ES2846802T3 - Colocación de elemento de antena para una antena de alimentación cilíndrica - Google Patents

Abstract

Una antena de panel plano que comprende: una antena de alimentación (601) configurada para introducir una onda de alimentación cilíndrica (205); una única apertura de antena física (230, 616) que tiene al menos un conjunto de antenas de elementos de antena (210), en que los elementos de antena están ubicados en una pluralidad de anillos concéntricos (711, 712, 713) ubicados concéntricamente con respecto a la alimentación de antena (601), 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 anillos de la pluralidad de anillos concéntricos (711, 712, 713) es una función de una segunda distancia entre anillos de la pluralidad de anillos concéntricos (711, 712, 713); circuitos de excitación de matriz (901, 902, 1701, 1702, 1711, 1712); y un controlador (280) configurado para controlar cada elemento de antena del conjunto por separado utilizando el circuito de 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 el circuito de activación de la matriz.

Description

DESCRIPCIÓN

Colocación de elemento de antena para 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 aperturas de antena y la segmentación de dichas aperturas 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 se enfrenta a los límites de la tecnología en tamaño y, en última instancia, lleva a unos 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 utilizarse 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 accionar 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 la utilización de circuitos de accionamiento matricial para su uso con antenas. Sin embargo, la utilización de filas y columnas de conductores puede ser útil en conjuntos de antenas que tienen elementos de antena 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 apertura o la segmentación es muy común para las antenas grandes, especialmente para sistemas complejos como 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.

PAUL W DAVIS ET AL: “Experimental Investigations into a Linearly Polarized Radial Slot Antenna for DBS TV in Australia” (Investigaciones experimentales en una antena de ranura radial polarizada linealmente para DBS TV en Australia), IEEE TRANSACTIONS ON ANTENAS AND PROPAGATION, IEEE SERVICE CENTER, PISCATAWAY, NJ, US, vol. 45, no. 7, 1 Julio de 1997 (1997-07-01), XP011003012, ISSN: 0018-926X da a conocer una antena de ranura radial polarizada linealmente.

El documento US 3 063 049 A describe una antena lobular monopulso polarizada linealmente que tiene cancelación de componentes de polarización cruzada en el lóbulo principal.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

La presente invención proporciona una antena de panel plano tal como se describe en la reivindicación independiente 1. Las formas de realización ventajosas se enumeran en las reivindicaciones dependientes.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La presente invención se entenderá más completamente a partir de la descripción detallada que se da a continuación y de los dibujos adjuntos de varias formas de realización de la invención, que, sin embargo, no deben interpretarse 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 apertura que tiene una o más matrices de elementos de antena colocados en anillos concéntricos alrededor de una alimentación de entrada de la antena alimentada cilindricamente.

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 apertura 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 apertura 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 usa espirales adicionales para lograr una densidad más uniforme.

La Figura 12 ilustra un patrón seleccionado de espirales que se repite para llenar toda la apertura.

La Figura 13 ilustra una forma de realización de segmentación de una apertura de alimentación cilíndrica en cuadrantes.

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

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

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

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.

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

Las Figuras 19A y 19B ilustran un ejemplo de una apertura 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 apertura 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 un circuito de activación 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 están colocados en anillos.

En una forma de realización, la apertura de la antena que tiene una 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 los 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 descripciones 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 tierra - satélite (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 de tierra que no están en plataformas móviles (por ejemplo, estaciones de tierra fijas o transportables).

En una forma de realización, el sistema de antena utiliza una 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 conjuntos de antenas dispuestas en fase).

En una forma de realización, el sistema de antena está compuesto por 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 que utilizan 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 excitación 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 de forma más natural de una estructura circular.

