JP2018507653A - 円筒状給電アンテナのアンテナ素子配置 - Google Patents

Abstract

本明細書では、アンテナ素子を配置する方法及び装置を開示する。１つの実施形態では、アンテナが、円筒状給電波を入力するためのアンテナ給電部と、アンテナ素子の少なくとも１つのアンテナアレイを有する単一の物理的なアンテナ開口面とを備え、アンテナ素子は、アンテナ給電部に対して同心円状に位置する複数の同心リング上に配置され、複数の同心リングのリングは、リング間距離だけ分離され、複数の同心リングのリング沿いの素子間の第１の距離は、複数の同心リングのリング間の第２の距離の関数であり、アンテナは、マトリクス駆動回路を用いてアレイの各アンテナ素子を個別に制御するコントローラをさらに備え、アンテナ素子の各々は、マトリクス駆動回路によって一意的にアドレス指定される。【選択図】図７

Description

〔優先権〕
本特許出願は、２０１５年３月５日に出願された「円筒状給電部のための所定のマトリクス駆動回路とのセル配置（Ｃｅｌｌ Ｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｗｉｔｈ Ｐｒｅｄｅｆｉｎｅｄ Ｍａｔｒｉｘ Ｄｒｉｖｅ Ｃｉｒｃｕｉｔｒｙ ｆｏｒ Ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ Ｆｅｅｄ）」という名称の米国仮特許出願第６２／１２８，８９４号、２０１５年３月５日に出願された「円筒状給電アンテナの渦状マトリクス駆動格子（Ｖｏｒｔｅｘ Ｍａｔｒｉｘ Ｄｒｉｖｅ Ｌａｔｔｉｃｅ ｆｏｒ Ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ Ｆｅｅｄ Ａｎｔｅｎｎａｓ）」という名称の米国仮特許出願第６２／１２８，８９６号、２０１５年３月２０日に出願された「円筒状給電アンテナの開口面のセグメント化（Ａｐｅｒｔｕｒｅ Ｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ａ Ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ Ｆｅｅｄ Ａｎｔｅｎｎａ）」という名称の米国仮特許出願第６２／１３６，３５６号、及び２０１５年４月２７日に出願された「通信衛星地球局のためのメタマテリアルアンテナシステム（Ａ Ｍｅｔａｍａｔｅｒｉａｌ Ａｎｔｅｎｎａ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｅａｒｔｈ Ｓｔａｔｉｏｎｓ）」という名称の米国仮特許出願第６２／１５３，３９４号に対する優先権を主張するものであり、これらを引用によって組み入れる。

〔関連出願〕
本出願は、２０１６年３月３日に同時出願された「円筒状給電アンテナの開口面セグメント化（Ａｐｅｒｔｕｒｅ Ｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ａ Ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ Ｆｅｅｄ Ａｎｔｅｎｎａ）」という名称の、本発明の共同譲受人に譲渡された同時係属出願である米国特許出願第１５／０５９，８３７号に関する。

本発明の実施形態は、アンテナの分野に関し、具体的には、本発明の実施形態は、アンテナ開口面(antenna apertures)のためのアンテナ素子の配置と、例えば円筒状給電アンテナなどのこのようなアンテナ開口面のセグメント化とに関する。

超大型アンテナの製造では、使用する技術に関わらずサイズが技術の限界に近づいて、最終的には製造コストが非常に高くなることが多い。さらに、大型アンテナのわずかな誤差がアンテナ製品の障害をもたらすこともある。このため、アンテナ製造には他の業界で使用できる特定の技術手法を容易に適用することができない。１つのこのような技術に、アクティブマトリクス技術がある。

アクティブマトリクス技術は、液晶ディスプレイの駆動に使用されてきた。このような技術では、各液晶セルに１つのトランジスタが結合され、トランジスタのゲートに結合された選択信号に電圧を付与することによって各液晶セルを選択することができる。薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を含む多くの異なるタイプのトランジスタが使用されている。ＴＦＴの場合、アクティブマトリクスはＴＦＴアクティブマトリクスと呼ばれる。

アクティブマトリクスは、アドレス及び駆動回路を使用してアレイ内の各液晶セルを制御する。各液晶セルが一意的にアドレス指定されるのを確実にするために、マトリクスは、行列状の導体を用いて選択トランジスタの接続を形成する。

米国特許出願第１４／５５０，１７８号明細書 米国特許出願第１４／６１０，５０２号明細書

マトリクス駆動回路をアンテナと共に使用することが提案されている。しかしながら、行列状の導体の使用は、行列状に配置されたアンテナ素子を有するアンテナアレイでは有用な場合もあるが、アンテナ素子がそのように配置されていない場合には実現できないこともある。

位相配列アンテナ及び静的配列アンテナの一般的な製造方法であるタイル化又はセグメント化は、このようなアンテナの製造に関連する問題を軽減するのに役立つ。大型アンテナアレイの製造時には、通常、大型アンテナアレイを同一セグメントであるＬＲＵ（列線交換ユニット）にセグメント化する。大型アンテナ、特に位相配列などの複雑なシステムでは、開口面のタイル化又はセグメント化が一般的である。しかしながら、円筒状給電アンテナでは、タイル化法を実現するセグメント化の適用は見られない。

本明細書では、アンテナ素子を配置する方法及び装置を開示する。１つの実施形態では、アンテナが、円筒状給電波を入力するためのアンテナ給電部と、アンテナ素子の少なくとも１つのアンテナアレイを有する単一の物理的なアンテナ開口面とを備え、アンテナ素子は、アンテナ給電部に対して同心円状に位置する複数の同心リング上に配置され、複数の同心リングのリングは、リング間距離だけ分離され、複数の同心リングのリング沿いの素子間の第１の距離は、複数の同心リングのリング間の第２の距離の関数であり、アンテナは、マトリクス駆動回路を用いてアレイの各アンテナ素子を個別に制御するコントローラをさらに備え、アンテナ素子の各々は、マトリクス駆動回路によって一意的にアドレス指定される。

本発明は、以下に示す詳細な説明及び本発明の様々な実施形態の添付図面からさらに完全に理解されると思われるが、これらは、本発明を特定の実施形態に限定するものではなく、説明及び理解のためのものにすぎないと受け取るべきである。

円筒波給電を行うために使用される同軸給電部の一実施形態の上面図である。 円筒状給電アンテナの入力給電部の周囲に同心リング状に配置された１又は２以上のアンテナ素子アレイを有する開口面を示す図である。 接地板と再構成可能な共振器層とを含む１列のアンテナ素子の斜視図である。 同調型共振器／スロットの一実施形態を示す図である。 物理的アンテナ開口面の一実施形態の断面図である。 スロットアレイを形成する異なる層の一実施形態を示す図である。 スロットアレイを形成する異なる層の一実施形態を示す図である。 スロットアレイを形成する異なる層の一実施形態を示す図である。 スロットアレイを形成する異なる層の一実施形態を示す図である。 外向き波を生じる円筒状給電部を備えたアンテナシステムの別の実施形態を示す図である。 セルをグループ化して同心正方形（矩形）を形成する例を示す図である。 セルをグループ化して同心八角形を形成する例を示す図である。 アイリス及びマトリクス駆動回路を含む小開口面の例を示す図である。 セル配置に使用する格子螺旋の例を示す図である。 より均一な密度を達成するためにさらなる螺旋を使用するセル配置の例を示す図である。 開口面全体を埋めるために繰り返される選択的螺旋パターンを示す図である。 円筒状給電開口面を四分円にセグメント化する一実施形態を示す図である。 マトリクス駆動格子を適用した図１３の１つのセグメントを示す図である。 マトリクス駆動格子を適用した図１３の１つのセグメントを示す図である。 円筒状給電開口面を四分円にセグメント化する別の実施形態を示す図である。 マトリクス駆動格子を適用した図１５の１つのセグメントを示す図である。 マトリクス駆動格子を適用した図１５の１つのセグメントを示す図である。 アンテナ素子に対してマトリクス駆動回路を配置する一実施形態を示す図である。 ＴＦＴパッケージの一実施形態を示す図である。 奇数個のセグメントを含むアンテナ開口面の一例を示す図である。 奇数個のセグメントを含むアンテナ開口面の一例を示す図である。

