ES2846791T3

ES2846791T3 - Segmentación de abertura de una antena de alimentación cilíndrica

Info

Publication number: ES2846791T3
Application number: ES16759616T
Authority: ES
Inventors: Mohsen Sazegar; Nathan Kundtz; Steve Linn
Original assignee: Kymeta Corp
Current assignee: Kymeta Corp
Priority date: 2015-03-05
Filing date: 2016-03-04
Publication date: 2021-07-29
Anticipated expiration: 2036-03-04
Also published as: JP2018507654A; KR20170117204A; EP3266067A1; US20160261043A1; US20180115063A1; TWI630756B; CN107851902B; EP3266067B1; KR102005654B1; JP6843757B2; CN107851902A; CN111613904A; US10461416B2; CN111613904B; TW201639239A; EP3266067A4; US9887455B2; WO2016141342A1

Abstract

Una antena de panel plano que comprende: una alimentación de antena (601) configurada para introducir una onda de alimentación cilíndrica (205); y una abertura de antena física acoplada a la alimentación de la antena y que comprende una pluralidad de segmentos (1501, 1502, 1503, 1504) que tienen elementos de antena, en que cada uno de los elementos de la antena puede funcionar para irradiar radiofrecuencia, RF, energía y la pluralidad de segmentos es físicamente distinta de otros segmentos en la pluralidad de segmentos y la pluralidad de segmentos se acoplan para formar una matriz con una pluralidad de anillos concéntricos cerrados (711, 712, 713) de elementos de antena, en que la pluralidad de anillos concéntricos (711, 712, 713) es concéntrica con respecto a la alimentación de antena (601).

Description

DESCRIPCIÓN

Segmentación de abertura de una antena de alimentación cilindrica

CAMPO DE LA INVENCIÓN

Las formas de realización de la presente invención se refieren al campo de las antenas; más en particular, las formas de realización de la presente invención se refieren a la colocación de elementos de antena para aberturas de antena y la segmentación de dichas aberturas para antenas, tales como, por ejemplo, antenas alimentadas de forma cilíndrica.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

La fabricación de antenas muy grandes, independientemente de la tecnología utilizada, a menudo afronta los límites de la tecnología en tamaño y, en última instancia, conduce a costos de fabricación muy altos. Además, un pequeño error en una antena grande puede provocar un fallo del producto de antena. Esta es la razón por la que ciertos enfoques tecnológicos que podrían usarse en otras industrias no se pueden aplicar fácilmente a la fabricación de antenas. Una de esas tecnologías son las tecnologías de matriz activa.

Se han utilizado tecnologías de matriz activa para impulsar pantallas de cristal líquido. En dichas tecnologías, se acopla un transistor a cada celda de cristal líquido y cada celda de cristal líquido se puede seleccionar aplicando un voltaje a una señal seleccionada acoplada a la puerta del transistor. Se utilizan muchos tipos diferentes de transistores, incluidos los transistores de película fina (TFT). En el caso de los TFT, la matriz activa se denomina matriz activa de TFT.

La matriz activa utiliza direcciones y circuitos de accionamiento para controlar cada una de las celdas de cristal líquido de la matriz. Para garantizar que cada una de las celdas de cristal líquido se direccione de forma exclusiva, la matriz utiliza filas y columnas de conductores para crear conexiones para los transistores de selección.

Se ha propuesto el uso de circuitos de accionamiento de matriz para su utilización con antenas. Sin embargo, la utilización de filas y columnas de conductores puede ser útil en conjuntos de antenas que tienen elementos de antena que están dispuestos en filas y columnas, pero puede que no sea factible cuando los elementos de antena no están dispuestos de esa manera.

El mosaico o la segmentación es un método común de fabricación de antenas de matriz en fase y de matriz estática para ayudar a reducir los problemas asociados con la fabricación de dichas antenas. Cuando se fabrican conjuntos de antenas grandes, los conjuntos de antenas grandes normalmente se segmentan en LRU (unidades reemplazables en línea) que son segmentos idénticos. El mosaico de abertura o la segmentación es muy común para las antenas grandes, especialmente para sistemas complejos como por ejemplo las disposiciones en fase. Sin embargo, no se ha encontrado ninguna aplicación de segmentación que proporcione un enfoque de mosaico para antenas de alimentación cilíndricas.

El documento US 3063049 A describe una disposición que utiliza una guía de ondas radial perforada que está dividida en segmentos angulares similares. Las aberturas radiantes están incluidas en una superficie plana de la guía de ondas radial y la guía de ondas radial está dividida internamente, como por ejemplo en cuadrantes, por tabiques conductores radiales. Las dimensiones y el modo de funcionamiento de la guía de ondas radial se seleccionan de manera que se puedan establecer modos parciales dentro de cada uno de los cuadrantes. Los septos conductores permiten controlar las direcciones instantáneas de las corrientes inducidas en la superficie que contiene las aberturas radiantes. Las ranuras radiantes están dispuestas en la placa superior de la guía de ondas radial en al menos una configuración anular alrededor de y concéntrica con el eje de la antena.

El documento WO 2015/126578 A1 se publica a posteriori y describe una antena que comprende una alimentación de antena para introducir una onda de alimentación cilíndrica; una primera capa acoplada a la alimentación de la antena y en la que la onda de alimentación se propaga hacia fuera y concéntricamente desde la alimentación; una segunda capa acoplada a la primera capa para hacer que la onda de alimentación se refleje en los bordes de la antena y se propague hacia adentro a través de la segunda capa desde los bordes de la antena; y un conjunto de radiofrecuencia (RF) acoplado a la segunda capa, en la que la onda de alimentación interactúa con el conjunto de RF para generar un haz.

La publicación Paul W Davis; Marek E Bialkowski; "Experimental Investigations into a Linearly Polarized Radial Slot Antenna for DBS TV in Australia; IEEE: Transactions on Antennas and Propagation” (Investigaciones Experimentales en una Antena de Ranura Radial Polarizada Linealmente para DBS TV en Australia; Transacciones IEEE sobre Antenas y Propagación); Vol. 45, número 7 describe un enfoque híbrido teórico / experimental para el diseño de antenas de matriz de ranuras de línea radial para recibir programas de televisión por satélite de transmisión directa en Australia. Utilizando este enfoque, se construyeron e investigaron experimentalmente prototipos de antenas de banda Ku polarizadas linealmente de 0.4 m y 0.6 m de diámetro. El prototipo de 0,6 m incorpora ranuras de cancelación de reflexión, que le permiten superar el rendimiento deficiente de pérdida de retorno inherente en las antenas RLSA polarizadas linealmente.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

Con el fin de resolver los problemas de la técnica relacionada, se describe una antena de panel plano de acuerdo con la reivindicación 1. Las formas de realización preferentes de la antena de panel plano pueden incluir las características adicionales de acuerdo con una o más de las reivindicaciones dependientes.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La presente invención se entenderá más completamente a partir de la descripción detallada que se proporciona a continuación y de los dibujos adjuntos de varias formas de realización de la invención, que, sin embargo, no deben tomarse para limitar la invención a las formas de realización específicas, sino que son solo para explicación y comprensión. .

La Figura 1A ilustra una vista superior de una forma de realización de una alimentación coaxial que se utiliza para proporcionar una alimentación de ondas cilíndrica.

La Figura 1B ilustra una abertura que tiene una o más conjuntos de elementos de antena colocados en anillos concéntricos alrededor de una alimentación de entrada de la antena alimentada cilíndricamente.

