CN108736174A - 等离子体开关阵列天线 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及等离子体开关阵列天线，具体地涉及可重构天线，其包括多个天线馈电元件、分别与天线馈电元件相关联的多个等离子体开关以及用于独立地操作等离子体开关以选择性地激活和停用天线馈电元件的控制电路。每个等离子体开关可包括一定体积的惰性气体以及跨越相应体积的惰性气体的一对电极。可重构天线可包括电源，用于向等离子体开关中的每一个的一对电极提供电压，该电压足以将相应的惰性气体体积点火成等离子体场以停用相应的天线馈电元件。每个等离子开关可任选地被操作以衰减每个天线馈电元件。

Description

等离子体开关阵列天线
技术领域
本公开一般地涉及天线，并且更具体地涉及可重构天线。
背景技术
可重构天线是能够以受控和可逆方式动态修改其频带、辐射图、极化和/或增益特性的天线，并且可应用于蜂窝无线电通信、定位、雷达(地面、飞机和无人机载车辆)、智能武器等领域。本发明特别关注是可重构天线，其可以动态地修改其辐射图案，例如通过操纵辐波束或改变束的宽度。
可以利用相控阵天线来通过不同的角度电子地操纵辐波束，通常在与固定物理阵列的法线方向成60度的范围内。相控阵天线要求天线阵列中的每个元件具有独立的天线元件和被聚合以提供整体天线方向性的射频(RF)电路，由此产生指示显著的成本和功耗损失的N因子约束。此外，这个N因子约束使得天线阵列具有显著的电路复杂性，这限制了产量和运行可靠性。
更简单的方法采用机械可铰接天线，其包括物理地移动或倾斜天线单元以通过不同的角度(通常在多达±90度的范围内)操纵辐波束的机械平台。由于它简单的电气设计，其仅需要一个天线元件，因此避免了通常施加在相控阵天线上的N因子约束。然而，机械可铰接天线的铰接通常较慢，需要经受劣化的移动部件，在物理上非常大且笨重，并且相对昂贵，从而限制了该技术的应用。
基于透镜的天线方法为相控阵和机械可铰接天线提供了可行且成本更低的替代方案。例如，在一个实施方式中，可以将多个天线馈电元件放置在球形介电透镜周围，并选择性地开启和关闭以产生波束覆盖的宽场，其避免相控阵和机械可铰接天线的一些工程问题。然而，尽管与相控阵列天线相比技术上不太复杂，但基于透镜的可重构天线需要多个天线馈电元件和相关联的开关，因此在重量、功率、尺寸和成本方面仍然遭受N因子约束。
本公开特别关注是用于选择性地打开和关闭天线馈电元件的开关。可以用于天线馈电元件的各种类型的常规开关包括伺服机械开关、铁氧体开关和pin二极管开关。伺服机械开关相对较慢，通常具有约10-3秒(或几千赫兹)量级的开关速度。铁氧体开关需要相对大量的功率来运行。Pin二极管开关比较复杂并且昂贵。包括伺服机械开关、铁氧体开关和pin二极管开关的所有已知常规开关都需要从天线馈电元件到电路板或连接器的某种类型的过渡，由此将插入损耗和额外的设计复杂性引入到了可重构天线设计。
因此，仍然需要用于选择性地开关可重构天线中的天线馈电元件的改进机构。
发明内容
根据本公开的第一方面，一种可重构天线包括多个天线馈电元件(例如，多个波导)。在一个实施方式中，天线馈电元件是圆形的，尽管天线馈电元件可备选地可以是矩形的。在一个实施方式中，可重构天线还包括具有天线馈电元件位于其上的焦平面的聚焦元件(例如，诸如球形介电透镜的介电透镜)。
可重构天线还包括分别与天线馈电元件相关联的多个等离子体开关。可重构天线还可包括经由相应的等离子体开关耦合到天线馈电元件的射频(RF)组合器。在一个实施方式中，每个等离子体开关包括一定体积的惰性气体(例如，氖气、氙气、氩气或其组合)和一对电极(例如，环形电极)，其跨越相应的惰性气体体积。在这种情况下，可重构天线还可包括容纳惰性气体体积的介电室。该介电室可包括将相应的惰性气体体积彼此隔开的侧壁，其中这种惰性气体体积的压力小于大气压力。介电室可以包括顶部介电壁(其中每个等离子体开关的一对电极中的第一个被并入)和底部介电壁(其中每个等离子体开关的一对电极中的第二个被并入)。该可重构天线还可包括电源，用于向每个等离子体开关的一对电极提供电压，该电压足以(例如，100V-300V DC/AC-RMS)将相应的惰性气体体积点火成等离子体场(例如，等离子体密度大于每立方厘米109个自由电子)。
可重构天线还包括用于独立地操作等离子体开关以选择性地激活和停用天线馈电元件的控制电路。为此，控制电路可以用于选择性地控制从电源到相应的等离子体开关的电压供应，以选择性地打开或关闭相应的天线馈电元件。在一个实施方式中，控制电路可以用于独立地操作等离子体开关以衰减天线馈电元件。在另一个实施方式中，控制电路可以用于独立地操作等离子体开关来动态地操纵RF波束。例如，控制电路可以用于独立地操作等离子体开关，以一次一个地选择性地激活然后停用相应的天线馈电元件。作为另一个实例，控制电路可以用于独立地操作等离子体开关以交替地激活并且然后停用天线馈电元件的两半。在又一个实施方式中，控制电路用于独立地操作等离子体开关以动态修改波束的孔径。在又一个实施方式中，控制电路可以用于独立地操作等离子体开关以激活并且然后停用不同组大小的天线馈电元件。
根据本公开的第二方面，天线包括至少一个馈电元件(例如，至少一个波导)。在一个实施方式中，(多个)天线馈电元件是圆形的，尽管(多个)天线馈电元件可备选地可为矩形的。在一个实施方式中，可重构天线还包括具有(多个)天线馈电元件位于其上的焦平面的聚焦元件(例如，诸如球形介电透镜的介电透镜)。
天线还包括分别与天线馈电元件相关联的至少一个等离子体开关。如果存在多个天线馈电元件，则可重构天线还可包括经由相应的等离子体开关耦合到天线馈电元件的射频(RF)组合器。每个等离子体开关(多个)包括一定体积的惰性气体(例如，氖气、氙气、氩气或它们的组合)以及跨越相应体积的惰性气体的一对电极。在这种情况下，可重构天线还可包括含有(多个)惰性气体体积的介电室。在多个等离子体开关的情况下，该介电室可包括将相应的惰性气体体积彼此隔开的侧壁，其中这种惰性气体体积的压力小于大气压力。介电室可以包括顶部介电壁(其中每个等离子体开关的一对电极中的第一个被并入)和底部介电壁(其中每个等离子体开关的一对电极中的第二个被并入)。