平面アンテナ(flat panel antennas)の実施形態を開示する。平面アンテナは、アンテナ開口面上に１又は２以上のアンテナ素子アレイを含む。１つの実施形態では、アンテナ素子が液晶セルを含む。１つの実施形態では、平面アンテナが、行列状に配置されていない各アンテナ素子を一意的にアドレス指定して駆動するマトリクス駆動回路を含む円筒状給電アンテナである。１つの実施形態では、素子が環状に配置される。

１つの実施形態では、１又は２以上のアンテナ素子アレイを有するアンテナ開口面が、共に結合された複数のセグメントで構成される。セグメントの組み合わせは、結合すると、閉じた同心リング状のアンテナ素子を形成する。１つの実施形態では、これらの同心リングが、アンテナ給電部(antenna feed)に関して同心状である。

以下の説明では、本発明をさらに徹底的に説明できるように数多くの詳細を示す。しかしながら、当業者には、これらの具体的な詳細を伴わずに本発明を実施できることが明らかであろう。その他の例では、本発明を曖昧にしないように、周知の構造及び装置については詳細ではなくブロック図の形で示す。

以下の詳細な説明の一部については、コンピュータメモリ内のデータビットにおける演算のアルゴリズム及び記号表現の観点から示す。これらのアルゴリズムによる記述及び表現は、データ処理における当業者が自らの研究内容を他の当業者に最も効果的に伝えるために使用する方法である。ここで言うアルゴリズムとは、一般に望ましい結果をもたらす首尾一貫した一連のステップであると考えられる。これらのステップは、物理量の物理的操作を必要とするものである。これらの量は、必ずというわけではないが、通常は、記憶、転送、合成、比較及び他の形の操作が可能な電気又は磁気信号の形をとる。主に共通使用という理由で、時にはこれらの信号を、ビット、値、要素、記号、文字、用語、番号などと呼ぶことが便利であることが分かっている。

しかしながら、これらの及び同様の用語は、全て適当な物理量に関連付けられるべきものであり、またこれらの量に与えられた便利な表記に過ぎないことに留意されたい。以下の説明から明らかなように、特に別途述べていない限り、説明全体を通じて「処理する（ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）」、「算出する（ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ）」、「計算する（ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ）」、「決定する（ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ）」又は「表示する（ｄｉｓｐｌａｙｉｎｇ）」などの用語を利用した説明は、コンピュータシステムのレジスタ及びメモリ内の物理（例えば、電子）量として表されるデータを操作し、コンピュータシステムのメモリ、レジスタ、又はその他のこのような情報記憶装置、送信又は表示装置内の物理量として同様に表される他のデータに変形させるコンピュータシステム又は同様の電子コンピュータ装置の動作及び処理を意味すると理解されたい。

アンテナシステム例の概要
１つの実施形態では、平面アンテナが、メタマテリアルアンテナシステムの一部である。通信衛星地球局のためのメタマテリアルアンテナシステムの実施形態について説明する。１つの実施形態では、アンテナシステムが、民間商業衛星通信用のＫａ帯周波数又はＫｕ帯周波数のいずれかを使用して動作する（例えば、航空、海上、陸上などの）モバイルプラットフォーム上で動作する衛星地球局（ＥＳ）のコンポーネント又はサブシステムである。なお、アンテナシステムの実施形態は、モバイルプラットフォーム上以外の地球局（例えば、固定地球局又は可搬地球局）で使用することもできる。

１つの実施形態では、アンテナシステムが、表面散乱メタマテリアル技術を使用して、別個のアンテナを通じて送受信ビームの形成及び誘導を行う。１つの実施形態では、アンテナシステムが、デジタル信号処理を使用してビームの形成及び誘導を電気的に行う（位相配列アンテナなどの）アンテナシステムとは対照的にアナログシステムである。

１つの実施形態では、アンテナシステムが、（１）円筒波給電アーキテクチャで構成された導波構造、（２）アンテナ素子の一部である波動散乱メタマテリアル単位セルのアレイ、及び（３）ホログラフィ原理を用いてメタマテリアル散乱素子から調整可能な放射場（ビーム）を形成するように命令する制御構造、という３つの機能サブシステムで構成される。

導波構造の例
図１は、円筒波給電を行うために使用する同軸給電部の一実施形態の上面図である。図１Ａを参照すると、同軸給電部は、中心導体と外側導体とを含む。１つの実施形態では、円筒波給電アーキテクチャが、給電点から円筒状に外向きに広がる励振を中心点からアンテナにもたらす。すなわち、円筒状給電アンテナは、外向きに進む同心状の給電波を形成する。とは言え、円筒状給電部の周囲の円筒状給電アンテナの形状は、円形、正方形又はいずれかの形状とすることができる。別の実施形態では、円筒状給電アンテナが、内向きに進む給電波を形成する。このような場合には、円形構造から生じる給電波が最も自然である。

図１Ｂには、円筒状給電アンテナの入力給電部の周囲に同心リング状に配置された１又は２以上のアンテナ素子アレイを有する開口面を示す。

アンテナ素子
１つの実施形態では、アンテナ素子が、一群のパッチ及びスロットアンテナ（単位セル）を含む。この一群の単位セルは、散乱メタマテリアル素子のアレイを含む。１つの実施形態では、アンテナシステム内の各散乱素子が、下側導体と、誘電体基板と、相補的な電気誘導型容量性共振器（「相補型電気ＬＣ」又は「ＣＥＬＣ」）がエッチング又は堆積された上側導体とで構成された単位セルの一部である。

１つの実施形態では、散乱素子の周囲の間隙に液晶（ＬＣ）が配置される。液晶は各単位セルに封入され、スロットに関連する下側導体を、パッチに関連する上側導体から分離する。液晶は、液晶を構成する分子の配向の関数である誘電率を有し、分子の配向（したがって、誘電率）は、液晶のバイアス電圧を調整することによって制御することができる。１つの実施形態では、液晶が、この特性を用いて、誘導波からＣＥＬＣへのエネルギー伝達のために、オン／オフスイッチと、オン・オフ間の中間状態とを統合する。スイッチをオンにすると、ＣＥＬＣは、電気的に小さなダイポールアンテナのような電磁波を放射する。なお、本明細書の教示は、エネルギー伝達に関して２値的に動作する液晶を有することに限定されるものではない。

１つの実施形態では、このアンテナシステムの給電形状が、波動給電部の波動のベクトルに対してアンテナ素子を４５度（４５°）の角度で位置付けることを可能にする。なお、他の位置（例えば、４０°の角度）を使用することもできる。この素子の位置は、素子が受け取る、又は素子から伝送／放射される自由空間波の制御を可能にする。１つの実施形態では、アンテナ素子が、アンテナの動作周波数の自由空間波長未満の素子間間隔で配置される。例えば、波長毎に４つの散乱素子が存在する場合、３０ＧＨｚの送信アンテナの素子は、約２．５ｍｍ（すなわち、３０ＧＨｚの自由空間波長１０ｍｍの４分の１）である。

１つの実施形態では、２組の素子が互いに垂直であり、同じ同調状態に制御された場合に等しい振幅で同時に励起する。これらの素子を給電波の励起に対して＋／−４５度回転させると、両方の所望の特徴が同時に達成される。一方の組を０度回転させ、他方を９０度回転させると、垂直目的は達成されるが、等振幅励起の目的は達成されない。なお、上述したように単一構造のアンテナ素子アレイに２つの側から給電する際には、０度と９０度とを用いて分離を達成することができる。