La Figura 2 ilustra una vista en perspectiva de una fila de elementos de antena que incluye un plano de tierra y una capa de resonador reconfigurable.

La Figura 3 ilustra una forma de realización de un resonador / ranura ajustable.

La Figura 4 ilustra una vista en sección transversal de una forma de realización de una abertura de antena física.

Las Figuras 5A-D ilustran una forma de realización de las diferentes capas para crear la matriz ranurada.

La Figura 6 ilustra otra forma de realización del sistema de antena con una alimentación cilíndrica que produce una onda saliente.

La Figura 7 muestra un ejemplo en el que las celdas se agrupan para formar cuadrados concéntricos (rectángulos).

La Figura 8 muestra un ejemplo en que las celdas se agrupan para formar octágonos concéntricos. La Figura 9 muestra un ejemplo de una pequeña abertura que incluye los iris y los circuitos de activación de la matriz.

La Figura 10 muestra un ejemplo de espirales de retícula utilizadas para la colocación de celdas. La Figura 11 muestra un ejemplo de colocación de celdas que utiliza espirales adicionales para lograr una densidad más uniforme.

La Figura 12 ilustra un patrón seleccionado de espirales que se repite para llenar toda la abertura. La Figura 13 ilustra una forma de realización de segmentación de una abertura de alimentación cilíndrica en cuadrantes.

Las Figuras 14A y 14B ilustran un solo segmento de la Figura 13 con la retícula de accionamiento de matriz aplicada.

La Figura 15 ilustra otra forma de realización de segmentación de una abertura de alimentación cilíndrica en cuadrantes.

Las Figuras 16A y 16B ilustran un solo segmento de la Figura 15 con la retícula de accionamiento de matriz aplicada.

La Figura 17 ilustra una forma de realización de la ubicación de los circuitos de accionamiento de la matriz con respecto a los elementos de la antena.

La Figura 18 ilustra una forma de realización de un paquete de TFT.

Las Figuras 19A y 19B ilustran un ejemplo de una abertura de antena con un número impar de segmentos.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA PRESENTE INVENCIÓN

Se describen formas de realización de antenas de panel plano. Las antenas de panel plano incluyen uno o más conjuntos de elementos de antena en una abertura de antena. En una forma de realización, los elementos de antena comprenden celdas de cristal líquido. En una forma de realización, la antena de panel plano es una antena alimentada de forma cilíndrica que incluye unos circuitos de accionamiento de matriz para direccionar y activar de forma exclusiva cada uno de los elementos de antena que no están colocados en filas y columnas. En una forma de realización, los elementos se colocan en anillos.

En una forma de realización, la abertura de la antena que tiene uno o más conjuntos de elementos de antena está compuesta por múltiples segmentos acoplados entre sí. Cuando se acoplan, la combinación de los segmentos forma anillos concéntricos cerrados de elementos de antena. En una forma de realización, los anillos concéntricos son concéntricos con respecto a la alimentación de la antena.

En la siguiente descripción, se exponen numerosos detalles para proporcionar una explicación más completa de la presente invención. Sin embargo, resultará evidente para un experto en la técnica que la presente invención se puede poner en práctica sin estos detalles específicos. En otros casos, las estructuras y dispositivos bien conocidos se muestran en forma de diagrama de bloques, en lugar de en detalle, con el fin de evitar oscurecer la presente invención.

Algunas partes de las descripciones detalladas que siguen se presentan en términos de algoritmos y representaciones simbólicas de operaciones en bits de datos dentro de la memoria de una computadora. Estas descripciones y representaciones algorítmicas son los medios utilizados por los expertos en las técnicas de procesamiento de datos para transmitir de manera más eficaz el contenido de su trabajo a otros expertos en la técnica. Aquí, y en general, se concibe un algoritmo como una secuencia autoconsistente de pasos que conducen a un resultado deseado. Los pasos son aquellos que requieren manipulaciones físicas de cantidades físicas. Por lo general, aunque no necesariamente, estas cantidades toman la forma de señales eléctricas o magnéticas que se pueden almacenar, transferir, combinar, comparar y manipular de otra manera. En ocasiones ha resultado conveniente, principalmente por razones de uso común, referirse a estas señales como bits, valores, elementos, símbolos, caracteres, términos, números o similares.

Sin embargo, debe tenerse en cuenta que todos estos y otros términos similares deben asociarse con las cantidades físicas apropiadas y son simplemente etiquetas convenientes aplicadas a estas cantidades. A menos que se indique específicamente lo contrario, tal como se desprende de la siguiente descripción, se aprecia que a lo largo de la descripción, las discusiones que utilizan términos como "procesamiento" o "computación" o "calcular" o "determinar" o "mostrar" o similares, se refieren a la acción y procesos de un sistema informático, o dispositivo informático electrónico similar, que manipula y transforma datos representados como cantidades físicas (electrónicas) dentro de los registros y memorias del sistema informático en otros datos representados de manera similar como cantidades físicas dentro de las memorias o registros del sistema informático u otros tales dispositivos de almacenamiento, transmisión o visualización de información.

Descripción General de un Ejemplo del Sistema de Antena

En una forma de realización, la antena de panel plano es parte de un sistema de antena de metamaterial. Se describen formas de realización de un sistema de antena de metamaterial para estaciones terrestres de satélites de comunicaciones. En una forma de realización, el sistema de antena es un componente o subsistema de una estación terrena satelital (ES) que opera en una plataforma móvil (por ejemplo, aeronáutica, marítima, terrestre, etc.) que opera utilizando frecuencias de banda Ka o frecuencias de banda Ku. para comunicaciones civiles comerciales por satélite. Debe tenerse en cuenta que las formas de realización del sistema de antena también se pueden utilizar en estaciones terrestres que no están en plataformas móviles (por ejemplo, estaciones terrestres fijas o transportables).

En una forma de realización, el sistema de antena utiliza tecnología de metamaterial de dispersión de superficie para formar y dirigir haces de transmisión y recepción a través de antenas separadas. En una forma de realización, los sistemas de antenas son sistemas analógicos, en contraste con los sistemas de antenas que emplean procesamiento de señales digitales para formar y dirigir eléctricamente haces (como por ejemplo antenas de red en fase).

En una forma de realización, el sistema de antena se compone de tres subsistemas funcionales: (1) una estructura de guía de ondas que consta de una arquitectura de alimentación de ondas cilíndrica; (2) una matriz de celdas unitarias de metamaterial de dispersión de ondas que forman parte de elementos de antena; y (3) una estructura de control para ordenar la formación de un campo de radiación ajustable (haz) a partir de los elementos de dispersión de metamateriales utilizando principios holográficos.

Ejemplos de Estructuras de Guía de Ondas

La Figura 1A ilustra una vista superior de una forma de realización de una alimentación coaxial que se utiliza para proporcionar una alimentación de ondas cilíndrica. Con referencia a la Figura 1A, la alimentación coaxial incluye un conductor central y un conductor externo. En una forma de realización, la arquitectura de alimentación de ondas cilíndrica alimenta la antena desde un punto central con una activación que se extiende hacia afuera de manera cilíndrica desde el punto de alimentación. Es decir, una antena alimentada cilíndricamente crea una onda de alimentación concéntrica que viaja hacia afuera. Aun así, la forma de la antena de alimentación cilíndrica alrededor de la alimentación cilíndrica puede ser circular, cuadrada o de cualquier forma. En otra forma de realización, una antena alimentada de forma cilíndrica crea una onda de alimentación que se desplaza hacia el interior. En tal caso, la onda de alimentación proviene en la situación más natural de una estructura circular. La Figura 1B ilustra una abertura que tiene una o más conjuntos de elementos de antena colocados en anillos concéntricos alrededor de una alimentación de entrada de la antena alimentada cilíndricamente.

