JP2023515922A - 広帯域瞬時帯域幅を有するモジュラーメタサーフェスアンテナ - Google Patents

Abstract

瞬時帯域幅のモジュラーアンテナが記載される。１つの実施形態では、アンテナは、互いにタイルされ、表面散乱メタマテリアルアンテナ素子のアレイによって１つのメタサーフェスアンテナを形成するよう構成された複数のアンテナモジュールと、複数のアンテナモジュールに接続され、モジュールに給電波を供給する複数の給電ポイントを含む給電ネットワークとを備える。【選択図】図１

Description

本出願は、２０２０年２月１４日出願の米国仮出願第６２／９７７，００６号及び２０２１年２月１１日出願の非仮出願第１７／１７４，０９５号の優先権の利益を主張するものであり、これらは引用により本明細書に組み込まれている。

低地球軌道（ＬＥＯ）Ｋｕ帯域及びＬＥＯ Ｋａ帯域などの多くの新たな衛星ネットワークは、課題を表す広帯域瞬時帯域幅（ＩＢＷ）を必要とすることになる。また１つのＧＥＯ要件は、Ｋａ帯域ネットワークが５００ＭＨｚの最小ＩＢＷを必要とするものであるが、アンテナ利得における要件は高い。利得の要件を満足するために、アンテナサイズを大きくする必要があるが、これは結果的にＩＢＷを低減する。従って、ＩＢＷと利得はトレードオフの関係にあり、不可能ではないにしても、一般的なピュア‐アナログ平面アンテナアーキテクチャによって両方の要件を満足することは難しい。

広帯域瞬時帯域幅(high instantaneous bandwidth)を有するモジュラーアンテナ(modular antennas)が記載される。１つの実施形態では、アンテナは、互いにタイルされ(tiled together)、表面散乱メタマテリアルアンテナ素子(surface scattering metamaterial antenna elements)のアレイによって１つのメタサーフェスアンテナ(metasurface antenna)を形成するよう構成された複数のアンテナモジュール(antenna modules)と、給電波をモジュールに供給するために複数のアンテナモジュールに接続された複数の給電ポイント(feed points)を含む給電ネットワーク(feed network)とを備える。

説明される実施形態及びこの利点は、添付の図面と共に用いられる以下の説明を参照することでより良く理解することができる。これらの図面は、説明される実施形態の精神及び範囲から逸脱することなく当業者によって説明された実施形態に対して行い得る形態及び詳細における何れの変更も制限するものではない。

モジュラー構造を有するアンテナの１つの実施形態を示す図である。 アンテナモジュールの様々な数及び形状を有するアンテナの例を示す図である。 アンテナモジュールの様々な数及び形状を有するアンテナの例を示す図である。 アンテナモジュールの様々な数及び形状を有するアンテナの例を示す図である。 アンテナモジュールの様々な数及び形状を有するアンテナの例を示す図である。 無線周波数（ＲＦ）結合器／分割器ネットワークの例を示す図である。 無線周波数（ＲＦ）結合器／分割器ネットワークの例を示す図である。 混合アナログ分割器／デジタル結合器ネットワークの例を示す図である。 表面散乱メタマテリアル送信アンテナ素子のアレイにわたる送信パターンを示す図である。 １つのアンテナモジュール当たりの受信パターンを示す図である。 単一アパーチャに関連する到来時間を示すアンテナアパーチャの側面図である。 実時間遅延（ＴＴＤ）構成要素を備えたタイルアパーチャを示すアンテナの側面図である。 円筒形給電アンテナの入力給電部の周りの同心リングに配置されたアンテナ素子の１又は２以上のアレイを有するアパーチャを示す図である。 グランドプレーン及び再構成可能共振層を含むアンテナ素子の１つの列の斜視図である。 同調可能共振器／スロット１２１０の１つの実施形態を示す図である。 物理的アンテナアパーチャの１つの実施形態の断面図である。 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である。 スロットを包含する第２のアイリス基板層の一部を示す図である。 第２のアイリス基板層の一部上のパッチを示す図である。 スロット付きアレイの一部の上面図である。 円筒形給電アンテナ構造の１つの実施形態の側面図である。 外向き波と共にアンテナシステムの別の実施形態を示す図である。 アンテナ素子に対するマトリクス駆動回路の配置の１つの実施形態を示す図である。 ＴＦＴパッケージの１つの実施形態を示す図である。 同時送信及び受信経路を有する通信システムの別の実施形態のブロック図である。

以下の説明では、本発明の解説の完全な理解を提供するために多数の詳細が示される。しかしながら、当業者には、本発明をこれらの特定の詳細なしでも実施できることが明らかであろう。他の事例では、本発明を曖昧にしないために、公知の構造及びデバイスは、詳細にではなくブロック図の形式で示されている。

広帯域瞬時帯域幅（ＩＢＷ）を有するメタサーフェスアンテナ及びこれを組み立てるための技術が開示される。１つの実施形態では、メタサーフェスアンテナは、例えば、以下に詳細に説明するように、無線周波数（ＲＦ）放射アンテナ素子（例えば、表面散乱メタマテリアルアンテナ素子）を備えたマルチアンテナモジュールを有するホログラフィックメタサーフェスアンテナを備える。アンテナモジュールは、タイルとして本明細書で言及される場合があることに留意されたい。

１つの実施形態では、メタサーフェスアンテナは、各々が進行波を各々のそれぞれのアンテナモジュールに給電する複数の給電ポイントを用いるモジュラーアーキテクチャを用いて組み立てられる。１つの実施形態では、アンテナモジュールは、給電機構として進行波ガイド構造を用いる。ガイド構造を介して伝播する場合に進行波に関連する遅延を表すガイド遅延があり、ガイド遅延は、進行波の経路長によって決定される。ガイド遅延は、ＩＢＷを制限するビームスクイントの原因の１つである。単一の給電ポイントとは対照的に、複数の給電ポイントを用いることによって、導波路における何れの長い経路長も回避できるので、移動波の経路長は短縮される。このように、モジュラーアンテナアーキテクチャは、アンテナサイズにおけるＩＢＷの依存性を断つことによって上記に示された問題を克服し、これによってアンテナのＩＢＷを改善する。更に、アンテナの利得は、ＩＢＷ定数を維持すると同時に、アンテナモジュールを更に追加することによって増加させることができる。従って、複数のアンテナモジュールを結合することによって、ＩＢＷを損なうことなくアンテナ利得を向上することができる。結果として、スクイントを大幅に低減することができ、ＩＢＷは更に広帯域になる。

また、複数のアンテナモジュールを備えたモジュラーアーキテクチャの使用は、様々な使用ケースに対する迅速な試作を可能にする。例えば、新しいアンテナ開発が、所望の数のアンテナモジュールを接続するための結合器ネットワークを設計することに制限されるので、モジュラーの概念は、試作及び製造の促進を可能にする。更に、モジュラーアーキテクチャは、アンテナモジュールのサイズが単一の大きなアンテナのサイズより小さくなるので、単純な製造プロセスの使用を可能にする。例えば、１つのアンテナ実施形態では、アンテナ素子(antenna elements)を駆動するためのＴＦＴを含む薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）基板（例えば、ガラスなど）を、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）製造ライン（このようなラインは、アンテナガラス基板上のＴＦＴ製造で用いられる）の小さな生成で製造することができ、小さなサイズの導波路構成要素の製造公差は良好であり、より容易に制御される。

１つの実施形態では、モジュラーアーキテクチャを備えたアンテナは、特定の周波数帯域を用いる場合に要求される広帯域ＩＢＷを提供する。例えば、Ｋａは、高利得（例えば、Ｇ／Ｔ）の広帯域ＩＢＷ(wide IBW)（＞５００ＭＨｚ）を必要とする。本明細書に説明されるタイルアプローチなしでは、これらの２つの性能指数、すなわちＩＢＷと利得との間のトレードオフが、各特定のアンテナ設計に生じる。

１つの実施形態では、ＩＢＷを制限する２つの寄与因子、すなわち到来角遅延(angle-of-arrival delay)とガイド遅延がある。本明細書に説明されるモジュラーアプローチ／タイリングアプローチは、結果として広帯域ＩＢＷをもたらす両方の遅延源の軽減を可能にする。すなわち、本明細書に記載されるアンテナ実施形態は、ＩＢＷを向上させるためにタイルされる漏洩電波アンテナ又はメタサーフェスアンテナを含む。

到来角遅延を補償するために、１つの実施形態では、実時間遅延構成要素(true-time-delay component)が、時間差を補償するためにあらゆるアンテナモジュールの後ろに実装される。１つの実施形態では、ガイド遅延を補償するために、小さなタイルサイズを有するアンテナモジュールが用いられ、結果として、別のアンテナのためのアンテナモジュールの全てと同じ領域をカバーする唯一のアパーチャをもつ大きなアンテナに比較して、アンテナモジュールの中心の素子とアンテナモジュールの縁部の素子との間の時間遅延は小さい。

１つの実施形態では、アンテナは、互いにタイルされ、表面散乱メタマテリアルアンテナ素子のアレイによって１つのメタサーフェスアンテナを形成するよう構成された複数のアンテナモジュールと、モジュールに給電波を供給するために複数のアンテナモジュールに接続された(coupled)複数の給電ポイントを含む給電ネットワークと、を備える。

図１は、モジュラー構造を有するアンテナの１つの実施形態を示す。図１を参照すると、アンテナエンベロープ１０２は、７つのアンテナモジュール、又はタイル、１０１を含む。本明細書に記載される技術は、７つのアンテナモジュールを有することに制限されず、アンテナエンベロープ１０２をタイルするために７より多いか又は少ないアンテナモジュールを有することができる。１つの実施形態では、アンテナモジュール１０１の各々は、中心給電ポイントを有し、例えば、以下に詳しく説明するアンテナアパーチャなどの中心給電部である。

