DE112016005725T5

DE112016005725T5 - Eine verteilte direktansteuerung-anordnung für steuerzellen

Info

Publication number: DE112016005725T5
Application number: DE112016005725.3T
Authority: DE
Inventors: Michael Severson; Nathan Kundtz
Original assignee: Kymeta Corp
Current assignee: Kymeta Corp
Priority date: 2015-12-15
Filing date: 2016-12-12
Publication date: 2018-09-06
Anticipated expiration: 2036-12-13
Also published as: TWI668918B; TW201729465A; JP2019502311A; WO2017106105A1; CN108604734B; KR102103658B1; DE112016005725B4; CN108604734A; US10403984B2; US20170170572A1; JP6808733B2; KR20180107088A

Abstract

Hierin werden ein Verfahren und eine Vorrichtung für einen direkten Treibermechanismus zum Treiben von Zellen (z. B. Flüssigkristall (LC)-Zellen - Zellen, RF-MEMS-Zellen usw.) offenbart. In einer Ausführungsform weist die Antenne eine Antennenelement-Anordnung mit einer Vielzahl von Antennenelementen auf, wobei jedes Antennenelement eine oder mehrere Zellen (z. B. eine Flüssigkristallzelle (LC), eine RF-MEMS-Zelle usw.) aufweist; Treiberschaltungen, die mit Zellen in der Antennenelement-Anordnung gekoppelt sind, um eine Spannung an jede der Zellen zu liefern; und Speicher, um einen Datenwert für jede Zelle zu speichern, um zu erfassen, ob die Zelle an oder aus ist.

Description

PRIORITÄT
Die vorliegende Patentanmeldung beansprucht die Priorität der entsprechenden Provisional-Patentanmeldung mit der Seriennr. 62/267,719, mit dem Titel: „a-Si DISTRIBUTED DIRECT DRIVE: A MEMORY CELL WITH ANALOG SWITCH IN A MATRIX CEINFIGURATIEIN“, eingereicht am 15. Dezember 2015 und bezieht diese durch Bezugnahme mit ein.
GEBIET DER ERFINDUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen das Gebiet der Antennen; insbesondere betreffen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Antennen mit einer Direktansteuerung, um mehrere Zellen in einer Antennenelement-Anordnung anzusteuern.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Einige Implementierungen einer Antennenanordnung unter Verwendung von Dünnfilmtransistor-(TFT) Herstellungsprozessen haben ihre Grenzen in der Bildwiederholrate der Anordnung aufgrund der Verwendung von hoch-doppelbrechenden Flüssigkristallen (LC) mit gleichzeitig niedrigem Spannungshalteverhältnis. Das heißt, das niedrige Spannungshalteverhältnis tritt gleichzeitig mit den Beschränkungen in der Bildwiederholrate der Anordnung aufgrund der hoch-doppelbrechenden LC auf. Um dies zu kompensieren, wird häufig ein großer Speicherkondensator benötigt, um einen übermäßigen Spannungsabfall zu verhindern. Ein großer Speicherkondensator in Kombination mit dem schlechten Kanalwiderstand, Rds, von typischen amorphen Silizium-TFTs führt zu großen Ladezeitkonstanten, die Bildwiederholraten verhindern, die Antennenverfolgungsraten-Anforderungen genügen.
Genauer gesagt ist eine Möglichkeit, eine LC-Wechselstrom-(AC) Ansteuer-Spannung in der Standard-Matrix-Architektur zu erzeugen, jede LC-Zelle mit einer positiven Spannung zu laden, um jede Zeile sequentiell zu adressieren, dann die LC-Zelle mit einer negativen Spannung aufzuladen, und dann erneut jede Zeile mit einer Geschwindigkeit, die schnell genug ist, um die gewünschte LC-Treiberfrequenz aufrechtzuerhalten, sequentiell zu adressieren. Dieses Verfahren erfordert das Aktualisieren der Matrix mit einer Rate der Treiberfrequenz mal der Anzahl der Zeilen. Dieses Verfahren wird zu einer Herausforderung, wenn die Zeit zum Laden der LC-Zelle und des Speicherkondensators zunimmt. Der Wert der Speicherkapazität, der diese Ladezeit festlegt, wird durch die parasitäre Gate-Kapazität des TFTs und ihre Auswirkung auf die LC-„Kickback“-Spannung bestimmt. Um die Kickback-Spannung zu minimieren, muss die Speicherkapazität möglicherweise groß sein. Eine große Speicherkapazität bedeutet jedoch eine große Ladezeit und somit niedrigere Bildwiederholraten.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Hierin wird ein Verfahren und eine Vorrichtung für einen Direktansteuerungs-Mechanismus für Steuerzellen (z. B. Flüssigkristall-(LC) Zellen, MEMS-Zellen usw.) offenbart. In einer Ausführungsform weist die Antenne eine Antennenelement-Anordnung mit einer Vielzahl von Antennenelementen, wobei jedes Antennenelement eine oder mehrere Zellen aufweist; Treiberschaltungen, die mit Zellen in der Antennenelement-Anordnung gekoppelt sind, um eine Spannung an jede der Zelle zu liefern; und Speicher, um einen Datenwert für jede Zelle zu speichern, um zu erfassen, ob die Zelle AN oder AUS ist, auf.
Figurenliste
Die vorliegende Erfindung wird umfangreicher aus der unten gegebenen detaillierten Beschreibung und aus den beigefügten Zeichnungen verschiedener Ausführungsformen der Erfindung verstanden, die jedoch nicht als Beschränkung der Erfindung auf die spezifischen Ausführungsformen angesehen werden sollten, sondern lediglich der Erläuterung und dem Verständnis dienen.

