JP2003529261A - 同調可能インピーダンス面 - Google Patents

同調可能インピーダンス面

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Abstract

(57)【要約】 無線周波数ビームを操縦し、かつ／または焦点合わせをする同調可能インピーダンス面。同調可能面は、接地平面と、接地平面から、無線周波数ビームの波長より短い第１の距離を有するアレイ内に配列された第１の複数の素子と、第１のアレイの素子間のキャパシタンスを制御するためアレイ内に配列された第２の複数の素子とを備える。第２の複数の素子は、一実施形態では、可変ディスクリートコンデンサを備え、他の実施形態では、第１の複数の素子に対して可動に配置された複数の板を備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （技術分野） 本発明は、再構成可能なビーム操縦反射器として機能する同調可能電磁気イン
ピーダンスを有する面に関する。
【０００２】 （発明の背景） 近年の操縦アンテナには、２つの共通した形状構成が見られる。すなわち、ジ
ンバルを使用して機械的に操縦する単一の送りまたは反射器を備えるものと、電
子的に位相合わせした放射素子の固定アレイを備えるものである。このどちらに
も欠点があり、どのシステムを使用するかの選択をする場合には、コスト、速度
、信頼性、そしてＲＦ（無線周波数）性能のどれを優先するか考えなければなら
ない。機械的に操縦するアンテナは廉価であるが、移動部品の速度が遅く、また
信頼性も低い。そして運動のために、妨げられるもののない不必要に大きい自由
空間を必要とする。能動位相アレイは速度が速く信頼性も高いが、非常に高価で
ある。そして、位相アレイのそれぞれの能動素子にＲＦ信号を供給し、かつ／ま
たは位相アレイのそれぞれの能動素子からＲＦ信号を受信するために必要な、複
雑な送り構造によって著しい損失が生じる場合がある。増幅器をそれぞれの素子
またはサブアレイ内に入れると、損失を軽減できる場合もあるが、この方法は、
雑音を生じ、電力消費が増え、さらにアンテナのコストも高くなる。
【０００３】 別の方法として、反射アレイ構造を使用し、損失の多い共通の送り回路網を自
由空間の送りに替えることである。能動位相素子は反射モードで動作し、単一の
送りアンテナによって投射される。アレイは、アレイ全体にわたる反射位相の勾
配によって限定される有効反射面を形成することによって、ＲＦビームを操縦す
る。このような従来技術を使用しているため、この種のシステムは、今だに多く
の高価な位相器を必要とすることになる。
【０００４】 反射位相を任意に限定でき、位置に応じて容易に変更できる、反射面が必要と
されている。この面は、従来の位相器の同程度の大きさのアレイと比べて、より
廉価でありながら、できれば同様のＲＦ性能を示すものでなければならない。こ
の面はまた、１つまたは複数のＲＦビームの操縦または焦点合わせを含む、さま
ざまな重要機能を実施することのできる能力を有するところの、一般的な再構成
可能な反射器として機能できるものでなければならない。本発明の一目的は、こ
の要求を満たすことである。
【０００５】 本明細書に開示されている再構成可能な反射器は、高インピーダンス面または
単に高Ｚ面として周知の、共振テスクチャ加工の接地平面に基づくものである。
この電磁気構造は、高さの低いアンテナに適用できる２つの重要なＲＦ属性を有
する。これは、伝搬している表層流を抑制し、これによって、有限の接地平面上
でのアンテナの放射パターンが向上し、人工磁気導体として作用する高インピー
ダンス境界条件を供給し、このため、放射素子を短絡をせずに接地平面の近くに
置くことができるようになる。これは、波形面や光バンドギャップ面などの、そ
の他の周知の電磁気構造に起源を有する。従来の技術によるインピーダンス面が
、ＷＯ９９／５０９２９として１９９９年１０月７日に公開された、ＰＣＴ出願
ＰＣＴ／ＵＳ９９／０６８８４、Ｄ．Ｓｉｅｖｅｎｐｉｐｅｒ、Ｅ．Ｙａｂｌｏ
ｎｏｖｉｔｃｈによる係属中の米国特許出願、「Ｃｉｒｃｕｉｔ ａｎｄ Ｍｅ
ｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｅｌｉｍｉｎａｔｉｎｇ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｃｕｒｒｅｎｔ
ｓ ｏｎ Ｍｅｔａｌｓ」に開示されている。
【０００６】 従来の技術による高インピーダンス面を、図１に示す。これは、平坦な金属シ
ート１２上における金属の上板または素子１０のアレイから構成される。これは
、プリント回路基板の上部または第１の面上に形成された金属板または素子１０
と、プリント回路基板の底部または第２の面上に形成された固体伝導接地面また
は背面１２とを備え、プリント回路基板技術を使用して形成することができる。
プリント回路基板内の金属めっきしたバイア１４として垂直の接続が形成されて
おり、これが、素子１０をその下の接地平面１２と接続させる。金属部材は、上
板１０とバイア１４とから構成され、平面的なセルまたは空洞の格子状に配置さ
れ、平坦な金属面１２から突出する、マッシュルーム型または画びょう型の部材
として認識される。この構造の厚さは、プリント回路基板の厚さによって制御さ
れ、問題の周波数の１つの波長よりはるかに短い。素子１０のサイズも、問題の
周波数の１つの波長より短く保たれる。プリント回路基板については、図示を容
易にするため、省略されている。
【０００７】 図２を参照しながら、有効回路モデル、即ち、並列共振ＬＣ回路と同じ表面イ
ンピーダンスが割り当てられている空洞を使用して、この面の属性を説明する。
この場合のように、波長が個々のサイズよりはるかに長い場合は、電磁気構造を
説明するには集中空洞を使用することが有効である。電磁波が、図１に示す面と
相互作用する場合、これによって、電荷がかかり、上部の金属板１０の端部にビ
ルドアップができる。このプロセスは、有効キャパシタンスＣによって制御され
るものとして説明できる。電界に応答して電荷が前後に動くと、長い経路Ｐの周
りをバイア１４と底部の金属面１２を通って流れる。これらの電流に関連してい
るのが磁場であり、したがってインダクタンスＬである。キャパシタンスＣは隣
接する金属板１０の近接度によって制御され、インダクタンスＬはその構造の厚
さによって制御される。
【０００８】 この構造は、共振より低い場合は誘導性があり、共振より高い場合は容量性が
ある。その共振周波数の近くでは、
【数１】 であり、この構造は、高電磁気面インピーダンスを示す。面での接線電界は有限
であり、接線磁場はゼロである。したがって、平坦な金属シート上に起きる位相
反転がなく、電磁波が反射される。一般的に、その構造の試験周波数と共振周波
数との間の関係により、反射位相は０、π、またはそれらの間の如何なる数でも
あり得る。有効媒体モデルを使用して計算した、度数関数としての反射位相を図
３に示す。共振のはるか下では、それは普通の金属面としての動きをし、π位相
変位で反射する。共振の近くでは、ここは面インピーダンスが高いが、反射位相
がゼロと交差する。より高い周波数では、位相が−πに近づく。図３に示す計算
モデルは、図４の構造の例で示したように、測定した反射位相によって支持され
ている。
【０００９】 図１に示す種類の構造が多く製作されており、その共振周波数は、さまざまな
構造や基板材料を含む、広い範囲に及んでいる。このような構造の中には、コン
デンサ板を重ね合わせて、キャパシタンスを上げ周波数を下げるよう設計された