天线还包括电源，用于向(多个)等离子体开关中的每一个的一对电极提供电压，该电压足以将相应的惰性气体体积点火成等离子体场。在一个实施方式中，等离子体场能够使相应的天线馈电元件停用(例如，如果等离子体密度大于每立方厘米109个自由电子)。在另一个实施方式中，等离子体场能够衰减相应的天线馈电元件(例如，如果等离子体密度在每立方厘米107-109个自由电子之间)。
根据本公开的第三方面，天线包括至少一个馈电元件(例如，至少一个波导)。在一个实施方式中，(多个)天线馈电元件是圆形的，尽管(多个)天线馈电元件可备选地可为矩形的。在一个实施方式中，可重构天线还包括具有(多个)天线馈电元件位于其上的焦平面的聚焦元件(例如，诸如球形介电透镜的介电透镜)。
该天线还包括分别与(多个)天线馈电元件相关联的至少一个等离子体开关以及用于操作每个等离子体开关(多个)以衰减每个天线馈电元件(多个)的控制电路。如果存在多个天线馈电元件，则可重构天线还可包括经由相应的等离子体开关耦合到天线馈电元件的射频(RF)组合器。每个等离子体开关(多个)包括一定体积的惰性气体(例如，氖气、氙气、氩气或它们的组合)以及跨越相应体积的惰性气体的一对电极。在这种情况下，可重构天线还可包括含有惰性气体体积(多个)的介电室。
在多个等离子体开关的情况下，该介电室可包括将相应的惰性气体体积彼此隔开的侧壁，其中这种惰性气体体积的压力小于大气压力。介电室可以包括顶部介电壁(其中每个等离子体开关的一对电极中的第一个被并入)和底部介电壁(其中每个等离子体开关的一对电极中的第二个被并入)。天线还可包括电源，用于向每个等离子体开关的一对电极提供电压，该电压足以将相应的惰性气体体积点火成等离子体场(例如，等离子体密度在每立方厘米107-109个自由电子之间)。
根据本公开的第四方面，射频(RF)系统包括上述天线中的任一个，以及经由相应的等离子体开关(多个)耦合到天线馈电元件(多个)的发射和/或接收部件。
根据本公开的第五方面，提供一种操作天线的方法，所述天线包括具有焦平面的聚焦元件、位于焦平面上的多个天线馈电元件(例如，波导)、分别与天线馈电元件关联的多个等离子体开关以及经由等离子体开关耦合到天线馈电元件的射频(RF)组合器。在一个实施方式中，天线馈电元件是圆形的，尽管天线馈电元件可备选地可以是矩形的。在一个实施方式中，天线还包括具有天线馈电元件位于其上的焦平面的聚焦元件(例如，诸如球形介电透镜的介电透镜)。
该方法包括(a)在聚焦元件和RF组合器之间传送RF能量，(b)选择天线馈电元件的子集(其可以是单个天线馈电元件)，(c)独立地操作等离子体开关以激活天线馈电元件的子集，从而使RF能量通过等离子体开关的相应子集，并且停用剩余的天线馈电元件，由此通过相应的剩余的等离子体开关阻断RF能量，使得天线产生具有一特性的至少一个RF波束，(d)选择天线馈电元件的不同子集，以及(e)用天线馈电元件的不同子集重复步骤(c)，使得(多个)RF波束的特性被修改。作为一个实例，修改的特性可以是(多个)RF波束的方向角。作为另一个实例，修改的特性可以是(多个)RF波束的孔径。在又一个实例中，修改的特性是(多个)RF波束的组大小。
在一个实施方式中，每个等离子体开关可以包括一定体积的惰性气体(例如，氖气、氙气、氩气或其组合)，在这种情况下，操作等离子体开关以激活天线馈电元件的子集可以包括不施加穿过等离子体开关的子集中的每个惰性气体体积的电场，从而使RF能量通过等离子体开关的子集，并且施加穿过剩余的等离子体开关的每个惰性气体体积的电场以点燃每个惰性气体体积成为相应的等离子体场(例如，具有大于每立方厘米109个自由电子的等离子体密度的等离子体场)，从而阻断通过剩余的等离子体开关的RF能量。
根据本公开的第六方面，提供一种使用天线定位关注对象的方法，所述天线包括具有焦平面的聚焦元件、位于焦平面上的多个天线馈电元件、分别与天线馈电元件关联的多个等离子体开关以及经由等离子体开关耦合到天线馈电元件的射频(RF)组合器。在一个实施方式中，天线馈电元件是圆形的，尽管天线馈电元件可备选地可以是矩形的。在一个实施方式中，天线还包括具有天线馈电元件位于其上的焦平面的聚焦元件(例如，诸如球形介电透镜的介电透镜)。
该方法包括：(a)在聚焦元件处接收来自关注对象的RF能量，(b)选择天线馈电元件的子集(其可以是单个天线馈电元件)，(c)独立地操作等离子体开关以激活天线馈电元件的子集，从而将RF能量从天线馈电元件的子集传递到RF组合器，并且停用剩余的天线馈电元件，从而将来自剩余的天线馈电元件的RF能量阻塞到RF组合器，使得产生来自聚焦元件的具有方向角的RF波束，(d)测量由RF组合器输出的RF能量的信号强度，(e)选择天线馈电元件的不同子集，(f)针对天线馈电元件的不同子集重复步骤(c)-(d)，以及(g)基于与选择的天线馈电元件的子集中的至少一个相对应的测量的信号强度来定位关注对象。步骤(e)和(f)可以重复，直到已经选择和激活天线馈电元件的所有可能的子集。
在一个实施方式中，定位关注对象包括确定对应于最高测量的信号强度中的至少一个的天线馈电元件的至少一个子集，将RF波束的方向角与天线馈电元件的(多个)子集中的每一个相关，并且基于RF波束的(多个)相关方向角来定位关注对象。如果对应于最高测量的信号强度的天线馈电元件的仅一个子集被确定，则可以将RF波束的方向角与天线馈电元件的仅一个子集相关，并且可以通过识别RF波束的方向角作为关注对象的位置来定位关注对象。如果与最高测量的信号强度相对应的天线馈电元件的多个子集被确定，则可以将RF波束的方向角与天线馈电元件的多个子集相关，并且可以基于相应的最高测量的信号强度通过从RF波束的方向角计算内插方向角并且识别RF波束的内插角度作为关注对象的位置来定位关注对象。
在另一个实施方式中，每个等离子体开关可以包括一定体积的惰性气体(例如，氖气、氙气、氩气或其组合)，在这种情况下，操作等离子体开关以激活天线馈电元件的子集可以包括不施加穿过等离子体开关的子集中的每个惰性气体体积的电场，从而使RF能量通过等离子体开关的子集，并且施加穿过剩余的等离子体开关的每个惰性气体体积的电场以点燃每个惰性气体体积成为相应的等离子体场(例如，具有大于每立方厘米109个自由电子的等离子体密度的等离子体场)，从而阻断通过剩余的等离子体开关的RF能量。
通过阅读所提供的实施方式的以下详细描述，本公开的其它和另外的方面和特征将变得显而易见，所述实施方式旨在说明而不是限制本公开。
附图说明
