JP2004530369A

JP2004530369A - アンテナアレイを制御する方法および装置

Info

Publication number: JP2004530369A
Application number: JP2002586439A
Authority: JP
Inventors: フス，フイ−ピン; フス，ツング−ユアン
Original assignee: HRL Laboratories LLC
Current assignee: HRL Laboratories LLC
Priority date: 2001-04-27
Filing date: 2002-03-29
Publication date: 2004-09-30
Also published as: US6417807B1; GB2391711A; GB2391711B; GB0323587D0; WO2002089251A1

Abstract

ＭＥＭＳスイッチを光学的に制御することによってアンテナアレイを再構成する方法および装置。ＭＥＭＳスイッチへの作動バイアス電圧の供給を制御する光感応性の個々の素子に光を向ける光源が設けられている。光源は、制御照明を導くが、小さな移相でアンテナ動作周波数範囲にわたって電磁放射を反射する高インピーダンスの電磁反射面を形成し、かつアンテナアレイの非常に近くに配置された構造によって、アンテナアレイから分離されることが好ましい。光感応性の素子は、ＭＥＭＳスイッチが形成された基板に形成されるのが最適である光抵抗素子を含むことが好ましく、光起電力素子を含んでいてもよい。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、遠隔的に再構成可能なアンテナに関し、特に、機械的スイッチを光学的に制御することによるアンテナの再構成に関する。具体的には、本発明では、再構成可能な広帯域反射アンテナ用の光学的に制御される無線周波数（ＲＦ）微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）スイッチアレイについて説明する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、Ｔ．Ｙ．Ｈｓｕ、Ｒ．Ｌｏｏ、Ｇ．Ｔａｎｇｏｎａｎ、およびＪ．Ｆ．Ｌａｎによって発明され、１９９９年１０月２８日に出願され米国特許出願第０９／４２９２３４号を有し、本願に引用して援用される、同一出願人による同時係属米国出願「ＯｐｔｉｃａｌｌｙＣｏｎｔｒｏｌｌｅｄＭＥＭＳｗｉｔｃｈｅｓ」に関連する。
【０００３】
再構成可能なアンテナシステムは、帯域幅が重要であり、アンテナ開口を様々な機能について連続的に再構成しなければならない衛星および空中通信ノード（ＡＣＮ）システムに適用されている。このようなアンテナシステムは、個々に再構成可能なアンテナ素子のアレイを備えている。各アンテナ素子は、ダイポール素子の有効長を変えることなどによって、アンテナ素子の無線周波数を修正するように個々に再構成することができる。個々の素子の無線周波数を変えることによって、アンテナは様々な周波数で動作することができ、かつその指向性を制御することができる。
【０００４】
ダイポールアンテナの共振長を変える１つの手段は、アンテナをその供給点の各側で長さ方向にセグメント化することである。次いで、互いに隣接するダイポールセグメントの連続する対を接続するかまたは切り離すことによってアンテナの共振長を変えることができる。互いに隣接するダイポールセグメントの対の接続は、各セグメントをスイッチに結合することによって行うことができる。次いで、スイッチを閉じることによって、互いに隣接するセグメントが連結される。
【０００５】
光伝導スイッチをアンテナアレイ内のアンテナ素子の一体部分として組み込んだ、再構成可能なアンテナの従来の構成が提案されている。「ＯｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｌｌｙＲｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅＭｏｎｏｐｏｌｅＡｎｔｅｎｎａ」、Ｊ．Ｌ．Ｆｒｅｅｍａｎ、Ｂ．Ｊ．Ｌａｍｂｅｒｔｙ、およびＧ．Ｓ．Ａｎｄｒｅｗｓ、ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ、第２８巻、第１６号、１９９２年７月３０日、１５０２〜１５０３頁を参照されたい。さらに、再構成可能なアンテナにおける光起電力によって作動するスイッチの使用可能性が追及されている。Ｃ．Ｋ．Ｓｕｎ、Ｒ．Ｎｇｕｙｅｎ、Ｃ．Ｔ．Ｃｈａｎｇ、およびＤ．Ｊ．Ａｌｂａｒｅｓ「Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ−ＦＥＴＦｏｒＯｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃＲＦ／ＭｉｃｒｏｗａｖｅＳｗｉｔｃｈｉｎｇ」ＩＥＥＥＴｒａｎｓ．ＯｎＭｉｃｒｏｗａｖｅＴｈｅｏｒｙＴｅｃｈ．、第４４巻、第１０号、１９９６年１０月、１７４７〜１７５０頁を参照されたい。しかし、このような構造に関する問題は、このような種類のスイッチを用いた超帯域システム（すなわち、約０〜４０ＧＨｚの動作周波数範囲を有するシステム）の性能が挿入損失および電気絶縁に関して悪影響を受けることである。
【０００６】
ＲＦＭＥＭＳ（微小電気機械）スイッチは、０〜４０ＧＨｚ周波数範囲にわたって動作することが証明されている。この種のスイッチの代表的な例は、Ｙａｏの米国特許第５５７８９７６号、Ｌａｒｓｏｎの米国特許第５１２１０８９号、およびＬｏｏ等の米国特許第６０４６６５９号に開示されている。ＲＦＭＥＭＳスイッチを用いた再構成可能なアンテナの従来の構成は、作動電圧を基板の縁部からＲＦＭＥＭＳスイッチバイアスパッドに印加する金属供給構造を組み込んでいた。作動電圧をスイッチに印加する金属供給構造を用いることに伴う問題は、アンテナアレイにおいて、スイッチの数が数千個に及ぶことがあり、各スイッチすべてにわたってルーティングされたバイアス線の複雑な回路網が必要になることである。このようなバイアス線は、アンテナ放射電磁界に結合され、アンテナアレイの放射パターンを劣化させる可能性がある。バイアス線が金属接地平面の後方に隠れているときでも、アンテナアレイ内の各素子が数十個のスイッチを収容しているため、導体を介した供給線と基板のフィードスルーを非常に慎重に構成しないかぎり、放射パターンおよび帯域幅の劣化が起こる恐れがある。この問題は、再構成可能な素子の数が増えるにつれて非常に深刻化する。
