CN105706304B

CN105706304B - 表面散射天线的改进

Info

Publication number: CN105706304B
Application number: CN201480028484.9A
Authority: CN
Inventors: 亚当·比利; 杰夫·达拉斯; 拉塞尔·J·汉尼根; 内森·孔特茨; 大卫·R·纳什; 瑞安·艾伦·史蒂文森
Original assignee: Searete LLC
Current assignee: Searete LLC
Priority date: 2013-03-15
Filing date: 2014-02-20
Publication date: 2019-06-25
Anticipated expiration: 2034-02-20
Also published as: EP2973860B1; JP6695933B2; KR20150137079A; US10090599B2; KR102164703B1; EP2973860A4; WO2014149341A1; EP2973860A1; US9385435B2; JP2016512408A; JP2018201209A; JP6374480B2; CN105706304A; US20140266946A1; US20160359234A1

Abstract

表面散射天线通过可调耦合沿波传播结构的散射元件来提供可调的辐射场。在一些方法中，所述散射元件是贴片元件。在一些方法中，所述散射元件通过设置诸如液晶等可电调节的材料在散射元件附近来实现可调。各方法和系统为各种应用提供了表面散射天线的控制和调节。

Description

表面散射天线的改进

技术领域

本发明涉及与天线相关的技术领域。

背景技术

通过引用，将包括任何优先权权利要求在内的优先级申请和相关申请以及优先级申请和相关申请的父专利、祖专利、曾祖专利等任何和所有的主题并入本文，并入的程度是这样的主题与本文不相矛盾。

发明内容

本发明提供了一种天线，其包括：波传播结构；和沿着所述波传播结构配置的多个亚波长贴片元件，其元件间间隔比对应于所述天线的工作频率的自由空间波长实质上小，其中所述多个亚波长贴片元件具有对所述波传播结构的导波模式的多个可调的独立的电磁响应，并且所述多个可调的独立的电磁响应提供所述天线的可调的辐射场，其中所述波传播结构包括一个或多个导电表面，并且所述多个亚波长贴片元件对应于至少部分地放置于在所述一个或多个导电表面中的相应的多个虹膜上方的多个导电贴片，并且所述天线还包括：被配置为提供在所述多个导电贴片和所述导电表面之间的各自的偏置电压的多个偏置电压线；和设置在所述多个导电贴片和所述导电表面中的所述多个虹膜之间的电调节材料。

本发明还提供了一种产生辐射场的方法，其包括：传播第一导波，以将第一多个相对相位提供到相应的多个位置；在从所述相应的多个位置中选择的第一组位置耦合到所述第一导波，以从所述第一组位置辐射第一多个椭圆极化波，所述第一多个椭圆极化波产生第一辐射场；传播第二导波，以将第二多个相对相位提供到所述相应的多个位置，其中所述第二多个相对相位实质上等于所述第一多个相对相位；以及在从所述相应的多个位置中选择的第二组位置耦合到所述第二导波，以从所述第二组位置辐射第二多个椭圆极化波，所述第二多个椭圆极化波产生与所述第一辐射场不同的第二辐射场。

本发明还提供了一种产生导波的方法，其包括：在多个位置处接收第一椭圆极化自由空间波；在从所述多个位置中选择的第一组位置耦合到所述第一椭圆极化自由空间波，以在所述第一组位置产生第一多个电磁振荡，所述第一多个电磁振荡产生在所述多个位置具有第一多个相对相位的第一导波；在所述多个位置处接收与所述第一椭圆极化自由空间波不同的第二椭圆极化自由空间波；在从所述多个位置中选择的第二组位置耦合到所述第二椭圆极化自由空间波，以在所述第二组位置处产生第二多个电磁振荡，所述第二多个电磁振荡产生在所述多个位置具有第二多个相对相位的第二导波，其中所述第二多个相对相位实质上等于所述第一多个相对相位。

附图说明

图1是表面散射天线的示意图。

图2A和2B分别示出了用于表面散射天线的示例性的调整模式和相应的波束模式。

图3A和3B分别示出了用于表面散射天线的另一示例性的调整模式和相应的波束模式。

图4A和4B分别示出了用于表面散射天线的另一示例性的调整模式和相应的场模式。

图5示出了包括贴片元件的表面散射天线的实施方式。

图6A和6B示出了在波导上的贴片元件的例子。

图6C示出了用于波导模式的场线。

图7示出了液晶排列。

图8A和8B示出了示例性的反向电极的配置。

图9示出了带有散射元件的直接寻址的表面散射天线。

图10示出了带有散射元件的矩阵寻址的表面散射天线。

图11A、12A和13示出了各种偏置电压驱动方案。

图11B和12B示出了偏压驱动电路。

图14示出了系统框图。

图15和16示出了流程图。

具体实施方式

在以下的详细说明中参考了附图，这些附图形成了其一部分。在附图中，除非上下文另有指示，类似的符号通常标识相似的部件。在详细说明、附图和权利要求中说明的说明性实施方案并不意味着是限制性的。在不偏离这里所讲的主题的精神或范围的前提下，可以使用其它实施方案，可以进行其它改变。

表面散射天线的示意图示于图1。表面散射天线100包括沿波传播结构104分布的多个散射元件102a和102b。波传播结构104可以是微带、共面波导、平行板波导、电介质片、封闭式或管状波导、或能够支持导波或表面波105沿构件或在构件内传播的任何其它构件。波浪线105是导波或表面波的符号表示，并且这个符号表示并不旨在表示导波或表面波的实际波长或振幅；而且，虽然波浪线105被示出为是在波传播结构104(例如，作为用作在金属波导中的导波)内，但对于表面波，该波可以是基本上在波传播结构外本地化(例如，作为单线传输线路的TM模式或在人工阻抗表面上的“模仿等离激元”)。散射元件102a、102b可以包括嵌入波传播结构104内、放置在波传播结构104的表面上、或者放置在波传播结构104的短暂接近处的散射元件。例如，散射元件可以包括互补的超材料元件，例如在D.R.Smith等人的美国专利申请公开号2010/0156573《Metamaterials for surfaces and waveguides》和A.Bily等人的美国专利申请公开号2012/0194399《Surface scattering antennas》中所讲的那些，在此通过引用将其每一个并入。作为另一个例子，如下文所讨论的那样，散射元件可以包括贴片元件。

表面散射天线还包括被配置为将波传播结构104耦合到馈送构件108的至少一个馈送连接器106。馈送构件108(示意性地表示为同轴电缆)可以是传输线、波导、或能够提供电磁信号的任何其它构件，电磁信号可经由馈送连接器106发射进入波传播结构104的导波或表面波105内。馈送连接器106可以是例如同轴-微带连接器(如SMA-至-PCB适配器)、同轴-至-波导连接器、模式匹配过渡部分等。虽然图1示出了在“最终发射”构件中的馈送连接器，但导波或表面波105可以从波传播结构的周边区(例如，从微带的一端或从平行板波导的边缘处)发射，在其它实施方案中，馈送构件可以附着到波传播结构的非周边部分，从而使导波或表面波105可以从波传播结构的非周边的部分发射(例如，从微带的中点或通过在平行板波导的顶部板或底部板上钻的孔)；其它的实施方案可提供多个连接于在多个位置处(外周和/或非外周)的波传播结构的馈送连接器。

散射元件102a、102b是具有电磁特性的可调散射元件，电磁特性是可响应于一个或多个外部输入来调节的。各种可调散射元件的实施方案在例如在前面引用的D.R.Smith等的文献中有说明，并且在本公开中进一步进行说明。可调散射元件可包括响应于电压输入(例如，用于有源元件(如变容二极管、晶体管、二极管)或包含可调谐介电材料(如铁电体或液晶)的元件的偏置电压))、电流输入(如，将电荷载体直接注入到有源元件)、光纤输入(如，光敏材料的光照)、场输入(如，用于包括非线性磁性材料的元件的磁场)、机械输入(如，MEMS、致动器、液压)等可调的元件。在图1的示意性的例子中，已被调节为具有第一电磁特性的第一状态的散射元件被示为第一元件102a，而已被调节为具有第二电磁特性的第二状态的散射元件被示为第二元件102b。示出具有对应于第一电磁特性和第二电磁特性的第一状态和第二状态的散射元件并不是旨在进行限制：实施方案可以提供是离散可调的散射元件以从离散的多个对应于不同的电磁特性的离散的多个状态中选择，或可以提供是连续可调的散射元件以从对应于连续的不同的电磁特性的连续状态中选择。另外，示于图1的特定模式的调整(即，元件102a和102b的交替配置)仅为示例性的配置，并不意图是限制性的。

在图1的例子中，散射元件102a、102b具有耦合到分别是第一电磁特性和第二电磁特性的函数的导波或表面波105的第一耦合和第二耦合。例如，第一耦合和第二耦合可以是在导波或表面波的频率或频带处的散射元件的第一极化和第二极化。在一种方法中，第一耦合基本上是非零耦合，而第二耦合基本上是零耦合。在另一种方法中，两个耦合都是基本上为非零，但第一耦合比比第二耦合明显大(或小)。考虑到第一耦合和第二耦合，第一散射元件102a和第二散射元件102b响应于导波或表面波105，以产生幅度是相应的第一耦合和第二耦合的函数(例如成正比)的多个散射电磁波。散射电磁波的叠加包括在本例子作为从表面散射天线100辐射的平面波110示出的电磁波。