各単位セルから放射される出力の量は、コントローラを用いてパッチに電圧（ＬＣチャネルの電位）を付与することによって制御される。各パッチへのトレースを用いて、パッチアンテナに電圧を供給する。この電圧を使用して、静電容量、したがって個々の素子の共振周波数を同調又は離調させてビーム形成を達成する。必要な電圧は、使用する液晶混合物に依存する。液晶混合物の電圧同調特性は、液晶が電圧の影響を受け始める閾値電圧と、それ以上に電圧を高めても液晶の大きな同調が生じなくなる飽和電圧とによって主に表される。これらの２つの特性パラメータは、異なる液晶混合物では変化することができる。

１つの実施形態では、セル毎に別個の接続を有することなく各セルを他の全てのセルとは別に駆動（直接駆動）するために、マトリクス駆動を用いてパッチに電圧を付与する。素子の密度が高いので、マトリクス駆動は、各セルを個別にアドレス指定する最も効率的な方法である。

１つの実施形態では、アンテナシステムの制御構造が２つの主要コンポーネントを有し、アンテナシステムのための駆動電子機器を含むコントローラは、波動散乱構造の下方に存在するのに対し、マトリクス駆動スイッチアレイは、放射を妨害しないように放射ＲＦアレイ全体にわたって点在する。１つの実施形態では、アンテナシステムのための駆動電子機器が、散乱素子へのＡＣバイアス信号の振幅を調整することによって各散乱素子についてバイアス電圧を調整する、市販のテレビ機器において使用される民生品のＬＣＤ制御部を含む。

１つの実施形態では、コントローラが、ソフトウェアを実行するマイクロプロセッサも含む。制御構造は、プロセッサに位置及び方位情報を提供するセンサ（例えば、ＧＰＳ受信機、３軸コンパス、３軸加速度計、３軸ジャイロ、３軸磁力計など）を含むこともできる。位置及び方位情報は、地球局内の他のシステムによってプロセッサに提供することもでき、及び／又はアンテナシステムの一部としないこともできる。

具体的には、コントローラは、動作周波数においてどの素子をオフにし、どの素子をどの位相レベル及び振幅レベルでオンにするかを制御する。これらの素子は、電圧付与によって周波数動作のために選択的に離調される。

送信については、コントローラが、ＲＦパッチに一連の電圧信号を供給して変調パターン又は制御パターンを形成する。制御パターンは、素子を異なる状態に変化させる。１つの実施形態では、様々な素子を異なるレベルにオン及びオフする多状態制御を使用して、矩形波（すなわち、正弦波グレイシェード変調パターン）とは対照的に正弦波制御パターンにさらに近付ける。１つの実施形態では、素子の中に放射するものと放射しないものとが存在するのではなく、一部の素子が他の素子よりも強く放射する。特定の電圧レベルを付与して液晶の誘電率を様々な量に調整し、これによって素子を可変的に離調させて一部の素子に他の素子よりも多く放射させることにより、可変的放射が達成される。

メタマテリアル素子アレイによる集束ビームの生成は、建設的干渉及び相殺的干渉の現象によって説明することができる。個々の電磁波は、自由空間内で交わった時に同相を有している場合にはまとまり（建設的干渉）、自由空間内で交わった時に逆位相である場合には打ち消し合う（相殺的干渉）。スロットアンテナ内のスロットが、各連続するスロットが誘導波の励起点から異なる距離に位置するように配置されている場合、その素子からの散乱波は、前のスロットの散乱波とは異なる位相を有するようになる。これらのスロットが、誘導波長の４分の１だけ離れて配置されている場合、各スロットは、前のスロットからの４分の１の位相遅延で波動を散乱させるようになる。

このアレイを使用すれば、生成できる建設的干渉及び相殺的干渉のパターン数を増やすことができるので、理論的にはホログラフィの原理を用いてアンテナアレイのボアサイトから±９０度（９０°）のあらゆる方向にビームを向けることができるようになる。このように、どのメタマテリアル単位セルをオン又はオフにするかを制御することによって（すなわち、どのセルをオンにしてどのセルをオフにするかのパターンを変化させることによって）異なる建設的干渉及び相殺的干渉のパターンを生じることができ、したがってアンテナがメインビームの方向を変化させることができる。単位セルをオン及びオフにするのに必要な時間は、ビームを１つの位置から別の位置に切り換えることができる速度に影響する。

１つの実施形態では、アンテナシステムが、アップリンクアンテナのための１つの誘導可能なビームと、ダウンリンクアンテナのための１つの誘導可能なビームとを生成する。１つの実施形態では、アンテナシステムが、メタマテリアル技術を用いてビームを受信し、衛星からの信号を復号し、送信ビームを形成して衛星に向ける。１つの実施形態では、アンテナシステムが、デジタル信号処理を使用してビームの形成及び誘導を電気的に行う（位相配列アンテナなどの）アンテナシステムとは対照的にアナログシステムである。１つの実施形態では、アンテナシステムが、特に従来のディッシュ型衛星受信機と比べた時に平面的で比較的低プロファイルな「表面」アンテナと見なされる。

図２は、接地板と再構成可能な共振器層とを含む１列のアンテナ素子の斜視図である。再構成可能な共振器層２３０は、同調型スロット(tunable slots)２１０の配列を含む。同調型スロット２１０の配列は、アンテナを所望の方向に向けるように構成することができる。各同調型スロットは、液晶の電圧を変化させることによって同調／調整することができる。

図２では、再構成可能な共振器層２３０に制御モジュール２８０が結合して、液晶の電圧を変化させることによって同調型スロット２１０の配列を変調する。制御モジュール２８０は、フィールドプログラマブルゲートアレイ（「ＦＰＧＡ」）、マイクロプロセッサ、コントローラ、システムオンチップ（ＳｏＣ）、又はその他の処理ロジックを含むことができる。１つの実施形態では、制御モジュール２８０が、同調型スロット２１０の配列を駆動する論理回路（例えば、マルチプレクサ）を含む。１つの実施形態では、制御モジュール２８０が、同調型スロット２１０の配列上に駆動されるホログラフィック回折パターンの仕様を含むデータを受け取る。ホログラフィック回折パターンは、アンテナと衛星との間の空間関係に応答して、ダウンリンクビーム（アンテナシステムが送信を行う場合にはアップリンクビーム）を通信に適した方向に誘導するように生成することができる。各図には示していないが、本開示の図に示す同調型スロットの各配列は、制御モジュール２８０と同様の制御モジュールによって駆動することができる。

類似する技術を用いて、ＲＦ参照ビームがＲＦホログラフィック回折パターンに遭遇した時に所望のＲＦビームを生成できる無線周波数（「ＲＦ」）ホログラフィも可能である。衛星通信の場合、参照ビームは、（実施形態によっては約２０ＧＨｚの）給電波２０５などの給電波の形を取る。（送信又は受信のいずれかを目的として）給電波を放射ビームに変換するために、所望のＲＦビーム（物体ビーム）と給電波（参照ビーム）との間の干渉パターンを計算する。この干渉パターンは、給電波が（所望の形状及び方向を有する）所望のＲＦビーム内に「誘導される」ように、同調型スロット２１０の配列上に回折パターンとして駆動される。換言すれば、ホログラフィック回折パターンに遭遇した給電波は、通信システムの設計要件に従って形成される物体ビームを「再構成」する。ホログラフィック回折パターンは各素子の励起を含み、導波路内の波動方程式であるｗ_inと、外向き波の波動方程式であるｗ_outとを用いたｗ_hologram＝ｗ_in ^*ｗ_outによって計算される。

図３に、同調型共振器／スロット２１０の一実施形態を示す。同調型スロット２１０は、アイリス／スロット２１２と、放射パッチ２１１と、アイリス２１２とパッチ２１１との間に配置された液晶２１３とを含む。１つの実施形態では、放射パッチ２１１がアイリス２１２と同じ場所に配置される。