附图示出了本公开的提供的实施方式的设计和用途，其中类似的元件由共同的附图标记表示。为了更好地理解如何获得本公开的上述和其它优点和目的，将通过参考在附图中例示的其具体实施方式来呈现上面简要描述的本公开的更具体描述。应当理解，这些附图仅描绘了本公开的典型实施方式，并且因此不被认为是对其范围的限制，将通过使用附图利用附加的特征和细节来描述和解释本公开，其中：
图1是根据本公开的一个实施方式构建的射频(RF)系统的方框图。
图2是在图1的RF系统中使用的可重构天线的平面图；
图3是在图2的可重构天线中使用的球形介电透镜的平面图；
图4A是图2的可重构天线中使用的天线馈电元件阵列的平面图，具体示出了激活的天线馈电元件的一个配置；
图4B是图2的可重构天线中使用的天线馈电元件阵列的平面图，具体示出了激活的天线馈电元件的另一个配置；
图4C是图2的可重构天线中使用的天线馈电元件阵列的平面图，具体示出了激活的天线馈电元件的又一个配置；
图4D是图2的可重构天线中使用的天线馈电元件阵列的平面图，具体示出了激活的天线馈电元件的又一个配置；
图5是在图2的可重构天线中使用的等离子体开关的一个实施方式的截面图；
图6是沿线6-6截取的图5的等离子体开关的截面图；
图7是在图2的可重构天线中使用的等离子体开关的另一个实施方式的截面图；
图8是通过两个介质之间的界面透射和反射的电磁波的平面图；
图9是示出操作图2的可重构天线以动态生成具有不同特性的RF波束的一种方法的流程图；且
图10是示出操作图2的可重构天线以定位关注对象的一种方法的流程图。
具体实施方式
参考图1至图3，现在将描述根据本公开的一个实施方式构造的可重构天线10。以常规方式，以收发器12经由波导14向可重构天线10发送RF信号和/或从可重构天线10接收RF信号的形式，可重构天线10被耦合至发送和/或接收元件。可重构天线10、收发器12和波导14形成RF系统的至少一部分，诸如RF通信系统或定位系统。在例示的实施方式中，可重构天线10被安装到诸如建筑物(例如，跟踪站)或航天器(例如，通信卫星)的通信平台的结构主体上。
可重构天线10包括RF聚焦元件20，在例示的实施方式中，RF聚焦元件20采取介电透镜的形式，并且具体是球形介电透镜。在其它实施方式中，RF聚焦元件20可以采取平面透镜的形式，例如双凸、平凸透镜或梯度折射率(GRIN)透镜。球形介电透镜20由具有合适的介电常数和损耗角正切的介电材料如聚四氟乙烯或聚碳酸酯组成。最好如图3所示，球形介电透镜20在其半球20a上表现出均匀性的有利性质，使得从相应的特定方向入射角入射在该半球20a上的RF平面波34可预测地聚焦在沿着与球形介电透镜20的相对半球20b相邻的球形焦平面32的相应点31，并且相反地，从沿着焦平面32的点31发射的入射在相对半球20b上的RF能量可预测地以在相应的定向出射角处的RF平面波34的形式离开半球20a。如从下面的讨论可以理解的，与相控天线阵列相反，使用球形介电透镜20允许使用单个波导14来在可重构天线10与收发器12之间传送RF信号，由此提供更简单的天线设计，同时仍允许波束转向或光束孔径修改。
可重构天线10还包括可开关地选择的天线馈电元件22的阵列，其孔径位于球形介电透镜20的焦平面32周围的选定点31处。在示出的实施方式中，每个天线馈电元件22采取波导的形式。焦平面32可以与球形介电透镜20的表面重合，使得天线馈电元件22可以直接结合到球形介电透镜20的表面，尽管在所提供的实施方式中，焦平面32可以在空间上偏离球形介电透镜20的表面，但在这种情况下，天线馈电元件22可以同样在空间上偏离球形介电透镜20的表面，从而允许球形介电透镜20相对于天线馈电元件移动以使天线馈电元件22的孔径与焦平面32对准。
因此，从关注对象38a(在这种情况下，RF辐射源)发射的输入RF波束36a可以入射在球形介电透镜20的表面上并聚焦在一个或多个天线馈电元件22上。相反地，由一个或多个天线馈电元件22发射的RF能量可以从球形介电透镜20的表面作为输出RF波束36b被引导到关注对象38b。当可重构天线10以接收模式运行时，天线馈电元件22可以被选择性地且独立地激活以允许收发器12接收由关注对象38a发射的RF能量，并且当可重构天线10以发射模式运行时，天线馈电元件22可以被选择性地且独立地激活以允许收发器12将RF能量发射到关注对象38b。
为此，可重构天线10还包括分别与天线馈电元件22相关联的等离子体开关24的阵列以及耦合到天线馈电元件22的RF组合器26，RF组合器26用于在多个天线馈电元件22和耦合到收发器12的单个波导14之间传送RF能量。在示出的实施方式中，等离子体开关24方便地设置在相应的天线馈电元件22和RF组合器26之间，尽管在替代实施方式中，等离子体开关24可以位于天线馈电元件22的路径中的任何位置。
在示出的实施方式中，可重构天线10被设计为发射和接收圆极化RF能量(例如，左手圆极化(LHCP)和右手圆极化(RHCP)二者)，尽管在替代实施方式中，可重构天线10可被设计为发射和接收线性极化RF能量(例如，水平极化(HP)和垂直极化(VP)二者)。在示出的实施方式中，天线馈电元件22、等离子体开关24、RF组合器26和波导14的截面轮廓是圆形的，尽管在替代实施方式中，截面轮廓可以是矩形的。
如以上简要讨论的，天线馈电元件22可以通过等离子体开关24被选择性地激活。为此，可重构天线10还包括用于向等离子体开关24供电的电源28，以及用于独立地操作等离子体开关24以通过选择性地控制从电源28到相应的等离子体开关24的电压供应来选择性地激活相应的天线馈电元件22的控制电路30，如下面将进一步详细描述的。在任选的实施方式中，不是打开或关闭(多个)天线馈电元件22，控制电路30可以通过选择性地控制从电源28到相应的等离子体开关24的电压供应来独立地衰减天线馈电元件22。
控制电路30可以用于经由电源28独立地操作等离子体开关24以动态地操纵RF波束。在图4A所示的一个实例中，控制电路30可以独立地操作等离子体开关24，以通过一次激活并且然后仅停用一个天线馈电元件22来将RF波束指向天空的一小部分。作为图4B中所示的另一个实例，控制电路30可以独立地操作等离子体开关24，以通过激活天线馈电元件22的第一连续的一半同时停用天线馈电元件22的第二连续的一半，然后激活天线馈电元件22的第二连续的一半同时停用天线馈电元件22的第一连续的一半来将RF波束指向天空的一半。