【０００７】
導電接地平面は一般に、電磁波が反射するときに１８０°の移相を引き起こす。実際的には、導電接地平面を少なくとも１波長の４分の１だけアンテナ素子から分離して、アンテナ素子で直接受信された電磁波と接地平面からの反射を介して受信された波との、アンテナ素子における破壊的な干渉を回避すべきである。したがって、各スイッチが導電接地平面よりも上に配置されている場合、スイッチ用のバイアス線は接地平面から上方に少なくとも１波長の４分の１だけ延びる。接地平面から上方にこの長さだけ延びるバイアス線は、上述の放射パターンおよび帯域幅の劣化を引き起こす可能性がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、制御線からの干渉を抑制する一方、アレイ内の選択可能なＲＦＭＥＭＳスイッチを制御してアンテナ素子を制御する手段が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、アンテナ素子を修正するＭＥＭスイッチのアレイを光学的に制御する機構を提供することによって上記の問題を解決する。
【００１０】
ＭＥＭスイッチは、アンテナ構造の互いに隣接する素子同士を選択的に接続するようにアンテナ基板上に取り付けられている。各スイッチは、好ましくはアクティブＬＥＤマトリックスまたはＬＣＤマトリックスによって光学的に制御される。制御は、光学制御回路を遮蔽し、好ましくはアンテナを助ける反射面を形成する、アンテナアレイに隣接する構造によって行われることが好ましい。この低電力電圧制御ＭＥＭスイッチには、反射面が使用される場合には反射面を通した直接接続によって作動バイアス電圧が供給され、または照明される一連の光（ＰＶ）電池によって供給される。各ＭＥＭスイッチの光学的制御は、バイアス源を分流してスイッチを停止させる光抵抗素子によって行われることが好ましい。
【００１１】
反射面は、好ましくはアンテナ動作周波数範囲の電磁波に対して高いインピーダンスを示し、したがって、ほとんどまたはまったく移相なしに（９０°未満、好ましくは０°に近い）電磁波を反射する。これによってアレイ・レフレクタ間隔距離が短くなり、この間隔によって課される帯域幅制約が軽減される。本発明の好ましい実施態様は、各導電パッドが、隣接するパッドに対する調節されるキャパシタンスを有し、かつビアの中心から基板の反対側の共通の平面まで接続する調節されるインダクタンスを含むビアを有する、導電パッドのマトリックスとして多層プリント基板上に作られた高インピーダンス反射面を含んでいる。反射面を貫通するインダクタンス調節ビアまたはその他のビアは、アクティブマトリックス光学パネルから光電素子まで光を透過させてＭＥＭスイッチを制御することができ、また、スイッチ用のバイアス電圧を導くことができる。アンテナアレイ素子は、回路基板の高インピーダンス面の前面より上方に、かつ高インピーダンス反射面の前面から４分の１波長よりずっと短い距離で配置された基板上に配置することが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
アンテナ素子よりも下に位置する導電反射面を備える接地平面は、たいていの無線周波数アンテナに共通する特徴である。接地平面は、放射の大部分を、アンテナ素子が位置する一半球に向ける有用な機能を実行するのに用いることができる。上述のように、接地平面は、アンテナ性能を劣化させないように、アンテナ制御機能をアンテナ素子自体から電気的に絶縁するのに用いることもできる。本発明の反射面は導電性であるが、そのため、反射面とアンテナアレイとの間の間隔に、波長に依存する制限的な制約が課される。導電反射面ではなく、非導電反射面を使用することが好ましい。
【００１３】
当技術分野では、移相が零に近い電磁波を反射し、本発明の好ましい実施形態に関連する反射面が知られている。特に、このような「高インピーダンス」面は、ＹａｂｌｏｎｏｖｉｔｃｈおよびＳｉｅｖｅｎｐｉｐｅｒによる国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ９９／０６８８４号の公開ＷＯ９９５０９２９号に記載されているようにプリント回路基板上に形成することができる。ＹａｂｌｏｎｏｖｉｔｃｈおよびＳｉｅｖｅｎｐｉｐｅｒは、各素子が、隣接する素子に容量結合され、かつ共通に誘導結合された共振回路を備え、各素子が露出された表面を有する、個別の導電素子のアレイを開示している。各導電素子は、アンテナ素子を、反射面の、１波長の４分の１よりもずっと小さい領域内に配置するのを可能にする反射面として集合的に働く。反射面とアンテナ素子との間の距離が短くなるため、各アンテナ素子を接続するかまたは切り離すのに用いられるアンテナ素子またはスイッチ素子に対して行わなければならない接続の長さが短くなる。
【００１４】
高周波数の場合、電磁波の波長は短く、たとえば、３０ＧＨｚでは波長は約１ｃｍである。上述のように、この周波数で動作するアンテナ素子用の導電反射面は、各素子よりも１波長の４分の１、すなわち２．５ｍｍだけ下に配置すべきである。この間隔は、結果として得られるアンテナアレイの全体的な高さを高くし、また、アンテナ制御線が１波長の４分の１程度の長さを有するため、アンテナ制御線がアンテナの性能に干渉する可能性を高くする。３０ＧＨｚで高インピーダンス面を用いた場合、アンテナ素子から高インピーダンス反射面までの間隔は好ましくは２．５ｍｍよりもかなり小さく、理想的には２５０μｍ以下である。基本的に、アンテナ素子は反射面上に位置し、したがって、反射面よりも上に位置する制御線の長さはほぼ無視することができる。