1 veranschaulicht eine Ausführungsform eines Zell-Treibers.
2 veranschaulicht eine beispielhafte Konfiguration, bei der die Zell-Treiber zum Ansteuern einer Antennenanordnung angeordnet sind.
3 veranschaulicht eine Ausführungsform einer Antennen-Matrix mit seriellen Schieberegistern zum Steuern von Zell-Treibern.
4 ist ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Zell-Treibers, der einen lokalen Speicher aufweist.
5 veranschaulicht eine Ausführungsform einer Matrix-Konfiguration, bei der Zell-Treiber in einer Matrix angeordnet sind.
6 veranschaulicht eine andere Ausführungsform einer Antennen-Matrix mit seriellen Schieberegistern zum Steuern von Zell-Treibern.
7 veranschaulicht eine Ausführungsform eines Schaltungs-Schaltbildes einer Ausführungsform eines Decodier- und Ausgabetreibers.
8 veranschaulicht eine Ausführungsform eines Zell-Treiber-Schaltbildes mit einem bistabilen Ein-Bit-Register.
9 veranschaulicht eine Ausführungsform eines Zell-Treiber-Schaltbildes mit einem Ein-Bit-Register.
10 veranschaulicht beispielhafte, ausgegebene Spannungs-Plots.
11A veranschaulicht eine Draufsicht einer Ausführungsform einer koaxialen Zuführung, die verwendet wird, um eine zylindrische Wellenzuführung bereitzustellen.
11B veranschaulicht eine Apertur mit einer oder mehreren Anordnungen von Antennenelementen, die in konzentrischen Ringen um eine Eingangs-Zuführung der zylindrisch gespeisten Antenne angeordnet sind.
12 veranschaulicht eine perspektivische Ansicht einer Zeile von Antennenelementen, die eine Grundebene und eine rekonfigurierbare Resonatorschicht aufweist.
13 veranschaulicht eine Ausführungsform eines abstimmbaren Resonators/Schlitzes.
14 veranschaulicht eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform einer physikalischen Antennenapertur.
15A-D veranschaulichen eine Ausführungsform der verschiedenen Schichten zum Erzeugen der Schlitzanordnung.
16A veranschaulicht eine Seitenansicht einer Ausführungsform einer zylindrisch gespeisten Antennenstruktur.
16B veranschaulicht eine andere Ausführungsform des Antennensystems mit einer ausgehenden Welle.
17 veranschaulicht eine Ausführungsform der Anordnung einer Matrix-Treiberschaltung in Bezug auf Antennenelemente.
18 veranschaulicht Frame-Zeiten verschiedener Spannungswellenformen angewendet über einen Flüssigkristall, um eine PWM-Grauschattierung zu erreichen.
19 ist ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Kommunikationssystems, das gleichzeitig einen Doppelempfang in einem Fernsehsystem durchführt.
20 ist ein Blockdiagramm einer anderen Ausführungsform eines Kommunikationssystems mit simultanen Sende- und Empfangspfaden.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
Eine Antenne mit einer Direktansteuerung zum Ansteuern von Antennenelementen und ein Verfahren zum Verwenden derselben werden offenbart. In einer Ausführungsform weist die Direktansteuerung eine Vielzahl von Zell-Treibern auf, die über eine Antennenanordnung von Zellen verteilt ist. In einer Ausführungsform sind die Zellen Flüssigkristall-Zellen (LC-Zellen). In einer anderen Ausführungsform sind die Zellen mikroelektromechanische Systeme (MEMS), Hochfrequenz (RF)-Resonator Zellen, jeweils hier als MEMS-Zelle bezeichnet. Andere Arten von Zellen können durch die hierin beschriebenen DirektAnsteuerungs-Techniken verwendet und betrieben werden. In einer Ausführungsform weist jeder Zell-Treiber eine Speicherzelle und einen Analogschalter auf, der in einer Matrix-Konfiguration in einer Antenne angeordnet ist.
In der folgenden Beschreibung werden zahlreiche Details dargelegt, um eine gründlichere Erläuterung der vorliegenden Erfindung zu liefern. Für den Fachmann ist es jedoch offensichtlich, dass die vorliegende Erfindung ohne diese spezifischen Details ausgeführt werden kann. In anderen Fällen werden wohlbekannte Strukturen und Vorrichtungen eher in Blockdiagrammform als im Detail gezeigt, um zu vermeiden, dass die vorliegende Erfindung verschleiert wird.
Es sei zu beachten, dass in der folgenden Beschreibung die Direktansteuerung in Verbindung mit einer LC-Zelle beschrieben wird. Eine RF-MEMS-Zelle oder andere Arten von Zellen könnten anstelle der LC-Zelle verwendet werden. Spezifische Implementierungsmerkmale, die mit verschiedenen Zelltypen assoziiert sind, werden identifiziert.
In einer Ausführungsform weist die Antenne eine Anzahl von Zellen auf, die durch ein Direktansteuerungs-Steuersystem gesteuert werden. Das Direktansteuerungs-Steuersystem erzeugt Steuersignale für jede Zelle. In einer Ausführungsform weist jede Zelle eine LC-Zelle auf und ein Schalter an jeder Zelle leitet basierend auf den Steuersignalen von dem Direktansteuerungs-Steuersystem selektiv eine Spannung an die Zelle weiter. In einer Ausführungsform weist der Schalter einen Transistor (beispielsweise ein Dünnschichttransistor (TFT)) auf, der selektiv eine Wechselstrom-(AC) oder Masse-(GND) Spannung an die LC-Zelle weiterleitet, um die AC-LC-Zell-Spannung zu erzeugen. Dies steht im Gegensatz zu einem DC-Direktansteuerungs-System, das die Spannung an der LC-Zelle durch Schalten der positiven DC-Spannung und der negativen DC-Spannung an die LC-Kapazität erzeugt.
In einer Ausführungsform weist das Direktansteuerungs-Steuersystem eine Matrix-Treiberkonfiguration auf. Diese Art von Direktansteuerung reduziert die Aktualisierungsrate der Matrix und eliminiert die Notwendigkeit von Speicherkapazität, wodurch höhere Treiberfrequenzen ermöglicht werden. Dies kann erreicht werden, wenn jede Zelle einen lokalen Speicher aufweist, um zu erfassen, ob die Zelle EIN oder AUS ist.
1 ist ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Zell-Treibers. In einer Ausführungsform führt der Zell-Treiber eine Wechselspannung einem LC zu. In einer Ausführungsform gibt es einen Zell-Treiber für jedes Antennenelement in einer Antennenanordnung. Beispiele für Antennenanordnungen, die den Zell-Treiber von 1 enthalten, werden nachstehend ausführlicher beschrieben. Es sei zu beachten, dass in der folgenden Beschreibung LCs die Zellen sind, die von dem Direktansteuerungs-Steuersystem angesteuert werden. Das Direktansteuerungs-Steuersystem kann jedoch verwendet werden, um andere Arten von Zellen anzusteuern, einschließlich anderer Arten von Metamaterialien.
Mit Bezug auf 1 weist ein Zell-Treiber 100 einen Multiplexer (MUX) 111 oder einen anderen Schalter auf, der gekoppelt ist mit und gesteuert wird durch EIN/AUS-Eingang 102. EIN/AUS-Eingang 102 ist mit einem Eingang eines Inverters 110 sowie Mux 111 gekoppelt. Der Ausgang des Inverters 110 ist mit Mux 111 gekoppelt. Der Treiber-Eingang 101 ist mit einem Eingang von Mux 111 gekoppelt und Masse (GND) 104 ist mit einem anderen Eingang des Mux 111 gekoppelt. In einer Ausführungsform empfängt der Treiber-Eingang 101 die AC-LC-Ansteuer-Spannung mit der gewünschten Spannung und Frequenz, um den LC 120 in den EIN-Zustand zu bringen. In einer anderen Ausführungsform, wenn die Zelle eine MEMS-Zelle ist, empfängt der Treiber 101 eine DC-MEMS-Ansteuer-Spannung mit der gewünschten Spannung, um das MEMS in den EIN-Zustand zu bringen. Dies kann eine DC-Spannung sein.
Der EIN/AUS-Eingang 102 steuert das Multiplexen des Mux 111, wodurch bewirkt wird, dass er den GND 104- oder den Treiber-Eingang 101 auswählt an den Ausgang (AUS) 103 zugeführt zu werden.
Vpp, GND und Vss sind DC-Vorspannungen, die zum Betreiben der internen Steuerlogik des Zell-Treibers 100 verwendet werden.
In einer Ausführungsform werden die Werte für die EIN/AUS-Eingänge von Registern bereitgestellt, die von einer Antennenanordnung-Steuereinheit gesteuert werden. 2 veranschaulicht eine beispielhafte Konfiguration, bei der die Zell-Treiber zum Ansteuern einer Antennenanordnung angeordnet sind. Bezugnehmend auf 2 sind Zell-Treiber 200₁-200_n bis 20k₁-20k_n in Zeilen und Spalten angeordnet. Es sei angemerkt, dass, auch wenn die Zeilen und Spalten senkrecht zueinander gezeigt sind, diese Matrix-Konfiguration in einer Ausführungsform nicht tatsächlich ein Layout in der Antennenanordnung ist und lediglich ein logisches Layout zum Zwecke der Veranschaulichung einer Direktansteuerung-Steuerung einer Matrix-Konfiguration ist.
In 2 befindet sich die Steuerung an der Peripherie der Anordnung. Der EIN/AUS-Eingang jedes Zell-Treibers wird einzeln durch ein Register gesteuert, das sich außerhalb der Anordnung von Zellen befindet. Eine Vielzahl von parallelen Registern 210₁-210_n ist mit Steuersignalen von einem Matrix-Mustergenerator 211 gekoppelt und reagiert darauf, um parallele Ausgabesteuersignale zu erzeugen. Matrix-Mustergenerator 211 ist ein Teil der Antennenanordnung-Steuereinheit 200 und erzeugt Steuersignale, welche die Register 210₁-210_n dazu veranlassen Signale an ihren Ausgang-Leitungen für die EIN/AUS-Zell-Treiber-Eingänge auszugeben. Mit anderen Worten: der Matrix-Mustergenerator lädt die Register mit den Werten, um zu steuern, welcher der Zell-Treiber zu irgendeinem Zeitpunkt EIN ist und welcher AUS ist. Das heißt, jede der Ausgang-Leitungen ist mit einem der EIN/AUS-Eingänge eines Zell-Treibers in der Anordnung verbunden, um den Betrieb dieses Zell-Treibers zu steuern.
In einer Ausführungsform sind die Antennen-Zellen in Ringen in dem Antennenfeld angeordnet und die Register 210₁-210_n sind am Umfang einer dieser Ringe angeordnet. Dies ist jedoch keine Notwendigkeit. In einer anderen Ausführungsform können Register 210₁-210_n über die Anordnung der Zell-Treiber verteilt sein abhängig davon, ob in der gesamten Antennenanordnung Platz zur Verfügung steht.
Der Treiber-Generator 212 erzeugt die Ansteuer-Spannung, die mit jedem der Treiber-Eingänge der Zell-Treiber gekoppelt ist. In einer Ausführungsform schwankt die Ansteuer-Spannung zwischen +/-5 Volt. In anderen Ausführungsformen können jedoch andere Spannungswerte verwendet werden, um die LC-Zellen anzusteuern. In einer anderen Ausführungsform beträgt die Spannung +/-10 V. In einer Ausführungsform wird die Ansteuer-Spannung basierend auf der Chemie der LC ausgewählt, um die gewünschte Radiofrequenz (RF)-Leistung zu erzielen. In einer Ausführungsform ist der Treiber-Eingang aller Zellen gleich und liegt auf der gewünschten LC-EIN-Spannung und -Frequenz. Dieses Netz kann in Teilnetze aufgespalten und von mehreren Treibern angesteuert werden, wenn es erforderlich ist, die gewünschte Spannung und Frequenz aufgrund der Last zu erreichen. Mit anderen Worten, falls die Ansteuerung durch den Treiber-Generator 212 nicht ausreichte um alle Zellen anzusteuern, dann könnte dieses Netz in Teilnetze aufgeteilt werden (ein Netz pro Zeile zum Beispiel oder ein Netz für jeweils vier Zeilen in einem anderen Beispiel) und jedes dieser Teilnetze könnte von einem individuellen Treiber angesteuert werden, der für die Anzahl der Zellen in diesem Teilnetz ausreicht.
In einer Ausführungsform kann die Ansteuer-Spannung für eine MEMS-Zelle eine DC-Spannung von beispielsweise +15 V sein.
In einer Ausführungsform ist die LC-Treiberfrequenz und -spannung unabhängig von der Treiber-Aktualisierungsrate des Anordnungsmusters. In einer Ausführungsform hängt die Muster-Aktualisierungsrate von der Rate ab, mit der das periphere Register geladen werden kann, und die LC-Ansteuer-Frequenz ist nur durch die Schaltzeit des LC-Treiber-Multiplexers und der LC-Kapazität begrenzt, die viel kleiner als bei einem herkömmlichen LC-Aktivmatrix-Treiber sein können.
Man beachte, dass die LC-Ansteuer-Frequenz nur durch die Umschaltzeit des LC-Treiber-Multiplexers (z. B. Multiplexer/Schalter 111) und die LC-Kapazität begrenzt ist.
In einer Ausführungsform liefern die Stromversorgungen 213 die Spannungen Vpp, Vss und GND, um die Logik des Zell-Treibers mit Energie zu versorgen. In einer Ausführungsform ist die Vpp aller Zellen gleich und weist einen DC-Wert auf, der gleich oder größer als der positivste Wert der Ansteuer-Spannung (Vdrive_max) ist. In einer Ausführungsform ist Vss aller Zellen gleich und weist einen DC-Wert auf, der gleich oder kleiner als der negativste Wert der Ansteuer-Spannung (Vdrive_min) ist. In einer Ausführungsform ist Vss um 5 V negativer als Vdrive_min, das für seine logische Konfiguration benötigt wird. GND aller Zellen ist gleich und ist das gleiche Niveau wie die nicht-angesteuerte Seite des LC.
Die LC-Treiberfrequenz und -spannung kann unabhängig von der Muster-Aktualisierungsrate der Anordnung sein. Die Muster-Aktualisierungsrate hängt von der Rate ab, mit der das periphere Register geladen werden kann, und die LC-Ansteuer-Frequenz ist nur durch die Schaltzeit des LC-Treiber-Multiplexers und der LC-Kapazität begrenzt, die viel kleiner als bei einem herkömmlichen LC-Aktivmatrix-Treiber sein können.
Man beachte, dass die Konfiguration von 2, einschließlich der parallelen Steuerregister, eine große Anzahl von Steuer-Leitungen erfordert, eine für jede Zelle. Dies könnte für große Anordnung-Größen unerschwinglich sein.
In einer Ausführungsform werden die parallelen Steuerregister als eine Anzahl von seriellen Schieberegistern in einer Matrix-Konfiguration eingerichtet. 3 veranschaulicht eine Antennen-Matrix mit seriellen Schieberegistern zum Steuern von Zell-Treibern. Unter Bezugnahme auf 3 sind serielle Schieberegister 220₁-220_n miteinander gekoppelt, wobei D_Aus eines seriellen Schieberegisters dem D_EIN-Eingang des nächsten seriellen Schieberegisters in der Kette zugeführt wird. Der D_EIN des ersten seriellen Schieberegisters ist mit einem Ausgang des Matrix-Mustergenerators 301 gekoppelt, der das erzeugte Steuermuster für die Antenne darstellt. Der Matrix-Mustergenerator 301 braucht nur das erste serielle Schieberegister zu laden und die Werte durch die serielle Kette von Schieberegistern zu übertragen, anstatt einen Satz paralleler Leitungen zu haben, eine für jedes Register, die verwendet wurden, um die Daten parallel zu laden. Der Matrix-Mustergenerator 301 ist auch über ein Steuersignal an alle seriellen Schieberegister 220₁-220_n gekoppelt.
In einer Ausführungsform reduzieren die seriellen Schieberegister die Anzahl der Leitungen zwischen der Antennenanordnung-Steuereinheit 200 und der Antennen-Matrix. In 2 ist die Anzahl von Leitungen zwischen 211 und 210₁ und 210_n gleich der Anzahl an Zellen in der Anordnung plus einer Anzahl von Leitungen zum Laden und Steuern 210₁ bis 210_n. Diese Anzahl kann je nach Implementierung zwischen 1 und n liegen. In 3 kann jedoch die Anzahl der Leitungen zwischen 301 und 220₁ bis 220_n so niedrig wie eine für Daten und eine für einen Taktgeber sein. In der Praxis kann es einige weitere Signale geben, um die Änderungen des Matrix-Musters zu synchronisieren.
Eine andere Technik zum Reduzieren der Anzahl von Steuer-Leitungen besteht darin, das periphere Register in den Zell-Treiber zu verlagern. 4 ist ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Zell-Treibers, der einen lokalen Speicher aufweist. Bezugnehmend auf 4 weist der Zell-Treiber 400 einen Treiber-Eingang 101 auf, der mit der AC-LC-Ansteuer-Spannung mit der gewünschten Spannung und Frequenz angesteuert wird, um den LC in den EIN-Zustand zu treiben. Der Speicher 401 speichert diese Daten, die verwendet werden, um das EIN/AUS-Signal zu liefern, die den Mux 111 steuern, um entweder die Ansteuer-Spannung von dem Treiber-Eingang 101 oder die Masse-Spannung 104 an das mit der LC 120 gekoppelte AUS 103 auszugeben. In einer Ausführungsform weist der Speicher 401 ein Latch auf. Der D(aten)-Eingang 401A des Latch ist der Eingang und wird durch den LE (Latch-Enable)-Eingang 401B getaktet. Der Qn-Ausgang 401C des Latch steuert das Schalten des Mux 111, um auszuwählen, welcher Eingang dem AUS 103 zugeführt wird. In einer Ausführungsform wird der Speicher 401 (z.B. Latch) nur geschrieben, wenn die Zelle von einem Zustand in einen anderen wechseln muss.
Ähnlich zu dem Zell-Treiber von 1 sind Vpp, GND und Vss DC-Vorspannungen, die zum Betreiben der internen Steuerlogik des Zell-Treibers verwendet werden.
5 veranschaulicht eine Ausführungsform einer Matrix-Konfiguration, in der Zell-Treiber in einer Matrix angeordnet sind. Mit Bezug auf 5 ist der D-Eingang aller Zell-Treiber in jeder Spalte gleich und wird von dem Spalten-Treiber für diese Spalte angesteuert. Zum Beispiel werden alle Zell-Treiber in der ersten Spalte durch das Spalten-Daten-1-Signal angesteuert, alle Zell-Treiber in der zweiten Spalte werden durch das Spalten-Daten-2-Signal angesteuert, und alle Zell-Treiber in der M-ten Spalte werden durch das Spalten-Daten-M-Signal angesteuert. Der LE-Eingang aller Zell-Treiber ist in jeder Zeile gleich und wird durch den Zeilen-Treiber dieser Zeile angesteuert. Zum Beispiel wird der LE-Eingang für den Zell-Treiber in Zeile 1 durch das Zeilen-EN-1-Signal, die LE-Eingabe für den Zell-Treiber in Zeile 2 durch das Zeilen-EN-2-Signal und die LE-Eingabe für den Zell-Treiber in der Zeile N wird durch das Signal Zeilen-EN-N gesteuert. Der Treiber-Eingang aller Zellen ist gleich und liegt auf der gewünschten LC-EIN-Spannung und -Frequenz. Dieses Netz kann in Teilnetze aufgespalten und von mehreren Treibern angesteuert werden, wenn es erforderlich ist, die gewünschte Spannung und Frequenz aufgrund der Last zu erreichen.
In einer Ausführungsform ist in dieser Konfiguration die Vpp aller Zellen gleich und weist einen DC-Wert auf, der gleich oder größer als der positivste Wert der Ansteuer-Spannung(Vdrive_max) ist. In einer Ausführungsform ist die Vss aller Zellen gleich und hat einen DC-Wert gleich oder kleiner als der negativste Wert der Ansteuer-Spannung (Vdrive_min). In einer Ausführungsform ist Vss 5 V negativer als Vdrive_min, die für seine logische Konfiguration benötigt wird. In einer Ausführungsform ist GND aller Zellen gleich und ist das gleiche Niveau wie die nicht-angesteuerte Seite der LC.
In einer Ausführungsform werden die Zell-Treiber jedes Mal programmiert, wenn ein neuer Takt auftritt. Dies zeigt an, ob eine LC-Zelle EIN oder AUS ist. Wenn sich das Muster ändert, können die Zell-Treiber aktualisiert werden. Um die gesamte Matrix von Zell-Treibern zu aktualisieren, implementiert die Antennenanordnung-Steuereinheit den nachstehenden Algorithmus, um die Matrix zu aktualisieren. Als Teil des Algorithmus werden alle Werte von den Steuerregistern unter Verwendung der Spalten-Datensignale anfänglich entweder auf EIN oder AUS eingestellt, und dann wird eine Zeile von Zell-Treibern unter Verwendung eines Zeilen-EN-Signals getaktet, das das Einlesen der Daten ermöglicht und ermöglicht den Zell-Treiber zu steuern. Dann werden die Daten für die nächste Zeile von Zell-Treibern aus den Spalten-Daten für die Spalten-Datensignale programmiert, und die nächste Zeile von Zell-Treiber wird aktiviert, um diese Daten einzulesen. Dies wird fortgesetzt, bis alle Zeilen in der gesamten Antennenanordnung während eines Frames programmiert/aktualisiert worden sind.
Eine Ausführungsform eines Algorithmus zum Aktualisieren dieser Matrix ist wie folgt:

1. Setze bei jeden Spalten-Daten x net den Zeilen-1-Wert. Dies wird ein Hoch sein, um die Ansteuer-Spannung Vdrive an den Zell-Treiber-Ausgang AUS weiterzuleiten, oder ein Tief sein, um GND an den Zell-Treiber-Ausgang AUS weiterzuleiten.
2. Takte Daten in Zeilen von Latches. Bringe Zeile-EN-1 auf Hoch, Verzögerung (z.B.10 uS), bringe Zeile EN 1 auf Tief.
3. Setze bei jeden Spalten-Daten x net den Wert für die nächste Zeile.
4. Takte Daten in die nächste Zeile von Latches (in den Zell-Treibern in dieser Zeile).
5. Wiederhole Schritte 3 und 4 für alle Zeilen.
6. Ermittle das nächste Frame-Muster, wiederhole dann 1 bis 6.

