JP2019505119A - 移動体衛星通信を提供するための装置、システム、及び方法 - Google Patents

Abstract

衛星通信のための接続性を自動車に提供するための技術及び機構が提供される。一実施形態において、通信デバイスは、自動車の外面と自動車の内面との間に配置される。通信デバイスのハウジング内に配置されたアンテナパネルは、通信デバイスの第１の側面を介した衛星通信に加わるように構成することができる。通信デバイスのアンテナパネル、ハウジング、又は１又は２以上のハードウェアインタフェースの構成は、衛星とのこのような通信用の薄型ソリューションを容易にすることができる。別の実施形態において、１又は２以上のハードウェアインタフェースは各々、第１の側面以外のハウジングのそれぞれの側面上に配置されており、通信デバイスを自動車の電源に結合する。【選択図】図１Ａ

Description

本発明の実施形態は、アンテナの分野に関し、より具体的には、限定ではないが、自動車における動作のためのアンテナに関する。

（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１５年１２月２３日出願の米国仮特許出願第６２／３８７，４７１号の優先権を主張し、その開示内容全体は、引用により本明細書に組み込まれる。

無線通信技術は、その数、多様性、及び能力が増え続けるにつれて、自動車産業が、消費者向けスマートフォン及び車載セルラ技術モジュールに関する既存市場に挑戦する新しい通信ソリューションを提供することに対して需要が増加している。既存の車載無線通信技術は、典型的に、低データスループット、アドレス指定能力の欠如、多額のコスト、高い電力要件、スケーラビリティの欠如、及び／又は過度の重量又はサイズによって様々に制限されている。

現在、車両の外側に取り付けられたシャークフィンアンテナは、例えば、振幅変調（ＡＭ）ラジオ、周波数変調（ＦＭ）ラジオ、又は衛星ラジオ用のオーディオストリーミング程度に対応できる限定的なデータスループットを提供している。このような解決策は、低電力で安価な傾向があるが、このようなオーディオ専用サービスは、スマートフォン及びセルラ通信技術であるロングタームエボリューション（ＬＴＥ）技術のデータ転送速度性能に匹敵するものではない。

幾つかのセルラモデムベースの車載サービスが存在しており、これらのサービスは、通常、第２世代から第４世代のセルラネットワークを活用する。既存のセルラネットワークアーキテクチャは、コストの点で非常に役立つが、サービスの可用性は、成熟したインフラを有する市場に限定され、利用可能な場合には、乗員のスマートフォンに多くの場合は既に存在しているサービスと重複する。

商用及び政府向けのアプリケーションにおいて、軍事顧客は、多機能型電子走査アレイ（ＭＥＳＡ）及びアクティブ電子走査アレイ（ＡＥＳＡ）ソリューションをこれらのＨｕｍｖｅｅ（高機動多目的装輪車）及び他の軍用車両に組み込んで、移動中通信（ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ−ｏｎ−ｔｈｅ−ｍｏｖｅ：ＣＯＴＭ）及び停止中通信（ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ−ｏｎ−ｔｈｅ−ｐａｕｓｅ：ＣＯＴＰ）を提供している。このような技術は、低探知確率及び低傍受確率を有する高スループットリンクを提供するが、これらの技術は、多額のプライスポイント及び極めて高い電力要件を有している。ジンバル式ディッシュを使用して必要とされる機敏性及び性能を提供する一部のＣＯＴＭ及びＣＯＴＰソリューションは、通常、非常に大型で扱いにくいので、大型の車両のみに設置することができる。

本発明の様々な実施形態は、添付図面の各図において限定ではなく例証として示されている。

一実施形態による、衛星通信を提供するシステムの要素を示す側面図である。 一実施形態による、衛星通信を容易にするためのデバイスの要素を示す分解図である。 一実施形態による、衛星通信機能を提供するための方法の要素を示すフローチャートである。 一実施形態による、衛星通信を容易にするためのデバイスの要素を示す斜視図である。 一実施形態による、衛星通信を可能にするためのデバイスの要素を示す機能ブロック図である。 一実施形態による、衛星を介した通信に加わるためのシステムの要素を示す斜視図である。 対応する実施形態によるそれぞれの通信システムの要素を示す断面図である。 対応する実施形態によるそれぞれの通信システムの要素を示す断面図である。 対応する実施形態によるそれぞれの通信システムの図を示す図である。 対応する実施形態によるそれぞれの通信システムの図を示す図である。 対応する実施形態によるそれぞれの通信システムの図を示す図である。 対応する実施形態によるそれぞれの円筒状給電アンテナ構造の側面図を示す。 各々対応する実施形態によるそれぞれの円筒状給電アンテナ構造の側面図を示す。 一実施形態による、通信デバイスのアンテナパネルの上面図である。 一実施形態による、衛星通信を容易にするためのアンテナパネルの特徴部を示す側面図である。 一実施形態による、衛星通信を容易にするためのアンテナパネルの特徴部を示す上面図である。 一実施形態による、衛星通信を容易にするためのアンテナパネルの特徴部を示す斜視図である。 一実施形態による、衛星通信を容易にするためのアンテナパネルの特徴部を示す断面図である。 一実施形態による通信システムの機能を示すブロック図である。

本明細書で記載される実施形態は、車載プラットフォームを用いて衛星通信を可能にする効率的な解決策を様々な形で提供する。一部の実施形態において、通信デバイス(communication device)は、軌道上の衛星との高スループットの通信を可能にする１又は２以上のアンテナ素子を含む。１又は２以上のアンテナ素子は、例えば、インターネットを介したデジタルデータ交換に対応する、伝送制御プロトコル／インターネットプロトコル（ＴＣＰ−ＩＰ）、ユーザデータグラムプロトコル（ＵＤＰ）、又は同様のものなどの通信プロトコルに従った衛星通信に対応することができる。代替として、又はこれに加えて、このような衛星通信は、例えば、単信通信、半二重通信、又は全二重通信とすることができる。１又は２以上のアンテナ素子によってサポートされる帯域幅は、オーディオストリーミングの要件よりも高いスループット要件を有するアプリケーション用に十分とすることができ、例えば、１又は２以上のアンテナ素子は、ソフトウェア更新、高精細度ビデオストリーム、及び／又は同様のものを容易にするように動作する。

このような１又は２以上のアンテナ素子の一部又は全ては、ホログラフィックアンテナ(holographic antenna)機能を提供することができ、及び／又は薄型形状因子に対応する平面構造（本明細書では「アンテナパネル」と呼ばれる）と一体化することができる。したがって、このようなアンテナパネルを含む通信デバイスは、この通信デバイスが取り付けられる車両の一部分（例えば、屋根）に対して共形とすることができる。１つの例示的な実施形態において、アンテナパネルの一部又は全ては、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）製造プロセスを使用して製造される。代替として、又はこれに加えて、アンテナパネルは、電子的に操縦可能な(steerable)送信及び／又は受信機能を提供することができる。

本明細書では、様々な実施形態の一部の特徴は、自動車（例えば、乗用車、トラック、バス、トラクタ、又は他のこのような建造機器）で動作するよう構成された通信デバイスを参照して説明される。しかしながら、このような説明は、列車、船舶、及び／又は様々な他の車両の何れかにおけるこのような通信デバイスの動作に適用することに拡張することができる。

図１Ａは、一実施形態による、衛星通信を可能にするためのシステム１００の要素を示している。システム１００は、軌道上の衛星との通信を可能にする通信デバイスが、自動車(motorized vehicle)において動作するように構成された（例えば、車両から通信デバイスに供給される電力に基づいて）一実施形態の単なる一例である。

例えば、システム１００は、衛星（図示せず）との通信を容易にする通信デバイス１２０を配置させた車両１１０（図示の例示的な実施形態においては、自動車）を備えることができ、衛星は、システム１００の一部分であるか、又はシステム１００と通信可能に結合される。車両１１０は、デバイス１２０を用いた動作を容易にするように構成された回路１３０を含むか、又はこの回路に結合することができる。例えば、回路１３０は、デバイス１２０に供給電圧を供給する電源を含む（例えば、１２Ｖ ＤＣを供給する）ことができる。代替として、又はこれに加えて、回路１３０は、衛星から受信したデータを表す信号、衛星に送られるデータを表す信号、デバイス１２０を構成するための信号、デバイス１２０の動作状態を示す信号及び／又は同様のものを伝達することができる。

