj｝）），但是在一些实施例中，这些依存性可大体根据波传播结构的有效介质描述来预测。
在一些方法中，可重构天线是可调节的以提供输出波E(θ,φ)的期望偏振状态。假设例如散射元件的第一和第二子集LP(1)和LP(2)提供分别大体线性偏振和大体垂直的（标准化的）电场图案R(1)(θ,φ)和R(2)(θ,φ)（例如，第一和第二物体可以为在波传播结构104的表面上垂直取向的散射元件）。然后，天线输出波E(θ,φ)可以表达为两个线性偏振分量之和：
E(θ,φ)=E(1)(θ,φ)+E(2)(θ,φ)=Λ(1)R(1)(θ,φ)+Λ(2)R(2)(θ,φ)     （2）
其中，
Figure BDA00003213752900072
为两个线性偏振分量的复幅值。因此，输出波的偏振E(θ,φ)可通过根据等式（2）-（3）调节多个耦合系数｛αj｝来控制，例如提供具有任何期望偏振（例如，线性，圆形的或椭圆形的）的输出波。
可选地或者另外地，对于波传播结构具有多个馈电器（例如，对于一维波传播结构的交叉指形布置的每个“指形件”有一个馈电器，如上所述）的实施例而言，可通过调节用于多个馈电器的各个放大器的增益来控制期望输出波E(θ,φ)。调节用于特定馈电线的增益将对应于使Aj′s乘以由特定馈电线馈送的那些元件j的增益因子G。特别地，具有第一馈电器（或第一成组的这种结构/馈电器）的第一波传播结构与选自LP(1)的元件耦合并且具有第二馈电器（或第二成组的这种结构/馈电器）的第二波传播结构与选自LP(2)的元件耦合的方法而言，可通过调节第一馈电器和第二馈电器之间的相对增益来补偿去偏振损耗（例如，在偏离宽边扫描束时）。
如之前在图1的背景下所提到的，在一些方法中，表面散射式天线100包括可实现为微带或平行板波导（或多个这样的元件）的波传播结构104；并且在这些方法中，散射元件可包括诸如在之前引用的D.R.Smith等人的专利中提出的互补元材料元件。现在转到图5，示出了微带或平行板波导的示例性的单位胞腔500，其包括下导体或地平面502（由铜或类似材料制成）、介电基板504（由Duriod、FR4或类似材料制成）以及嵌入有互补元材料元件510的上导体506（由铜或类似材料制成），在该情况下，互补元材料元件510为由已经刻蚀在上导体中或在上导体中图案化（例如，通过PCB工艺）的成形孔隙512限定的互补电LC（CELC）元材料元件。
诸如图5中示出的CELC元件基本响应于平行于CELC元件的平面且垂直于CELC间隙（即，沿对于图5的取向的
Figure BDA00003213752900081
方向）补充物所施加的磁场（参见T.H.Hand等人，“Characterization of complementary electric fieldcoupled resonant surfaces,”Applied Physics Letters93,212504(2008),通过引用合并于本文中）。因此，沿微带或平行板波导传播的被引导波（作为图1的被引导波或表面波106的例示）的磁场分量可以诱发元件510的磁激励，该磁激励的实质特征在于沿
Figure BDA00003213752900082
方向取向的磁偶极激励，从而生成实质上为磁偶极辐射场的散射电磁波。
应注意的是，成形孔隙512还限定与上导体506电分离的导体岛514，在一些方法中，能够通过在成形孔隙512内和/或紧邻成形孔隙512设置可调节材料且随后在导体岛514和上导体506之间施加偏压来使散射元件可调节。例如，如图5所示，单位胞腔可浸入液晶材料层520中。液晶具有作为构成液晶的分子的取向的函数的介电常数；并且可通过横过液晶施加偏压（等同于偏电场）来控制该取向；因此，液晶能够提供用于散射元件的电磁特性调节的电压可调谐介电常数。
例如，通过在波传播结构的上表面上设置液晶收容结构，液晶材料520可保持与散射元件紧靠近。液晶收容结构的示例性构造示于图5中，该图示出了包括覆盖部532以及任选的一个或多个支撑部或间隔件534的液晶收容结构，一个或多个支撑部或间隔件534提供上导体506和覆盖部532之间的分离。在一些方法中，液晶收容结构为具有可与波传播结构的上表面接合的平坦表面的加工或注塑成型的塑料部件，所述平坦表面包括可伏于散射元件之上的一个或多个凹入部（例如，凹槽或凹部）；并且这些凹入部可通过例如真空注射工艺填充有液晶。在其它方法中，支撑部534为球形间隔件（例如，球形树脂颗粒）；或者通过光刻工艺形成的壁件或支柱（例如，如Sato等人的美国专利4,874,461“Method for manufacturing liquid crystaldevice with spacers formed by photolithography”中所描述的，该专利通过引用合并于本文中）；然后，覆盖部532附固到支撑部534，随后是液晶的安装（例如，通过真空注射）。
对于其中分子取向可以导向偶极子场为特征的向列相液晶，对于与导向偶极子平行的电场分量，材料可提供较大的介电常数ε□,并且对于与导向偶极子垂直的电场分量，材料可提供较小的介电常数ε⊥。施加偏压引入跨过成形孔隙的偏电场线，并且导向偶极子趋于与这些电场线平行对准（对准度随着偏压增加）。因为这些偏电场线基本平行于在散射元件的散射激励期间生成的电场线，所以偏置的散射元件所呈现的介电常数相应地趋向于ε□（即，具有渐增的偏压）。另一方面，未偏置的散射元件所呈现的介电常数可取决于液晶的未偏置构造。当未偏置液晶最大程度地无序时（即，具有随机取向的微域）时，未偏置散射元件可呈现出平均介电常数εave□(ε□+ε⊥)/2。当未偏置液晶与偏压电场线垂直地最大程度对准时（即，在施加偏压电场之前），未偏置散射元件可呈现出如ε⊥那样小的介电常数。因此，对于期望实现通过散射元件所呈现的介电常数的较大调谐范围的实施例而言（对应于散射元件的有效电容的较大调谐范围以及因此对应于散射元件的谐振频率的较大调谐范围），单位胞腔500可以包括布置在液晶层510的顶面和/或底面的位置相关的对准层，并且位置相关的对准层被配置为沿与对应于所施加的偏压的偏压电场线大致垂直的方向对准液晶导向偶极子。对准层可以包括例如聚酰亚胺层，聚酰亚胺层被摩擦或以其它方式图案化（例如，通过加工或光刻）以引入与成形孔隙512的通道平行延伸的显微凹槽。