控制电路30还可以用于独立地操作等离子体开关24以动态地修改RF波束的孔径。作为图4C中所示的一个实例，控制电路30可以独立地操作等离子体开关24，以通过激活天线馈电元件22的不同尺寸的椭圆体组来改变RF波束的孔径。控制电路30还可以用于独立地操作等离子体开关24以动态地产生多个RF波束36的不同分组。作为图4D中所示的一个实例，控制电路30可以独立地操作等离子体开关24以通过激活十五个相应的天线馈电元件22来产生十五个RF波束。
从上文可以理解，可以利用可重构天线10来定位关注对象38，并且取决于具体应用，与这种关注对象38进行通信。例如，可以通过询问天线馈电元件22来确定输入射频波束36a的具体到达方向，并且因此确定关注对象38的角度位置，并且具体地通过激活和停用选定的天线馈电元件22以及确定从关注对象38接收RF能量的(多个)特定天线馈电元件22。然后，从关注对象38接收RF能量的(多个)天线馈电元件22可以被选择为与定位的关注对象38通信(在接收模式中以接收RF能量或者发射模式以发射RF能量)。
现在参照图5和图6，进一步详细描述等离子体开关24的一个实施方式。每个等离子体开关24包括设置在相应的天线馈电元件22的孔径与RF组合器26之间的信号路径中的一定体积的惰性气体40，跨越惰性气体体积40的一对电极42以及包含惰性气体体积40的介电室44。
在示出的实施方式中，惰性气体体积40位于天线馈电元件22的端部和RF组合器26之间，尽管如果需要，惰性气体40的体积可被设置在天线馈电元件22的中间。惰性气体体积40可以包括例如氖气、氙气或氩气或其组合，以使电极42的腐蚀最小化，尽管如果电极42未被暴露于惰性气体体积40，则可备选地惰性气体体积40可包含空气。
在示出的实施方式中，两个电极42都是围绕相应的天线馈电元件22的内腔的圆周设置的环形电极，以在激活时最小化在天线馈电元件22内传播的RF信号的干扰。因为在示出的实施方式中，天线馈电元件22的截面是圆形的，因此环形电极42同样是圆形的。然而，在其中天线馈电元件22的截面是矩形的情况下，环形电极42将是矩形的。在替代的实施方式中，电极42可以采取在激活时不显著干扰通过天线馈电元件22传播的RF信号的其它形式。
介电室44可由对RF能量基本上透明并且能够容纳惰性气体体积40的任何合适的介电材料(例如，玻璃)组成。介电室44包括其中并入了顶部电极42a的顶壁44a(或层)和其中并入了底部电极42b的底壁44b(或层)。电极42可以被适当地图案化到相应的顶部和底部介电壁之上或之内。值得注意的是，介电室44的顶壁44a和底壁44b可横跨等离子体开关的整个阵列24，使得单个顶壁44a和单个底壁44b可用于容纳等离子体开关24的阵列中的所有惰性气体体积40。如图7所示，介电室44可以任选包括侧壁44c，其将等离子体开关24的相应的惰性气体体积40彼此隔开。
每个等离子体开关24能够将相应的惰性气体体积40转变成等离子体，等离子体是由正离子和自由电子组成的电离气体，并且是物质的四种基本状态之一。像气体一样，等离子体没有确切的形状或体积。然而，与气体不同，等离子体是导电的。等离子体可以通过将气体加热到高温或通过使气体经受强电场而产生。
电源28经由结合到相应的顶部和底部介电壁44a、44b中的绝缘电线(未示出)电耦合在每个相应的等离子体开关24的电极42之间。在控制电路30的控制下，电源28能够在每个相应的等离子体开关24的电极42之间提供电压电位，以将相应的惰性气体体积40点火成等离子体场48，以及终止电极42之间的电压电位的供应以熄灭等离子体场48。因此，等离子体开关24像在相应的天线馈电元件22内的虚拟“门”那样操作，因为通电的等离子体场48产生虚拟壁，该虚拟壁通过相应的天线馈电元件22与RF组合器26之间的等离子体开关24阻断RF能量(从而停用该天线馈电元件22)，并且缺少通电的等离子体场48产生允许RF信号无缝地穿过相应的天线馈电元件22和RF组合器26之间的等离子体开关24的窗口(从而激活该天线馈电元件22)。在一些实施方式中，代替完全阻塞RF信号在天线馈电元件22内传播，等离子体场48可衰减通过天线馈电元件22传播到RF组合器26的RF能量。
值得注意的是，等离子体由三个参数定义，其必须满足三个条件。首先，等离子体具有德拜长度，在该德拜长度上可以中和所施加的电场，定义为其中ε0是真空介电常数，k是玻尔兹曼常数，Te是电子温度，n0是等离子体密度，并且e是基元电荷。等离子体需要λD<<L，其中L是等离子体的物理范围。因此，等离子体的物理范围必须比德拜长度大许多倍，以便它能够“屏蔽(screen)”施加的电场。其次，等离子体具有表示在德拜长度λD中包含的电子数量的等离子体参数，定义为等离子体要求Λ>>1，使得等离子体中有许多自由电子。第三，等离子体具有表示电子密度的振荡频率的等离子体频率，定义为其中me是电子质量。等离子体要求ωpeτ>>1，其中τ是电子碰撞时间，要求在等离子体频率下发生等离子体的自然振荡。
在一个实施方式中，电源28是具有典型的RF频率(例如，900MHz、2.4GHz和13.56GHz)的RF电源28，尽管电源28可以采用用于标准的氖灯泡的典型的60Hz电源的形式，甚至可以是直流电。通过电源28提供给电极42的电压电位优选足够高，并且电极42之间的距离优选地足够接近，使得根据上述用于产生等离子体场46的三个条件，在给定的室压力下，惰性气体体积40将被点火成等离子体场48。
如果相应的等离子体开关24的惰性气体体积40不是彼此隔离的，如图5所示，则惰性气体体积40优选地保持在大气压力下，并且每个等离子体开关24的电极42之间的距离优选地小于相邻等离子体开关24之间的距离的0.2倍，从而最小化一个等离子体开关24的通电电极42将相邻的等离子体开关24的惰性气体体积40点火成等离子体场48的可能性；即，惰性气体体积40到等离子体场48的点火将局限于被通电的等离子体开关24。然而，如果相应的等离子体开关24的惰性气体体积40通过介电侧壁44c彼此隔开，则如图7所示，惰性气体体积40到等离子体场48的点火将自然地局限于被通电的等离子体开关24，每个等离子体开关24的电极42之间的距离可以大于相邻等离子体开关24之间的距离的0.2倍。此外，可将惰性气体体积40保持在基本上小于大气压力(例如，0.1至10Torr cm)的压力下，从而响应于供给相应电极42的电压电位增强惰性气体体积40到相应的等离子体场48的点火。