ものもある。さまざまなキャパシタンス値を有する２３の構造についての、測定
した共振周波数と計算した共振周波数との比較を図５に示す。明らかに、共振周
波数は、キャパシタンスの予想可能な関数である。図５の点線は１の傾きを有し
、完全な一致を示している。棒線は、位相がπ／２と−π／２との間である周波
数によって限定された、面の瞬間帯域を示している。
【００１０】 高インピーダンス面のさらに詳細な説明および分析については、１９９９年、
マイクロ波理論および技術に関するＩＥＥＥトランザクション、ｖｏｌ．４７、
ｐｐ．２０５９〜２０７４、Ｄ．Ｓｉｅｖｅｎｐｉｐｅｒ、Ｌ．Ｚｈａｎｇ、Ｐ
．Ｂｒｏａｓ、Ｎ．Ａｌｅｘｏｐｏｌｏｕｓ、Ｅ．Ｙａｂｌｏｎｏｖｉｔｃｈに
よる、「Ｈｉｇｈ−Ｉｍｐｅｄａｎｃｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ｓ
ｕｒｆａｃｅｓ ｗｉｔｈ ａ Ｆｏｒｂｉｄｄｅｎ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｂ
ａｎｄ」、およびＤ．Ｓｉｅｖｅｎｐｉｐｅｒによる、１９９９年のカリフォル
ニア州ロサンゼルス市、カリフォルニア大学の博士論文、「Ｈｉｇｈ−Ｉｍｐｅ
ｄａｎｃｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ｓｕｒｆａｃｅｓ」を参照され
たい。
【００１１】 共振空洞が問題の波長よりはるかに短い場合は、これを集中ＬＣ回路と考えて
、電磁気分析を単純化することができる。近接金属板が近くにあることによりキ
ャパシタンスが供給され、これらを接続する伝導経路によりインダクタンスが供
給される。組織化された接地平面は電磁境界条件を裏付けており、これは、
【数２】 によって得られる、有効並列ＬＣ回路のインピーダンスによって特徴付けられる
。シートインダクタンスは、Ｌ＝μｔであり、ここでμは回路基板材料の透磁率
であり、ｔはその厚さである。四角い格子上に配置された並列板コンデンサを備
える構造については、シートキャパシタンスは、Ｃ＝εＡ／ｄであり、ここで、
金属板について、εは誘電絶縁体の電子透過性、Ａは重なった部分の面積、ｄは
間隔である。
【００１２】 表面は、周波数に依存する反射位相を有しており、これは、
【数３】 によって得られる。ここにおいて、ηは自由空間のインピーダンスである。共振
周波数から遠く離れると、表面は通常の導体として作用し、π位相変位をもって
反射する。共振周波数の近くでは、空洞は、入射電波と強く相互作用する。表面
は、コンデンサの格子全体にわたって有限の接線電界を支持し、そして、構造物
は、高いが無効の面インピーダンスを有する。共振で、ゼロ位相変位とともに反
射し、人工磁気導体の有効境界条件を供給する。低周波数から高周波数までの共
振条件を走査して、反射位相がπからゼロに、さらに−πに変化する。したがっ
て、空洞の共振周波数を同調させることにより、面の反射位相を固定周波数に同
調させることができる。
【００１３】 この同調可能反射位相は、本明細書に開示されている再構成可能なビーム操縦
反射器の基本である。面全体にわたり位置に応じて反射位相を変えることにより
、さまざまな機能を実施することができる。たとえば、線形位相勾配は、反射器
の仮想の傾きに等しい。のこぎり形の位相関数が、面を仮想の格子に変える。放
物型位相関数が、平面波を小さいフィードホーン上に焦点を合わせ、これによっ
て、平坦な面が放物面反射器の代りができるようになる。
【００１４】 （発明の簡単な説明） 本発明の特徴には、以下のものが含まれる。
【００１５】 １．同調可能面インピーダンス ２．同調可能インピーダンス面を形成する方法 ３．同調可能面を使用して電磁波を焦点合わせする方法 ４．同調可能面を使用して電磁波を操縦する方法 本発明は、ビームの焦点合わせまたは操縦など、さまざまな機能を実施するこ
とのできる、再構成可能な電磁面を提供する。また、本発明は、ＷＯ９９／５０
９２９として１９９９年１０月７日に公開された、ＰＣＴ出願ＰＣＴ／ＵＳ９９
／０６８８４の主題である高インピーダンス面を改良するものであり、同調性に
ついての重要な態様を含む。
【００１６】 本発明は、無線周波数ビームの操縦および／または焦点合わせのための同調可
能インピーダンス面を提供する。同調可能面は、接地平面と、接地平面から、無
線周波数ビームの波長より短い、第１の距離を有するアレイ内に配列された第１
の複数の素子と、第１のアレイの素子間でキャパシタンスを制御するためアレイ
内に配列された第２の複数の素子とを備える。第２の複数の素子は、一実施形態
では、可変ディスクリートコンデンサを備え、他の実施形態では、第１の複数の
素子に対して可動に配置された複数の板を備える。
【００１７】 本発明は、他の実施形態において、無線周波数ビームの操縦および／または焦
点合わせのための同調可能インピーダンス面を提供し、同調可能面は、接地平面
と、接地平面から、無線周波数ビームの波長より短い距離を有して配列された第
１の複数の上板と、接地平面から異なる距離を有して配列され、第２の複数の上
板が第１の複数の上板に対して可動である、第２の複数の上板とを備える。
【００１８】 （Ｉ．第１の実施形態の詳細な説明） 本発明による第１の実施形態によれば、高インピーダンス面１６が、図６に示
すように、可変コンデンサ１８を追加することによって改良される。これらの可
変コンデンサ１８は、微小電気機械コンデンサ、プランジャ型アクチュエータ、
熱作動バイメタル板、その他、１対のコンデンサ板１０間でキャパシタンスを有
効に変化させるための装置を含む、さまざまな形態を有することができる。ある
いは、可変コンデンサ１８は、固体装置でも良く、この中で強誘電性または半導
体材料が、外部印加電圧によって制御される可変キャパシタンスを供給する。一
例が図６に示してあり、ここでは、個々の可変コンデンサ１８が、近接するそれ
ぞれ１対の六角形の金属性の上板要素１０の間に配列される。キャパシタンスを
変化させることにより、図３および４に示す曲線が、図５に示すデータによって
証明されるように、関係式、
【数４】 によって与えられる共振周波数に従ってシフトする。これは、単一の周波数でイ
ンピーダンスを変化させる影響を及ぼす。表面に沿った距離（またはその位置）
に応じてキャパシタンスを変化させることにより、位置または場所に依存するイ
ンピーダンスが、面３０（図６および７）上で生成でき、したがって、位置また
は場所に依存する反射位相が起きる。したがって、同調可能高インピーダンス面
３０が提供される。
【００１９】 可変コンデンサ１８は、微小電気機械コンデンサ、熱作動バイメタルストリッ
プ、プランジャ、またはその他のコンデンサ板を移動させる装置によって提供さ
れる。あるいは、素子１８は、半導体または強誘電性バリアックでも良い。
【００２０】 高インピーダンス面のセルのキャパシタンスＣは、１ｐＦ未満であり得る。し
たがって、インピーダンスを変化させるためそれぞれのセルに追加するキャパシ
タンスの量も、極めて少量であるため、素子１８の物理サイズも、同様に小さい
ものであり得る。実際、０．１から１．０ｐＦ／セルの範囲のキャパシタンスを
追加した素子１８が、極めて適切である場合が多い。
【００２１】 図６に示す同調可能面は、好ましくは、プリント回路基板などの基板２４（図
７）上に構築または配列される。プリント回路基板の厚さは、好ましくは、問題
の周波数または周波数帯域に関連する波長よりはるかに短く保たれる。高周波数
を適用した場合は、プリント回路基板は非常に薄いものとなる。厚さが０．１ｍ