Elementos de antena

En una forma de realización, los elementos de antena comprenden un grupo de antenas de parche y ranura (celdas unitarias). Este grupo de celdas unitarias comprende un conjunto de elementos metamateriales de dispersión. En una forma de realización, cada elemento de dispersión en el sistema de antena es parte de una celda unitaria que consta de un conductor inferior, un sustrato dieléctrico y un conductor superior que incorpora un resonador eléctrico inductivo-capacitivo complementario ("LC eléctrico complementario" o "CELC" ) que está grabado o depositado sobre el conductor superior.

En una forma de realización, un cristal líquido (LC) se encuentra dispuesto en el hueco alrededor del elemento de dispersión. El cristal líquido está encapsulado en cada celda unitaria y separa el conductor inferior asociado con una ranura de un conductor superior asociado con su parche. El cristal líquido tiene una permitividad que es una función de la orientación de las moléculas que comprenden el cristal líquido, y la orientación de las moléculas (y por tanto la permitividad) se puede controlar ajustando el voltaje de polarización a través del cristal líquido. Utilizando esta propiedad, en una forma de realización, el cristal líquido integra un interruptor de encendido / apagado y estados intermedios entre encendido y apagado para la transmisión de energía desde la onda guiada al CELC. Cuando se enciende, el CELC emite una onda electromagnética como una antena dipolo eléctricamente pequeña. Debe tenerse en cuenta que las enseñanzas de este documento no se limitan a tener un cristal líquido que funcione de forma binaria con respecto a la transmisión de energía.

En una forma de realización, la geometría de alimentación de este sistema de antena permite que los elementos de antena se coloquen en ángulos de cuarenta y cinco grados (45 °) con respecto al vector de la onda en la alimentación de ondas. Debe tenerse en cuenta que se pueden utilizar otras posiciones (por ejemplo, en ángulos de 40 °). Esta posición de los elementos permite el control de la onda de espacio libre recibida o transmitida / radiada por los elementos. En una forma de realización, los elementos de antena están dispuestos con una separación entre elementos que es menor que una longitud de onda en el espacio libre de la frecuencia de funcionamiento de la antena. Por ejemplo, si hay cuatro elementos de dispersión por longitud de onda, los elementos en la antena de transmisión de 30 GHz serán de aproximadamente 2,5 mm (es decir, 1/4 de la longitud de onda de espacio libre de 10 mm de 30 GHz).

En una forma de realización, los dos conjuntos de elementos son perpendiculares entre sí y tienen simultáneamente una excitación de igual amplitud si se controlan en el mismo estado de sintonización. Al rotarlos /- 45 grados con respecto a la excitación de la onda de alimentación se logran las dos características deseadas a la vez. Girar un conjunto 0 grados y el otro 90 grados lograría el objetivo perpendicular, pero no el objetivo de excitación de amplitud igual. Debe tenerse en cuenta que se pueden utilizar 0 y 90 grados para lograr el aislamiento cuando se alimenta el conjunto de elementos de antena en una sola estructura desde dos lados tal como se ha descrito anteriormente.

La cantidad de energía radiada desde cada celda unitaria se controla aplicando un voltaje al parche (potencial a través del canal LC) utilizando un controlador. Las trazas de cada parche se utilizan para proporcionar el voltaje a la antena de parche. El voltaje se utiliza para ajustar o desajustar la capacitancia y por lo tanto la frecuencia de resonancia de los elementos individuales para efectuar la formación del haz. El voltaje requerido depende de la mezcla de cristal líquido que se utilice. La característica de ajuste de voltaje de las mezclas de cristal líquido se describe principalmente por medio de un voltaje umbral en el que el cristal líquido comienza a verse afectado por el voltaje y el voltaje de saturación, por encima del cual un aumento del voltaje no causa un ajuste importante en el cristal líquido. Estos dos parámetros de características pueden cambiar para diferentes mezclas de cristal líquido.

En una forma de realización, se utiliza una unidad de matriz para aplicar voltaje a los parches con el fin de impulsar cada celda por separado de todas las demás celdas sin tener una conexión separada para cada celda (unidad directa). Debido a la alta densidad de elementos, la unidad de matriz es la forma más eficiente de abordar cada celda individualmente.

En una forma de realización, la estructura de control para el sistema de antena tiene 2 componentes principales: el controlador, que incluye la electrónica de activación para el sistema de antena, se encuentra debajo de la estructura de dispersión de ondas, mientras que la matriz de conmutación de la unidad de matriz está intercalada a través de la matriz de RF radiante en una forma tal que no interfiere con la radiación. En una forma de realización, la electrónica de accionamiento para el sistema de antena comprende controles de LCD disponibles comercialmente listos para usar utilizados en aparatos de televisión comerciales que ajustan el voltaje de polarización para cada elemento de dispersión ajustando la amplitud de una señal de polarización de CA a ese elemento.

En una forma de realización, el controlador también contiene un software de ejecución de microprocesador. La estructura de control también puede incorporar sensores (por ejemplo, un receptor de GPS, una brújula de tres ejes, un acelerómetro de 3 ejes, un giroscopio de 3 ejes, un magnetómetro de 3 ejes, etc.) para proporcionar información de ubicación y orientación al procesador. La información de ubicación y orientación puede ser proporcionada al procesador por otros sistemas en la estación terrestre y / o puede no ser parte del sistema de antena.

Más específicamente, el controlador controla qué elementos se apagan y qué elementos se encienden y en qué nivel de fase y amplitud en la frecuencia de operación. Los elementos se desajustan selectivamente para la operación de frecuencia mediante la aplicación de voltaje.

Para la transmisión, un controlador suministra una serie de señales de voltaje a los parches de RF para crear una modulación o patrón de control. El patrón de control hace que los elementos cambien a diferentes estados. En una forma de realización, se utiliza el control multiestado en el que varios elementos se encienden y apagan a diferentes niveles, aproximándose más a un patrón de control sinusoidal, en contraste con una onda cuadrada (es decir, un patrón de modulación de tono gris sinusoide). En una forma de realización, algunos elementos irradian con más fuerza que otros, en lugar de que algunos elementos irradien y otros no. La radiación variable se logra aplicando niveles de voltaje específicos, lo que ajusta la permitividad del cristal líquido a cantidades variables, desajustando de esta manera los elementos de manera variable y haciendo que algunos elementos irradien más que otros.

La generación de un haz enfocado por el conjunto de elementos de metamaterial puede explicarse por el fenómeno de la interferencia constructiva y destructiva. Las ondas electromagnéticas individuales suman (interferencia constructiva) si tienen la misma fase cuando se encuentran en el espacio libre y las ondas se cancelan entre sí (interferencia destructiva) si están en fase opuesta cuando se encuentran en el espacio libre. Si las ranuras en una antena ranurada se colocan de modo que cada ranura sucesiva se coloque a una distancia diferente del punto de excitación de la onda guiada, la onda dispersa de ese elemento tendrá una fase diferente a la onda dispersa de la ranura anterior. Si las ranuras están separadas un cuarto de una longitud de onda guiada, cada ranura dispersará una onda con un retraso de fase de un cuarto desde la ranura anterior.