基于激活等离子体场48所需的时间，等离子体开关24的开关时间为约几微秒到几秒的量级。理论上，等离子体场48可以在为电源28产生的频率建立驻波所需的时间内被激活。离子化的典型电离速率常数为约10-12s(1012Hz)的量级，弛豫时间为10-8s(108Hz)或更快。优选地，电源28的工作频率小于等离子体场48的弛豫时间以节省功率。
期望等离子体场48具有等效介电常数εn，以便实现等离子体场48对于在相应的天线馈电元件22内传播的RF信号的期望的阻塞或衰减特性。具体地，参考图8，考虑沿着正z轴传播的平面波，其电场沿x方向取向。该平面波入射在分离两种介质(区域1和区域2)的界面上，每个具有唯一的介电常数ε、磁导率μ、电导率σ。区域1可被认为是天线馈电元件22内的介质(例如，空气)，而区域2可被认为是等离子体开关24内的等离子体场48。为了满足区域1和区域2之间的边界条件，来自入射波的一些能量必须从界面反射，如图5所示。
可以开发预测发射波和反射波的振幅的两个参数。一个参数被称为透射系数且另一个参数被称为反射系数其中是基于介质性质的波阻抗，由给出。反射系数和透射系数通过相关，其中和对于界面的全反射，导致并且对于没有反射，导致
因此，可以理解，等离子体场48必须在1的界面处提供用于RF信号的全阻塞的反射系数以及用于RF信号的衰减的大于0但小于1的反射系数。与等离子体相关的是等效介电常数εn，其等于：其中ω＝2πf且因此，等离子体的等效介电常数εn由碰撞频率γ、等离子体频率ωpe和电子数密度ne控制。对于指定的信号频率f，对应于临界电子密度nec，其ωp＝ω。当等离子体密度ne<nec时，等离子体是“欠密的”，且当ne>nec时，等离子体是“过密的”。过密介质具有统一的反射常数，使得RF信号被完全阻塞，并且没有任何RF信号通过等离子体场48传输。通过反射入射的RF信号的一部分，欠密介质仍然可以提供对RF信号的衰减(衰减随着等离子体的密度而增加)。一般说来，如果RF信号的频率小于等离子体场48的谐振频率，则RF信号将被等离子体开关24阻塞，并且如果RF信号的频率大于等离子体场48的谐振频率，则RF信号将通过等离子体开关24。
等离子体场48的等离子体密度通常将决定等离子体开关24对于通过相应的天线馈电元件22传播的RF能量的阻塞或衰减特性。例如，对于频率为数GHz的RF能量，一般说来，等离子体密度大于每立方厘米109个自由电子的等离子体场48将完全阻塞入射到等离子体场48上的RF能量，而等离子体密度在每立方厘米107-109个自由电子的等离子体场48将以不同程度衰减入射在等离子体场48上的RF能量。
为了本说明书的目的，如果少于百分之十的RF能量通过等离子体开关24，则RF能量被阻塞；然而，当RF能量被阻塞时，优选的是少于百分之一的RF能量通过等离子体开关24。可以选择通过电源28施加到电极42的电压和电极42之间的距离，以提供通过等离子体开关24的给定频率的RF能量的期望的阻塞或衰减(在各种衰减水平下)。通过电源28施加到电极42以完全阻塞RF能量的电压等级通常高于由电源28施加到电极42以衰减RF能量的电压。同样地，由电源28施加到电极42的电压等级越大，RF能量被衰减得越大(如果不是完全被阻塞的话)。为了衰减，可以在存储器中存储几个不同的电压等级和相应的衰减等级，使得控制电路30对于天线馈电元件22的任何期望的衰减等级，控制电路30可以从存储器检索相应的电压等级，并且命令电源28将相应的电压等级传送给与该天线馈电元件22对应的等离子体开关24的电极42。
已经描述了可重构天线10的布置、结构和功能，现在将参照图9描述一种操作可重构天线10的方法100。首先，可重构天线10以发射模式或接收模式工作(步骤102)。接下来，选择天线馈电元件22的子集(步骤104)。在示出的实施方式中，天线馈电元件22的子集由控制电路30选择。天线馈电元件22的子集可以包括例如仅一个天线馈电元件，或者可以包括多个天线馈电元件。然后，根据发射模式或接收模式，在球形介电透镜20和RF组合器26之间传送RF能量(步骤106)。即，在接收模式中，在球形介电透镜20处从关注对象38a接收RF能量，并且在发射模式中，RF能量从球形介电透镜20传送到关注对象38b。
然后，独立地操作等离子体开关24以产生具有一定特性(例如，方向角、孔径或(多个)RF波束36的组大小)的至少一个RF波束36。特别地，天线馈电元件22的子集通过不通电相应的等离子体开关24而被激活，从而使RF能量通过等离子体开关24的相应子集(步骤108)，并且剩余的天线馈电元件通过通电相应的等离子体开关24而被停用，从而阻塞通过相应的剩余的等离子体开关24的RF能量(步骤110)。
在示出的实施方式中，控制电路30通过命令电源28不在等离子体开关24的子集的每对电极42上施加电压来激活等离子体开关24的子集。结果，不在等离子体开关24的子集的每个惰性气体体积40上施加电场，使得惰性气体体积40不被点火成等离子体场46，从而使RF能量穿过等离子体开关24的子集。相反，控制电路30通过命令电源28在剩余的等离子体开关24的每对电极42上施加电压来停用剩余的等离子体开关24。结果，在剩余的等离子体开关24的每个惰性气体体积40上施加电场，使得惰性气体体积40被点火成等离子体场46，从而阻塞RF能量通过剩余的等离子体开关24。
接下来，选择天线馈电元件22的不同子集(步骤112)，并且在步骤108和110再次独立地操作等离子体开关24以修改(多个)RF波束36的特性。可以重复步骤108和110以根据需要多次连续地修改(多个)RF波束36的特性。
现在将参考图10描述操作可重构天线10以定位关注对象38a的另一种方法200。首先，天线10以接收模式工作(步骤202)。接下来，选择天线馈电元件22的子集(步骤204)。在示出的实施方式中，天线馈电元件22的子集由控制电路30选择。对于关注对象38a的详细定位，天线馈电元件22的子集优选地仅包括单个天线馈电元件(例如，如果关注对象38a将位于天空的非常小的区域中)，尽管在替代的实施方式中，天线馈电元件22的子集可以包括多个天线馈电元件(例如，如果关注对象38a将位于天空的大面积中)。然后，在球形介电透镜20处从关注对象38a接收RF能量(步骤206)。
然后，独立地操作等离子体开关24以产生来自聚焦元件20的具有方向角的RF波束36a。特别地，通过不通电相应的等离子体开关24来激活天线馈电元件的子集，从而将RF能量从天线馈电元件22的子集传递到RF组合器26(步骤208)，并且剩余的天线馈电元件通过通电相应的等离子体开关24而被停用，从而阻塞从天线馈电元件22到RF组合器26的RF能量(步骤210)。