ｍにすぎない、薄いプリント回路基板は、容易に入手できるものである。たとえ
ば、１ミル（０．０２５ｍｍ）程度の薄さのポリミドプリント回路基板が、一般
に入手可能であり、したがって、所望の場合には、プリント回路基板技術が使用
されているところの、ここの開示した構造が、非常に高い周波数で適用可能であ
る。素子１０は、電導性があり、一般的に、プリント回路基板製造プロセスで便
利に使用されている金属性のものであり、基板２４の一方の面に配列されている
。背面１２は、基板２４の反対側の面に配列されているバイアが、一般に用いら
れ、めっきされて、導体１４を形成する。導体１４は、その一方の端部で素子１
０に接続し、背面１２の別の端部、またはその近くで、容量性の点でまたは直接
的に結合するが、これについては以下に記述する。
【００２２】 素子１０は、問題の周波数に関連する波長の半分未満のサイズでなければなら
ない。しかし、副ローブを最小限にするために、高インピーダンス面の性能が、
セルの減少、つまり、素子１０の物理サイズが減少するにつれて向上する。好ま
しくは、素子１０のサイズを、問題の周波数に関連する波長の１０分の１未満に
保つ。なぜなら、これによれば、実際問題として高インピーダンス面が形成可能
である一方、良好な結果がもたらされるからである。
【００２３】 素子１８が、微小電気機械コンデンサまたはソリッドステートバリアックによ
ってもたらされる場合、伝導性バイア１４を経由する印加電圧を変化させること
によって、キャパシタンスが変化する。これは、素子１０のアレイを、２つのサ
ブセット、１０ａ、１０ｂに分割することによって達成できる。１つのサブセッ
ト１０ａは、電気的に接地され、一方、第２のサブセット１０ｂは、印加制御電
圧を有することになるが、この印加制御電圧は、サブセット１０ｂ内のそれそれ
の素子に対して異なっていてもよい。制御電圧は、バイア１４ｂを介して印加さ
れるが、このバイアは、この場合、接地平面１２には接続されず、外部データバ
ス２０に接続される。この実施形態は、図７に示されている。データライン２０
が、さまざまなビームの操縦または焦点合わせオペレーションのために所望の制
御電圧を生成するため、外部制御ユニット（図示せず）に送られる。この実施形
態では、データライン２０はそれぞれ、好ましくは、後ろ側に放射されるのを避
けるために、直列に配線したＲＦチョーク（図示せず）を有する。
【００２４】 さらに、バイア１４ｂは、接地平面１２と容量的に接続されており、従って、
これらのバイアは、制御電圧（これは、一般に比較的ゆっくりと変化するＤＣ電
圧と考えられている）よりはるかに低い周波数ではなく、問題のＲＦ周波数で、
接地平面１２と接続しているように見える。バイア１４は、接地平面１２を良好
に通るので、接地平面１２と容量的に良好に接続される。ここで、これらバイア
は接地平面１２を貫通し、この点１４ｃでのキャパシタンスが、当業界で周知の
技術を用いて適切に制御される。好ましくは、貫通点１４ｃでのキャパシタンス
は、素子１８のキャパシタンスよりはるかに大きい。
【００２５】 図８は、素子１０ａおよび１０ｂの六角形のアレイの実施形態を示す図である
。素子１０ａが接地平面に直接接続し、素子１０ｂが制御電圧に接続する（が、
問題の衝突してくるＲＦ電波の周波数について容量性の点でまたは有効に接地平
面に結合している）ことを想起されたい。素子１８によって付加されたキャパシ
タンスは、バス２０上で制御電圧によって制御される。図８に示す文字、Ａ、Ｂ
，Ｃによって表した特定の素子１０を考慮すると、素子Ａは、サブセット１０ａ
の部材であるため、地面に接続され、素子ＢおよびＣは、両方ともサブセット１
０ｂに属しているため、そこに印加された制御電圧を有する。素子ＡおよびＢ間
の素子１８は、関連バイア１４ｂを介し素子Ｂに印加された制御電圧によって制
御される。素子ＡおよびＢ間のキャパシタンスは、（ｉ）その物理的関係および
（ｉｉ）上述の素子１８によって与えられるキャパシタンスによって制御される
。同様に、素子ＡおよびＣ間の素子１８は、関連バイア１４ｂを介し素子Ｃに印
加された制御電圧によって制御される。しかし、素子ＢおよびＣ間のキャパシタ
ンスは、この実施形態では、その物理的関係によって固定される。もちろん、素
子１８を、素子ＢおよびＣ間に設けることもでき、この場合、その追加された素
子１８によって得られるキャパシタンスは、素子ＢおよびＣに印加される制御電
圧の差に基づく。当業者であれば理解されることであるが、素子１８のうちの少
なくともいくつかによって供給される追加キャパシタンスが、制御電圧内の差の
関数であるため、このような電圧の差に基づく制御により、複雑さが増すことと
なる。しかし、表面のインピーダンスの制御を大きくするために複雑さが増した
としても、さらに大きな（または恐らくすべての）素子１０を、制御電圧によっ
て制御することができる（ここで、サブセット１０ａの場合、直接接地されてい
る素子がより少ないか、またはまったくない）。理解されるように、制御（サブ
セット１０ｂ）の非制御（サブセット１０ａ）に対する素子１０の割合は、大き
く変化し得る。
【００２６】 また、すべての素子１０を、接地平面１２に直接接続することができ、バス２
０からの制御電圧を、他のバイア（図示せず）を介してさまざまな可変コンデン
サ１８に直接接続することができ、この場合、素子１０は、サブセット１０ｂの
制御素子ではない。
【００２７】 図９は、素子１０ａおよび１０ｂの長方形の配置をした実施形態を示す図であ
る。この図においては、制御（サブセット１０ｂ）の非制御（サブセット１０ａ
）に対する素子の割合が、１：１として示されており、素子１８がそれぞれの素
子１０の間に配列されている。しかし、すべての素子１８が制御され、したがっ
て、すべてがサブセット１０ｂ（１０ａ素子ではない）に属し、次いで図９ａに
示す実施形態に至る。繰り返すが、制御（サブセット１０ｂ）の非制御（サブセ
ット１０ａ）に対する素子１０の割合は、大きく変化し得る。
【００２８】 図１０は、素子１０ａおよび１０ｂの三角形の配置をした実施形態を示す図で
ある。この図においては、制御（サブセット１０ｂ）の非制御（サブセット１０
ａ）に対する素子の割合が、１：１として示されており、素子１８がそれぞれの
素子１０の間に配列されている。しかし、すべての素子１８が、それらをサブセ
ット１０ｂ（この場合、サブセット１０ａのサイズはゼロである）にすることに
よって制御される場合、図１０ａに示す実施形態に至る。上述したように、制御
（サブセット１０ｂ）の非制御（サブセット１０ａ）に対する素子１０の割合は
、大きく変化し得る。
【００２９】 所望の場合は、制御（サブセット１０ｂ）の非制御（サブセット１０ａ）に対
する素子１０の割合が、１：１未満であってもよい。これも、使用されるコンデ
ンサ素子１８の数を減少させる影響を及ぼすが、もちろん、面のインピーダンス
に対する制御は弱くなる。しかし、この方法は、実施形態によっては極めて適切
なものである。
【００３０】 キャパシタンスを同調する代替方法として、加熱器２６（図１１）を面の下に
配置することができ、これによって、１アレイのバイメタルストリップ１８が作
動し、局部温度に応じて曲がる。この実施形態は、図１１に示されており、ここ
では、加熱器２６が設けられて、隣接バイメタルストリップ１８の位置を制御す
る。金属性ストリップ１８が近接位置に移動すると、キャパシタンスが増加する
。キャパシタンスを同調する別の方法として、機械プランジャを使用するものが
あり、これらプランジャは、油圧によって、または１列の磁気コイルによって移