La Figura 1B ilustra una apertura que tiene una o más matrices 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 una matriz 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 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 onda. 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 usa para sintonizar o desafinar 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 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 característicos 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 accionamiento para el sistema de antena, está 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 interfiera con la radiación. En una forma de realización, la electrónica de excitación para el sistema de antena comprende controles LCD comerciales 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 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 de tierra 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 desafinan 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 oposición a 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 la matriz 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 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 antenas de red 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 230 de resonador reconfigurable incluye una serie 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 sintonizables 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 la matriz 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 impulsado a la matriz de ranuras sintonizables 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 accionar 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 se impulsa sobre la matriz de ranuras ajustables 210 como un patrón de difracción de modo que la onda de alimentación se "dirija" hacia el haz de r F 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 holograma = w * in w out, en que w in es la ecuación de onda en la guía de ondas y w out 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 está ubicado junto con el iris 212.

La Figura 4 ilustra una vista en sección transversal de una apertura de antena física, de acuerdo con una forma de realización de la descripción. La apertura 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 apertura 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 aperturas 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 230 de resonador reconfigurable también incluye la capa de junta 232 y 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 vidrio. La capa de iris 233 puede ser de otros tipos de sustratos.

Pueden grabarse aperturas 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 para 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 apertura de antena de la Figura 4 incluye múltiples resonadores / ranuras sintonizables, como por ejemplo un resonador / ranura sintonizable 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 ajustar el cristal líquido en el espacio entre el parche y las ranuras (por ejemplo, resonador / ranura sintonizable 210). El ajuste del voltaje a través del cristal líquido 213 varía la capacitancia de una ranura (por ejemplo, resonador / ranura sintonizable 210).

Por consiguiente, la reactancia de una ranura (por ejemplo, resonador / ranura 210 sintonizable) se puede variar cambiando la capacitancia.

La frecuencia de resonancia de la ranura 210 también cambia de acuerdo con la ecuación 2rrv en que 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 de múltiples valores. Por tanto, la energía irradiada desde cada ranura 210 se puede controlar con precisión de modo que se puedan formar patrones de difracción holográfica detallados mediante la matriz de ranuras ajustables.

En una forma de realización, las ranuras ajustables en una fila están separadas entre sí por A / 5. Se pueden usar otras separaciones. En una forma de realización, cada ranura ajustable en una fila está espaciada de la ranura sintonizable más cercana en una fila adyacente por A / 2 y, por lo tanto, las ranuras sintonizables comúnmente orientadas en diferentes filas están espaciadas 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 sintonizable 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 aperturas del mercado.

Las Figuras 5A-D ilustran una forma de realización de las diferentes capas para crear el conjunto ranurado. 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 los dos. 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, 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 de la matriz 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 apertura de antena alimentada por el borde se analiza en la Solicitud de Patente de los Estados Unidos No. US 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 cilindricamente), presentada el 21 de noviembre de 2014.

La alimentación cilindrica 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 °) desde la vista del orificio en todas las direcciones. Al igual que sucede con cualquier antena formadora 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 de separación de la vista del orificio, se espera una degradación significativa de la ganancia de aproximadamente 6 dB.

Colocación de Celdas

En una forma de realización, los elementos de antena se colocan en la apertura de la antena de alimentación cilíndrica de una manera tal que permite un circuito de accionamiento 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 accionamiento 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 accionamiento de matriz en la antena de alimentación cilindrica 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 se construyen para conectar cada transistor con una dirección única 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 columna (similar a los LCD) pero las celdas están colocadas en anillos, no existe una forma sistemática de asignar una dirección única a cada transistor. Este problema de mapeo da como resultado un circuito muy complejo para cubrir todos los transistores y conduce a un aumento significativo en el número de trazas físicas para lograr el enrutamiento. Debido a la alta densidad de celdas, esos rastros 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 excitación 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 la distancia entre las celdas y la distancia entre los anillos constantes en toda la apertura. Para lograr este objetivo, hay varias 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 ejemplos de los cuadrados y no todos los cuadrados para crear la ubicación de la celda en el lado derecho de la Figura 7. A continuación, cada uno de los cuadrados, como por ejemplo los cuadrados 701-703, se transforma, 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 apertura. En una forma de realización, la relación de paso de celda1 (CP1: distancia de anillo a anillo) a paso de celda2 (CP2: distancia de celda a celda a lo largo de un anillo) está determinada por:

CP1 _ AN

CP2 ~~ 2tt

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, por lo tanto:

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

CP1 4

— = 0.6366

CP2 2n

o 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 partida.