１つの実施形態では、アンテナモジュール１０１は、六角形の中心給電モジュールである。この形状は、アンテナの合計放射エリアが効率良くパックされるのを助け、未使用／非放射エリアが回避される。１つの実施形態では、各中心給電アンテナモジュールの縁部は、縁部吸収材／終端部１０３などの吸収材料を有し、近傍のアンテナモジュールが互いから分離されるようにする。縁部吸収材／終端部１０３は図１のアンテナモジュールの側面に沿って現れるが、縁部吸収材／終端部１０３は、実際には、導波路を終端するために縁部において各アンテナモジュールの下に置かれている。

図１では、何れかの給電ポイントから最も遠いアンテナ素子（例えば、ＲＦ放射アンテナ素子など）までの経路長は、上記の結合された単一の中心給電部を有するアンテナモジュールと同じサイズの領域（例えば、アンテナエンベロープ１０２をカバーする）を有する単一のモジュールアンテナの経路長の約１／３である。すなわち、モジュラーアプローチの使用は、３つのサブ経路に分割されるガイド長をもたらす。モジュラーアンテナ設計に関連する短い経路長は、アンテナのＩＢＷを増加させる。例えば、Ｋａの場合には、導波路における低減された経路長と実時間遅延（ＴＴＤ）補償の使用（以下に詳しく説明する）を組み合わせる実施構成を用いた場合、７５ｃｍアンテナのＩＢＷは、１．３ＧＨｚ（３ｄＢピークツーピーク）及び７００ＭＨｚ（１ｄＢピーク‐ツー‐ピーク）に増加することになる。

１つの実施形態では、アンテナは、実時間遅延（ＴＴＤ）構成要素を用いて到来角時間遅延を補償し、導波路遅延は、タイルアレイの同じ全体サイズを有する単一のアンテナと比較して小さい。換言すると、アンテナは、信号を処理して到来角の結果である時間遅延を補償する。これは、小さなビームスクイント、従って大きなＩＢＷに至る。図５Ａは、単一のアパーチャに関連する到来時間を示す。図５Ｂは、ＴＴＤを有するタイルアパーチャの側面図を示す。図５Ｂを参照すると、３つのアンテナモジュールが示されており、各々は、異なるアンテナモジュール上のＲＦ放射アンテナ素子の異なる到来角に関連する遅延並びにガイド遅延を補償するアンテナモジュールの真下のＴＤＤ構成要素を有する。

実時間遅延構成要素は、時間差を補償するためにあらゆるモジュールの後ろに実装することができる。１つの実施形態では、各アンテナモジュールの後部のＴＴＤ構成要素は、アンテナモジュールから信号を遅延させ到来遅延を補償する。１つの実施形態では、補償は、ソフトウェアの調節を実行することによって実施される。このような場合、ソフトウェアは、各構成要素に加える必要がある時間遅延を計算する。１つの実施形態では、調節は、ベースバンドに適用される。このような場合、各アンテナモジュールから受信される信号は、ダウンコンバートされ、デジタル化され、次に時間遅延がベースバンドに適用される。その後、受信された信号は全て、ベースバンドで結合される。１つの実施形態では、同じ時間遅延補償が、逆に、送信用の信号に適用される。

代替の実施形態では、ＴＴＤは、ＲＦ又は中間周波数（ＩＦ）周波数で実装することもできる。換言すると、調節は、ＲＦ又はＩＦで適用される。ＲＦの場合、調節は、信号がダウンコンバートされる前に適用される。ＩＦの場合、調節は、信号がＩＦに変換された後、ベースバンドに変換される前に適用される。

様々な数及び形状のアンテナモジュールは、様々な要件及び形状因子を満足させると共にＩＢＷとアンテナ利得との間の所望のトレードオフを達成するために、様々な構成に用いることができる。様々な用途は様々な形状因子を有し、アパーチャサイズが形状因子に一致する場合、これは、指向性を増すことによってアンテナ性能を向上させる。

図２Ａ－２Ｄは、アンテナモジュールの様々な数及び形状を有するアンテナの例を示す。図２Ａは、３つの六角形の中心給電アンテナモジュール２０１を有するアンテナを示す。図２Ｂは、４つの六角形の中心給電アンテナモジュール２１１を有するアンテナを示す。図２Ｃは、２つの六角形の中心給電アンテナモジュール２２１を有するアンテナを示す。図２Ｄは、２つの四角形のアンテナモジュール２３１を有するアンテナを示す。

また、アンテナモジュールは全て、同じ形状を有する必要はない。例えば、図１のアンテナエンベロープ１０２のような、アンテナエンベロープにわたって形状が異なる幾つかのアンテナモジュールとすることができる。例えば、図１は、六角形のアンテナ素子を示しているが、アンテナ素子は、ダイヤモンド形又は三角形とすることができ、又は追加のアンテナモジュールをこれらの他の形状に追加して、アンテナエンベロープを満たすことができる（例えば、アンテナエンベロープをより完全に満たす）。例えば、小さなモジュール（タイル）を形作り、アンテナモジュール１０１の縁部に加えて、エリアの使用を最大化して、図１のアンテナエンベロープ１０２をカバーすることができる。１つの実施形態では、アンテナモジュールは、アンテナエンベロープ全体を満たすように形作られる。

１つの実施形態では、中心給電アンテナモジュールでは、カプラは、均一なアパーチャ照射を維持しながら、アパーチャの縁部に向かって中心から外向きにアパーチャに給電する。１つの実施形態では、非円筒形形状であり、例えば図１に示すような複数のアンテナモジュールを含むメタサーフェスアンテナは、このような指向性カプラを用いる。

複数のアンテナモジュールを単一のアンテナとして作動させるために、パワー分割器／結合器ネットワークは、受信信号を結合し、送信パワー(transmitted power)を分割するために使用される。すなわち、パワー分割器／結合器ネットワークは、送信及び受信信号をそれぞれ分割及び結合するために用いられる。図３Ａ及び３Ｂは、ＲＦ結合器／分割器ネットワークの例を示す。図３Ａを参照すると、４つの六角形の中心給電アンテナモジュール３０１を有するアンテナは、ＲＦ結合器／分割器３０２を含む。図３Ｂを参照すると、２つの六角形の中心給電アンテナモジュール３１１を有するアンテナは、ＲＦ結合器／分割器３１２を含む。

１つの実施形態では、パワー分割器／結合器ネットワークは、アナログＲＦ分割器／結合器ネットワークで構成される。代替の実施形態では、パワー分割器／結合器ネットワークは、デジタル分割器／結合器で構成される。アナログＲＦ分割器／結合器ネットワークによって、ＲＦ給電ネットワークは、信号をチャネルに結合及び分割し、モジュールに給電する。このようなアナログＲＦ分割器／結合器ネットワークは、カスタマイズすることができる。例えば、カスタマイズは、例えば、限定ではないが、モジュールの数、モジュールのサイズ、及び各ポートの距離、及び各給電ポートの位置を含むことができる。これらの全ては、給電ネットワーク設計に影響を与える可能性がある。

１つの実施形態では、デジタル分割器／結合器によって、各アンテナモジュールはＲＦチェーン（例えば、ダイプレクサ、ＬＮＢ、及びＢＵＣ）を備え、入力／出力接続はＩＦ帯域にある。次に、ＩＦ帯域信号は、デジタル結合器(digital combiner)で結合される。デジタル結合器の使用は、以下に詳しく説明するようにマルチビーム作動を可能にする。

上記のモジュラーアーキテクチャは、複数の別々のアンテナを有し、これらの出力を結合して利得の増加を得るものとは異なる点に留意されたい。１つの実施形態では、モジュールの全ては、同じ基板（例えば、ガラス基板）の一部であり、集束はＲＦ結合器ネットワーク上にあり、ＩＢＷの増加が可能になる。

１つの実施形態では、アンテナモジュールの１又は２以上は、混合ネットワークを含む。モジュールは、性能と受信（Ｒｘ）対送信（Ｔｘ）のターミナルコストとの間の柔軟性のために混合給電ネットワークに結合することができる。例えば、１つの実施形態では、アンテナのアンテナモジュールは、受信作動が広帯域ＩＢＷを要求するので、デジタル実施構成（例えば、デジタル結合器）を含み、一方で、送信作動がより厳しいパターン制御からの恩恵を受けるので、送信作動はアナログネットワークを用いる。このような場合、アナログネットワークは、全てのパネルにわたってコヒーレンスを維持するための費用効率が高い方法を提供することができる。

図３Ｃは、混合ネットワークを用いるアンテナモジュールの例を示す。図３Ｃを参照すると、限定されるものではないが、アンテナは３つのアンテナモジュール３０１を含む。アンテナモジュール３０１は、高出力増幅器（ＨＰＡ）３０３に結合され、これによって駆動されるアナログ分割器ネットワーク(analog divider network)３０２を用いて、送信駆動される。受信側では、各アンテナモジュール３０１に関連する低ノイズ増幅器３０４及びアナログ‐デジタル変換器（ＡＤＣ）３０５から送り込まれるデジタル結合器経路３０６が存在する。