Mit einem 10 uS Latch-Freigabe (enable) -Zeit würde eine 180 Zeilenmatrix eine Frame-Rate von weniger als 20 mS haben. In einer Ausführungsform ist die LC-Ansteuer-Frequenz nicht abhängig von der Anzahl der Zeilen, sondern begrenzt durch die Anstiegsrate und die Ansteuerung der eingegebenen Spannungsansteuerung Vdrive und die Last-Kapazität. Somit entkoppelt diese Architektur die LC-Ansteuer-Frequenz der Matrix-Aktualisierungsrate.
Ein Vorteil dieser Architektur ist es, dass die Zell-Treiberstruktur in der Matrix-Speicher-Konfiguration die Anforderung, dass die Matrix mit einer Rate von zweimal der LC-Ansteuer-Frequenz (z. B. 2 kHz) durchlaufen werden muss, auf einmal pro Frame (20 ms => 50 Hz) reduziert.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass kein Zellenspeicherkondensator erforderlich ist, da die Zelle direkt angesteuert wird (durch den Zell-Treiber-EIN-FET) z.B. M5 in Figur 7, Multiplexer 111 in 4)). Dies hilft, die Ladezeit der Zelle zu verkürzen und hilft, die LC-Ansteuer-Frequenz zu erhöhen.
Diese Anordnung weist einige Einschränkungen auf. Wenn die Ansteuer-Spannung Vdrive für alle Zellen (oder für alle Zellen in einem Vdrive-Teilnetz) gleich ist, können einzelne Zellen keine unterschiedlichen Grautöne haben, die durch unterschiedliche Spannungspegel der Ansteuer-Spannung Vdrive erzeugt werden. Das heißt, die Zell-Treiber sind entweder EIN oder AUS, was es ermöglicht, dass der LC durch die AC-Spannung betrieben wird oder durch GND betrieben wird. Es kann möglich sein, einzelne Graustufen durch Verwendung eines Pulsweitenmodulation (PWM)-Verfahrens mit einer durch die Bildrate definierten Auflösung zu erhalten. In einer Ausführungsform wird eine Graustufen-Technik verwendet, bei der die Zellen für kürzere Zeiträume eingeschaltet und dann für längere Zeit ausgeschaltet werden können, so dass es nicht erscheint, dass die Zellen entweder EIN oder AUS sind. Wenn die Frames schnell genug sind, könnte ein PWM-Graumuster die Zeitdauer steuern, in der die Zell-Treiber EIN und AUS sind, und in Abhängigkeit von dem Verhältnis der Oszillation zwischen dem EIN-AUS-Schalten kann ein anderer Graustufenpegel erreicht werden. Genauer gesagt veranschaulicht 18 zwei Frame-Zeiten von verschiedenen Spannungswellenformen, die über den LC angelegt werden, die eine PWM-Grauschattierung erreichen würden. Mit Bezug auf 18 veranschaulicht das obere Feld die Spannungswellenform für eine vollständig-EIN-Zelle, während das untere Feld die Spannungswellenform für eine vollständig-AUS-Zelle veranschaulicht. Die anderen Bereiche zeigen die Wellenformen für Graustufen, wobei der Schatten auf dem Verhältnis der Zeit, in der die Spannung oszilliert (EIN), gegenüber der Zeit, in der sie bei 0 Volt liegt (AUS), basiert. Die Granularität der verschiedenen Grautöne hängt von der Rate ab, mit der die Zelle die EIN- und AUS-Zustände ändern kann in Bezug auf die Frame-AUS-Zustände in Bezug auf die Frame-Zeit, wobei die Frame-Zeit die Zeit ist, in der sich das Matrix-Muster ändern muss.
Es sei zu beachten, dass die oben beschriebene PWM mit einer MEMS-Zelle verwendet werden kann, um Graustufen durch Hinzufügen zusätzlicher Zell-Treiber zu erreichen.
6 veranschaulicht eine Antennen-Matrix, die mit einem oder mehreren seriellen Registern gesteuert wird. Bezugnehmend auf 6 liefert ein Matrix-Mustergenerator 601 mit einer seriellen Ausgang-Steuerung Eingangs-Daten an ein oder mehrere serielle Register 602. Das oder die seriellen Register 602 haben Ausgaben, die Steuersignale sind, die mit den Spalten-Daten 1-M-Signalen, die mit D(aten)-Eingängen der Latches in den Zell-Treibern gekoppelt sind, gekoppelt sind. Auch der Matrix-Mustergenerator 601 liefert Eingangs-Daten für ein oder mehrere serielle Register 603. Das oder die seriellen Register 603 haben Ausgaben, die Steuersignale sind, die an die Zeilen EN 1-N-Signale gekoppelt sind, die mit LE-Eingängen der Latches in den Zell-Treibern gekoppelt sind. Der Matrix-Mustergenerator 601 liefert das Treibermuster seriell an serielle Register und auf der Grundlage der Zeilen-EN-Signale speichert eine Zeile von Zell-Treiber die Daten auf einmal.
7 bis 9 veranschaulichen Beispiele von Schaltbildern zum Ausführen von Zell-Treiberfunktionen. 7 veranschaulicht ein Schaltungs-Schaltbild einer Ausführungsform des Decodier- und Ausgangstreibers. Die Schaltung wirkt als eine Pegelverschiebung (level shifter), der ermöglicht, dass die Eingangssteuerspannung unterschiedlich zu den Ausgangsspannungen ist. Wenn die Transistoren M5 oder M19 eingeschaltet sind, wird die Ansteuer-Spannung Vdrive ausgegeben. Dies wird durch die EIN_AUS-Signale am Eingang der Schaltung ausgelöst, die durch einen Inverter laufen, der den Ausgang des Multiplex-Schalters steuert. Es sei zu beachten, dass es zwei Pfade gibt, die den Ausgang steuern, wenn die AC-Ansteuer-Spannung über beide Transistoren M5 und M19 auf den Ausgang geschaltet wird. Dies liegt daran, dass das AC-Signal sowohl einen positiven als auch einen negativen Teil aufweist und die zwei Pfade sicherstellen, dass der LC immer hoch angesteuert wird, wenn das AC-Ansteuersignal ausgewählt wird, um von dem Multiplex-Schalter ausgegeben zu werden. Der andere Teil der Schaltung klemmt den Ausgang auf Masse, wenn das Signal EIN_AUS anzeigt, dass der Ausgang des Multiplex-Schalters geerdet sein sollte.

8 und 9 veranschaulichen zwei verschiedene Konfigurationen von Zell-Treiber-Schaltbildern, die einen Latch-Speicher enthalten, um den EIN/AUS-Zustand des Zell-Treibers zu halten. Genauer gesagt ist 8 eine bistabile Konfiguration. Bezugnehmend auf 8 ist das erste Ein-Bit-Register für das Taktsignal (LE), während die zweite Schaltung für das Flip-Flop oder Latch ist. Die Taktschaltung weist auf den Speicherteil gefolgt von einer Wellenformung und Verstärkung, um den Spannungspegel zu erhöhen, um die Steuerung durchzuführen. Die D-Eingangsschaltung weist ein Register auf und verwendet eine positive Rückkopplung, um den Datenwert zwischen zu speichern. 9 veranschaulicht eine andere Ausführungsform der Zell-Treiberschaltungen, die ein Kondensator-Ein-Bit-Register aufweist. Diese Konfiguration verwendet weniger TFTs und weist einen Kondensator auf, um den EIN/AUS-Zustand zu speichern. Es sei zu beachten, dass es auch drei Inverterstufen weniger gibt. Level-Shift- und Ausgabe-Multiplex-Schalter

M12	Inverter in 7
M2, M7, M28	Level-Shifter und Treiber-Transistoren, wenn der Ausgang auf GND gelegt werden soll
M26, M19	Level-Shifter und Treiber-Transistor, wenn der Ausgang negativ angesteuert werden soll
M6, M5	Level-Shifter und Treiber-Transistor für den Fall, dass der Ausgang positiv angesteuert werden soll
D1-D4	Dioden zur Verhinderung von Rückstrom, wenn Transistoren rückwärts vorgespannt sind

Bi-stabiles Ein-Bit-Register

M3 und M4	Eingang-Puffer und Inverter für den Registertakt (LE in 8)
M1	Eingang-Puffer für die Registerdaten (D in 8)
M8	Eingang-Gate des Registers
M10	Invertierender Puffer
M15	Rückkopplungs-Puffer
M9	Rückkopplungs-Gate
M11	Ausgang-Gate
M9, M13,	Puffer zum Bereinigen des Register-Ausgang-Signals
M16

Kondensator-Ein-Bit-Register

M3 und M4	Eingang-Puffer und Inverter für den Registertakt (LE in 9)
M1	Eingang-Puffer für die Register-Daten (D in 9)
M8	Eingang-Gate zum Register
C2	Speicherkondensator
M16	Ausgang-Gate