Debe tenerse en cuenta que las ubicaciones de las celdas descritas con respecto a las Figuras 7 y 8 tienen varias características. Estas funciones incluyen:

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

2) CP2 es una función de CP1;

3) Hay 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 el conjunto. Esto resulta beneficioso para la segmentación.

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

La Figura 9 muestra un ejemplo de una pequeña apertura 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 accionamiento de la matriz y no las trazas físicas (ya que es posible que las trazas físicas deban enrutarse alrededor de elementos de antena o 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 impulsa dos celdas en una matriz de PCB. En este caso, un paquete de dispositivo discreto contiene dos transistores y cada transistor acciona una celda.

En una forma de realización, se utiliza un paquete 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 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 columna se cruzan en ángulos de 90 ° para reducir, y potencialmente minimizar, el acoplamiento entre las trazas de fila y columna. En una forma de realización, las trazas de fila y 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 igual 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 apertura en sub-aperturas. Esto ayuda a fabricar la apertura de la antena.

En otra forma de realización, la colocación del circuito de accionamiento de la matriz y de la celda en la antena de alimentación cilíndrica se logra 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 utilizar 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 apertura de antena de alimentación cilíndrica se basa en una retícula formada por trazas en forma de espiral. La Figura 10 muestra un ejemplo de dichas espirales reticulares en el sentido de las agujas del reloj, como por ejemplo las espirales 1001-1003, que se doblan en el sentido de las agujas del reloj, y las espirales, como por ejemplo las espirales 1011-1013, que se doblan 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 única 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 accionamiento 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 apertura de la antena de alimentación cilindrica 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 usa como un método para incorporar una iluminación que se estrecha bajo el control del controlador para la red de antenas.

Debido al tamaño de las celdas y al espacio requerido entre ellas para los rastros, la densidad celular no puede exceder un cierto número. En una forma de realización, la distancia es □ / 5 en función de la frecuencia de funcionamiento. Tal como se ha descrito anteriormente, se pueden utilizar otras distancias. Para 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 las 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 apertura.

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

1) CP1 / CP2 no cubre toda la apertura;

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 se colocan 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 junto con las Figuras 7-9.

Segmentación de Apertura

En una forma de realización, la apertura de la antena se crea combinando múltiples segmentos de elementos de antena juntos. Esto requiere que la matriz de elementos de antena esté segmentada y la segmentación requiere en condiciones ideales un patrón de huella repetible de la antena. En una forma de realización, la segmentación de una red 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 cree 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 apertura de alimentación cilíndrica en cuadrantes. Con referencia a la Figura 13, los segmentos 1301-1304 son cuadrantes idénticos que se combinan para construir una apertura de antena redonda. Los elementos de antena en cada uno de los segmentos 1301-1304 se colocan 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 apertura de la antena. Esta configuración es 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 apertura. Las Figuras 14A y 14B ilustran un solo segmento de la Figura 13 con la retícula de transmisión de matriz aplicada. La retícula de la unidad de matriz asigna una dirección única a cada uno de los transistores. Haciendo referencia a las Figuras 14A y 14B, un conector de columna 1401 y un conector de fila 1402 están acoplados a líneas de retícula impulsoras. La Figura 14B también muestra iris acoplados a líneas de retícula.