Utilizando la matriz, el número de patrones de interferencia constructiva y destructiva que se pueden producir se puede aumentar de modo que los haces puedan apuntar teóricamente en cualquier dirección más o menos noventa grados (90 °) desde la vista del orificio de la matriz de antenas, utilizando los principios de la holografía. Por lo tanto, controlando qué celdas unitarias de metamaterial se encienden o apagan (es decir, cambiando el patrón de qué celdas se encienden y cuáles se apagan), se puede producir un patrón diferente de interferencia constructiva y destructiva, y la antena puede cambiar la dirección del haz principal. El tiempo necesario para encender y apagar las celdas unitarias determina la velocidad a la que se puede cambiar el haz de una ubicación a otra.

En una forma de realización, el sistema de antena produce un haz orientable para la antena de enlace ascendente y un haz orientable para la antena de enlace descendente. En una forma de realización, el sistema de antena utiliza tecnología de metamaterial para recibir haces y decodificar señales procedentes del satélite y formar haces de transmisión que se dirigen hacia el satélite. En una forma de realización, los sistemas de antenas son sistemas analógicos, en contraste con los sistemas de antenas que emplean procesamiento de señales digitales para formar y dirigir eléctricamente haces (como por ejemplo conjuntos de antenas en fase). En una forma de realización, el sistema de antena se considera una antena de "superficie" que es plana y de perfil relativamente bajo, especialmente cuando se compara con los receptores de antena parabólica convencionales.

La Figura 2 ilustra una vista en perspectiva de una fila de elementos de antena que incluye un plano de tierra y una capa de resonador reconfigurable. La capa de resonador 230 reconfigurable incluye un conjunto de ranuras 210 ajustables. El conjunto de ranuras ajustables 210 se puede configurar para apuntar la antena en la dirección deseada. Cada una de las ranuras ajustables se puede sintonizar / ajustar variando un voltaje en el cristal líquido.

El módulo de control 280 está acoplado a la capa de resonador reconfigurable 230 para modular el conjunto de ranuras ajustables 210 variando el voltaje a través del cristal líquido en la Figura 2. El módulo de control 280 puede incluir una Matriz de Puerta Programable de Campo ("FPGA"), un microprocesador, un controlador, un sistema en un chip (SoC) u otra lógica de procesamiento. En una forma de realización, el módulo de control 280 incluye un circuito lógico (por ejemplo, un multiplexor) para activar el conjunto de ranuras ajustables 210. En una forma de realización, el módulo de control 280 recibe datos que incluyen especificaciones para un patrón de difracción holográfica para ser montado en el conjunto de ranuras ajustables 210. Los patrones de difracción holográfica pueden generarse en respuesta a una relación espacial entre la antena y un satélite de modo que el patrón de difracción holográfica dirija los haces de enlace descendente (y el haz de enlace ascendente si el sistema de antena realiza la transmisión) en la dirección apropiada para la comunicación. Aunque no está dibujado en cada Figura, un módulo de control similar al módulo de control 280 puede activar cada conjunto de ranuras ajustables descritas en las Figuras de la descripción.

La holografía por radiofrecuencia ("RF") también es posible utilizando técnicas análogas en las que se puede generar un haz de RF deseado cuando un haz de referencia de RF encuentra un patrón de difracción holográfica de RF. En el caso de las comunicaciones por satélite, el haz de referencia tiene la forma de una onda de alimentación, como por ejemplo la onda de alimentación 205 (aproximadamente 20 GHz en algunas formas de realización). Para transformar una onda de alimentación en un haz irradiado (ya sea para transmitir o recibir), se calcula un patrón de interferencia entre el haz de RF deseado (el haz del objeto) y la onda de alimentación (el haz de referencia). El patrón de interferencia está montado sobre la matriz de ranuras ajustables 210 como un patrón de difracción de modo que la onda de alimentación se "dirige" hacia el haz de RF deseado (que tiene la forma y dirección deseadas). En otras palabras, la onda de alimentación que encuentra el patrón de difracción holográfica "reconstruye" el haz del objeto, que se forma de acuerdo con los requisitos de diseño del sistema de comunicación. El patrón de difracción holográfica contiene la excitación de cada elemento y se calcula mediante w ^hologram= w ⁱⁿ* w ^out, en que w ⁱⁿes la ecuación de onda en la guía de ondas y w ^outes la ecuación de onda en la onda saliente.

La Figura 3 ilustra una forma de realización de un resonador / ranura 210 ajustable. La ranura ajustable 210 incluye un iris / ranura 212, un parche radiante 211 y un cristal líquido 213 dispuesto entre el iris 212 y el parche 211. En una forma de realización, el parche radiante 211 se ubica junto con el iris 212.

La Figura 4 ilustra una vista en sección transversal de una abertura de antena física, de acuerdo con una forma de realización de la descripción. La abertura de la antena incluye un plano de tierra 245 y una capa metálica 236 dentro de la capa de iris 233, que está incluida en la capa de resonador reconFigurable 230. En una forma de realización, la abertura de la antena de la Figura 4 incluye una pluralidad de resonadores / ranuras 210 ajustables de la Figura 3. El iris / ranura 212 está definido por aberturas en la capa metálica 236. Una onda de alimentación, como por ejemplo la onda de alimentación 205 de la Figura 2, puede tener una frecuencia de microondas compatible con los canales de comunicación por satélite. La onda de alimentación se propaga entre el plano de tierra 245 y la capa de resonador 230.

La capa de resonador reconfigurable 230 también incluye la capa de junta 232y la capa de parche 231. La capa de junta 232 está dispuesta entre la capa de parche 231 y la capa de iris 233. Debe observarse que en una forma de realización, un separador podría reemplazar la capa de junta 232. En una forma de realización, la capa de iris 233 es una placa de circuito impreso ("PCB") que incluye una capa de cobre como capa metálica 236. En una forma de realización, la capa de iris 233 es de vidrio. La capa de iris 233 puede ser de otros tipos de sustratos.

Pueden grabarse aberturas en la capa de cobre para formar ranuras 212. En una forma de realización, la capa de iris 233 está acoplada de manera conductora mediante una capa de unión conductora a otra estructura (por ejemplo, una guía de ondas) en la Figura 4. Debe observarse que en una forma de realización la capa de iris no está acoplada de manera conductora por una capa de unión conductora y, en cambio, está interconectada con una capa de unión no conductora.

La capa de parche 231 también puede ser una PCB que incluye metal como por ejemplo parches radiantes 211. En una forma de realización, la capa de junta 232 incluye separadores 239 que proporcionan una separación mecánica con el fin de definir la dimensión entre la capa metálica 236 y el parche 211. En una forma de realización, los separadores son de 75 micrómetros, pero se pueden utilizar otros tamaños (por ejemplo, 3-200 mm). Tal como se ha mencionado anteriormente, en una forma de realización, la abertura de la antena de la Figura 4 incluye múltiples resonadores / ranuras ajustables, como por ejemplo un resonador / ranura ajustable 210 que incluye el parche 211, el cristal líquido 213 y el iris 212 de la Figura 3. La cámara para cristal líquido 213 está definida por los separadores 239, la capa de iris 233 y la capa de metal 236. Cuando la cámara está llena de cristal líquido, la capa de parche 231 se puede laminar sobre los separadores 239 para sellar el cristal líquido dentro de la capa de resonador 230.