動可能である。ここに示した例は、追加キャパシタンスの追加方法を限定するも
のではない。キャパシタンスを同調するその他の技術も利用可能である。
【００３１】 実施可能なオペレーションは、面インピーダンスに依存し、したがって、位置
の関数としての反射位相に依存する。図１２に示すように、反射位相が線形の傾
き４４を有する場合、表面を使用してＲＦビーム３２を操縦することができる。
図１２は、同調可能インピーダンス面３０上に線形反射位相関数４４を加えるこ
とによって、どのように入射ビーム３２を操縦して反射ビーム３４を生成するか
を示す図である。大きな角度を操縦するため、２πの位相の不連続性が含まれる
場合があり、そのため表面が回折格子のように作用する。もちろん、所望の場合
には、入射波３２は表面３０に対して９０度以外の角度で到達することができ、
反射波は表面３０に対して９０度で反射することができる。
【００３２】 また、図１３に示すように、放物関数４６を使用して反射ビーム３６の焦点合
わせをすることができる。図１３は、同調可能インピーダンス面３０上で放物型
反射位相関数４６を加えることにより、どのように入射ＲＦビーム３２を操縦で
きるかを示す図である。大きな角度を操縦するため、２πの位相の不連続性が含
まれ、そのため表面がフレネルまたは放物型反射器のように作用し、入射波３２
を焦点合わせする。反射ビームは、たとえば、ディッシュアンテナで使用する種
類の低雑音増幅器（ＬＮＡ）上で、焦点を合わせることができる。ここで、反射
面３０は、平坦であり、さらにアンテナの効果的な操縦のために同調可能である
。
【００３３】 もちろん、同調可能インピーダンス面３０は、コンデンサ１８を調節すること
によって容易に同調可能であり、その結果、表面３０のインピーダンスは、表面
全体に亘る位置の関数として変化する。図１２および１３を参照すれば理解され
るように、同調可能インピーダンス面３０上でインピーダンスのプロファイルを
変化させると、入射ＲＦ波３２と面３０との相互作用に大きな影響が出る。実際
問題として、表面３０は平面状であるが、従来の技術による放物面反射器または
回折格子のように作用してもよい。さらに顕著なこととしては、表面上の位置の
関数として、表面のインピーダンスを変化させるだけで、表面３０が効果的にプ
ログラミングされて、異なるサイズの放物型反射器ばかりでなく、平坦で角度を
有する反射器またはその他の形状を有する反射器または回折格子をも模倣するこ
とができる。
【００３４】 図面に示した実施形態では、同調可能インピーダンス面３０が平面として表さ
れている。しかし、本発明によるこの第１の実施形態は、平面状の同調可能イン
ピーダンス面に限定されるものではない。実際問題として、当業者であれば理解
するであろうが、同調可能インピーダンス面３０に基板２４を設けるために使用
されるプリント回路基板技術は、好ましくは、非常に柔軟な基板２４を提供する
ものであってもよい。したがって、同調可能インピーダンス面３０は、どのよう
な好都合な面上に置くこともでき、その面の形状に合わせることもできる。次い
で、インピーダンス機能の同調を調整して、その面の形状に合わせることができ
る。したがって、面３０は平面、非平面、凸状、凹状、またはその他のどんな形
状でも良く、その面のインピーダンスにほぼ同調することによって、従来の技術
による放物面反射器または回折格子として機能することことができる。
【００３５】 上板要素１０および接地または背面要素１２は、好ましくは、プリント回路基
板技術に適切に使用されている銅や銅合金などの金属から形成される。しかし、
所望の場合は、非金属や伝導性の材料を、金属の代りに上板要素１０および／ま
たは接地または背面要素１２に使用することもできる。
【００３６】 （ＩＩ．第２の実施形態の詳細な説明） 図１４ａおよび１４ｂは、本発明による同調可能インピーダンス面を示す図で
ある。図１４ｂは、その平面図であり、図ｌ４ａはその側面図である。同調可能
インピーダンス面は、１対のプリント回路基板１６、１８を備える。第２の基板
には、高インピーダンス面１６の伝導性の板またはパッチ１０のキャパシタンス
を同調する別の手段を供給するため、第１の実施形態の可変コンデンサとして、
同一の符号１８が付されている。
【００３７】 第１の実施形態の場合と同様に、ボード１６は、上述した従来の高インピーダ
ンス面に類似した、伝導性の構造１０、１４の格子を有する。この第１のボード
の背面が接地平面１２を有し、好ましくは、薄いが固体の金属で形成されており
、前面は、好ましくは金属性の伝導性の板またはパッチ１０のアレイで覆われ、
これが、好ましくはめっきした金属で形成された伝導性のバイア１４によって接
地平面に接続されている。伝導性のパッチ１０およびそれに関連する伝導性のバ
イア１４が、伝導性の画びょう状の構造を形成する。この構造は、たとえば、標
準ファイバグラスベースのプリント回路材料であるＦＲ４上で、容易に製造でき
る。
【００３８】 第２のボード１８は、伝導性の同調板またはパッチ２０のアレイ、好ましくは
金属性のものを備える。これは、第１のボード１６上に伝導性のパッチ１０を重
ねるように設計される。同調パッチ２０は、ＦＲ４のシート上に支持され、好ま
しくは、カプトンポリイミドなどの絶縁層２２によって覆われている。２つのボ
ードが、ポリミド絶縁体によって分離された伝導性の板またはパッチ１０、２０
とともに、互いに押し付けられて、並列の板コンデンサの格子を形成する。対向
する面どうしが、互いに滑動するよう設計され、これにより、一致する１組の金
属板１０、２０間の重なるエリアを調整することが可能となる。したがって、コ
ンデンサを同調することもできる。実際、対向する面は、好ましくは、図１６に
示すように、互いに密接に接触する。
【００３９】 ２つのボード１６、１８は、一般に、その上に形成された多数の伝導性の板ま
たはパッチ１０、２０を備える。図では、分かりやすくするために、少ない数の
板またはパッチしか示していない。以下に記述する実験上の構造では、それぞれ
のボードが、その上に配列された約１６００のパッチを備える。使用するパッチ
の数は、選択する設計によって異なる。
【００４０】 ａ．実験上の構造 本発明によるこの第２の実施形態の実験上の構造物を製作し試験した。実験上
の構造では、板１０、２０が、それぞれの側で６．１０ｍｍと測定される両ボー
ド１６、１８上に形成された四角い金属パッチ１０、２０によってもたらされ、
これらが６．３５ｍｍの格子上に分配された。固定ボード１６の厚さは６．３５
ｍｍであり、伝導バイア１４の直径は５００μｍであり、四角い金属板１０の中
央に位置する。可動ボード１８の厚さは１．５７ｍｍであり、同調板を覆うポリ
イミド絶縁体２２の厚さは５０μｍである。両ボードは、それぞれの端部で２５
．４ｃｍと測定され、それぞれのボードが約４０ｘ４０の伝導性パッチ１０、２
０のアレイを有する。２つの一致する面の間に均一で密接な接触を確保するため
、真空ポンプを固定ボードの背面に取り付けた。このことにより、好ましくはバ
イア１４内に設けられ、２つが互いに押し付けられる、空洞の開口部１５によっ
てボード間の隙間がなくなる。
【００４１】 低い方のボード１６に対して上部のボード１８をスライドすることにより、コ
ンデンサの重なるエリアが変化し、表面上にある小さい空洞の共振周波数を同調
させる。しかし、印加電界に平行の運動だけが、共振周波数の変化に影響を及ぼ
す。このことは、以下の記述によって理解される。空洞の共振周波数は、
【数５】 によって得られる。ここにおいて、Ｃは、図１４ｂに示す４つの別個のコンデン