Der Betrieb der Schaltungen in den Figuren 7 bis 9 wäre für den Fachmann auf diesem Gebiet gut verständlich.
10 veranschaulicht Details einer Simulation der Schaltungen der 7-9. Bezugnehmend auf 10 veranschaulicht das obere Feld von 10 das 1 KHz, 10 Vrms Eingang-Signal Vdrive, das an den DRIVE-Eingang angelegt wird. Es sei zu beachten, dass andere Spannungen verwendet werden können.
Das zweite Fenster in 10 veranschaulicht die Daten-Eingabe (D) in die Zelle. Bei der in 5 veranschaulichten Matrix-Konfiguration, würde dies das Einschalten dieser Zelle in dieser Spalte der Zeile 1 für alternierende „Frames“ und AUS für die anderen Frames darstellen, wobei die Zeit pro Frame 20 ms ist.
Das dritte Fenster in 10 veranschaulicht den Takt (LE) der Zelle. Bei der in 5 veranschaulichten Matrix-Konfiguration repräsentiert dies ein Takten der Daten je 20 ms-Frame.
In einer Ausführungsform sind die Pulsbreite des Takts und die Daten auf 10 uS eingestellt, was lang genug ist, um die Daten in dem Register mit den verwendeten TFT-Transistormodellen zu speichern. Andere Zeiten könnten verwendet werden, und sind von dem Design des TFT abhängig. Bei kürzeren Zeiten würden die Daten nicht zuverlässig registriert werden. Dies ist auch kurz genug (ohne Spielraum), um 200 Matrixzeilen innerhalb der 20-ms-Frame-Zeit zu aktualisieren.
Das vierte Fenster in 9 ist das AUS-Signal des Zell-Treibers, der die LC-Zelle ansteuert. Es zeigt ein 1 KHz 10 Vrms Signal, das in jedem zweiten 20-ms-Frame zwischen EIN und AUS (GND) alterniert.
Beispiele für Antennen-Ausführungsformen
Die oben beschriebenen Techniken können mit Flachbildschirm-Antennen verwendet werden. Ausführungsformen solcher Flachbildschirm-Antennen sind offenbart. Die Flachbildschirm-Antennen weisen ein oder mehrere Anordnungen (arrays) von Antennenelementen an einer Antennenöffnung auf. In einer Ausführungsform weisen die Antennenelemente Flüssigkristall-Zellen auf. In einer Ausführungsform ist die Flachbildschirm-Antenne eine zylindrisch gespeiste Antenne, die eine Matrix-Ansteuerungs-Schaltung aufweist, um jedes der Antennenelemente, die nicht in Zeilen und Spalten angeordnet sind, eindeutig zu adressieren und anzusteuern. In einer Ausführungsform sind die Elemente in Ringen angeordnet.
In einer Ausführungsform besteht die Antennenapertur mit der einen oder den mehreren Anordnungen von Antennenelementen aus mehreren miteinander verbundenen Segmenten. Wenn sie miteinander verbunden sind, bildet die Kombination der Segmente geschlossene konzentrische Ringe von Antennenelementen. In einer Ausführungsform sind die konzentrischen Ringe in Bezug auf die Antennenzuführung konzentrisch.
Überblick über ein Beispiel eines Antennensystems
In einer Ausführungsform ist die Flachbildschirm-Antenne Teil eines Metamaterial-Antennensystems. Ausführungsformen eines Metamaterial-Antennensystems für Kommunikationssatelliten-Bodenstationen werden beschrieben. In einer Ausführungsform ist das Antennensystem eine Komponente oder ein Teilsystem einer Satellitenerdstation (ES), die auf einer mobilen Plattform (z. B. Luftfahrt, See, Land usw.) arbeitet, die entweder mit Ka-Band-Frequenzen oder Ku-Band-Frequenzen arbeitet für zivile kommerzielle Satellitenkommunikation. Man beachte, dass Ausführungsformen des Antennensystems auch in Erdstationen verwendet werden können, die nicht auf mobilen Plattformen sind (z. B. feste oder transportable Erdstationen).
In einer Ausführungsform verwendet das Antennensystem Oberflächenstreu-Metamaterial-Technologie, um Sende- und Empfangsstrahlen durch getrennte Antennen zu bilden und zu lenken. In einer Ausführungsform sind die Antennensysteme analoge Systeme, im Gegensatz zu Antennensystemen, die eine digitale Signalverarbeitung verwenden, um Strahlen elektrisch zu formen und zu steuern (wie z. B. phasengesteuerte Gruppenantennen).
In einer Ausführungsform besteht das Antennensystem aus drei funktionalen Teilsystemen: (1) einer Wellenleiterstruktur, die aus einer zylindrischen Wellenzuführarchitektur besteht; (2) eine Anordnung von Wellenstreu-Metamaterial-Einheitszellen, die Teil von Antennenelementen sind; und (3) eine Steuerstruktur, um über die Bildung eines einstellbaren Strahlungsfeldes (Strahls) von den Metamaterialstreuungselementen unter Verwendung holographischer Prinzipien zu verfügen.
Beispiele für wellenleitende Strukturen
11A veranschaulicht eine Draufsicht auf eine Ausführungsform einer koaxialen Zuführung (feed) die verwendet wird, eine zylindrische Wellenzuführung bereitzustellen. Mit Bezug auf 11A weist die koaxiale Zuführung einen Mittelleiter und einen Außenleiter auf. In einer Ausführungsform führt die zylindrische Wellenzuführ-Architektur der Antenne von einem zentralen Punkt aus eine Erregung zu, die sich von dem Zuführungspunkt aus in zylindrischer Weise ausbreitet. Das heißt, eine zylindrisch gespeiste Antenne erzeugt eine sich nach außen bewegende, konzentrische Zuführwelle. Trotzdem kann die Form der zylindrischen Zuführantenne um die zylindrische Zuführung herum kreisförmig, quadratisch oder in irgendeiner Form sein. In einer anderen Ausführungsform erzeugt eine zylindrische Zuführantenne eine nach innen laufende Zuführwelle. In einem solchen Fall kommt die Zuführwelle am natürlichsten aus einer kreisförmigen Struktur.
11B veranschaulicht eine Apertur mit einer oder mehreren Anordnungen von Antennenelementen, die in konzentrischen Ringen um einen Zuführeingang der zylindrischen Zuführantenne angeordnet sind.
Antennenelemente
In einer Ausführungsform weisen die Antennenelemente eine Gruppe von „Patch“-Antennen auf. Diese Gruppe von Patch-Antennen weist eine Anordnung von Streu-Metamaterial-Elementen auf. In einer Ausführungsform ist jedes Streuelement in dem Antennensystem Teil einer Einheitszelle, die aus einem unteren Leiter, einem dielektrischen Substrat und einem oberen Leiter besteht, der einen komplementären elektrischen induktiv-kapazitiven Resonator einbettet („komplementäre elektrische LC“ oder „CELC“), der in den oberen Leiter geätzt oder darauf abgeschieden ist.
In einer Ausführungsform ist ein Flüssigkristall (LC) in der Lücke um das Streuelement angeordnet. Dieser LC wird durch die oben beschriebenen Ausführungsformen der Direktansteuerung angesteuert. In einer Ausführungsform ist ein Flüssigkristall in jeder Einheitszelle eingekapselt und trennt den unteren Leiter, der einem Schlitz zugeordnet ist, von einem oberen Leiter, der seinem Patch zugeordnet ist. Der Flüssigkristall hat eine Permittivität, die eine Funktion der Orientierung der Moleküle ist, die den Flüssigkristall aufweisen, und die Orientierung der Moleküle (und somit die Permittivität) kann durch Einstellen der Vorspannung über den Flüssigkristall gesteuert werden. Unter Verwendung dieser Eigenschaft integriert der Flüssigkristall in einer Ausführungsform einen EIN/AUS-Schalter für die Übertragung von Energie von der geführten Welle zu der CELC. Beim Einschalten sendet das CELC eine elektromagnetische Welle aus wie eine elektrisch kleine Dipolantenne. Es sei angemerkt, dass die Lehren hierin nicht darauf beschränkt sind, einen Flüssigkristall zu haben, der in Bezug auf die Energieübertragung binär arbeitet.
In einer Ausführungsform ermöglicht die Zuführ-Geometrie dieses Antennensystems, dass die Antennenelemente bei fünfundvierzig Grad (45 °) Winkel zum Vektor der Welle in der Wellenzufuhr positioniert werden können. Es sei zu beachten, dass andere Positionen verwendet werden können (z. B. bei 40° Winkeln). Diese Position der Elemente ermöglicht die Steuerung der Freiraumwelle, die von den Elementen empfangen oder übertragen/abgestrahlt wird. In einer Ausführungsform sind die Antennenelemente mit einem Zwischenelementabstand angeordnet, der kleiner ist als eine Freiraumwellenlänge der Betriebsfrequenz der Antenne. Wenn beispielsweise vier Streuelemente pro Wellenlänge vorhanden sind, betragen die Elemente in der 30 GHz-Sendeantenne ungefähr 2,5 mm (d.h. 1/4 der 10 mm-Freiraumwellenlänge von 30 GHz).
In einer Ausführungsform sind die zwei Sätze von Elementen senkrecht zueinander und haben gleichzeitig eine gleiche Amplitudenanregung, wenn sie auf den gleichen abgestimmten Zustand angesteuert werden. Durch Drehen derselben um +/-45 Grad relativ zur Anregung der Zuführwelle werden beide gewünschten Merkmale gleichzeitig erreicht. Das Drehen der einen um 0 Grad und der anderen um 90 Grad würde das senkrechte Ziel erreichen, aber nicht das Ziel der gleichen Amplituden-Anregung. Es sei zu beachten, dass 0 und 90 Grad verwendet werden können, um eine Isolation zu erreichen, wenn die Anordnung von Antennenelementen in einer einzigen Struktur von zwei Seiten gespeist wird.
Die Menge an Strahlungsleistung von jeder Einheitszelle wird durch Anlegen einer Spannung an das Patch (Potential über den LC-Kanal) mittels einer Steuereinheit gesteuert. Leitungen zu jedem Patch werden verwendet, um die Spannung an die Patch-Antenne zu liefern. Die Spannung wird verwendet, um die Kapazität und somit die Resonanzfrequenz einzelner Elemente abzustimmen oder zu verstimmen, um eine Strahlformung zu bewirken. Die erforderliche Spannung hängt von der verwendeten Flüssigkristallmischung ab. Die Spannungsabstimmungseigenschaft von Flüssigkristallmischungen wird hauptsächlich durch eine Schwellenspannung beschrieben, bei der der Flüssigkristall beginnt, von der Spannung und der Sättigungsspannung beeinflusst zu werden, oberhalb von denen ein Anstieg der Spannung keine wesentliche Abstimmung des Flüssigkristalls verursacht. Diese zwei charakteristischen Parameter können sich für verschiedene Flüssigkristallmischungen ändern.
Bei einer Ausführungsform, wie oben erörtert, wird eine Matrixansteuerung angewendet um Spannung an die Patches zuzuführen, um jede Zelle separat von allen anderen Zellen ohne eine separate Verbindung für jede Zelle (Direktansteuerung) anzusteuern. Aufgrund der hohen Elementdichte ist der Matrix-Treiber eine effiziente Möglichkeit, jede Zelle einzeln anzusprechen.
In einer Ausführungsform hat die Steuerungsstruktur für das Antennensystem 2 Hauptkomponenten: die Antennenanordnung-Steuereinheit, welche die Ansteuerelektronik, für das Antennensystem aufweist, ist unterhalb der Wellenstreustruktur, während die Matrix-Treiber-Schalt-Anordnung durchsetzt in der gesamten strahlenden RF-Anordnung ist, so dass die Strahlung nicht gestört wird. In einer Ausführungsform weist die Treiberelektronik für das Antennensystem handelsübliche LCD-Steuerungen auf, die in kommerziellen Fernsehgeräten verwendet werden, die die Vorspannung für jedes Streuelement durch Einstellen der Amplitude oder des Tastverhältnisses eines AC-Vorspannungssignals zu diesem Element einstellen.
In einer Ausführungsform weist die Antennenanordnung-Steuereinheit auch einen Mikroprozessor auf, der Software ausführt. Die Steuerungsstruktur kann auch Sensoren (z. B. einen GPS-Empfänger, einen Dreiachsenkompass, einen 3-Achsen-Beschleunigungsmesser, einen 3-Achsen-Gyro, einen 3-Achsen-Magnetometer usw.) aufweisen, um dem Prozessor Informationen über die Position und Orientierung zuzuführen. Die Orts- und Orientierungsinformation kann dem Prozessor durch andere Systeme in der Erdstation bereitgestellt werden und/oder nicht Teil des Antennensystems sein.
Genauer steuert die Antennengruppen-Steuereinheit, welche Elemente ausgeschaltet sind und jene Elemente die eingeschaltet sind und bei welcher Phasen- und Amplitudenhöhe bei der Betriebsfrequenz. Die Elemente werden für den Frequenzbetrieb durch Anlegen einer Spannung selektiv verstimmt.
Für die Übertragung liefert eine Steuerung eine Zeile von Spannungssignalen an die RF-Patches, um eine Modulation oder ein Steuermuster zu erzeugen. Das Steuermuster bewirkt, dass die Elemente in verschiedene Zustände versetzt werden. In einer Ausführungsform wird eine Mehrfachzustandssteuerung verwendet, bei der verschiedene Elemente auf unterschiedliche Pegel ein- und ausgeschaltet werden, was im Gegensatz zu einer Rechteckwelle ein sinusförmiges Steuermuster weiter annähert (d.h. ein Sinus-Grautonmodulationsmuster). In einer Ausführungsform strahlen einige Elemente stärker ab als andere, anstatt dass einige Elemente strahlen und andere nicht. Variable Strahlung wird erreicht, indem spezifische Spannungspegel angelegt werden, die die Flüssigkristallpermittivität auf variierende Beträge einstellt, wodurch Elemente variabel verschoben werden und einige Elemente mehr als andere abstrahlen.
Die Erzeugung eines fokussierten Strahls durch die Metamaterial-Anordnung von Elementen kann durch das Phänomen der konstruktiven und destruktiven Interferenz erklärt werden. Einzelne elektromagnetische Wellen summieren sich auf (konstruktive Interferenz), wenn sie dieselbe Phase haben, wenn sie sich im freien Raum treffen, und Wellen heben sich gegenseitig auf (destruktive Interferenz), wenn sie sich in entgegengesetzter Phase befinden, wenn sie sich im freien Raum treffen. Wenn die Schlitze in einer Schlitzantenne so positioniert sind, dass jeder nachfolgende Schlitz in einem anderen Abstand von dem Anregungspunkt der zugeführten Welle angeordnet ist, hat die von diesem Element gestreute Welle eine andere Phase als die gestreute Welle des vorherigen Schlitzes. Wenn die Schlitze um ein Viertel einer zugeführten Wellenlänge voneinander beabstandet sind, wird jeder Schlitz eine Welle mit einer viertel Phasenverzögerung zu dem vorherigen Schlitz streuen.