平面波的出现可通过有关将散射元件的调整的特定模式为定义散射导波或表面波105以产生平面波110的光栅的模式(例如，交替排列在图1中的第一散射元件和第二散射元件)来理解。因为这一模式是可调的，所以，表面散射天线的一些实施方案可以提供可调光栅，或更一般地，可以提供全息图，其中，所述散射元件的调整模式可以根据全息原则选定。例如，假设导波或表面波可用是沿着波传播结构104的位置的函数的、复杂的标量输入波Ψ_in来表示，并且理想的是，表面散射天线产生可由另一个复杂的标量波Ψ_out表示的输出波。然后，散射元件的调整模式可以选择为对应于沿着波传播结构的输入波及输出波的干涉模式。例如，散射元件可以被调整，以提供到导波或表面波的耦合，导波或表面波是由给出的干扰项的函数(例如，成比例或阶梯函数)。以这种方式，表面散射天线的实施方案可以被调整，以通过识别对应于选择的波模式的输出波、然后如上所述调整所述散射元件来提供任意的天线辐射模式。因此，表面散射天线的实施方案可以进行调整，以提供例如选择的波束方向(如波束转向)、选择的波宽或形状(例如，具有宽的或窄的波宽的风扇形或笔形光束)、选择的空值排列(例如零转向)、选择的多波束排列、选择的极化状态(例如线性、圆形或椭圆极化)、选择的整体相、或它们的任意组合。可替换地或者另外地，表面散射天线的实施方案可以进行调整，以提供选择的近场辐射信息，例如以提供近场聚焦和/或近场空值。

因为干涉模式的空间分辨率是由散射元件的空间分辨率限制的，所以，散射元件可以沿着波传播结构配置，元件间间隔比对应于该装置的工作频率的自由空间波长小得多(例如，小于这个自由空间波长的三分之一、四分之一或五分之一)。在一些方法中，工作频率是从诸如L、S、C、X、Ku、K、Ka、Q、U、V、E、W、F和D的频带中选择的微波频率，对应的频率范围为从约1GHz至170GHz，自由空间波长的范围为从几毫米到几十厘米。在其它方法中，工作频率为RF频率，例如为在大约100MHz到1GHz的范围内。在另外的其它方法中，工作频率为毫米波频率，例如在约170GHz至300GHz的范围内。这些长度尺度的范围认可使用常规的印刷电路板或光刻技术进行散射元件的制造。

在一些方法中，表面散射天线包括具有基本上为一维排列的散射元件的、基本上为一维的波传播结构104，而调整这个一维排列的模式可提供例如是顶峰角的函数的选择的天线辐射轮廓(即相对于平行于所述一维波传播结构的顶峰方向)。在其它方法中，表面散射天线包括具有基本上为二维排列的散射元件的、基本上为二维的波传播结构104，调整该二维排列的模式可以提供例如是顶峰角和方位角(即相对于垂直于二维波传播结构的顶峰方向)两者的函数的选择的天线辐射轮廓。图2A-4B示出了包括在平面矩形波传播结构上分布的二维散射元件阵列的表面散射天线的示例性调节模式和波束模式。在这些示例性实施方案中，平面矩形波传播结构包括放置在所述结构的几何中心的单极天线馈送。图2A示出了对应于具有由图2B的波束模式图示出的所选择的顶峰角和方位角的窄波束的调整模式。图3A示出了对应于具有由图3B的波束模式图示出的双波束远场模式的调整模式。图4A示出了提供如由图4B的场强图(其示出了沿垂直于并且等分所述矩形波传播结构的长尺寸的平面的电场强度)示出的近场聚焦的调整模式。

在一些方法中，波传播结构是模块化的波传播结构，多个模块化波传播结构可以组装，以构成模块化表面散射天线。例如，多个基本上为一维的波传播结构可以被布置为例如为叉指的方式，以产生有效的散射元件的二维布置。叉指布置可以包括例如基本上填充二维表面面积的一系列相邻的线性构件(即成组平行直线)或一系列相邻弯曲的构件(即一组依次偏移的曲线，如正弦波)。这些叉指布置可包括具有树构件的馈送连接器，例如具有二进制树，其提供从馈送构件108向多个线性构件(或其反向)分发能量的重复分叉。作为另一实例，多个基本上为二维波传播结构(其每一个可以本身包括一系列的一维构件，如上所述)可以被组装，以产生具有较大数量的散射部件的较大孔径；和/或所述多个基本上为二维的波传播结构可以组装成三维构件(例如，形成A形框架构件、金字塔形构件或者其它多面构件)。在这些模块化构件中，每一个所述多个模块化波传播结构可具有其自己的馈送连接器106和/或模块化波传播结构可以被配置为借助于两个构件之间的连接将第一模块化的波传播结构的导波或表面波耦合到第二模块化的波传播结构导波或表面波中。

在模块化方法的一些应用中，进行组装的模块数目可被选择为实现提供期望的电信数据容量和/或服务质量的孔径大小，和/或所述模块的三维布置可被选择为减少潜在的扫描丢失。因此，例如，模块化组件可以包括安装在涌到如飞机、航天机、船只、地面车辆等装置表面的不同位置/方向上的几个模块(模块不必是连续的)。在这些和其它方法中，波传播结构可以具有基本上非线性的或基本上为非平面的形状，从而使之符合特定的几何形状，因此，提供了共形表面散射天线(例如与车辆的弯曲表面一致)。

更一般地，表面散射天线是可通过选择散射元件的调整的模式以使导波或表面波的相应散射产生所希望的输出波而进行重新配置的可重构天线。假设，例如该表面散射天线包括在位置{r_j}处沿着如图1的波传播结构104(或沿着多个波传播结构，对于模块化实施方案)分布的和具有相应的多个与导波或表面波105可调耦合{α_j}的多个散射元件。因为导波或表面波105沿着(一个或多个)波传播结构或在其内传播，所以，导波或表面波105对第j个散射元件呈现波幅A_j和相位随后，输出波作为从多个散射元件中散射的波的叠加被产生：

式中，E(θ,φ)表示在远场辐射球面上的输出波的电场分量，R_j(θ,φ)表示响应于耦合α_j所引起的激励由第j个散射元件产生的散射波的(正态化)电场模式，k(θ,φ)表示在(θ,φ)垂直于所述辐射球面的幅度ω/c的波矢量。因此，表面散射天线的实施方案可以提供可调整的可重构天线，可重构天线通过根据式(1)调整该多个耦合{α_j}以产生期望的输出波E(θ,φ)。

导波或表面波的波幅A_j和相位是波传播结构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，这些有效电磁特性可以至少部分地由沿波传播结构的散射元件的布置和调整所确定。换句话说，波传播结构和可变散射元件的组合可以为导波或表面波的传播提供可调的有效介质，如前面引用的D.R.Smith等人所述。因此，虽然导波或表面波的波幅A_j和相位可取决于可调散射元件耦合{α_j}(即A_i＝A_i({α_j})，))，但在一些实施方案中，这些依赖性可以基本上根据波传播结构的有效介质说明进行预测。

在一些方法中，可重构天线是可调的，以提供输出波形E(θ,φ)的所需的偏光状态。假设，例如，散射元件的第一子集LP⁽¹⁾和第二子集LP⁽²⁾分别提供(正态化)电场模式R⁽¹⁾(θ,φ)和R⁽²⁾(θ,φ)，它们基本上直线极化和基本正交(例如，第一子集和第二子集可以是垂直于波传播结构(104)的表面取向的散射元件。那么，天线输出波E(θ,φ)可被表示为2个线性极化分量的总和：

E(θ,φ)＝E⁽¹⁾(θ,φ)+E⁽²⁾(θ,φ)＝Λ⁽¹⁾R⁽¹⁾(θ,φ)+Λ⁽²⁾R⁽²⁾(θ,φ) (2)

式中

是两个线性极化分量的复振幅。相应地，输出波E(θ,φ)的极化可通过根据式(2)-(3)调整多个耦合{α_j}来控制，以提供具有任何所需极化的输出波(例如线性、圆形或椭圆形)。

可替换地或另外地，对于波传播结构具有多个馈送(例如，为一维波传播结构的叉指排列的每一个“指”提供一个馈送，如以上所讨论的)的实施方案，所希望的输出波E(θ,φ)可通过调整用于多个馈送的个别放大器增益的来控制。调整用于特定的馈送线的增益将对应于对由特定的馈送线馈送的这些元件j，将A_j's乘以增益G因子。特别是，对于其中第一波传播构件的第一馈送(或第一组这样的构件/馈送)被耦合到从LP⁽¹⁾中选择的元件、和第二波传播构件具有第二馈送(或第二组这样的构件/馈送)耦合到从LP⁽²⁾中选择的元件的方法，去极化损失(如，当光束扫描离开宽边时)可以通过调节在第一馈送和第二馈送之间的相对增益来补偿。

如先前在图1的上下文中提及的，在一些方法中，表面散射天线100包括波传播结构104，其可以作为一封闭的波导(或多个封闭波导)被实现；在这些方法中，散射元件可以包括互补的超材料元件或贴片元件。示例性的包括互补的超材料元件的封闭的波导示于前面引用的A.Bily等人的图10和图11。另一个示例性的、包括贴片元件的封闭波导的实施方案示于图5。在本实施方案中，具有矩形横截面的封闭波导由槽502和具有下部导体512、中间电介质514和上部导体516三个层的第一印刷电路板510定义。上部导体和下部导体可以通过缝合的通孔(未示出)进行电连接。槽502可以被实现为研磨或铸造金属片以提供封闭波导的“地板和墙壁”、而第一印刷电路板510提供波导的“天花板”。可选择地，槽502可以用环氧层压材料(如FR-4)实现，其中所述波导通道被按线路发送或机械加工，然后使用类似于标准PCB穿孔/通孔工艺加镀(例如铜)。在第一印刷电路板510上的覆盖是电介质隔离物520和第二印刷电路板530。如晶胞(unit cell)剖开图所示，传导表面516具有允许在导波和谐振器元件540之间耦合的虹膜518，谐振器元件540在这种情况下是设置在第二印刷电路板530的下表面的矩形贴片元件。通过第二印刷电路板530的电介质层534的通孔536可用于将偏置电压线538连接到贴片元件540。贴片元件540可以可选地通过穿过介电层534延伸的通孔550的柱廊界定，以减少相邻的晶胞之间的耦合或串扰。介质隔离物520包括在虹膜518和贴片540之间的剖开区525，并且此剖开区填充有电可调谐介质(如液晶介质)来完成单元共振的调谐。