可选地或另外地，单位胞腔可以提供将与成形孔隙512的通道大致垂直的液晶对准的第一偏压（例如，通过引入上导体506和导体岛514之间的偏压，如上所述），以及将与成形孔隙512的通道大致平行的液晶对准的第二偏压（例如，通过在单位胞腔的四个角处引入位于上导体506上方的电极，并且向相邻角处的电极施加相反的电压）；散射元件的调谐随后可通过例如第一偏压和第二偏压之间交变或者调节第一偏压和第二偏压的相对强度来实现。
在一些方法中，牺牲层可通过允许较大量的液晶在成形孔隙512的近处内来增强液晶调谐的效果。该方法的例示示于图6中，该图以分布图示出了图5的单位胞腔500，增加了沉积在介电基板504和上导体506之间的牺牲层600（例如，聚酰亚胺层）。在上导体506的蚀刻以限定成形孔隙512之后，牺牲层600的进一步选择蚀刻生成空腔602，空腔602随后可填充有液晶520。在一些方法中，另一掩模层用于限定牺牲层600的选择性蚀刻的图案（不是通过上导体506来实现或者连同上导体506一起实现）。
可在各个实施例中部署的示例性的液晶包括4-氰基-4’-戊基联苯、诸如LCMS-107（LC Matter）或GT3-23001（Merck）之类的高双折射低共熔LC混合物。一些方法可使用双频液晶。在双频液晶中，导向偶极子与所施加的低频偏压场大致平行地对准，但是与所施加的高频偏压场大致垂直地对准。因此，对于部署这些双频液晶的方法而言，可通过调节所施加的偏压信号的频率来实现散射元件的调谐。其它方法可部署聚合物网络液晶（PNLC）或聚合物分散液晶（PDLC），这通常为液晶提供短得多的松弛/切换时间。前者的示例为向列型LC基体（诸如LCMS-107）中的聚合物的热或UV固化的混合物（诸如BPA-二甲基丙烯酸酯）；参见通过引用合并于本文中的Y.H.Fan等人的“Fast-response and scattering-free polymer network liquid crystalsfor infrared light modulators”,Applied Physics Letters84,1233-35(2004)。聚合物分散液晶（PDLC）的示例为浸渍有向列型LC（诸如LCMS-107）的多孔聚合物材料（诸如PTFE膜）；参见通过引用合并于本文中的T.Kuki等人的“Microwave variable delay time using a membrane impregnated with liquidcrystal”,Microwave symposium Digest,2002IEEE MTT-S International,卷1,第363-366页(2002)。
现在转向在导体岛514和上导体506之间提供偏压的方法，首先要注意的是，上导体506与一个单位胞腔到下一单位胞腔毗邻地延伸，可通过与微带或平行板波导的上导体的单个连接来实现与每个单位胞腔的上导体的电连接，单位胞腔500为微带或平行板波导的构成物。关于导体岛514，图5示出了偏压线530如何可与导体岛附接的示例。在该示例中，偏压线530在导体岛中央处附接并且沿散射元件的对称平面远离导体岛延伸；通过沿对称平面的该定位，在散射元件的散射激励期间偏压线所经受的电场基本垂直于偏压线并且因此不激励偏压线中的电流，偏压线中的电流可能破坏或改变散射元件的散射特性。例如，通过沉积在绝缘层（例如，聚酰亚胺）中，在导体岛514的中央处对绝缘层进行蚀刻，然后使用起飞工艺将限定偏压线530的传导薄膜（例如，Cr/Au双层）图案化，可将偏压线530安装在单位胞腔中。
图7A-7H示出了可根据表面散射式天线的各个实施例使用的各种CELC元件。这些是示例性元件的示意性图示，不是按比例绘制的，并且旨在仅表示适用于各个实施例的各种类型的可能的CELC元件。图7A对应于图5中使用的元件。图7B示出了与图7A的拓扑结构等同的备选的CELC元件，但是该CELC元件使用波状周边来增加元件的臂的长度，从而增加元件的电容。图7C和图7D示出了可用于提供偏振控制的一对元件类型。当这些正交的元件由具有沿
Figure BDA00003213752900111
方向取向的磁场的被引导波或表面波激励时，该施加的磁场产生磁激励，该磁激励的实质特征在于磁偶极激励，对于图7C或图7D中的分别为相对于
Figure BDA00003213752900112
方向为+45°或-45°。图7E和图7F示出了这种正交型CELC元件的变型例，其中CELC元件的臂也以±45°角倾斜。这些倾斜式设计可能提供更纯的磁偶极响应，因为产生磁偶极响应的CELC元件的所有区域均与激励场正交地取向（并且因此不被激励）或者相对于该场成45°角取向。最后，图7E和图7F示出了图7B的波纹状CELC元件的类似倾斜的变型例。
尽管图5示出了在诸如微带之类的波传播结构的上导体506上成图案的元材料元件510的示例，在另一方法中，如图8所示，元材料元件不定位在微带本身上；而是，元材料元件定位在微带的易消失近处内（即，在微带的弥散场内）。因此，图8示出了具有地平面802、介电基板804和上导体806的微带构造，传导带808沿微带的任一侧定位。这些传导带808嵌入由成形孔隙812限定的互补元材料元件810。在该示例中，互补元材料元件为诸如图7B所示的波纹状周边的CELC元件。如图8所示，通孔840能够用于将偏压线830与每个元材料元件的传导岛814连接。结果，该构造能够使用两层PCB工艺（具有中间介电层的两个传导层）来容易地实现，层1提供微带信号轨迹和元材料元件，并且层2提供微带地平面和偏压轨迹。介电层和传导层可以为诸如铜包Rogers5880之类的高效材料。如之前所述，调谐可通过将液晶层（未示出）设置在元材料元件810上方来实现。