上述した混合アナログ／デジタルネットワークは、メタサーフェスアンテナモジュール（タイル）によるハイブリッドタイル及びアレイビームフォーミングアプローチ(beamforming approach)を補完する。受信側では、アンテナモジュールのメタマテリアルアンテナ素子の各々を制御するための各タイルの制御パターンは、他とは独立しており、これはタイルとしての完全なアンテナパターンを作り出す。送信側では、各タイルは、アレイレベルのビームフォーミングに関与する。すなわち、各アンテナモジュールは、制御装置によって生成される制御パターンを受信することができるが、制御パターンは、複数のアンテナモジュール（例えば、アンテナのアンテナモジュールの全て）にわたって生成されるパターンの一部である。こうすることによって、これは、送信中のサイドローブ及びグレーティングローブにおける高度な制御を可能にする。

図４Ａは、表面散乱メタマテリアル送信アンテナ素子のアレイにわたる送信パターンを示し、図４Ｂは、１つのアンテナモジュールごとの受信パターン（及び複数の表面散乱メタマテリアル受信アンテナ素子）が存在する例を示す。従って、各アンテナモジュールは、受信及び送信アンテナ素子（例えば、ＲＦ放射アンテナ素子）を含む。このようなアレイの例は、例えば、２０１９年１月１４日出願の米国出願第１６／２４７，３９８号「広帯域同調可能帯域幅半径ラインスロットアンテナ」、及び２０１８年２月１３日発行の米国特許第９，８９３，４３５号「同時マルチアンテナ機能を可能にする結合アンテナアパーチャ」に開示される。図４Ａの送信時には、タイルの全ては、タイルにわたって分配されたパターンを備える単一のメタサーフェスアンテナとして作動し、これによって、アレイとしてパターンを形成し、図４Ｂの受信時には、タイルは、各タイルが受信時にビームフォーミング(beam forming)を実行するように独立して作動する。

図４Ａ及び４Ｂに示した例では、制御装置は、アンテナモジュールに結合され、アンテナモジュールの制御パターンを生成する。制御装置は、アンテナの他のアンテナモジュールから独立した各アンテナモジュールの受信アンテナ素子（例えば、複数の表面散乱メタマテリアル受信アンテナ素子）の制御パターンを生成して、各アンテナモジュールがビームフォーミングを実行するのを可能にする。また、制御装置は、個々のアンテナモジュール上の送信アンテナ素子（例えば、表面散乱メタマテリアル送信アンテナ素子）のアンテナのアンテナモジュールの全部又は一部にわたる制御パターンを生成して、アンテナモジュールがアレイレベルのビームフォーミングに関与するのを可能にする。これは、大きなアレイに振幅テーパリングを適用するのを可能にし、送信ビームのサイドローブを低減できる。

１つの実施形態では、アンテナモジュールの全ては、受信及び送信作動の両方に関与する点に留意されたい。しかしながら、代替の実施形態では、アンテナモジュールの全てより少ないモジュールが受信及び送信作動に関与する。更に、１つの代替の実施形態では、受信に関与するアンテナモジュールの数は、送信に関与するアンテナモジュールの数とは異なる。従って、アンテナモジュールの様々なセットは、送信及び受信に関与することができる。

１つの実施形態では、導波路は、給電波をアンテナモジュールのアンテナ素子に供給するために各アンテナモジュールの下にある。このような導波路及びアンテナ素子の例を以下に示す。多くの導波路タイプを用いて給電部を組み立てることができることに留意されたい。しかしながら、低損失を得るために、中空導波路給電の使用が好ましい。

アンテナ実施形態の例
上記の技術は、平面アンテナと共に用いることができる。このような平面アンテナの実施形態が開示される。平面アンテナは、アンテナアパーチャ上にアンテナ素子の１又は２以上のアレイを含む。１つの実施形態では、アンテナ素子は、液晶セルを含む。１つの実施形態では、平面アンテナは、行及び列に配置されないアンテナ素子の各々を一意的にアドレス指定して駆動するためのマトリクス駆動回路を含む円筒形給電アンテナである。１つの実施形態では、要素は、リング状に配置される。

１つの実施形態では、アンテナ素子の１又は２以上のアレイを有するアンテナアパーチャは、互いに結合された複数のセグメントから構成される。互いに結合されると、セグメントの結合体は、アンテナ素子の閉じた同心リングを形成する。１つの実施形態では、同心リングは、アンテナ給電部に対して同心である。

アンテナシステムの例
１つの実施形態では、平面アンテナは、メタマテリアルアンテナシステムの一部である。通信衛星地上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を説明する。１つの実施形態では、アンテナシステムは、商用衛星通信のためのＫａ帯域周波数又はＫｕ帯域周波数の何れかを用いて作動する移動プラットフォーム（例えば、航空、海上、陸上など）上で作動する衛星地上局（ＥＳ）の構成要素又はサブシステムである。アンテナシステムの実施形態は、移動プラットフォーム上にない地上局（例えば、固定又は可搬地上局）で用いることができることにも留意されたい。

１つの実施形態では、アンテナシステムは、表面散乱メタマテリアル技術を用いて、別々のアンテナによって送信及び受信ビームを形成して操向する。

１つの実施形態では、アンテナシステムは、３つの機能的サブシステム、すなわち、（１）円筒形波動給電アーキテクチャから成る導波構造、（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）ホログラフィック原理を用いてメタマテリアル散乱素子から調節可能な放射場（ビーム）の形成を命令する制御構造で構成される。

アンテナ素子
図６は、円筒形給電ホログラフィック半径アパーチャアンテナの１つの実施形態の概略図を示す。図６を参照すると、アンテナアパーチャは、円筒形給電アンテナの入力給電部６０２の周りに同心リング状に配置されたアンテナ素子６０３の１又は２以上のアレイ６０１を有する。１つの実施形態では、アンテナ素子６０３は、ＲＦエネルギーを放射する無線周波数（ＲＦ）共振器である。１つの実施形態では、アンテナ素子６０３は、アンテナアパーチャの全表面上に交互配置及び分散配置されたＲｘ及びＴｘアイリスの両方を備える。このようなアンテナ素子の例は、以下に詳しく説明する。本明細書に説明するＲＦ共振器は、円筒形給電部を含まないアンテナに使用できる点に留意されたい。

１つの実施形態では、アンテナは、入力給電６０２を介して円筒形波動給電を提供するために用いられる同軸給電を含む。１つの実施形態では、円筒形波動給電アーキテクチャは、給電ポイントから円筒形様式で外に向かって拡大する励起によって中心ポイントからアンテナに給電する。すなわち、円筒形給電アンテナは、外向きに移動する同心円給電波を生成する。その場合でも、円筒形給電の周りの円筒形給電アンテナの形状は、円、四角又は何れの形状にもすることができる。別の実施形態では、円筒形給電アンテナは、内向きに移動する給電波を生成する。このような場合、給電波は、円形構造から最も自然にもたらされる。

１つの実施形態では、アンテナ素子６０３は、アイリスを備え、図６のアパーチャアンテナは、同調可能液晶（ＬＣ）材料を介してアイリスを放射するために円筒形給電波からの励起を用いることによって形成される主ビームを生成するために用いられる。１つの実施形態では、アンテナは、所望の走査角度で水平又は垂直に偏極した電界を放射するように励起することができる。

１つの実施形態では、アンテナ素子は、パッチアンテナのグループを備える。このパッチアンテナのグループは、散乱メタマテリアル素子のアレイを備える。１つの実施形態では、アンテナシステムにおける各散乱素子は、下部導体、誘電体基板、及び上部導体からなる単位セルの一部であり、上部導体は、これにエッチング又は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））を組み入れている。当業者によって理解されるように、液晶とは対照的に、ＣＥＬＣの関連でＬＣは、インダクタンス‐キャパシタンスを指す。

１つの実施形態では、液晶（ＬＣ）は、散乱素子の周りのギャップに配置される。このＬＣは、上述の直接駆動実施形態によって駆動される。１つの実施形態では、液晶は、各単位セル内に封入され、スロットに関連する下部導体をそのパッチに関連する上部導体から分離する。液晶は、この液晶を含む分子の配向の関数である誘電率を有し、分子の配向（及び従って誘電率）は、液晶両端間のバイアス電圧を調節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、この特性を使用して、液晶は、導波路からＣＥＬＣへのエネルギー伝達のためのオン／オフスイッチを統合する。スイッチオンになると、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。本明細書の教示は、エネルギー伝達に関して２値的に作動する液晶を有することに制限されない点に留意されたい。

１つの実施形態では、このアンテナシステムの給電幾何形状は、アンテナ素子を波動給電の波動ベクトルに対して４５度（４５°）角度で位置付けられるのを可能にする。他の位置（例えば、４０°の角度）を用いることができる点に留意されたい。この素子のこの位置は、素子によって受信されるか又は素子から送信／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、アンテナ素子は、アンテナの作動周波数の自由空間波長より短い素子間隔で配列される。例えば、１波長につき４つの散乱素子がある場合には、３０ＧＨｚ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４分の１）となる。

１つの実施形態では、２組の素子は、互いに垂直であり、同じ同調状態に制御される場合に、等しい振幅の励起を有する。給電波の励起に対してこれらの素子を＋／－４５回転することで、両方の所望の機能が同時に達成される。一方の組を０度回転させ、他方を９０度回転させることで、垂直目標を達成するが、等振幅励起目標は達成できない。０度及び９０度を用いて２つの側部から単一構造のアンテナ素子のアレイを給電する場合に、分離を達成できる点に留意されたい。

各単位セルからの放射パワーの量は、制御装置を用いてパッチに電圧を印加する（ＬＣチャネル両端の電位）ことによって制御される。各パッチに対するトレースは、電圧をパッチアンテナに供給することに使用される。この電圧は、静電容量及び従って個々の素子の共振周波数を同調又は離調させて、ビームフォーミングを達成するために使用される。必要とされる電圧は、使用される液晶混合物に依存する。液晶混合物の電圧同調特性は、主に、液晶が電圧の影響を受け始める閾値電圧と、これを越える電圧の上昇が液晶の大きな同調をもたらさない飽和電圧とによって説明される。これらの２つの特性パラメータは、液晶混合物が異なると変化する場合がある。