１つの実施形態において、デバイス１２０は、車両１１０の屋根部分１１２の外面の下に配置される。しかしながら、デバイス１２０は、その代わりに、車両１１０の様々な他の位置の何れか（例えば、車両１１０の内面と車両１１０の外面との間に）に配置することができる。限定ではなく例証として、通信デバイスは、車両１１０のフロントウィンドシールド１１６の下に存在するフロントダッシュボードの上又は下に存在する領域１４２に配置することができる。代替として、又はこれに加えて、通信デバイスは、車両１１０のリアウィンドシールド１１８の下に存在するリアダッシュボードの上又はその下に存在する領域１４４に配置することができる。これに加えて又は代替として、様々な実施形態において、通信デバイスは、車両１１０のトランクリッドの下の領域１４６に配置することができる。幾つかの実施形態は、この点に関して限定されないが、システム１００は更に、車両１００内に様々に配置された１又は２以上の追加の通信デバイス（図示せず）を備えることができ、これら１又は２以上の追加の通信デバイスは、通信デバイス１２０と組み合わせて衛星通信に加わることになる。

デバイス１２０は、衛星通信をサポートする薄型構造を含む一実施形態の一例である。例えば、デバイス１２０は、ハウジング１２２と、ハウジング１２０によって少なくとも部分的に定められた容積内に配置される１又は２以上のアンテナ素子を含むアンテナパネル１２４と、を含むことができる。デバイス１２０の１又は２以上のハードウェアインタフェース（例えば、図示の例示的なインタフェース１２２を含む）は、回路１３０とデバイス１２０の結合、及び／又はアンテナパネル１２４を用いて行われる通信を容易にすることができる。ハウジング１２２は、第１の方向線に沿って５．０インチを超えない厚さにわたることができる（例えば、厚さが４．０インチに等しいか又はそれよりも小さい）。このような実施形態において、ハウジング１２２は、第１の方向線に直交する平面内で少なくとも３０平方インチの断面積にわたることができる（例えば、断面積が５０平方インチに等しいか又はそれより大きい）。

図１Ｂは、一実施形態による、衛星通信を容易にするためのデバイス１５０の特徴部を示している。デバイス１５０は、例えば、デバイス１２０の特徴部の一部又は全てを含むことができる。デバイス１５０は、容積（例えば少なくとも１つの平面）を取り囲むハウジングを含む実施形態の一例であり、アンテナパネルは、この容積内に配置される。ハウジング及びアンテナパネル及び／又はその他の構造体の構成は、車両（車両１１０など）における衛星通信のための薄型ソリューションを容易にすることができる。例えば、通信デバイス１５０は、車両の外面の下に装着されて、他の衛星通信技術と比較してより移動性があり、より見えにくく、低電力であり、及び／又は低コストである移動体衛星通信端末を提供するように適応することができる。このような実施形態において、通信デバイス１５０は、車両の所望の審美性から視認できる突出部がほとんど又は全くないこと、或いはこの審美性における変形を与えることができる。

図示の例示的な実施形態において、デバイス１５０は、例えば、アンテナパネル１６０の少なくとも一部分を取り囲むのに適合する部分（例えば、図示の例示的なハウジング部分１５２ａ、１５２ｂを含む）によって形成されたハウジングを含む。ハウジングは、回路構成要素を保護して構造的に支持するのにラップトップ、タブレットなどで使用される様々なプラスチック、金属、又は他の材料のうちの何れかを含むことができる。

アンテナパネル１６０は、例えば車載ネットワークの代わりに衛星通信に加わるように動作する１又は２以上のアンテナ素子を備えることができる。このような通信は、例えば、７．５ギガヘルツ（ＧＨｚ）よりも高い周波数を含む周波数範囲内で信号を伝達するアンテナパネル１６０を含むことができ、例えば、周波数範囲は、少なくとも１０ＧＨｚを含む。限定ではなく例証として、アンテナパネル１６０は、Ｋｕ帯域信号（１２ＧＨｚから１８ＧＨｚの範囲内）、Ｋａ帯域信号（２６．５ＧＨｚから４０ＧＨｚの範囲内）、Ｑ帯域信号（３３ＧＨｚから５０ＧＨｚの範囲内）、Ｖ帯域信号（４０ＧＨｚから７０ＧＨｚの範囲内）、又は同様のものを伝達することができる。代替として、又はこれに加えて、アンテナパネル１６０を用いた通信は、ＴＣＰ−ＩＰパケット、及び／又はインターネット通信プロトコルと互換性のある様々な他のパケット化データのうちの何れかを表す信号の送信又は受信を含むことができる。

アンテナパネル１６０は、例えば、構成可能なホログラフィックアンテナ機能を提供する及び／又は薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）製造プロセスを利用して製造された電子的に操縦可能なアンテナアレイの一部又は全てを含むことができる。例えば、アンテナパネル１６０は、比較的低電力動作を可能にする、及び／又はこのような動作中、より少ない熱を出力する（例えば、フェーズドアレイアンテナと比較して）ホログラフィックアンテナとして機能することができる。限定ではなく例証として、衛星通信は、例えば、ＵＳＢインプリメンターズフォーラム（ＵＳＢ ＩＦ）によって開発されたＵＳＢ２．０規格、ＵＳＢ３．０規格、又はＵＳＢ３．１規格と互換性のあり、アンテナパネル１６０と回路１３０との間に結合されたユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）接続によって給電することができる。ＴＦＴプロセスは、例えば、他のアンテナ技術に見られる厚さと比較して、アンテナ構造の全体的な深さを縮小することができる。代替として、又はこれに加えて、このようなアンテナ構造は、高スループット接続性ソリューションを提供することができ（例えば、広帯域データ転送速度をサポートするため）、及び／又は比較的低い電力要件を有することができる。薄型、低電力、低熱、及び／又は高スループットソリューションを提供する実施形態は、車両の限定空間（例えば、５インチを超えない厚さ）での動作に特に好適とすることができる。

幾つかの実施形態は、この点に関して限定されないが、このような信号の伝達は、デバイス１５０と、同じ車両内の別のデバイスとの間の追加の通信をもたらすこと、又はこの追加の通信に基づくことができる。例えば、通信デバイス１５０は、車両のコンソールに組み込まれた回路との有線通信及び／又は無線通信を容易にすることができる。代替として、又はこれに加えて、通信デバイス１５０は、スマートフォン、タブレット、又は車両内に配置される他のモバイル機器との無線通信をサポートすることができる。一部の実施形態において、通信デバイス１５０又は車両に組み込まれた別のデバイスは、ユーザのモバイル機器と交換される通信用のハブとして機能することになる。

デバイス１５０は更に、アンテナパネル１６０の動作を可能にするように結合された回路１７０を備えることができる。限定ではなく例証として、回路１７０は、受動回路素子及び／又は能動回路素子（例えば、１又は２以上の集積回路パッケージを含む）が様々な形で配置された１又は２以上のプリント回路基板を含むことができる。デバイス１５０の１又は２以上のインタフェースは、例えば、図示の例示的なハードウェアインタフェース１５６を含み、デバイス１５０を車両１１０の回路１３０などにおける外部電源（図示せず）に結合するのを容易にするハードウェアコネクタ構造を含むことができる。このような電源によって供給される供給電圧は、回路１７０の動作に直接電力を供給することができ、及び／又は供給回路１７０に含まれる又はこの供給回路に結合されたバッテリ（図示せず）を充電することができる。回路１７０は更に、デバイス１５０と車両内の別のデバイス（図示せず）との間の有線通信及び／又は無線通信を容易にする１又は２以上の構成要素を備えることができる。例えば、１又は２以上のインタフェースは、アンテナパネル１６０との間の信号を伝達するための導波路に結合するコネクタを含むことができる。代替として、又はこれに加えて、１又は２以上のインタフェースは、アンテナパネル１６０により受信された（又はそれによって送信される）アナログ信号に基づく（又はそれに変換される）パケット化デジタルデータを伝達することができる。

アンテナパネル１６０及び／又はデバイス１５０の他の構造は、デバイス１５０が車両（車両１１０など）内に配置されている間、このデバイスの動作を可能にすることができる。例えば、デバイス１５０は、車両の外面と、例えば軽量、及び／又は屋根又は他のこのような構造の頭上内部と少なくとも部分的に共形である内部ライナとの間に固定又は他の方法で位置付けられている間に動作するように結合することができる。このようなライナ構造は、例えば、プラスチック、パーティクルボード、クッション、金属、又は同様のものを含み、車両に対して外部環境からの隔離を与えることができ、デバイス１５０の一部又は全てを覆うことができ、ここで、例えば、デバイス１５０は、車両の室内空間に露出していない。