【００１５】
図１は、本発明の実施形態による再構成可能なアンテナアレイ１００を示している。再構成可能なアンテナアレイ１００は、アンテナ基板１１０の表面上に形成された複数の再構成可能なダイポールアンテナ素子２００と、アンテナ基板１１０よりも下に配置された光透過構造層１２０と、光源層１３０とを備えている。光透過構造層１２０は、高インピーダンスの電磁的な反射構造を備えることが好ましい。高インピーダンスの電磁的な反射構造は、ＷＯ９９５０９２９号に開示されており上記で簡単に論じた種類の構造であってもよい。
【００１６】
アンテナ素子２００の再構成は、各素子２００の個々のセグメントを結合する、アンテナ基板１１０上のＲＦＭＥＭＳスイッチ（図１には示さず）によって行われる。アンテナ素子２００およびＲＦＭＥＭＳスイッチは、アンテナ素子２００を光透過構造層１２０に密に位置させるのを可能にし、各スイッチを光源層１３０内の光源から与えられる光エネルギーによって照明するのを可能にするように、アンテナ基板１１０の下側に形成されている。図１には２つの代表的なアンテナ素子２００しか示されていないが、特定の用途で実際に用いられる素子の数がその用途の特定の要件に依存することが理解されよう。多くの用途は、数百個、場合によっては数千個のアンテナ素子を有する大きなアンテナアレイを必要とする。さらに、スロットアンテナ素子やパッチアンテナのアレイのような、ダイポール素子以外のアンテナ素子を備えるアンテナ構成が、本発明の他の実施形態によって提供される。
【００１７】
図２は、アンテナアレイ１００の代表的な再構成可能なダイポールアンテナ素子２００を詳しく示している。アンテナ素子２００は、ツインアンテナ供給構造２０５と、基板１１０（図２には示さず）上に形成され供給構造２０５の各側に延びている一連の互いに隣接する金属ストリップセグメント２４０を備える放射構造と、互いに隣接する金属ストリップセグメント２４０の連続する各対を電気的に接続するＲＦＭＥＭＳスイッチ３００とを備えている。隙間２１８によって、互いに隣接する各金属ストリップセグメント４２０が分離されている。互いに隣接する金属ストリップセグメント４２０間の隙間２１８は、以下に説明するようにＲＦＭＥＭＳスイッチ３００によって電気的に橋絡されている。
【００１８】
図３は、本発明に組み込むことのできるＲＦＭＥＭＳスイッチの一形態を示している。適用可能なＲＦＭＥＭＳスイッチの実施形態は、引用によって本明細書に組み込まれる係属米国特許出願第０９／４２９２３４号に詳しく記載されている。全般的に３００で指定されたＲＦＭＥＭＳスイッチは、マスキング、エッチング、蒸着、リフトオフのような一般に知られている微細製造技術を用いて製造される。好ましい実施形態では、ＲＦＭＥＭＳスイッチ３００は、アンテナ基板１１０上に直接形成され、金属セグメント２４０とモノリシックに一体化される。あるいは、各ＲＦＭＥＭＳスイッチ３００を離散的に形成し、次いでアンテナ基板１１０に結合することができる。図２を再び参照すると、１つのＲＦＭＥＭＳスイッチ３００は、基板１１０上に形成された互いに隣接する金属セグメント２４０の各対間の隙間２１８の近くに位置している。
【００１９】
図３に示されているように、スイッチ３００は基板静電プレート３２０および作動部３２６を備えている。（通常グラウンドに接続される）基板静電プレート３２０はＭＥＭＳ基板３１０上に形成されている。基板静電プレート３２０は一般に、ＭＥＭＳ基板３１０上に蒸着された、たとえば金のような容易に酸化されない金属のパッチを備えている。スイッチ３００を作動させると、以下に説明するように、隣接する金属セグメント２４０が電気的に切り離されたり接続されたりして隙間２１８を開閉する。ＭＥＭＳ基板３１０は、光伝導特性を有する半絶縁材料を含むことが好ましい。
【００２０】
スイッチ３００の作動部３２６は、ＭＥＭＳ基板３１０に取り付けられたカンチレバーアンカー３２８と、カンチレバーアンカー３２８から延びているアクチュエータアーム３３０とを備えている。アクチュエータアーム３３０は、一端がカンチレバーアンカー３２８に取り付けられ、基板静電プレート３２０の上方および電気接点３４０、３４１の上方を延びている懸垂されたマイクロビームを形成している。カンチレバーアーム３２８は、たとえば蒸着や周囲の材料のエッチングによってＭＥＭＳ基板３１０上に直接形成することができる。あるいは、カンチレバーアーム３２８をアクチュエータアーム３３０と共に、離散した構成要素として形成し、次いでＭＥＭＳ基板３１０に取り付けることができる。アクチュエータアーム３３０は、二層カンチレバー（またはバイモルフ）構造を有してよい。バイモルフ構造は、その機械的特性のために、変位と作動電圧との比が非常に高い。すなわち、バイモルフカンチレバーでは、比較的低い切換え電圧（約２０Ｖ）に応答して比較的大きな変位（約３００マイクロメートル）を引き起こすことができる。
【００２１】
アクチュエータアーム構造の第１の層３３６は、多結晶シリコンなどの半絶縁材料または絶縁材料を含んでいる。アクチュエータアームの第２の層３３２は、第１の層３３６上に蒸着された金属膜（通常アルミニウムまたは金）を備えている。第２の層３３２は通常、スイッチの動作中に静電プレートとして働く。説明の残りの部分では、「第１の層」および「静電プレート」という語を相互交換可能に使用する。図３に示されているように、第２の層は、カンチレバーアンカー３２８に結合され、カンチレバーアンカー３２８からアクチュエータアーム３３０上の、電気接点３３４が形成された位置の方へ延びている。ＭＥＭＳ基板３１０からのカンチレバーアーム３２８の高さは、既知の製造方法を用いて厳密に調節することができるので、第２の層３３２をカンチレバーアンカー３２８の近くに位置させると、それに対応して、ＭＥＭＳ基板３１０より上方の第２の層３３２の高さを厳密に調節することができる。
【００２２】