１つの実施形態では、上述のように、マトリクス駆動を使用してパッチに電圧を印加して、各セルが、各セルに対して別々の接続を有することなく他のセルの全てから切り離して駆動されるようになる（直接駆動）。素子が高密度であるために、マトリクス駆動は、各セルを個々にアドレス指定するのに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は、２つの主要な構成要素を有し、アンテナシステム用の駆動電子機器を含むアンテナアレイ制御装置は、波散乱構造の下にあり、一方で、マトリクス駆動スイッチングアレイは、放射を妨害しないように放射ＲＦアレイ全体にわたって散在する。１つの実施形態では、アンテナシステムの駆動電子機器は、各散乱素子へのＡＣバイアス信号の振幅又はデューティサイクルを調節することによって、この散乱素子に対するバイアス電圧を調節する市販のテレビジョン装置で使用される市販の既製ＬＣＤ制御装置を備える。

１つの実施形態では、アンテナアレイ制御装置はまた、ソフトウェアを実行するマイクロプロセッサを包含する。また、制御構造は、位置及び方位情報をプロセッサに提供するセンサ（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）を組み込むことができる。位置及び方位情報は、地上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ができ、及び／又はアンテナシステムの一部でなく場合がある。

詳細には、アンテナアレイ制御装置は、作動周波数でどの素子がオフにされて、どの素子がオンにされているか、及びどの位相及び振幅レベルにするかを制御する。素子は、電圧印加によって周波数作動に対して選択的に離調される。

送信に関して、制御装置は、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生成する。制御パターンは、素子を様々な状態に変える。１つの実施形態では、多状態制御が使用され、そこでは、方形波（すなわち、正弦波グレーシェード変調パターン）とは対照的に、様々な素子が様々なレベルにオン及びオフにされ、更に正弦波制御パターンが近似される。１つの実施形態では、一部の素子が放射し一部が放射しないのではなく、一部の素子が他の素子より強く放射する。可変放射は、特定の電圧レベルを印加することによって達成され、これによって、液晶の誘電率が様々な量に調節され、これによって、素子を可変的に離調させて一部の素子を他の素子よりも多く放射させる。

素子のメタマテリアルアレイによる集束スビームの生成は、強め合う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、これらが自由空間で遭遇する際に同じ位相を有する場合に加え合わさり（強め合う干渉）、自由空間で遭遇する際に逆位相である場合に互いに打ち消し合う（相殺的干渉）。各連続するスロットが導波路の励起点から異なる距離に位置決めされるように、スロット付きアンテナのスロットが位置決めされた場合に、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ことになる。スロットが導波長の４分の１だけ離間している場合、各スロットは、前のスロットから４分の１の位相遅延で波を散乱させることになる。

このアレイを使用すると、生成できる強め合う干渉及び相殺的干渉のパターン数を増加させることができるので、ビームは、ホログラフィの原理を用いて、理論的にはアンテナアレイのボアサイトからプラス又はマイナス９０度（９０°）の何らかの方向に指向させることができる。従って、どのメタマテリアル単位セルがオン又はオフされるかを制御することによって（すなわち、どのセルがオンされ、どのセルがオフされるかのパターンを偏向することによって）、強め合う干渉及び相殺的干渉の異なるパターンを生成することができ、アンテナは、主ビームの方向を変えることができる。単位セルをオン及びオフ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を決定する。

１つの実施形態では、アンテナシステムは、アップリンクアンテナ用の１つの操向可能ビーム及びダウンリンクアンテナ用の１つの操向可能ビームを生成する。１つの実施形態では、アンテナシステムは、メタマテリアル技術を使用してビームを受信し、衛星からの信号を復号し、衛星に向けられる送信ビームを形成する。１つの実施形態では、アンテナシステムは、ビームを電気的に形成して操向するデジタル信号プロセスを利用するアンテナシステム（フェーズドアレイアンテナなど）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、アンテナシステムは、特に従来型衛星ディッシュ受信機と比較した場合に、平面的で比較的薄型である「面」アンテナとみなされる。

図７は、グランドプレーン及び再構成可能共振器層を含むアンテナ素子の１列の斜視図を示す。再構成可能共振器層１２３０は、同調可能スロット１２１０のアレイを含む。同調可能スロット１２１０のアレイは、アンテナを所望の方向に指向させるよう構成することができる。同調可能スロットの各々は、液晶両端間の電圧を変えることによって同調／調節することができる。

制御モジュール１２８０は、再構成可能共振器層１２３０に結合され、図８Ａの液晶両端間の電圧を変えることによって同調可能スロット１２１０のアレイを変調する。制御モジュール１２８０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、制御装置、システムオンチップ（ＳｏＣ）、又は他のプロセス論理回路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１２８０は、同調可能スロット１２１０のアレイを駆動するための論理回路（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１２８０は、同調可能スロット１２１０のアレイ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信する。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生成することができ、これによって、ホログラフィック回折パターンは、通信に適した方向にダウンリンクビームを（更にアンテナシステムが送信を実行する場合はアップリンクビームを）操向する。各図には示していないが、制御モジュール１２８０に類似の制御モジュールは、本開示の図に説明する同調可能スロットの各アレイを駆動することができる。

また、無線周波数（「ＲＦ」）ホログラフィは、ＲＦ基準ビームがＲＦホログラフィック回折パターンに遭遇する際に所望のＲＦビームを生成することができる類似の技術を使用して可能である。衛星通信の場合、基準ビームは、給電波１２０５（一部の実施形態では約２０ＧＨｚ）などの給電波の形態である。給電波を放射ビームに変換するために（送信又は受信目的の何れかで）、所望のＲＦビーム（目標ビーム）と給電波（基準ビーム）との間の干渉パターンが計算される。干渉パターンは、給電波が所望のＲＦビーム（所望の形状及び方向を有する）に「操向」されるように、回折パターンとして同調可能スロット１２１０のアレイに駆動され、換言すると、ホログラフィック回折パターンに遭遇する給電波は、目標ビームを「再構成」し、このビームは、通信システムの設計要件に従って形成される。ホログラフィック回折パターンは、各素子の励起を包含し、導波路内の波動方程式としての

と、外向き波に関する波動方程式としての

を用いて、

によって計算される。

図８Ａは、同調可能共振器／スロット１２１０の１つの実施形態を示す。同調可能スロット１２１０は、アイリス／スロット１２１２と、放射パッチ１２１１と、アイリス１２１２とパッチ１２１１との間に配置された液晶１２１３とを含む。１つの実施形態では、放射パッチ１２１１は、アイリス１２１２と同じ場所に配置される。

図８Ｂは、物理的アンテナアパーチャの１つの実施形態の断面図を示す。アンテナアパーチャは、グランドプレーン１２４５と、再構成可能共振器層１２３０に含まれアイリス層１２３３内の金属層１２３６とを含む。１つの実施形態では、図８Ｂのアンテナアパーチャは、図８Ａの複数の同調可能共振器／スロット１２１０を含む。アイリス／スロット１２１２は、金属層１２３６の開口によって定められる。図８Ａの給電波１２０５などの給電波は、衛星通信チャネルと適合性のあるマイクロ波周波数を有することができる。給電波は、グランドプレーン１２４５と共振器層１２３０との間に伝播する。

また、再構成可能共振器層１２３０は、ガスケット層１２３３及びパッチ層１２３１を含む。ガスケット層１２３３は、パッチ層１２３１とアイリス層１２３２との間に配置される。１つの実施形態では、スペーサは、ガスケット層１２３３に置き換えることができる点に留意されたい。１つの実施形態では、アイリス層１２３２は、金属層１２３６として銅層を含むプリント回路基板（「ＰＣＢ」）である。１つの実施形態では、アイリス層１２３２は、ガラスである。アイリス層１２３２は、他のタイプの基板とすることができる。

銅層に開口をエッチングしてスロット１２１２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１２３２は、導電性接合層によって図８Ｂの別の構造（例えば、導波路）に導電的に結合される。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、代わりに非導電性接合層に接合される点に留意されたい。

また、パッチ層１２３１は、放射パッチ１２１１として金属を含むＰＣＢとすることもできる。１つの実施形態では、ガスケット層１２３３は、金属層１２３６とパッチ１２１１との間の寸法を規定するため機械的離隔部を提供するスペーサ１２３９を含む。１つの実施形態では、スペーサは、７５ミクロンであるが、他のサイズ（例えば、３ｍｍから２００ｍｍ）も使用することができる。上述のように、１つの実施形態では、図８Ｂのアンテナアパーチャは、図８Ａのパッチ１２１１、液晶１２１３、及びアイリス１２１２を含む、同調可能共振器／スロット１２１０などの複数の同調可能共振器／スロットを含む。液晶１２１３Ａのためのチャンバは、スペーサ１２３９、アイリス層１２３２及び金属層１２３６によって規定される。チャンバが液晶で満たされた場合に、パッチ層１２３１は、共振器層１２３０内に液晶をシールするように、スペーサ１２３９上に積層することができる。

パッチ層１２３１とアイリス層１２３２の間の電圧を変調して、パッチとスロット（例えば、同調可能共振器／スロット１２１０）の間のギャップ内の液晶を同調させることができる。液晶１２１３の両端間の電圧を調節することで、スロット（例えば、同調可能共振器／スロット１２１０）のキャパシタンスが変化する。従って、スロット（例えば、同調可能共振器／スロット１２１０）のリアクタンスは、このキャパシタンスを変えることによって変化させることができる。また、スロット１２１０の共振周波数は、式