Mit der Anordnung kann die Anzahl von Mustern an konstruktiver und destruktiver Interferenz, die erzeugt werden können, erhöht werden, so dass Strahlen nach den Prinzipien der Holographie theoretisch in jede Richtung plus oder minus neunzig Grad (90°) von dem Mittelpunkt (engl.: bore sight) der Antennenanordnung gerichtet werden können. Durch Steuern, welche Metamaterial-Einheitszellen ein- oder ausgeschaltet werden (d.h. durch Ändern des Musters, welche Zellen eingeschaltet sind und welche Zellen ausgeschaltet sind), kann somit ein anderes Muster von konstruktiver und destruktiver Interferenz erzeugt werden, und die Antenne kann die Richtung des Hauptstrahls ändern. Die Zeit, die benötigt wird, um die Einheitszellen ein- und auszuschalten, bestimmt die Geschwindigkeit, mit der der Strahl von einem Ort zu einem anderen Ort umgeschaltet werden kann.
In einer Ausführungsform erzeugt das Antennensystem einen lenkbaren Strahl für die Aufwärtsverbindung-Antenne und einen lenkbaren Strahl für die Abwärtsverbindung-Antenne. In einer Ausführungsform verwendet das Antennensystem Metamaterial-Technologie, um Strahlen zu empfangen und Signale von dem Satelliten zu decodieren und Sendestrahlen zu bilden, die auf den Satelliten gerichtet sind. In einer Ausführungsform sind die Antennensysteme analoge Systeme, im Gegensatz zu Antennensystemen, die eine digitale Signalverarbeitung verwenden, um Strahlen elektrisch zu formen und zu steuern (wie z. B. phasengesteuerte Gruppenantennen). In einer Ausführungsform wird das Antennensystem als eine „Oberflächen“-Antenne betrachtet, die planar und relativ flach ist, insbesondere im Vergleich zu herkömmlichen Satellitenschüsselempfängern.
12 veranschaulicht eine perspektivische Ansicht einer Zeile von Antennenelementen, die eine Masse-Ebene und eine rekonfigurierbare Resonatorschicht aufweisen. Die rekonfigurierbare Resonatorschicht 1230 weist eine Anordnung von abstimmbaren Schlitzen 1210 auf. Die Anordnung von abstimmbaren Schlitzen 1210 kann konfiguriert sein, um die Antenne in eine gewünschte Richtung zu richten. Jeder der abstimmbaren Schlitze kann durch Variieren einer Spannung über den Flüssigkristall abgestimmt/eingestellt werden.
Das Steuermodul 1280 ist mit der rekonfigurierbaren Resonatorschicht 1230 gekoppelt, um die Anordnung von abstimmbaren Schlitzen 1210 durch Variieren der Spannung über den Flüssigkristall in 12 zu modulieren. Das Steuermodul 1280 kann eine Feld-Programmierbare-Gate-Anordnung („FPGA“), einen Mikroprozessor, eine Steuereinheit, ein System-on-a-Chip (SoC) oder eine andere Verarbeitungslogik aufweisen. In einer Ausführungsform weist das Steuermodul 1280 eine Logikschaltung (z. B. einen Multiplexer) auf, um die Anordnung abstimmbarer Schlitze 1210 anzusteuern. In einer Ausführungsform empfängt das Steuermodul 1280 Daten, die Spezifikationen für ein holographisches Beugungsmuster enthalten, das auf die Anordnung von abstimmbaren Schlitzen 1210 getrieben werden soll. Die holographischen Beugungsmuster können als Antwort auf eine räumliche Beziehung zwischen der Antenne und einem Satelliten erzeugt werden, so dass das holographische Beugungsmuster Abwärtsverbindung-Strahlen (und Aufwärtsverbindung-Strahlen, wenn das Antennensystem eine Übertragung durchführt) in der geeigneten Richtung für die Kommunikation steuert. Obwohl es nicht in jeder Figur gezeigt ist, kann ein Steuermodul, das dem Steuermodul 1280 ähnlich ist, jede Anordnung von abstimmbaren Schlitzen, die in den Figuren der Offenbarung beschrieben sind, ansteuern.
Eine Radiofrequenz („RF“)-Holographie ist auch unter Verwendung analoger Techniken möglich, bei denen ein gewünschter RF-Strahl erzeugt werden kann, wenn ein RF-Referenzstrahl auf ein RF-holographisches Beugungsmuster trifft. Im Fall der Satellitenkommunikation, ist der Referenzstrahl in der Form einer Zuführwelle, wie beispielsweise Zuführwelle 1205 (etwa 20 GHz in einigen Ausführungsform). Um eine Zuführwelle in einen abgestrahlten Strahl (entweder für Sende- oder Empfangszwecke) umzuwandeln, wird ein Interferenzmuster zwischen dem gewünschten RF-Strahl (dem Objektstrahl) und der Zuführwelle (dem Referenzstrahl) berechnet. Das Interferenzmuster wird auf die Anordnung von abstimmbaren Schlitzen 1210 als ein Beugungsmuster zugeführt, so dass die Zuführwelle in den gewünschten RF-Strahl (mit der gewünschten Form und Richtung) „gelenkt“ wird. Mit anderen Worten, die Zuführwelle, die auf das holographische Beugungsmuster trifft, „rekonstruiert“ den Objektstrahl, der gemäß den Designanforderungen des Kommunikationssystems gebildet wird. Das holografische Beugungsmuster weist die Anregung jedes Elements auf und wird berechnet durch $w_{h o l o g r a m} = w_{i n}^{*} w_{o u t},$
wobei w_in als die Wellengleichung in dem Wellenleiter und w_out als die Wellengleichung auf der Ausgangswelle.
13 veranschaulicht eine Ausführungsform eines abstimmbaren Resonators/Schlitz 1210. Der abstimmbare Schlitz 1210 weist eine Iris/Schlitz 1212, einen strahlenden Patch 1211, und einen Flüssigkristall 1213, der zwischen der Iris 1212 und dem Patch 1211 angeordnet ist, auf. In einer Ausführungsform ist der strahlende Patch 1211 gemeinsam mit der Iris 1212 angeordnet.
14 veranschaulicht eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform einer physikalischen Antennenapertur. Die Antennenapertur weist eine Masse-Ebene 1245 und eine Metallschicht 1236 innerhalb der Irisschicht 1233 auf, die in der rekonfigurierbaren Resonatorschicht 1230 enthalten ist. In einer Ausführungsform weist die Antennenapertur von 14 mehrere abstimmbare Resonator/Schlitze 1210 von 13 auf. Iris/Schlitz 1212 ist durch Öffnungen in der Metallschicht 1236 definiert. Eine Zuführwelle, wie Zuführwelle 1205 aus 12, kann eine Mikrowellenfrequenz aufweisen, die mit Satellitenkommunikationskanälen kompatibel ist. Die Zuführwelle breitet sich zwischen der Masse-Ebene 1245 und der Resonatorschicht 1230 aus.
Die rekonfigurierbare Resonatorschicht 1230 weist auch eine Dichtungsschicht 1232 und Patch-Schicht 1231 auf. Die Dichtungsschicht 1232 ist unterhalb der Patch-Schicht 1231 und der Irisschicht 1233 angeordnet. Man beachte, dass in einer Ausführungsform ein Abstandshalter die Dichtungsschicht 1232 ersetzen könnte. In einer Ausführungsform ist die Irisschicht 1233 eine gedruckte Leiterplatte („PCB“), die eine Kupferschicht als Metallschicht 1236 aufweist. In einer Ausführungsform ist die Irisschicht 1233 Glas. Die Irisschicht 1233 kann eine andere Art von Substraten sein.
Öffnungen können in der Kupferschicht geätzt werden, um Schlitze 1212 zu bilden. In einer Ausführungsform ist die Irisschicht 1233 leitend mittels einer leitenden Haftschicht an einer anderen Struktur (beispielsweise einem Wellenleiter) in 14 gekoppelt. Man beachte, dass in einer Ausführungsform die Irisschicht nicht leitend durch eine leitfähige Haftschicht gekoppelt ist und stattdessen mit einer nicht-leitenden Haftschicht verbunden ist.
Patch-Schicht 1231 kann auch eine PCB sein, das Metall als Abstrahlungsflächen 1211 aufweist. In einer Ausführungsform weist die Dichtungsschicht 1232 Abstandshalter 1239 auf, der einen mechanischen Abstand liefert, um die Abmessung zwischen Metallschicht 1236 und Patch 1211 zu definieren. In einer Ausführungsform sind die Abstandshalter 75 µm, aber andere Größen können verwendet werden (z. B. 3-200 mm). Wie oben erwähnt, weist die Antennenöffnung in einer Ausführungsform von 4 mehrere abstimmbare Resonator/Schlitze auf, so wie beispielsweise abstimmbare Resonator/Schlitz 1210 den Patch 1211, den Flüssigkristall 1213 und die Blende 1212 von 13 aufweist. Die Kammer für Flüssigkristalle 1213 ist durch Abstandshalter 1239, Irisschicht 1233 und Metallschicht 1236 definiert. Wenn die Kammer mit Flüssigkristallen gefüllt ist, kann die Patch-Schicht 1231 auf den Abstandshalter 1239 laminiert werden, um den Flüssigkristall innerhalb der Resonatorschicht 1230 abzudichten.
Eine Spannung zwischen der Patch-Schicht 1231 und der Iris-Schicht 1233 kann moduliert werden, um den Flüssigkristall in der Lücke zwischen dem Patch und den Schlitzen einzustellen (z. B. abstimmbarer Resonator/Schlitz 1210). Das Einstellen der Spannung über den Flüssigkristall 1213 variiert die Kapazität eines Schlitzes (z. B. abstimmbarer Resonator/Schlitz 1210). Dementsprechend kann die Reaktanz eines Schlitzes (z. B. abstimmbarer Resonator/Schlitz 1210) durch Ändern der Kapazität variiert werden. Die Resonanzfrequenz des Schlitzes 1210 ändert sich auch entsprechend der Gleichung $f = \frac{1}{2 π \sqrt{L C}},$
wobei f die Resonanzfrequenz des Schlitzes 1210 ist und L und C die Induktivität und Kapazität des Schlitzes 1210 sind. Die Resonanzfrequenz des Schlitzes 1210 beeinflusst die von der Zuführwelle 1205 abgestrahlte Energie, die sich durch den Wellenleiter ausbreitet. Wenn die Zuführwelle 1205 beispielsweise 20 GHz beträgt, kann die Resonanzfrequenz eines Schlitzes 1210 (durch Variieren der Kapazität) auf 17 GHz eingestellt werden, so dass der Schlitz 1210 im Wesentlichen keine Energie von der Zuführwelle 1205 koppelt. Oder die Resonanzfrequenz eines Schlitzes 1210 kann auf 20 GHz eingestellt werden, so dass der Schlitz 1210 Energie von der Zuführwelle 1205 koppelt und diese Energie in den freien Raum abstrahlt. Obwohl die angegebenen Beispiele binär (vollständig strahlend oder nicht strahlend) sind, ist eine vollständige Graustufensteuerung der Reaktanz und daher die Resonanzfrequenz des Schlitzes 1210 mit Spannungsvarianz über einen mehrwertigen Bereich möglich. Daher kann die von jedem Schlitz 1210 abgestrahlte Energie fein gesteuert werden, so dass detaillierte holographische Beugungsmuster durch die Anordnung abstimmbarer Schlitze gebildet werden können.
In einer Ausführungsform sind abstimmbare Schlitze in einer Reihe voneinander um λ/5 beabstandet. Andere Abstände können verwendet werden. In einer Ausführungsform ist jeder abstimmbare Schlitz in einer Reihe von dem nächsten abstimmbaren Schlitz in einer benachbarten Reihe um λ/2 beabstandet und somit sind gemeinsam orientierte abstimmbare Schlitze in verschiedenen Reihen um λ/4 beabstandet, obwohl andere Abstände möglich sind (z.B. λ/5, λ/6,3). In einer anderen Ausführungsform ist jeder abstimmbare Schlitz in einer Reihe von dem nächsten abstimmbaren Schlitz in einer benachbarten Reihe um λ/3 beabstandet.
Ausführungsformen verwenden eine rekonfigurierbare Metamaterial-Technologie, wie sie in der US-Patentanmeldung Nr. 14/550,178 mit dem Titel „Dynamic Polarization and Coupling Control from a Steerable Cylindrically Fed Holographic Antenna“, eingereicht am 21. November 2014, und der US-Patentanmeldung Nr. 14/610,502 mit dem Titel „Ridged Waveguide Feed Structures for Reconfigurable Antenna“, eingereicht am 30. Januar 2015 beschrieben sind.
15A-D veranschaulichen eine Ausführungsform der verschiedenen Schichten zum Erzeugen der Schlitzanordnung. Die Antennenanordnung weist Antennenelemente auf, die in Ringen angeordnet sind, wie beispielsweise die in 11B gezeigten Beispielringe. Es sei zu beachten, dass in diesem Beispiel die Antennenanordnung zwei verschiedene Arten von Antennenelementen aufweist, die für zwei verschiedene Arten von Frequenzbändern verwendet werden.
15A veranschaulicht einen Teil der ersten Iris- Platinenschicht mit Stellen, die den Schlitzen entsprechen. Bezugnehmend auf 15A sind die Kreise offene Bereiche/Schlitze in der Metallisierung auf der Unterseite des Irissubstrats und dienen zur Steuerung der Kopplung von Elementen an die Zuführung (die Zuführwelle). Es sei zu beachten, dass diese Ebene eine optionale Ebene ist und nicht in allen Designs verwendet wird. 15B veranschaulicht einen Abschnitt der zweiten Iris-Platinenschicht, die Schlitze aufweist. 15C veranschaulicht Patches über einem Teil der zweiten Iris-Platinenschicht. 15D veranschaulicht eine Draufsicht auf einen Teil der Schlitzanordnung.
16A veranschaulicht eine Seitenansicht einer Ausführungsform einer zylindrisch gespeisten Antennenstruktur. Die Antenne erzeugt eine einwärts laufende Welle unter Verwendung einer Doppelschicht-Zuführstruktur (d. h. Zwei Schichten einer Zuführstruktur). In einer Ausführungsform weist die Antenne eine kreisförmige äußere Form auf, obwohl dies nicht erforderlich ist. Das heißt, nichtkreisförmige einwärts verlaufende Strukturen können verwendet werden. In einer Ausführungsform weist die Antennenstruktur in 16A die koaxiale Zuführung von 11 auf.
Bezugnehmend auf 16A wird ein Koaxialstift 1601 verwendet, um das Feld auf der unteren Ebene der Antenne anzuregen. In einer Ausführungsform ist der Koaxialstift 1601 ein 50 Ω Koaxialstift, der ohne weiteres verfügbar ist. Der Koaxialstift 1601 ist mit dem Boden der Antennenstruktur gekoppelt (z. B. verschraubt), die die leitende Masse-Ebene 1602 ist.