特定の実施形態の幾つかの薄型特性を説明するために、デバイス１５０の例示的な寸法（必ずしも縮尺どおりではない）は、ｘ、ｙ、ｚ座標系を基準として特定され、例えば、デバイス１５０は、ｘ軸に沿った幅Ｘ１、ｙ軸に沿った長さＹ１、及びｚ軸に沿った高さＺ１にわたる。このような実施形態において、高さＺ１は、例えば、５．０インチに等しいか、又はそれよりも小さいとすることができ、例えば、Ｚ１は、４．０インチより小さく、一部の実施形態において、２．０インチより小さい。一部の実施形態において、高さＺ１は、例えば、１．５インチより小さいとすることができる（例えば、Ｚ１は、１．２インチから０．４５インチの間である）。代替として、又はこれに加えて、デバイス１５０の断面積（例えば、Ｘ１とＹ１との積に等しい断面積）とＺ１の比率は、Ｚ１より大きいとすることができ、例えば、この比率は、Ｚ１よりも少なくとも５０パーセント（５０％）大きく、一部の実施形態において、Ｚ１の２倍よりも大きい。例えば、このような比率は、Ｚ１の４倍より大きいとすることができ、例えば、この比率は、Ｚ１の少なくとも６倍である。

これに加えて又は代替として、デバイス１５０の薄型特性は、インタフェース１５６などの１又は２以上のハードウェアインタフェースの位置によって容易にすることができる。例えば、このようなハードウェアインタフェースの一部又は全ては、各々がアンテナパネル１６０が衛星と通信する側面以外の、デバイス１５０のそれぞれの側面に様々な形で配置することができる。例えば、このような１又は２以上のインタフェースは、図示のｘ−ｙ平面に実質的に平行（例えば、この平面の１０度以内）なそれぞれの方向で様々な形で面することができる。何れか又は全てのハードウェアインタフェースのこのような配列は、ハウジングの上面が車両の外部構造により接近している（例えば、それと同一平面上にある）ことを可能にすることができる。

図示の例示的な実施形態において、アンテナパネル１６０は、ハウジングの側面に形成された（例えば、ハウジング部分１５２ｂによって）アパーチャ構造１５４と整列し、このアパーチャ構造１５４は、アンテナパネル１６０と遠隔の衛星（図示せず）との間でハウジング側面を介した信号伝達に適応する。ハウジング側面の一部又は全ては、図示のｘ−ｙ平面内に延びることができ、例えば、側面の少なくとも一部分は、ｘ−ｙ平面と平行である。一部の実施形態において、ハウジングは、アンテナパネル１６０との間の信号に対して少なくとも部分的に透過的であるレードーム構造（図示せず）を形成するか、又はこの構造に結合するように構成される。このようなレードームは、アンテナパネル１６０に環境保護を提供することができ、及び／又は放射される信号パターンの歪みを軽減することができる。例えば、その組成、厚さ又は形状を含む、レードームの構造は、レードームにおける吸収損失及び／又はアンテナパネル１６０に戻る信号反射を軽減することができる。一実施形態において、レードームは、低誘電率及び低誘電正接特性を有する１又は２以上の材料を含む。従来型レードーム設計にて使用される様々な材料の何れもが、幾つかの実施形態に適合することができる。このような材料の例としては、限定ではないが、様々な熱可塑性プラスチック（例えば、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエーテルイミドなど）、繊維強化複合材（例えば、エポキシ樹脂又はポリエステル樹脂を有するＥガラス繊維）、及び低誘電率ガラス（モノリシック又はラミネート）のうちの何れかが挙げられる。しかしながら、幾つかの実施形態は、特定のタイプのレードーム形状及び／又はレードーム材料に限定されるものではない。

図２は、一実施形態による、衛星通信の機能を提供する方法２００に含めることができる動作を示している。方法２００は、例えば、システム１００の動作を含むこと、又は他の方法でこの動作を可能にすることができる。１つの実施形態において、方法２００は、通信デバイス１２０、１５０のうちの１つとの通信機能を提供する。

一部の実施形態において、方法２００は、自動車(motor vehicle)にて動作するように通信デバイスを構成する動作２０２を含む。例えば、動作２０２は、２１０において、車両の外面と車両の内面との間のある位置に通信デバイスを固定するステップを含むことができる。固定ステップは、客室内空間に隣接する又は他の場合に室内空間を形成する車両構造によって少なくとも部分的に形成された凹部、キャビティ、孔、或いは他の構造に通信デバイスを配置するステップを含むことができる。このようなキャビティ、凹部、孔、又は他の構造は、車両の客室領域とは別個にすることができ、この客室領域は、車両の乗員又はオペレータを収容するものである。一部の実施形態において、固定ステップは、レードームとして機能することになるパネルを通信デバイスの上に配置するステップを含む。動作２０２は更に、２２０において、通信デバイスを車両の電源に結合するステップを含むことができる。例えば、ケーブル又は他の相互接続部が、電源と通信デバイスとの間に延びることができ、例えば、相互接続部は、ライナ材料の下にあり、又は他の場合には視界から隠れている。

一部の実施形態において、動作２０２は更に、通信デバイスを車両の１又は２以上の信号線に結合するステップを含む。したがって、このような信号線の一部又は全ては、例えば、通信デバイスと、デジタル信号のソース及び／又はデジタル信号のシンクとして機能する車両の回路との間の通信を容易にするように構成することができる。例えば、車両のデータソース回路は、その後処理されてアナログ信号に変換されて衛星に送信されることになるデジタルデータを通信デバイスに提供することができる。

一部の実施形態において、動作２０２は、通信デバイスを車両の導波路に結合するステップを含む。すなわち、導波路は、通信デバイスのアンテナパネルによって送信されることになるアナログ信号を伝達するよう結合することができる。代替として、又はこれに加えて、導波路は、このようなアンテナパネルで受信されるアナログ信号を通信デバイスから受信するよう結合することができる。

これに加えて又は代替として、一部の実施形態において、方法２００は、例えば動作２０２の一部又は全てによって構成されたような通信デバイスを動作させる動作２０４を含む。例えば、動作２０４は、２３０において、車両の電源を用いて通信デバイスに電圧を供給するステップを含むことができる。一部の実施形態において、動作２０４は更に、通信デバイスのアンテナパネルを用いて、供給電圧に基づいて衛星通信を行うステップを含む（２４０において）。

再び図１Ｂを参照すると、デバイス１５０は、例えば車両１１０の回路１３０から電力を受け取り、次いでこの電力は、回路１７０に印加されてアンテナパネル１６０の動作を可能にすることができる。限定ではなく例証として、回路１７０は、モデム、アンテナコントローラ、及びトランシーバ回路の一部又は全てを含むことができる。このような一実施形態において、モデムは、車両によって提供されるインターネットプロトコル情報（例えば）を、衛星通信プロトコルと互換性のあるフォーマットに変換することができる。結果として得られるフォーマット化された信号は、トランシーバを介して増幅され、アンテナパネルによって電波エネルギーに変換することができ、この電波エネルギーが、車両から送信される。

代替として、又はこれに加えて、衛星からの電波エネルギーは、アンテナパネルを介して受信されて、衛星プロトコルと互換性のある信号にダウンコンバートすることができる。このような変換信号は、車両の一部であるか又は車両内に配置されたシンクへの通信の前に、例えば復調のため、ＩＰプロトコルへの変換及び／又は同様のものために、モデムに供給することができる。

図３Ａは、一実施形態による、衛星通信を提供するためのデバイス３００を示している。デバイス３００は、例えば、デバイス１２０、１５０のうちの１つのデバイスの特徴部の一部又は全てを有することができる。一実施形態において、方法２００の１又は２以上の動作は、デバイス３００の動作を含むか、又はこの動作を可能にする。