に従って変化し、ここで、ｆは、スロット１２１０の共振周波数であり、Ｌ及びＣの各々は、スロット１２１０のインダクタンス及びキャパシタンスである。スロット１２１０の共振周波数は、導波路を伝播する給電波１２０５から放射されるエネルギーに影響を与える。１つの例として、給電波１２０５が２０ＧＨｚである場合、スロット１２１０の共振周波数は、１７ＧＨｚに調節され（キャパシタンスを変えることによって）、これによってスロット１２１０は、給電波１２０５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。あるいは、スロット１２１０の共振周波数は、スロット１２１０が給電波１２０５からエネルギーを結合してこのエネルギーを自由空間に放射するように、２０ＧＨｚに調節することができ、所与の例は、２値的である（完全に放射するか又は全く放射しない）が、スロット１２１０のリアクタンス、従って共振周波数の完全グレイスケール制御は、多値範囲にわたって電圧を変化させることで可能である。従って、各スロット１２１０から放射されるエネルギーは、精密に制御することができ、同調可能スロットのアレイは、精密なホログラフィック回折パターンを形成できる。

１つの実施形態では、一列の同調可能スロットは、互いから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、一列の各同調可能スロットは、隣接する列内の最も近い同調可能スロットからλ／２だけ離間しており、従って、異なる列にあって向きが共通の同調可能スロットは、λ／４だけ離間しているが、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、一列の各同調可能スロットは、隣接する列内の最も近い同調可能スロットからλ／３だけ離間している。

実施形態は、例えば、２０１４年１１月２１日出願の米国特許出願第１４／５５０，１７８号「操向可能円筒給電式ホログラフィックアンテナからの動的偏波及び結合制御」、及び２０１５年１月３０日出願の米国特許出願第１４／６１０，５０２号「再構成可能アンテナのためのリッジ型導波路給電構造」に記載されるような再構成可能メタマテリアル技術を使用する。

図９ＡからＤは、スロット付きアレイを形成するための様々な層の１つの実施形態を示す。アンテナアレイは、図６に示す例示的リングなどのリング状に位置決めされたアンテナ素子を含む。この例では、アンテナアレイは、２つの異なるタイプの周波数帯域に使用される２つの異なるタイプアンテナ素子を有する点に留意されたい。

図９Ａ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９Ａを参照すると、円は、アイリス基板の底部側のメタライゼーション内の開放エリア／スロットであり、給電部（給電波）との素子の結合を制御するためのものである。この層は随意的な層であり、全ての設計で使用されるとは限らない点に留意されたい。図９Ｂは、スロットを包含する第２のアイリス基板層の一部を示す。図９Ｃは、第２のアイリス基板層の一部上のパッチを示す。図９Ｄは、スロット付きアレイの一部の上面図を示す。

図１０は、円筒形給電アンテナ構造の１つの実施形態の側面図を示す。アンテナは、二重層給電構造（すなわち、２つの給電構造層）を使用して内向き進行波を生成する。１つの実施形態では、アンテナは、円形の外側形状を含むが、これは必須ではない。すなわち、非円形内向き進行構造を使用することもできる。１つの実施形態では、図１０のアンテナ構造は、例えば、２０１４年１１月２１日出願の米国公開第２０１４／０２３６４１２号「操向可能円筒給電式ホログラフィックアンテナからの動的偏波及び結合制御」に記載の同軸給電部を含む。

図１０を参照すると、同軸ピン１６０１は、アンテナの低レベルの場を励起するために使用される。１つの実施形態では、同軸ピン１６０１は、容易に利用可能な５０Ω同軸ピンである。同軸ピン１６０１は、導電性グランドプレーン１６０２であるアンテナ構造の底部に結合（例えば、ボルト締め）される。

内部導体である浸入型導体１６０３は、導電性グランドプレーン１６０２から分離される。１つの実施形態では、導電性グランドプレーン１６０２及び浸入型導体１６０３は、互いに平行である。１つの実施形態では、グランドプレーン１６０２と浸入型導体１６０３の間の距離は、０．１インチから０．１５インチである。別の実施形態では、この距離は、λ／２とすることができ、ここで、λは、作動周波数での進行波の波長である。

グランドプレーン１６０２は、スペーサ１６０４を介して浸入型導体１６０３から分離されている。１つの実施形態では、スペーサ１６０４は、発泡体又は空気状スペーサである。１つの実施形態では、スペーサ１６０４は、プラスチックスペーサを含む。

誘電体層１６０５は、浸入型導体１６０３の上部にある。１つの実施形態では、誘電体層１６０５は、プラスチックである。誘電体層１６０５の目的は、自由空間速度に対して進行波を遅くすることである。１つの実施形態では、誘電体層１６０５は、自由空間に対して３０％だけ進行波を遅くする。１つの実施形態では、ビームフォーミングに適した屈折率の範囲は、１．２から１．８であり、ここで、自由空間は、定義上１に等しい屈折率を有する。例えば、プラスチックなどの他の誘電体スペーサ材料は、この効果を達成するために使用することができる。プラスチック以外の材料は、これらの材料が所望の波減速効果を達成する限り使用できる点に留意されたい。代替的に、例えば機械加工すること又はリソグラフィによって規定することができる周期的サブ波長金属構造などの分散構造を有する材料は、誘電体層１６０５として使用することができる。

ＲＦアレイ１６０６は、誘電体層１６０５の上部にある。１つの実施形態では、浸入型導体１６０３とＲＦアレイ１６０６との間の距離は、０．１インチから０．１５インチである。別の実施形態では、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の有効波長である。

アンテナは、側部１６０７及び１６０８を含む。側部１６０７及び１６０８は、同軸ピン１６０１からの進行波を、浸入型導体１６０３（スペーサ層）の下の領域から浸入型導体１６０３の上の領域に反射によって伝播させるように角度付けされる。１つの実施形態では、側部１６０７及び１６０８の角度は、４５°の角度である。代替の実施形態では、側部１６０７及び１６０８は、反射を達成するための連続した半径に置き換えることができる。図１０は、４５度の角度を有する角度付き側部を示すが、下部レベル給電部から上部レベル給電部への信号送信を達成する他の角度を使用することもできる。すなわち、下部給電部の有効波長が、一般的に上部給電部のものとは異なることを考慮すると、理想的な４５°の角度からの何らかの逸脱は、下部給電レベルから上部給電レベルへの伝播を助けるために使用することができる。例えば、別の実施形態では、４５°の角度は、単一の段部に置き換えられる。アンテナの一端上の段部は、誘電体層、浸入型導体、及びスペーサ層の周りに広がる。同様の２つの段部は、これらの層の他端にも存在する。

作動時、給電波が同軸ピン１６０１から供給される場合、この給電波は、グランドプレーン１６０２と浸入型導体１６０３との間の領域で同軸ピン１６０１から同心状外向きに進む。同心状外向き波は、側部１６０７及び１６０８で反射して、浸入型導体１６０３とＲＦアレイ１６０６との間の領域で内向きに進む。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、これは同相反射である）。進行波は、誘電体層１６０５によって減速される。この時点で、進行波は、ＲＦアレイ１６０６内の素子との相互作用及び励起を開始して、所望の散乱が得られる。

進行波を終端させるための終端部１６０９は、アンテナの幾何学的中心でアンテナに含まれる。１つの実施形態では、終端部１６０９は、ピン終端部（例えば、５０Ωピン）を備える。別の実施形態では、終端部１６０９は、未使用エネルギーを終端させ、未使用のエネルギーがアンテナの給電構造を通って反射して戻るのを防止するＲＦ吸収材を備える。この終端部は、ＲＦアレイ１６０６の上部で使用することができる。

図１１は、外向き波と共にアンテナシステムの別の実施形態を示す。図１１を参照すると、２つのグランドプレーン１６１０及び１６１１は、グランドプレーンの間の誘電体層１６１２（例えば、プラスチック層など）と互いに実質的に平行である。ＲＦ吸収材１６１９（例えば、抵抗器）は、２つのグランドプレーン１６１０及び１６１１を互いに結合する。同軸ピン１６１５（例えば、５０Ω）は、アンテナに給電する。ＲＦアレイ１６１６は、誘電体層１６１２及びグランドプレーン１６１１の上部にある。

作動時、給電波は、同軸ピン１６１５を介して給電され、同心円状外向きに進んでＲＦアレイ１６１６の素子と相互作用する。

図１０及び１１の両アンテナにおける円筒形給電は、アンテナのサービス角度を改善する。１つの実施形態では、アンテナシステムは、プラス又はマイナス４５度の方位角（±４５°Ａｚ）及びプラス又はマイナス２５度の仰角（±２５°ＥＩ）のサービス角度の代わりに、ボアサイトから全ての方向に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る何れのビームフォーミングアンテナと同様に、全体的なアンテナ利得は、それ自体が角度に依存する構成素子の利得に依存する。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、一般的には、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の有意の利得低下が予想される。

円筒形給電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、統合分割器ネットワークによって給電されるアンテナと比較して給電構造を非常に単純化し、従って全体的に必要なアンテナ及びアンテナ給電量を低減すること、粗い制御（単純なバイナリ制御にまで拡張する）で、高ビーム性能を維持することによって製造及び制御誤差に対する感度を低下させること、円筒形配向給電波が遠距離場で空間的に多様なサイドローブをもたらすので直線的給電と比較してより有利なサイドローブパターンを与えること、偏波器を必要とすることなく、左旋円偏波、右旋円偏波、及び直線偏波を可能にすることを含む、偏波が動的にあること、を含む。