スイッチ作動電圧は、基板静電プレート３２０とアーム静電プレート３３２との間の距離に依存し、したがって、所望の作動電圧を繰り返し実現するには静電プレート同士の間の間隔を厳密に調節する必要がある。さらに、第２の層３３２の少なくとも、アーム静電プレートを備える部分と、アクチュエータアーム３３０の対応する、第２の層３３２が形成された部分とは、静電作動可能な構造を形成するように基板静電プレート３２０よりも上に位置している。電気接点３３４は、たとえば金や白金や金パラジウムのような容易に酸化しない金属を含み、アクチュエータアーム３３０上に形成され、かつ電気接点３３４は、ＭＥＭＳ基板３１０上に配置された電気接点３４０、３４１と向かい合うようにアーム上に位置している。電気接点３４０、３４１は、隣接する金属セグメント２４０が、スイッチ３００が閉じられたときには電気的に接続され、スイッチ３００が開かれたときには電気的に絶縁されるように、隣接する金属セグメント２４０に電気的に結合されている。
【００２３】
図４は、図３に示されているＲＦＭＥＭＳスイッチの平面図であり、スイッチの動作も概略的に示している。電圧源Ｖ_ａｐｐはＲＦＭＥＭＳスイッチ３００に結合されている。電圧源Ｖａｐｐは、基板プレート接点３２１およびアームプレート接点３３３に結合されている。アームプレート接点３３３は、抵抗値Ｒ_ｓｅを有する基板上に配置された抵抗経路３６０を通して静電アームプレート３３２に接続されている。抵抗経路３６０は、６ミクロンの線幅を有するスパッタリングされたＣｒＳｉＯを含んでよく、電流をアームプレート接点３３３から好ましくは約１メグオームの適切な抵抗を通して静電アームプレート３３２まで導く。基板プレート接点３２１は基板静電プレート２０に電気的に接続されている。スイッチ接点３２１、３３３の両端間に電圧Ｖ_ａｐｐが印加され、それに対応して基板静電プレート３２０およびアーム静電プレート３３２の両端間に電圧Ｖ_ａｐｐが印加されると、ＲＦＭＥＭＳスイッチ３００は、ＭＥＭＳ基板３１０上に位置する基板静電プレート３２０とアクチュエータアーム３３０上に位置するアーム静電プレート３３２との間のこの静電引力によって閉じられる。
【００２４】
スイッチ３００が開状態になると、ダイポールアンテナ素子２００を構成する互いに隣接する金属セグメント２４０は互いに電気的に絶縁される。静電プレート３２０および３３２の両端間に電圧Ｖ_ａｐｐが印加されると、アーム静電プレート３３２が静電気によって基板静電プレート３２０の方へ引かれ、アクチュエータアーム３３０をＭＥＭＳ基板３１０の方へ変位させる。アクチュエータアーム３３０が図３の矢印３１１に示されている方向に基板静電プレート３２０の方へ変位すると、電気接点３３４が電気接点３４０、３４１に接触し、それによって金属セグメント２４０同士の間の隙間２１８が電気的に橋絡される。ＲＦＭＥＭＳスイッチ３００を閉じるのに必要な電圧は、静電プレート３２０、３３２のサイズおよびアーム３３０を製造するのに用いられる材料に応じて７Ｖほどの低い電圧であっても、それよりも低い電圧であってもよい。
【００２５】
基板静電プレート３２０およびアーム静電プレート３３２はアンテナ素子２００を構成する金属セグメント２４０から絶縁され、静電プレート３２０、３３２は、スイッチ３００が閉じられたときにのみ電気的に絶縁される。したがって、プレート３２０、３３２間に電圧差を印加したときにのみスイッチ３００が作動し、定常バイアス電流がなくてもスイッチ３００は動作することができる。さらに、印加電圧から定常ＤＣ電流が流れることがない（静電プレートの両端間に電界を蓄積する遷移電流のみ）ので、低電流電圧源は必要とされない。
【００２６】
次に、ダイポールアンテナ素子２００を再構成するためにＲＦＭＥＭＳスイッチ３００を開くことについて説明する。ＲＦＭＥＭＳスイッチ３００に作動電圧Ｖ_ａｐｐが印加されると、基板静電プレート３２０およびアーム静電プレート３３２の両端間に現れる電圧Ｖ_ＳＡは、以下の関係によって与えられる。
【００２７】
Ｖ_ＳＡ＝Ｖ_ａｐｐＲ_ｓｔ／Ｒ_ｓｔ＋Ｒ_ｓｅ）
上式で、Ｒ_Ｓｔは、基板静電プレート３２０とアーム静電プレート３３２との間の半絶縁基板１１０の抵抗（図４に示されている抵抗器３７０として表される）であり、Ｒ_ｓｅは、抵抗経路３６０である。ＲＦＭＥＭＳスイッチ３００が照明されていないとき、Ｒ_ｓｔは直列抵抗Ｒ_ｓｅよりもずっと大きく、したがって、印加電圧Ｖ_ａｐｐによって生成される電圧のほぼ全体がＲＦＭＥＭＳスイッチ静電プレート３２０、３３２の両端間に現れる。
【００２８】
しかし、半絶縁基板は、ヒ化ガリウムや多結晶シリコンなどの基板を含み、光伝導性を有している。したがって、光エネルギーｈ^ｖが、半絶縁ＭＥＭＳ基板３１０の、ＲＦＭＥＭＳスイッチ基板静電プレート３２０をＲＦＭＥＭＳスイッチアーム静電プレート３３２から絶縁する部分を照明すると、光エネルギーｈ^ｖがＭＥＭＳ基板３１０に伝達され、基板の構成原子の外側価電子のある割合がその原子結合から解放され、したがって、自由キャリアを形成する。このような自由電子は、電流を保持することができる。したがって、ＲＦＭＥＭＳスイッチ３００が照明されると、光伝導プロセスによってＲ_ｓｔが小さくなり、Ｒ_ｓｅよりもずっと小さくなる。したがって、各静電プレートの両端間の電圧降下はＲＦＭＥＭＳスイッチ３００を閉じるのに必要なレベルよりも低くなり、スイッチ３００が開き、互いに隣接する金属セグメント２４０同士の間の接続を妨害し、ダイポールアンテナ素子２００の共振長を変える。
【００２９】