Tal como resulta evidente en la Figura 13, no se puede poblar una gran área de la superficie del sustrato si se utiliza un sustrato no cuadrado. Para tener un uso 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 apertura de la antena se crea combinando los segmentos 1501­ 1504, que comprenden sustratos (por ejemplo, placas) con una parte de la red de antenas incluida en los mismos. 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 de retención rectangular, 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 porque la alimentación proviene de la parte inferior, y el área abierta se puede cerrar con una pieza de metal para evitar la radiación desde el área abierta. También se puede utilizar un pasador 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 diámetro de apertura incrementado.

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 ubicación de celda para obtener una retícula de transmisión de matriz con el fin de cubrir cada celda con una dirección exclusiva. Las Figuras 16A y 16B ilustran un solo segmento de la Figura 15 con la retícula de transmisión de matriz aplicada. La retícula de accionamiento de la 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 las líneas de la 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 la matriz en una red 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 apertura de antena con un número impar de segmentos. Con referencia a la Figura 19A, hay tres segmentos, los segmentos 1901-1903, que no están combinados. Con referencia a la Figura 19B, los tres segmentos, los segmentos 1901-1903, cuando se combinan, forman la apertura de la antena. Estas disposiciones no son ventajosas porque las costuras de todos los segmentos no atraviesan la apertura 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 como 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 (18)

REIVINDICACIONES

1. Una antena de panel plano que comprende:

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

una única apertura de antena física (230, 616) que tiene al menos un conjunto de antenas de elementos de antena (210), en que los elementos de antena están ubicados en una pluralidad de anillos concéntricos (711, 712, 713) ubicados concéntricamente con respecto a la alimentación de antena (601), en que los anillos de la pluralidad de anillos concéntricos (711, 712713) están separados por una distancia de anillo a anillo, en que una primera distancia entre elementos a lo largo de anillos de la pluralidad de anillos concéntricos (711, 712, 713) es una función de una segunda distancia entre anillos de la pluralidad de anillos concéntricos (711, 712, 713);

circuitos de excitación de matriz (901, 902, 1701, 1702, 1711, 1712); y

un controlador (280) configurado para controlar cada elemento de antena del conjunto por separado utilizando el circuito de 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 el circuito de activación de la matriz.

2. La antena definida en la Reivindicación 1, en que la primera distancia entre los elementos a lo largo de los anillos de la pluralidad de anillos se basa en una frecuencia de funcionamiento de la apertura de la antena.

3. La antena definida en la Reivindicación 1, en que el conjunto de elementos de antena tiene simetría rotacional.

4. La antena definida en la Reivindicación 1 o 2, en que la relación entre la segunda distancia y la primera distancia es constante sobre la apertura de la antena.

5. La antena definida en la Reivindicación 1 o 2, en que cada anillo de la pluralidad de anillos concéntricos 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.

6. La antena definida en la Reivindicación 1 o 2, en que los anillos de la pluralidad de anillos tienen un número idéntico de elementos de antena.

7. La antena definida en la Reivindicación 1 o 2, en que los elementos de antena en cada anillo de la pluralidad de anillos concéntricos (711, 712, 713) están posicionados en base a ubicaciones.

- en una representación de cuadrícula rectangular (700) de los elementos, o - en una representación de octágono (801, 802, 803) de los elementos.

8. La antena definida en la Reivindicación 1, en que los elementos de antena están colocados en múltiples espirales (1001, 1002, 1003, 1011, 1012, 1013).

9. La antena definida en la Reivindicación 8, en que los elementos de antena de la pluralidad de anillos concéntricos (711, 712, 713) están configurados para formar un primer y segundo conjunto de espirales de elementos de antena, el primer conjunto de espirales (1011, 1012, 1013) gira en el sentido de las agujas del reloj y el segundo conjunto de espirales (1001, 1002, 1003) gira en el sentido contrario a las agujas del reloj, en que preferentemente el primer y segundo conjuntos de espirales en una sección de la apertura representan un patrón repetido de elementos de antena que se produce en una pluralidad de instancias a lo largo del conjunto de apertura en el sentido de rotación.