波散乱素子のアレイ
図１０のＲＦアレイ１６０６及び図１１のＲＦアレイ１６１６は、放射体として作用するパッチアンテナ（すなわち、散乱子）のグループを含む波散乱サブシステムを備える。このパッチアンテナグループは、散乱メタマテリアル素子のアレイを備える。

１つの実施形態では、アンテナシステムにおける各散乱素子は、下部導体、誘電体基板、及び上部導体からなる単位セルの一部であり、上部導体は、この上部導体にエッチングか又は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つの実施形態では、液晶（ＬＣ）は、散乱素子の周りのギャップに注入される。液晶は、各単位セルに封入され、スロットに関連する下部導体をそのバッチに関連する上部導体から分離する。液晶は、この液晶を含む分子の配向の関数である誘電率を有し、分子の配向（及び従って誘電率）は、液晶両端間のバイアス電圧を調節することによって制御することができる。この特性を用いて、液晶は、誘導電波から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作用する。スイッチオンになると、ＣＥＬＣは、電気的に小さなダイポールアンテナのように電磁波を放射する。

ＬＣの厚さを制御することで、ビームスイッチング速度が増加する。下部導体と上部導体との間のギャップ（液晶の厚さ）の５０パーセント（５０％）の減少は、４倍の速度増加をもたらす。別の実施形態では、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つの実施形態では、ＬＣは、７ミリ秒（７ｍｓ）要件を満足させることができるように反応性を向上させるための本技術で公知の方式でドープされる。

ＣＥＬＣ素子は、ＣＬＥＣ素子の平面に平行でＣＥＬＣギャップ補完物に垂直に印加される磁界に応答する。電圧がメタマテリアル散乱単位セル内の液晶に印加された場合に、導波路の磁界成分は、ＣＥＬＣの磁気励起を誘導し、結果的に、導波路と同じ周波数の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、波長より小さいので、出力波は、ＣＥＬＣの真下を通過する場合に誘導波の位相と同じ位相を有する。

１つの実施形態では、このアンテナシステムの円筒形給電幾何形状は、ＣＥＬＣ素子を波動給電の波動ベクトルに対して４５度（４５°）の角度に位置決めすることを可能にする。この素子の位置は、素子から生成されるか又は素子によって受信される自由空間の偏波の制御を可能にする。１つの実施形態では、ＣＥＬＣは、アンテナの作動周波数の自由空間波長より短い素子間隔で配列される。例えば、１波長につき４つの散乱素子がある場合、３０ＧＨｚ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４分の１）である。

１つの実施形態では、ＣＥＬＣは、スロット上に並置されたパッチを、これら両者の間に液晶を有して含むパッチアンテナを用いて実施される。この点において、メタマテリアルアンテナは、スロット付き（散乱）導波路のように作用する。スロット付き導波路に関して、出力波の位相は、導波路に対するスロットの位置に依存する。

セル配置
１つの実施形態では、アンテナ素子は、体系的マトリクス駆動回路を可能にする方法で円筒形給電アンテナアパーチャ上に配置される。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１２は、アンテナ素子に対するマトリクス駆動回路の配置の１つの実施形態を示す。図１２を参照すると、行制御装置１７０１は、行選択信号Ｒｏｗ１及びＲｏｗ２の各々を介して、トランジスタ１７１１及び１７１２に接続され、列制御装置１７０２は、列選択信号Ｃｏｌｕｍｎ１を介してトランジスタ１７１１及び１７１２に接続される。また、トランジスタ１７１１は、パッチ１７３１との接続を介してアンテナ素子１７２１に接続され、一方で、トランジスタ１７１２は、パッチ１７３２との接続を介してアンテナ素子１７２２に接続される。

単位セルが非正規グリッド内に配置された円筒形給電アンテナ上でマトリクス駆動回路を実現する最初の方法では、２つのステップが実行される。第１ステップでは、セルが同心リング上に配置され、セルの各々は、セルの傍らに配置されたトランジスタに接続され、このトランジスタは、各セルを別々に駆動するスイッチとして作用する。第２ステップでは、マトリクス駆動回路は、マトリクス駆動方式が必要とする場合に何らかのトランジスタを一意のアドレスで接続するように構築される。マトリクス駆動回路は、行及び列のトレースによって構築される（ＬＣＤと類似）が、セルはリング上に配置されるので、各トランジスタを一意のアドレスを割り当てる系統的方法はない。このマッピング問題は、トランジスタの全てをカバーするために極めて複雑な回路を生じさせ、経路設定を達成するための物理的トレースの数を著しく増加させる。セルが高密度なので、これらのトレースは、カップリング効果によりアンテナのＲＦ性能を妨げる。また、トレースが複雑であり実装密度が高いので、トレースの経路設定は、市販されているレイアウトツールによって行うことができない。

１つの実施形態では、マトリクス駆動回路は、セル及びトランジスタが配置される前に事前に規定される。このことは、各々が一意のアドレスを有する全てのセルを駆動するために必要な最小数のトレースを保証する。この方式は、駆動回路の複雑さを低減して経路設定を単純化し、これによって、次にアンテナのＲＦ性能が向上する。

詳細には、１つの方式において、第１のステップでは、セルは、各セルの一意のアドレスを表す行及び列から構成された正方形グリッド上に配置される。第２のステップでは、セルは、第１のステップで規定されたセルのアドレス並びに行及び列への接続性を維持しながら、グループ化されて同心円に変換される。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、アパーチャ全体にわたってセル間の距離及びリンク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幾つかの方法がある。

１つの実施形態では、ＴＦＴパッケージは、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のに使用される。図１３は、ＴＦＴパッケージの１つの実施形態を示す。図１３を参照すると、ＴＦＴ及びホールドキャパシタ１８０３は、入力及び出力ポートと共に示されている。行及び列を用いてＴＦＴを互いに接続するために、トレース１８０１に接続された２つの入力ポート及びトレース１８０２に接続された２つの出力ポートがある。１つの実施形態では、行のトレース及び列のトレースは、９０°の角度で交差し、行のトレースと列のトレースと間の結合を低減し、場合によっては最小にする。１つの実施形態では、行のトレースと列のトレースは、異なる層上にある。

全二重通信システムの例
別の実施形態では、複合アンテナアパーチャは、全二重通信システムで使用される。図１４は、同時送信及び受信経路を有する通信システムの別の実施形態のブロック図である。１つの送信経路及び１つの受信経路のみが示されているが、通信システムは、１より多い送信経路及び／又は１より多い受信経路を含むことができる。

図１４を参照すると、アンテナ１４０１は、上述のように異なる周波数で同時に送信及び受信するよう独立して動作可能な２つの空間的に交互配置されたアンテナアレイを含む。１つの実施形態では、アンテナ１４０１は、ダイプレクサ１４４５に接続される。接続は、１又は２以上の給電ネットワークによって行うことができる。１つの実施形態では、放射状給電アンテナの場合、ダイプレクサ１４４５は、２つの信号を組み合わせ、アンテナ１４０１とダイプレクサ１４４５の間の接続は、両方の周波数を搬送することができる単一の広帯域給電ネットワークである。

ダイプレクサ１４４５は、低ノイズブロックダウン変換器（ＬＮＢ）１４２７に接続され、ＬＮＢは、本技術分野で公知の方式で、ノイズフィルタリング機能、ダウンコンバート機能、及び増幅機能を実行する。１つの実施形態では、ＬＮＢ１４２７は、室外ユニット（ＯＤＵ）にある。別の実施形態では、ＬＮＢ１４２７は、アンテナ装置に一体化される。ＬＮＢ１４２７は、コンピューティングシステム１４４０（例えば、コンピュータシステム、モデムなど）に接続されるモデム１４６０に接続される。

モデム１４６０は、ＬＮＢ１４２７に結合されるアナログ‐デジタル変換器（ＡＤＣ）１４２２を含み、ＡＤＣは、ダイプレクサ１４４５から出力された受信信号をデジタル形式に変換する。デジタル形式に変換されると、信号は、復調器１４２３によって復調され、復号器１４２４によって復号されて、受信波上に符号化されたデータ得られる。次に、復号されたデータは、制御装置１４２５に送られ、制御装置１４２５は、このデータをコンピューティングシステム１４４０に送る。

また、モデム１４６０は、コンピューティングシステム１４４０から送信されたデータを符号化する符号器１４３０を含む。符号化されたデータは、変調器１４３１によって変調され、次に、デジタル‐アナログ変換器（ＤＡＣ）１４３２によってアナログに変換される。次に、アナログ信号は、ＢＵＣ（アップコンバート及びハイパス増幅器）１４３３によってフィルタ処理されて、ダイプレクサ１４４５の１つのポートに供給される。１つの実施形態では、ＢＵＣ１４３３は、室外ユニット（ＯＤＵ）に存在する。

本技術分野で公知の方式で作動するダイプレクサ１４４５は、送信される送信信号をアンテナ１４０１に供給する。

制御装置１４５０は、単一の複合物理的アパーチャ上のアンテナ素子の２つのアレイを含むアンテナ１４０１を制御する。

通信システムは、上述の結合器／アービターを含むよう変更することができる。このような場合、結合器／アービターはＢＵＣ及びＬＮＢの前ではなくモデムの後に存在する。

図１４に示され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用途を有する点に留意されたい。

本明細書に説明する幾つかの例示的な実施形態が存在する。

実施例１は、互いにタイルされ、表面散乱メタマテリアルアンテナ素子のアレイを有する１つのメタサーフェスアンテナを形成するよう構成された複数のアンテナモジュールと、記複数のアンテナモジュールに接続され、給電波をモジュールに供給する複数の給電ポイントを含む給電ネットワークと、を備えるアンテナである。