図５は、３つの金属セグメント２４０を電気的に結合するように配置された２つのＲＦＭＥＭＳスイッチ３００の下から見た図である。各スイッチ３００は、上記で説明したように、セグメント２４０同士の間の隙間を電気的に橋絡する。図５では、電気接点３４０、３４１は、金属接点２４５によって金属セグメント２４０に電気的に接続されるように示されている。金属接点２４５は、はんだ接続、蒸着された金属、または当技術分野で知られている他の伝記的接続手段を含んでよい。微小製造技術を用いてＲＦＭＥＭＳスイッチ３００の電気接点３４０、３４１と金属セグメント２４０を一体的に製造し、したがって、ＲＦＭＥＭＳスイッチ電気接点３４０、３４１と金属セグメント２４０との間の個別の電気接点２４５を不要にすることができることに留意されたい。図５は、ＲＦＭＥＭＳスイッチ３００を作動させるバイアス電圧を供給するのに用いられるバイアス線５８０、５９０も示している。図５では、バイアス線５８０、５９０は、図を明確にするためにのみ、ＲＦＭＥＭＳスイッチ３００の側面に配置されるように示されている。バイアス線５８０、５８０は、ＲＦＭＥＭＳスイッチ３００との接続を短くするようにＲＦＭＥＭＳスイッチ３００の真下に配置することが好ましい。後述のように、バイアス線５８０、５９０の大部分は、バイアス線５８０、５９０とアンテナ素子２００との間のＲＦ結合効果を最低限に抑えるように遮蔽接地プレートよりも下に配置することが好ましい。図５は、ＲＦＭＥＭＳスイッチ３００に一対のバイアス線を示しており、この場合、単一の電圧源を用いてアレイ内のすべてのＲＦＭＥＭＳスイッチ３００を作動させることができる。本発明の他の実施形態はそれぞれ、アンテナアレイ内の各ＲＦＭＥＭＳスイッチ３００に接続された個々に制御可能なバイアス線を有してよい。
【００３０】
図６は、本発明の好ましい実施形態の様々な層の断面図である。図６は、アンテナ基板１１０の底面側に配置された金属セグメント２４０およびＲＦＭＥＭＳスイッチ３００を示している。アンテナ基板１１０は、電磁エネルギーと金属セグメント２４０との結合に与える影響が最低限である材料を含むことが好ましい。アンテナ基板１１０は、半絶縁材料または誘電材料を含んでよく、通常プリント回路基板（ＰＣＢ）を構成するのに用いられる材料で製造することができる。あるいは、ＲＦＭＥＭＳスイッチ３００は、アンテナ基板１１０とＭＥＭＳ基板３１０が同じ材料を含むように、前述のようにアンテナ基板１１０と一体化することができる。
【００３１】
アンテナ基板１１０よりも下に光透過構造層１２０が位置している。光透過構造層１２０が高インピーダンスの電磁的な反射面を備えている場合、光透過構造層１２０は反射時の電磁波の移相を最低限に抑え、それによって、金属セグメント２４０と高インピーダンス表面層１２０との間の、距離Ｄを有する隙間を最小限に抑えることができる。上述のように、高インピーダンス電磁反射面は、隙間距離Ｄをアンテナの最低動作周波数の４分の１波長よりずっと小さくすることを可能にする。しかし、金属セグメント２４０は高インピーダンス電磁反射面に接触してはならない。なぜなら、接触すると実際上すべてのセグメント２４０が短絡するからである。隙間は単なるエアギャップであってよく、アンテナ基板１１０は、高インピーダンス面の表面上に分散された非導電構造によって高インピーダンス面よりも上に支持される。あるいは、隙間は、アンテナ基板を支持するように製造され、かつ金属セグメント２４０を高インピーダンス電磁反射面から電気的に絶縁しつつ、ＲＦＭＥＭＳスイッチを開閉するための空間をもたらす、多結晶層またはプラスチック層などの誘電薄膜材料層を含んでよい。
【００３２】
光透過構造層１２０は、バイアス線５８０、５９０の、光透過構造層１２０の表面よりも上に突き出る長さを最小限に抑えつつ、バイアス電圧をバイアス線５８０、５９０によって各ＲＦＭＥＭＳスイッチ３００に印加するのを可能にするバイアス線ビアホール１２６、１２８を含んでよい。図６は、光透過構造層１２０の下部に水平方向に配置され、光透過構造層１２０を通して垂直方向にＲＦＭＥＭＳスイッチ３００に接続するバイアス線５８０、５９０を示している。本発明の他の実施形態では、バイアス線５８０、５９０を光源層１３０に配置することができ、また、光透過構造層１２０または光源層１３０よりも下に位置し、ビアホール１２６、１２８を通して垂直方向にＲＦＭＥＭＳスイッチ３００に接続するバイアス線層（図６には示さず）内に、バイアス線５８０、５９０を別々に配置することもできる。バイアス線５８０、５９０は接地平面によって金属セグメント２４０から遮蔽されることが好ましい。前述のように、高インピーダンス電磁反射面は、接地平面として働き、したがって、バイアス線５８０、５９０を金属セグメント２４０から遮蔽するのに用いることができる。
【００３３】
バイアス線ビアホール１２６、１２８は、必要な穴を有する層１２０を製造するか、光透過構造層１２０を掘削するか、または当技術分野で知られている任意の他の手段を用いて光透過構造層１２０を貫通する穴を形成することによって設けることができる。光透過構造層１２０が導電部を備えている場合、絶縁材料をバイアス線ビアホール１２６、１２８内で用いるかまたはビアホール１２６、１２８自体の一部として用いて、バイアス線５８０、５９０を光透過構造層１２０から電気的に絶縁することができる。
【００３４】
光源層１３０は、上述のようにＲＦＭＥＭＳスイッチを開くのに用いられる光エネルギー源１３５を照明する複数の基板を備えている。光エネルギーは、光透過構造層１２０（および光源とＲＦＭＥＭＳスイッチとの間の任意の他の層）内に含まれる光学ビアホール１２５によってＲＦＭＥＭＳスイッチに結合される。図６では、バイアス線５８０、５９０が光学ビアホール１２５の後方に配置されるように示されていることに留意されたい。光学ビアホール１２５に対するバイアス線５８０、５９０の他の位置を使用してもよい。上述のように、光エネルギー源によって半絶縁基板３１０を照明するとＲＦＭＥＭＳスイッチ３００が開き、したがって、アンテナ基板１１０上に配置された金属セグメント２４０のセグメント間結合を制御することができる。光源層１３０は、市販のアクティブマトリックスＬＥＤパネルまたはＬＣＤパネルによって実現されるようなアクティブマトリックス光源を備えてよい。光学ビアホール１２５は、必要な穴を有する光透過構造層１２０を製造するか、光透過構造層１２０を掘削するか、または当技術分野で知られている任意の他の手段を用いて光透過構造層１２０を貫通する穴を形成することによって設けることができる。各光学ビアホール１２５を単に、光透過構造層１２０に開口部を備えるものとしても、光学レンズ、光ファイバのようなチューブまたはその他の集光手段を用いて、個々の各光源１３５に対応するＲＦＭＥＭＳスイッチ３００に光を向けるかまたは集光してもよい。
【００３５】