サＣ1〜Ｃ4の組み合わせによって生成される有効キャパシタンスである。この空
洞内で励起されるモード、および有効キャパシタンスを生成する回路トポロジは
、入射波の偏りに依存する。２つのケースの回路トポロジが、図１５に示されて
いる。
【００４２】 たとえば、方位について図１４ｂを参照して、Ｙ方向に沿って偏向した入射波
について検討すれば、有効キャパシタンス（Ｃ1＋Ｃ2）は、（Ｃ3＋Ｃ4）と直列
である。上部のボード１８が、＋Ｙ方向、印加電界に平行に移動すると、図１６
に示すように、Ｃ1およびＣ2が増加し、同じ量だけＣ3およびＣ4が減少する。直
列である対のコンデンサの方向に沿って運動が生じるため、その結果がキャパシ
タンスの正味変化となり、したがって共振周波数の変化となる。反対に、上部の
板１８が、＋Ｘ方向、印加電界に直角に移動すると、Ｃ2およびＣ4が増加し、同
じ量だけＣ1およびＣ3が減少する。並列である対の方向に沿って運動が生じるた
め、キャパシタンスの正味変化はなく、共振周波数の変化もない。上板が中央に
位置して、直列のコンデンサが等しい値を有すると、最大有効キャパシタンスが
生じ、したがって最低共振周波数が生じる。当業者であれば理解するであろうが
、１組が別の１組に対して回転する場合に、四角い形状が良好に機能するのかに
ついてのこのような理由付けは、四角い形状の上板１８および四角い形状の低い
方の板１４に関して本発明を限定するものではない。また、（ｉ）四角い形状で
ないものを使用した場合、（ｉｉ）相対並進運動において均一でない形状のもの
を使用した場合（ｉｉｉ）回転運動で（金属板の分割した輪のような）極座標系
に基づいた形状を使用した場合に、上述と同一の効果が得られる。
【００４３】 高インピーダンス面の共振周波数とは、反射位相がゼロと交差する場合の周波
数を意味する。固定試験周波数については、面の共振周波数の変化が、反射位相
の変化に従って現れる。実験上の構造の反射位相を測定するために、ネットワー
クアナライザを使用し、また１対のホーンアンテナを、１つは送信用にもう１つ
は受信用に使用した。ホーンは、相互に隣接して配置され、両方が同調可能面に
向けられ、そして、シート状のマイクロ波アブソーバによって分離された。マイ
クロ波エネルギが、１つのホーンから送信され、表面によって反射され、別のホ
ーンで受信され、一方、反射位相を可動ボードのさまざまな位置で監視した。こ
の実験では、送信ホーンおよび受信ホーンをそれぞれ別個に使用した。なぜなら
、このことにより、アンテナ内の内部反射からの干渉が除去できるからである。
データを、πの反射位相を有するものとして周知の、平坦な金属面を使用して行
った基準走査と比較した。
【００４４】 印加電界の方向に置いた、上部のボードの（１から１０までの番号が付されて
いる）異なる１０カ所に対する周波数に応じて、実験上の構造の反射位相を図１
７に示す。コンデンサ板の重なった部分の面積を変えることにより、共振周波数
が、およそ１．７ＧＨｚから３．３ＧＨｚに同調される。図示した一連の走査は
、組織化された表面の半分の周期、つまり３．２ｍｍの全並進に対応する。同調
範囲は、最大および最小の達成可能なキャパシタンスによって限定され、これは
、板の面積、絶縁体の厚さ、周囲の媒体内のフリンジ電界に依存する。
【００４５】 ｂ．反射ビームの操縦 共振周波数を変え、したがって位置の関数としての反射位相を変化させること
により、同調可能面を使用して反射ビームを操縦することができる。ビーム操縦
の最も簡単な方法は、表面全体に、単調な、好ましくは線形の位相勾配を形成す
ることである。機械的同調反射器については、このことは、図１０に示すように
、１つのプリント回路基板を別のプリント回路基板に対して回転させることによ
って達成できる。上述の説明から、反射位相は、印加電界に平行な方向でコンデ
ンサ板を並進させることによってのみ影響を受ける。Ｙに沿って偏向する波につ
いては、Ｙ方向の並進要素のみが関係し、Ｘに沿った並進の影響はない。それぞ
れ個々のコンデンサ板については、１つのボードの別のボードに対する小さな回
転が、実質的にＸの線形関数であるＹの並進を生成するが、主としてＹとは無関
係である。したがって、回転により、印加電界に垂直な方向で単調な位相勾配が
生成され、これは表面の仮想の傾きに等しい。ボードの端部で必要な最大変位が
格子周期の半分にしかすぎないため、極めて小さい機械運動のみが必要となる。
【００４６】 上述した実験上の構造物によって提供される同調可能反射器のビーム操縦属性
を測定するために、実験上の構造物を回転する台座の上に垂直に載せ、反射の大
きさを、２つの固定ホーンアンテナを使用して、入射角に応じて測定する。面の
２つの角に置いた調整ねじにより、２つのボードの相対方位と相対垂直変位との
両方を個々に制御できる。反射パターンを可動ボードのさまざまな位置で、繰返
し測定する。以下に記述する測定は、３．１ＧＨｚで実施された。
【００４７】 互いに整列された実験上の構造物の２つのボード１６、１８の板１０、２０に
ついて、表面には位相勾配がなく、反射角は入射角に等しい。入射角の関数とし
ての反射量を図１９に示す。以下の説明から想定されるように、反射は、反射器
の前面および背面が直接ホーンに面している時、０および１８０度で最大となる
。他の角度のローブは、回転ステージ、ボードの端部、調整ねじ、無響室の壁、
その他の物体からの反射による。パターンの前側と後ろ側との間の反射量および
角度プロファイルが非対称であるのは、実験上の構造を形成している２つのプリ
ント回路基板を保持するために、反射器の背面に取り付けたアクリルの真空板に
起因する。２面間の反射位相の差も、これが、反射波の周囲からのその他の反射
との干渉のしかたに影響するため、この非対称の原因となる。
【００４８】 実験上の構造物の１枚のボードを別のボードに対して回転させると、その結果
生じる位相勾配により、通常の入射波が、
【数６】 によって得られる角度で反射される。ここにおいて、ｇはラジアン／メートルの
位相勾配であり、λは波長である。２枚のボード１６、１８の板１０、２０の２
つの異なる相対方位に対する反射パターンを、図２０ａおよび２０ｂに示す。図
２０ａおよび２０ｂは、２枚のボードの２つの異なる相対方位を有する入射角に
応じて測定した反射の大きさを示すグラフである。図２０ａは、図１８に示した
方位についてのグラフであり、図２０ｂは、図１８で示したものと反対の方向の
上部のボード１８の回転を示すグラフである。主要ローブが約±８度の角度で認
められ、表面は、もはや鏡面方向で反射せず、位相勾配の大きさおよび方向によ
って決定される方向で、反射することを示している。これらの極値間で上面を回
転させることにより、反射角度をアナログ方式で同調することができる。もちろ
ん、逆方向のローブは、まだ１８０度で現れている。なぜなら、面の背面が組織
化されたものではないからである。送信および受信ホーンが固定式であり、互い
に隣同士に取り付けられているため、反射パターンの主要ローブは、平面波がそ
の源に向かって直接反射している角度を示すことに留意されたい。つまり、通常
の入射平面波は、本実験で測定した角度の２倍で反射するということであり、±
１６度の範囲にわたって操縦可能である。
【００４９】 図１７に示されるように、共振周波数は変位の線形関数ではないため、運動の
最大有効範囲は、実際のところ半分の周期未満である。上述した結果については
、本構造の２つの端部間の変位の差は、およそ１ｍｍ、つまり０．０１の波長で
あった。２．５ＧＨＺと３．３ＧＨｚ間では、より高い周波数領域が好ましく、