在示出的实施方式中，控制电路30通过命令电源28不在等离子体开关24的子集的每对电极42上施加电压来激活等离子体开关24的子集。结果，不在等离子体开关24的子集的每个惰性气体体积40上施加电场，使得惰性气体体积40不被点火成等离子体场46，从而使RF能量穿过等离子体开关24的子集。相反，控制电路30通过命令电源28在剩余的等离子体开关24的每对电极42上施加电压来停用剩余的等离子体开关24。结果，在剩余的等离子体开关24的每个惰性气体体积40上施加电场，使得惰性气体体积40被点火成等离子体场46，从而阻塞RF能量通过剩余的等离子体开关24。
接下来，例如由收发器12测量由RF组合器26输出的RF能量的信号强度(步骤212)。然后，确定天线馈电元件22的所有可能的子集是否已被选择用于激活(步骤214)。如果不是，则选择天线馈电元件22的不同子集(步骤216)，并且在步骤208和210再次独立地操作等离子体开关24，以修改RF波束36a的方向角并在步骤212中测量由RF组合器26输出的RF能量。
如果在步骤214已经确定天线馈电元件22的所有可能的子集被选择用于激活，则例如通过控制电路30，基于对应于天线馈电元件22的所选子集中的至少一个的测量的信号强度来对关注对象38a进行定位。具体地，确定对应于最高测量信号强度中的至少一个的天线馈电元件22的至少一个子集(步骤218)，RF波束36a的方向角与天线馈电元件22的这些(多个)子集中的每一个相关(步骤220)，并且基于RF波束36a的相关的(多个)方向角来定位关注对象38。例如，可以通过在存储器中存储对应于天线馈电元件22的相应子集的方向角并且检索与测量的(多个)最高信号强度对应的天线馈电元件22的(多个)子集对应的方向角来实现相关。
在一个实施方式中，确定对应于最高测量的信号强度的天线馈电元件22的仅一个子集，在这种情况下，RF波束36a的方向角可以仅与天线馈电元件22的这个子集相关，并且通过识别RF波束36a的方向角作为关注对象38a的位置来定位关注对象38a。在另一个实施方式中，如果确定与最高测量的信号强度相对应的天线馈电元件22的多个子集，在这种情况下，则将RF波束36a的方向角与天线馈电元件22的多个子集相关，并且可以通过基于相应的测量的最高信号强度从RF波束36a的方向角来计算内插方向角并且将RF波束36a的内插角度识别为关注对象38a的位置来定位关注对象38a。例如，可以根据与天线馈电元件22的多个子集相对应的测量的信号强度来对方向角进行加权，然后对其进行平均以获得内插方向角。
此外，本公开包括根据以下条款的实施方式：
1.一种可重构天线，其包括：
多个天线馈电元件；
分别与所述天线馈电元件相关联的多个等离子体开关；和
用于独立地操作所述等离子体开关以选择性地激活和停用所述天线馈电元件的控制电路。
2.如条款1所述的可重构天线，还包括具有焦平面的聚焦元件，所述天线馈电元件位于所述焦平面上。
3.如条款2所述的可重构天线，其中所述聚焦元件是介电透镜。
4.如条款3所述的可重构天线，其中所述介电透镜是球形介电透镜。
5.如条款1所述的可重构天线，其中每个所述天线馈电元件包括波导。
6.如条款1所述的可重构天线，其中所述控制电路用于独立地操作所述等离子体开关以衰减所述天线馈电元件。
7.如条款1所述的可重构天线，其还包括经由所述相应的等离子体开关耦合到所述天线馈电元件的射频(RF)组合器。
8.如条款1所述的可重构天线，其中每个所述等离子体开关包括：
一定体积的惰性气体；和
跨越相应的惰性气体体积的一对电极。
9.如条款8所述的可重构天线，其中至少一个所述电极是环形电极。
10.如条款8所述的可重构天线，其还包括含有所述惰性气体体积的介电室。
11.如条款10所述的可重构天线，其中所述介电室包括将所述相应的惰性气体体积彼此隔离的侧壁。
12.如条款11所述的可重构天线，其中所述介电室包含处于小于大气压力的压力下的惰性气体体积。
13.如条款10所述的可重构天线，其中所述介电室包括顶部介电壁和底部介电壁，每个所述等离子体开关的一对电极中的第一个被并入所述顶部介电壁，并且每个所述等离子体开关的一对电极中的第二个被并入所述底部介电壁。
14.如条款8所述的可重构天线，其中所述惰性气体是氖气、氙气、氩气或其组合。
15.如条款8所述的可重构天线，其还包括电源，所述电源用于向所述等离子体开关中的每一个的一对电极提供电压，所述电压足以将相应的惰性气体体积点火成等离子体场。
16.如条款15所述的可重构天线，其中所述等离子体场具有大于每立方厘米109个自由电子的等离子体密度。
17.如条款15所述的可重构天线，其中所述控制电路用于选择性地控制从所述电源到相应的等离子体开关的电压供应，以选择性地打开或关闭相应的天线馈电元件。
18.如条款1所述的可重构天线，其中所述控制电路用于独立地操作所述等离子体开关以动态地操纵RF波束。
19.如条款18所述的可重构天线，其中所述控制电路用于独立地操作所述等离子体开关，以一次一个地选择性地激活并且然后停用相应的天线馈电元件。
20.如条款18所述的可重构天线，其中所述控制电路用于独立地操作所述等离子体开关以交替地激活并且然后停用所述天线馈电元件的两半。
21.如条款1所述的可重构天线，其中所述控制电路用于独立地操作所述等离子体开关以动态修改波束的孔径。
22.如条款1所述的可重构天线，其中所述控制电路用于独立地操作所述等离子体开关以激活并且然后停用不同组大小的天线馈电元件。
23.如条款1所述的可重构天线，其中每个所述天线馈电元件是圆形的。
24.一种射频(RF)系统，其包括：
如条款1所述的可重构天线；和
经由相应的等离子体开关耦合到所述天线馈电元件的发射和/或接收部件。
25.一种天线，其包括：
至少一个天线馈电元件；
至少一个等离子体开关，其分别与所述至少一个天线馈电元件相关联，其中所述至少一个等离子体开关中的每一个均包括一定体积的惰性气体以及跨越相应惰性气体体积的一对电极；和
用于向所述至少一个等离子体开关中的每一个的一对电极提供电压的电源，该电压足以将相应的惰性气体体积点火成等离子体场。
26.如条款25所述的天线，还包括具有焦平面的聚焦元件，所述天线馈电元件位于所述焦平面上。
27.如条款26所述的天线，其中所述聚焦元件是介电透镜。