Von der leitenden Masse-Ebene 1602 ist der interstitielle Leiter 1603 getrennt, der ein innerer Leiter ist. In einer Ausführungsform sind die leitende Masse-ebene 1602 und der interstitielle Leiter 1603 parallel zueinander. In einer Ausführungsform beträgt der Abstand zwischen der Masse-Ebene 1602 und dem interstitiellen Leiter 203 0,1 bis 0,15". In einer anderen Ausführungsform kann dieser Abstand λ/2 sein, wobei λ die Wellenlänge der sich ausbreitenden Welle bei der Betriebsfrequenz ist.
Die Masse-Ebene 1602 ist von dem interstitiellen Leiter 1603 mittels eines Abstandshalters 1604 getrennt. In einer Ausführungsform ist der Abstandshalter 1604 ein Schaum oder ein luftähnlicher Abstandshalter. In einer Ausführungsform weist der Abstandshalter 1604 einen Kunststoff-Abstandshalter auf.
Auf dem interstitiellen Leiter 1603 befindet sich die dielektrische Schicht 1605. In einer Ausführungsform ist die dielektrische Schicht 1605 Kunststoff. Der Zweck der dielektrischen Schicht 1605 besteht darin, die Ausbreitung der Welle relativ zur Geschwindigkeit im freien Raum zu verlangsamen. In einer Ausführungsform verlangsamt die dielektrische Schicht 1605 die sich ausbreitende Welle um 30% relativ zum freien Raum. In einer Ausführungsform ist der Bereich der Brechungsindizes, die zur Strahlformung geeignet sind, 1,2-1,8, wobei der freie Raum definitionsgemäß einen Brechungsindex gleich 1 hat. Andere dielektrische Abstandshaltermaterialien, wie beispielsweise Kunststoff, können verwendet werden, um diesen Effekt zu erzielen. Es sei zu beachten, dass andere Materialien als Kunststoff verwendet werden können, solange sie den gewünschten Wellenverlangsamungseffekt erzielen. Alternativ kann ein Material mit verteilten Strukturen als Dielektrikum 1605 verwendet werden, wie zum Beispiel periodische sub-Wellenlänge metallische Strukturen, die beispielsweise bearbeitet oder lithographisch definiert sein können.
Eine RF-Anordnung 1606 befindet sich oben auf dem Dielektrikum 1605. In einer Ausführungsform beträgt der Abstand zwischen dem interstitiellen Leiter 1603 und der RF- Anordnung 606 0,1 - 0,15". In einer anderen Ausführungsform kann dieser Abstand A_eff/2 sein, wobei λ_eff die effektive Wellenlänge in dem Medium bei der Entwurfsfrequenz ist.
Die Antenne 1607 weiß Seiten 1607 und 1608 auf. Die Seiten 1607 und 1608 sind abgewinkelt, um zu bewirken, dass sich eine von dem Koaxialstift 1601 ausgehende sich ausbreitende Wellen von dem Bereich unter dem interstitiellen Leiter 1603 (der Abstandsschicht) mittels Reflexion zu dem Bereich über dem interstitiellen Leiter 1603 (der dielektrischen Schicht) ausbreitet. In einer Ausführungsform liegen die Winkel der Seiten 1607 und 1608 bei Winkeln von 45°. In einer alternativen Ausführungsform könnten die Seiten 1607 und 1608 durch einen kontinuierlichen Radius ersetzt werden, um die Reflexion zu erreichen. Während 16A gewinkelte Seiten zeigt, die einen Winkel von 45 Grad aufweisen, können andere Winkel verwendet werden, die eine Signalübertragung von einer Zuführung mit niedrigerer Höhe zu einer Zuführung mit höherer Höhe bewirken. Das heißt, unter der Annahme, dass die effektive Wellenlänge in der unteren Zufuhr im Allgemeinen anders ist als in der oberen Zufuhr, könnte eine Abweichung von den idealen 45 ° - Winkeln verwendet werden, um die Übertragung von der unteren zur oberen Zufuhrebene zu unterstützen. Zum Beispiel werden in einer anderen Ausführungsform die 45 ° -Winkel durch einen einzigen Schritt ersetzt. Die Stufen an einem Ende der Antenne gehen um die dielektrische Schicht, den interstitiellen Leiter und die Abstandsschicht herum. Die gleichen zwei Schritte sind an den anderen Enden dieser Schichten.
Wenn im Betrieb eine Zuführwelle von dem koaxialen Stift 1601 eingespeist wird, bewegt sich die Welle konzentrisch von dem koaxialen Stift 1601 in dem Bereich zwischen der Masse-Ebene 1602 und dem interstitiellen Leiter 1603 nach außen. Die konzentrisch ausgehenden Wellen werden an den Seiten 1607 und 1608 reflektiert und laufen einwärts in dem Bereich zwischen dem interstitiellen Leiter 1603 und der RF-Anordnung 1606. Die Reflexion von der Kante des kreisförmigen Umfangs bewirkt, dass die Welle in Phase bleibt (d.h. es ist eine phasengleiche Reflexion). Die sich ausbreitende Welle wird durch die dielektrische Schicht 1605 verlangsamt. An diesem Punkt beginnt die sich ausbreitende Welle mit Elementen in der RF-Anordnung 1606 zu interagieren und anzuregen, um die gewünschte Streuung zu erhalten.
Um die sich ausbreitende Welle zu beenden, ist ein Abschluss 1609 in der Antenne in der geometrischen Mitte der Antenne enthalten. In einer Ausführungsform weist der Abschluss 1609 einen Stiftabschluss auf (z. B. einen 50 Ω-Anschluss). In einer anderen Ausführungsform weist der Abschluss 1609 einen RF-Absorber auf, der nicht verwendete Energie beendet, um Reflexionen dieser ungebrauchten Energie durch die Zuführstruktur der Antenne zu verhindern. Diese könnten an der Oberseite der RF-Anordnung 1606 verwendet werden.
16B veranschaulicht eine andere Ausführungsform des Antennensystems mit einer abgehenden Welle. Bezugnehmend auf 16B sind zwei Masse-Ebenen 1610 und 1611 im Wesentlichen parallel zueinander, mit einer dielektrischen Schicht 1612 (z. B. einer Kunststoffschicht usw.) zwischen den Masse-Ebenen. RF-Absorber 1619 (z. B. Widerstände) koppeln die zwei Masse-Ebenen 1610 und 1611 zusammen. Ein koaxialer Stift 1615 (z. B. 50 Ω;) speist die Antenne. Eine RF-Anordnung 1616 befindet sich oben auf der dielektrischen Schicht 1612 und der Masse-Ebene 1611.
Im Betrieb wird eine Zuführwelle durch den koaxialen Stift 1615 geführt und breitet sich konzentrisch nach außen aus und wirkt mit den Elementen der RF-Anordnung 1616 zusammen.
Die zylindrische Zuführung in beiden Antennen der 16A und 16B verbessern den Betriebswinkel der Antenne. Anstelle eines Betriebswinkels von plus oder minus fünfundvierzig Grad Azimut (± 45° Az) und plus oder minus fünfundzwanzig Grad Höhe (± 25° E1) hat das Antennensystem in einer Ausführungsform einen Betriebswinkel von fünfundsiebzig Grad (75 °) vom Mittelpunkt (engl.: bore sight) in alle Richtungen. Wie bei jeder Strahlbildungsantenne, die aus vielen einzelnen Strahlern besteht, hängt die Gesamtantennenverstärkung von der Verstärkung der Bestandteile ab, die selbst winkelabhängig sind. Wenn übliche Strahlungselemente verwendet werden, nimmt die Gesamtantennenverstärkung typischerweise ab, wenn der Strahl weiter von dem Mittelpunkt (bore sight) weg gerichtet ist. Bei einer Entfernung vom Mittelpunkt (bore sight) von 75 Grad wird eine signifikante Verstärkungsabnahme von etwa 6 dB erwartet.
Ausführungsformen der Antenne mit einer zylindrischen Zuführung lösen ein oder mehrere Probleme. Dazu gehört: eine drastische Vereinfachung der Zuführ-Struktur im Vergleich zu Antennen, die mit einem gemeinsamen Teiler-Netzwerk gespeist werden, wodurch das gesamte erforderliche Antennen- und Antennenzuführvolumen reduziert wird; abnehmende Empfindlichkeit gegenüber Herstellung und Kontrollfehler durch Aufrechterhalten hoher Strahlleistung mit gröberen Steuerungen (bis hin zur einfachen binären Steuerung); ergibt ein vorteilhafteres Nebenkeulenmuster im Vergleich zu geradlinigen Zuführungen, da die zylindrisch orientierten Zuführwellen räumlich entfernte Seitenkeulen im Fernfeld ergeben; und Zulassen, dass die Polarisation dynamisch ist, einschließlich der Ermöglichung linkszirkularer, rechtszirkularer und linearer Polarisationen, wobei kein Polarisator erforderlich ist.
Anordnung von Wellenstreuungselementen
Die RF-Anordnung 1606 von Figur 16A und die RF-Anordnung 1616 von 16B weisen ein Wellenstreuungs-Teilsystem auf, das eine Gruppe von Patch-Antennen (d. h. Streuer) aufweist, die als Strahler wirken. Diese Gruppe von Patch-Antennen weist eine Anordnung von Streu-Metamaterial-Elementen auf.
In einer Ausführungsform ist jedes Streuelement in dem Antennensystem Teil einer Einheitszelle, die aus einem unteren Leiter, einem dielektrischen Substrat und einem oberen Leiter besteht, der einen komplementären elektrischen induktiv-kapazitiven Resonator einbettet („komplementäre elektrische LC“ oder „CELC“).), die in den oberen Leiter geätzt oder darauf abgeschieden ist.
In einer Ausführungsform wird ein Flüssigkristall (LC) in die Lücke um das Streuelement herum eingespritzt. Ein Flüssigkristall ist in jeder Einheitszelle eingekapselt und trennt den unteren Leiter, der einem Schlitz zugeordnet ist, von einem oberen Leiter, der mit seinem Patch zugeordnet ist. Der Flüssigkristall hat eine Permittivität, die eine Funktion der Orientierung der Moleküle ist, die den Flüssigkristall umfassen, und die Orientierung der Moleküle (und somit die Permittivität) kann durch Einstellen der Vorspannung über den Flüssigkristall gesteuert werden. Unter Verwendung dieser Eigenschaft wirkt der Flüssigkristall als ein EIN/AUS-Schalter für die Übertragung von Energie von der geführten Welle zu der CELC. Beim Einschalten sendet das CELC eine elektromagnetische Welle aus wie eine elektrisch kleine Dipolantenne.
Die Steuerung der Dicke des LC erhöht die Strahlumschaltgeschwindigkeit. Eine fünfzigprozentige (50%) Verringerung der Lücke zwischen dem unteren und dem oberen Leiter (die Dicke des Flüssigkristalls) führt zu einer Vervierfachung der Geschwindigkeit. In einer anderen Ausführungsform führt die Dicke des Flüssigkristalls zu einer Strahlumschaltgeschwindigkeit von ungefähr vierzehn Millisekunden (14 ms). In einer Ausführungsform ist der LC in einer in der Technik bekannten Weise dotiert, um das Ansprechverhalten zu verbessern, so dass eine Anforderung von sieben Millisekunden (7 ms) erfüllt werden kann.
Das CELC-Element reagiert auf ein Magnetfeld, das parallel zur Ebene des CELC-Elements und senkrecht zum CELC-Lückenkomplement angelegt wird. Wenn eine Spannung an den Flüssigkristall in der Metamaterialstreueinheitszelle angelegt wird, induziert die Magnetfeldkomponente der geführten Welle eine magnetische Erregung der CELC, die wiederum eine elektromagnetische Welle in der gleichen Frequenz wie die geleitete Welle erzeugt.
Die Phase der durch eine einzelne CELC erzeugten elektromagnetischen Welle kann durch die Position der CELC auf dem Vektor der geführten Welle ausgewählt werden. Jede Zelle erzeugt eine Welle in Phase mit der geführten Welle parallel zur CELC. Da die CELCs kleiner als die Wellenlänge sind, hat die Ausgangswelle die gleiche Phase wie die Phase der geführten Welle, wenn sie unter der CELC läuft.
In einer Ausführungsform ermöglicht die zylindrische Zuführgeometrie dieses Antennensystems, dass die CELC-Elemente in Winkeln von fünfundvierzig Grad (45°) zu dem Vektor der Welle in der Wellenzuführung positioniert werden. Diese Position der Elemente ermöglicht die Steuerung der Polarisation der Freiraumwelle, die von den Elementen erzeugt oder empfangen wird. In einer Ausführungsform sind die CELCs mit einem Zwischenelementabstand angeordnet, der kleiner ist als eine Freiraumwellenlänge der Betriebsfrequenz der Antenne. Wenn beispielsweise vier Streuelemente pro Wellenlänge vorhanden sind, betragen die Elemente in der 30 GHz Sendeantenne ungefähr 2,5 mm (d. h. 1/4 der 10 mm Freiraumwellenlänge von 30 GHz).
In einer Ausführungsform sind die CELCs mit Patch-Antennen implementiert, die ein Patch enthalten, das über einem Schlitz mit einem Flüssigkristall zwischen den beiden angeordnet ist. In dieser Hinsicht wirkt die Metamaterialantenne wie ein geschlitzter (streuender) Wellenleiter. Bei einem Schlitzwellenleiter hängt die Phase der Ausgangswelle von der Position des Schlitzes in Bezug auf die geleitete Welle ab.
Zellenanordnung
In einer Ausführungsform sind die Antennenelemente so auf der zylindrischen Antennen-Zuführöffnung angeordnet, dass eine systematische Matrixtreiberschaltung erlaubt wird. Die Anordnung der Zellen beinhaltet die Anordnung der Transistoren für die Matrix-Ansteuerung. 17 veranschaulicht eine Ausführungsform der Anordnung der Matrixansteuerschaltung in Bezug auf die Antennenelemente. Bezugnehmend auf 17 ist die Zeilen-Steuereinheit 1701 über die Zeilenauswahlsignale Zeile1 bzw. Zeile2 mit den Transistoren 1711 und 1712 gekoppelt, und die Spalten-Steuereinheit 1702 ist über das Spaltenauswahlsignal Spalte1 mit den Transistoren 1711 und 1712 gekoppelt. Der Transistor 1711 ist auch über die Verbindung mit dem Patch 1731 mit dem Antennenelement 1721 verbunden, während der Transistor 1712 über die Verbindung mit dem Patch 1732 mit dem Antennenelement 1722 verbunden ist.
Um eine Matrix-Ansteuerschaltung auf der zylindrischen Zuführungsantenne mit Einheitszellen zu realisieren, die in einem nicht regulären Gitter angeordnet sind, werden zwei Schritte ausgeführt. Im ersten Schritt werden die Zellen auf konzentrischen Ringen platziert und jede der Zellen ist mit einem Transistor verbunden, der neben der Zelle platziert ist und als Schalter fungiert, um jede Zelle separat anzusteuern. Im zweiten Schritt wird die Matrixtreiberschaltung aufgebaut, um jeden Transistor mit einer eindeutigen Adresse zu verbinden, wie es der Matrixansteuerungsansatz erfordert. Da die Matrixtreiberschaltung durch Zeilen- und Spalten-Leitungen (ähnlich LCDs) aufgebaut ist, die Zellen jedoch auf Ringen angeordnet sind, gibt es keine systematische Möglichkeit, jedem Transistor eine eindeutige Adresse zuzuordnen. Dieses Abbildungsproblem führt zu sehr komplexen Schaltungen, um alle Transistoren abzudecken, und führt zu einer signifikanten Zunahme der Anzahl von physikalischen Leitungen, um das Routing zu erreichen. Wegen der hohen Dichte von Zellen stören diese Leitungen die RF-Leistung der Antenne aufgrund des Kopplungseffekts. Aufgrund der Komplexität von Leitungen und der hohen Packungsdichte kann das Routing der Leitungen auch nicht durch im Handel erhältliche Layout-Tools erreicht werden.