図４は、本開示の実施形態による物理的アンテナ開口面の断面図である。このアンテナ開口面は、接地板２４５と、再構成可能な共振器層２３０に含まれるアイリス層２３３内の金属層２３６とを含む。１つの実施形態では、図４のアンテナ開口面が、図３の同調型共振器／スロット２１０を複数個含む。アイリス／スロット２１２は、金属層２３６の開口部によって定められる。図２の給電波２０５などの給電波は、衛星通信チャネルに適合するマイクロ波周波数を有することができる。給電波は、接地板２４５と共振器層２３０との間を伝搬する。

再構成可能な共振器層２３０は、ガスケット層２３２及びパッチ層２３１も含む。ガスケット層２３２は、パッチ層２３１とアイリス層２３３との間に配置される。なお、１つの実施形態では、ガスケット層２３２をスペーサに置き換えることもできる。１つの実施形態では、アイリス層２３３が、金属層２３６としての銅層を含むプリント基板（「ＰＣＢ」）である。１つの実施形態では、アイリス層２３３がガラスである。アイリス層２３３は、他のタイプの基板とすることもできる。

銅層に開口部をエッチングして、スロット２１２を形成することができる。１つの実施形態では、アイリス層２３３が、導電性接合層によって図４の別の構造（例えば、導波路）に導電的に結合される。なお、１つの実施形態では、アイリス層が導電性接合層によって導電的に結合されず、代わりに非導電性結合層に相互連結する。

パッチ層２３１も、放射パッチ２１１としての金属を含むＰＣＢとすることができる。１つの実施形態では、ガスケット層２３２が、金属層２３６とパッチ２１１との間の寸法を定める機械的絶縁部をもたらすスペーサ２３９を含む。１つの実施形態では、スペーサが７５ミクロンであるが、他のサイズ（例えば、３〜２００ｍｍ）を使用することもできる。上述したように、１つの実施形態では、図４のアンテナ開口面が、図３のパッチ２１１、液晶２１３及びアイリス２１２を含む同調型共振器／スロット２１０などの同調型共振器／スロットを複数個含む。スペーサ２３９、アイリス層２３３及び金属層２３６は、液晶２１３のためのチャンバを定める。チャンバが液晶で満たされると、スペーサ２３９上にパッチ層２３１を積層して、共振器層２３０内に液晶を密封することができる。

パッチとスロット（例えば、同調型共振器／スロット２１０）との間の間隙内の液晶を同調させるために、パッチ層２３１とアイリス層２３３との間の電圧を変調させることができる。液晶２１３の電圧を調整すると、スロット（例えば、同調型共振器／スロット２１０）の静電容量が変化する。したがって、静電容量を変化させることによってスロット（例えば、同調型共振器／スロット２１０）のリアクタンスを変化させることができる。スロット２１０の共振周波数をｆ、スロット２１０のインダクタンス及び静電容量をそれぞれＬ及びＣとする以下の式：
に従って、スロット２１０の共振周波数も変化する。スロット２１０の共振周波数は、導波路を伝搬する給電波２０５から放射されるエネルギーに影響を及ぼす。一例として、給電波２０５が２０ＧＨｚである場合には、（静電容量を変化させることによって）スロット２１０の共振周波数を１７ＧＨｚに調整して、スロット２１０が給電波２０５からのエネルギーを実質的に結合しないようにすることができる。或いは、スロット２１０の共振周波数を２０ＧＨｚに調整して、スロット２１０が給電波２０５からのエネルギーを結合し、このエネルギーを自由空間に放射するようにすることもできる。示した例は２値的（完全な放射又は無放射）であるが、多値範囲にわたる電圧変化を使用すれば、リアクタンス、したがってスロット２１０の共振周波数の完全なグレイスケール制御も可能である。したがって、各スロット２１０から放射されるエネルギーを細かく制御することにより、同調型スロットの配列によってきめ細かなホログラフィック回折パターンを形成することができる。

１つの実施形態では、行内の同調型スロットが、互いにλ／５だけ離間する。他の間隔を使用することもできる。１つの実施形態では、行内の各同調型スロットが、隣接する行内の最も近い同調型スロットからλ／２だけ離間し、したがって異なる行内の共通して配向された同調型スロットはλ／４だけ離間するが、他の間隔も可能である（例えば、λ／５、λ／６．３）。別の実施形態では、行内の各同調型スロットが、隣接する行内の最も近い同調型スロットからλ／３だけ離間する。

本発明の実施形態は、市場の多重開口面ニーズに対し、２０１４年１１月２１日に出願された「誘導可能な円筒状給電ホログラフィックアンテナからの偏波及び結合の動的制御（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｕｐｌｉｎｇ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｆｒｏｍ ａ Ｓｔｅｅｒａｂｌｅ Ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌｌｙ Ｆｅｄ Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ Ａｎｔｅｎｎａ）」という名称の米国特許出願第１４／５５０，１７８号、及び２０１５年１月３０日に出願された「再構成可能アンテナのためのリッジ型導波路給電構造（Ｒｉｄｇｅｄ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｆｅｅｄ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｆｏｒ Ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ Ａｎｔｅｎｎａ）」という名称の米国特許出願第１４／６１０，５０２号に記載されているような再構成可能なメタマテリアル技術を使用する。

図５Ａ〜図５Ｄに、スロットアレイを形成する異なる層の一実施形態を示す。なお、この例では、アンテナアレイが、２つの異なるタイプの周波数帯域に使用される２つの異なるタイプのアンテナ素子を有する。図５Ａには、スロットに対応する位置を有する第１のアイリス基板層の一部を示す。図５Ａを参照すると、円はアイリス基板の底部側におけるメタライゼーション内の空き領域／スロットであり、給電部（給電波）に対する素子の結合を制御するためのものである。なお、この層は任意の層であり、全ての設計で使用されるわけではない。図５Ｂには、スロットを含む第２のアイリス基板層の一部を示す。図５Ｃには、第２のアイリス基板層の一部を覆うパッチを示す。図５Ｄは、スロットアレイの一部の上面図である。

図６には、円筒状給電部が外向き波を生じるアンテナシステムの別の実施形態を示す。図６を参照すると、接地板６０２がＲＦアレイ６１６と実質的に平行であり、これらの間に誘電体層６１２（例えば、プラスチック層など）が存在する。ＲＦ吸収体６１９（例えば、抵抗器）は、接地板６０２とＲＦアレイ６１６とを結合する。１つの実施形態では、誘電体層６１２が、２〜４の誘電率を有する。１つの実施形態では、ＲＦアレイ６１６が、図２〜図４に関連して説明したアンテナ素子を含む。アンテナには、（例えば、５０Ωの）同軸ピン６０１が給電を行う。

動作時には、同軸ピン６０１を介して供給された給電波が同心円状に外向きに進み、ＲＦアレイ６１６の素子と相互作用する。

１つの実施形態では、給電波が縁部から供給されてＲＦアレイ６１６の素子と相互作用する。このようなエッジ供給型アンテナ開口面の例は、２０１４年１１月２１日に出願された「誘導可能な円筒状給電ホログラフィックアンテナからの偏波及び結合の動的制御」という名称の米国特許出願第１４／５５０，１７８号に記載されている。

図６のアンテナにおける円筒状給電部は、アンテナの走査角が他の先行技術のアンテナよりも改善されている。このアンテナシステムは、１つの実施形態において、±４５度の方位角（±４５°Ａｚ）及び±２５度の仰角（±２５°Ｅｌ）の走査角の代わりに、ボアサイトから全方向に７５度（７５°）の走査角を有する。全体的なアンテナ利得は、多くの個々の放射体で構成されたビーム形成アンテナと同様に、それ自体が角度依存性である構成素子の利得に依存する。一般的な放射素子を使用すると、通常、全体的なアンテナ利得は、ビームがボアサイトから離れて向けられるにつれて減少する。ボアサイトから７５度離れると、約６ｄＢという大幅な利得低下が予想される。