在另外的方法中，如图9A和图9B中，波传播结构为共平面波导（CPW），并且元材料元件位于共平面波导的易消失近处内（即，位于共平面波导的弥散（fringing）场内）。因此，图9A和图9B示出了共平面波导构造，其具有下地平面902、在CPW信号轨迹907的任一侧的中央地平面906以及嵌入互补元材料元件920的上地平面910（仅示出了一个，但是该方法沿CPW的长度定位一系列这样的元件）。这些连续的传导层由介电层904、908分离。共平面波导可由能够用于切断CPW的更高阶模式和/或减少与相邻CPW（未示出）的串扰的通孔930的柱列（colonnade）定界。CPW带宽909能够沿CPW的长度改变以控制与元材料元件920的耦合，例如，用于增强孔隙效率和/或控制束分布的孔隙变细。能够调节CPW间隙宽度911以控制线阻抗。如图9B所示，第三介电层912和通孔940能够用于将偏压线950与每个元材料元件的传导岛922连接以及与位于结构的底侧上的偏压接垫952连接。第三介电层912中的通道924容许将液晶（未示出）设置在传导元件的成形孔隙的近处内。该构造能够利用四层PCB工艺（具有三个中间介电层的四个传导层）来实现。可利用层压阶段连同通过盲埋式通孔形成以及电镀和化学淀积技术来制造这些PCB。
在另外的方法中，图10和图11所示，波传播结构为闭合的或管状的波导，并且元材料元件沿闭合波导的表面定位。因此，图10示出了具有由槽沟1002和嵌入元材料元件1010的传导表面1004限定的矩形截面的闭合的或管状的波导。如剖视图所示，通过介电层1022的通孔1020能够用于将偏压线1030与元材料元件的传导岛1012连接。槽沟1002能够实现为铣制或铸造的金属件以提供闭合波导的“地板和壁”，并且波导“天花板”能够实现为两层印刷电路板，顶层提供偏压轨迹1030并且底层提供元材料元件1010。波导可装载有具有较小槽沟1050的介电层1040（诸如PTFE），较小槽沟1050能够填充有液晶以容许元材料元件的调谐。
在如图11所示的备选的闭合波导实施例中，具有矩形截面的闭合波导是由槽沟1102和传导表面1104限定。如单位胞腔的剖视图所示，传导表面1104具有容许被引导波和谐振元件1110之间耦合的虹状物1106。在该示例中，互补元材料元件为诸如图7B所示的波纹状周边的CELC元件之类的波纹状周边的CELC元件。尽管图中示出了矩形的耦合虹状物，但是能够使用其它形状，并且虹状物的尺寸可沿着波导的长度变化以控制与散射元件的耦合（例如，用于增强孔隙效率和/或控制束分布的孔隙变细）。通过介电层1122的一对通孔1120能够与短的路由线1125一起使用以将偏压线1130与元材料元件的传导岛1112连接。槽沟1102能够实现为铣制或铸造的金属件以提供闭合波导的“地板和壁”，并且波导“天花板”能够实现为两层印刷电路板，顶层提供元材料元件1110（以及偏置轨迹1130），并且底层提供虹状物1106（以及偏压路由1125）。元材料元件1110可任选地通过延伸贯通介电层1122的通孔1150的柱列定界以减少相邻单位胞腔之间的耦合或串扰。如之前，可通过将液晶层（未示出）设置在元材料元件1110的上方来实现调谐。
尽管图10和图11的波导实施例提供了具有简单的矩形截面的波导，但是在一些方法中，波导可以包括一个或多个脊状物（如双脊波导）。脊状波导能够提供比简单的矩形波导更大的带宽，并且脊状的几何形状（宽度/长度）能够沿波导的长度而变化以控制与散射元件的耦合（例如，用于增强孔隙效率和/或控制束分布的孔隙变细）和/或提供平滑的阻抗过渡（例如，从SMA连接器馈电器）。
在各种方法中，偏压线可直接寻址，例如，通过使用于每个散射元件的偏压线延伸到用于与天线控制电路系统连接的接垫结构，或者矩阵寻址，例如通过为每个散射元件设置能够由排和列寻址的偏压电路。图12示出了为微带1202的表面上的散射元件1200的布置提供直接寻址的构造的示例，其中多个偏压线1204沿着微带的长度延伸以将各偏压输送到散射元件（可选地，偏压线1204可垂直于微带延伸并且沿微带的长度延伸到接垫或通孔）。（该图还示出了散射元件如何可被布置为具有垂直取向以例如提供偏振控制的示例；在该布置中，沿着微带传播的被引导波具有大致沿方向取向的磁场并且因此可与散射元件的两个取向耦合，这产生可实质上以相对于
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方向成±45°取向的磁偶极激励为特征的磁激励）。图13示出了提供用于散射元件1300（例如，在平行板波导的表面上）的布置的矩阵寻址的构造的示例。其中每个散射元件通过偏压线1302与能够由排输入1306和列输入1308寻址的偏置电路1304连接（注意，每个排输入和/或列输入可以包括一个或多个信号，例如，每排或每列可通过专用于该排或该列的单根线或成组的平行线来寻址）。每个偏置电路可包含例如开关器件（例如，晶体管）、存储器件（例如，电容器）、和/或诸如逻辑/复用电路系统、模数转换电路系统等附加电路系统。该电路系统可利用单片集成来容易地制造，例如，利用薄膜晶体管（TFT）工艺，或者制造为例如利用表面安装技术（SMT）安装在波传播结构上的集成电路的混合组件。在一些方法中，可通过调节AC偏压信号的幅值来调节偏压。在其它方法中，可通过向AC信号应用脉宽调制来调节偏压。
现在参照图14，示例性的实施例被描绘为系统框图。系统1400包括通过一个或多个馈电器1412与天线单元1420耦合的通信单元1410。通信单元1410可能包括例如移动宽带卫星收发器或发送器、接收器、或用于无线电或微波通信系统的收发器模块，并且可并入数据复用/多路分解电路系统、编码器/解码器电路系统、调节器/解调器电路系统、频率上转换器/下转换器、滤波器、放大器、双工器等。天线单元包括至少一个表面散射式天线，该表面散射式天线可被配置为发送、接收或者发送和接收；并且在一些方法中，天线单元1420可以包括多个表面散射式天线，例如，分别配置为发送和接收的第一和第二表面散射式天线。对于具有带有多个馈电器的表面散射式天线的实施例而言，通信单元可以包括MIMO电路系统。系统1400还包括天线控制器1430，天线控制器1430被配置为提供用于确定天线的配置的控制输入1432。例如，控制输入可以包括用于每个散射元件的输入（例如，用于诸如图12所示的直接寻址配置）、排和列输入（例如，用于诸如图13所示的矩阵寻址配置）、用于天线馈电器的可调节增益等。