ここで、共振周波数は、ほぼ変位の線形関数である。この領域もまた、表面が効
果的にビームを操縦する帯域を意味する。
【００５０】 ｃ．マイクロ波格子 単調な位相関数を使用して、位相が表面の幅全体にわたって２πだけ変化する
時、最大反射角度が得られる。このことにより、幅ｗを有する面のビーム操縦能
力を、
【数７】 に制限する。より大きな角度に操縦するためは、より大きな位相勾配を使用しな
ければならない。位相は、２πを法とするものとして単に定義付けることができ
るため、２πの周期的な不連続性を位相関数の中に含めなければならない。この
ような表面は、実際上格子と考えられる。一般的に言って、格子は物理的構造で
ある。この実施形態では、本発明は格子に類似している。
【００５１】 実験上の構造物を使用して２つの周期を有するマイクロ波格子を試験するため
に、可動ボード１８を、中央において物理的に２つの部分、１８ａと１８ｂに分
け、この２つの部分を、図２１に示すようにオフセットする。これにより、２つ
の周期を有する格子を生成するために使用される位相不連続性がもたらされた。
これは、上述した単調な面の２倍の位相勾配を有する。図２２ａおよび２２ｂか
ら理解されるように、図２２ａおよび２２ｂは、図２１に示すように２つの周期
を有するようセットアップされた場合の、２枚のボードの２つの異なる相対方位
を有する入射角の関数としての、測定された反射量を示すグラフである。図２２
ａは、図２１に示す方位についてのグラフであり、図２２ｂは、図２１に示した
ものとは反対の方向の上部のボード１８の回転についてのグラフである。最大反
射角度が、今±１９度で生じている。通常の入射平面波については、これは±３
８度のビーム操縦に対応する。上述のように、２πの位相不連続性を維持しなが
ら、位相勾配を調節することによって、この範囲内のどの角度にもビームを操縦
することができる。より大きな角度、またはより大きな面については、もちろん
複数の不連続性を使用してもよい。
【００５２】 本実験で示したパターンは、その他の角度での散乱を示している。これは、コ
ンデンサ板の変位に対する共振周波数の関数依存性によって要求されるように、
実験上の構造物の上部のボードの回転により、完全に線形の位相関数が生成しな
いからである。図２３に示すように、問題は位相不連続性で最も厳しい。それぞ
れ個々の空洞の共振周波数をより正確に制御すれば、パターンを向上させること
ができるであろう。
【００５３】 この回転運動によって生成された位相関数は非線形傾向を有するが、十分に線
形に近く、データに見られるように、良好に形成されたビームをもたらすことが
できる。さらに、この非線形性を補償することも可能であり、この１つの方法と
して、板１０、２０によって形成されたセルＣ1〜Ｃ4の間隔を調整することであ
ろう。他の方法は、板の間隔を均一に保ちながら、セルＣ1からＣ4のサイズを調
整することである。この方法の主な目的は、最も減少し続けている端部近くで、
よりゆっくりとキャパシタンスを減少させる表面を提供することである。換言す
れば、位相関数の非線形性を取り消すことである。これが可能な構造の１例を、
図２４に示す。板２０の一方の側は、より長く狭くなっているが、もう一方の側
はより短く広くなっている。全キャパシタンスは同じであるが、より長く狭い方
の側は、垂直方向の並進に対してやや感度が低い。矢印２７で示した、旋回点２
５を回る回転は、均一の格子と比べて、より大きい線形位相関数を生成する。こ
の技術を使用れば、如何なる所望の位相関数を形成することもできる。
【００５４】 図面によって示した実施形態では、同調可能インピーダンス面が平面状のもの
として示されている。しかし、本発明は、平面の同調可能インピーダンス面に限
定されるものではない。実際、当業者であれば、同調可能インピーダンス面のた
めの基板１６、１８をもたらすために使用されるプリント回路基板技術によって
、好ましくは、非常に柔軟な基板をもたらすことができることが理解されるであ
ろう。したがって、同調可能インピーダンス面を、如何なる表面の上に取り付け
ることもでき、またその面の形状に合わせることもできる。しかし、平面構造が
好ましい。何故ならば、平面構造であれば、表面を同調した時にボード１６に対
してボード１８を動かすことが容易であるからである。
【００５５】 上板要素１０および接地面または背面要素１２は、好ましくは、プリント回路
基板技術で適切に使用されている銅や銅合金などの金属から形成される。しかし
、所望の場合においては、上板要素１０および／または接地面または背面要素１
２に対して、非金属や伝導性材料も、金属の代りに使用可能である。このことは
、ボード１８上に形成される板２０についても適用される。
【００５６】 本発明を、その特定の実施形態に関して記述したが、当業者であれば、その修
正形態が容易に想定できるであろう。したがって、本発明は、添付の特許請求の
範囲によって要求される場合を除き、開示されている実施形態に限定されるもの
ではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 米国仮特許出願第６０／０７９、９５３号に開示されたプリント回路基板技術
を使用して形成された従来の高インピーダンス面であって、金属めっきしたバイ
アを通って底部側の固体金属接地面に接続された上部側に金属板を有するところ
の高インピーダンス面を示す図である。
【図２】 １対の隣接する金属製の上板および関連バイアの回路均等物を示す図である。
【図３】 有効な媒体モデルから得られ、位相が構造の共振周波数でゼロと交差すること
を示す、高インピーダンス面の計算した反射位相を示す図である。
【図４】 測定した反射位相が計算した反射位相と適切に一致することを示す図である。
【図５】 図１に示す表面の２３例について、図２に示す有効回路モデルを使用して、計
算共振周波数と比較した測定共振周波数を示す図である。
【図６】 近接する上板の間に置かれた可変コンデンサのアレイを備えた高インピーダン
ス面を示す図である。
【図７】 関連伝導バイアを通って電圧を印加することによって、それぞれの可変コンデ
ンサのアドレッシングが生じるよう改良した、図６に示す面の回路均等物を示す
図である。
【図８】 本発明による一実施形態を示す上面図である。
【図９】 本発明による他の実施形態を示す上面図である。
【図９ａ】 図９と同様であるが、すべての素子が制御可能である、本発明による一実施形
態を示す上面図である。
【図１０】 本発明によるさらに別の実施形態を示す上面図である。
【図１０ａ】 図１０と同様であるが、すべての素子が制御可能である、本発明による一実施
形態を示す上面図である。
【図１１】 表面の下に配置され、上部の表面上のバイメタルストリップを湾曲させる加熱
器を用いて、キャパシタンスを同調する他の方法を示す図である。
【図１２】 同調可能インピーダンス面に線形反射位相関数を加えることによって、ビーム
を操縦する方法であって、大きな角度に操縦し、もって、表面を格子に類似させ
るために、２πの位相不連続性が使用されているところの方法を示す図である。
【図１３】 ビームに焦点を合わせるための、放物型反射位相関数の使用方法を示す図であ
る。
【図１４ａおよび１４ｂ】 １対のプリント回路基板であって、そのうちの１枚のボードが高インピーダン
ス面であり、第２のボードが高インピーダンス面に対して滑動可能であり、高イ
ンピーダンス面の板またはパッチに重なる伝導性の板またはパッチのアレイを備
えるところのプリント回路基板を示す側面図および平面図である。
【図１５】 キャパシタンス内の変化がどのように入射波の偏りに依存するかを示す、図１