Se puede modular un voltaje entre la capa de parche 231 y la capa de iris 233 para sintonizar el cristal líquido en el espacio entre el parche y las ranuras (por ejemplo, resonador ajustable / ranura 210). El ajuste del voltaje a través del cristal líquido 213 varía la capacitancia de una ranura (por ejemplo, resonador / ranura ajustable 210). Por consiguiente, la reactancia de una ranura (por ejemplo, resonador / ranura 210 ajustable) se puede variar

donde f es la frecuencia de resonancia de la ranura 210 y L y C son la inductancia y capacitancia de la ranura 210, respectivamente. La frecuencia resonante de la ranura 210 afecta a la energía irradiada por la onda de alimentación 205 que se propaga a través de la guía de ondas. Como ejemplo, si la onda de alimentación 205 es de 20 GHz, la frecuencia resonante de una ranura 210 puede ajustarse (variando la capacitancia) a 17 GHz de modo que la ranura 210 no acople sustancialmente energía de la onda de alimentación 205. O bien, la frecuencia de resonancia de una ranura 210 puede ajustarse a 20 GHz de modo que la ranura 210 acople la energía de la onda de alimentación 205 e irradie esa energía al espacio libre. Aunque los ejemplos proporcionados son binarios (irradian completamente o no irradian en absoluto), el control total de la escala de grises de la reactancia y, por lo tanto, la frecuencia de resonancia de la ranura 210 es posible con una variación de voltaje en un intervalo multivalor. Por tanto, la energía irradiada desde cada ranura 210 puede controlarse con precisión de modo que se puedan formar patrones de difracción holográfica detallados mediante el conjunto de ranuras ajustables.

En una forma de realización, las ranuras ajustables en una fila están separadas entre sí por A / 5. Se pueden utilizar otras separaciones. En una forma de realización, cada ranura ajustable en una fila está separada de la ranura ajustable más cercana en una fila adyacente por A / 2 y, por lo tanto, las ranuras ajustables comúnmente orientadas en diferentes filas están separadas por A / 4, aunque son posibles otras separaciones (por ejemplo, A / 5, A / 6,3). En otra forma de realización, cada ranura ajustable en una fila está separada de la ranura ajustable más cercana en una fila adyacente por A / 3.

Las formas de realización de esta invención utilizan tecnología de metamaterial reconfigurable, tal como se describe en la Solicitud de Patente de los Estados Unidos No. 14 / 550.178, titulada "Dynamic Polarization and Coupling Control from a Steerable Cylindrically Fed Holographic Antenna” (Control dinámico de polarización y acoplamiento desde una antena holográfica orientable alimentada cilíndricamente), presentada el 21 de noviembre de 2014 y la solicitud de patente de los EE.UU. US / 610,502, titulada "Ridged Waveguide Feed Structures for Reconfigurable Antenna” (Estructuras de alimentación de guías de ondas estriadas para antenas reconfigurables), presentada el 30 de enero de 2015, para las necesidades de múltiples aberturas del mercado. Las Figuras 5A-D ilustran una forma de realización de las diferentes capas para crear el conjunto de ranuras. Debe tenerse en cuenta que en este ejemplo, el conjunto de antenas tiene dos tipos diferentes de elementos de antena que se utilizan para dos tipos diferentes de bandas de frecuencia. La Figura 5A ilustra una parte de la primera capa de placa de iris con ubicaciones correspondientes a las ranuras. Con referencia a la Figura 5A, los círculos son áreas / ranuras abiertas en la metalización en el lado inferior del sustrato del iris y son para controlar el acoplamiento de elementos a la alimentación (la onda de alimentación). Debe tenerse en cuenta que esta capa es una capa opcional y no se utiliza en todos los diseños. La Figura 5B ilustra una parte de la segunda capa de placa de iris que contiene ranuras. La Figura 5C ilustra parches sobre una parte de la segunda capa de la placa de iris. La Figura 5D ilustra una vista superior de una parte de la matriz ranurada.

La Figura 6 ilustra otra forma de realización del sistema de antena con una alimentación cilíndrica que produce una onda saliente. Con referencia a la Figura 6, un plano de tierra 602 es sustancialmente paralelo a una matriz de RF 616 con una capa dieléctrica 612 (por ejemplo, una capa de plástico, etc.) entre ellos. Los absorbedores de RF 619 (por ejemplo, resistencias) acoplan el plano de tierra 602 y la matriz de RF 616. En una forma de realización, la capa dieléctrica 612 tiene una constante dieléctrica de 2-4. En una forma de realización, la matriz de RF 616 incluye los elementos de antena tal como se describe junto con las Figuras 2-4. Un pin coaxial 601 (por ejemplo, de 50 O) alimenta la antena.

En funcionamiento, una onda de alimentación se alimenta a través de la clavija coaxial 601 y se desplaza concéntricamente hacia fuera e interactúa con los elementos del conjunto de RF 616.

En otras formas de realización, la onda de alimentación se alimenta desde el borde e interactúa con los elementos del conjunto de RF 616. Un ejemplo de dicha abertura de antena alimentada por el borde se analiza en la Solicitud de Patente de los Estados Unidos No. 14 / 550.178, titulada Dynamic Polarization and Coupling Control from a Steerable Cylindrically Fed Holographic Antenna” (Control Dinámico de Polarización y Acoplamiento de una Antena Holográfica Orientable Alimentada Cilíndricamente), presentada el 21 de noviembre de 2014.

La alimentación cilíndrica en la antena de la Figura 6 mejora el ángulo de exploración de la antena con respecto a otras antenas de la técnica anterior. En lugar de un ángulo de exploración de más o menos cuarenta y cinco grados de azimut (± 45 ° Az) y más o menos veinticinco grados de elevación (± 25 ° El), en una forma de realización, el sistema de antena tiene un ángulo de exploración de setenta y cinco grados (75 °) de separación desde la vista del orificio en todas las direcciones. Al igual que sucede con cualquier antena de formación de haz compuesta por muchos radiadores individuales, la ganancia total de la antena depende de la ganancia de los elementos constituyentes, que a su vez dependen del ángulo. Cuando se utilizan elementos radiantes comunes, la ganancia total de la antena normalmente disminuye a medida que el haz apunta más lejos de la vista del orificio. A 75 grados fuera de la vista del orificio, se espera una degradación significativa de la ganancia de aproximadamente 6 dB.

Colocación de las Celdas

En una forma de realización, los elementos de antena se colocan en la abertura de la antena de alimentación cilíndrica de una manera tal que permite un circuito de activación de matriz sistemática. La ubicación de las celdas incluye la ubicación de los transistores para la unidad de matriz. La Figura 17 ilustra una forma de realización de la ubicación de los circuitos de activación de la matriz con respecto a los elementos de la antena. Con referencia a la Figura 17, el controlador de fila 1701 está acoplado a los transistores 1711 y 1712, mediante señales de selección de fila Fila1 y Fila2, respectivamente, y el controlador de columna 1702 está acoplado a los transistores 1711 y 1712 mediante la señal de selección de columna Columna! El transistor 1711 también está acoplado al elemento de antena 1721 mediante la conexión al parche 1731, mientras que el transistor 1712 está acoplado al elemento de antena 1722 mediante la conexión al parche 1732. En un enfoque inicial para realizar circuitos de activación de la matriz en la antena de alimentación cilíndrica con celdas unitarias colocadas en una cuadrícula no regular, se realizan dos pasos. En el primer paso, las celdas se colocan en anillos concéntricos y cada una de las celdas se conecta a un transistor que se coloca al lado de la celda y actúa como un interruptor para accionar cada celda por separado. En el segundo paso, los circuitos de la unidad de matriz están construidos para conectar cada transistor con una dirección exclusiva según lo requiera el enfoque de la unidad de matriz. Debido a que el circuito de accionamiento de la matriz se construye mediante trazas de fila y de columna (de forma similar a los LCD) pero las celdas están colocadas en anillos, no existe una forma sistemática de asignar una dirección exclusiva a cada transistor. Este problema de mapeo da como resultado un circuito muy complejo para cubrir todos los transistores y lleva a un aumento significativo en el número de trazas físicas para lograr el enrutamiento. Debido a la alta densidad de celdas, esas trazas perturban el rendimiento de RF de la antena debido al efecto de acoplamiento. Además, debido a la complejidad de las trazas y la alta densidad de empaquetamiento, el enrutamiento de las trazas no se puede lograr con herramientas de diseño disponibles comercialmente.