在一些方法中，天线控制器1430包括被配置为提供与所选或所需的天线辐射图案对应的控制输入1432的电路系统。例如，天线控制器1430可存储表面散射式天线的成组的配置，例如，作为将成组的所需天线辐射图案（对应于如本公开之前所讨论的各种束方向、束宽度、偏振状态等）与用于控制输入1432的对应的成组的值映射的查找表。例如，通过对于控制输入的值范围执行天线的全波模拟或者通过将天线置于测试环境中并且测量与控制输入的值范围对应的天线辐射图案来提前计算出该查找表。在一些方法中，天线控制器可被配置为利用该查找表来根据回归分析计算控制输入；例如，通过对存储在查找表中的两个天线辐射图案之间的控制输入进行插值运算（例如，当查找表仅包括束转向角的离散增量时允许连续束转向）。天线控制器1430可以可选地配置为，例如，通过计算与干涉项Re[ψoutψin *]对应的全息图案（如本公开之前讨论的），或者通过计算根据本公开之前提供的等式（1）提供所选或所需辐射图案的耦合系数｛αj｝（对应于控制输入的值），从而动态地计算与所选或所需的天线辐射图案对应的控制输入1432。
在一些方法中，天线单元1420任选地包括传感器单元1422，该传感器单元1422具有检测天线的环境条件（诸如其位置、取向、温度、机械变形等）的传感器部件。传感器部件可以包括一个或多个GPS器件、回转仪、温度计、应变计等，并且传感器单元可与天线控制器耦合以提供传感器数据1424，使得控制输入1432可被调节以补偿天线的平移或旋转（例如，如果天线安装在诸如飞机等移动平台上）或补偿温漂、机械变形等。
在一些方法中，通信单元可提供反馈信号1434给天线控制器，用于控制输入的反馈调节。例如，通信单元可提供比特误码率信号，并且天线控制器可以包括调节天线配置以减少信道噪声的反馈电路系统（例如，DSP电路系统）。可选地或另外地，对指向或转向应用，通信单元可以提供信标信号（例如，来自卫星信标），并且天线控制器可包括反馈电路系统（例如，用于移动宽带卫星收发器的指向锁DSP电路系统）。
在图15中的工艺流程图中示出了示例性的实施例。流程1500包括操作1510，即，选择用于能够响应于一个或多个控制输入而调节的表面散射式天线的第一天线辐射图案。例如，可以选择在远程通信卫星、远程通信基站或远程通信移动平台的位置处引导辐射图案的主束的天线辐射图案。可选地或另外地，天线辐射图案可被选择以将辐射图案的零陷置于期望位置处，例如，用于安全通信或去除噪声源。可选地或另外地，天线辐射图案可被选择以提供期望的偏振状态，诸如圆偏振（例如，对于Ka带卫星通信）或线性偏振（例如，对于Ku带卫星通信）。流程1500包括操作1520，即，确定与所选的第一天线辐射图案对应的一个或多个控制输入的第一值。例如，在图14的系统中，天线控制器1430可以包括被配置为通过利用查找或通过计算与期望天线辐射图案对应的全息图来确定控制输入的值的电路系统。流程1500任选地包括操作1530，即，提供用于表面散射式天线的一个或多个控制输入的第一值。例如，天线控制器1430能够向各种散射元件施加偏压，和/或天线控制器1430能够调节天线馈电器的增益。流程1500任选地包括操作1540，即，选择不同于第一天线辐射图案的第二天线辐射图案。而且，这可以包括选择例如第二束方向或第二零陷放置。在该方法的一个应用中，卫星通信终端能够在多个卫星之间切换，例如，以使峰值负荷期间的容量最优化，切换到可能已经输入服务的另外的卫星，或者从已经有故障或离线的主卫星切换。流程1500任选地包括操作1550，即，确定与所选的第二天线辐射图案对应的一个或多个控制输入的第二值。而且，这可以包括例如使用查找表或计算全息图案。流程1500任选地包括操作1560，即，提供用于表面散射式天线的一个或多个控制输入的第二值。而且，这可以包括例如施加偏压和/或调节馈电增益。
在图16中描述了工艺流程图的另一示例性的实施例。流程1600包括操作1610，即，识别用于第一表面散射式天线的第一目标，所述第一表面散射式天线具有响应于一个或多个第一控制输入的第一可调节辐射图案。该第一目标可以为例如远程通信卫星、远程通信基站或远程通信移动平台。流程1600包括操作1620，即，重复地调节一个或多个第一控制输入以响应于第一目标和第一表面散射式天线之间的第一相对运动来提供第一可调节辐射图案的基本连续的变化。例如，在图14的系统中，天线控制器143可以包括被配置为使表面散射式天线的辐射图案转向的电路，例如，以跟踪非同步卫星的运动，以便从移动平台（诸如飞机或其它运载工具）通过同步卫星保持指向锁，或者当目标和天线均正在移动时保持指向锁。流程1600任选地包括操作1630，即，识别用于第二表面散射式天线的第二目标，所述第二表面散射式天线具有响应于一个或多个第二控制输入的第二可调节辐射图案；并且流程1600任选地包括操作1640，即，重复地调节一个或多个第二控制输入以响应于第二目标和第二表面散射式天线之间的相对运动来提供第二可调节辐射图案的基本连续的变化。例如，一些应用可部署跟踪第一物体（诸如第一非同步卫星）的主天线单元，以及跟踪第二物体（诸如第二非同步卫星）的第二或辅助天线单元。在一些方法中，辅助天线单元可以包括主要用于跟踪第二物体的位置（以及任选地确保以降低的服务品质（QoS）与第二物体的链接）的较小孔隙的天线（tx和/或rx）。流程1600任选地包括操作1650，即，调节一个或多个第一控制输入以将第二目标大致置于第一可调节辐射图案的主束内。例如，在第一和第二天线为与非同步卫星的星区交互的卫星通信终端的部件的应用中，第一或主天线可跟踪卫星星区的第一成员，直到第一成员接近水平（或第一天线遭受到可估量的扫描损失），此时通过切换第一天线以跟踪卫星星区的第二成员（该第二成员已由第二天线或辅助天线跟踪）来实现“手动切断”。流程1600任选地包括操作1660，即，识别用于不同于第一和第二目标的用于第二表面散射式天线的新目标；并且流程1600任选地包括操作1670，即，调节一个或多个第二控制输入以将新目标大致置于第二可调节辐射图案的主束内。例如，在“手动切断”之后，第二或辅助的天线能够开始发起与卫星星区的第三成员的链接（例如，在其升至水平之上时）。