虽然图5的波导实施方案提供了具有简单矩形横截面的波导，但在一些方法中，波导可以包括一个或多个脊(如在双脊波导中)。脊型波导可以提供比简单的矩形波导更大的带宽，脊的几何形状(宽度/高度)可沿着波导的程度方向变化，以控制与散射元件的耦合(例如，以提高孔径效率和/或控制光束分布的孔径锥形)和/或提供平滑的阻抗过渡(例如，从SMA连接器馈送)。可替换地或另外地，所述波导可以装载有介电材料(如聚四氟乙烯)。此介电材料可以占据波导横截面的全部或一部分，并且已被占用截面的量也可以沿波导的长度逐渐锥形化。

虽然图5的例子示出了通过狭窄虹膜518馈送的矩形贴片540，但也可以使用各种贴片和虹膜几何形状，示例性配置示于图6A-6B。这些图示出了沿具有中心轴线612的封闭波导610向下看时的贴片601和虹膜602的配置。图6A示出了沿y方向取向的矩形贴片601和由沿x方向取向的狭缝状的虹膜602馈送的边缘。图6B示出六边形的贴片601，中心由圆形虹膜602馈送。六角型贴片可以包括凹口603，以调整贴片的谐振频率。应该理解的是，虹膜和贴片可以采取多种其它形状，包括矩形、正方形、椭圆形、圆形或多边形，可以具有或不具有凹口或凸出来调整共振频率，并且在贴片和虹膜之间的相对横向(x和/或y)位置可以被调整，以实现期望的贴片响应，例如边馈送或中心馈送。例如，偏移馈送可以用于刺激圆极化辐射。虹膜和/或贴片的位置、形状和/或尺寸可沿波导的长度逐步调整或锥形化，以控制耦合到贴片元件的波导(例如，以提高整体的孔径效率和/或控制光束轮廓的光孔径锥形化)。

因为虹膜602通过存在于波导的上表面的H场将贴片601耦合到导波模式中，虹膜可以特别沿y方向定位(垂直于波导)，来利用H场在波导的上表面上的模式。图6C示出了对于矩形波导的主导TE10模式的H场模式。在波导的中心轴612，H场完全沿x方向定向，而在波导的边缘614，H场完全沿y方向定向。对于沿x方向取向的狭缝状的虹膜，贴片和波导之间的虹膜介导的耦合可以通过改变虹膜的x位置来调整；因此，例如，狭缝状的虹膜可置于波导左右两侧离开中心轴612等距离，以进行等耦合，如在图6A中所示。虹膜的X定位也可以沿波导的长度逐步调整或锥形化，以控制到贴片元件的耦合(例如，以提高整体的孔径效率和/或控制光束轮廓的孔径锥形化)。

对于图6C中的在中心轴612和边缘614之间的中间位置，H场具有x和y分量两者，当导波模式沿着波导传播时，在固定虹膜位置扫出椭圆。因此，在贴片和波导之间的虹膜介导的耦合可以通过改变虹膜的x位置进行调整：改变离开中心轴612的距离调整耦合的H场的偏心率，从中心轴的一侧切换到另一侧反转耦合的H场的旋转方向。

在一种方法中，离开波导612的中心轴的固定位置的H场的旋转可以被利用来提供利用这个H场旋转进行圆形极化的波束。有具有相互正交的极化态的两个谐振模式的贴片可以利用H场激励的旋转产生圆形或椭圆形极化。例如，对于在图6C的+y方向上传播的导波TE10模，在波导的中心轴与左边缘中间放置虹膜和中心馈送方形或圆形贴片将为贴片产生右旋圆极化辐射模式，而在波导的中心轴与右边缘中间放置虹膜和中心馈送方形或圆形贴片将为贴片产生左旋圆极化辐射模式。因此，通过将在波导的左半侧的有源元件切换到波导的右半侧的有源元件，或者通过反转导波TE10模的传播方向(例如，通过从相对端馈送波导)，天线可在极化状态之间切换，反之亦然。

可替换地，对于产生线性极化模式的散射元件，如对于图6A的配置，线性极化可通过在散射元件上面放置线性极化到圆极化转换构件而转换为圆极化。例如，可将四分之一波片或曲折线构件放置在散射元件上方。四分之一波片可包括各向异性的介电材料(例如，参见H.S.Kirschbaum和S.Chen的《A Method of Producing Broad-Band CircularPolarization Employing an Anisotropic Dielectric》(IRETrans.Micro.Theory.Tech.，Vol.5，No.3，pp.199-203，1957)和J.Y.Chin等人的《Anefficient broadband metamaterial wave retarder》(Optics Express，第17卷第9期，第7640-7647页，2009年)，和/或也可以用人工磁材料实现(例如，见Dunbao Yan等人的《ANovel Polarization Convert Surface Based on Artificial Magnetic Conductor》(Asia-Pacific Microwave Conference Proceedings，2005年)。曲折线性极化器通常由具有交织的隔离层(如闭孔泡沫)的2、3、4或更多层导电曲折线阵列(例如，如在诸如杜劳特铬合金钢的薄介电基片上的铜)构成。曲折线性极化器可以根据已知技术设计并实现，例如在Young等人的《Meander-Line Polarizer》(IEEE Trans.Ant.Prop.，第376-378页，1973年5月)和R.S.Chu与K.M.Lee的《Analytical Model of a Multilayered Meander-LinePolarizer Plate with Normal and Oblique Plane-Wave Incidence》(IEEETrans.Ant.Prop.，第AP-35卷第6期，第652-661页，1987年6月)。在包括线性化到圆极化转换构件的实施方案中，转换构件可并入到为天线提供环境绝缘的天线罩，或者可以用作为天线提供环境绝缘的天线罩。此外，转换构件可以翻转，以反转发射或接收的辐射的极化状态。

占据在图6的虹膜118和贴片140之间的剖开区125的电可调介质可以包括液晶。液晶具有是包括液晶的分子取向的函数的介电常数；取向可通过在液晶上施加偏压(等效地，偏置电场)来控制；相应地，液晶可以提供用于调整散射元件的电磁特性的电压可调的介电常数。在不同的实施方案中可部署的示例性液晶包括4-氰基-4'-氰基连苯和高双折射共晶LC混合物，如LCMS-107(LC Matter)或GT3-23001(Merck)。

一些方法可以利用双频液晶。在双频液晶中，液晶指向矢排列为基本上平行于在较低的频率下所施加的偏置场，但基本上垂直于在较高的频下施加的偏置场。因此，对于采用这些双频液晶的方法，散射元件的调谐可通过调整所施加的偏置电压信号的频率来实现。

其它方法可采用聚合物网络液晶(PNLC)或聚合物分散液晶(PDLC)，其通常为液晶提供短得多的弛豫/开关时间。一个例子是在向列LC主体(如LCMS-107)中的聚合物的热固化或UV固化的混合物(如BPA-二甲基丙烯酸酯)；参见Y.H.Fan等的《Fast-response andscattering-free polymer network liquid crystals for infrared lightmodulators》(Applied Physics Letters 84，第1233-35页(2004年))，在此通过引用将其并入本文。聚合物-液晶混合物是被描述为PNLC还是PDLC将取决于聚合物和液晶的相对浓度，后者具有浓度较高的聚合物，而LC作为液滴被限制在聚合物网络中。

一些方法可包括嵌入填隙介质内的液晶。一个例子是浸有向列LC(如LCMS-107)的多孔聚合物材料(如聚四氟乙烯膜)；参见T.Kuki等的《Microwave variable delay lineusing a membrane impregnated with liquid crystal》(Microwave Symposium Digest，2002年IEEE MTT-S International，第一卷，第363-366页(2002年))，通过引用将其并入本文。

填隙介质优选是提供了大的表面积以用于无偏液晶的强表面取向的多孔材料。这种多孔材料的实例包括超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)和已处理成亲水性的膨胀聚四氟乙烯(ePTFE)膜。这样的填隙介质的具体例子包括Advantec MFS公司的型号#H020A047A(亲水ePTFE)和DeWal Industries的402P(超高分子量聚乙烯)。

在图5的贴片配置中，可以看出，相对于包含虹膜518的导电表面516，贴片天线的电压偏置会引起占据剖开区525的液晶基本上在垂直方向(z方向)上的排列。相应地，为了增强调谐效应，可能合乎期望的是配置填隙介质和/或取向层，以提供(例如在y方向上的)基本上为水平的无偏液晶排列。这种配置的一个例子示于图7，其示出了与图5中的元件相同的元件的分解图。在本例中，下面的电路板的上部导体516呈现出沿y方向排列的较低的取向层701。这种取向层可以通过下列事项来实现，例如用聚酰亚胺层涂敷下电路板然后拓印(rubbing)或图案化聚酰亚胺层(例如，通过机械加工或光刻法)以引入平行于y方向行进的微凹槽。类似地，上部电介质534和贴片540呈现也沿y方向排列的上部取向层702。液晶浸渍的填隙介质703填充隔离层520的剖开区525；如在图中示意性地示出的那样，间隙介质可以被设计和布置为包括沿y方向延伸的微孔710，为基本上沿y方向的液晶呈现大的表面积。

在一些方法中，可能期望的是将一个或多个反向电极引入晶胞(unit cell)，从而使晶胞可以提供第一偏置和第二偏置(“反偏置”)两者，第一偏置将液晶排列为基本上平行于晶胞谐振模式的电场线，第二偏置(“反偏置”)将液晶排列为基本上垂直于晶胞谐振模式的电场线。引入反偏置的一个优点是，晶胞的调谐速度就不再受液晶的被动弛豫时间限制了。

为了表征反向电极配置，将面内切换方案和垂直切换方案区分开来是有用的，在面内切换方案中，谐振器由与接地平面共面的导电岛定义(例如，如称为“CELC”的谐振器，诸如在前面引用的A.Bily等的文献中说明的那些)，在垂直切换方案中，谐振器由垂直地放置在含有虹膜的接地平面上方的贴片定义(例如如图5所示)。