４ａおよび１４ｂに対応する回路トポロジを示す図である。
【図１６】 相互に接触する２枚のボードを示し、そして、キャパシタンスの変化において
一方のボードの移動の他方のボードに対する影響を示す、図１４ａのより詳細な
図である。
【図１７】 他方のボードに対して印加した電界の方向に配置された一方のボードの異なる
１０カ所の位置について、周波数の関数としての、図１４ａおよび図１４ｂに示
す実験上の構造物の測定された反射位相を示すグラフである。
【図１８】 共振周波数を変化させ、したがって、同調可能面の、位置の関数としての反射
位相を変化させ、もって、反射ビームを操縦するために、一方のボードを他方の
ボードに対して回転させることを示す図である。
【図１９】 ２枚のボードを相互に整合させた状態で、入射角の関数としての反射量の測定
値を示すグラフである。
【図２０ａおよび２０ｂ】 ２枚のボードが２つの異なる相対方位を有する状態で、入射角の関数としての
反射量の測定値を示すグラフである。
【図２１】 実験上の構造物における可動ボードを中央において物理的に２つに分割して、
この図に示したようにオフセットされているところの、２つの周期を有するマイ
クロ波格子の試験を示す図である。
【図２２ａおよび２２ｂ】 図２１に示した２つの周期を有するようにセットアップされた場合の、２枚の
ボードが２つの異なる相対方位を有する状態で、入射角の関数としての反射量の
測定値を示すグラフである。
【図２３】 一方のボードの他方のボードに対する運動または回転に伴って生じる位相不連
続性を示すグラフである。
【図２４】 一方のボードが均一のサイズ及び配置を有する伝導性のパッチを有し、他方の
ボードが均一のサイズであるが不均一な配置を有するところの２枚のボードを示
す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ， ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｂ Ｚ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＯ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ， ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，Ｉ Ｓ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ， ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，Ｐ Ｔ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ， ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 シーヴェンパイパー，ダニエル アメリカ合衆国，90064 カリフォルニア 州，ロス アンジェルス，11300 エクス ポジション ブールヴァード ＃215 (72)発明者 ハーヴェイ，ロビン，ジェイ． アメリカ合衆国，91320 カリフォルニア 州，ニューベリー パーク，ラ グランジ アヴェニュー 809 (72)発明者 タンゴナン，グレッグ アメリカ合衆国，93035 カリフォルニア 州，オックスナード，サンタ ロサ アヴ ェニュー 141 (72)発明者 ルー，ロバート，ワイ． アメリカ合衆国，91301 カリフォルニア 州，アゴーラ ヒルズ，オールド キャリ アッジ コート 29046 (72)発明者 シャッフナー，ジェイムズ，エイチ． アメリカ合衆国，91311 カリフォルニア 州，チャッツワース，9960 オーウェンズ マウス アヴェニュー ＃８， Ｆターム(参考） 5J020 AA03 BA06 CA02 DA03 DA04

Claims (39)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 無線周波数ビームを反射するための同調可能インピーダンス
    面であって、 （ａ）接地平面と、 （ｂ）前記接地平面から所定の距離だけ離れてアレイ内に配置された複数の素
    子であって、前記所定の距離が無線周波数ビームの波長より短いところの複数の
    素子と、 （ｃ）前記アレイ内の隣接素子のうちの少なくとも選択された素子間のキャパ
    シタンスを制御可能に変化させるためのコンデンサ装置と を備える同調可能インピーダンス面。
  2. 【請求項２】 前記コンデンサ装置が、第１の記述したアレイ内に配列され
    た素子に関連するディスクリート可変キャパシタンス素子のアレイを備える、請
    求項１に記載の同調可能インピーダンス面。
  3. 【請求項３】 前記コンデンサ装置が、隣接素子間に接続された複数の微小
    電気機械コンデンサを備える、請求項１に記載の同調可能インピーダンス面。
  4. 【請求項４】 前記コンデンサ装置が、隣接素子間に接続された複数のバリ
    アックを備える、請求項１に記載の同調可能インピーダンス面。
  5. 【請求項５】 前記素子のうちの約半分の素子が、前記接地平面、前記複数
    の素子及び前記コンデンサ装置を支持する基板内でバイアによって前記接地平面
    に直接的またはオーム抵抗的に接続されている、請求項１から４のいずれか一項
    に記載の同調可能インピーダンス面。
  6. 【請求項６】 前記接地平面に直接またはオーム抵抗的に接続されていない
    素子が、そこに制御電圧を印加するためのデータバスに接続されている、請求項
    ５に記載の同調可能インピーダンス面。
  7. 【請求項７】 前記データバスに接続されている前記素子が、前記接地平面
    に容量的に接続されており、もって、前記無線周波数ビームの１つまたは複数の
    周波数に対して効果的な短絡を発生させる、請求項６に記載の同調可能インピー
    ダンス面。
  8. 【請求項８】 前記素子のうちの半分未満の素子が、前記接地平面に直接的
    またはオーム抵抗的に接続されている、請求項１から４のいずれか一項に記載の
    同調可能インピーダンス面。
  9. 【請求項９】 前記素子のうちの半分を越える素子が、そこに制御電圧を印
    加するためのデータバスに接続されている、請求項８に記載の同調可能インピー
    ダンス面。
  10. 【請求項１０】 データバスに接続された前記素子が、前記接地平面に容量
    的に接続されており、前記無線周波数ビームの１つまたは複数の周波数に対して
    効果的な短絡を発生させる、請求項６から８のいずれか一項に記載の同調可能イ
    ンピーダンス面。
  11. 【請求項１１】 前記素子のうちのすべての素子が、そこに制御電圧を印加
    するためのデータバスに接続されている、請求項１０に記載の同調可能インピー
    ダンス面。
  12. 【請求項１２】 前記素子が、前記接地平面に容量的に接続されて、前記無
    線周波数ビームの１つまたは複数の周波数に対して効果的な短絡を発生させる、
    請求項１１に記載の同調可能インピーダンス面。
  13. 【請求項１３】 前記コンデンサ装置が、前記接地平面から第２の距離を有
    してアレイ内に配列された第２の複数の素子を備え、前記第２の複数の素子が前
    記第１の複数の素子に対して移動可能である、請求項１に記載の同調可能インピ
    ーダンス面。
  14. 【請求項１４】 前記第１の複数の素子および前記第２の複数の素子が、並