前面的详细说明已经通过使用框图、流程图和/或示例阐述了装置和/或工艺的各个实施例。就这些框图、流程图和/或示例包含一个或多个函数和/或操作而言，本领域内技术人员应理解，这些框图、流程图或示例内的每个函数和/或操作能够单独地和/或统一地由各种硬件、软件、固件或实际上它们的任意组合来实现。在一个实施例中，本文所述的主题的多个部分可经由专用集成电路（ASIC）、场可编程门阵列（FPGA）、数字信号处理器（DSP）或其它集成规格来实现。然而，本领域技术人员将认识到，本文公开的实施例的一些方法在整体上或部分上能够等同地实现在集成电路中，作为在一个或多个计算机上运行的一个或多个计算机程序（例如，作为在一个或多个计算机系统上运行的一个或多个程序）、作为在一个或多个处理器上运行的一个或多个程序（例如，作为在一个或多个微处理器上运行的一个或多个程序），作为固件、或实际上作为它们的任意组合，并且依照本公开针对软件和/或固件设计电路和/或写代码将在本领域技术人员的技能范围内。另外，本领域技术人员将理解到，本文所描述的主题的机制能够作为程序产品以各种形式分布，并且无论用于实际上实施分布的信号承载介质的特定类型如何，本文所描述的主题的示例性的实施例都适用。信号承载介质的示例包括但不限于以下：可记录型介质，诸如软盘、硬盘驱动、高密盘（CD）、数字视频盘（DVD）、数字带、计算机存储器等；以及传送型介质，诸如数字和/或模拟通信介质（例如，光纤电缆、波导、有线通信链路、无线通信链路等）。
在一般意义上，本领域技术人员将认识到，能够通过各种类型的硬件、软件、固件或它们的任意组合单独地和/或统一地实现的本文描述的各个方案能够被视为由各种类型的“电路系统”构成。结果是，本文所使用的“电路系统”包括但不限于具有至少一个离散电路的电路系统、具有至少一个集成电路的电路系统、具有至少一个专用集成电路的电路系统、形成由计算机程序配置的通用计算装置的电路系统（例如，由至少部分地实施处理的计算机程序和/或本文所描述的器件配置的通用计算机，或由至少部分地实施处理的计算机程序和/或本文所描述的器件配置的微处理器）、形成存储器器件的电路系统（例如，随机存取存储器的形式）、和/或形成通信器件的电路系统（例如，调制解调器、通信开关或光电设备）。本领域技术人员将认识到，本文所描述的主题可以模拟或数字方式或其某种组合来实现。
在本说明书中所提及和/或在任何申请数据表单中所列出的所有上述美国专利、美国专利申请公布、美国专利申请、外国专利、外国专利申请和非专利公布均在不会与其不一致的程度上通过引用合并于本文中。
本领域技术人员将认识到，本文所描述的部件（例如，步骤）、器件和物体以及与其相关的讨论基于概念清晰的目的用作示例，并且各种配置改进均在本领域技术人员的能力范围内。结果，如本文所使用的，所阐述的具体的示例和相关讨论旨在代表其更一般的种类。通常，本文中任何具体示例的使用也旨在代表其种类，并且不包含本文的这些具体的部件（例如，步骤）、器件和物体不应被视为表示期望限制。
对于本文中基本上任意的复数项和/或单数项的使用，本领域技术人员能够适当地根据上下文和/或应用从复数变换到单数和/或从单数变换到复数。为清晰目的，本文未明确地阐述各种单数/复数置换。
尽管已经示出和描述了本文所描述的本主题的特定方案，但对本领域技术人员而言，显而易见的是，基于本文的教导，可以进行改变和修改，而不偏离本文所描述的主题及其更宽泛的方案，因此，所附的权利要求书应在其范围内涵盖所有这些在本文所述的主题的真正主旨和范围内的改变和修改。此外，应理解的是，本发明由所附的权利要求书限定。本领域技术人员应理解，通常，本文所使用的术语以及尤其在所附的权利要求书（例如，所附权利要求书的主体）中使用的术语通常意指为“开放式”术语（例如，术语“包括”应当解释为“包括但不限于”，术语“具有”应当解释为“至少具有”，术语“包含”应当解释为“包含但不限于”等）。本领域技术人员应当进一步理解，如果意指所引入权利要求记述项的具体数量，该意图应明确地记述于权利要求中，并且在缺少这种记述的情况下不存在这种意图。例如，作为理解的辅助，下面所附的权利要求可包含开端性用语“至少一个”和“一个或多个”的使用以引入权利要求记述项。然而，这些用语的使用不应被解释为暗指不定冠词“一（a）”或“一个（an）”引导的权利要求记述项将包含这种引入权利要求记述的任何特定权利要求限制为仅包含一个这种记述项的发明，即使当相同的权利要求包括开端性用语“一个或多个”或者“至少一个”和诸如“一（a）”或“一个（an）”之类的不定冠词（例如，“一（a）”和/或“一个（an）”应当典型地解释为意指“至少一个”或“一个或多个”）；同样适用于用于引入权利要求记述项的定冠词的使用。另外，即使明确地记述了具体数量的引入权利要求记述，本领域技术人员将认识到该记述项应当典型地解释为意指至少记述数量（例如，“两个记述项”的裸记述，而不具有其它修正量，典型地意指至少两个记述项或两个或更多个记述项）。此外，在使用“A、B和C等中的至少一个”的惯用类比的那些实例中，通常这种结构旨在表达本领域技术人员将理解该惯用法的意义（例如，“具有A、B和C中的至少一个的系统”将包括但不限于仅具有A、仅具有B、仅具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B和C等的系统）。在使用“A、B或C等中的至少一个”的惯用类比的那些实例中，这种结构旨在表达本领域技术人员将理解该惯用法的意义（例如，“具有A、B或C中的至少一个的系统”将包括但不限于仅具有A、仅具有B、仅具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B和C等的系统）。本领域技术人员将进一步理解的是，无论是在说明书、权利要求书或附图中，表示两个或更多个可选项的实际上任何转义词和/或用语应当理解为预期包括项中的一个、项中的任一个或两个项的可能性。例如，用语“A或B”将被理解为包括“A”或“B”或“A和B”的可能性。