セル配置
１つの実施形態では、アンテナ素子が、系統的なマトリクス駆動回路を可能にするように円筒状給電アンテナの開口面上に配置される。セルの配置は、マトリクス駆動のためのトランジスタの配置を含む。図１７に、アンテナ素子に対するマトリクス駆動回路の配置の一実施形態を示す。図１７を参照すると、行コントローラ１７０１が、行選択信号Ｒｏｗ１（行１）及びＲｏｗ２（行２）を介してトランジスタ１７１１及び１７１２にそれぞれ結合され、列コントローラ１７０２が、列選択信号Ｃｏｌｕｍｎ１（列１）を介してトランジスタ１７１１及び１７１２に結合されている。トランジスタ１７１１は、パッチへの接続１７３１を介してアンテナ素子１７２１にも結合され、トランジスタ１７１２は、パッチへの接続１７３２を介してアンテナ素子１７２２に結合される。単位セルが非正規グリッド内に配置された円筒状給電アンテナ上にマトリクス駆動回路を実現する最初の取り組みでは、２つのステップを実行する。第１のステップでは、セルを同心リング上に配置し、セルの傍らに配置されて各セルを別個に駆動するスイッチとして機能するトランジスタに各セルを接続する。第２のステップでは、マトリクス駆動法が必要とする一意のアドレスに全てのトランジスタを関連付けるために、マトリクス駆動回路を構築する。マトリクス駆動回路は（ＬＣＤと同様の）行列のトレースによって構築されるが、セルはリング上に配置されるので、各トランジスタに一意のアドレスを割り当てる系統的方法は存在しない。このマッピングの問題により、全てのトランジスタをカバーする回路が非常に複雑になり、経路設定を行う物理的トレース数が大幅に増加する。セルが高密度であるため、これらのトレースは、カップリング効果によってアンテナのＲＦ性能を妨げる。また、トレースが複雑であって実装密度が高いので、市販のレイアウトツールによってトレースの経路設定を行うことはできない。

１つの実施形態では、セル及びトランジスタの配置前にマトリクス駆動回路を予め定める。これにより、それぞれが一意のアドレスを有する全てのセルを駆動するのに必要な最低限のトレースが確実になる。この方法により、駆動回路の複雑性が軽減されて経路設定が単純化され、その後にアンテナのＲＦ性能が改善される。

具体的に言えば、１つの方法では、第１のステップにおいて、各セルの一意のアドレスを表す行及び列で構成された正方形グリッド上にセルを配置する。第２のステップにおいて、セルのアドレスと、第１のステップで定められた行及び列への関連付けとを維持しながら、セルをグループ化して同心円に変換する。この変換の目的は、セルをリング上に配置するだけでなく、開口面全体にわたってセル間の距離及びリング間の距離を一定に保つことである。この目的を達成するために、セルをグループ化する方法は複数存在する。

図７に、セルをグループ化して同心正方形（矩形）を形成する例を示す。図７を参照すると、行及び列のグリッド７００上に正方形７０１〜７０３が示されている。なお、これらは図７の右側のセル配置を形成する正方形の例であり、全ての正方形ではない。次に、正方形７０１〜７０３などの各正方形を、数学的等角写像処理によってアンテナ素子のリング７１１〜７１３などのリングに変換する。例えば、外側リング７１１は、左側の外側正方形７０１の変換である。

変換後のセルの密度は、以前の正方形に加えて次に大きな正方形が含むセルの数によって決まる。１つの実施形態では、正方形を使用すると、追加のアンテナ要素の数ΔＮが、次に大きな正方形上の８個の追加セルになる。１つの実施形態では、この数が開口面全体について一定である。１つの実施形態では、セルピッチ１（ＣＰ１：リング間距離）とセルピッチ２（ＣＰ２：リングに沿ったセル間距離）との比率が以下のようになる。
したがって、ＣＰ２はＣＰ１の関数である（逆もまた同様）。この場合、図７の例のセルピッチの比率は、
となり、これはＣＰ２よりもＣＰ１の方が大きいことを意味する。

１つの実施形態では、変換を実行するために、正方形７０１上の開始点７２１などの各正方形上の開始点を選択し、この開始点に関連するアンテナ素子を、リング７１１上の開始点７３１などの対応するリングの１つの位置に配置する。例えば、ｘ軸又はｙ軸を開始点として使用することができる。その後、開始点から一方向（時計回り又は反時計回り）に進んだ正方形上の次の素子を選択し、この素子を、正方形において使用した方向と同じ方向（時計回り又は反時計回り）に進んだリング上の次の位置に配置する。この処理を、全てのアンテナ素子の位置がリング上の位置に割り当てられるまで繰り返す。この完全な正方形からリングへの変換処理を全ての正方形について繰り返す。

しかしながら、解析的研究及び経路設定の制約によれば、ＣＰ１よりも大きなＣＰ２を適用することが好ましい。これを達成するために、図８に示す第２の方法を使用する。図８を参照すると、最初にセルが、グリッド８００に対して八角形８０１〜８０３などの八角形にグループ化されている。セルを八角形にグループ化することにより、追加のアンテナ素子の数ΔＮが４に等しくなって以下の比率をもたらし、
この結果、ＣＰ２＞ＣＰ１になる。

図８によるセル配置の八角形から同心リングへの変換は、図７に関して上述した方法と同様に最初に開始点を選択することによって実行することができる。

なお、図７及び図８に関して開示したセル配置には、いくつかの特徴がある。これらの特徴は、以下を含む。
１）開口面全体にわたってＣＰ１／ＣＰ２が一定である（なお、１つの実施形態では、開口面にわたって実質的に一定（例えば、９０％一定）のアンテナが依然として機能する）こと。
２）ＣＰ２がＣＰ１の関数であること。
３）中心に配置されたアンテナ給電部からのリング距離が増すにつれて、リング当たりのアンテナ素子の数が持続的に増加すること。
４）全てのセルがマトリクスの行及び列に接続されること。
５）全てのセルが一意のアドレスを有すること。
６）セルが同心リング上に配置されること。及び、
７）４つの四分円が同一であって、１／４の楔形を回転させてアレイを構築できるという点で回転対称性が存在すること。このことはセグメント化に有用である。

なお、２つの形状を示しているが、他の形状を使用することもできる。他の増分（例えば、６個の増分）も可能である。

図９に、アイリス及びマトリクス駆動回路を含む小開口面の例を示す。行トレース９０１及び列トレース９０２は、それぞれ行接続及び列接続を表す。これらの線は、マトリクス駆動ネットワークを表すものであり、（物理的なトレースは、アンテナ素子又はその一部の周囲に経路設定される必要があり得るので）物理的なトレースではない。各アイリスの対に隣接する正方形は、トランジスタである。

図９には、各要素がＰＣＢアレイ内の２つのセルを駆動するデュアルトランジスタを使用するセル配置技術の可能性も示す。この場合、１つの個別素子パッケージが２つのトランジスタを含み、各トランジスタが１つのセルを駆動する。

１つの実施形態では、ＴＦＴパッケージを用いて、マトリクス駆動における配置及び一意のアドレス指定を可能にする。図１８に、ＴＦＴパッケージの一実施形態を示す。図１８を参照すると、ＴＦＴ及び保持キャパシタ１８０３が、入力ポート及び出力ポートと共に示されている。行列を使用してＴＦＴを接続するために、トレース１８０１に接続された２つの入力ポートと、トレース１８０２に接続された２つの出力ポートとが存在する。１つの実施形態では、行のトレースと列のトレースとが９０°の角度で交差して、行のトレースと列のトレースとの間の結合を抑え、潜在的に最小化する。１つの実施形態では、行のトレース及び列のトレースが異なる層上に存在する。