En una forma de realización, los circuitos de activación de la matriz están predefinidos antes de que se coloquen las celdas y los transistores. Esto asegura un número mínimo de trazas que son necesarias para controlar todas las celdas, cada una de ellas con una dirección exclusiva. Esta estrategia reduce la complejidad de los circuitos de accionamiento y simplifica el enrutamiento, lo que posteriormente mejora el rendimiento de RF de la antena. Más específicamente, en un enfoque, en el primer paso, las celdas se colocan en una cuadrícula rectangular regular compuesta de filas y columnas que describen la dirección exclusiva de cada celda. En el segundo paso, las celdas se agrupan y transforman en círculos concéntricos a la vez que mantienen su dirección y conexión con las filas y columnas tal como se ha definido en el primer paso. Un objetivo de esta transformación no es solo colocar las celdas en anillos, sino también mantener constante la distancia entre las celdas y la distancia entre los anillos en toda la abertura. Para lograr este objetivo, existen diversas formas de agrupar las celdas.

La Figura 7 muestra un ejemplo en el que las celdas se agrupan para formar cuadrados concéntricos (rectángulos). Con referencia a la Figura 7, los cuadrados 701-703 se muestran en la cuadrícula 700 de filas y columnas. Debe tenerse en cuenta que estos son solamente ejemplos de los cuadrados y no todos los cuadrados para crear la ubicación de la celda en el lado derecho de la Figura 7. Cada uno de los cuadrados, como por ejemplo los cuadrados 701-703, se transforma a continuación, mediante un proceso matemático de mapeo conforme, en anillos, como por ejemplo los anillos 711-713 de elementos de antena. Por ejemplo, el anillo exterior 711 es la transformación del cuadrado exterior 701 a la izquierda.

La densidad de las celdas después de la transformación está determinada por el número de celdas que contiene el siguiente cuadrado más grande además del cuadrado anterior. En una forma de realización, la utilización de cuadrados da como resultado que el número de elementos de antena adicionales, AN, sea de 8 celdas adicionales en el siguiente cuadrado más grande. En una forma de realización, este número es constante para toda la abertura. En una forma de realización, la relación entre el paso de celda1 (CP1: distancia de anillo a anillo) y el paso de celda2 (CP2: distancia de celda a celda a lo largo de un anillo) viene dada por:

CPl_AN

CP2~2n

Por lo tanto, CP2 es una función de CP1 (y viceversa). La relación de paso de celda para el ejemplo de la Figura 7 es entonces

CP1 8

— = 1.2732

CP2

lo que significa que el CP1 es mayor que CP2.

En una forma de realización, para realizar la transformación, se selecciona un punto de inicio en cada cuadrado, como por ejemplo el punto de inicio 721 en el cuadrado 701, y el elemento de antena asociado con ese punto de inicio se coloca en una posición de su anillo correspondiente, como por ejemplo el punto de inicio. 731 en el anillo 711. Por ejemplo, el eje x o el eje y pueden utilizarse como punto de inicio. A partir de entonces, se selecciona el siguiente elemento del cuadrado que procede en una dirección (en sentido horario o antihorario) desde el punto de partida y ese elemento se coloca en la siguiente ubicación del anillo en la misma dirección (en sentido horario o antihorario) que se utilizó en el cuadrado. Este proceso se repite hasta que se hayan asignado posiciones en el anillo a las ubicaciones de todos los elementos de la antena. Todo este proceso de transformación de cuadrado a anillo se repite para todos los cuadrados.

Sin embargo, de acuerdo con los estudios analíticos y las restricciones de enrutamiento, se prefiere aplicar un CP2 mayor que el CP1. Para lograr esto, se utiliza una segunda estrategia que se muestra en la Figura 8. Con referencia a la Figura 8, las celdas se agrupan inicialmente en octágonos, como por ejemplo los octágonos 801 803, con respecto a una cuadrícula 800. Al agrupar las celdas en octágonos, el número de elementos de antena

C P1 4

— = — = 0.6366

adicionales AN es igual a 4, lo que da una relación: ¿

que da como resultado CP2> CP1.

La transformación de octágono a anillos concéntricos para la colocación de celdas de acuerdo con la Figura 8 se puede realizar de la misma manera que la descrita anteriormente con respecto a la Figura 7 seleccionando inicialmente un punto de inicio.

Debe tenerse en cuenta que las ubicaciones de las celdas descritas con respecto a las Figuras 7 y 8 tienen una serie de características.

Estas características incluyen:

1) Un CP1 / CP2 constante en toda la abertura (debe observarse que en una forma de realización una antena que es sustancialmente constante (por ejemplo, en que es constante en un 90%) sobre la abertura seguirá funcionando);

2) CP2 es una función de CP1;

3) Existe un aumento constante por anillo en el número de elementos de antena a medida que aumenta la distancia del anillo desde la alimentación de antena ubicada en el centro;

4) Todas las celdas están conectadas a filas y columnas de la matriz;

5) Todas las celdas tienen direcciones exclusivas;

6) Las celdas se colocan en anillos concéntricos; y

7) Existe una simetría rotacional en el sentido de que los cuatro cuadrantes son idénticos y se puede rotar una cuña de % para construir la matriz. Esto resulta beneficioso para la segmentación.

Debe tenerse en cuenta que si bien se dan dos formas, se pueden utilizar otras formas. Son posibles otros incrementos (por ejemplo, 6 incrementos).

La Figura 9 muestra un ejemplo de una pequeña abertura que incluye los iris y los circuitos de accionamiento de la matriz. Las trazas de fila 901 y las trazas de columna 902 representan conexiones de fila y conexiones de columna, respectivamente. Estas líneas describen la red de impulsión matricial y no los rastros físicos (ya que es posible que los rastros físicos tengan que enrutarse alrededor de elementos de antena o de partes de los mismos). El cuadrado al lado de cada par de iris es un transistor.

La Figura 9 también muestra el potencial de la técnica de colocación de celdas para utilizar transistores duales en que cada componente acciona dos celdas en una matriz de PCB. En este caso, un paquete de dispositivo discreto contiene dos transistores y cada transistor impulsa una celda.

En una forma de realización, se utiliza un paquete de TFT para permitir la ubicación y el direccionamiento exclusivo en la unidad de matriz. La Figura 18 ilustra una forma de realización de un paquete de TFT. Con referencia a la Figura 18, se muestra un TFT y un condensador de retención 1803 con puertos de entrada y salida. Hay dos puertos de entrada conectados a las trazas 1801 y dos puertos de salida conectados a las trazas 1802 para conectar los TFT entre sí utilizando las filas y columnas. En una forma de realización, las trazas de fila y las trazas de columna se cruzan en ángulos de 90 ° para reducir, y potencialmente minimizar, el acoplamiento entre las trazas de fila y las trazas de columna. En una forma de realización, las trazas de fila y las trazas de columna están en capas diferentes.