对于所附的权利要求书，本领域技术人员将理解本文中记述的操作通常可按任何次序执行。这种可选的排序的示例可包括重叠、交错、中断、重排序、渐增、预备、增补、同时、反向或其它变化排序，除非上下文有相反的说明。针对上下文，甚至类似于“响应”、“关于”或其它过去时态的形容词的术语通常不旨在排除这些变化，除非上下文有相反的说明。
尽管本文已经公开了各个方案和实施例，其它方案和实施例对于本领域技术人员将是显而易见的。本文公开的各种方案和实施例是为了示例的目的而不旨在限制，真正的范围和精神由随附的权利要求书指明。

Claims (103)

1.一种天线，其包括：
波传播结构；以及
多个散射元件，其沿着所述波传播结构分布，使元件间间距显著小于与所述天线的工作频率对应的自由空间波长，其中所述多个散射元件具有针对所述波传播结构的被引导波或表面波模式的多个可调节单独电磁响应，并且所述多个可调节单独电磁响应提供所述天线的可调节辐射场。
2.如权利要求1所述的天线，其中，所述多个散射元件为多个基本相同的散射元件。
3.如权利要求1所述的天线，其中，所述多个可调节单独电磁响应提供针对所述波传播结构的所述被引导波或表面波模式的有效介质响应。
4.如权利要求1所述的天线，其中，所述多个可调节单独电磁响应为多个磁偶极辐射场。
5.如权利要求1所述的天线，其中，所述工作频率为微波频率。
6.如权利要求5所述的天线，其中，所述微波频率为Ka波段频率。
7.如权利要求5所述的天线，其中，所述微波频率为Ku波段频率。
8.如权利要求5所述的天线，其中，所述微波频率为Q波段频率。
9.如权利要求1所述的系统，其中，所述元件间间距小于所述自由空间波长的四分之一。
10.如权利要求1所述的系统，其中，所述元件间间距小于所述自由空间波长的五分之一。
11.如权利要求1所述的天线，其中，所述波传播结构包括一个或多个传导表面，并且所述多个散射元件对应于所述一个或多个传导表面内的多个孔隙。
12.如权利要求11所述的天线，其中，所述波传播结构为大体两维波传播结构。
13.如权利要求12所述的天线，其中，所述大体两维波传播结构为平行板波导，并且所述一个或多个传导表面为所述平行板波导的上导体。
14.如权利要求11所述的天线，其中，所述波传播结构包括一个或多个大体一维波传播结构。
15.如权利要求14所述的天线，其中，所述一个或多个大体一维波传播结构为构成大体两维天线区域的多个大体一维波传播结构。
16.如权利要求14所述的天线，其中，所述一个或多个大体一维波传播结构包括一个或多个微带。
17.如权利要求16所述的天线，其中，所述一个或多个传导表面为所述一个或多个微带的一个或多个相应的上导体。
18.如权利要求16所述的天线，其中，所述一个或多个传导表面为与所述一个或多个微带的一个或多个上导体平行定位的一个或多个传导带。
19.如权利要求14所述的天线，其中，所述一个或多个大体一维波传播结构包括一个或多个共平面波导。
20.如权利要求19所述的天线，其中，所述一个或多个传导表面位于所述一个或多个共平面波导上方。
21.如权利要求14所述的天线，其中，所述一个或多个大体一维波传播结构包括一个或多个闭合波导。
22.如权利要求21所述的天线，其中，所述一个或多个闭合波导包括一个或多个矩形波导。
23.如权利要求22所述的天线，其中，所述一个或多个矩形波导包括一个或多个双脊矩形波导。
24.如权利要求21所述的天线，其中，所述一个或多个传导表面为所述一个或多个闭合波导的一个或多个相应的上表面。
25.如权利要求21所述的天线，其中，所述一个或多个传导表面位于所述一个或多个闭合波导的一个或多个相应的上表面的上方，并且所述一个或多个相应的上表面包括与所述一个或多个传导表面内的所述多个孔隙相邻的多个虹状部。
26.如权利要求11所述的天线，其中，所述多个孔隙限定与所述一个或多个传导表面电分离的相应的多个传导岛，并且所述天线进一步包括：
多个偏压线，其被配置为提供所述一个或多个传导表面和所述相应的多个传导岛之间的相应偏压；以及
电可调节材料，其至少部分地布置在所述多个孔隙的相应近处内。
27.如权利要求26所述的天线，其中，所述电可调节材料为液晶材料。
28.如权利要求27所述的天线，其中，所述液晶材料为向列型液晶。
29.如权利要求27所述的天线，其中，所述液晶材料为双频液晶。
30.如权利要求27所述的天线，其中，所述液晶材料为聚合物网络液晶。
31.如权利要求27所述的天线，其中，所述液晶材料为聚合物分散型液晶。
32.如权利要求11所述的天线，其中，所述多个孔隙限定与所述一个或多个传导表面电分离的相应的多个传导岛，所述多个孔隙成排成列地布置，并且所述天线进一步包括：
多个偏置电路，其被配置为提供所述一个或多个传导表面和所述相应的多个传导岛之间的相应偏压；
成组的排控制线，每个排控制线对成排的所述多个偏置电路进行寻址；
成组的列控制线，每个列控制线对成列的所述多个偏置电路进行寻址；以及
电可调节材料，其至少部分地设置在所述多个孔隙的相应近处内。
33.如权利要求32所述的天线，其中，所述多个偏置电路分别与所述多个孔隙相邻地成排成列地布置。
34.如权利要求11所述的天线，其中，所述多个孔隙限定具有针对所述被引导波或表面波的磁场的多个磁偶极响应的多个互补元材料元件。
35.如权利要求34所述的天线，其中，所述多个互补元材料元件为多个互补电LC元材料元件。
36.如权利要求34所述的天线，其中，所述多个磁偶极响应为与所述一个或多个传导表面平行取向的多个平面内磁偶极响应。
37.如权利要求36所述的天线，其中，所述多个平面内磁偶极响应包括沿与所述一个或多个传导表面平行的第一方向取向的第一多个平面内磁偶极响应以及沿与所述第一方向垂直且与所述一个或多个传导表面平行的第二方向取向的第二多个平面内磁偶极响应。