デバイス３００は、アンテナパネル、ハウジング、及び／又は他の構造体が、車両における薄型の設置／動作に容易に対応できるほど十分に薄い１つの例示的な実施形態である。図示の例示的な実施形態において、デバイス３００は、ハウジングと、ハウジングの様々な側面（例えば、例示的な側面３２０、３２２、３２４を含む）の間に配置されたアンテナパネル３００とを含む。様々な実施形態の特定の薄型特性を説明するために、デバイス３００の寸法（必ずしも縮尺どおりではない）は、ｘ、ｙ、ｚ座標系を基準として識別され、例えば、デバイス３００は、ｘ軸に沿った幅Ｘａ、ｙ軸に沿った長さＹａ、及びｚ軸に沿った高さＺａにわたる。このような一実施形態において、高さＺａは、例えば、４．０インチよりも小さいとすることができ、例えば、Ｚａは、２．０インチより小さく、一部の実施形態において、１．０インチより小さい。高さＺａは、例えば、０．８インチより小さいとすることができる。代替として、又はこれに加えて、デバイス３００の断面積（例えば、ＸａとＹａとの積に等しい断面積）とＺａの比率は、Ｚａより大きいとすることができ、例えば、この比率は、Ｚａよりも少なくとも５０パーセント（５０％）大きく、一部の実施形態において、Ｚａの２倍よりも大きい。

デバイス３００のこのような薄型特性は、アンテナパネル３１０の構造によって少なくとも部分的に容易にすることができ、（例えば）ホログラフィックアンテナ機能を提供するように動作可能な再構成可能メタマテリアルを含むことができる。他の衛星通信技術と比較して、このようなアンテナ機能は、比較的平坦で、薄く、及び／又は低電力とすることができる。

これに加えて又は代替として、デバイス３００の薄型特性は、デバイス３００の１又は２以上のコネクタ構造の位置によって少なくとも部分的に容易にすることができ、このようなコネクタ構造は、車両の構造体（図示せず）との機械的及び／又は通信的な結合を容易にすることになる。例えば、デバイス３００の１又は２以上のハードウェアインタフェース（例えば、図示の例示的なインタフェース３３０を含む）は各々、アンテナパネル３１０が遠隔の衛星と通信することになる第１の側面３２０以外の、ハウジングのそれぞれの側面に結合することができる。一部の実施形態において、電力又は信号の供給を可能にするデバイス３００の何れかのハードウェアインタフェースは、このような第１の側面以外のそれぞれの側面に配置される。

一部の実施形態において、通信デバイスは更に、車両の隣接構造の下又は上に通信デバイスを固定することを容易にするため、例えば、様々なブラケット、スロット、クリップ、レール、タブ、孔、ねじ山、及び／又は同様のものの何れかを含む、１又は２以上の取り付け構造を含む。限定ではなく例証として、通信デバイス３００のハウジングは、このような車両の内面に結合できるようにする様々なブラケット３４０を形成することができる。ブラケット３４０の全ての一部は、例えば車両によって形成された凹部、孔、又は他の構造における通信デバイス３００の位置合わせを補助するため、対応するピン、ねじ、又は他の位置合わせ構造を各々が受けるそれぞれの貫通孔を形成することができる。

一部の実施形態において、デバイス３００の薄型化は、ハウジングの湾曲によって更に促進される。図示の例示的な実施形態において、側面３２０の一部分は、図示のｘ−ｙ平面に（又はこの平面と少なくとも平行に）延びることができ、側面３２０の別の部分は、ｘ−ｙ平面に向かって又は該平面から湾曲しており、したがって、デバイス３００の質量中心を車両の突出面（図示せず）に比較的接近させることが可能となる。代替として、又はこれに加えて、ハウジングの下側面（３２０の反対側）は、ｘ−ｙ平面に向かって又は該平面から湾曲することができ、例えば、ある位置でのデバイス３００の高さＺｂは、全体の高さＺａよりも小さい。このような湾曲は、車両の内部ライナ構造（図示せず）を所望の審美性に適合可能にすることができる。

図３Ｂは、一実施形態による、衛星通信を提供するためのデバイス３５０の上方断面図を示している。デバイス３５０は、例えば、デバイス１２０、１５０、３００のうちの１つのデバイスの１又は２以上の特徴部を有することができる。一実施形態において、方法２００は、デバイス３５０の動作を含むか、又はこの動作を容易にする。幾つかの実施形態は、この点に関して限定されないが、デバイス３００は、例えば、後付けサンルーフトレイ組立体として機能することができる。

図示の例示的な実施形態において、デバイス３５０は、１又は２以上のアンテナパネル（例えば、図示の例示的なアンテナパネル３５２、３５４を含む）と、このような１又は２以上のアンテナパネルの動作を容易にする回路構成要素（例えば、、回路１７０の）を含む。ハードウェアインタフェース３６０は、このような回路の動作に給電するための１又は２以上の電圧を供給する車両の回路（図示せず）にデバイス３５０を結合するのを容易にすることができる。

一実施形態において、デバイス３００のプリント回路基板３７０は、ブロックアップコンバータ（ＢＵＣ）、ダウンコンバータ（低ノイズブロック、すなわち「ＬＮＢ」ダウンコンバータなど）、エンコーダ、デコーダ、変調器、復調器、制御ロジック、モデム回路（有線通信及び／又は無線通信のための）、メモリリソース及び／又は同様のもののうちの一部又は全てを基板上に配置することができる。例えば、ＢＵＣ及び／又はＬＮＢコンバータ（例えば、図示の例示的なコンバータロジック３６６）は、導波路構造（図示せず）を介して１又は２以上のアンテナパネルの一部又は全てに結合することができる。このような一実施形態において、コンバータロジック３６６は、アナログ通信フォーマットとデジタル通信フォーマットとの間の変換を少なくとも部分的に提供することになる変調及び／又は復調モジュール（例えば、図示の例示的な変調ロジック３６２）に結合することができる。エンコーダ回路及び／又はデコーダ回路は、ＴＣＰ−ＩＰ、ＵＤＰ、又は他のこのようなインターネット通信プロトコルと互換性のあるものなど、データフォーマットへの及び／又はデータフォーマットからのデータ変換を提供することができる。

デバイス３００の１又は２以上の動作は、図示の例示的なコントローラ３６４などの回路によって制御することができる。このような１又は２以上の動作は、限定ではないが、通信周波数の同調、及び／又は所与のアンテナパネルに設けられた送信又は受信機能の操縦(steering)を含むことができる。代替として、又はこれに加えて、このような１又は２以上の動作は、車両からのコマンド信号に応答してデバイス３５０の動作モードを構成すること、デバイスの状態を車両に戻して伝達すること、無線通信を行うことができるモバイル機器の存在を検出することなどを含むことができる。

回路及びアンテナパネル３５２、３５４は、自動車におけるデバイス３５０の結合を容易にするため、例えばレール３７２（又は他のこのような取り付け構造）を形成するハウジングに様々に配置することができる。限定ではなく例証として、デバイス３５０は、車両のサンルーフが開放されたときに、そのサンルーフカバーが後退するはずの空間に配置されるのに適応することができる。その代わりに、このような空間は、デバイス３５０を収容するのに使用でき、また、一部の実施形態において、デバイス３５０を電源に結合する相互接続部を収容するのに使用することができる。このような一実施形態において、ライナが車両に取り付けられ、デバイス３５０、取り付けハードウェア、相互接続部、及び／又は同様のものを隠すことができる。

図４Ａは、一実施形態による、衛星通信を提供するシステム４００の特徴部を切り欠き断面図で示している。システム４００は、例えば、システム１００の特徴部の一部又は全てを含むことができる。１つの例示的な実施形態において、方法２００の一部又は全ては、システム４００の動作を含むか、又はこの動作を提供する。

システム４００は、車両と、例えば、デバイス１２０、１５０、３００、３５０のうちの１つのデバイスの特徴部を有し、車両の外面４１０と車両の内面４１２との間に配置される通信デバイス４２２と、を含むことができる。例えば、車両の屋根構造及びライナは、それぞれ表面４１０、４１２を形成することができ、例えば、車両のウィンドシールド４１４が、この屋根構造に隣接する。通信デバイス４２２は、少なくとも部分的に外面４１０を過ぎて延びる凹部４２０に又はその下方に位置決めすることができる。このような一実施形態において、通信デバイス４２２のアンテナパネル４２４は、アパーチャ構造を通って凹部４２０に面することができる。このような一実施形態において、レードーム構造（図示せず）を凹部４２０に挿入し、アンテナパネル４２４に対する保護を提供することができ、このレードーム構造は、アンテナパネル４２４と遠隔の衛星との間で伝達される信号に対して少なくとも部分的に透過的である。