動作時に、バイアス線５８０、５９０はアンテナ内のあらゆるＲＦＭＥＭＳスイッチ３００にバイアス電圧を供給することが好ましい。このバイアス電圧を印加すると、あらゆるＲＦＭＥＭＳスイッチ３００が最初は閉状態になる。次いで、光源層１３０内の各光エネルギー源１３５が、対応する各ＲＦＭＥＭＳスイッチ３００に光エネルギーを選択的に供給するように個々に制御される。光エネルギーは、光学ビアホール１２５を通して伝達され、対応するＲＦＭＥＭＳスイッチ３００に上に向けられる。光エネルギーがＭＥＭＳ基板２４０上に伝達されると、スイッチが開き、したがって、スイッチ３００によって結合される金属セグメント２４０が効果的に再構成される。ノートブックコンピュータに用いられるアクティブマトリックスＬＥＤパネル、液晶表示（ＬＣＤ）パネルのような、ランダムアクセス明るさ調節機能を備える市販の光学光マトリックス製品は、ＲＦＭＥＭＳスイッチ３００のアレイを制御する制御可能なマトリックス化光源として働くことができる。
【００３６】
本発明の他の実施形態は、ＤＣバイアス線を不要にすることができ、その代わりに、ＲＦＭＥＭＳスイッチを閉じるのに必要な電圧を、光電池を用いて供給する。図７は、金属セグメント２４０に結合されたＲＦＭＥＭＳスイッチ７００を示しており、この場合、ＲＦＭＥＭＳスイッチ７００は、光電池７５０がアームプレート接点３３３に結合されており、かつ前述のバイアス線ではなく基板プレート接点３２１を用いてバイアス電圧が供給されることを除いて、前述のＲＦＭＥＭＳスイッチと同じ素子を備えている。当技術分野で知られているように、光電池は、光エネルギーによって照明されたときに電圧を生成する。したがって、図７に示されているように、光電池７５０は、バイアス線の代わりに、ＲＦＭＥＭＳスイッチ７００を閉じるのに必要な作動電圧を供給するように働くことができる。光電池７５０が照明されると、スイッチ７００のアーム静電プレート３３２と基板静電プレートとの間に静電引力を生じさせるバイアス電圧が生成され、それによってスイッチ７００が閉じる。スイッチ基板が照明されると、さらにアーム静電プレートと基板静電プレートとの間の抵抗が弱くなり、スイッチが開く。
【００３７】
図８は、図７に示されている実施形態の様々な層の断面図である。アンテナ基板１１０および光透過構造層１２０は、前述と同じ構造および材料を含んでよい。上述のように、この実施形態はＤＣバイアス線を必要とせず、したがって、ＤＣバイアス線ビアは必要とされない。その代わり、光エネルギーを光電池光源１３７から、アンテナ基板１１０上に位置する光電池７５０に結合する第２の光学ビアホール１２７が設けられている。光源層１３０は、上述のＬＥＤパネルやＬＣＤパネルのような、当技術分野でよく知られている装置を用いて基板照明光源１２５および光電池光源１３７を実現することができ、または第２の層（図８には示さず）を用いて光電池光源１３７用の個別の光源を実現することができる。個々に制御可能な光電池光源１３７を使用することができるが、基板照明光源１２５が各ＲＦＭＥＭＳスイッチ３００の開閉を制御することができるので、このような光電池光源１３７を使用する必要はない。
【００３８】
本発明の他の実施形態は、スロットアンテナ素子を備えるアンテナアレイを再構成することができる。図９は、各ＲＦＭＥＭＳスイッチ３００が内部に配置された複数のスロットアンテナ素子９２０を備えたアンテナアレイ９００を示している。図９には、平行構成として配向したいくつかのスロットアンテナ素子９２０しか示されていないが、スロットアンテナアレイに用いられるスロットアンテナ素子の数およびスロット素子の配向がアンテナアレイの特定の要件に依存することを理解されたい。多くのスロットアンテナアレイは数百個または数千個の個々のスロットアンテナ素子を備えてよい。
【００３９】
図９では、各スロットアンテナ素子９２０は、接地平面層９１０内に作られスロットを備えている。本発明の前述の実施形態と同様に、アンテナ基板層１１０はスロットアンテナ素子９２０よりも上に配置されている。各ＲＦＭＥＭＳスイッチ３００は、アンテナ基板１１０の一体部分として形成しても、基板１１０上に互いに離散した構成要素として配置してもよい。光透過構造層１２０は、スロットアンテナ素子９２０用の反射面を形成し、スロットアンテナ素子９２０およびＲＦＭＥＭＳスイッチ３００とのＲＦ接続部および電気接続部を遮蔽するように接地平面層９１０よりも下に配置されている。各ＲＦＭＥＭＳスイッチは、前述のように光源層１３０内の各光源から照明される。
【００４０】
図１０は、接地平面層９１０の、４つのＲＦＭＥＭＳスイッチ３００が２つのスロットアンテナ素子９２０を再構成するように配置された部分の図である。各ＲＦＭＥＭＳスイッチ３００は、ＲＦスロットアンテナ素子９２０の一方の側をこのスロット素子９２０の他方の側に電気的に接続し、効果的に短絡し、したがって、その点で素子９２０を短くする。金属接点２４５を用いて各ＲＦＭＥＭＳスイッチ３００の電気接点３４０、３４１をスロットアンテナ素子９２０の反対側、または接地平面層９１０に接続してもよく、電気接点３４０、３４１を接地平面層９１０と一体化できるように各ＲＦＭＥＭＳスイッチ３００を形成してもよい。バイアス線５８０、５９０は、各ＲＦＭＥＭＳスイッチを作動させるのに用いられるバイアス電圧を供給するのに用いられる。バイアス線５８０、５９０は、接地平面層９１０の真下に接地平面層９１０から電気的に絶縁して配置することも、本発明の他の実施形態に関してすでに説明したように配置することもできる。本発明の他の実施形態は、前述のように光電池に向けられた光エネルギーを用いることによって、各スロットアンテナ素子９２０内のＲＦＭＥＭＳスイッチ３００を作動させる。
【００４１】
したがって、読者には、本発明によれば、アンテナ素子の近くに位置する金属バイアス線の複雑な回路網の必要なしに、再構成可能なアンテナにおけるスイッチを確実に作動させることができることが理解されよう。
【００４２】