38.一种方法，其包括：
传播第一被引导波或表面波以将第一多个相对相位输送到相应的多个位置；
在选自所述相应的多个位置的第一成组的位置处与所述第一被引导波或表面波耦合以在所述第一成组的位置处生成第一多个电磁振荡，所述第一多个电磁振荡生成第一辐射场；
传播第二被引导波或表面波以将第二多个相对相位输送到所述相应的多个位置，其中所述第二多个相对相位与所述第一多个相对相位基本相同；以及
在选自所述相应的多个位置的第二成组的位置处与所述第二被引导波或表面波耦合以在所述第二成组的位置处生成第二多个电磁振荡，所述第二多个电磁振荡生成不同于所述第一辐射场的第二辐射场。
39.如权利要求38所述的方法，其中：
所述第一被引导波或表面波和所述第一辐射场限定第一干涉图案，并且选自所述相应的多个位置的所述第一成组的位置对应于所述第一干涉图案的构造性干涉区域内的成组的位置；并且
所述第二被引导波或表面波和所述第二辐射场限定不同于所述第一干涉图案的第二干涉图案，并且选自所述相应的多个位置的所述第二成组的位置对应于所述第二干涉图案的构造性干涉区域内的成组的位置。
40.一种方法，其包括：
在多个位置处接收第一自由空间波；
在选自所述多个位置的第一成组的位置处与所述第一自由空间波耦合以在所述第一成组的位置处生成第一多个电磁振荡，所述第一多个电磁振荡在所述多个位置处生成具有第一多个相对相位的第一被引导波或表面波；
在所述多个位置处接收不同于所述第一自由空间波的第二自由空间波；
在选自所述多个位置的第二成组的位置处与所述第二自由空间波耦合以在所述第二成组的位置处生成第二多个电磁振荡，所述第二多个电磁振荡在所述多个位置处生成具有第二多个相对相位的第二被引导波或表面波，其中所述第二多个相对相位与所述第一多个相对相位基本相同。
41.如权利要求40所述的方法，其中：
所述第一被引导波或表面波和所述第一自由空间波限定第一干涉图案，并且选自所述相应的多个位置的所述第一成组的位置对应于所述第一干涉图案的构造性干涉区域内的成组的位置；并且
所述第二被引导波或表面波和所述第二自由空间波限定不同于所述第一干涉图案的第二干涉图案，
并且选自所述相应的多个位置的所述第二成组的位置对应于所述第二干涉图案的构造性干涉区域内的成组的位置。
42.一种方法，其包括：
选择第一天线辐射图案；以及
对于响应于一个或多个控制输入可调节的表面散射式天线，确定与所选的所述第一天线辐射图案对应的所述一个或多个控制输入的第一值。
43.如权利要求42所述的方法，其中，所述表面散射式天线具有多个散射元件，所述多个散射元件具有作为所述一个或多个控制输入的函数的相应的可调节物理参数。
44.如权利要求43所述的方法，其中，所述一个或多个控制输入的所述第一值的所述确定包括：
确定所述相应的可调节物理参数的相应第一值以提供所选的所述第一天线辐射图案；以及
确定与所述相应的可调节物理参数的所确定的所述相应第一值对应的所述一个或多个控制输入的所述第一值。
45.如权利要求43所述的方法，其中，所述相应的可调节物理参数为所述多个散射元件的相应的可调节谐振频率。
46.如权利要求43所述的方法，其中，所述一个或多个控制输入包括用于所述多个散射元件的多个相应的偏压。
47.如权利要求43所述的方法，其中，所述多个散射元件可按排和按列寻址，并且所述一个或多个控制输入包括成组的排输入和成组的列输入。
48.如权利要求43所述的方法，其中，所述多个散射元件由具有可调节增益的成组的馈电线馈电，并且所述一个或多个控制输入包括所述可调节增益。
49.如权利要求43所述的方法，其进一步包括：
提供用于所述表面散射式天线的所述一个或多个控制输入的所述第一值。
50.如权利要求42所述的方法，其中，所述第一天线辐射图案的选择包括天线束方向的选择。
51.如权利要求50所述的方法，其中，所述天线束方向对应于远程通信卫星的方向。
52.如权利要求50所述的方法，其中，所述天线束方向对应于远程通信基站的方向。
53.如权利要求50所述的方法，其中，所述天线束方向对应于远程通信移动平台的方向。
54.如权利要求42所述的方法，其中，所述第一天线辐射图案的所述选择包括一个或多个零陷方向的选择。
55.如权利要求42所述的方法，其中，所述第一天线辐射图案的所述选择包括天线束宽度的选择。
56.如权利要求42所述的方法，其中，所述第一天线辐射图案的所述选择包括多束布置的选择。
57.如权利要求42所述的方法，其中，所述第一天线辐射图案的所述选择包括总体相位的选择。
58.如权利要求42所述的方法，其中，所述第一天线辐射图案的所述选择包括偏振状态的选择。
59.如权利要求58所述的方法，其中，所选的所述偏振状态为圆偏振状态。
60.如权利要求58所述的方法，其中，所选的所述偏振状态为线性偏振状态。
61.如权利要求42所述的方法，其进一步包括：
选择不同于所述第一天线辐射图案的第二天线辐射图案；以及
确定与所选的所述第二天线辐射图案对应的所述一个或多个控制输入的第二值。
62.如权利要求61所述的方法，进一步包括：
提供用于所述表面散射式天线的所述一个或多个控制输入的所述第二值。
63.如权利要求61所述的方法，其中，所述第一天线辐射图案的所述选择包括第一天线束方向的选择，并且所述第二天线辐射图案的所述选择包括不同于所述第一天线束方向的第二天线束方向的选择。
64.如权利要求63所述的方法，其中，所选的所述第一天线辐射图案提供与所述第一天线束方向对应的第一偏振状态，所选的所述第二天线辐射图案提供对应于所述第二天线束方向的第二偏振状态，并且所述第一偏振状态与所述第二偏振状态基本相同。
65.如权利要求64所述的方法，其中，所述第一和第二偏振状态为圆偏振状态。
66.如权利要求64所述的方法，其中，所述第一和第二偏振状态为线性偏振状态。
67.如权利要求63所述的方法，其中，所述第一和第二天线束方向对应于第一和第二远程通信卫星的方向。