用于面内切换方式的反向电极配置示于图8A，其示出了由内电极或导电岛801和外电极或接地平面802定义的晶胞谐振器。液晶材料810被诸如聚碳酸酯容器等封闭构件820封闭在谐振器上方。在图8A的示例性反向电极配置中，反向电极被提供作为沉积在封闭构件820的上表面上的诸如铬或钛等导电材料的非常薄的层830。层是足够薄(例如为10-30nm)，以在天线的工作频率上只引入小的损失，但足够导电，以使得与晶胞的更新率相比，(1/RC)充电率是小的。在其它方法中，导电层是诸如聚乙炔等有机导体，其可旋涂在封闭构件820上。在另外的其它方法中，导电层是各向异性导电层，即，对于沿着层的两个正交方向具有两个电导率σ₁和σ₂，各向异性导电层可相对于晶胞谐振器排列，使得晶胞谐振器看到的有效电导率被最小化。例如，各向异性导电层可以由被排列为基本上垂直于晶胞谐振模式的电场线的线或条纹构成。

通过施加对应于内电极801和外电极802之间的电压差V_i-V_o的第一偏压，第一(基本水平的)偏压电场840被建立，第一偏压电场840它基本上平行于晶胞的谐振模式的电场线。另一方面，通过施加对应于在反向电极830与内电极801、外电极802之间的电压差V_c-V_i＝V_c-V_o的第二偏压，第二(基本上垂直的)偏压电场842被建立，第二偏压电场842基本上垂直于晶胞谐振模式的电场线。

在一些方法中，第二偏压可施加比液晶的松驰时间更短的持续时间；例如，第二偏压可施加小于该弛豫时间的二分之一或三分之一的时间。这种方法的一个优点是，虽然第二偏压的施加导致(seed)液晶的弛豫，但然后使液晶弛豫到无偏状态可能比根据偏压电场对齐更可取。

用于垂直切换方案的反向电极配置示于图8B，其示出了由上部贴片804和包含虹膜806的下部接地平面805定义的晶胞谐振器。液晶材料810被包围在上部电介质层808(支撑上部贴片804)和下部电介质层809(支撑下部接地平面805)之间的区域内。在图8B的示例性反向电极配置中，反向电极被提供作为沉积在上介电层808的下表面上的诸如铬或钛等导电材料的非常薄的层830。层830是足够薄(例如为10-30nm)，以在天线的工作频率上只引入小的损失，但足够导电，以使得与晶胞的更新率相比，(1/RC)充电率是小的。其它方法可使用如上所述的有机导体或各向异性导电层。

通过施加对应于在上部电极804和反向电极830与下部电极805之间的电压差V_u-V_l＝V_c-V_l的第一偏压，第一(基本上垂直的)偏压电场844被建立，它基本上平行于晶胞的共振模式的电场线。另一方面，通过施加对应于在反向电极830和上部电极804之间的电压差V_c-V_u的第二偏压，第二(基本上水平的)偏压电场846被建立，它基本上垂直于晶胞共振模式的电场线。再次说明，在一些方法中，第二偏压施加的持续时间可以比液晶的弛豫时间短，其理由与上面所讨论的水平切换的情形相同。在垂直切换方案的各种实施方案中，反向电极830可构成在贴片804的相对侧的成对电极、或围绕贴片804的三个边的U形电极、或包围贴片804的全部四个边的闭环。

在各种方法中，偏置电压线可以例如通过将每一个散射元件的偏压线延伸到用于连接到天线控制电路的垫构件被直接寻址，或者，例如通过为每个散射元件提供按行和列寻址的电压偏置电路进行矩阵寻址。图9示出了为散射元件900的配置提供直接寻址的例子，在其中，多个偏置电压线904向散射元件提供单独的偏压。图10示出了为散射元件1000的配置提供矩阵寻址的例子，在其中，每个散射元件由偏压线1002连接到按行输入1006和列输入1008寻址的偏置电路1004(请注意，每个行输入和/或列输入可以包括一个或多个信号，例如，每行或每列可以用单线寻址或用成组专用于该行或列的平行线寻址)。每个偏置电路可以含有例如开关装置(如晶体管)、存储装置(例如电容器)和/或另外的电路，如逻辑/复用电路、数字-模拟转换电路等。这种电路可以使用单片集成很容易制造出来，例如使用薄膜晶体管(TFT)工艺或例如采用表面安装技术(SMT)作为安装在波传播结构上的集成电路的混合组件。虽然图9和图10示出的散射元件为“CELC”谐振器，但这个说明旨在代表通用的散射元件，图9和10的直接寻址方案或矩阵寻址方案也适用于其它晶胞设计(如贴片元件)。

对于使用液晶作为晶胞的可调谐介质的方法，可能合乎期望的是为晶胞提供是具有最小DC分量的AC信号的偏压。延长的DC操作可以引起显著降低作为可调谐介质的液晶的可用寿命的电化学反应。在一些方法中，可以通过调整AC偏压信号的振幅来调谐晶胞。在另一些方法中，可以通过例如使用脉冲宽度调制(PWM)调整AC偏置信号的脉冲宽度来调谐晶胞。在再另外的一些方法中，可以通过使用AC偏置信号调整幅度和脉冲两者来调谐晶胞。在液晶显示文献中，已经广泛探索了各种液晶驱动方案，例如在Robert Chen的《LiquidCrystal Displays》(Wiley，New Jersey，2011年)和Willem den Boer的《Active MatrixLiquid Crystal Displays》(Elsevier，Burlington，MA 2009年)中描述的液晶驱动方案。

用于二进制(开-关)偏压调整方案的示例性波形示于图11A。在此二进制方案中，第一方波电压V_i被施加到晶胞1110的内电极1111，第二方波电压Vo被施加到晶胞的外电极1112。虽然图中示出了由与接地平面(外电极)共面的导电岛(内电极)所定义的“CELC”谐振器，但这个说明意在表示通用晶胞，驱动方案也适用于其它的晶胞设计。例如，对于由被垂直地置于位于接地平面中的虹膜上方的导电贴片所定义的“贴片”谐振器，第一方波电压V_i可以施加到贴片上，而第二方波电压Vo可以施加到接地平面上。

在图11A的二进制方案中，当两个方波的相位彼此相差180°时，晶胞被偏置为“ON(开)”，其结果是，施加到液晶上的电势V_LC＝V_i–V_o是具有零DC偏移的方波，如图的右上面板所示。另一方面，当两个方波彼此同相时，晶胞被偏置为“OFF(关)”，其结果是，V_LC＝0，如该图的右下面板所示。方波振幅VPP是足够大以实现液晶的快速对准的电压，典型地，是在10-100伏的范围内。方波频率是“驱动”频率，与所需的天线开关速率和液晶弛豫率两者相比都是大的。驱动频率的范围可以低至10Hz，高达100kHz。

为多个晶胞提供图11A的波形的示范性电路示于图11B。在这个例子中，代表晶胞的“ON(开)”或“OFF(关)”状态的位使用DATA和CLK信号被读入N位串行到并行移位寄存器1120。当该串行读入完成时，LATCH(锁存)信号被触发，以将这些位存储于N位锁存器1130。可以经由POL信号用XOR门1140切换的N位锁存器输出为向晶胞输送波形的高压推挽放大器1150提供输入。请注意，移位寄存器的一个或多个位可以被保留，以提供用于公共外电极1162的波形，而移位寄存器的剩余位为晶胞的内部电极1161提供单独的波形。可替换地，整个移位寄存器可被用于内电极1161，单独的推挽放大器可被用于外电极1162。方波可在推挽放大器的输出1150生成，这是通过(1)在驱动频率(即，用是在驱动频率下的方波的POL信号)上切换XOR门，或(2)在驱动频率的两倍处闭锁(即，用是两倍于驱动频率的方波的锁存信号)，而在每个驱动期间的第二半期间内读取互补位。根据后一种方法，因为在驱动期间的每一半期间内读入N位，所以，串行输入数据的时钟频率不小于2×N×f，其中f是驱动频率。N位移位寄存器可能会寻址构成天线的所有晶胞，或者，可以使用若干个N位移位寄存器，每一个N位移位寄存器寻址晶胞的子集。

图11A的二进制格式向晶胞的内电极和外电极两者施加电压波形。在另一种方法中，如图12A所示，外电极接地，电压波形仅施加到晶胞的内电极。在这种单端驱动方法中，当具有零DC偏移的方波被施加到内电极1111(如图12A的右上方面板所示)时，晶胞被偏置为“ON(开)”，当零电压被施加到内电极(如图12A的右下面板所示)时，晶胞被偏置为“OFF(关)”。

为多个晶胞提供图12的波形的示范性电路示于图12B。该电路与图11B的电路类似，不同之处在于现在公共外电极接地、并且新振荡电源电压VPP'和VDD'分别被用于高压电路和数字电路、这些电路的接地端被连接到新的负振荡电源电压VNN′。用于这些振荡电源电压的示例性波形示于该图的下部的面板中。请注意，这些振荡的电源电压保持电压差VPP′-VNN′＝VPP和VDD′-VNN′＝VDD，其中，VPP是施加到液晶上的电压V_LC的所需的幅度，VDD是用于数字电路的电源电压。为使数字输入与这些振荡电源一起正常工作，单端驱动电路还包括电压转换电路1200，其呈现这些数字输入作为相对于VNN'而不是GND的信号。

用于灰度电压调整方案的示例性波形示于图13。在这个灰度方案中，第一方波电压V_i被再次施加到晶胞1110的内电极1111，第二方波电压Vo被再次施加到晶胞的外电极1112。然后，通过选择两个方波之间的相位差实现期望的灰度电平。在一种方法中，如图13所示，驱动期间被分成对应于在两个方波之间的成组离散的相位差的成组离散的时间片。在图13的非限制性示例中，有八(8)个时间片，提供对应于相位差0°、45°、90°、135°和180°的五(5)个灰度电平。该图示出了两个灰度电平的例子：对于45°的相位差，如图的右上面板所示，施加到液晶上的电压V_LC＝V_i–V_o，是具有零DC偏移和VPP/4的RMS电压的交替脉冲串；对于90°的相位差，如该图的右下面板所示，V_LC是具有零DC偏移和VPP/2的RMS电压的交替脉冲串。因此，图13的灰度电平方案提供具有零DC偏移和可调的RMS电压的脉冲宽度调制(PWM)液晶波形。

