JP2023548668A - 折り畳み式記憶金属を用いたアンテナ装置及び展開方法 - Google Patents

Abstract

人工磁気導体（ＡＭＣ）アンテナ装置は、接地面、及び接地面上方の可撓性アンテナ素子層を含む。接地面は、導電性基材面、複数の記憶金属ワイヤ、及び基材面上方の周波数選択性表面（ＦＳＳ）層を含み、ＦＳＳ層は、互いに分離された複数の導電性パッチを含む。記憶金属ワイヤの各々は、導電性パッチのうちの１つを基材面に電気的に接続する。記憶金属ワイヤの各々は、記憶形状の状態で剛性であり、ＡＭＣアンテナ装置の動作中に、ＦＳＳ層を基材面から継続的に離間させる。記憶金属ワイヤは、各々、非記憶形状の状態で可撓性であり、アンテナ装置が収納されたときに、基材面に向かってＦＳＳ層が折り畳まれることを可能にする。【選択図】図１

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０２０年１０月１４日に米国特許商標庁に出願の米国仮出願第６３／０９１，９２２号に対する優先権を主張し、その全内容は、参照により本明細書に組み込まれる。

本開示は、一般に、接地面を有するアンテナ用の格納及び展開技術、並びに、人工磁気導体（ＡＭＣ）アンテナに関する。

接地面上の従来のアンテナでは、反射信号との建設的な干渉を達成し、それによって指向性を高めるために、放射素子は、接地面から四分の一波長（λ／４）だけ離間されている。しかしながら、比較的低い周波数では、λ／４距離は所望よりも長い場合があり、厚いアンテナプロファイル（例えば、３００ＭＨｚで２５ｃｍ）をもたらす。

人工磁気導体（ＡＭＣ）接地面では、接地面と放射素子との間の間隔が著しく小さく、アンテナに対して、同等の指向性能が実現され得る。ＡＭＣ接地面は、導電性基材面と、互いに分離された複数の導電性パッチから構成されている、「周波数選択性表面」（ＦＳＳ）と、を含み得る。導電性パッチは、典型的には、低損失誘電体内に埋設されたそれぞれのワイヤを通して、基材面に電気的に接続されてもよい。結果として生じる構造体は、従来の接地面ベースのアンテナよりも薄いが、特に１ＧＨｚ未満の周波数用に構成された大口径アンテナの場合、堅くて運搬が面倒である。

本開示の一態様では、人工磁気導体（ＡＭＣ）アンテナ装置は、接地面と、接地面上方の少なくとも１つのアンテナ素子を含む、可撓性アンテナ素子層と、を含む。接地面は、導電性基材面、複数の記憶金属ワイヤ、及び基材面上方の周波数選択性表面（ＦＳＳ）層を含み、ＦＳＳ層は、互いに分離された複数の導電性パッチを含む。記憶金属ワイヤの各々は、導電性パッチのうちの１つを基材面に電気的に接続する。記憶金属ワイヤの各々は、記憶形状の状態で剛性であり、ＡＭＣアンテナ装置の動作中に、ＦＳＳ層を基材面から継続的に離間させる。記憶金属ワイヤは、各々、非記憶形状の状態で可撓性であり、アンテナ装置が収納されたときに、基材面に向かってＦＳＳ層が折り畳まれることを可能にする。

ＡＭＣアンテナ装置は、アンテナ装置が収納されたときに、アンテナ素子層及び接地面を、ＦＳＳ層が基材面に向かって折り畳まれた状態で保持するように構成された、保持構造体を更に含み得る。