68.如权利要求63所述的方法，其中，所述第一和第二天线束方向对应于选自包括远程通信卫星、远程通信基站或远程通信移动平台的多个物体中的第一和第二物体的方向。
69.一种方法，其包括：
识别用于第一表面散射式天线的第一目标，所述第一表面散射式天线具有响应于一个或多个第一控制输入的第一可调节辐射图案；以及
重复地调节所述一个或多个第一控制输入以提供响应于所述第一目标和所述第一表面散射式天线之间的第一相对运动的所述第一可调节辐射图案的基本连续的变化。
70.如权利要求69所述的方法，其中，所述第一相对运动为所述第一目标的平移。
71.如权利要求69所述的方法，其中，所述第一相对运动为所述第一表面散射式天线的平移或旋转。
72.如权利要求69所述的方法，其中，所述第一相对运动为所述第一目标的平移和所述第一表面天线的平移或旋转的组合。
73.如权利要求69所述的方法，其中，选择所述第一可调节辐射图案的所述基本连续的变化以将所述第一目标基本保持在所述第一可调节辐射图案的主束内。
74.如权利要求69所述的方法，其中，选择所述第一可调节辐射图案的所述基本连续的变化以将所述第一目标基本保持在所述第一可调节辐射图案的零陷处。
75.如权利要求69所述的方法，其中，选择所述第一可调节辐射图案的所述基本连续的变化以在所述第一目标的位置处提供基本恒定的偏振状态。
76.如权利要求75所述的方法，其中，所述基本恒定的偏振状态为圆偏振状态。
77.如权利要求75所述的方法，其中，所述基本恒定的偏振状态为线性偏振状态。
78.如权利要求69所述的方法，其中，所述第一目标为远程通信卫星。
79.如权利要求69所述的方法，其中，所述第一目标为远程通信基站。
80.如权利要求69所述的方法，其中，所述第一目标为远程通信移动平台。
81.如权利要求69所述的方法，其进一步包括：
识别用于第二表面散射式天线的第二目标，所述第二表面散射式天线具有响应于一个或多个第二控制输入的第二可调节辐射图案；以及
重复地调节所述一个或多个第二控制输入以响应于所述第二目标和所述第二表面散射式天线之间的相对运动来提供所述第二可调节辐射图案的基本连续的变化。
82.如权利要求81所述的方法，其中，所述第一和第二目标为远程通信卫星的星区的成员。
83.如权利要求81所述的方法，其中，所述第一相对运动为所述第一目标的平移，并且所述第二相对运动为所述第二目标的平移。
84.如权利要求81所述的方法，其中：
所述第一相对运动为所述第一目标的平移和所述第一表面天线的平移或旋转的组合；
所述第二相对运动为所述第二目标的平移和所述第二表面天线的平移或旋转的组合；以及
所述第一表面天线的所述平移或旋转与所述第二表面天线的所述平移或旋转相同。
85.如权利要求81所述的方法，其中，选择所述第一可调节辐射图案的所述基本连续的变化以将所述第一目标基本保持在所述第一可调节辐射图案的主束内，并且选择所述第二可调节辐射图案的所述基本连续的变化以将所述第二目标基本保持在所述第二可调节辐射图案的主束内。
86.如权利要求85所述的方法，其进一步包括：
调节所述一个或多个第一控制输入以将所述第二目标基本置于所述第一可调节辐射图案的所述主束内。
87.如权利要求86所述的方法，进一步包括：
识别不同于所述第一和第二目标的用于第二表面散射式天线的新目标；以及
调节所述一个或多个第二控制输入以将所述新目标基本置于所述第二可调节辐射图案的所述主束内。
88.一种系统，其包括：
表面散射式天线，其响应于一个或多个控制输入而可调节；
天线控制电路系统，其被配置为提供所述一个或多个控制输入；以及
通信电路系统，其与所述表面散射式天线的馈电结构耦合。
89.如权利要求88所述的系统，其中，所述表面散射式天线具有多个散射元件，所述多个散射元件具有作为所述一个或多个控制输入的函数的相应的可调节物理参数。
90.如权利要求89所述的系统，其中，所述一个或多个控制输入包括用于所述多个散射元件的多个相应的偏压。
91.如权利要求89所述的系统，其中，所述多个散射元件可按排和按列寻址，并且所述一个或多个控制输入包括成组的排输入和成组的列输入。
92.如权利要求89所述的系统，其中，所述馈电结构包括具有相应的多个放大器的多个馈电器，并且所述一个或多个控制输入包括所述相应的多个放大器的可调节增益。
93.如权利要求88所述的系统，其中，所述天线控制电路系统包括：
存储介质，其包括将成组的天线辐射图案参数与所述一个或多个控制输入的相应组的值映射的查找表。
94.如权利要求93所述的系统，其中，所述成组的天线辐射图案参数包括成组的天线束方向。
95.如权利要求93所述的系统，其中，所述成组的天线辐射图案参数包括成组的天线零陷方向。
96.如权利要求93所述的系统，其中，所述成组的天线辐射图案参数包括成组的天线束宽度。
97.如权利要求93所述的系统，其中，所述成组的天线辐射图案参数包括成组的偏振状态。
98.如权利要求88所述的系统，其中，所述天线控制电路系统包括：
处理器电路系统，其被配置为计算与期望的天线辐射图案参数对应的所述一个或多个控制输入的成组的值。
99.如权利要求98所述的系统，其中，所述处理器电路系统被配置为通过计算与所述期望的天线辐射图案参数对应的全息图案来计算所述一个或多个控制输入的所述成组的值。
100.如权利要求88所述的系统，其进一步包括：
传感器单元，其被配置为检测所述表面散射式天线的环境条件。
101.如权利要求100所述的系统，其中，所述传感器单元包括选自GPS传感器、温度计、回转仪、加速计和应变仪中的一个或多个传感器。
102.如权利要求100所述的系统，其中，所述环境条件包括所述表面散射式天线的位置、取向、温度或机械变形。
103.如权利要求100所述的系统，其中，所述传感器单元被配置为将环境条件数据提供给所述天线控制电路系统，并且所述天线控制电路包括：
电路系统，其被配置为调节所述一个或多个控制输入以补偿所述表面散射式天线的所述环境条件的变化。
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