図４Ｂは、別の実施形態による、衛星通信を提供するためのシステム４３０の特徴部を側方断面図で示している。システム４３０は、例えば、システム１００の特徴部の一部又は全てを含むことができる。１つの例示的な実施形態において、方法２００の一部又は全ては、システム４３０の動作を含むか、又はこの動作を提供する。

システム４３０は、車両と、この車両の外面４３２と車両の内面４３４との間に配置される通信デバイス４４０（例えば、デバイス１２０の特徴部を有する）と、を含むことができ、例えば、車両の屋根及びライナは、それぞれ表面４３２、４３４を形成する。通信デバイス４４０は、少なくとも部分的に外面４３２を通って延びる凹部４３６に又はその下方に位置決めすることができる。このような一実施形態において、通信デバイス４４０は、外面４３２と共形の曲面を通じて遠隔の衛星と信号を伝達（例えば、送信及び／又は受信）するように位置決めすることができる。例えば、このような信号は、凹部４３６及び通信デバイス４４０を少なくとも部分的に覆うレードーム４３８を通って伝播することができる。一部の実施形態において、相互接続部４４２は、通信デバイス４４０を車両の電源（図示せず）に結合し、例えば、相互接続部４４２は、ドアフレーム、ウィンドシールドポスト、及び／又は車体の他の構造に沿って延びる。相互接続部４４２は、車両のライナ構造の背後で視界から隠れることができる。

図４Ｃは、別の実施形態による、衛星通信を提供するためのシステム４６０の特徴部を側方断面図で示している。システム４６０は、例えば、システム１００の特徴部の一部又は全てを含むことができる。１つの例示的な実施形態において、方法２００の一部又は全ては、システム４６０の動作を含むか、又はこの動作を提供する。

システム４６０の通信デバイスは、アンテナパネル４７０と、車両の外面４６２と車両の内面４６４との間に形成されたキャビティ４６６内に様々に配置される回路構成要素４７４（例えば、回路１７０）と、を含むことができる。このような通信デバイスは、例えば、デバイス１２０の一部又は全ての特徴部を有することができ、及び／又は後付けサンルーフ組立体として機能することができる。アンテナパネル４７０は、例えば、システム４６０のアフターマーケット構成要素として取り外し可能に取り付けられたレードーム４６８を通して、遠隔の衛星と信号を伝達（例えば、送信及び／又は受信）することができる。アンテナパネル４７０の動作は、車両が相互接続部４７２を介して通信デバイスに供給する供給電圧に基づくことができ、例えば、相互接続部４７２は、内面４３４の背後で視界から隠れている。

図５Ａから５Ｃは、対応する実施形態による、それぞれの衛星と通信するシステム５００、５３０、５６０をそれぞれ様々な形で示している。システム５００、５３０、５６０の一部又は全ては各々、例えば、システム１００、４００、４３０、４６０のうちの１つのシステムのそれぞれの特徴部を含むことができ、例えば、このようなシステムの機能は、方法２００に従って提供される。図５Ａ〜５Ｃに示されているように、アンテナパネルの領域は、用途に応じて異なることができる。一部の用途では、屋根の後部全体など、車両の外面の下方の数平方インチの空間にわたって延びるより大型のアンテナを使用することができる。

例えば、図５Ａに示されているシステム５００は、レードーム構造５２２が配置される屋根部分５１２を含む車両５０５を備えることができる。システム５００の上方切り欠き断面図５０２で示されているように、レードーム５２２の下方の通信デバイス５２０（例えば、デバイス１２０、１５０、３００、３５０などのうちの１つ）は、屋根部分５１２の表面５１０の下方の内部領域に閉じ込めることができる。図５Ｂに示されている別の実施形態において、システム５３０は、レードーム構造５５２が配置される屋根部分５４２を含む車両５３５を備える。システム５３０の上方切り欠き断面図５３２に示されているように、レードーム５５２の下方の通信デバイス５５０は、屋根部分５４２の表面５４０の１又は２以上（例えば、全てではない）の縁部の下方の領域に延びることができる。図示の例示的な実施形態において、通信デバイス５５０は、表面５４０の半分の下方の領域に延びる。図５Ｃに示されている更に別の実施形態において、システム５６０は、レードーム構造５８２が配置される屋根部分５７２を含む車両５６５を備える。システム５６０の上方切り欠き断面図５６２に示されているように、レードーム５８２の下方の通信デバイス５８０は、屋根部分５７２の実質的に全て（例えば、屋根部分５７２の下方の領域の少なくとも９０％）の下方に延びることができる。

図６Ａは、一実施形態による、衛星通信を可能にするための円筒状給電アンテナ構造の側面図を示している。アンテナパネル１２４、１６０、３１０、３５２、３５４などのうちの１つは、例えば、図６Ａに示されているアンテナ構造を含むことができる。このアンテナは、二重層給電構造（すなわち、２つの層の給電構造）を使用して内向きの進行波を生成することができる。１つの実施形態において、アンテナは、円形の外形を含むが、このことは、必須ではない。

図６Ａを参照すると、同軸ピン６０１を用いて、アンテナの下側レベルで場を励起することができる。１つの実施形態において、同軸ピン６０１は、５００同軸ピンである。同軸ピン６０１は、導電性グランドプレーン６０２であるアンテナ構造の底部に結合（例えば、ボルト締め）することができる。

図６Ａのアンテナ構造は、同軸ピン６０１から給電される進行波を、反射によって間隙導体６０３の下方の領域（例えば、スペーサ層６０４内）から間隙導体６０３の上方の領域（例えば、誘電体層６０５内）に伝播させるような角度が付けられた側面６０７、６０８を含むことができる。１つの実施形態において、側面６０７、６０８の角度は、４５度の角度である。代替の実施形態において、側面６０７、６０８は、反射を達成するため連続半径に置き換えることができる。図６Ａは、４５度の角度を有する角度付き側面を示しているが、下層給電部から上層給電部への信号伝播を達成する他の角度を使用してもよい。すなわち、下側給電部における有効波長が、一般に上側給電部におけるものと異なる場合には、理想的な４５度の角度から幾らかの偏差を用いて、下側供給層から上側供給層への伝達を補助することができる。例えば、別の実施形態において、４５度の角度は、図１１に示されているような単一の段部に置き換えられる。図１１を参照すると、段部１１００、１１０２は、誘電体層１１０５、間隙導体１１０３、及びスペーサ層１１０４の周りでアンテナの一端部上に示されている。更に、段部１１００、１１０２と同様のステップ構造が、これらの層の他端部に存在することができる。ＲＦアレイ１１０６（例えば機能的にＲＦアレイ６０６と同様）は、誘電体層１１０５の上方に配置することができる。

動作中、給電波が、同軸ピン６０１から供給されると、給電波は、グランドプレーン６０２と間隙導体６０３との間の領域で同軸ピン６０１から同心円状外向きに進行する。同心円状の外向き波は、側面６０７、６０８によって反射され、間隙導体６０３とＲＦアレイ６０６との間の領域で内向きに進行することができる。円形外周の縁部からの反射は、この波を同相のままにする（すなわち、この反射は、同相反射である）。進行波は、誘電体層６０５によって減速することができる。この時点で、進行波は、ＲＦアレイ６０６の素子との相互作用及び励振を開始して、所望の散乱が得られる。進行波を終端させるため、アンテナの幾何学的中心にてアンテナに終端部６０９を含めることができる。１つの実施形態において、終端部６０９は、ピン終端（例えば、５０オームのピン）を備える。別の実施形態において、終端部６０９は、未使用エネルギーを終端させて、アンテナの給電構造を通るこの未使用エネルギーの反射を防止するＲＦ吸収体を含む。これらは、ＲＦアレイ６０６の上部で使用することができる。