図７〜図９に示す提案するセル配置の別の重要な特徴は、レイアウトが繰り返しパターンであり、その各４分の１が他の４分の１と同一という点である。これにより、アレイの小区分を中央アンテナ給電部の位置の周囲で回転的に繰り返すことが可能になり、さらには開口面を小開口面にセグメント化できるようになる。このことは、アンテナ開口面の製造に役立つ。

別の実施形態では、円筒状給電アンテナ上のマトリクス駆動回路及びセルの配置を異なる形で達成する。円筒状給電アンテナ上にマトリクス駆動回路を実現するために、アレイの小区分を回転的に繰り返すことによってレイアウトを実現する。この実施形態では、照明のテーパ化（ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ ｔａｐｅｒｉｎｇ）に使用できるセル密度を変化させてＲＦ性能を改善することもできる。

この代替方法では、円筒状給電アンテナ開口面上のセル及びトランジスタの配置が、螺旋状のトレースによって形成された格子に基づく。図１０に、このような格子の時計回り方向に曲がる螺旋１００１〜１００３などの時計回り螺旋、及び反時計回り方向又は逆方向に曲がる螺旋１０１１〜１０１３などの螺旋の例を示す。異なる螺旋の向きは、時計回り螺旋と反時計回り螺旋との間に交点をもたらす。結果として得られる格子は、反時計回りトレースと時計回りトレースとの交点によって与えられる一意のアドレスを提供し、したがってマトリクス駆動格子として使用することができる。さらに、交点を同心リング上でグループ分けすることもでき、このことは円筒状給電アンテナのＲＦ性能にとって不可欠である。

上述した円筒状給電アンテナ開口面上のセル配置方法とは異なり、図１０に関連して上述した方法では、セルが不均一に分布する。図１０に示すように、同心リングの半径が増加するとともにセル間の距離も増加する。１つの実施形態では、この変化する密度を、アンテナアレイのためのコントローラの制御下で照明のテーパ化を組み込む方法として使用する。

セルのサイズと、トレースのためにセル間に必要とされる間隔とに起因して、セル密度は一定数を超えることができない。１つの実施形態では、この距離が、動作周波数に基づいてλ／５である。上述したように、他の距離を使用することもできる。中心近くの過密を避けるために、換言すれば縁部近くの過疎を避けるために、連続する同心リングの半径が増すにつれて初期の螺旋にさらなる螺旋を追加することもできる。図１１に、さらなる螺旋を用いて密度を均一化したセル配置の例を示す。図１１を参照すると、連続する同心リングの半径が増すにつれて、螺旋１１０２などの初期の螺旋にさらなる螺旋１１０１などのさらなる螺旋が追加されている。解析的シミュレーションによれば、この方法は、完全に一様なセルの分布という性能に収束するＲＦ性能を提供する。なお、この設計は、素子の密度が次第に小さくなることにより、上述したいくつかの実施形態よりも良好なサイドローブ挙動をもたらす。

セル配置に螺旋を使用する別の利点は、回転対称性及び繰り返しパターンによって経路設定努力が単純化され、製造コストを削減できる点である。図１２には、開口面全体を満たすように繰り返される選択的螺旋パターンを示す。

なお、図１０〜図１２に関して開示したセル配置には、いくつかの特徴がある。これらの特徴は、以下を含む。
１）開口面全体にわたってＣＰ１／ＣＰ２が必ずしも一定ではないこと。
２）ＣＰ２がＣＰ１の関数であること。
３）中心に配置されたアンテナ給電部からのリング距離が増すにつれて、リング当たりのアンテナ素子の数が増加しないこと。
４）全てのセルがマトリクスの行及び列に接続されること。
５）全てのセルが一意のアドレスを有すること。
６）セルが同心リング上に配置されること。及び、
７）（上述したように）回転対称性が存在すること。
したがって、図１０〜図１２に関連して上述したセル配置の実施形態は、図７〜図９に関連して上述したセル配置の実施形態と同様の多くの特徴を有する。

開口面のセグメント化
１つの実施形態では、アンテナ開口面が、複数のアンテナ素子セグメントを組み合わせることによって形成される。これには、アンテナ要素の配列をセグメント化する必要があり、セグメント化には、理想的には繰り返し可能なアンテナのフットプリントパターンが必要である。１つの実施形態では、円筒状給電アンテナアレイのセグメント化が、各放射素子の異なる回転角に起因してアンテナのフットプリントが真っ直ぐな列状の繰り返しパターンをもたらさないように行われる。本明細書で開示するセグメント化方法の１つの目的は、アンテナの放射性能を損なわずにセグメント化を実現することである。

本明細書で説明するセグメント化方法は、矩形の業界標準基板の表面利用を改善して潜在的に最大化することに焦点を当てているが、このような基板形状に限定されるものではない。

１つの実施形態では、円筒状給電アンテナのセグメント化が、同心状の閉じたリング上にアンテナ素子が配置されるパターンを４つのセグメントの組み合わせによって実現するように行われる。この態様は、ＲＦ性能を維持するために重要である。さらに、１つの実施形態では、各セグメントが別個のマトリクス駆動回路を必要とする。

図１３に、円筒状給電開口面を四分円にセグメント化したものを示す。図１３を参照すると、セグメント１３０１〜１３０４は、組み合わさって丸いアンテナ開口面を構築する同一の四分円である。各セグメント１３０１〜１３０４上のアンテナ素子は、セグメント１３０１〜１３０４が組み合わさった時に同心状の閉じたリングを形成するリングの部分に配置される。セグメントを組み合わせるには、セグメントをキャリアに取り付け又は積層させる。別の実施形態では、セグメントの重なった縁部を用いてこれらを組み合わせる。この場合、１つの実施形態では、ＲＦの漏れを防ぐために縁部にわたって導電性接合部を形成する。なお、素子のタイプはセグメント化の影響を受けない。

この図１３に示すセグメント化方法の結果、セグメント１３０１〜１３０４間の継ぎ目が中心で交わり、中心からアンテナ開口面の縁部に向かって半径方向に進む。この構成は、円筒状給電部の発生電流が半径方向に伝搬し、半径方向の継ぎ目が伝搬波に与える寄生的影響が小さいので有利である。

図１３に示すように、ＬＣＤ業界で標準的な矩形基板を用いて開口面を実現することもできる。図１４Ａ及び図１４Ｂに、マトリクス駆動格子を適用した図１３の１つのセグメントを示す。マトリクス駆動格子は、各トランジスタに一意のアドレスを割り当てる。図１４Ａ及び図１４Ｂを参照すると、列コネクタ１４０１及び行コネクタ１４０２が駆動格子線に結合されている。図１４Ｂには、格子線に結合されたアイリスも示す。

図１３から明らかなように、非正方形の基板を使用した場合には、基板表面の広い領域を埋めることができない。非正方形基板上の利用可能な表面をより効率的に使用するために、別の実施形態では、セグメントが矩形基板上に存在するが、アンテナアレイのセグメント化部分についてさらに多くの基板スペースを利用する。このような実施形態の一例を図１５に示す。図１５を参照すると、アンテナアレイの一部が含まれる基板（例えば、ボード）を含むセグメント１５０１〜１５０４を組み合わせることによってアンテナ開口面が形成されている。各セグメントは円の４分の１を表していないが、４つのセグメント１５０１〜１５０４を組み合わせると、素子が配置されたリングが閉じる。すなわち、各セグメント１５０１〜１５０４上のアンテナ素子は、セグメント１５０１〜１５０４を組み合わせた時に同心状の閉じたリングを形成するリング部分に配置される。１つの実施形態では、非正方形基板の長辺が空き領域１５０５と呼ばれる矩形の侵入禁止領域を形成するように、基板をスライドタイルの形で組み合わせる。空き領域１５０５は、中心に配置されるアンテナ給電部が配置される場所であり、アンテナ内に含まれる。

アンテナ給電部は底部から生じるので、空き領域が存在する場合にはセグメントの残り部分に結合され、この空き領域を金属片によって閉じて空き領域からの放射を防ぐことができる。終端ピンを使用することもできる。