28.如条款27所述的天线，其中所述介电透镜是球形介电透镜。
29.如条款25所述的天线，其中所述至少一个天线馈电元件中的每一个包括与相应的等离子体开关相关联的波导。
30.如条款25所述的天线，其中所述等离子体场能够停用相应的天线馈电元件。
31.如条款25所述的天线，其中所述等离子体场能够衰减相应的天线馈电元件。
32.如条款25所述的天线，其中至少一个所述电极是环形电极。
33.根据条款25所述的天线，其中所述至少一个天线馈电元件包括多个天线馈电元件，并且所述至少一个等离子体开关包括多个等离子体开关。
34.如条款33所述的天线，其还包括耦合到所述天线馈电元件的射频(RF)组合器。
35.如条款33所述的天线，其还包括含有所述惰性气体体积的介电室。
36.如条款35所述的天线，其中所述介电室包括将所述相应的惰性气体体积彼此隔离的侧壁。
37.如条款35所述的天线，其中所述介电室包含处于小于大气压力的压力下的惰性气体体积。
38.如条款35所述的天线，其中所述介电室包括顶部介电壁和底部介电壁，每个所述等离子体开关的一对电极中的第一个被并入所述顶部介电壁，每个所述等离子体开关的一对电极中的第二个被并入所述底部介电壁。
39.如条款25所述的天线，其中所述惰性气体是氖气、氙气、氩气或其组合。
40.如条款25所述的天线，其中所述等离子体场具有大于每立方厘米109个自由电子的等离子体密度。
41.如条款25所述的天线，其中所述等离子体场具有每立方厘米107-109个自由电子的等离子体密度。
42.如条款25所述的天线，其中所述至少一个天线馈电元件中的每一个是圆形的。
43.一种射频(RF)系统，包括：
如条款25所述的天线；和
经由所述至少一个等离子体开关耦合到所述至少一个天线馈电元件的发射和/或接收部件。
44.一种天线，其包括：
至少一个天线馈电元件；
分别与所述至少一个天线馈电元件相关联的至少一个等离子体开关；和
控制电路，用于操作所述至少一个等离子体开关中的每一个以衰减所述至少一个天线馈电元件中的每一个。
45.如条款44所述的天线，还包括具有焦平面的聚焦元件，所述至少一个天线馈电元件位于所述焦平面上。
46.如条款45所述的天线，其中所述聚焦元件是介电透镜。
47.如条款46所述的天线，其中所述介电透镜是球形介电透镜。
48.如条款44所述的天线，其中所述至少一个天线馈电元件中的每一个包括波导。
49.根据条款44所述的天线，其中所述至少一个天线馈电元件包括多个天线馈电元件，并且所述至少一个等离子体开关包括多个等离子体开关。
50.如条款49所述的天线，其还包括经由所述相应的等离子体开关耦合到所述天线馈电元件的射频(RF)组合器。
51.如条款44所述的天线，其中所述至少一个等离子体开关中的每一个包括：
一定体积的惰性气体；和
跨越相应的惰性气体体积的一对电极。
52.如条款51所述的天线，其中至少一个所述电极是环形电极。
53.如条款51所述的天线，其还包括含有所述至少一个等离子体开关的惰性气体体积的介电室。
54.如条款53所述的天线，其中所述至少一个天线馈电元件包括多个天线馈电元件，所述至少一个等离子体开关包括多个等离子体开关，并且所述介电室包括侧壁，所述侧壁将相应的惰性气体体积彼此隔开。
55.如条款53所述的天线，其中所述介电室包含低于大气压的压力下的所述至少一个等离子体开关的惰性气体体积。
56.如条款53所述的天线，其中所述介电室包括顶部介电壁和底部介电壁，其中每个所述至少一个等离子体开关的一对电极中的第一个被并入所述顶部介电壁，每个所述至少一个等离子体开关的一对电极中的第二个被并入所述底部介电壁。
57.如条款51所述的天线，其中所述惰性气体是氖气、氙气、氩气或其组合。
58.如条款51所述的天线，其还包括电源，所述电源用于向所述至少一个等离子体开关中的每一个的一对电极提供电压，所述电压足以将相应的惰性气体体积点火成等离子体场。
59.如条款58所述的天线，其中所述等离子体场具有每立方厘米107-109个自由电子的等离子体密度。
60.如条款44所述的天线，其中所述至少一个天线馈电元件中的每一个是圆形的。
61.一种射频(RF)系统，其包括：
如条款44所述的天线；和
经由相应的等离子体开关耦合到所述天线馈电元件的发射和/或接收部件。
62.一种操作天线的方法，所述天线包括具有焦平面的聚焦元件、位于焦平面上的多个天线馈电元件、分别与所述天线馈电元件关联的多个等离子体开关以及经由所述等离子体开关耦合到所述天线馈电元件的射频(RF)组合器，所述方法包括：
(a)在所述聚焦元件和所述RF组合器之间传送RF能量，
(b)选择所述天线馈电元件的子集；
(c)独立地操作所述等离子体开关以激活所述天线馈电元件的子集，从而使所述RF能量通过所述等离子体开关的相应子集，并且停用剩余的所述天线馈电元件，由此阻断通过相应的剩余的所述等离子体开关的RF能量，使得所述天线产生具有一特性的至少一个RF波束；
(d)选择所述天线馈电元件的不同子集；
(e)用所述天线馈电元件的不同子集重复步骤(c)，使得所述至少一个RF波束的特性被修改。
63.如条款62所述的方法，其中所述天线馈电元件的子集包括单个天线馈电元件。
64.如条款62所述的方法，其中所述至少一个RF波束的特性是所述至少一个RF波束的方向角。
65.如条款62所述的方法，其中所述至少一个RF波束的特性是所述至少一个RF波束的孔径。
66.如条款62所述的方法，其中所述至少一个RF波束的特性是所述至少一个RF波束的组大小。
67.如条款62所述的方法，其中所述聚焦元件是介电透镜。
68.如条款67所述的方法，其中所述介电透镜是球形介电透镜。
69.如条款62所述的方法，其中所述至少一个天线馈电元件中的每一个包括与相应的等离子体开关相关联的波导。
70.如条款62所述的方法，其中每个等离子体开关包括一定体积的惰性气体，并且其中操作所述等离子体开关以激活所述天线馈电元件的子集包括在所述等离子体开关的子集中的每个惰性气体体积上不施加电场，从而使所述RF能量通过所述等离子体开关的子集，并且在剩余的所述等离子体开关的每个惰性气体体积上施加电场，以点燃每个惰性气体体积成为相应的等离子体场，从而阻断通过剩余的等离子体开关的所述RF能量。
71.如条款70所述的方法，其中所述惰性气体是氖气、氙气、氩气或其组合。
72.如条款70所述的方法，其中相应的等离子体场具有大于每立方厘米109个自由电子的等离子体密度。