保持構造体は、アンテナ素子層及び接地面を、コイル状態に保持し得る。

ＡＭＣアンテナ装置は、アンテナ素子層及び接地面を、保持構造体から取り外すように構成された、少なくとも１つのアクチュエータを更に含み得る。

別の態様では、無人搬送車上でＡＭＣアンテナを展開する方法が提供される。ＡＭＣアンテナは、（ｉ）アンテナ素子層と、（ｉｉ）接地面であって、導電性基材面と、ＦＳＳ層と、導電性基材面をＦＳＳ層に電気的及び機械的に結合する、複数の記憶金属ワイヤと、を有する、接地面と、を含む。記憶金属ワイヤは、ＡＭＣアンテナ装置が格納されたとき、折り畳まれた非記憶形状の状態にある。本方法は、ＡＭＣアンテナを保持構造体に格納することと、ＡＭＣアンテナを展開するために、アクチュエータを使用して、ＡＭＣアンテナを保持構造体から取り外すことと、を含む。記憶金属ワイヤは、周囲温度が閾値を超えると、可撓性状態から剛性状態に自然に変わり、保持構造体からのＡＭＣアンテナの取り外しの後に、ＦＳＳを基材面から継続的に離間させる。

開示される技術の上記及び他の態様及び特徴は、同様の参照文字が同様の要素又は特徴を示す添付の図面と併せて、以下の詳細な説明からより明らかになるであろう。同一の又は類似の種類の様々な要素は、同一／類似の要素（例えば、＿１、＿２）の中で区別する下線／ダッシュ及び第２のラベルで参照ラベルを付加することによって、又は第２のラベルで参照ラベルを直接付加することによって区別され得る。しかしながら、所与の説明が第１の参照ラベルのみを使用する場合、このラベルは、第２のラベルに関係なく、同じ第１の参照ラベルを有する同一／類似の要素のうちのいずれか１つに適用可能である。要素及び特徴は、図面で縮尺どおりに描画されていない場合がある。

図１は、一実施形態による、動作構成における、例示的なＡＭＣアンテナの斜視図である。 図２は、ＡＭＣアンテナの例示的な層間構造を示す、図１の線２－２に沿う断面図である。 図３は、図１のＡＭＣアンテナのアンテナ素子に接続された、例示的なアンテナ給電装置を示す概略図である。 図４は、例示的なアンテナ給電装置の一部分を示す、図１のＡＭＣアンテナの上部の中央部分の斜視図である。 図５は、ＡＭＣアンテナ内でのアンテナ給電装置の例示的な統合を示す、図４の線５－５に沿う断面図である。 図６は、一実施形態による、収納中にコイル構成で図１のＡＭＣアンテナを保持する保持構造体を含む、例示的なアンテナ装置の斜視図である。 図７は、展開中にＡＭＣアンテナを取り外した後の、図６のアンテナ装置を示す斜視図である。 図８は、折り畳まれた状態の記憶金属ワイヤを示す、図７の線８－８に沿う、アンテナ装置の断面図である。 図９は、収納用に折り畳まれた状態の、図１のアンテナ装置を例示する。 図１０は、別の実施形態による、部分的展開状態のＡＭＣアンテナを示す斜視図である。 図１１は、図１０のＡＭＣアンテナの一部分の断面図である。 図１２は、一実施形態による、無人搬送車上でＡＭＣアンテナを展開する、例示的な方法の動作を示すフローチャートである。

説明の目的で本明細書に開示される技術の特定の例示的な実施形態の包括的な理解を支援するために、添付の図面を参照しながら以下の説明が提供される。説明は、当業者が技術を理解するのを助けるための様々な具体的な詳細を含むが、これらの詳細は、単なる例示と見なされるべきである。単純化及び明確化の目的で、周知の機能及び構造の説明は、それらの包含が、当業者による技術の理解を曖昧にする可能性がある場合には、省略される場合がある。