実施例２は、複数のアンテナモジュールによって受信された信号を結合し、複数のアンテナモジュール内のアンテナモジュールの間で送信パワーを分割するための、パワー分割器／結合器ネットワークを随意的に備えることができる、実施例１のアンテナである。

実施例３は、複数のアンテナモジュールに結合され、複数のアンテナモジュールからの信号をデジタルで(digitally)結合するデジタル結合器と、複数のアンテナモジュール内のアンテナモジュールの間で送信パワーを分割するアナログ分割器ネットワークとを随意的に備えることができる、実施例１のアンテナである。

実施例４は、複数のアンテナモジュールの各々が、複数の表面散乱メタマテリアル受信アンテナ素子及び複数の表面散乱メタマテリアル送信アンテナ素子を備え、更に、複数のモジュールの制御パターンを生成するために複数のアンテナモジュールに接続された制御装置を随意的に備えることができる、実施例１のアンテナであり、アンテナモジュールの各々のための複数の表面散乱メタマテリアル受信アンテナ素子の制御パターンの各々は、複数のアンテナモジュールの各々がビームフォーミングを実行するのを可能にするために、複数のモジュールの他のアンテナモジュールから独立しており、更に、制御装置は、複数のアンテナモジュールがアレイレベルのビームフォーミングに関与するのを可能にするために、個々のアンテナモジュール上の表面散乱メタマテリアル送信アンテナ素子のための、複数のアンテナモジュールの複数のアンテナモジュールにわたる制御パターンを生成するように動作可能(operable)である。

実施例５は、到来角遅延に関連する時間遅延を補償するために前記アンテナモジュールの各々に接続された実時間遅延（ＴＴＤ）構成要素を随意的に備えることができる、実施例１のアンテナである。

実施例６は、ＴＴＤ構成要素が、到来角遅延を補償するためにアンテナモジュールからの信号を遅延させるようにソフトウェアで調節を行うことで補償を実行するように動作可能であることを随意的に含むことができる、実施例５のアンテナである。

実施例７は、ＴＴＤ構成要素が、ベースバンド内で、中間周波数（ＩＦ）で又はＲＦで、時間遅延を適用することを随意的に含むことができる、実施例６のアンテナである。

実施例８は、複数のアンテナモジュールのうちのアンテナモジュールが、六角形又は矩形の中心給電アンテナモジュールであることを随意的に含むことができる、実施例１のアンテナである。

実施例９は、複数のアンテナモジュールが、１つの基板の一部であることを随意的に含むことができる、実施例１のアンテナである。

実施例１０は、アンテナモジュールの各々の下の導波路に伝播する給電波を終端するために、複数のモジュールのアンテナモジュールの縁部の下に縁部吸収材を随意的に備えることができる、実施例１のアンテナである。

実施例１１は、互いにタイルされ、表面散乱メタマテリアルアンテナ素子のアレイを有する１つのメタサーフェスアンテナを形成するよう構成された複数のアンテナモジュールと、複数のアンテナモジュールに接続され、給電波をモジュールに供給する複数の給電ポイントを含む給電ネットワークと、複数のモジュールの制御パターンを生成するために複数のアンテナモジュールに接続された制御装置と、を備え、複数のアンテナモジュールの各々は、複数の表面散乱メタマテリアル受信アンテナ素子と複数の表面散乱メタマテリアル送信アンテナ素子とを備え、給電ネットワークは、複数のアンテナモジュールに接続され、複数のアンテナモジュールからの信号をデジタルで結合するデジタル結合器と、複数のアンテナモジュールのアンテナモジュール間に送信パワーを分割するアナログ分割器ネットワークと、を備え、アンテナモジュールの各々のための複数の表面散乱メタマテリアル受信アンテナ素子の制御パターンの各々は、複数のアンテナモジュールの各々がビームフォーミングを実行するのを可能にするために、複数のモジュールの他のアンテナモジュールから独立しており、更に、制御装置は、複数のアンテナモジュールがアレイレベルのビームフォーミングに関与するのを可能にするために、個々のアンテナモジュールの表面散乱メタマテリアル送信アンテナ素子のための、複数のアンテナモジュールの複数のアンテナモジュールにわたる制御パターンを生成するように動作可能である、アンテナである。

実施例１２は、到来角遅延に関連する時間遅延を補償するためにアンテナモジュールの各々に接続された実時間遅延（ＴＴＤ）構成要素を随意的に備えることができる、実施例１１のアンテナである。

実施例１３は、前記ＴＴＤ構成要素が、到来角遅延を補償するためにアンテナモジュールからの信号を遅延させるようにソフトウェアの調節を行うことで補償を実行するように動作可能であることを随意的に含むことができる、実施例１２のアンテナである。

実施例１４は、ＴＴＤ構成要素が、ベースバンド、中間周波数（ＩＦ）、又はＲＦに時間遅延を加えることを任意的に含むことができる、実施例１３のアンテナである。

実施例１５は、複数のアンテナモジュールのアンテナモジュールが、六角形又は矩形の中心給電アンテナモジュールであることを随意的に含むことができる、実施例１１のアンテナである。

実施例１６は、複数アンテナモジュールが、１つの基板の一部であることを随意的に含むことができる、実施例１１のアンテナである。

実施例１７は、アンテナモジュールの各々の下の導波路に伝播する給電波を終端するために、複数のモジュールのアンテナモジュールの縁部の下に縁部吸収材を随意的に備えることができる、実施例１１のアンテナである。

実施例１８は、互いにタイルされ、第１のサイズの領域の表面散乱メタマテリアルアンテナ素子のアレイを有する１つのメタサーフェスアンテナを形成するよう構成された複数のアンテナモジュールと、複数のアンテナモジュールに接続され、モジュールに給電波を供給する複数の給電ポイントを含む給電ネットワークと、を備えるアンテナであって、給電ネットワークは、アンテナに関連するガイド長を、第１のサイズの第１のサイズ領域をカバーする単一モジュールから成るメタサーフェスアンテナを有するメタサーフェスアンテナに関連するガイド長の何分の一に短縮し、メタサーフェスアンテナは、第１のサイズ領域をカバーする単一モジュールから成るメタサーフェスアンテナより高い瞬時帯域幅を有する複数のアンテナモジュールを備える、アンテナである。

実施例１９は、前記複数のアンテナモジュールに接続され複数のアンテナモジュールからの信号をデジタルで結合するデジタル結合器と、複数のアンテナモジュールのアンテナモジュール間に送信パワーを分割するアナログ分割器ネットワークと、を随意的に備える
ことができる、実施例１８のアンテナである。

実施例２０は、複数のアンテナモジュールの各々が、複数の表面散乱メタマテリアル受信アンテナ素子と複数の表面散乱メタマテリアル送信アンテナ素子とを備え、複数のアンテナモジュールに接続され、複数のモジュールの制御パターンを生成する制御装置を更に備え、アンテナモジュールの各々のための複数の表面散乱メタマテリアル受信アンテナ素子の制御パターンの各々は、複数のアンテナモジュールの各々が、ビームフォーミングを実行するのを可能にするために、複数のモジュールの他のアンテナモジュールから独立しており、更に、制御装置は、複数のアンテナモジュールがアレイレベルのビームフォーミングに関与するのを可能にするために、個々のアンテナモジュールの表面散乱メタマテリアル送信アンテナ素子のための、複数のアンテナモジュールの複数のアンテナモジュールにわたる制御パターンを生成するように動作可能であることを随意的に含むことができる、実施例１８のアンテナである。

実施例２１は、互いにタイルされ、アンテナ素子のアレイを有する１つの平面アンテナを形成するよう構成された複数のアンテナモジュールと、複数のアンテナモジュールに接続され、給電波を前記モジュールに供給する複数の給電ポイントを含む給電ネットワークと、複数のアンテナモジュールに接続され、複数のモジュールの制御パターンを生成する制御装置と、を備えるアンテナであって、複数のアンテナモジュールの各々は、複数の受信アンテナ素子と複数の送信アンテナ素子とを備え、給電ネットワークは、複数のアンテナモジュールに接続され、複数のアンテナモジュールからの信号をデジタルで結合するデジタル結合器と、複数のアンテナモジュールのアンテナモジュール間に送信パワーを分割するアナログ分割器ネットワークと、と備え、アンテナモジュールの各々のための複数の受信アンテナ素子の制御パターンの各々は、複数のアンテナモジュールの各々がビームフォーミングを実行するのを可能にするために、複数のモジュールの他のアンテナモジュールから独立しており、更に、制御装置は、複数のアンテナモジュールがアレイレベルのビームフォーミングに関与するのを可能にするために、個々のアンテナモジュールの送信アンテナ素子のための、複数のアンテナモジュールの複数のアンテナモジュールにわたる制御パターンを生成するように動作可能である、アンテナである。

以上の詳細説明の幾つか部分は、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で提示されている。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。

また、本発明は、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。

機械可読媒体は、機械（例えば、コンピュータ）によって可読の形態の情報を格納又は送信するための何れかの機構を含む。例えば機械可読媒体は、読取専用メモリ（「ＲＯＭ」）、ランダムアクセスメモリ（「ＲＡＭ」）、磁気ディスクストレージ媒体、光学ストレージ媒体、フラッシュメモリデバイスなどを含む。

本発明の多くの改変及び修正が前述の説明を読んだ後で疑いなく当業者には明らかになるであろうが、例証によって図示及び説明された何れの特定の実施形態も限定として捉えられるものではない点を理解されたい。従って、様々な実施形態の詳細事項への言及は、本発明にとって基本的なものとしてみなされる特徴のみを記載する請求項の範囲を限定するものではない。