73.一种使用天线定位关注对象的方法，所述天线包括具有焦平面的聚焦元件、位于所述焦平面上的多个天线馈电元件、分别与所述天线馈电元件关联的多个等离子体开关以及经由所述等离子体开关耦合到所述天线馈电元件的射频(RF)组合器，所述方法包括：
(a)在所述聚焦元件处接收来自所述关注对象的RF能量；
(b)选择所述天线馈电元件的子集；
(c)独立地操作所述等离子体开关以激活所述天线馈电元件的子集，从而将所述RF能量从所述天线馈电元件的子集传递到所述RF组合器，并且停用剩余的所述天线馈电元件，从而将来自剩余的所述天线馈电元件的所述RF能量阻塞到所述RF组合器，使得产生来自所述聚焦元件的具有方向角的RF波束；
(d)测量由所述RF组合器输出的RF能量的信号强度；
(e)选择所述天线馈电元件的不同子集；
(f)针对所述天线馈电元件的不同子集重复步骤(c)-(d)；以及
(g)基于与选择的天线馈电元件的子集中的至少一个相对应的测量的信号强度来定位所述关注对象。
74.如条款73所述的方法，其中定位所述关注对象包括确定对应于测量的最高信号强度中的至少一个的所述天线馈电元件的至少一个子集，将所述RF波束的方向角与所述天线馈电元件的至少一个子集中的每一个相关，并且基于所述RF波束的相关的至少一个方向角来定位所述关注对象。
75.如条款74所述的方法，其中确定对应于测量的最高信号强度的所述天线馈电元件的仅一个子集，将所述RF波束的方向角与所述天线馈电元件的该仅一个子集相关，并且通过识别所述RF波束的方向角作为所述关注对象的位置来定位所述关注对象。
76.如条款74所述的方法，其中确定与测量的最高信号强度相对应的所述天线馈电元件的多个子集，将所述RF波束的方向角与所述天线馈电元件的多个子集相关，并且通过基于相应的测量的最高信号强度从所述RF波束的方向角来计算内插方向角并且识别所述RF波束的内插角度作为所述关注对象的位置，来定位所述关注对象。
77.如条款73所述的方法，其中重复所述步骤(e)和(f)直到已经选择和激活所述天线馈电元件的所有可能的子集。
78.如条款73所述的方法，其中所述天线馈电元件的子集包括单个天线馈电元件。
79.如条款73所述的方法，其中所述聚焦元件是介电透镜。
80.如条款79所述的方法，其中所述介电透镜是球形介电透镜。
81.如条款73所述的方法，其中所述至少一个天线馈电元件中的每一个包括与相应的等离子体开关相关联的波导。
82.如条款73所述的方法，其中每个等离子体开关包括一定体积的惰性气体，并且其中操作所述等离子体开关以激活所述天线馈电元件的子集包括在所述等离子体开关的子集中的每个惰性气体体积上不施加电场，从而使所述RF能量通过所述等离子体开关的子集，并且在剩余的所述等离子体开关的每个惰性气体体积上施加电场以点燃每个惰性气体体积成为相应的等离子体场，从而阻断通过剩余的等离子体开关的所述RF能量。
83.如条款82所述的方法，其中所述惰性气体是氖气、氙气、氩气或其组合。
84.如条款82所述的方法，其中相应的等离子体场具有大于每立方厘米109个自由电子的等离子体密度。
虽然本文已经公开了某些例示性实施方式和方法，但从上述公开内容显而易见的是，本技术技术人员可以在不脱离所公开的本领域的精神和范围的情况下对这些实施方式和方法进行变化和修改。存在许多其它公开的技术的实例，其各自仅在细节方面彼此不同。因此，意图是所公开的技术应当仅限于所附权利要求和适用法律的规则和原则所要求的范围。

Claims (15)

1.一种可重构天线，包括：
多个天线馈电元件；
多个等离子体开关，分别与所述天线馈电元件相关联；和
控制电路，用于独立地操作所述等离子体开关，以选择性地激活和停用所述天线馈电元件。
2.根据权利要求1所述的可重构天线，还包括具有焦平面的聚焦元件，所述天线馈电元件位于所述焦平面上。
3.根据权利要求2所述的可重构天线，其中所述聚焦元件是介电透镜。
4.根据权利要求3所述的可重构天线，其中所述介电透镜是球形介电透镜。
5.根据权利要求1所述的可重构天线，其中所述控制电路用于独立地操作所述等离子体开关以衰减所述天线馈电元件。
6.根据权利要求1所述的可重构天线，还包括经由相应的等离子体开关耦合到所述天线馈电元件的射频(RF)组合器。
7.根据权利要求1所述的可重构天线，其中每个所述等离子体开关包括：
一定体积的惰性气体；和
跨越相应的惰性气体体积的一对电极。
8.根据权利要求7所述的可重构天线，还包括电源，所述电源用于向所述等离子体开关中的每一个的所述一对电极提供电压，所述电压足以将相应的惰性气体体积点火成等离子体场。
9.根据权利要求8所述的可重构天线，其中所述控制电路用于选择性地控制从所述电源到相应的等离子体开关的电压供应，以选择性地打开或关闭相应的天线馈电元件。
10.根据权利要求1所述的可重构天线，其中所述控制电路用于独立地操作所述等离子体开关以动态地操纵RF波束。
11.根据权利要求10所述的可重构天线，其中所述控制电路用于独立地操作所述等离子体开关，以一次一个地选择性地激活并且然后停用相应的天线馈电元件。
12.一种操作天线的方法，所述天线包括具有焦平面的聚焦元件、位于所述焦平面上的多个天线馈电元件、分别与所述天线馈电元件关联的多个等离子体开关以及经由所述等离子体开关耦合到所述天线馈电元件的射频(RF)组合器，所述方法包括：
a.在所述聚焦元件和所述射频组合器之间传送RF能量，
b.选择所述天线馈电元件的子集；
c.独立地操作所述等离子体开关以激活所述天线馈电元件的子集，从而使所述RF能量通过所述等离子体开关的相应子集，并且停用剩余的所述天线馈电元件，由此阻断通过相应的剩余的所述等离子体开关的RF能量，使得所述天线产生具有一特性的至少一个RF波束；
d.选择所述天线馈电元件的不同子集；
e.用所述天线馈电元件的不同子集重复步骤c，使得所述至少一个RF波束的所述特性被修改。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述至少一个RF波束的所述特性是所述至少一个RF波束的方向角。
14.根据权利要求12所述的方法，其中所述至少一个RF波束的所述特性是所述至少一个RF波束的孔径。
15.根据权利要求12所述的方法，其中所述至少一个RF波束的所述特性是所述至少一个RF波束的组大小。
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