図１は、一実施形態による、動作構成における、例示的な人工磁気導体（ＡＭＣ）アンテナの斜視図である。ＡＭＣアンテナ１００（互換的に、「ＡＭＣアンテナ装置１００」）は、接地面１０５、少なくとも１つのアンテナ素子を有するアンテナ素子層１３０、及びアンテナ給電装置（例えば、図３の３００、明確にするために図１から省略）を含み得る。接地面１０５は、導電性基材面を有する基層１１０と、周波数選択性表面（ＦＳＳ）層１２０と、ＦＳＳ層１２０を導電性基材面に電気的に接続する、複数の記憶金属ワイヤ１１５と、を含み得る。いくつかの実施形態では、要素１１５は、記憶金属カラムなど、ワイヤ以外の細長い構造体であり得る。そのようなテクスチャ面形状を有する接地面１０５は、表面波モードが、滑らかな金属表面上のものと著しく異なる、所与の周波数帯域内の「高インピーダンス面」として理解され得る。（「周波数選択性表面（ＦＳＳ）」という用語は、高インピーダンス面の周波数に敏感な性質を強調していることに留意されたい。）接地面１０５はまた、表面波が抑制された、「同相反射器」としても理解され得る。接地面１０５のテクスチャ構造は、ＡＭＣアンテナ１００を、従来の接地面アンテナ、すなわち、放射素子が接地面上でλ／４だけ離間された非ＡＭＣアンテナよりも、実質的に薄くすることを可能にする。

ＦＳＳ層１２０は、狭い分離領域（「通り」）１２３によって互いに分離された、複数の導電性パッチ１２１＿１～１２１＿ｎを含む。図１の各導電性パッチ１２１は、ポリイミドフィルム（例えば、Ｋａｐｔｏｎ（登録商標））などの薄い誘電体シートに印刷された、導電面を含み得、分離領域１２３は、印刷導体を含まない、誘電体シートの領域であり得ることに留意されたい。したがって、導電性パッチ１２１＿１～１２１＿ｎは、誘電体シートとともに（場合によっては、印刷導体の反対側に追加の誘電体シート）、連続シート状構造体又はサンドイッチ型構造体を集合的に形成し得る。分離領域１２３の幅は、導電性パッチ１２１の面積に対して小さいため、高インピーダンス面の形成に寄与する、隣接する導電性パッチ１２１間に静電容量を生成する。各記憶金属ワイヤ１１５は、「インサーキットテスタ」構造が、基層１１０とＦＳＳ層１２０との間に提供されるように、ｚ（垂直）方向に方向付けられ得、導電性パッチ１２１のうちの１つを、基層１１０の導電性基材面に電気的に接続し得る。基層１１０、ＦＳＳ層１２０及びアンテナ素子層１３０のそれぞれは、ｘ－ｙ平面内に方向付けられた主表面を有する、可撓性シート状構造体であり得る。

記憶金属ワイヤ１１５は、図１に示すように、周囲温度が閾値（「記憶形状閾値」）を上回るときに生じ得る記憶形状の状態で、剛性である。記憶金属ワイヤ１１５は、ニチノールとしても知られるニッケルチタン（ＮｉＴｉ）、又は、銅－アルミニウム－ニッケル、若しくは銅、鉄、亜鉛及び金を含む合金などの、別の好適な形状記憶合金から構成され得る。記憶形状の状態での剛性のおかげで、記憶金属ワイヤ１１５は、それぞれの間の固定間隔（例えば、ＦＳＳ１２０の全ての領域と基層１１０との間の均一な間隔）を達成するために、動作構成において、基層１１０に対してＦＳＳ１２０を機械的に支持し得る。記憶金属ワイヤ１１５は、周囲温度が記憶形状閾値を下回るときに開始され得る、後で論じられ、図示される、非動作収納状態の間、非記憶形状の状態で可撓性である。例えば、ニチノールで構成される記憶金属ワイヤ１１５は、記憶形状閾値未満に冷却されると、その状態をオーステナイトからマルテンサイトに変化させ、記憶金属ワイヤ１１５が可撓性状態に入ることを可能にする。記憶金属ワイヤ１１５が可撓性であるとき、ＦＳＳ層１２０及びアンテナ素子層１３０は、基層１１０に向かって折り畳まれ得、ＡＭＣアンテナ１００が、動作状態で占有されている容積よりも小さい容積で収納されることを可能にする。このことは、ＡＭＣアンテナ１００の収納及び運搬を容易にし、場合によっては、軌道衛星などの搬送車上での無人展開を容易にする。いくつかの実施例では、ＡＭＣアンテナ１００は、以下に記載及び図示されるように、丸められた又は折り畳まれた保持構造体に収納されている。ＡＭＣアンテナ１００が保持構造体から取り出され、周囲温度が記憶形状閾値を超えると、記憶金属ワイヤ１１５は、記憶形状の状態であるオーステナイトに自然に戻り得る。ＡＭＣアンテナ１００では、記憶形状の状態は、線形構成であってもよい。