１０１ 六角形中心給電アンテナモジュール
１０２ アンテナエンベロープ
１０３ 縁部吸収材／終端部

Claims (21)

1. 互いにタイルされ、表面散乱メタマテリアルアンテナ素子のアレイを有する１つのメタサーフェスアンテナを形成するよう構成された複数のアンテナモジュールと、
   前記複数のアンテナモジュールに接続され、給電波を前記モジュールに供給する複数の給電ポイントを含む給電ネットワークと、
   を備えるアンテナ。
2. 前記複数のアンテナモジュールによって受信された信号を結合し、前記複数のアンテナモジュール内のアンテナモジュールの間で前記送信パワーを分割するための、パワー分割器／結合器ネットワークを更に備える、請求項１に記載のアンテナ。
3. 前記複数のアンテナモジュールに結合され、前記複数のアンテナモジュールからの信号をデジタルで結合するデジタル結合器と、
   前記複数のアンテナモジュール内のアンテナモジュールの間で送信パワーを分割するアナログ分割器ネットワークと、
   を更に備える、請求項１の記載のアンテナ。
4. 前記複数のアンテナモジュールの各々は、複数の表面散乱メタマテリアル受信アンテナ素子及び複数の表面散乱メタマテリアル送信アンテナ素子を備え、更に、
   前記複数のモジュールの制御パターンを生成するために前記複数のアンテナモジュールに接続された制御装置を備え、
   各アンテナモジュールのための前記複数の表面散乱メタマテリアル受信アンテナ素子の各制御パターンは、前記複数のアンテナモジュールの各々がビームフォーミングを実行するのを可能にするために、前記複数のモジュールの他のアンテナモジュールから独立しており、
   更に、前記制御装置は、前記複数のアンテナモジュールがアレイレベルのビームフォーミングに関与するのを可能にするために、個々のアンテナモジュール上の前記表面散乱メタマテリアル送信アンテナ素子のための、前記複数のアンテナモジュールの複数のアンテナモジュールにわたる制御パターンを生成するように動作可能である、
   請求項１に記載のアンテナ。
5. 到来角遅延に関連する時間遅延を補償するために各アンテナモジュールに接続された実時間遅延（ＴＴＤ）構成要素を更に備える、請求項１に記載のアンテナ。
6. 前記ＴＴＤ構成要素は、前記到来角遅延を補償するために前記アンテナモジュールからの信号を遅延させるようにソフトウェアで調節を行うことで補償を実行するように動作可能である、請求項５に記載のアンテナ。
7. 前記ＴＴＤ構成要素は、ベースバンド内で、中間周波数（ＩＦ）で、又はＲＦで、前記時間遅延を適用する、請求項６に記載のアンテナ。
8. 前記複数のアンテナモジュールのうちのアンテナモジュールは、六角形又は矩形の中心給電アンテナモジュールである、請求項１に記載のアンテナ。
9. 前記複数のアンテナモジュールは、１つの基板の一部である、請求項１に記載のアンテナ。
10. 各アンテナモジュールの下の導波路に伝播する給電波を終端するために、前記複数のモジュールのアンテナモジュールの縁部の下に縁部吸収材を更に備える、請求項１に記載のアンテナ。
11. アンテナであって、
    互いにタイルされ、表面散乱メタマテリアルアンテナ素子のアレイを有する１つのメタサーフェスアンテナを形成するよう構成された複数のアンテナモジュールであって、前記複数のアンテナモジュールの各々は、複数の表面散乱メタマテリアル受信アンテナ素子と複数の表面散乱メタマテリアル送信アンテナ素子とを備える、複数のアンテナモジュールと、
    前記複数のアンテナモジュールに接続され、給電波を前記モジュールに供給する複数の給電ポイントを含む給電ネットワークであって、前記給電ネットワークは、
    前記複数のアンテナモジュールに接続され、前記複数のアンテナモジュールからの信号をデジタルで結合するデジタル結合器と、
    前記複数のアンテナモジュールのアンテナモジュール間に送信パワーを分割するアナログ分割器ネットワークと、
    を備える、給電ネットワークと、
    前記複数のモジュールの制御パターンを生成するために前記複数のアンテナモジュールに接続された制御装置であって、各アンテナモジュールのための前記複数の表面散乱メタマテリアル受信アンテナ素子の各制御パターンは、前記複数のアンテナモジュールの各々がビームフォーミングを実行するのを可能にするために、前記複数のモジュールの他のアンテナモジュールから独立しており、更に、前記制御装置は、前記複数のアンテナモジュールがアレイレベルのビームフォーミングに関与するのを可能にするために、個々のアンテナモジュールの前記表面散乱メタマテリアル送信アンテナ素子のための、前記複数のアンテナモジュールの複数のアンテナモジュールにわたる制御パターンを生成するように動作可能である、制御装置と、
    を備える、アンテナ。
12. 到来角遅延に関連する時間遅延を補償するために各アンテナモジュールに接続された実時間遅延（ＴＴＤ）構成要素を更に備える、請求項１１に記載のアンテナ。
13. 前記ＴＴＤ構成要素は、前記到来角遅延を補償するために前記アンテナモジュールからの信号を遅延させるようにソフトウェアの調節を行うことで補償を実行するように動作可能である、請求項１２に記載のアンテナ。
14. 前記ＴＴＤ構成要素は、前記ベースバンド内で、中間周波数（ＩＦ）で、又はＲＦで、前記時間遅延を適用する、請求項１３に記載のアンテナ。
15. 前記複数のアンテナモジュールのアンテナモジュールは、六角形又は矩形の中心給電アンテナモジュールである、請求項１１に記載のアンテナ。
16. 前記複数アンテナモジュールは、１つの基板の一部である、請求項１１に記載のアンテナ。
17. 各アンテナモジュールの下の導波路に伝播する給電波を終端するために、前記複数のモジュールのアンテナモジュールの縁部の下に縁部吸収材を更に備える、請求項１１に記載のアンテナ。
18. アンテナであって、
    互いにタイルされ、第１のサイズの領域の表面散乱メタマテリアルアンテナ素子のアレイを有する１つのメタサーフェスアンテナを形成するように構成された複数のアンテナモジュールと、
    前記複数のアンテナモジュールに接続され、前記モジュールに給電波を供給する複数の給電ポイントを含む給電ネットワークであって、前記給電ネットワークは、前記アンテナに関連するガイド長を、前記第１のサイズの第１のサイズ領域をカバーする単一モジュールから成る前記メタサーフェスアンテナを有する前記メタサーフェスアンテナに関連するガイド長の何分の一に短縮し、前記メタサーフェスアンテナは、前記第１のサイズ領域をカバーする単一モジュールから成る前記メタサーフェスアンテナより高い瞬時帯域幅を有する前記複数のアンテナモジュールを備える、給電ネットワークと、
    を備える、アンテナ。
19. 前記複数のアンテナモジュールに接続され前記複数のアンテナモジュールからの信号をデジタルで結合するデジタル結合器と、
    前記複数のアンテナモジュールのアンテナモジュール間に送信パワーを分割するアナログ分割器ネットワークと、
    を更に備える、請求項１８に記載のアンテナ。
20. 前記複数のアンテナモジュールの各々は、複数の表面散乱メタマテリアル受信アンテナ素子と複数の表面散乱メタマテリアル送信アンテナ素子とを備え、
    前記複数のアンテナモジュールに接続され、前記複数のモジュールの制御パターンを生成する制御装置であって、各アンテナモジュールのための前記複数の表面散乱メタマテリアル受信アンテナ素子の各制御パターンは、前記複数のアンテナモジュールの各々が、ビームフォーミングを実行するのを可能にするために、前記複数のモジュールの他のアンテナモジュールから独立しており、更に、前記制御装置は、前記複数のアンテナモジュールがアレイレベルのビームフォーミングに関与するのを可能にするために、個々のアンテナモジュールの前記表面散乱メタマテリアル送信アンテナ素子のための、前記複数のアンテナモジュールの複数のアンテナモジュールにわたる制御パターンを生成するように動作可能である、制御装置を更に備える、
    請求項１８に記載のアンテナ。
21. アンテナであって、
    互いにタイルされ、アンテナ素子のアレイを有する１つの平面アンテナを形成するように構成された複数のアンテナモジュールであって、前記複数のアンテナモジュールの各々は、複数の受信アンテナ素子と複数の送信アンテナ素子とを備える、複数のアンテナモジュールと、
    前記複数のアンテナモジュールに接続され、給電波を前記モジュールに供給する複数の給電ポイントを含む給電ネットワークであって、前記給電ネットワークは、
    前記複数のアンテナモジュールに接続され、前記複数のアンテナモジュールからの信号をデジタルで結合するデジタル結合器と、
    前記複数のアンテナモジュールのアンテナモジュール間に送信パワーを分割するアナログ分割器ネットワークと、
    を備える、給電ネットワークと、
    前記複数のアンテナモジュールに接続され、前記複数のモジュールの制御パターンを生成する制御装置であって、各アンテナモジュールのための前記複数の受信アンテナ素子の各制御パターンは、前記複数のアンテナモジュールの各々がビームフォーミングを実行するのを可能にするために、前記複数のモジュールの他のアンテナモジュールから独立しており、更に、前記制御装置は、前記複数のアンテナモジュールがアレイレベルのビームフォーミングに関与するのを可能にするために、個々のアンテナモジュールの前記送信アンテナ素子のための、前記複数のアンテナモジュールの複数のアンテナモジュールにわたる制御パターンを生成するように動作可能である、制御装置と、
    を備える、アンテナ。

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