この方法で基板を使用すると、利用可能な表面積をさらに効率的に使用することができ、開口面の直径も増加する。

この実施形態では、図１３、図１４Ａ及び図１４Ｂに示す実施形態と同様に、マトリクス駆動格子を取得して各セルを一意のアドレスでカバーするセル配置方法を使用することができる。図１６Ａ及び図１６Ｂに、マトリクス駆動格子を適用した図１５の１つのセグメントを示す。マトリクス駆動格子は、各トランジスタに一意のアドレスを割り当てる。図１６Ａ及び図１６Ｂを参照すると、列コネクタ１６０１及び行コネクタ１６０２が駆動格子線に結合されている。図１６Ｂにはアイリスも示す。

上述した両方法では、上述したように系統的な予め定められた格子内にマトリクス駆動回路を生成できる先程開示した方法に基づいてセルの配置を行うことができる。

上記のアンテナアレイでは、４つのセグメントにセグメント化したが、これは必須ではない。アレイは、例えば３つのセグメント又は５つのセグメントなどの奇数個のセグメントに分割することもできる。図１９Ａ及び図１９Ｂに、奇数個のセグメントを含むアンテナ開口面の一例を示す。図１９Ａを参照すると、組み合わされていない３つのセグメントであるセグメント１９０１〜１９０３が存在する。図１９Ｂを参照すると、３つのセグメントであるセグメント１９０１〜１９０３が組み合わさってアンテナ開口面を形成している。これらの構成は、全てのセグメントの継ぎ目が開口面全体を真っ直ぐに通り抜けていないので有利ではない。しかしながら、これらはサイドローブを軽減する。

第１の実施形態例では、平面アンテナが、円筒状給電波を入力するためのアンテナ給電部と、アンテナ素子の少なくとも１つのアンテナアレイを有する単一の物理的なアンテナ開口面とを備え、アンテナ素子は、アンテナ給電部に対して同心円状に位置する複数の同心リング上に配置され、複数の同心リングのリングは、リング間距離だけ分離され、複数の同心リングのリング沿いの素子間の第１の距離は、複数の同心リングのリング間の第２の距離の関数であり、平面アンテナは、マトリクス駆動回路を用いてアレイの各アンテナ素子を個別に制御するコントローラをさらに備え、アンテナ素子の各々は、マトリクス駆動回路によって一意的にアドレス指定される。

別の実施形態例では、第１の実施形態例の主題が、アンテナ素子のアレイが回転対称性を有することを任意に含むことができる。

別の実施形態例では、第１の実施形態例の主題が、第１の距離に対する第２の距離の比率がアンテナ開口面にわたって一定であることを任意に含むことができる。

別の実施形態例では、第１の実施形態例の主題が、複数の同心リング内の各リングが円筒状給電部に近い隣接するリングを上回る数のさらなる素子を有し、さらなる素子の数が一定であることを任意に含むことができる。

別の実施形態例では、第１の実施形態例の主題が、複数のリングのリングが同一数のアンテナ素子を有することを任意に含むことができる。

別の実施形態例では、第１の実施形態例の主題が、複数の同心リングの各リング上の素子が素子の矩形グリッド表現上の位置に基づいて配置されることを任意に含むことができる。

別の実施形態例では、第１の実施形態例の主題が、複数の同心リングの各リング上の素子が素子の八角形グリッド表現上の位置に基づいて配置されることを任意に含むことができる。

別の実施形態例では、第１の実施形態例の主題が、複数のリングのリング沿いの素子間の第１の距離がアンテナ開口面の動作周波数に基づくことを任意に含むことができる。

別の実施形態例では、第１の実施形態例の主題が、各アンテナ素子の配置が複数の螺旋を形成することを任意に含むことができる。別の実施形態例では、第１の実施形態例の主題が、複数の同心リング上のアンテナ素子の配置が、アンテナ素子の第１の螺旋の組と、第２の螺旋の組とを形成し、第１の螺旋の組が時計回り方向に屈曲し、第２の螺旋の組が反時計回り方向に屈曲することを任意に含むことができる。別の実施形態例では、第１の実施形態例の主題が、開口面の１つの区分における第１及び第２の螺旋の組が、開口面アレイ全体にわたって複数のインスタンスを回転的に生じるアンテナ素子の繰り返しパターンを表すことを任意に含むことができる。

別の実施形態例では、第１の実施形態例の主題が、複数のアンテナ素子のレイアウトが４つのアンテナ素子群を含み、各アンテナ素子群が、４つの群の組み合わせが同心リング状のアンテナ素子を形成するように１つのパターンとして配列された等しい数のアンテナ素子を有することを任意に含むことができる。

別の実施形態例では、第１の実施形態例の主題が、コントローラが制御パターンを適用して、ホログラフィックビーム形成を実行するためにどのアンテナ素子をオン及びオフにするかを制御することを任意に含むことができる。

別の実施形態例では、第１の実施形態例の主題が、少なくとも１つのアンテナアレイの各々がアンテナ素子の同調型スロットアレイを含むことを任意に含むことができる。別の実施形態例では、第１の実施形態例の主題が、同調型スロットアレイが複数のスロットを含み、各スロットが所与の周波数の所望の散乱をもたらすように調整されることを任意に含むことができる。別の実施形態例では、第１の実施形態例の主題が、スロットアレイが円筒状給電波の伝搬方向に対して＋４５度回転した第１のスロットの組と、円筒状給電波の伝搬方向に対して−４５度回転した第２のスロットの組とを含むように、複数のスロットの各スロットが各スロットの中心位置に入射する円筒状給電波に対して＋４５度又は−４５度のいずれかに配向されることを任意に含むことができる。

別の実施形態例では、第１の実施形態例の主題が、同調型スロットアレイが複数のスロットと、複数のパッチとを含み、パッチの各々が複数のスロットのうちの１つのスロットを覆って同じ位置に配置され、スロットから分離されてパッチ／スロット対を形成し、各パッチ／スロット対が対におけるパッチへの電圧の付与に基づいてオフ又はオンにされ、同調型スロットアレイが、どのパッチ／スロット対をオン及びオフにするかを制御する制御パターンを適用してビームの生成を引き起こすコントローラをさらにを含むことを任意に含むことができる。

第２の実施形態例では、アンテナ素子のアレイを形成する方法が、このようなアンテナ素子が非円形の同心グリッド上に配置され、各アンテナ素子群が非円形の同心グリッドのうちの１つの同心グリッド上に関連する配置を有するような複数の群にアンテナ素子をグループ分けすることによって、複数のアンテナ素子群内のアンテナ素子に一意の駆動アドレスを割り当てるステップと、アンテナ素子を同心リングの形に配列するステップとを含み、非円形の同心グリッドのうちの１つの同心グリッドに関連する各群のアンテナ素子は、同心リングのうちの１つの同心グリッド内に配置される。

別の実施形態例では、第２の実施形態例の主題が、非円形の同心グリッドが均等に離間した同心状の矩形グリッドを含むことを任意に含むことができる。別の実施形態例では、第２の実施形態例の主題が、同心状の矩形グリッドが同心状の正方形グリッドであることを任意に含むことができる。

別の実施形態例では、第２の実施形態例の主題が、非円形の同心グリッドが均等に離間した同心状の八角形グリッドを含むことを任意に含むことができる。

別の実施形態例では、第２の実施形態例の主題が、アンテナ素子を配列するステップが、複数の同心リング上にアンテナ素子を配置することによって時計回り方向に屈曲するアンテナ素子の第１の螺旋の組と、反時計回り方向に屈曲するアンテナ素子の第２の螺旋の組とを形成するステップを含むことを任意に含むことができる。別の実施形態例では、この実施形態例の主題が、開口面の１つの区分における第１及び第２の螺旋の組が、開口面アレイ全体にわたって複数のインスタンスを回転的に生じるアンテナ素子の繰り返しパターンを表すことを任意に含むことができる。