１つの実施形態において、導電性グランドプレーン６０２及び間隙導体６０３は、互いに平行である。グランドプレーン６０２と間隙導体６０３との間の距離は、例えば、０．１インチから０．１５インチの範囲とすることができる。この距離はλ／２とすることができ、ここでλは動作周波数での進行波の波長である。１つの実施形態において、スペーサ６０４は、発泡体又は空気状スペーサとすることができ、例えば、プラスチック製スペーサ材料を含む。誘電体層６０５の１つの目的は、自由空間速度に対して進行波を減速させることとすることができる。１つの実施形態において、誘電体層６０５は、自由空間に対して３０％だけ進行波を減速させる。１つの実施形態において、ビーム形成に適した屈折率の範囲は１．２〜１．８であり、ここで自由空間は、定義上は１に等しい屈折率を有する。例えば機械加工又はリソグラフィによって定めることができる周期的サブ波長の金属構造など、分散構造を有する材料は、誘電体６０５として使用することができる。ＲＦアレイ６０６は、誘電体６０５の上部に存在することができる。１つの実施形態において、間隙導体６０４とＲＦアレイ６０６との間の距離は、０．１インチから０．１５インチである。別の実施形態において、この距離はλ_eff／２とすることができ、ここで、λ_effは、設計周波数での媒体中の有効波長である。

図６Ｂは、一実施形態による、通信デバイスによって提供されるアンテナ構造の別の実施例を示している。このようなアンテナ構造は、例えば、アンテナパネル１２４、１６０、３１０、３５２、３５４などのうちの１つに含めることができる。図６Ｂを参照すると、グランドプレーン６１０は、誘電体層６１２（例えば、プラスチック層など）と実質的に平行とすることができる。ＲＦ吸収体６１９（例えば、抵抗器）は、グランドプレーン６１０を誘電体層６１２上に配置されたＲＦアレイ６１６に結合する。同軸ピン６１５（例えば、５０オーム）がアンテナに給電する。

作動中、給電波は、同軸ピン６１５を介して供給され、同心円状外向きに進行して、ＲＦアレイ６１６の素子と相互作用する。図６Ａ及び６Ｂの両方のアンテナにおける円筒状給電部は、アンテナのサービス角度を改善する。１つの実施形態において、アンテナシステムは、プラスマイナス４５度の方位角（±４５° Ａｚ）及びプラスマイナス２５度の仰角（±２５° Ｅｌ）からなるサービス角度の代わりに、ボアサイトから全方向で７５度（７５°）のサービス角度を有する。多くの個々の放射体から構成された何らかのビーム形成アンテナと同様に、全体的なアンテナ利得は、それ自体が角度依存とすることができる構成要素の利得に依存する。一般的な放射素子が使用される場合、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と、通常は減少する。ボアサイトから７５度離れると、約６ｄＢの有意な利得劣化が予期される。

円筒状給電部を有するアンテナの実施形態は、１又は２以上の問題を解決する。これらは、共同分割器ネットワークを用いて給電されるアンテナと比較して給電構造を著しく簡素化し、したがって全体で必要とされるアンテナ及びアンテナ給電量を低減すること、より粗い制御（単純なバイナリ制御にまで拡張すること）で高ビーム性能を維持することによって製造誤差及び制御誤差に対する感度を低下させること、円筒状配向給電波が遠距離場において空間的に多様なサイドローブをもたらすことに起因して直線的な給電部に比べてより有利なサイドローブパターンを与えること、偏波器を必要とせずに、左回り円偏波、右回り円偏波、及び直線偏波を可能にすることを含めて偏波が動的であることを可能にすること、を含む。

図６ＡのＲＦアレイ６０６、及び／又は図６ＢのＲＦアレイ６０６は各々、放射体として機能する一群のパッチアンテナ（すなわち、散乱体）を含むそれぞれの波動散乱サブシステムを含むことができる。このパッチアンテナ群は、散乱メタマテリアル素子のアレイを含むことができる。１つの実施形態において、アンテナシステム内の各散乱素子は、下側導体、誘電体基板、及び上側導体からなる単位セルの一部であり、この上側導体は、上側導体内にエッチングされた又はその上方に堆積された相補的電気誘導型容量性共振器（「相補型電気ＬＣ」又は「ＣＥＬＣ」）を組み込んでいる。

１つの実施形態において、液晶（ＬＣ）が散乱素子の周りの間隙に注入される。液晶は、各単位セルに封入されて、スロットに関連する下側導体をこのスロットのパッチに関連する上側導体から分離する。液晶は、この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、液晶の両端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。この特性を利用して、液晶は、誘導波からＣＥＬＣへのエネルギー伝達のためのオン／オフスイッチとして機能する。オンに切り替わると、ＣＥＬＣは、電気的に小さいダイポールアンテナのような電磁波を放射する。

液晶の厚さを制御することにより、ビームスイッチング速度が増大する。下側導体と上側導体との間のギャップ（液晶の厚さ）の５０パーセント（５０％）の減少により、４倍の速度増加がもたらされる。別の実施形態において、液晶の厚さは、約１４ミリ秒（１４ｍｓ）のビームスイッチング速度をもたらす。１つの実施形態において、液晶がドープされて応答性が改善され、７ミリ秒（７ｍｓ）の要件を満たすことができるようになる。

ＣＥＬＣ素子は、ＣＥＬＣ素子の平面に平行で且つＣＥＬＣギャップ相補体に垂直に印加される磁場に応答する。電圧がメタマテリアル散乱単位セルにおいて液晶に印加されると、誘導波の磁場成分は、ＣＥＬＣの磁気励起を誘導し、これにより、誘導波と同じ周波数で電磁波が生成される。単一のＣＥＬＣによって生成される電磁波の位相は、誘導波ベクトル上のＣＥＬＣの位置によって選択することができる。各セルは、ＣＥＬＣに平行な誘導波と同相の波を生成する。ＣＥＬＣは、波長よりも小さいので、出力波は、誘導波がＣＥＬＣの下方を通過するときに、この誘導波の位相と同じ位相を有する。

１つの実施形態において、このアンテナシステムの円筒状給電幾何形状は、ＣＥＬＣ素子を、給電波における波ベクトルに対して４５度（４５°）の角度に位置決めすることを可能にする。この素子の位置決めにより、この素子から生成される又はこの素子で受け取られる自由空間波の偏波の制御が可能になる。１つの実施形態において、ＣＥＬＣは、アンテナの動作周波数の自由空間波長よりも小さい素子間スペースで配列される。例えば、１波長当たり４つの散乱素子が存在する場合には、３０ＧＨｚの送信アンテナの素子は、約２．５ｍｍ（すなわち、３０ＧＨｚの１０ｍｍ自由空間波長の１／４）である。

１つの実施形態において、ＣＥＬＣは、スロットの上方に共配置されたパッチを含むパッチアンテナを２つの間に液晶を有して実装される。この点に関して、メタマテリアルアンテナは、スロット付き（散乱）導波路のように機能する。スロット付き導波路に関して、出力波の位相は、誘導波に対するスロットの位置に依存する。

図７は、別の実施形態による、通信デバイスの構成要素とすることができるパッチアンテナ又は散乱素子の上面図を示している。このようなパッチアンテナ又は散乱素子は、例えば、アンテナパネル１２４、１６０、３１０、３５２、３５４などのうちの１つに含めることができる。図７を参照すると、パッチアンテナは、パッチ７０１とスロット７０２との間に液晶（ＬＣ）７０３を有してスロット７０２の上方に共配置されたパッチ７０１を備えることができる。

図８は、一実施形態による、循環給電アンテナシステムの一部分であるパッチアンテナの側面図を示している。アンテナパネル１２４、１６０、３１０、３５２、３５４（例えば）のうちの１つは、図８に示されている循環給電アンテナシステムを含むことができる。

図８を参照すると、パッチアンテナは、例えば、図６Ａの間隙導体６０３（又は図６Ｂでのアンテナの場合のような接地導体）の上方にある誘電体８０２（例えば、プラスチック挿入体など）の上方に存在することができる。アイリス基板８０３は、誘電体８０２の上部で該誘電体にわたるスロット８０３ａなどの複数のスロットを有してグランドプレーン（導体）を備えることができる。スロット８０３ａの下方には、対応する円形開口部８０３ｂが存在する。本明細書では、スロットは、アイリスと呼ばれる場合がある。１つの実施形態において、アイリス基板８０３のスロットは、エッチングによって生成される。１つの実施形態において、スロット又はスロットがその一部となるセルの最大密度は、λ／２である点に留意されたい。１つの実施形態において、スロット／セルの密度は、λ／３（すなわち、λ当たり３セル）である。他のセル密度を使用できる点に留意されたい。