图11B的驱动器电路可用于为多个晶胞提供图13的灰度波形。然而，对于灰度实现，在驱动期间的每个时间片期间完成N位读入。因此，对于有T个时间片的实现(对应于(T/2)+1的灰度电平)，串行输入数据的时钟频率不小于T×N×f，其中f是驱动频率(可以理解的是，T＝2对应于图11A的二进制驱动方案)。

现在参考图14，作为系统框图，说明一种说明性的实施方案。系统1400包括通过一个或多个馈送1412耦合到天线单元1420的通信单元1410。通信单元1410可以包括例如移动宽带卫星收发器、或用于无线电或微波通信系统的发射机、接收机或收发机模块，并且可以并入数据复用/解复用电路、编码器/解码器电路、调制器/解调器电路、上变频器/下变频器、滤波器、放大器、双工器等。天线单元包括至少一个表面散射天线，其可以被配置为发送、接收或发送和接收；在一些方法中，天线单元1420可以包括多个表面散射天线，例如第一表面散射天线和第二表面散射天线分别配置成发射和接收。对于具有有多个馈送的表面散射天线的实施方案，通信单元可以包括MIMO电路。系统1400还包括天线控制器1430，其配置为提供决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(例如诸如图12所示的用于直接寻址配置)的输入、行和列的输入(例如用于例如在图13所示出的矩阵寻址配置)、用于天线馈送的可调增益等。

在一些方法中，天线控制器1430包括配置为提供对应于选定或所需的天线辐射模式的控制输入1432的电路。例如，天线控制器1430可以存储表面散射天线的成组配置，例如作为将成组期望的天线辐射模式(对应于各种波束方向、波束宽度、极化状态等，这些在本公开的前面有所讨论)映射为用于控制输入1432的对应的成组值的查找表。这个查找表可以预先计算，如通过针对控制输入的一定范围的值执行天线的全波模拟来计算，或通过将天线放在测试环境中和测量对应于控制输入的一定范围的值的天线辐射模式来计算。在一些方法中，天线控制器可以被配置为使用该查找表来根据回归分析计算控制输入；例如，通过插入存储在查找表中的、用于两个天线辐射模式之间的控制输入的值(例如，以在查找表仅包括波束转向角的离散增量时允许连续波束转向)来计算。天线控制器1430可以替代地被配置为动态地计算对应于选定或所需的天线辐射模式的控制输入1432，如通过计算对应于干涉项的全息模式(如本发明中先前讨论)或通过根据在本公开的前文提出的式(1)计算提供所选择的或期望的天线辐射模式的耦合{α_j}(对应于控制输入的值)

在一些方法中，天线单元1420可选地包括具有检测天线的环境条件(例如其位置、方向、温度、机械变形等)的传感器组件的传感器单元1422。传感器组件可以包括一个或多个GPS设备、陀螺仪、温度计、应变仪等，传感器单元可以耦合到天线控制器，以提供传感器数据1424，以使控制输入1432可以被调节，以补偿天线转化或旋转(例如，如果它是安装在诸如飞机的移动平台上)或用于温度漂移和机械变形等。

在一些方法中，通信单元可以为天线控制器提供反馈信号1434，以用于该控制输入的反馈调整。例如，通信单元可以提供比特误码率信号，天线控制器可以包括调整天线配置以减少信道噪声的反馈电路(例如，DSP电路)。可替换地或另外地，对于指向或转向应用，通信单元可以(例如，从卫星信标)提供信标信号，天线控制器可以包括反馈电路(例如，用于移动宽带卫星收发机的指向锁定DSP电路)。

在图15的过程流程图中示出了说明性实施方案。流程1500包括操作1510-为可调的表面散射天线选择响应于一个或多个控制输入的第一天线辐射模式。例如，可以选择在通信卫星、电信基站、或电信移动平台的位置指引辐射模式的主波束的天线辐射模式。可替换地或另外地，可以选择天线辐射模式，以在所希望的位置放置辐射模式的零点，例如用于安全通信或消除噪声源。可替换地或另外地，可以选择天线辐射模式，以提供所需的极化状态，如圆极化(例如，用于Ka波段卫星通信)或线性极化(例如，用于Ku波段卫星通信)。流程1500包括操作1520-确定对应于第一选择的天线辐射模式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可以包括配置为通过使用查找表或通过计算对应于所期望的天线辐射模式的全息图来确定控制输入值的电路。流程1500可选地包括操作1530-为表面散射天线提供一个或多个控制输入的第一值。例如，天线控制器1430可将偏置电压施加到各个散射元件上和/或天线控制器1430可以调节天线馈送的增益。流程1500可选地包括操作1540-选择与第一天线辐射模式不同的第二天线辐射模式。同样，这可以包括选择例如第二波束方向或零点的第二放置。在这种方法的一个应用中，卫星通信终端可以在多个卫星间切换，以例如在峰值负载期间优化容量、切换到可能已经进入服务的另一颗卫星、或者从失灵或脱机的主卫星切换。流程1500可选地包括操作1550-确定对应于第二选择的天线辐射模式的一个或多个控制输入的第二值。同样，这可包括例如使用查找表或计算全息模式。流程1500可选地包括操作1560–为表面散射天线提供一个或多个控制输入的第二值。同样，这可包括例如施加偏置电压和/或调节馈送增益。

在图16的过程流程图中示出了另一个说明性实施方案。流程1600包括操作1610-为第一表面散射天线识别第一目标，第一表面散射天线具有响应于一个或多个第一控制输入的第一可调辐射模式。第一目标可以是例如通信卫星、电信基站或电信移动平台。流程1600包括操作1620-反复调整一个或多个第一控制输入，以提供响应于在第一目标和第一表面散射天线之间的第一相对运动的、基本上连续变化的第一可调辐射模式。例如，在图14的系统中，天线控制器1430可以包括配置成引导表面散射天线的辐射模式的电路，例如以跟踪非对地静止卫星的运动，以保持与来自移动平台的地球同步卫星的指向锁定(例如飞机或其它车辆)、或当目标和天线都在移动时维持指向锁定。流程1600可选地包括操作1630–为第二表面散射天线识别第二目标，第二表面散射天线具有响应于一个或多个第二控制输入的第二可调辐射模式；流程1600可选地包括操作1640-反复调整一个或多个第二控制输入，以提供响应于在第二目标与第二表面散射天线之间的相对运动的、基本上连续变化的第二可调辐射模式。例如，某些应用可部署跟踪第一目标(例如第一非对地静止卫星)的主天线单元和跟踪第二目标(诸如第二非对地静止卫星)的第二天线单元或辅助天线单元两者。在一些方法中，辅助天线单元可包括主要用于跟踪第二目标的位置的较小孔径的天线(tx和/或rx)(可选地，确保在降低的服务质量(QoS)下到第二目标的链接)。流程1600可选地包括操作1650-调整一个或多个第一控制输入，以将第二目标基本上放置到第一可调辐射模式的主波束内。例如，在第一天线和第二天线是与非对地静止卫星的星座交互的卫星通信终端的构件的应用中，第一天线或主天线可以跟踪卫星星座的第一构件，直到第一构件接近地平线(或第一天线遭受明显的扫描丢失)为止，在该时间，通过将第一天线切换为跟踪卫星星座的第二构件(由第二天线或辅助天线跟踪)来实现“切换(handoff)”。流程1600可选地包括操作1660-为第二表面散射天线识别与第一目标和第二目标不同的新目标；流程1600可选地包括操作1670-调整一个或多个第二控制输入，以将新目标基本上放置到第二可调辐射模式的主波束内。例如，在“切换”后，第二天线或辅助天线可以发起与卫星星座的第三部件的连接(例如，当它上升到地平线以上)。

前面的详细说明已经通过使用框图、流程图和/或示例阐明了各种设备和/或过程的实施方案。在这些框图、流程图和/或示例包含一个或多个功能和/或操作的范围内，本领域的技术人员应理解，在这样的框图、流程图或示例内的每个功能和/或操作可以通过范围广泛的硬件、软件、固件或实际上是它们的任意组合单独和/或共同地执行。在一个实施方案中，本文说明的主题的几个部分可通过专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)或其它集成格式来实施。然而，本领域的技术人员将认识到，在此公开的这些实施方案的一些方面的全部或部分可以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，作为一个或多个在一个或多个计算机系统上运行的程序)、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、或作为它们的几乎任何组合而等效地实现，以及为软件和或固件设计电路和/或编写代码将完全落入根据本公开的本领域技术人员的技术范围内。此外，本领域的技术人员将理解，此处所说明的主题的机制能够以各种形式被发布为程序产品，并且，不管用于实际执行发布的特定的信号承载介质是何种类型，本文说明的主题内容的说明性的实施方案都适用。信号承载介质的例子包括但不限于下列：可记录型介质，如软盘、硬盘驱动器、光盘(CD)、数字视频光盘(DVD)、数字磁带、计算机存储器等；以及传输型介质，如数字和/或模拟通信介质(例如，光纤电缆、波导、有线通信链接、无线通信链接等)。

在一般意义上，本领域的技术人员将认识到，可以通过范围广泛的硬件、软件、固件或它们的任意组合单独地和/或共同地实现的本文说明的各个方面可被视为由不同类型的“电子电路”所组成。因此，本文使用的“电子线路”包括但不限于具有至少一个离散电子电路的电路、具有至少一个专用集成电路的电路、具有至少专用集成电路的电路、形成由计算机程序配置的通用计算设备(例如，通过由至少部分地执行本文所述的过程和/或设备的计算机程序配置的通用计算机，或通过由至少部分地执行本文所述的过程和/或设备的计算机程序配置的微处理器)的电路、形成存储设备(例如随机存取存储器的形式)的电子电路、和/或形成通信设备(例如，调制解调器、通信交换机或光电设备)的电路。本领域的技术人员将认识到，本文说明的主题可以以模拟或数字方式或其某种组合来实现。