Otra característica importante de la ubicación de celda propuesta que se muestra en las Figuras 7-9 es que el diseño es un patrón repetitivo en el que cada cuarto del diseño es el mismo que los demás. Esto permite que la subsección de la matriz se repita en rotación alrededor de la ubicación de la alimentación de la antena central, lo que a su vez permite una segmentación de la abertura en sub-aberturas. Esto ayuda a fabricar la abertura de la antena.

En otra forma de realización, la colocación de los circuitos de accionamiento de la matriz y de la celda en la antena de alimentación cilíndrica se consigue de una manera diferente. Para realizar un circuito de accionamiento de matriz en la antena de alimentación cilíndrica, se realiza un diseño repitiendo una subsección de la matriz en sentido de rotación. Esta forma de realización también permite que se varíe la densidad de celda que se puede usar para la disminución de la iluminación con el fin de mejorar el rendimiento de RF.

En este enfoque alternativo, la colocación de celdas y transistores en una abertura de antena de alimentación cilíndrica se basa en una retícula formada por trazas en forma de espiral. La Figura 10 muestra un ejemplo de tales espirales reticulares en el sentido de las agujas del reloj, como por ejemplo las espirales 1001-1003, que giran en el sentido de las agujas del reloj, y las espirales, como por ejemplo las espirales 1011-1013, que giran en el sentido de las agujas del reloj o en el sentido opuesto. La diferente orientación de las espirales da como resultado intersecciones entre las espirales en sentido horario y antihorario. La retícula resultante proporciona una dirección excluisva proporcionada por la intersección de una traza en sentido antihorario y una traza en sentido horario y, por lo tanto, se puede utilizar como una retícula de unidad de matriz. Además, las intersecciones se pueden agrupar en anillos concéntricos, lo que resulta crucial para el rendimiento de RF de la antena de alimentación cilíndrica.

A diferencia de los enfoques para la colocación de celdas en la abertura de la antena de alimentación cilíndrica descritos anteriormente, el enfoque discutido anteriormente en relación con la Figura 10 proporciona una distribución no uniforme de las celdas. Tal como se muestra en la Figura 10, la distancia entre las celdas aumenta con el aumento del radio de los anillos concéntricos. En una forma de realización, la densidad variable se utiliza como un método para incorporar una iluminación que se estrecha bajo el control del controlador para el conjunto de antenas.

Debido al tamaño de las celdas y al espacio requerido entre ellas para las trazas, la densidad de las celdas no puede exceder un cierto número. En una forma de realización, la distancia es A / 5 en función de la frecuencia de funcionamiento. Tal como se ha descrito anteriormente, se pueden utilizar otras distancias. Con el fin de evitar una densidad superpoblada cerca del centro, o en otras palabras para evitar una subpoblación cerca del borde, se pueden agregar espirales adicionales a las espirales iniciales a medida que aumenta el radio de los anillos concéntricos sucesivos. La Figura 11 muestra un ejemplo de colocación de celdas que utiliza espirales adicionales para lograr una densidad más uniforme. Con referencia a la Figura 11, se añaden espirales adicionales, como por ejemplo espirales adicionales 1101, a las espirales iniciales, como por ejemplo las espirales 1102, a medida que aumenta el radio de los sucesivos anillos concéntricos. De acuerdo con las simulaciones analíticas, este enfoque proporciona un rendimiento de RF que converge con el rendimiento de una distribución de celdas completamente uniforme. Debe tenerse en cuenta que este diseño proporciona un mejor comportamiento de los lóbulos laterales debido a la densidad del elemento ahusado que algunas formas de realización descritas anteriormente.

Otra ventaja de la utilización de espirales para la colocación de celdas es la simetría rotacional y el patrón repetible que puede simplificar los esfuerzos de enrutamiento y reducir los costos de fabricación. La Figura 12 ilustra un patrón seleccionado de espirales que se repite para llenar toda la abertura.

Debe tenerse en cuenta que las ubicaciones de las celdas descritas con respecto a las Figuras 10-12 tienen diversas características. Estas características incluyen:

1) CP1 / CP2 no cubre toda la abertura;

2) CP2 es una función de CP1;

3) No hay aumento por anillo en el número de elementos de antena a medida que aumenta la distancia del anillo desde la alimentación de antena ubicada en el centro;

4) Todas las celdas están conectadas a filas y columnas de la matriz;

5) Todas las celdas tienen direcciones exclusivas;

6) Las celdas están colocadas en anillos concéntricos; y

7) Existe una simetría rotacional (tal como se ha descrito anteriormente).

Por tanto, las formas de realización de colocación de celdas descritas anteriormente junto con las Figuras 10-12 tienen muchas características similares a las formas de realización de colocación de celdas descritas anteriormente de acuerdo con las Figuras 7-9.

Segmentación de Abertura

En una forma de realización, la abertura de la antena se crea combinando múltiples segmentos de elementos de antena juntos. Esto requiere que el conjunto de elementos de antena esté segmentada y la segmentación requiere idealmente un patrón de huella repetible de la antena. En una forma de realización, la segmentación de un conjunto de antenas de alimentación cilíndrica se produce de manera que la huella de la antena no proporciona un patrón repetible de forma recta y en línea debido a los diferentes ángulos de rotación de cada elemento radiante. Un objetivo del enfoque de segmentación descrito en este documento es proporcionar segmentación sin comprometer el rendimiento de radiación de la antena.

Si bien las técnicas de segmentación descritas en el presente documento se centran en mejorar, y potencialmente maximizar, la utilización de la superficie de sustratos estándar de la industria con formas rectangulares, el enfoque de segmentación no se limita a dichas formas de sustrato.

En una forma de realización, la segmentación de una antena de alimentación cilíndrica se realiza de manera que la combinación de cuatro segmentos realice un patrón en el que los elementos de la antena se colocan en anillos concéntricos y cerrados. Este aspecto es importante para mantener el rendimiento de RF. Además, en una forma de realización, cada segmento requiere un circuito de accionamiento de matriz independiente.

La Figura 13 ilustra la segmentación de una abertura de alimentación cilíndrica en cuadrantes. Con referencia a la Figura 13, los segmentos 1301-1304 son cuadrantes idénticos que se combinan para construir una abertura de antena redonda. Los elementos de antena en cada uno de los segmentos 1301-1304 están colocados en partes de anillos que forman anillos concéntricos y cerrados cuando se combinan los segmentos 1301-1304. Para combinar los segmentos, los segmentos se montarán o laminarán en un soporte. En otra forma de realización, los bordes superpuestos de los segmentos se utilizan para combinarlos. En este caso, en una forma de realización, se crea una unión conductora a través de los bordes para evitar fugas de RF. Debe tenerse en cuenta que el tipo de elemento no se ve afectado por la segmentación.

Como resultado de este método de segmentación ilustrado en la Figura 13, las costuras entre los segmentos 1301-1304 se encuentran en el centro y van radialmente desde el centro hasta el borde de la abertura de la antena. Esta configuración resulta ventajosa ya que las corrientes generadas de la alimentación cilíndrica se propagan radialmente y una costura radial tiene un impacto parásito bajo sobre la onda propagada.

Tal como se muestra en la Figura 13, los sustratos rectangulares, que son un estándar en la industria de LCD, también se pueden utilizar para realizar una abertura. Las Figuras 14A y 14B ilustran un solo segmento de la Figura 13 con la retícula de accionamiento de matriz aplicada. La retícula de la unidad de matriz asigna una dirección única a cada uno de los transistores. Con referencia a las Figuras 14A y 14B, un conector de columna 1401 y un conector de fila 1402 están acoplados a líneas de retícula de accionamiento. La Figura 14B también muestra iris acoplados a líneas de retícula.