パッチ８０５ａなどの複数のパッチを包含するパッチ基板８０５は、中間誘電体層により隔てられて、アイリス基板８０３上に配置することができる。パッチ８０５ａなどのパッチの各々は、アイリス基板８０３のスロットのうちの１つと共配置することができる。１つの実施形態において、アイリス基板８０３とパッチ基板８０５との間の中間誘電体層は、液晶基板層８０４である。液晶は、各パッチとその共配置スロットとの間の誘電体層として機能する。液晶以外の基板層を使用できる点に留意されたい。１つの実施形態において、パッチ基板８０５は、プリント回路基板（ＰＣＢ）を備え、各パッチは、このＰＣＢ上に金属を備え、ここではパッチの周りの金属は除去されている。１つの実施形態において、パッチ基板８０５は、パッチがその共配置スロットに面する側と反対側のパッチ基板の面上に存在する各パッチのためのビアを含む。ビアは、１又は２以上のトレースをパッチに接続して、パッチに電圧を供給するのに使用される。１つの実施形態において、マトリクス駆動回路が、パッチに電圧を印加してこのパッチを制御するのに使用される。この電圧は、個々の素子を同調又は離調してビーム形成を実現するのに使用される。

図９は、一実施形態による、通信デバイスの受信アンテナ素子を示す二重受信アンテナを示している。アンテナパネル１２４、１６０、３１０、３５２、３５４（例えば）のうちの１つは、図９に示されているものなどのアンテナ素子の配列を含むことができる。一実施形態において、二重受信アンテナは、Ｋｕ受信及びＫａ受信アンテナである。図９を参照すると、Ｋｕアンテナ素子のスロット付きアレイが示されている。幾つかのＫｕアンテナ素子がオフ又はオンの何れかで示されている。例えば、アパーチャは、Ｋｕオン素子９０１及びＫｕオフ素子９０２を示している。また、中心給電部９０３が、アパーチャレイアウトに示されている。また、図示のように、１つの実施形態において、Ｋｕアンテナ素子は、中心給電部９０３の周りに円形リング状に位置決めされ又は配置され、各素子は、パッチがスロットの上方に共配置された状態でスロットを含む。１つの実施形態において、スロットの各々は、中心給電部９０３から放射されて各スロットの中心位置で入射する円筒状給電波に対して＋４５度又は−４５度の何れかに向けられる。

１つの実施形態において、パッチは、回路パッチ基板を使用する代わりに、ガラス層（例えば、コーニング・イーグルガラスなど、通常は液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）に使用されるガラス）上に堆積することができる。図１０は、パッチを収容するガラス層を含む円筒状給電アンテナの一部分を示している。アンテナパネル１２４、１６０、３１０、３５２、３５４（例えば）のうちの１つは、図１０の循環給電アンテナを含むことができる。

図１０を参照すると、アンテナは、導電性基部又は接地層１００１と、誘電体層１００２（例えば、プラスチック）と、スロットを収容するアイリス基板１００３（例えば、回路基板）と、液晶基板層１００４と、パッチ１０１０を収容するガラス層１００５と、を含む。１つの実施形態において、パッチ１０１０は、矩形形状を有する。１つの実施形態において、スロット及びパッチは、行及び列の状態で位置決めされ、パッチの向きは、各行又は列で同じであり、他方、共配置スロットの向きは、行又は列についてそれぞれ互いに対して同じ方向に向いている。

図１２は、一実施形態による、送受信経路を有する通信システムのブロック図である。図１２の通信システムは、例えばシステム１００の特徴部を含むことができる。例えば、本通信システムは、デバイス１２０、１５０、３００、３５０などのうちの１つを含むことができる。１つの送信経路及び１つの受信経路が示されているが、本通信システムは、受信経路及び送信経路のうちの１つのみを含むことができ、又は代替的に、１つより多くの送信経路及び／又は１つより多くの受信経路を含むことができる。

図１２を参照すると、アンテナ１２０１は、例えばそれぞれ異なる周波数で同時に衛星情報を送受信するように動作可能な１又は２以上のアンテナパネルを含む。１つの実施形態において、アンテナ１２０１は、ダイプレクサ１２４５に結合される。この結合は、１又は２以上の給電ネットワークによるものとすることができる。放射状給電アンテナの場合には、ダイプレクサ１２４５は、２つの信号を混合することができ、例えば、アンテナ１２０１とダイプレクサ１２４５との間の接続は、両方の周波数を搬送できる単一の広帯域給電ネットワークを含む。

ダイプレクサ１２４５は、低ノイズブロックダウンコンバータ（ＬＮＢ）１２２７に結合することができ、ＬＮＢは、例えば当該技術分野で公知の技術から適応された動作を含む、ノイズフィルタリング機能、ダウンコンバート及び増幅機能を実行するものである。１つの実施形態において、ＬＮＢ１２２７は、室外ユニット（ＯＤＵ）内に存在する。別の実施形態において、ＬＮＢ１２２７は、アンテナ装置に組み込まれる。ＬＮＢ１２２７は、モデム１２６０に結合され、該モデムは更に、コンピュータシステム１２４０（例えば、コンピュータシステム、モデムなど）に結合することができる。

モデム１２６０は、アナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）１２２２を含むことができ、このＡＤＣは、ＬＮＢ１２２７に結合されて、ダイプレクサ１２４５から出力された受信信号をデジタル形式に変換することができる。信号は、デジタル形式に変換されると、復調器１２２３によって復調されて、デコーダ１２２４によって復号され、受信波で復号されたデータが得られる。次に、復号されたデータは、コントローラ１２２５に送られて、このコントローラが、データをコンピュータシステム１２４０に送ることができる。

これに加えて又は代替として、モデム１２６０は、コンピュータシステム１２４０から送信されるデータを符号化するエンコーダ１２３０、例えば、１つの通信プロトコルと互換性のあるデータフォーマットからのデータを別の通信プロトコルと互換性のある異なるデータフォーマットに変換する、エンコーダを含むことができる。符号化されたデータは、変調器１２３１によって変調され、次いで、デジタルアナログコンバータ（ＤＡＣ）１２３２によってアナログに変換することができる。次に、アナログ信号は、ＢＵＣ（アップコンバート及び高域増幅器）１２３３によってフィルタリングされて、ダイプレクサ１２３３の１つのポートに供給することができる。１つの実施形態において、ＢＵＣ１２３３は、室外ユニット（ＯＤＵ）内に存在する。ダイプレクサ１２４５は、送信のために送信信号をアンテナ１２０１に供給するための従来型相互接続技術から適応された動作をサポートすることができる。

コントローラ１２５０は、コントローラ１２５０が、ビーム操縦、ビーム形成、周波数同調、及び／又は１又は２以上のアンテナ素子の他の動作特性を構成するための信号を送信することを含んで、アンテナ１２０１を制御することができる。一部の実施形態において、コントローラ１２５０は、例えば、従来型衛星通信技術から適応された信号検出動作を含む、衛星信号を能動的に検索して追跡及び／又は自動的に衛星信号を取得するように動作できる回路を含む。図１２に示されている全二重通信システムは、限定ではないが、インターネット通信、車両通信（ソフトウェア更新を含む）などを含む幾つかのアプリケーションを有する点に留意されたい。

本明細書では、自動車における衛星通信機能を提供するための技術及びアーキテクチャが記載されている。上記の説明では、説明の目的で、特定の実施形態の完全な理解をもたらすために、数多くの具体的な詳細が記載されている。しかしながら、当業者であれば、これらの具体的詳細を伴わずに特定の実施形態を実施できることが明らかであろう。場合によっては、記述内容を曖昧にするのを避けるために、構造及びデバイスはブロック図の形態で示されている。

本明細書において「１つの実施形態」又は「一実施形態」への言及は、実施形態に関連して説明される特定の特徴、構造、又は特性が、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。本明細書における様々な箇所での「１つの実施形態」という語句の出現は、必ずしも全てが同じ実施形態を指すものであるとは限らない。

本明細書での詳細な説明の一部は、コンピュータメモリ内のデータビットに対する演算のアルゴリズム及び記号表現の観点から示されている。これらのアルゴリズム的記述及び表現は、データ処理技術分野の当業者により、自らの作業の内容を他の当業者に最も効果的に伝えるために使用される手段である。アルゴリズムは、ここでは一般的に、望ましい結果に至る自己矛盾のない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。必須ではないが、通常は、これらの量は、格納、転送、結合、比較、及び他の操作が可能な電気信号又は磁気信号の形式を取る。これらの信号をビット、値、要素、記号、符号、用語、又は数字などと言及することは、主として共通使用という理由で時に好都合であることが判明している。