在本说明书中引用的和/或在任何申请数据表中列出的所有上述美国专利、美国专利申请出版物、美国专利申请、外国专利、外国专利申请和非专利出版物，在其不与本文抵触的程度上，在此引入作为参考。

本领域的技术人员将认识到，本文中所说明的构件(例如，步骤)、设备和对象和伴随它们的讨论被用作例子，是为了使概念清楚，并且本领域的技术人员可进行各种配置修改。因此，如本文所用的，所阐述的具体范例和所附的讨论是旨在代表其更一般性的类别。在一般情况下，在文中使用任何特定的范例，也意在代表它的类，本文不包括这样的具体构件(例如，步骤)、设备和对象不应被理解为表示希望有这样的限制。

对于本文使用的基本上任何复数和/或单数术语，当适用于上下文和/或应用时，本领域技术人员可以从复数改为单数和/或从单数改为复数。为清楚起见，此处未明确阐述各种单数/复数置换。

虽然已经示出和说明了在此说明的主题的特定方面，但显而易见的是，本领域技术人员基于本文的教导可做出改变和修改，而不脱离此处所说明的主题和更广泛的方面，因此，所附的权利要求在其范围内包括在本文中所说明的主题的真实精神和范围内的所有这些变化和修改。此外，要理解，本发明由所附的权利要求定义。本领域技术人员明白，在一般情况下，本文所用的术语，特别是在所附的权利要求书中的(例如，所附权利要求的主体)术语一般旨在为“开放式”术语(例如，术语“包括”应被解释为“包括但不限于”，术语“具有”应该被解释为“具有至少”，术语“包括”应解释为“包括但不限于”，等等)。本领域技术人员还理解，如果意在引入特定数目的权利要求陈述，则这样的意图将明确地在权利要求中记载，在不存在这样的陈述的情况下，就没有这样的意图。例如，作为对理解的帮助，下面的所附权利要求可包括使用引导性短语“至少一个”和“一个或多个”，以引入权利要求陈述。然而，使用这样的短语不应被理解为暗示通过不定冠词“一”或“一个”来将包含这种引入的权利要求陈述的任何特定权利要求限制于仅包含一个这样的陈述，即使当同一权利要求包括引导短语“一个或多个”或“至少一个”和例如“一”或“一个”(例如，“一”和/或“一个”通常应被解释为是指“至少一个”或“一个或多个”)的不定冠词也是如此；同一原则适用于使用用于引入权利要求陈述的定冠词。此外，即使特定数目的所引入的权利要求所陈述被明确记载，本领域的技术人员将认识到，这样的陈述应通常被解释为意指至少所列举的数目(例如，单说明“两个说明”而没有其它修饰语通常意指至少两个说明或两个或更多个说明)。此外，在使用类似于“A、B和C等中的至少一个”等规范用语的情况下，通常这样的构件是指本领域的技术人员将理解该规范用语的意义(如，“具有A、B和C中的至少一个的系统”将包括但不限于具有单独的A的系统、单独的B的系统、单独的C的系统、A和B一起的系统、A和C一起的系统、B和C一起的系统、和/或A、B和C一起的系统等)。在使用类似于“A、B或C等中的至少一个”等规范用语的情况下，通常这样的构件是指本领域的技术人员将理解该规范用语的意义(如，“具有A、B或C中的至少一个的系统”将包括但不限于具有单独的A、单独的B、单独的C、A和B一起、A和C一起、B和C一起、和/或A、B和C一起的系统等)。本领域的技术人员还理解，几乎任何分离性的字和/或短语表示两个或多个可选术语，无论在说明书、权利要求书、还是附图中，都应该被理解为设想包括术语中的一个项、任一项或两个项的可能。例如，短语“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，本领域的技术人员将理解，其中所列举的操作一般可以以任何顺序执行。这种交替排序的例子可包括重叠、交错、中断、重新排序、递增、预备、补充、同时、反转或其它变体的排序，除非上下文另有指示。关于上下文，即使是像“响应于”、“涉及”或其它过去时态的形容词的术语一般不意在排除变体，除非上下文另有指示。

本公开所说明的主题的各方面记载于如下的编号的条款中：

1.一种天线，包括：

波传播结构；和

沿着所述波传播结构配置的多个亚波长贴片元件，其元件间间隔比对应于所述天线的工作频率的自由空间波长显著小，其中所述多个亚波长贴片元件具有对所述波传播结构的导波模式的多个可调独立的电磁响应，并且所述多个可调和独立的电磁响应提供所述天线的可调的辐射场。

2.根据条款1所述的天线，其中，所述工作频率是微波频率。

3.根据条款2所述的天线，其中，所述微波频率为Ka波段频率。

4.根据条款2所述的天线，其中，所述微波频率为Ku波段频率。

5.根据条款2所述的天线，其中，所述微波频率为Q带频率。

6.根据条款1所述的天线，其中，所述元件间间距小于所述自由空间波长的三分之一。

7.根据条款1所述的天线，其中，所述元件间间距小于所述自由空间波长的四分之一。

8.根据条款1所述的天线，其中，所述元件间间距小于所述自由空间波长的五分之一。

9.根据条款1所述的天线，其中，所述波传播结构包括一个或多个导电表面，并且所述多个亚波长贴片元件对应于至少部分地放置于在所述一个或多个导电表面中的相应的多个虹膜上方的多个导电贴片。

10.根据条款9所述的天线，其中，所述一个或多个导电表面定义了平行于所述一个或多个导电表面的第一方向和第二方向，所述第一方向垂直于所述第二方向。

11.根据条款10所述的天线，其中，所述波传播结构是基本上为二维的波传播结构。

12.根据条款11所述的天线，其中，所述基本上为二维的波传播结构是平行板波导，并且所述一个或多个导电表面是所述平行板波导的上部导体。

13.根据条款10所述的天线，其中，所述波传播结构包括一个或多个基本上为一维的波传播结构。

14.根据条款13所述的天线，其中，所述一个或多个基本上为一维的波传播结构包括沿所述第一方向定向的一个或多个封闭的波导，所述一个或多个导电表面是所述一个或多个封闭波导的相应的一个或多个上部表面。

15.根据条款9所述的天线，其中，所述虹膜是圆形的虹膜。

16.根据条款9所述的天线，其中，所述虹膜是矩形的虹膜。

17.根据条款9所述的天线，其中，所述虹膜是狭缝状的虹膜。

18.根据条款9所述的天线，其中，所述导电贴片是圆形贴片。

19.根据条款9所述的天线，其中，所述导电贴片是多边形贴片。

20.根据条款10所述的天线，其中，所述导电贴片是矩形贴片。

21.根据条款20所述的天线，其中，所述矩形贴片具有平行于所述第一方向的长尺寸。

22.根据条款21所述的天线，其中，所述虹膜是具有平行于所述第二方向的长尺寸的矩形虹膜。

23.根据条款22所述的天线，其中，所述矩形贴片具有沿着所述第一方向的相应的下端和上端，并且所述矩形虹膜被置于所述矩形贴片的下端之下。

24.根据条款1所述的天线，还包括：

放置在所述多个亚波长贴片元件之间以减少相邻元件之间的元件间耦合的多个金属结构。

25.根据条款24所述的天线，其中，所述多个金属结构中的每一个是一系列形成廊的通孔。

26.根据条款9所述的天线，其中，所述多个导电贴片被配置为响应于在所述导电贴片和所述导波模式之间的、以虹膜中介的耦合而提供多个椭圆极化辐射场。

27.根据条款26所述的天线，其中，所述导波模式定义在所述多个虹膜的各自的位置处的多个与时间相关的H场，所述与时间相关的H场是扫出多个椭圆的矢量。

28.根据条款27所述的天线，其中，所述椭圆大致为圆形。

29.根据条款27所述的天线，其中，所述椭圆具有不大于1/10的偏心率。

30.根据条款26所述的天线，其中，所述多个椭圆极化辐射场是多个左旋椭圆极化辐射场。

31.根据条款26所述的天线，其中，所述多个椭圆极化辐射场是多个右旋椭圆极化辐射场。

32.根据条款26所述的天线，其中，所述多个椭圆极化辐射场包括第一多个右旋椭圆极化辐射场和第二多个左旋椭圆极化辐射场。

33.根据条款26所述的天线，其中，所述多个椭圆极化辐射场是多个圆极化辐射场。

34.根据条款26所述的天线，其中，所述波传播结构是矩形波导，所述一个或多个导电表面是所述矩形波导的上部导体，并且所述多个虹膜被置于在所述上部导体的边缘和所述上部导体的二等分线之间的位置处的所述上部导体上。

35.根据条款34所述的天线，其中，在所述边缘和所述二等分线之间居间的位置是在所述边缘和所述二等分线之间的一半处的位置。

36.根据条款26所述的天线，其中：

所述波传播结构是矩形波导；

所述一个或多个导电表面是所述矩形波导的上部导体；

所述多个虹膜包括第一多个虹膜和第二多个虹膜；

所述第一多个虹膜被放置在处于在所述上部导体的左边缘和所述上部导体的二等分线之间的位置的所述上部导体上；以及

所述第二多个虹膜被放置在处于在所述上部导体的右边缘和所述上部导体的二等分线之间的位置的所述上部导体上。

37.根据条款36所述的天线，其中，在所述左边缘与所述二等分线之间的位置是位于在所述左边缘和所述二等分线之间的中间处的位置，在所述右边缘与所述二等分线之间的位置是位于在所述右边缘和所述二等分线之间的中间处的位置。