導電性パッチ１２１の数、幾何学形状及びレイアウト、アンテナ層１２０の少なくとも１つのアンテナ素子、記憶金属ワイヤ１１５の長さ、並びに、アンテナ素子層１３０とＦＳＳ１２０との間の間隔の適切な設計を通して、ＡＭＣ現象が実現可能である。前述のように、ＡＭＣ現象は、ＡＭＣアンテナ１００が、接地面上でλ／４だけ離間された放射素子を有する、従来のアンテナよりも著しく薄くなることを可能にする。例えば、ＡＭＣ現象は、λ／４より非常に小さい、例えば、λ／４０～λ／１０の範囲の、アンテナ素子層１３０と基材面１１９との間の間隔を有する、効率的なアンテナ性能を可能にする。そのような効率は、同相反射、及び表面波の抑制により、実現され得る。したがって、層間の密接な間隔にもかかわらず、アンテナ素子層１３０によって自由空間に直接放射された信号と、最初に接地面１０５に向かって伝播し、次に接地面１０５から反射された同じ信号との間で、建設的な干渉が生じる。

図１の実施形態では、例示的なアンテナ素子は、第１のダイポール素子１３２、及び第１のダイポール素子１３２に直交する第２のダイポール素子１３４を含む、交差ダイポール１３５として図示されている。単一のダイポール、ループアンテナ、マイクロストリップパッチ素子の配列などの、他の種類のアンテナ素子に置き換えられ得る。交差ダイポール１３５は、図１のＦＳＳ層１２０及び基層１１０のそれぞれよりも小さい表面積を占める六角形で示された、誘電体シート上に印刷されてもよい。他の実施例では、アンテナ素子層１３０は、ＦＳＳ層１２０及び基層１１０のそれぞれと、ｘ－ｙ平面内で、同一の広がりをもつ。接地面１０５の例示的な構造は、記憶金属ワイヤ１１５の下端部の追加の構造支持のために、各々がｙ方向又はｘ方向に長手状に方向付けられた、複数の誘電体リブ又は金属リブ１１７を含む。導電性パッチ１２１＿１～１２１＿ｎは、それぞれ格子状に配置され得、同一の幾何学形状、例えば、図示のような全て長方形若しくは全て正方形、又は代替的に、全て六角形、全て円形若しくは別の好適な形状を有し得る。いくつかの実施形態では、導電性パッチ１２１＿１～１２１＿ｎは、同一又は実質的に同一の寸法（例えば、製造公差内）で構成され得る。各導電性パッチ１２１は、その中心位置の接続１２８を通して、それぞれの記憶金属ワイヤ１１５に電気的に接続し得る。いくつかの用途では、基層１１０の入力セクションは、保持構造体への機械的接続用の入力フラップ１１２及び縁リブ１８４を含み得ることに留意されたい。

図２は、図１の線２－２に沿う断面図であり、動作（展開）状態中のＡＭＣアンテナ１００の例示的な層間構造を示す。（図２、及び本明細書の他の断面図では、明確にするために、図示されたものの背後に位置する特徴は省略され得る。）基層１１０は、構造的完全性のために、並びに、記憶金属ワイヤ１１５（互換的に、「記憶ワイヤ」１１５）への電気的及び機械的な接続を容易にするために、可撓性誘電体シート１４４の底面に接着又は印刷された、導電性基材面１１９を含み得る。誘電体リブ１１７は、誘電体シート１４４の上面に接着され得、記憶ワイヤ１１５の基材面１１９への接続を支持し得る。めっきされた貫通孔１５８は、リブ１１７及び基層１１０を通って形成されていてもよい。記憶ワイヤ１１５の下端部は、貫通孔１５８内に挿入され、貫通孔１５８内の記憶ワイヤ１１５周囲の導電性接着剤１５７、例えば、溶融及び冷却されたはんだで、導電性基材面１１９に電気的に接続されていてもよい。