しかしながら、これらの用語及び類似の用語は、全て適切な物理量に関連付けられるものとし、且つこれらの量に付与される有利なラベルに過ぎないことに注意されたい。以下の説明から明らかなように、特に明記しない限り、説明全体を通して、「処理する」又は「演算する」又は「計算する」又は「決定する」又は「表示する」などのような用語を利用する説明は、コンピュータシステムのレジスタ及びメモリ内の物理的な（電子的な）量として表されるデータをそのコンピュータシステムのメモリ又はレジスタ又は他のそのような情報ストレージ、送信又は表示デバイス内の物理量として同様に表される別のデータに操作及び変換するコンピュータシステム又は類似の電子コンピュータデバイスのアクション及び処理を指すことが認められる。

本発明はまた、本明細書の作動を実行するための装置に関する。この装置は、必要とされる目的のために特別に構成することができ、又はコンピュータに格納されたコンピュータプログラムによって選択的に起動又は再構成される汎用コンピュータを有することができる。このようなコンピュータプログラムは、限定ではないが、フロッピーディスク、光ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、及び光磁気ディスクを含むあらゆるタイプのディスク、読取専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、磁気又は光カード、又は電子命令の格納に適するあらゆるタイプの媒体のようなコンピュータ可読ストレージ媒体に格納することができ、各々がコンピュータシステムバスに結合される。

本明細書に提示したアルゴリズム及び表示は、何れの特定のコンピュータ又は他の装置とも本質的に関連付けられたものではない。様々な汎用システムを本明細書の教示によるプログラムと共に使用することができ、又は必要とされる方法ステップを実行するより特殊化された装置を構成することが有利であることが判明する場合がある。様々なこれらのシステムに必要とされる構造は、以下の説明から明らかであろう。これに加えて、本発明は、何れの特定のプログラミング言語に関連しても説明されていない。様々なプログラミング言語を使用して、本明細書に説明した本発明の教示を実施することができることが認められるであろう。

本明細書で説明したものに加えて、本発明の範囲から逸脱することなく、開示した実施形態及びその実装例に対して様々な修正を加えることができる。したがって、本明細書での説明及び実施例は、限定的な意味ではなく、例示的な意味で解釈すべきである。本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲を参照することによってのみ判断すべきである。

Claims (20)

1. 通信デバイスであって、
   ある容積の周りに延びるハウジングであって、第１の方向線に沿った該ハウジングの厚さは５インチに等しい又はそれよりも小さい、ハウジングと、
   前記容積内に配置されたアンテナパネルであって、該アンテナパネルは前記通信デバイスの第１の側面を介した信号の伝達に加わるように構成された１又は２以上のホログラフィックアンテナ素子を含み、前記第１の方向線は第１の平面及び前記第１の側面の一部に垂直である、アンテナパネルと、
   前記第１の側面以外の前記ハウジングのそれぞれの側面上に各々が配置され、前記通信デバイスを自動車の電源に結合する１又は２以上のハードウェアインタフェースと、
   前記電源によって供給される電圧に基づいて前記アンテナパネルを動作させるように結合された回路を含む制御ロジックであって、前記１又は２以上のホログラフィックアンテナ素子によって生成されるビームを操縦する制御ロジックと、
   を備える、通信デバイス。
2. 前記伝達に加わる前記１又は２以上のホログラフィックアンテナ素子は、７．５ギガヘルツよりも高い周波数を含む周波数範囲において前記信号を送信又は受信する前記１又は２以上のホログラフィックアンテナ素子を含む、請求項１に記載の通信デバイス。
3. 前記自動車の外面と前記自動車の内面との間で前記通信デバイスの接続を容易にするための１又は２以上の取り付け構造を更に備える、請求項１に記載の通信デバイス。
4. 前記第１の側面の一部分は、前記第１の平面から離れる方向に湾曲している、請求項１に記載の通信デバイス。
5. 前記第１の側面の反対側の前記通信デバイスの外側面は湾曲している、請求項４に記載の通信デバイス。
6. 前記１又は２以上のハードウェアインタフェースは更に、前記通信デバイスを前記自動車の１又は２以上の信号線に接続する、請求項１に記載の通信デバイス。
7. 前記１又は２以上のハードウェアインタフェースは更に、前記通信デバイスを前記自動車の導波路に結合する、請求項１に記載の通信デバイス。
8. 前記自動車内に配置されるモバイル機器と無線通信するための無線モデムを更に備える、請求項１に記載の通信デバイス。
9. 前記通信デバイスから送信されるデータを符号化するためのエンコーダと、
   前記符号化されたデータに基づいて変調信号を生成するための変調器と、
   前記変調信号をアナログ信号に変換して、前記アナログ信号を前記アンテナパネルに供給するためのデジタルアナログコンバータと、
   を更に備える、請求項１に記載の通信デバイス。
10. 前記アンテナパネルから変調信号を受信するよう結合されて、前記変調信号をデジタル信号に変換するアナログデジタルコンバータと、
    前記変調信号に基づいて、符号化されたデータを生成するための復調器と、
    前記符号化データを復号するためのデコーダと、
    を更に備える、請求項１に記載の通信デバイス。
11. システムであって、
    電源及び相互接続部を含む自動車と、
    前記自動車の内面と前記自動車の外面との間に配置された通信デバイスと、を備え、
    前記通信デバイスは、
    ある容積の周りに延びるハウジングであって、第１の方向線に沿った該ハウジングの厚さは５インチに等しい又はそれよりも小さい、ハウジングと、
    前記容積内に配置されたアンテナパネルであって、該アンテナパネルは前記通信デバイスの第１の側面を介した信号の伝達に加わるように構成された１又は２以上のホログラフィックアンテナ素子を含み、前記第１の方向線は第１の平面及び前記第１の側面の一部に垂直である、前記容積内に配置されたアンテナパネルと、
    前記第１の側面以外の前記ハウジングのそれぞれの側面上に各々が配置された１又は２以上のハードウェアインタフェースであって、前記通信デバイスは、該１又は２以上のハードウェアインタフェース及び前記相互接続部を介して前記電源に結合される、１又は２以上のハードウェアインタフェースと、
    前記電源によって供給される電圧に基づいて前記アンテナパネルを動作させるように結合された回路を含む制御ロジックであって、前記１又は２以上のホログラフィックアンテナ素子によって生成されるビームを操縦する制御ロジックと
    を備える、システム。
12. 前記伝達に加わる前記１又は２以上のホログラフィックアンテナ素子は、７．５ギガヘルツよりも高い周波数を含む周波数範囲において前記信号を送信又は受信する前記１又は２以上のホログラフィックアンテナ素子を含む、請求項１１に記載のシステム。
13. 前記通信デバイスは更に、前記自動車の外面と前記自動車の内面との間で前記通信デバイスの接続を容易にするための１又は２以上の取り付け構造を更に備える、請求項１１に記載のシステム。
14. 前記第１の側面は湾曲している、請求項１１に記載のシステム。
15. 前記第１の側面の反対側の前記通信デバイスの外側面は湾曲している、請求項１４に記載のシステム。
16. 前記１又は２以上のハードウェアインタフェースは更に、前記通信デバイスを前記自動車の１又は２以上の信号線に接続する、請求項１１に記載のシステム。
17. 前記１又は２以上のハードウェアインタフェースは更に、前記通信デバイスを前記自動車の導波路に結合する、請求項１１に記載のシステム。
18. 前記通信デバイスは更に、前記自動車内に配置されるモバイル機器と無線通信するための無線モデムを備える、請求項１１に記載のシステム。
19. 前記通信デバイスは更に、
    前記通信デバイスから送信されるデータを符号化するためのエンコーダと、
    前記符号化されたデータに基づいて変調信号を生成するための変調器と、
    前記変調信号をアナログ信号に変換して、前記アナログ信号を前記アンテナパネルに供給するためのデジタルアナログコンバータと、
    を備える、請求項１１に記載のシステム。
20. 前記通信デバイスは更に、
    前記アンテナパネルから変調信号を受信するよう結合されて、前記変調信号をデジタル信号に変換するアナログデジタルコンバータと、
    前記変調信号に基づいて、符号化されたデータを生成するための復調器と、
    前記符号化データを復号するためのデコーダと、
    を備える、請求項１１に記載のシステム。