38.根据条款9所述的天线，还包括：

被配置为提供在所述多个导电贴片和所述一个或多个导电表面之间的各自的偏置电压的多个偏置电压线；和

设置在所述多个导电贴片和所述一个或多个导电表面中的所述多个虹膜之间的电调节材料。

39.根据条款38所述的天线，其中，所述电调节材料包括液晶材料。

40.根据条款39所述的天线，其中，所述液晶材料是向列型液晶。

41.根据条款39所述的天线，其中，所述液晶材料是双频型液晶。

42.根据条款39所述的天线，其中，所述液晶材料是聚合物网络液晶。

43.根据条款39所述的天线，其中，所述液晶材料是聚合物分散液晶。

44.根据条款39所述的天线，还包括：

位于在所述液晶材料和所述一个或多个导电表面之间的取向层，所述取向层提供与所述一个或多个导电表面平行的微凹槽。

45.根据条款44所述的天线，其中，所述一个或多个导电表面构成印刷电路板的上部金属层的至少一部分，所述取向层是所述上部金属层上的聚酰亚胺涂层。

46.根据条款39所述的天线，还包括：

位于所述液晶材料和所述多个导电贴片之间的取向层，所述取向层提供平行于所述多个导电贴片的微凹槽。

47.根据条款46所述的天线，其中，所述多个导电贴片构成印刷电路板的下部金属层的至少一部分，所述取向层是所述下部金属层上的聚酰亚胺涂层。

48.根据条款39所述的天线，其中，所述电调节材料包括嵌入在所述液晶材料中的填隙介质。

49.根据条款48所述的天线，其中，所述填隙介质是微孔的填隙介质。

50.根据条款49所述的天线，其中，所述微孔的填隙介质是超高分子量聚乙烯(UHMW-PE)。

51.根据条款49所述的天线，其中，所述微孔的填隙介质是亲水性的膨体聚四氟乙烯(亲水性的eTPFE)。

52.根据条款48所述的天线，其中，所述填隙介质为所述液晶材料的表面取向提供微孔，所述微孔具有平行于所述一个或多个导电表面的长尺度。

53.一种方法，其包括：

传播第一导波，以将第一多个相对相位提供到相应的多个位置；

在从所述相应的多个位置中选择出的第一组位置耦合到所述第一导波，以从所述第一组位置辐射第一多个椭圆极化波，所述第一多个椭圆极化波产生第一辐射场；

传播第二导波，以将第二多个相对相位提供到所述相应的多个位置，其中所述第二多个相对相位基本上等于所述第一多个相对相位；以及

在从所述相应的多个位置中选择出的第二组位置耦合到所述第二导波，以从所述第二组位置辐射第二多个椭圆极化波，所述第二多个椭圆极化波产生与所述第一辐射场不同的第二辐射场。

54.根据条款53所述的方法，其中：

所述第一导波和所述第一辐射场定义第一干涉模式，从所述相应的多个位置中选择的所述第一组位置对应于在所述第一干涉模式的构造上的(constructive)干涉区域内的一组位置；和

所述第二导波和所述第二辐射场定义与所述第一干涉模式不同的第二干涉模式，从所述相应的多个位置中选择的所述第二组位置对应于在所述第二干涉模式的构造上的干涉区域内的一组位置。

55.根据条款53所述的方法，其中，所述第一多个椭圆极化波是第一多个圆极化波。

56.根据条款53所述的方法，其中，所述第一多个椭圆极化波是第一多个左旋椭圆极化波。

57.根据条款53所述的方法，其中，所述第一多个椭圆极化波是第一多个右旋椭圆极化波。

58.根据条款57所述的方法，进一步包括：

传播第三导波，以将第三多个相对相位提供到所述相应的多个位置，所述第三导波的传播方向与所述第一导波的传播方向相反；和

在从所述相应的多个位置中选择的第三组位置耦合到所述第三导波，以从所述第三组位置辐射多个左旋椭圆极化波。

59.根据条款58所述的方法，其中，所述第三组位置等于所述第一组位置。

60.一种方法，包括：

在多个位置接收第一椭圆极化自由空间波；

在从所述多个位置中选择的第一组位置耦合到所述第一椭圆极化自由空间波，以在所述第一组位置产生第一多个电磁振荡，所述第一多个电磁振荡产生在所述多个位置具有第一多个相对相位的第一导波；

在所述多个位置处接收与所述第一椭圆极化自由空间波不同的第二椭圆极化自由空间波；

在从所述多个位置中选择的第二组位置耦合到所述第二椭圆极化自由空间波，以在所述第二组位置处产生第二多个电磁振荡，所述第二多个电磁振荡产生在所述多个位置具有第二多个相对相位的第二导波，其中所述第二多个相对相位基本上等于所述第一多个相对相位。

61.根据条款60所述的方法，其中：

所述第一导波和所述第一椭圆极化自由空间波定义第一干涉模式，从所述相应的多个位置中选择的第一组位置对应于在所述第一干涉模式的构造上的干涉区域内的一组位置；和

所述第二导波和所述第二椭圆极化自由空间波定义了与所述第一干涉模式不同的第二干涉模式，从所述相应的多个位置中选择的第二组位置对应于在所述第二干涉模式的构造上的干涉区域内的一组位置。

62.根据条款60所述的方法，其中，所述第一椭圆极化自由空间波是圆极化的自由空间波。

63.根据条款60所述的方法，其中，所述第一椭圆极化自由空间波是左旋椭圆极化自由空间波。

64.根据条款60所述的方法，其中，所述第一椭圆极化自由空间波是右旋椭圆极化自由空间波。

65.根据条款64所述的方法，进一步包括：

在所述多个位置接收左旋椭圆极化自由空间波；

在从所述多个位置中选择的第三组位置耦合到所述右旋椭圆极化自由空间波，以在所述第三组位置处产生第三多个电磁振荡，所述第三多个电磁振荡产生第三导波，所述第三导波的传播方向与所述第一导波的传播方向相反。

66.根据条款65所述的方法，其中，所述第三组位置等于所述第一组位置。

67.一种天线，包括：

波传播结构；和

沿着所述波传播结构配置的多个辐射元件，其元件间间隔比对应于所述天线的工作频率的自由空间波长显著小，其中，所述多个辐射元件被配置为响应所述波传播结构的导波模式提供多个可调的线性极化的辐射场；和

极化转换构件，其具有输入表面和输出表面，并构造为在所述输入表面接收所述多个可调的线性极化的辐射场并传送来自所述输出表面的、相应的多个可调的椭圆极化的辐射场；

其中，所述多个可调的椭圆极化的辐射场提供所述天线的可调的椭圆极化的辐射场。

68.根据条款67所述的天线，其中，所述极化转换构件是四分之一波板。

69.根据条款67所述的天线，其中，所述极化转换构件是各向异性的介电材料。

70.根据条款67所述的天线，其中，所述极化转换构件是人工磁性材料。

71.根据条款67所述的天线，其中，所述极化转换构件是曲折线构件。

72.根据条款71所述的天线，其中，所述曲折线构件是包括带有交错间隔层的两个或多个导电曲折线阵列的多层构件。

73.根据条款71所述的天线，其中，所述曲折线构件包括三维曲折线。

74.根据条款67所述的天线，其中，所述可调椭圆极化辐射场是基本上为圆极化的辐射场。

75.根据条款67所述的天线，其中，居中于在所述天线的宽边轴线的、半角为50°的锥形内的方向上，所述可调椭圆极化辐射场的轴向比小于2dB。

76.一种电磁装置，包括：

波传播结构；

沿着所述波传播结构的导电表面分布的多个谐振元件；和

设置为靠近所述多个谐振元件的液晶材料；

其中，每个谐振元件包括第一电极和第二电极，所述第一电极被配置为使所述液晶基本上平行于所述谐振元件的谐振模式的电场线，并且所述第二电极被构造为基本上使液晶垂直于所述谐振模式的所述电场线。

77.根据条款76所述的电磁装置，其中，所述多个第二电极构成在所述多个谐振元件之间延伸的公共电极。

78.根据条款77所述的电磁装置，其中，所述多个第一电极是与所述导电表面基本上共面和电断开的多个导电岛，所述液晶被布置在在导电表面上方的层中，所述多个第二电极构成在液晶层的上方的导电层，所述导电层对所述谐振模式基本上是可穿透的。

79.根据条款78所述的电磁装置，其中，所述多个谐振元件是由所述多个导电岛和所述导电表面定义的多个互补的电LC(CELC)谐振器。

80.根据条款78所述的电磁装置，其中，所述导电层是厚度小于30纳米的铬层或钛层。

81.根据条款78所述的电磁装置，其中，所述导电层是有机导体。

82.根据条款78所述的电磁装置，其中，所述导电层是在第一方向上具有第一导电率和在第二方向上具有第二导电率的各向异性导电层，所述第二导电率小于所述第一导电率，所述第一方向基本上垂直于所述谐振模式的电场线。

83.根据条款76所述的电磁装置，其中，所述多个第一电极是置于所述导电表面中的相应的多个虹膜上方的多个导电贴片，所述液晶被布置在位于所述导电表面和所述多个导电贴片之间的层中，和所述多个第二电极基本上与所述导电贴片共面并与所述导电贴片电断开，所述多个第二电极对于所述谐振模式基本上是可穿透的。

84.一种调谐具有邻近的液晶的电磁谐振器的方法，所述方法包括：

第一排列所述液晶，使之基本上平行于所述电磁谐振器的谐振模式的电场线；和

第二排列所述液晶，使之大致垂直于所述谐振模式的所述电场线。

85.根据条款84所述的方法，其中，所述电磁谐振器包括基本上与所述导电表面共面并与所述导电表面电断开的导电岛，所述第一排列包括在所述导电岛和所述导电表面之间施加电压差V1。

86.根据条款85所述的方法，其中，V1是具有基本为零DC偏差的AC电压差。

87.根据条款86所述的方法，其中，V1的交流频率范围为介于10赫兹与100千赫之间。

88.根据条款86所述的方法，其中，V1的RMS值大于所述液晶的饱和RMS电压。

89.根据条款86所述的方法，其中，所述电磁谐振器还包括在所述导电岛和所述导电表面上方的反向电极，并且第二排列包括在所述反向电极和所述导电表面之间施加基本上大于在所述导电岛和所述导电表面之间的电压差V1的电压差V2。