    列の平面アレイ内に配置された、請求項１３に記載の同調可能インピーダンス面
    。
  15. 【請求項１５】 前記第１の複数の素子および前記第２の複数の素子が、誘
    電層によって分離された、請求項１３または１４に記載の同調可能インピーダン
    ス面。
  16. 【請求項１６】 前記第１の複数の素子および前記第２の複数の素子が、前
    記誘電層に接する、請求項１５に記載の同調可能インピーダンス面。
  17. 【請求項１７】 前記第１の複数の素子が前記誘電層に対して固定され、そ
    して、前記第２の複数の素子が前記誘電層に対して移動可能である、請求項１５
    または１６に記載の同調可能インピーダンス面。
  18. 【請求項１８】 第１および第２の主要面をさらに有し、前記基板が、その
    前記第１の主要面上で前記接地平面を支持し、そして、その前記第２の主要面上
    で前記複数の素子を支持する、請求項１乃至１７のいずれか一項に記載の同調可
    能インピーダンス面。
  19. 【請求項１９】 前記コンデンサ装置が、前記複数の素子のインピーダンス
    を空間的に同調するように、調整可能である、請求項１乃至１８のいずれか一項
    に記載の同調可能インピーダンス面。
  20. 【請求項２０】 前記複数の素子が、それぞれ、前記無線周波数ビームの波
    長より短い外径を有する、請求項１乃至１９のいずれか一項に記載の同調可能イ
    ンピーダンス面。
  21. 【請求項２１】 前記コンデンサ装置が、すべての隣接素子間のキャパシタ
    ンスを制御可能に変化させる、請求項１乃至２０のいずれか一項に記載の同調可
    能インピーダンス面。
  22. 【請求項２２】 無線周波数信号を反射するため高インピーダンス面を同調
    する方法であって、 伝導性の背面と実質的に平行で、且つ、前記伝導性の背面から間隔を置いて配
    列されたアレイ内に、実質的に離隔された複数の伝導面を配置する工程と、 前記アレイ内の隣接する伝導面のうちの少なくとも選択した面間のキャパシタ
    ンスを変化させ、それによって、前記高インピーダンス面のインピーダンスを同
    調する工程と を含む方法。
  23. 【請求項２３】 前記アレイ内の隣接する伝導面間のキャパシタンスを変化
    させる工程が、隣接する伝導面のうちの少なくとも選択した面間に微小電気機械
    コンデンサを接続することを含む、請求項２２に記載の方法。
  24. 【請求項２４】 隣接する伝導面のうちの少なくとも選択した面間のキャパ
    シタンスを変化させる工程が、前記伝導面のうちの少なくとも選択した面に制御
    電圧を印加することを含む、請求項２２または２３に記載の方法。
  25. 【請求項２５】 伝導面の主要軸に沿ったそれぞれの伝導面のサイズが、前
    記無線周波数信号の波長より短く、好ましくは、前記無線周波数信号の波長の１
    ０分の１より短く、それぞれの伝導面の、背面からの間隔が、前記無線周波数信
    号の波長より短い、請求項２２から２４のいずれか一項に記載の方法。
  26. 【請求項２６】 前記高インピーダンス面を同調して、放物型反射位相関数
    が前記高インピーダンス面に加えられる、請求項２２から２５のいずれか一項に
    記載の方法。
  27. 【請求項２７】 前記放物型位相関数がその中で２πの不連続性を有する、
    請求項２６に記載の方法。
  28. 【請求項２８】 前記高インピーダンス面を同調して、線形反射位相関数が
    前記高インピーダンス面に加えられる、請求項２２から２５のいずれか一項に記
    載の方法。
  29. 【請求項２９】 前記線形位相関数がその中で２πの不連続性を有する、請
    求項２８に記載の方法。
  30. 【請求項３０】 前記伝導面が実質的に平面状であり、そして、前記アレイ
    が実質的に平面状である、請求項２２から２５のいずれか一項に記載の方法。
  31. 【請求項３１】 前記第１のアレイ内の隣接する伝導面のうちの少なくとも
    選択した面間のキャパシタンスを変換させる前記工程が、 前記伝導性の背面と実質的に平行に配置され、且つ、前記第１の実質的に離隔
    された複数の伝導面が前記伝導性の背面から間隔を置いた距離より大きい距離を
    もって、前記伝導性の背面から離された第２のアレイ内に、第２の実質的に離隔
    された複数の伝導面を配置する工程と、 前記第１の実質的に離隔された複数の伝導面に対して、前記第２の実質的に離
    隔された複数の伝導面を移動する工程と を含む、請求項２２に記載の方法。
  32. 【請求項３２】 前記第１の実質的に離隔された複数の伝導面に対して、前
    記第２の実質的に離隔された複数の伝導面を移動する工程が、前記アレイに対し
    て実質的に平行な平面内における回転運動を含む、請求項３１に記載の方法。
  33. 【請求項３３】 伝導面の主要軸に沿ったそれぞれの伝導面のサイズが、前
    記無線周波数信号の波長より短く、好ましくは、前記無線周波数信号の波長の１
    ０分の１より短く、そして、前記第１の複数の面のそれぞれの伝導面の、背面か
    らの間隔が、前記無線周波数信号の波長より短い、請求項３１または３２に記載
    の方法。
  34. 【請求項３４】 前記高インピーダンス面を同調して、線形反射位相関数が
    前記高インピーダンス面に加えられる、請求項３１から３３のいずれか一項に記
    載の方法。
  35. 【請求項３５】 前記線形位相関数がその中で２πの不連続性を有する、請
    求項３４に記載の方法。
  36. 【請求項３６】 前記伝導面が実質的に平面状であり、そして、前記アレイ
    が実質的に平面状である、請求項２２から３５のいずれか一項に記載の方法。
  37. 【請求項３７】 前記キャパシタンスが、すべての隣接素子間で変化する、
    請求項２２から３６のいずれか一項に記載の方法。
  38. 【請求項３８】 前記高インピーダンス面が、前記無線周波数信号を操縦し
    かつ／または焦点合わせをする、請求項２２から３７のいずれか一項に記載の方
    法。
  39. 【請求項３９】 無線周波数ビームを反射するための同調可能インピーダン
    ス面であって、 （ａ）前記無線周波数ビームの波長より短い厚さを有する誘電材料から形成さ
    れた第１の基板と、 （ｂ）前記第１の基板の第１の主要な面上に配列された伝導性の背面と、 （ｃ）前記第１の基板の第２の主要な面上のアレイ内に配列された第１の複数
    の素子であって、前記第１の複数の素子のそれぞれの素子が前記無線周波数ビー
    ムの波長より短い外形寸法を有するところの第１の複数の素子と、 （ｄ）前記無線周波数ビームの波長より短い厚さを有する誘電材料から形成さ
    れた第２の基板であって、前記第１の基板に対して対向する関係で配列されたと
    ころの第２の基板と、 （ｅ）前記第２の基板上のアレイ内に配列された第２の複数の素子であって、
    前記第２の複数の素子のそれぞれの素子が前記無線周波数ビームの波長より短い
    外形寸法を有するところの第２の複数の素子とを備え、 （ｆ）前記第２の基板が、前記同調可能インピーダンス面のインピーダンスを
    制御可能に変化させるために、前記第１の基板に対して横方向に移動可能である
    ことを特徴とする同調可能インピーダンス面。
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