10. La antena definida en la Reivindicación 1, en que el diseño de la pluralidad de elementos de antena comprende cuatro grupos (1301, 1302, 1303, 1304) de elementos de antena, en que cada grupo de elementos de antena tiene un número igual de elementos de antena dispuestos como un patrón de manera que la combinación de los cuatro grupos forma anillos concéntricos de elementos de antena.

11. La antena definida en la Reivindicación 1, en que el controlador (280) se puede operar 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.

12. La antena definida en la Reivindicación 1, en que cada uno de los al menos un conjunto de antenas comprende un conjunto ranurado ajustable de elementos de antena (210).

13. La antena definida en la Reivindicación 12, en que el conjunto de ranuras ajustables comprende una pluralidad de ranuras (210) y además en que cada ranura está ajustada para proporcionar una dispersión deseada a una frecuencia determinada, en que preferiblemente cada ranura de la pluralidad de ranuras está orientada a 45 grados o -45 grados con respecto a la onda de alimentación cilíndrica que incide en una ubicación central de cada una de dichas ranuras, de modo que la matriz ranurada incluye un primer conjunto de ranuras giradas 45 grados con respecto a la dirección de propagación de la onda de alimentación cilíndrica y un segundo conjunto de ranuras girado -45 grados con respecto a la dirección de propagación de la onda de alimentación cilíndrica.

14. La antena definida en la Reivindicación 12, en la que la matriz ranurada ajustable comprende:

una pluralidad de ranuras (210);

una pluralidad de parches (211), en que cada uno de los parches está ubicado y separado de una ranura en la pluralidad de ranuras, formando un par de parche / ranura, en que cada par de parche / ranura está configurado para apagarse o encenderse en la aplicación de un voltaje al parche en el par; y

un controlador (280) operable para aplicar un patrón de control que controla qué pares de parche / ranura están activados y desactivados para provocar la generación de un haz.

15. Un método para formar una matriz de elementos de antena según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, en que el método comprende:

asignar direcciones exclusivas de dispositivo a elementos de antena (210) en una pluralidad de grupos de elementos de antena (230) agrupando elementos de antena en la pluralidad de grupos, ya que la ubicación de dichos elementos de antena sería en cuadrículas concéntricas no circulares (701, 702, 703), en que cada grupo de elementos de antena tiene una ubicación asociada en una de las cuadrículas concéntricas no circulares (701, 702, 703); y distribuir los elementos de antena (210) en anillos concéntricos (711, 712, 713), en que los elementos de antena de cada grupo asociado con una de las cuadrículas concéntricas no circulares (701, 702, 703) se colocan en uno de los anillos concéntricos (711, 712, 713).

16. El método definido en la Reivindicación 15, en que las cuadrículas concéntricas no circulares comprenden

- cuadrículas rectangulares concéntricas (701, 702, 703) separadas uniformemente, o - cuadrículas octagonales concéntricas (801, 802, 803) separadas uniformemente.

17. El método definido en la Reivindicación 16, en que las cuadrículas rectangulares concéntricas son cuadrículas cuadradas concéntricas (701, 702, 703).

18. El método definido en la Reivindicación 15, en que la disposición de elementos de antena comprende colocar elementos de antena en la pluralidad de anillos concéntricos (711, 712, 713) formando de esta manera un primer y un segundo conjunto de espirales de elementos de antena, en que el primer conjunto de espirales (1011, 1012, 1013) gira en el sentido de las agujas del reloj y en que el segundo juego de espirales (1001, 1002, 1003) gira en el sentido contrario a las agujas del reloj, en que preferentemente el primer y segundo conjunto de espirales en una sección de la apertura representan un patrón repetido de elementos de antena que se produce en una pluralidad de casos a lo largo del conjunto de aperturas en el sentido de rotación.