本発明によってより小さなアンテナサブアレイ同士を組み合わせることによってより大きなアンテナアレイを形成することができる。これらのより小さなサブアレイは、上述のアンテナ基板１１０、光透過構造層１２０、および光源層１３０を有するモジュールを備えている。さらに、各モジュールを接続し組み立てて、高インピーダンスバックプレーンを有するより大きなアレイを形成することができる。結果として得られるより大きなアレイを、モジュール同士の間のＭＥＭＳスイッチまたはハード配線スイッチ接続を用いることによって大雑把に再構成することができ、かつ所望の動作周波数帯域について各アンテナ素子の最終寸法を変えるように個々のモジュールを制御することができる。個別のモジュールまたは複数のモジュールを用いてカセグレン式反射アンテナのような既知の反射アンテナトポロジを製造することができる。
【００４３】
図１１Ａは、カセグレン式アンテナ１１００を形成する複数のアンテナサブアレイ１１３０の組合せを示している。カセグレン式アンテナ１１００は、複数のアンテナサブアレイ１１３０がアンテナの一次リフレクタを形成するように配置された湾曲したバックプレート１１５０を備えている。二次リフレクタ１１１０は、無線周波数エネルギーを供給ホーン１１２０に向け、かつ供給ホーン１１２０からの無線周波数エネルギーを受け入れるようにアンテナサブアレイの前方に位置している。湾曲したバックプレート１１５０が、前述のアンテナ基板１１０、光透過構造層１２０、および光源層１３０を備えても、湾曲したバックプレート１１５０が単に、これらの層の構造的な基礎を形成してもよい。カセグレン式アンテナ１１００は、平坦なバックプレートまたはバックプレート用のその他の形状を用いてもよく、その場合、バックプレート上のアンテナ素子からの放射を二次リフレクタ１１１０に向け、かつ二次リフレクタ１１１０からの放射を受け入れるのに追加の素子が用いられる。
【００４４】
図１１Ａに示されているカセグレン式アンテナのアンテナサブアレイ１１３０は、図１１Ｂに示されているように、各ＲＦＭＥＭＳスイッチ３００によって相互接続された９つのパッチアンテナ素子１１６０のマトリックスを備えている。パッチアンテナ素子１１６０のこの構成は、説明のためのみに与えられている。アンテナサブアレイ１１３０は、複数の構成においてＲＦＭＥＭＳスイッチによって相互接続される任意の数のアンテナ素子を備えてよい。アンテナ素子はダイポールアンテナ素子であっても、スロットアンテナ素子であっても、当技術分野で知られているその他のアンテナ素子であってもよい。
【００４５】
本発明についてその特定の実施形態に関して説明したが、当業者によって、本発明の範囲から逸脱せずに様々な変更および修正を実施することができる。たとえば、本明細書に記載されていない再構成可能なアンテナサブアレイおよびアンテナアレイの他の構成を、本発明の他の実施形態によって実現することができる。したがって、本発明は添付の特許請求の範囲内のこのような変更および修正を包含するものである。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】再構成可能なアンテナアレイと、光透過構造層と、光源層とを組み込んだアンテナ基板を示す本発明の実施形態の斜視図である。
【図２】代表的な再構成可能なダイポールアンテナ素子を示す図である。
【図３】本発明で用いられる代表的なＲＦＭＥＭＳスイッチの断面図である。
【図４】スイッチを制御する素子を概略的に表す、図３に示されているＲＦＭＥＭＳスイッチの平面図である。
【図５】複数のアンテナセグメントとＲＦＭＥＭＳスイッチの結合を示す図である。
【図６】ＲＦＭＥＭＳスイッチに接続するのに用いられるビアを示す、アンテナ基板、光透過構造層、および光源層の断面図である。
【図７】バイアス電圧を供給する光電池を有するＲＦＭＥＭＳスイッチを有する複数のアンテナセグメントの結合を示す図である。
【図８】図７に示されているＲＦＭＥＭＳスイッチを制御するのに用いられる光学機器を示す、アンテナ基板、光透過構造層、および光源層の断面図である。
【図９】スロットアンテナ素子を用いる本発明の実施形態の斜視図である。
【図１０】スロットアンテナ素子を再構成するのにＲＦＭＥＭＳスイッチが用いられるスロットアンテナ素子を有する接地平面の一部を示す図である。
【図１１Ａ】本発明による再構成可能なアンテナサブアレイのアレイを用いるカセグレン式アンテナを示す図である。
【図１１Ｂ】図１１Ａに示されたカセグレン式アンテナで使用される代表的なアンテナサブアレイの拡大図である。

Claims

アンテナアレイ素子の副素子同士を接続する電気的に作動する複数の機械的スイッチを設けるステップと、
前記複数の機械的スイッチのうちの少なくとも１つの対応するスイッチの作動を制御する少なくとも１つの光感応性の電気制御素子を設けるステップと、
光透過構造の第１の側から前記光透過構造の第２の側へ光を透過させる領域を有する前記光透過構造を設けるステップと、
前記光透過構造の前記第１の側の所定の位置に前記アンテナアレイ素子を配置するステップと、
前記光透過構造の前記第２の側に、選択的に制御可能な光エネルギーの供給源を配置するステップと、
前記光透過構造の透過領域を通して光感応性の特定の制御素子を照明し、それによって対応するスイッチの位置を変更して前記アンテナアレイ素子の構成を変えるように前記光エネルギーを選択的に調節するステップと、
を含む方法。
前記方法は、前記アンテナアレイ素子の電磁構成を光学的に制御する方法を含む、請求項１に記載の方法。
アンテナ副素子のアレイと、
各アンテナ副素子を選択的に接続する複数の微小電気機械（ＭＥＭＳ）スイッチと、
各々が対応するＭＥＭＳスイッチを制御する光感応性の複数の素子と、
光感応性の各素子を選択的に照明する光パワー調節素子のマトリックスと、
光透過構造と、
を備え
前記光パワー調節素子のマトリックスは、光パワーを前記光透過層の透過領域にその第１の側から入射するような方向に向け、前記光感応性の複数の素子は、前記光透過層の第２の側に位置している装置。
前記装置は、再構成可能なアンテナアレイである、請求項３に記載のアンテナアレイ。
前記複数のＭＥＭＳスイッチは、互いに隣接するアンテナ副素子を選択的に接続する、請求項３に記載の装置。