ＦＳＳ層１２０は、下部誘電体シート１５４と上部誘電体シート１６４との間に挟まれた、導電性パッチ１２１＿１～１２１＿ｎを含み得る。代替的に、ＦＳＳ層１２０は、導電性パッチ１２１が上に印刷された、単一の誘電体シート１５４又は１６４で構成されている。記憶ワイヤ１１５の上部とＦＳＳ層１２０との間の機械的及び電気的接続１２８は、めっきされた貫通孔１６８、記憶ワイヤ１１５の上部、及び貫通孔１６８内の導電性接着剤１６７を含み得る。図２は、隣接する導電性パッチ１２１＿（ｊ－１）及び１２１＿（ｊ＋１）から、それぞれの分離領域１２３によって隔てられた、記憶ワイヤ１１５と所与の導電性パッチ１２１＿ｊとの間の単一の接続１２８を示す。分離領域１２３を含む誘電体シート１６４は、誘電体シート１５４の上面への導電性パッチ１２１の堆積の後で、導電性パッチ１２１上への誘電体材料の層状堆積によって形成されていてもよい。しかしながら、誘電体シート１６４が省略された場合、分離領域１２３は、空隙又は誘電性充填剤であってもよい。誘電体シート１４４、１５４、１６４及び１７４のそれぞれは、Ｋａｐｔｏｎ（登録商標）などのポリイミドフィルムであり得る。

ＡＭＣアンテナ１００全体にわたる電気的接続１２８は、各々、（剛性状態の記憶ワイヤで）誘電体シート１４４上方の距離ｄ１で形成され得る。このようにして、ＦＳＳ層１２０は、その下面が、基層１１０からの距離ｄ１だけ、全体にわたって均一に離間された状態で、記憶ワイヤ１１５によって支持され得る。空隙１９１は、記憶ワイヤ１１５周囲の領域に存在し得る。

アンテナ素子層１３０は、誘電体層１７４上に印刷された、少なくとも１つのアンテナ素子１３２を含み得る。アンテナ素子層１３０とＦＳＳ層１２０との間の例示的な機械的接続は、誘電体シート１６４の上面上方に延在する、記憶ワイヤ１１５の延長部分１７６と、誘電体シート１７４の下面にある、めっきされたブラインドビア１７８と、はんだなどの導電性接着剤１７７と、を含み得る。延長部１７６の上端は、ビア１７８内に挿入されていてもよく、接着剤１７７を溶融及び冷却することによって、誘電体シート１７４に接着されていてもよい。アンテナ素子層１３０の下にある記憶ワイヤ１１５の全て又は大部分は、同様に、このような方式で誘電体シート１７４に接着された、延長部１７６を含み得る。結果として、アンテナ素子層１３０は、記憶ワイヤ１１５によって完全に支持され得、ＦＳＳ層１２０の上面から（剛性状態の記憶ワイヤ１１５で）距離ｄ２で均一に離間され得る。図１の実施例のように、アンテナ層１３０がＦＳＳ層１２０に対してのみ中心に位置する場合、アンテナ層１３０の領域の外側に位置する記憶ワイヤ１１５は、延長部１７６を省略し得ることに留意すべきである。これら周辺の記憶ワイヤ１１５は、全て、同じ長さ又は実質的に同じ長さ（例えば、製造公差内）で設計されてもよく、上端部は、誘電体シート１６４の上面と面一であってもよい。同じように、アンテナ層１３０の下にある記憶ワイヤ１１５の各々は、同じ又は実質的に同じ長さの延長部１７６を有する（例えば、製造公差内で）、同じ設計又は実質的に同じ設計であってもよい。