Tal como se desprende de la Figura 13, no se puede poblar una gran área de la superficie del sustrato si se utiliza un sustrato no cuadrado. Para tener una utilización más eficiente de la superficie disponible en un sustrato no cuadrado, en otra forma de realización, los segmentos están en placas rectangulares pero utilizan más espacio de placa para la parte segmentada de la red de antenas. En la Figura 15 se muestra un ejemplo de dicha forma de realización. Con referencia a la Figura 15, la abertura de la antena se crea combinando los segmentos 1501-1504, que comprenden sustratos (por ejemplo, placas) con una parte del conjunto de antenas incluido en el mismo. Si bien cada segmento no representa un cuadrante circular, la combinación de cuatro segmentos 1501 1504 cierra los anillos en los que se colocan los elementos. Es decir, los elementos de antena en cada uno de los segmentos 1501-1504 se colocan en partes de anillos que forman anillos concéntricos y cerrados cuando se combinan los segmentos 1501-1504. En una forma de realización, los sustratos se combinan en forma de mosaico deslizante, de modo que el lado más largo de la tabla no cuadrada introduce un área rectangular de exclusión, denominada área abierta 1505. El área abierta 1505 es donde se ubica la alimentación de la antena ubicada en el centro y está incluida en la antena.

La alimentación de la antena se acopla al resto de los segmentos cuando existe el área abierta ya que la alimentación proviene de la parte inferior, y el área abierta se puede cerrar con una pieza de metal para evitar la radiación del área abierta. También se puede utilizar una clavija de terminación.

La utilización de sustratos de esta manera permite utilizar el área de superficie disponible de manera más eficiente y da como resultado un aumento del diámetro de abertura.

De manera similar a la forma de realización mostrada en las Figuras 13, 14A y 14B, esta forma de realización permite la utilización de una estrategia de colocación de celda para obtener una retícula de accionamiento de matriz con el fin de cubrir cada celda con una dirección única. Las Figuras 16A y 16B ilustran un solo segmento de la Figura 15 con la retícula de accionamiento de matriz aplicada. La retícula de accionamiento de matriz asigna una dirección exclusiva a cada uno de los transistores. Con referencia a las Figuras 16A y 16B, un conector de columna 1601 y un conector de fila 1602 están acoplados a líneas de retícula de accionamiento. La Figura 16B también muestra iris.

Para ambos enfoques descritos anteriormente, la colocación de la celda se puede realizar basándose en un enfoque recientemente descrito que permite la generación de circuitos de accionamiento de matriz en una retícula sistemática y predefinida, tal como se ha descrito anteriormente.

Si bien las segmentaciones de los conjuntos de antenas anteriores están en cuatro segmentos, esto no es un requisito. Las matrices se pueden dividir en un número impar de segmentos, como, por ejemplo, tres segmentos o cinco segmentos. Las Figuras 19A y 19B ilustran un ejemplo de una abertura de antena con un número impar de segmentos. Con referencia a la Figura 19A, hay tres segmentos, segmentos 1901-1903, que no están combinados. Con referencia a la Figura 19B, los tres segmentos, segmentos 1901-1903, cuando se combinan, forman la abertura de la antena. Estas disposiciones no son ventajosas ya que las costuras de todos los segmentos no atraviesan la abertura en línea recta. Sin embargo, mitigan los lóbulos laterales.

Si bien muchas alteraciones y modificaciones de la presente invención sin duda resultarán evidentes para un experto en la técnica después de haber leído la descripción anterior, debe entenderse que cualquier forma de realización particular mostrada y descrita a modo de ilustración no pretende de ninguna manera ser considerada limitativa. Por lo tanto, las referencias a detalles de diversas formas de realización no pretenden limitar el alcance de las reivindicaciones que, en sí mismas, solo mencionan las características consideradas esenciales para la invención.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Una antena de panel plano que comprende:

una alimentación de antena (601) configurada para introducir una onda de alimentación cilindrica (205); y

una abertura de antena física acoplada a la alimentación de la antena y que comprende una pluralidad de segmentos (1501, 1502, 1503, 1504) que tienen elementos de antena, en que cada uno de los elementos de la antena puede funcionar para irradiar radiofrecuencia, RF, energía y la pluralidad de segmentos es físicamente distinta de otros segmentos en la pluralidad de segmentos y la pluralidad de segmentos se acoplan para formar una matriz con una pluralidad de anillos concéntricos cerrados (711, 712, 713) de elementos de antena, en que la pluralidad de anillos concéntricos (711, 712, 713) es concéntrica con respecto a la alimentación de antena (601).

2. La antena definida en la reivindicación 1, que comprende además un área abierta (1505) ubicada centralmente en la pluralidad de segmentos en los que se ubica la alimentación de antena.

3. La antena definida en la Reivindicación 2 que comprende además unos circuitos de accionamiento de matriz (901, 902, 1701, 1702, 1711, 1712) y un controlador (280) configurados para controlar cada elemento de antena de la matriz por separado utilizando los circuito des accionamiento de la matriz (901, 902, 1701, 1702, 1711, 1712), en que cada uno de los elementos de antena está direccionado de forma exclusiva por los circuitos de accionamiento de la matriz (901, 902, 1701, 1702, 1711, 1712).

4. La antena definida en la Reivindicación 1, que comprende además unos circuitos de accionamiento de la matriz (901, 902, 1701, 1702, 1711, 1712) y un controlador (280) configurado para controlar cada elemento de antena del conjunto por separado utilizando los circuitos de accionamiento de la matriz (901, 902, 1701, 1702, 1711, 1712), en que cada uno de los elementos de antena está direccionado de forma única por los circuitos de accionamiento de la matriz (901, 902, 1701, 1702, 1711, 1712).

5. La antena definida en la Reivindicación 1 o 3, en que el número de segmentos (1501, 1502, 1503, 1504) es de 4 y los segmentos son idénticos.

6. La antena definida en la Reivindicación 4, en que los segmentos (1501, 1502, 1503, 1504) comprenden placas rectangulares.

7. La antena definida en la Reivindicación 1 o 3, en que el número de segmentos (1901, 1902, 1903) es un número impar.

8. La antena definida en la Reivindicación 1 o 5, en que los anillos de la pluralidad de anillos concéntricos (711, 712, 713) están separados por una distancia de anillo a anillo,

en que una primera distancia entre elementos a lo largo de los anillos de la pluralidad de anillos concéntricos es una función de una segunda distancia entre los anillos de la pluralidad de anillos concéntricos,

y además en que el conjunto de elementos de antena formado por la pluralidad de anillos concéntricos de elementos de antena tiene simetría rotacional.

9. La antena definida en la Reivindicación 8, en que la relación entre la segunda distancia y la primera distancia es constante a lo largo de la abertura de la antena.

10. La antena definida en la Reivindicación 1 o 3, en que cada anillo de la pluralidad de anillos concéntricos (711, 712, 713) tiene varios elementos de antena adicionales sobre un anillo adyacente que está más cerca de la alimentación de antena, y el número de elementos de antena adicionales es constante.

11. La antena definida en la Reivindicación 1 o 3, en que los anillos de la pluralidad de anillos (711, 712, 713) tienen un número idéntico de elementos de antena.

12. La antena definida en la Reivindicación 3, en que el controlador (280) es operable para aplicar un patrón de control con el fin de controlar qué elementos de antena están encendidos y apagados para realizar la formación de haz holográfico.

13. La antena definida en la Reivindicación 3, en que cada una de los al menos un conjunto de antenas comprende un conjunto ranurado ajustable (230) de elementos de antena (210).