In einer Ausführungsform ist die Matrixtreiberschaltung vor dem Platzieren der Zellen und Transistoren vordefiniert. Dies stellt eine minimale Anzahl von Leitungen sicher, die erforderlich sind, um alle Zellen mit jeweils einer eindeutigen Adresse zu steuern. Diese Strategie reduziert die Komplexität der Treiberschaltung und vereinfacht das Routing, was anschließend die RF-Leistung der Antenne verbessert.
Genauer gesagt werden die Zellen in einem Ansatz in einem ersten Schritt auf einem regelmäßigen rechteckigen Gitter angeordnet, das aus Zeilen und Spalten besteht, die die eindeutige Adresse jeder Zelle beschreiben. Im zweiten Schritt werden die Zellen gruppiert und in konzentrische Kreise umgewandelt, wobei ihre Adresse und Verbindung mit den Zeilen und Spalten beibehalten wird, die im ersten Schritt definiert wurden. Ein Ziel dieser Transformation besteht nicht nur darin, die Zellen auf Ringe zu setzen, sondern auch den Abstand zwischen den Zellen und den Abstand zwischen den Ringen über die gesamte Öffnung konstant zu halten. Um dieses Ziel zu erreichen, gibt es mehrere Möglichkeiten, die Zellen zu gruppieren.
Eine beispielhafte System-Ausführungsform
In einer Ausführungsform werden die kombinierten Antennenöffnungen in einem Fernsehsystem verwendet, das in Verbindung mit einer Set-Top-Box arbeitet. Zum Beispiel werden im Fall einer Doppelempfangsantenne Satellitensignale, die von der Antenne empfangen werden, an eine Set-Top-Box (z. B. einen DirektTV-Empfänger) eines Fernsehsystems geliefert. Genauer gesagt ist der kombinierte Antennenbetrieb in der Lage, gleichzeitig RF-Signale mit zwei verschiedenen Frequenzen und/oder Polarisationen zu empfangen. Das heißt, eine Teilanordnung von Elementen wird gesteuert, um RF-Signale bei einer Frequenz und/oder Polarisation zu empfangen, während eine andere Teilanordnung gesteuert wird, um Signale bei einer weiteren, anderen Frequenz und/oder Polarisation zu empfangen. Diese Unterschiede in der Frequenz oder Polarisation repräsentieren unterschiedliche Kanäle, die von dem Fernsehsystem empfangen werden. In ähnlicher Weise können die zwei Antennenanordnungen für zwei unterschiedliche Strahlpositionen gesteuert werden, um Kanäle von zwei verschiedenen Orten (z. B. zwei verschiedenen Satelliten) zu empfangen, um gleichzeitig mehrere Kanäle zu empfangen.
19 ist ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Kommunikationssystems, das gleichzeitig einen Doppelempfang in einem Fernsehsystem durchführt. In 19 enthält die Antenne 1401 zwei räumlich verschachtelte Antennenöffnungen, die unabhängig betrieben werden können, um gleichzeitig Doppelempfang bei verschiedenen Frequenzen und/oder Polarisationen, wie oben beschrieben, durchzuführen. Es ist zu beachten, dass, obwohl nur zwei räumlich verschachtelte Antennenoperationen erwähnt sind, das TV-System mehr als zwei Antennenöffnungen (z. B. 3, 4, 5 usw. Antennenöffnungen) aufweisen kann.
In einer Ausführungsform ist die Antenne 1401 einschließlich ihrer zwei verschachtelten Schlitzanordnungen mit dem Diplexer 1430 gekoppelt. Die Kopplung kann ein oder mehrere Zuführ-Netzwerke enthalten, die die Signale von Elementen der zwei Schlitzanordnungen empfangen, um zwei Signale zu erzeugen, die dem Diplexer 1430 zugeführt werden. In einer Ausführungsform ist der Diplexer 1430 ein im Handel erhältlicher Diplexer (z. B. Modell PB1081WA Ku-Band Sitcom Diplexor von A1 Microwave).
Der Diplexer 1430 ist mit einem Paar von Rauscharmer-Block-Abwärts-Konvertern (LNBs) 1426 und 1427 gekoppelt, die eine Rauschfilterfunktion, eine Abwärtskonvertierungsfunktion und eine Verstärkung auf eine in der Technik wohlbekannte Weise ausführen. In einer Ausführungsform befinden sich die LNBs 1426 und 1427 in einer Außeneinheit (ODU). In einer anderen Ausführungsform sind die LNBs 1426 und 1427 in die Antennenvorrichtung integriert. Die LNBs 1426 und 1427 sind mit einer Set-Top-Box 1402 gekoppelt, die mit dem Fernseher 1403 gekoppelt ist.
Die Set-Top-Box 1402 enthält ein Paar von Analog-Digital-Wandlern (ADCs) 1421 und 1422, die mit den LNBs 1426 und 1427 gekoppelt sind. um die zwei von dem Diplexer 1430 ausgegebenen Signale in ein digitales Format umzuwandeln.
Sobald sie in ein digitales Format umgewandelt sind, werden die Signale durch den Demodulator 1423 demoduliert und durch den Dekodierer 1424 dekodiert, um die codierten Daten auf den empfangenen Wellen zu erhalten. Die dekodierten Daten werden dann an die Steuerung 1425 gesendet, die sie an den Fernseher 403 sendet.
Die Steuereinheit 1450 steuert die Antenne 1401, einschließlich der verschachtelten Schlitzarray-Elemente beider Antennenöffnungen an der einzigen kombinierten physikalischen Apertur.
Ein Beispiel eines Vollduplex-Kommunikationssystems
In einer anderen Ausführungsform werden die kombinierten Antennenaperturen in einem Vollduplex-Kommunikationssystem verwendet. 20 ist ein Blockdiagramm einer anderen Ausführungsform eines Kommunikationssystems mit simultanen Sende- und Empfangspfaden. Während nur ein Sendepfad und ein Empfangspfad gezeigt sind, kann das Kommunikationssystem mehr als einen Sendepfad und/oder mehr als einen Empfangspfad umfassen.
In 20 weist die Antenne 1401 zwei räumlich verschachtelte Antennenanordnungen auf, die unabhängig arbeiten, um gleichzeitig auf verschiedenen Frequenzen zu senden und zu empfangen, wie oben beschrieben. In einer Ausführungsform ist die Antenne 1401 mit dem Diplexer 1445 gekoppelt. Die Kopplung kann durch ein oder mehrere Zuführ-Netzwerke erfolgen. In einer Ausführungsform kombiniert der Diplexer 1445 im Fall einer radialen Zuführ-Antenne die zwei Signale und die Verbindung zwischen der Antenne 1401, und der Diplexer 1445 ist ein einzelnes Breitband-Zuführnetzwerk, das beide Frequenzen tragen kann.
Der Diplexer 1445 ist mit einem Rauscharmer-Block-Abwärts-Konverter (LNBs) 1427 gekoppelt, der eine Rauschfilterfunktion und eine Abwärtskonvertierungs- und -verstärkungsfunktion in einer in der Technik wohlbekannten Weise ausführt. In einer Ausführungsform befindet sich der LNB 1427 in einer Außeneinheit (ODU). In einer anderen Ausführungsform ist der LNB 1427 in der Antennenvorrichtung integriert. Der LNB 1427 ist mit einem Modem 1460 verbunden, das mit dem Computersystem 1440 (z. B. einem Computersystem, einem Modem usw.) verbunden ist.
Das Modem 1460 enthält einen Analog-Digital-Wandler (ADC) 1422, der mit dem LNB 1427 gekoppelt ist, um das vom Diplexer 1445 ausgegebene Empfangssignal in ein digitales Format umzuwandeln. Nach der Umwandlung in ein digitales Format wird das Signal durch den Demodulator 1423 demoduliert und durch den Dekodierer 1424 dekodiert, um die codierten Daten auf der empfangenen Welle zu erhalten. Die dekodierten Daten werden dann an die Steuereinheit 1425 gesendet, der sie an das Computersystem 1440 sendet.
Das Modem 1460 weist auch einen Kodierer 1430 auf, der Daten kodiert, die von dem Computersystem 1440 zu übertragen sind. Die kodierten Daten werden durch den Modulator 1431 moduliert und dann in analog umgewandelt mittels eines Digital-Analog-Wandlers (DAC) 1432. Das analoge Signal wird dann durch einen BUC- (Hochkonvertierungs- und Hochpassverstärker) 1433 gefiltert und an einen Port des Diplexers 1445 geliefert. In einer Ausführungsform befindet sich der BUC 1433 in einer Außeneinheit (ODU).
Der Diplexer 1445, der auf eine in der Technik wohlbekannte Weise arbeitet, liefert das Sendesignal an die Antenne 1401 zur Übertragung.
Die Steuereinheit 1450 steuert die Antenne 1401, einschließlich der zwei Anordnungen von Antennenelementen an der einzigen kombinierten physikalischen Apertur.
Es sei zu beachten, dass das Vollduplex-Kommunikationssystem, das in 20 gezeigt ist, eine Anzahl von Anwendungen aufweist, einschließlich aber nicht beschränkt auf Internetkommunikation, Fahrzeugkommunikation (einschließlich Softwareaktualisierung) usw.
Einige Teile der obigen detaillierten Beschreibungen werden in Form von Algorithmen und symbolische Darstellungen von Operationen an Datenbits in einem Computerspeicher beschrieben. Diese algorithmischen Beschreibungen und Darstellungen sind die Mittel, die von Fachleuten auf dem Gebiet der Datenverarbeitung verwendet werden, um den Inhalt ihrer Arbeit anderen Fachleuten auf dem Gebiet am wirksamsten zu vermitteln. Ein Algorithmus ist hier und allgemein als eine selbstkonsistente Sequenz von Schritten gedacht, die zu einem gewünschten Ergebnis führen. Die Schritte sind diejenigen, die physikalische Manipulationen von physikalischen Größen erfordern. Üblicherweise, jedoch nicht notwendigerweise, haben diese Größen die Form von elektrischen oder magnetischen Signalen, die gespeichert, übertragen, kombiniert, verglichen und anderweitig manipuliert werden können. Es hat sich in der Vergangenheit, hauptsächlich aus Gründen der allgemeinen Verwendung, als zweckmäßig erwiesen, diese Signale als Bits, Werte, Elemente, Symbole, Zeichen, Ausdrücke, Zahlen oder dergleichen zu bezeichnen.
Es ist jedoch zu beachten, dass alle diese und ähnliche Begriffe mit den entsprechenden physikalischen Größen in Verbindung gebracht werden müssen und nur bequeme Kennzeichnungen sind, die auf diese Mengen angewendet werden. Wenn nicht ausdrücklich anders angegeben, wie aus der folgenden Diskussion ersichtlich ist, versteht es sich, dass in der gesamten Beschreibung Diskussionen, die Begriffe wie „Verarbeiten“ oder „Berechnen“ oder „Erfassen“ oder „Bestimmen“ oder „Anzeigen“ oder dergleichen verwenden, sich auf die Aktion und Prozesse eines Computersystems oder einer ähnlichen elektronischen Rechenvorrichtung beziehen, die als physikalische (elektronische) Größen in den Registern und Speichern des Computersystems dargestellte Daten manipuliert und in andere Daten umwandelt, die in ähnlicher Weise als physikalische Größen in den Computersystemspeichern oder -registern oder anderen dargestellt sind solche Informationsspeicher-, Übertragungs- oder Anzeigevorrichtungen.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung zum Ausführen der hier beschriebenen Vorgänge. Diese Vorrichtung kann speziell für die erforderlichen Zwecke konstruiert sein, oder sie kann einen Allzweckcomputer umfassen, der durch ein Computerprogramm, das in dem Computer gespeichert ist, selektiv aktiviert oder rekonfiguriert wird. Ein solches Computerprogramm kann gespeichert werden in einem computerlesbaren Speichermedium, wie etwa jeder Art von Platte, einschließlich Disketten, optischen Platten, CD-ROMs und magnetooptischen Platten, Nur-Lese-Speichern (ROMs), Direktzugriffsspeichern (RAMs)), EPROMs, EEPROMs, magnetische oder optische Karten oder jede Art von Medien, die zum Speichern elektronischer Anweisungen geeignet sind und jeweils mit einem Computersystembus verbunden sind.
Die hier dargestellten Algorithmen und Anzeigen sind nicht von Natur aus mit einem bestimmten Computer oder einer anderen Vorrichtung verbunden. Verschiedene Allzwecksysteme können mit Programmen gemäß den hierin enthaltenen Lehren verwendet werden, oder es kann sich als zweckmäßig erweisen, speziellere Geräte zu konstruieren, um die erforderlichen Verfahrensschritte durchzuführen. Die erforderliche Struktur für eine Vielzahl dieser Systeme wird aus der folgenden Beschreibung ersichtlich. Außerdem wird die vorliegende Erfindung nicht mit Bezug auf irgendeine bestimmte Programmiersprache beschrieben. Es versteht sich, dass eine Vielzahl von Programmiersprachen verwendet werden kann, um die Lehren der Erfindung wie hierin beschrieben zu implementieren.
Ein maschinenlesbares Medium enthält irgendeinen Mechanismus zum Speichern oder Übertragen von Information in einer Form, die von einer Maschine (z. B. einem Computer) lesbar ist. Zum Beispiel enthält ein maschinenlesbares Medium einen Nur-Lese-Speicher („ROM“); Direktzugriffsspeicher („RAM“); Magnetplattenspeichermedien; optische Speichermedien; Flash-Speichergeräte; usw.
Viele Änderungen und Modifikationen der vorliegenden Erfindung werden für einen Durchschnittsfachmann nach dem Lesen der vorstehenden Beschreibung zweifelsohne offensichtlich, und es ist zu verstehen, dass jede spezielle Ausführungsform, die zur Veranschaulichung gezeigt und beschrieben ist, darin besteht auf keinen Fall als einschränkend zu betrachten. Daher sind Verweise auf Details verschiedener Ausführungsformen nicht dazu gedacht, den Umfang der Ansprüche einzuschränken, die selbst nur diejenigen Merkmale aufführen, die für die Erfindung als wesentlich angesehen werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 14550178 [0078]
US 14/610502 [0078]