ＦＳＳ層１２０とアンテナ素子層１３０との間の上記機械的接続により、層１２０と層１３０との間に空隙１７１が存在し得る。記憶ワイヤ１１５が非記憶金属形状の状態（可撓性状態）にあるとき、アンテナ素子層１３０は、ＦＳＳ層１２０に対して折り畳まれ得、その際、距離ｄ２は、収納状態で縮小される。代替構成では、記憶ワイヤ１１５上の延長部１７６は、ＡＭＣアンテナ１００全体にわたって省略され、誘電体シート１６４及び１７４は、単一の誘電体シートとして融合又は形成され、ＦＳＳ層１２０とアンテナ素子層１３０との間に空隙１７１は存在しない。

図３は、ＡＭＣアンテナ１００のアンテナ素子１３５に接続し得る、例示的なアンテナ給電装置３００を示す概略図である。アンテナ給電装置３００は、バラン３５０と、バラン３５０に接続された第１の端部を有し、外側導体３１３及び内側導体３１１を有する、第１の可撓性同軸ケーブル３１０と、バラン３５０に接続された第１の端部を有し、外側導体３２３及び内側導体３２１を有する、第２の可撓性同軸ケーブル３２０と、それぞれの第１の相互接続３１７、第２の相互接続３１９、第３の相互接続３２７及び第４の相互接続３２９と、を含み得る。いくつかの実施形態では、複数の接続されたバラン（例えば、一対の接続されたバラン）が存在し得る。第１のダイポール素子１３２は、ダイポールアーム１３２ａ及び１３２ｂを含み、第２のダイポール素子１３４は、ダイポールアーム１３４ａ及び１３４ｂを含む。第１の同軸ケーブル３１０の第２の端部は、第１のダイポール素子１３２に接続し、相互接続３１７は、外側導体３１３をダイポールアーム１３２ａに接続し、相互接続３１９は、内側導体３１１をダイポールアーム１３２ｂに接続する。第２の同軸ケーブル３１０の第２の端部は、第２のダイポール素子１３４に接続し、相互接続３２７は、外側導体３２３をダイポールアーム１３４ａに接続し、相互接続３２９は、内側導体３２１をダイポールアーム１３４ｂに接続する。

図４は、例示的なアンテナ給電装置３００の一部分を示す、図１のＡＭＣアンテナ１００の上部の、例示的な中央部分を示す斜視図である。交差ダイポールアンテナ素子１３５の中央部分は、中心に集められた隣接する導電性パッチ１２１＿ｉ、１２１＿（ｉ＋１）、１２１＿（ｉ＋２）及び１２１＿（ｉ＋３）の交差領域を覆い得る。ＦＳＳ層１２０内の開口部３７５は、導電性パッチ１２１＿ｉ～１２１（ｉ＋３）のそれぞれのコーナーピースを取り外すことによって、集中領域内に形成されてもよい。別の開口部３８５は、アンテナ素子層１３０の集中領域に形成されていてもよい。同軸ケーブル３１０及び３２０は、ＡＭＣアンテナ１００の展開状態の間、アンテナ素子層１３０と基層１１０との間に垂直（ｚ方向）に延在し得る。収納状態の間、同軸ケーブルは、アンテナ素子層１３０と基層１１０との間で折り畳まれ得る。

同軸ケーブル３１０及び３２０の第２の端部は、開口部３７５を貫通してもよく、開口部３８５を少なくとも部分的に貫通してもよい。相互接続３１７及び３２７はそれぞれ、ワイヤボンドとして具現化され得る。代替的に、相互接続３１７及び３２７は、ワイヤ延長部と統合された、漏斗形状の金属部の形態である。漏斗状の金属部は、それぞれの外側導体３１３又は３２３にはんだ付けされるか、又は別様に電気的に接続され、ワイヤ延長部は、ダイポールアーム１３２ａ又は１３４ａの入力点にはんだ付けされるか、又は別様に電気的に接続される。相互接続３１９及び３２９は、それぞれ、ダイポールアーム１３２ｂ及び１３４ｂの入力点への、直接はんだ接続であってもよい。