90.根据条款89所述的方法，其中，V2是具有基本为零DC偏差的AC电压差。

91.根据条款90所述的方法，其中，V2的交流频率范围为介于10赫兹与100千赫之间。

92.根据条款90所述的方法，其中，V2的RMS值大于所述液晶的饱和RMS电压。

93.根据条款90所述的方法，其中，在施加电压差V2期间，V1基本上为零。

94.根据条款84所述的方法，其中，所述电磁谐振器包括位于在所述导电表面中的虹膜上方的导电贴片，所述第一排列包括在所述导电贴片和所述导电表面之间施加电压差V1。

95.根据条款94所述的方法，其中，V1是具有基本为零DC偏差的AC电压差。

96.根据条款95所述的方法，其中，V1的RMS值大于所述液晶的饱和RMS电压。

97.根据条款95所述的方法，其中，所述电磁谐振器还包括邻近所述导电贴片并与所述导电贴片共面的反向电极，所述第二排列包括在所述反向电极和所述导电表面之间施加基本上大于在所述导电贴片和所述导电表面之间的电压差V1的电压差V2。

98.根据条款97所述的方法，其中，V2是具有基本为零DC偏差的AC电压差。

99.根据条款98所述的方法，其中，V2的RMS值大于所述液晶的饱和RMS电压。

100.根据条款98所述的方法，其中，在施加电压差V2期间，V1基本上为零。

101.根据条款89所述的方法，其中，所述施加电压差V2是施加持续时间短于所述液晶的弛豫时间的施加。

102.根据条款101所述的方法，其中，所述持续时间小于所述弛豫时间的一半。

103.根据条款95所述的方法，其中，所述施加电压差V2是施加持续时间短于所述液晶的弛豫时间的施加。

104.根据条款103所述的方法，其中，所述持续时间小于所述弛豫时间的一半。

105.一种用于控制具有多个具有各自的调谐电极和共基极电极的散射元件的表面散射天线的方法，该方法包括，对于每一个散射元件：

在所述调谐电极和所述公基极电极之间施加第一电压差；和

在所述调谐电极和所述共基极电极之间施加第二电压差；

其中，每个电压差为具有基本上为零DC的偏移的交流电压差。

106.根据条款105所述的方法，其中，所述第一电压差具有等于第一部分乘以VPP的RMS值，所述第二电压差具有等于第二部分乘以VPP的RMS值，其中，VPP是大于设置在所述调谐电极和所述共基极中间的液晶的饱和RMS电压的电压。

107.根据条款106所述的方法，其中，所述施加所述第一电压差包括：

向所述调谐电极施加在VPP与接地(GND)之间交替的第一方波；和

向所述共基极施加在VPP和GND之间交替的第二方波交流；

其中，所述第一方波和所述第二方波具有等于所述第一部分乘以180度的相位差。

108.根据条款106所述的方法，其中，所述施加所述第二电压差包括：

向所述共基极施加在VPP和GND之间交替的第二方波；

其中，所述第一方波和所述第方波具有等于所述第二部分乘以180度的相位差。

109.根据条款106所述的方法，其中，所述第一部分等于一。

110.根据条款109所述的方法，其中，所述施加所述第一电压差包括：

向所述调谐电极施加在VPP与-VPP之间交替的第一方波；和

使所述共基极接地。

111.根据条款106所述的方法，其中，所述第二部分等于零。

112.根据条款111所述的方法，其中，所述施加所述第二电压差包括：

使所述调谐电极和所述共基极两者接地。

113.一种用于具有多个具有各自的调谐电极和共基极电极的散射元件的表面散射天线的驱动器，所述驱动器包括：

配置为读取一序列的位的串行移位寄存器；

配置为在并行寄存器中存储所述一序列的位的锁存器；和

被配置为用对应于从所述并行寄存器中选择的各自的多个位的电压驱动所述多个调谐电极的成组推挽放大器。

114.根据条款113所述的驱动器，其中，所述成组推挽放大器进一步被配置为用对应于从所述并行寄存器中选择的另一个位的电压驱动所述共基极。

115.根据条款113所述的驱动器，还包括：

配置为响应于极性信号使所述并行寄存器的输出反转的并行XOR。

116.根据条款113所述的驱动器，其中，所述推挽放大器的正端被连接到电压VPP，所述推挽放大器的负端被连接到地(GND)，VPP被定义为是大于设置在所述调谐电极和所述共基极中间的液晶的饱和RMS电压的电压。

117.根据条款113所述的驱动器，还包括：

配置为用在VPP和GND之间交替的第一方波驱动所述推挽放大器的正极端的正电源电路；和

配置为用在GND和-VPP之间交替的与所述第一方波同相的第二方波驱动所述推挽放大器的负极端的负电源电路；

其中，VPP是大于设置在所述调谐电极和所述共基极中间的液晶的饱和RMS电压的电压。

虽然已在此公开了各个方面和实施方案，但对本领域的技术人员，其它方面和实施方案将是显而易见的。本文所公开的各个方面和实施方案是出于说明的目的，不意在于是限制性的，真正的保护范围和精神由下面的权利要求书给出。

Claims

1.一种天线，其包括：

波传播结构；和

沿着所述波传播结构配置的多个亚波长贴片元件，其元件间间隔比对应于所述天线的工作频率的自由空间波长实质上小，其中所述多个亚波长贴片元件具有对所述波传播结构的导波模式的多个可调的独立的电磁响应，并且所述多个可调的独立的电磁响应提供所述天线的可调的辐射场，

其中所述波传播结构包括一个或多个导电表面，并且所述多个亚波长贴片元件对应于至少部分地放置于在所述一个或多个导电表面中的相应的多个虹膜上方的多个导电贴片，

并且所述天线还包括：被配置为提供在所述多个导电贴片和所述导电表面之间的各自的偏置电压的多个偏置电压线；和

设置在所述多个导电贴片和所述导电表面中的所述多个虹膜之间的电调节材料。

2.如权利要求1所述的天线，其中，所述工作频率是微波频率。

3.如权利要求1所述的天线，其中，所述一个或多个导电表面定义平行于所述一个或多个导电表面的第一方向和第二方向，所述第一方向垂直于所述第二方向。

4.如权利要求3所述的天线，其中，所述波传播结构是实质上为二维的波传播结构。

5.如权利要求4所述的天线，其中，所述实质上为二维的波传播结构是平行板波导，并且所述一个或多个导电表面是所述平行板波导的上部导体。

6.如权利要求3所述的天线，其中，所述波传播结构包括一个或多个实质上为一维的波传播结构。

7.如权利要求6所述的天线，其中，所述一个或多个实质上为一维的波传播结构包括沿所述第一方向定向的一个或多个封闭的波导，所述一个或多个导电表面是所述一个或多个封闭波导的相应的一个或多个上部表面。

8.如权利要求1所述的天线，其中，所述多个导电贴片被配置为响应于在所述导电贴片和所述导波模式之间的虹膜中介的耦合而提供多个椭圆极化的辐射场。

9.如权利要求8所述的天线，其中，所述导波模式定义在所述多个虹膜的各自的位置处的多个与时间相关的H场，所述与时间相关的H场是扫出多个椭圆的矢量。

10.如权利要求9所述的天线，其中，所述椭圆实质上为圆形。

11.一种产生辐射场的方法，其包括：

在从所述相应的多个位置中选择的第一组位置耦合到所述第一导波，以从所述第一组位置辐射第一多个椭圆极化波，所述第一多个椭圆极化波产生第一辐射场；

传播第二导波，以将第二多个相对相位提供到所述相应的多个位置，其中所述第二多个相对相位实质上等于所述第一多个相对相位；以及

在从所述相应的多个位置中选择的第二组位置耦合到所述第二导波，以从所述第二组位置辐射第二多个椭圆极化波，所述第二多个椭圆极化波产生与所述第一辐射场不同的第二辐射场。

12.如权利要求11所述的方法，其中：

所述第一导波和所述第一辐射场定义第一干涉模式，从所述相应的多个位置中选择的所述第一组位置对应于在所述第一干涉模式的构造上的干涉区域内的一组位置；以及

13.如权利要求11所述的方法，其中，所述第一多个椭圆极化波是第一多个圆极化波。

14.如权利要求11所述的方法，其中，所述第一多个椭圆极化波是第一多个左旋椭圆极化波。

15.如权利要求11所述的方法，其中，所述第一多个椭圆极化波是第一多个右旋椭圆极化波。

16.如权利要求15所述的方法，其还包括：

传播第三导波，以将第三多个相对相位提供到所述相应的多个位置，所述第三导波的传播方向与所述第一导波的传播方向相反；以及

17.如权利要求16所述的方法，其中，所述第三组位置等于所述第一组位置。

18.一种产生导波的方法，其包括：

在多个位置处接收第一椭圆极化自由空间波；

在从所述多个位置中选择的第二组位置耦合到所述第二椭圆极化自由空间波，以在所述第二组位置处产生第二多个电磁振荡，所述第二多个电磁振荡产生在所述多个位置具有第二多个相对相位的第二导波，其中所述第二多个相对相位实质上等于所述第一多个相对相位。

19.如权利要求18所述的方法，其中：

所述第一导波和所述第一椭圆极化自由空间波定义第一干涉模式，从所述多个位置中选择的所述第一组位置对应于在所述第一干涉模式的构造上的干涉区域内的一组位置；和

所述第二导波和所述第二椭圆极化自由空间波定义与所述第一干涉模式不同的第二干涉模式，从所述多个位置中选择的第二组位置对应于在所述第二干涉模式的构造上的干涉区域内的一组位置。

20.如权利要求18所述的方法，其中，所述第一椭圆极化自由空间波是圆极化的自由空间波。

21.如权利要求18所述的方法，其中，所述第一椭圆极化自由空间波是左旋椭圆极化自由空间波。

22.如权利要求18所述的方法，其中，所述第一椭圆极化自由空间波是右旋椭圆极化自由空间波。

23.如权利要求22所述的方法，其还包括：

在所述多个位置接收左旋椭圆极化自由空间波；

24.如权利要求23所述的方法，其中，所述第三组位置等于所述第一组位置。