Claims

Antenne, aufweisend: eine Antennenelement-Anordnung mit einer Vielzahl von Antennenelementen und wobei jedes Antennenelement eine oder mehrere Zellen aufweist; Treiberschaltung, die mit Zellen in der Antennenelement-Anordnung gekoppelt ist, um eine Spannung an jede der Zellen zuzuführen; und Speicher, um einen Datenwert für jede Zelle zu speichern, um zu ermitteln, ob die Zelle ein- oder ausgeschaltet ist.
Antenne nach Anspruch 1, wobei die eine oder die mehreren Zellen eine Flüssigkristall (LC) -Zelle aufweist.
Antenne nach Anspruch 1, wobei die eine oder die mehreren Zellen eine MEMS-Radiofrequenz (RF)-Resonator-Zelle aufweist.
Antenne nach Anspruch 1, wobei die Treiberschaltung eine Vielzahl von Zell-Treibern mit einem Zell-Treiber für jede der Zellen aufweist.
Antenne nach Anspruch 4, wobei der Zell-Treiber einen Schalter aufweist, der betreibbar ist, um einer Zelle als Antwort auf ein Steuersignal eine erste Spannung oder eine zweite Spannung zuzuführen, wobei die erste Spannung eine EIN-Zustand-Spannung für die Zelle ist und die zweite Spannung ein AUS-Zustand-Spannung für die Zelle ist und wobei das Steuersignal ferner auf einen Datenwert in dem Speicher, welcher der Zelle zugeordnet ist, anspricht.
Antenne nach Anspruch 5, wobei die erste Spannung eine AC-Spannung und die zweite Spannung eine Masse-Spannung ist.
Antenne nach Anspruch 4, wobei der Speicher und eine Steuereinheit für die Treiberschaltung peripher in Bezug auf die Antennenelemente in der Anordnung mit gemeinsamen EIN- und AUS-Zustand-Spannungen für eine Gruppe von Zellen angeordnet sind, wobei die EIN-Zustand-Spannung für die Gruppe von Zellen dieselbe Frequenz aufweist.
Antenne nach Anspruch 4, wobei jeder der Zell-Treiber einen Teil des Speichers aufweist, der mit einem Schalter gekoppelt ist, der betreibbar ist, um eine erste Spannung oder eine zweite Spannung in Reaktion auf ein Steuersignal an eine Zelle zuzuführen, wobei die erste Spannung eine EIN-Zustand-Spannung für die Zelle ist, und die zweite Spannung eine AUS-Zustand-Spannung für die Zelle ist und wobei ferner das Steuersignal eine Ausgabe von dem Teil des Speichers in dem Zell-Treiber ist.
Antenne nach Anspruch 8, wobei der Teil des Speichers ein Latch aufweist, mit: einem Daten-Eingang, die gekoppelt ist, um den Datenwert für die Zelle zu empfangen, die der Zell-Treiber ansteuern soll, und anzugeben, ob die Zelle in dem EIN-Zustand oder dem AUS-Zustand sein soll; und einem Latch-Ausgang, der betreibbar ist, das Steuersignal auszugeben, um den Schalter zu steuern.
Antenne nach Anspruch 9, wobei die Zell-Treiber in einer Matrix-Konfiguration angeordnet sind, wobei die Treiberschaltung eine Vielzahl von Zeilen-Signalen und eine Vielzahl von Spalten-Signalen aufweist, wobei einzelne Zeilen-Signale der Vielzahl von Zeilen-Signalen gekoppelt sind, um Eingaben von Latches in Gruppen von Zell-Treibern zu ermöglichen, und wobei einzelne Spalten-Signalen mit Daten-Eingängen von Latches in Gruppen von Zell-Treibern gekoppelt sind.
Antenne nach Anspruch 1, wobei die Treiberschaltung eine Matrix-Treiberschaltung aufweist, die eine Matrix aufweist, die durch Aktualisieren von Datenwerten in dem Speicher aktualisiert wird.
Antenne nach Anspruch 1, wobei die Spannung eine Wechselstrom (AC)-Spannung ist.
Antenne nach Anspruch 1, ferner aufweisend: eine Antennenzuführung, um eine Zuführwelle, die sich konzentrisch von der Zuführung ausbreitet, einzugeben; eine Vielzahl von Schlitzen; eine Vielzahl von Patches, wobei jedes der Patches mittels der Zellen über einem Schlitz der Vielzahl von Schlitzen angeordnet ist und von diesem getrennt ist und ein Patch/ Schlitz-Paar bildet, wobei jedes Patch/Schlitz-Paar basierend auf der Anwendung einer Spannung an das Patch in dem Paar spezifiziert durch ein Steuermuster aus- oder eingeschaltet wird.
Antenne nach Anspruch 1, wobei die Antennenelemente zusammen gesteuert und betreibbar sind, um einen Strahl für das Frequenzband zur Verwendung bei der holographischen Strahl-Steuerung zu bilden.
Antenne nach Anspruch 1, wobei die Anordnung von Antennenelementen Teil einer abstimmbaren Schlitz-Anordnung ist, und wobei Elemente in der abstimmbaren Schlitz-Anordnung in einem oder mehreren Ringen angeordnet sind.
Antenne nach Anspruch 15, wobei die Schlitz-Anordnung eine Vielzahl von Schlitzen aufweist, und wobei weiterhin jeder Schlitz abgestimmt ist, eine gewünschte Streuung bei einer gegebenen Frequenz bereitzustellen.
Antenne nach Anspruch 16, wobei jeder Schlitz der Vielzahl von Schlitzen entweder +45 Grad oder -45 Grad relativ zu der zylindrischen Zuführwelle orientiert ist, die an einer zentralen Stelle jedes Schlitzes auftrifft, so dass die Schlitzanordnung einen ersten Satz an Schlitzen aufweist, die um +45 Grad relativ zu der Ausbreitungsrichtung der zylindrischen Zuführwelle gedreht sind, und eine zweite Gruppe von Schlitzen aufweist, die um-45 Grad relativ zu der Ausbreitungsrichtung der zylindrischen Zuführwelle gedreht sind.
Antenne, aufweisend: eine Antennenelement-Anordnung mit einer Vielzahl von Antennenelementen, wobei jedes Antennenelement eine oder mehrere Zellen aufweist, wobei mindestens eine Gruppe von Antennenelementen zusammen gesteuert und betreibbar ist, um einen Strahl für das Frequenzband zur Verwendung bei der holografischen Strahl-Steuerung zu bilden; Speicher, um einen Datenwert für jede Zelle in der Antennenelement-Anordnung zu speichern, um anzuzeigen, ob die Zelle in einem EIN-Zustand oder einem AUS-Zustand sein soll; Matrix-Treiberschaltung mit einer Vielzahl von Zell-Treibern, die mit Zellen in der Antennenelement-Anordnung gekoppelt sind, um unterschiedliche Spannungen an jede der Zellen basierend darauf, ob jede Zelle basierend auf Datenwerten in dem Speicher in dem AN-Zustand oder dem AUS-Zustand ist, zuzuführen.
Antenne nach Anspruch 18, wobei die eine oder die mehreren Zellen eine Flüssigkristall (LC) - Zelle aufweist.
Antenne nach Anspruch 18, wobei die eine oder die mehreren Zellen eine MEMS-Radiofrequenz (RF)-Resonator-Zelle aufweist.
Antenne nach Anspruch 18, wobei der Zell-Treiber einen Schalter aufweist, der betreibbar ist, um einer Zelle als Antwort auf ein Steuersignal eine erste Spannung oder eine zweite Spannung zuzuführen, wobei die erste Spannung eine EIN-Zustand-Spannung für die Zelle ist und die zweite Spannung ein AUS-Zustand-Spannung für die Zelle ist und wobei das Steuersignal ferner auf einen Datenwert in dem Speicher, welcher der Zelle zugeordnet ist, anspricht.
Antenne nach Anspruch 21, wobei die erste Spannung eine AC-Spannung und die zweite Spannung eine Masse-Spannung ist.
Antenne nach Anspruch 18, wobei der Speicher und eine Steuereinheit für die Treiberschaltung peripher in Bezug auf die Antennenelemente in der Anordnung mit gemeinsamen EIN- und AUS-Zustand-Spannungen für eine Gruppe von Zellen angeordnet sind, wobei die EIN-Zustand-Spannung für die Gruppe von Zellen dieselbe Frequenz aufweist.
Antenne nach Anspruch 18, wobei jeder der Zell-Treiber einen Teil des Speichers aufweist, der mit einem Schalter gekoppelt ist, der betreibbar ist, um eine erste Spannung oder eine zweite Spannung in Reaktion auf ein Steuersignal an eine Zelle zuzuführen, wobei die erste Spannung eine EIN-Zustand-Spannung für die Zelle ist, und die zweite Spannung eine AUS-Zustand-Spannung für die Zelle ist und wobei ferner das Steuersignal eine Ausgabe von dem Teil des Speichers in dem Zell-Treiber ist.
Antenne nach Anspruch 24, wobei der Teil des Speichers ein Latch aufweist, mit: einem Daten-Eingang, der gekoppelt ist, um den Datenwert für die Zelle zu empfangen, die der Zell-Treiber ansteuern soll, und anzugeben, ob die Zelle in dem EIN-Zustand oder dem AUS-Zustand sein soll; und einem Latch-Ausgang, der betreibbar ist, das Steuersignal auszugeben, um den Schalter zu steuern.
Antenne nach Anspruch 25, wobei die Zell-Treiber in einer Matrix-Konfiguration angeordnet sind, wobei die Treiberschaltung eine Vielzahl von Zeilen-Signalen und eine Vielzahl von Spalten-Signalen aufweist, wobei einzelne Zeilen-Signale der Vielzahl von Zeilen-Signalen gekoppelt sind, um Eingaben von Latches in Gruppen von Zell-Treibern zu ermöglichen, und wobei einzelne Spalten-Signalen mit Daten-Eingängen von Latches in Gruppen von Zell-Treibern gekoppelt sind.
Antenne nach Anspruch 18, wobei die Matrixtreiberschaltung eine Matrix aufweist, die durch Aktualisieren von Datenwerten in dem Speicher aktualisiert wird.
Antenne nach Anspruch 18, weiterhin aufweisend: eine Antennenzuführung, um eine Zuführwelle, die sich konzentrisch von der Zuführung ausbreitet, einzugeben; eine Vielzahl von Schlitzen; eine Vielzahl von Patches, wobei jedes der Patches mittels der Zellen über einem Schlitz der Vielzahl von Schlitzen angeordnet ist und von diesem getrennt ist und ein Patch/ Schlitz-Paar bildet, wobei jedes Patch/Schlitz-Paar basierend auf der Anwendung einer Spannung an das Patch in dem Paar spezifiziert durch ein Steuermuster aus- oder eingeschaltet wird.
Verfahren zum Steuern einer Antenne mit einer Vielzahl von Antennenelementen, wobei jedes Antennenelement der Vielzahl von Antennenelementen eine Zelle aufweist, wobei das Verfahren aufweist: Erfassen, welche Zellen der Vielzahl von Antennenelementen in einem EIN-Zustand und in einem AUS-Zustand sein werden; Programmieren von Datenwerten in Speicherstellen für die Zellen, um basierend auf Ergebnissen des Erfassens anzugeben, ob jede Zelle in dem EIN-Zustand oder dem AUS-Zustand sein soll; Ansteuern von Spannungen an die Zellen basierend auf programmierten Datenwerten in den Speicherstellen.
Verfahren nach Anspruch 29, wobei das Ansteuern von Spannungen an die Zellen das Steuern eines Schalters zum Bereitstellen einer ersten Spannung oder einer zweiten Spannung an jede Zelle in einer Gruppe von Zellen als Antwort auf ein Steuersignal aufweist, wobei die erste Spannung eine EIN-Zustand-Spannung für die Zelle ist und die zweite Spannung ein AUS-Zustand-Spannung für die Zelle ist und wobei das Steuersignal ferner auf einen Datenwert in dem Speicher, welcher der Zelle zugeordnet ist, anspricht.
Verfahren nach Anspruch 30, wobei die erste Spannung eine AC-Spannung und die zweite Spannung eine Masse-Spannung ist.
Verfahren nach Anspruch 29, wobei das Programmieren von Datenwerten in Speicherstellen für die Zellen das Einstellen eines Speichers in jedem einer Vielzahl von Zell-Treibern betreibbar zum Zuführen von Spannungen an die Zellen aufweist und wobei das Zuführen von Spannungen an die Zellen basierend auf programmierten Datenwerten in den Speicherstellen ein Erzeugen einer Ausgabe jeder der Zell-Treiber in einer Gruppe der Zellen aufweist, wobei die Ausgabe das Steuersignal ist.
Verfahren nach Anspruch 32, weiterhin aufweisend: sequentielles Programmieren von Zeilen des Speichers in Zeilen des Zell-Treibers mittels Auswählens einer Zeile von Zell-Treibern in einer Matrix unter Verwendung eines Zeilen-Steuersignals und sequentielles Aktivieren von Spalten-Steuersignalen, um zu bewirken, dass Daten in dem Speicher jedes Zell-Treibers in der Zeile von Zell-Treibern gespeichert werden.