前記光透過構造は、高インピーダンスの電磁反射面を備える、請求項１または２に記載の方法あるいは請求項３から５のいずれか１つに記載のアンテナアレイ。
アンテナアレイ素子の副素子同士を接続する電気的に作動する複数の機械的スイッチを設けるステップと、
前記複数の機械的スイッチのうちの少なくとも１つの対応するスイッチの作動を制御する光感応性の少なくとも１つの電気制御素子を設けるステップと、
反射構造の第１の側から前記反射構造の第２の側へ光を透過させる領域を有する高インピーダンスの電磁的な前記反射構造を設けるステップと、
前記反射構造の前記第１の側の所定の位置に前記アンテナアレイ素子を配置するステップと、
前記反射構造の前記第２の側に、選択的に制御可能な光エネルギーの供給源を配置するステップと、
前記反射構造の透過領域を通して光感応性の特定の制御素子を照明し、それによって対応するスイッチの位置を変更してアンテナアレイ素子の構成を変えるように前記光エネルギーを選択的に調節するステップと、
を含む方法。
前記方法は、前記アンテナアレイ素子の電磁構成を光学的に制御する方法を含む、請求項７に記載の方法。
アンテナ副素子のアレイと、
各アンテナ副素子を選択的に接続する複数の微小電気機械（ＭＥＭＳ）スイッチと、
各ＭＥＭＳスイッチを選択的に制御する光感応性の素子と、
アンテナアレイの電磁構成を変えるように各ＭＥＭＳスイッチに対応する光感応性の素子を選択的に照明させる光パワー調節素子のマトリックスと、
高インピーダンスの電磁的な反射層を備える光透過構造と、
を備え、
前記光パワー調節素子のマトリックスが、前記反射層の透過領域の第１の側に入射するよう光パワーを調節し、前記光感応性の素子は、前記反射層の第２の側に位置している装置。
前記装置は再構成可能なアンテナアレイを備える、請求項９に記載の装置。
前記複数のＭＥＭＳスイッチは、隣接するアンテナ副素子を選択的に接続する、請求項９に記載の装置。
少なくとも１つの前記機械的スイッチを第１の位置に作動させるのを可能にするバイアス電圧を供給するステップを含む、請求項１、２、７、または８のいずれか１つに記載の方法。
バイアス電圧を供給する前記ステップは、前記バイアス電圧を前記構造に導くことを含む、請求項１２に記載の方法。
バイアス電圧を供給する前記ステップは、光起電力アレイを照明するように光エネルギー源を制御することを含む、請求項１２に記載の方法。
光感応性の制御素子を設ける前記ステップは、少なくとも１つの光抵抗素子を設けることを含み、前記方法は、前記光抵抗素子を照明し、それによって少なくとも１つの前記機械的スイッチを第２の位置に変更させるように前記光エネルギー源を制御するさらなるステップを含む、請求項１２に記載の方法。
光透過性の前記領域は、前記構造を通過し、光エネルギーを前記光感応性の制御素子に伝達するチューブを備える、請求項１、２、７、または８のいずれか１つに記載の方法。
構造を設ける前記ステップは、前記構造と前記アンテナアレイ素子との間に絶縁体層を設けることを含む、請求項１、２、７、または８のいずれか１つに記載の方法。
前記アンテナアレイ素子からアンテナ動作周波数の４分の１波長未満離れた位置に前記構造の表面を配置するステップを含む、請求項１７に記載の方法。
前記光抵抗素子を設ける前記ステップは、少なくとも１つの前記機械的スイッチが形成される基板に前記光抵抗素子を形成することを含む、請求項１５に記載の方法。
前記アンテナアレイ素子は、ダイポールアンテナ素子、パッチアンテナ素子、およびスロットアンテナ素子から成る群から選択される素子である、請求項１から２、７から８、または１２から１９のいずれか１つに記載の方法。
バイアス電圧を与えて各前記ＭＥＭＳスイッチを作動させ第１の状態にするバイアス電圧源を含む、請求項３から５または９から１１のいずれか１つに記載の装置。
選択されたＭＥＭスイッチの光感応性の素子の電気抵抗は、照明されたとき小さくなり、前記選択されたＭＥＭスイッチを作動させて第２の状態にする、請求項２１に記載の装置。
前記バイアス電圧源は、光パワー調節素子の前記マトリックスの制御の下で照明される光起電力アレイである、請求項２１に記載の装置。
前記バイアス電圧源は、照明がないときにすべての前記ＭＥＭＳスイッチを作動させて第１の状態にする、請求項２１に記載の装置。
前記光起電力アレイは、すべての前記ＭＥＭＳスイッチを作動させて第１の状態にするように照明される、請求項２３に記載の装置。
前記アンテナアレイは、前記複数のＭＥＭＳスイッチおよび前記副素子アレイが配置された基板層をさらに備え、
前記光透過構造は、
高インピーダンスの電磁的な反射層と、
前記副素子と前記反射層との間に配置された絶縁材料層と、を備える、請求項３、４、または５のいずれか１つに記載の装置。
前記アンテナアレイは、
前記複数のＭＥＭＳスイッチおよび前記副素子アレイが配置された基板層と、
前記アンテナ副素子と前記反射層との間に配置された絶縁材料層と、をさらに備える、請求項９、１０、または１１のいずれか１つに記載の装置。
前記光透過領域は、前記光透過構造を貫通する複数の開口を含む、請求項２６に記載の装置。
少なくとも１つの前記開口は、導電性を有し、バイアス電圧を少なくとも１つの前記ＭＥＭスイッチに導く、請求項２８に記載の装置。
前記光透過構造は、多層プリント回路基板を備え、前記複数の開口は、多層プリント回路基板を貫通するビアである、請求項２８に記載の装置。
前記光透過構造は、前記副素子アレイからアンテナ動作周波数の４分の１波長未満離れた位置に位置している、請求項３から５または９から１１のいずれか１つに記載の装置。
前記アレイは、複数のサブアレイモジュールのうちの１つを備える、請求項３から５または１１のいずれか１つに記載の装置。
複数の前記サブアレイモジュールは、カセグレン式アンテナの一次リフレクタを形成するように構成されている、請求項３２に記載の装置。
少なくとも１つの前記アンテナ副素子は、ダイポール素子、パッチアンテナ素子、およびスロットアンテナ素子から成る群から選択される、請求項３から５または９から１１のいずれか１つに記載の装置。