上記の説明を読めば、当業者には本発明の多くの変更及び修正が明らかになると思われるが、一例として図示し説明したあらゆる特定の実施形態は、決して限定的と見なされるように意図したものではないと理解されたい。したがって、様々な実施形態の詳細についての言及は、本発明にとって必須と見なす特徴のみを記載した特許請求の範囲を限定するように意図したものではない。

Claims (29)

1. 平面アンテナであって、
   円筒状給電波を入力するためのアンテナ給電部と、
   アンテナ素子の少なくとも１つのアンテナアレイを有する単一の物理的なアンテナ開口面と、を備え、
   前記アンテナ素子は、アンテナ給電部に対して同心円状に位置する複数の同心リング上に配置され、該複数の同心リングのリングは、リング間距離だけ分離され、該複数の同心リングのリング沿いの素子間の第１の距離は、該複数の同心リングのリング間の第２の距離の関数であり、
   前記平面アンテナは、
   マトリクス駆動回路を用いて前記アレイの各アンテナ素子を個別に制御するコントローラをさらに備え、前記アンテナ素子の各々は、前記マトリクス駆動回路によって一意的にアドレス指定される、アンテナ。
2. 前記アンテナ素子のアレイは、回転対称性を有する、請求項１に記載のアンテナ。
3. 前記第１の距離に対する第２の距離の比率は、前記アンテナ開口面にわたって一定である、請求項１に記載のアンテナ。
4. 前記複数の同心リング内の各リングは、前記円筒状給電部により近い隣接するリングを上回る数のさらなる素子を有し、該さらなる素子の数は一定である、請求項１に記載のアンテナ。
5. 前記複数のリングのリングは、同一数のアンテナ素子を有する、請求項１に記載のアンテナ。
6. 前記複数の同心リングの各リング上の素子は、該素子の矩形グリッド表現上の位置に基づいて配置される、請求項１に記載のアンテナ。
7. 前記複数の同心リングの各リング上の素子は、該素子の八角形表現上の位置に基づいて配置される、請求項１に記載のアンテナ。
8. 前記複数のリングのリング沿いの前記素子間の前記第１の距離は、前記アンテナ開口面の動作周波数に基づく、請求項１に記載のアンテナ。
9. 各アンテナ素子の配置が、複数の螺旋を形成する、請求項１に記載のアンテナ。
10. 前記複数の同心リング上のアンテナ素子の配置が、アンテナ素子の第１の螺旋の組と第２の螺旋の組とを形成し、該第１の螺旋の組は、時計回り方向に曲がり、該第２の螺旋の組は、反時計回り方向に曲がる、請求項９に記載のアンテナ。
11. 前記開口面の１つの区分における前記第１の螺旋の組及び前記第２の螺旋の組は、前記開口面アレイ全体にわたって複数のインスタンスを回転的に生じるアンテナ素子の繰り返しパターンを表す、請求項１０に記載のアンテナ。
12. 前記複数のアンテナ素子のレイアウトが、４つのアンテナ素子群を含み、各アンテナ素子群は、該４つの群の組み合わせが同心リング状のアンテナ素子を形成するように１つのパターンとして配列された等しい数のアンテナ素子を有する、請求項１に記載のアンテナ。
13. 前記コントローラは、制御パターンを適用して、ホログラフィックビーム形成を実行するためにどのアンテナ素子をオン及びオフにするかを制御する、請求項１に記載のアンテナ。
14. 前記少なくとも１つのアンテナアレイの各々は、アンテナ素子の同調型スロットアレイを含む、請求項１に記載のアンテナ。
15. 前記同調型スロットアレイは、複数のスロットを含み、各スロットは、所与の周波数の所望の散乱をもたらすように調整される、請求項１４に記載のアンテナ。
16. 前記複数のスロットの各スロットは、前記スロットアレイが、前記円筒状給電波の伝搬方向に対して＋４５度回転した第１のスロットの組と、前記円筒状給電波の伝搬方向に対して−４５度回転した第２のスロットの組とを含むように、前記各スロットの中心位置に入射する前記円筒状給電波に対して＋４５度又は−４５度のいずれかに配向される、請求項１５に記載のアンテナ。
17. 前記同調型スロットアレイは、
    複数のスロットと、
    複数のパッチと、を含み、
    前記パッチの各々は、前記複数のスロットのうちの１つのスロットを覆って同じ位置に配置され、該スロットから分離されて、パッチ／スロット対を形成し、各パッチ／スロット対は、該対における前記パッチへの電圧の付与に基づいてオフ又はオンにされ、
    前記同調型スロットアレイは、
    どのパッチ／スロット対をオン及びオフにするかを制御する制御パターンを適用してビームの生成を引き起こすコントローラをさらに含む、請求項１４に記載のアンテナ。
18. 平面アンテナであって、
    円筒状給電波を入力するためのアンテナ給電部と、
    アンテナ素子の少なくとも１つのアンテナアレイを有する単一の物理的なアンテナ開口面と、を備え、
    前記アンテナ素子は、アンテナ給電部に対して同心円状に位置する複数の同心リング上に配置され、該複数の同心リングのリングは、リング間距離だけ分離され、該複数の同心リングのリング沿いの素子間の第１の距離は、前記アンテナ開口面の動作周波数に基づくとともに、該複数の同心リングのリング間の第２の距離の関数であり、
    前記平面アンテナは、
    マトリクス駆動回路を用いて前記アレイの各アンテナ素子を個別に制御するコントローラをさらに備え、前記アンテナ素子の各々は、前記マトリクス駆動回路によって一意的にアドレス指定される、アンテナ。
19. 前記第１の距離に対する第２の距離の比率は、前記アンテナ開口面にわたって一定である、請求項１８に記載のアンテナ。
20. 前記複数の同心リング内の各リングは、前記円筒状給電部により近い隣接するリングを上回る数のさらなる素子を有し、該さらなる素子の数は一定である、請求項１８に記載のアンテナ。
21. 前記複数のリングのリングは、同一数のアンテナ素子を有する、請求項１８に記載のアンテナ。
22. 前記複数の同心リングの各リング上の素子は、該素子の矩形グリッド表現上の位置に基づいて配置される、請求項１８に記載のアンテナ。
23. 前記複数の同心リングの各リング上の素子は、該素子の八角形表現上の位置に基づいて配置される、請求項１８に記載のアンテナ。
24. アンテナ素子のアレイを形成する方法であって、
    このようなアンテナ素子が非円形の同心グリッド上に配置され、各アンテナ素子群が非円形の同心グリッドのうちの１つの同心グリッド上に関連する配置を有するような複数の群にアンテナ素子をグループ分けすることによって、複数のアンテナ素子群内のアンテナ素子に一意の駆動アドレスを割り当てるステップと、
    アンテナ素子を同心リングの形に配列するステップと、を含み、
    前記非円形の同心グリッドのうちの１つに関連する各群のアンテナ素子は、前記同心リングのうちの１つ内に配置される、方法。
25. 前記非円形の同心グリッドは、均等に離間した同心状の矩形グリッドを含む、請求項２４に記載の方法。
26. 前記同心状の矩形グリッドは、同心状の正方形グリッドである、請求項２５に記載の方法。
27. 前記非円形の同心グリッドは、均等に離間した同心状の八角形グリッドを含む、請求項２４に記載の方法。
28. アンテナ素子を配列するステップは、複数の同心リング上にアンテナ素子を配置することによって、時計回り方向に曲がるアンテナ素子の第１の螺旋の組と、反時計回り方向に曲がるアンテナ素子の第２の螺旋の組とを形成するステップを含む、請求項２４に記載の方法。
29. 前記開口面の１つの区分における前記第１の螺旋の組及び前記第２の螺旋の組は、前記開口面アレイ全体にわたって複数のインスタンスを回転的に生じるアンテナ素子の繰り返しパターンを表す、請求項２８に記載のアンテナ。