図５は、ＡＭＣアンテナ１００内でのアンテナ給電装置３００の例示的な統合を示す、図４の線５－５に沿う断面図である。本図は、バラン３５０が、ＡＭＣアンテナ１００の下面に隣接して配設されてもよく、同軸ケーブル３１０及び３２０の下端が、基層１１０の開口部３６５を貫通し、バラン３５０に接続してもよいことを示す。同軸ケーブル３１０及び３２０は、交差ダイポールアンテナ素子１３５への電気的接続を容易にするために、同軸ケーブルの上端が、ＦＳＳ層１２０の開口部３７５と、アンテナ層１３０の誘電体シート１７４の開口部３８５とを貫通した状態で、垂直に並んで走行し得る。収納状態では、同軸ケーブル３１０及び３２０は、記憶ワイヤ１１５（図８で後述）と同様に折り畳まれ得る。

図６は、一実施形態による、収納中にＡＭＣアンテナを保持する保持構造体を含む、例示的なアンテナ装置の斜視図である。図７は、展開中にＡＭＣアンテナを取り外した後の、図６のアンテナ装置を示す斜視図である。図７の図はまた、中に挿入する前の保持構造体に対する、ＡＭＣアンテナの例示的な配置を示す。図６及び７を参照すると、ＡＭＣアンテナ装置２００は、ＡＭＣアンテナ１００と、収納中にＡＭＣアンテナ１００をコイル状態に保持する、保持構造体２１０と、を含む。本実施形態における保持構造体２１０は、対向する第１の端壁２１６及び第２の端壁２１８と、端壁２１６と端壁２１８との間の主軸２２５と、端壁２１６及び２１８を互いに結合する支持ロッド２２８と、を有する、略円筒形の構造体である。端壁２１６、２１８の各々は、ＡＭＣアンテナ１００をコイル構成に誘導し、保持することを容易にするために、それぞれの内面２１２上にらせん状の溝２１４を有し得る。少なくとも接地面１０５の対向する縁部は、収納中は、一対のらせん状の溝２１４内にコイル状に保持されている。アンテナ層１３０が接地面１０５と同一の広がりをもつように構成される場合、アンテナ層１３０の対向する縁部もまた、らせん状の溝２１４内に保持され得る。

主軸２２５は、ＡＭＣアンテナ１００の端部リブ１８４への（概略的に示された）機械的リンク２７２を有し得る。最初にＡＭＣアンテナ１００を保持構造体２１０内に保持するために、ＡＭＣアンテナ１００は、図７に示すように、折り畳まれた状態に強制され得る。折り畳まれた状態では、記憶金属ワイヤ１１５は可撓性であり、ＦＳＳ層１２０は、折り畳まれた構造体の少なくとも縁部の厚さが溝２１４の幅よりも薄くなるように、基層１１０に向かって折り畳まれる。折り畳まれた状態では、ＦＳＳ層１２０が基層１１０に対してオフセットされるように、ＦＳＳ層１２０が＋ｘ方向に基層１１０に向かって折り畳まれ得ることに留意されたい。折り畳まれた状態では、２つの層がオフセットされるため、基層１１０の周辺部分１１０ａは、ＦＳＳ層１２０の対応する部分によって、これ以上重ねられない。例えば、図１に見られるように、例えば、動作構成から折り畳まれた構成への移行、及びその逆は、「４バーリンケージ」の機械的作用に類似し得る。言い換えれば、記憶金属ワイヤ１１５は、垂直方向と水平方向との間で移行する、第１の対のバーに類似していると考えられ得る。基層１１０及びＦＳＳ層１２０のプレート状の幾何学形状は、第１の対のバーが垂直方向と水平方向との間で移行するときに、整列状態とオフセット状態との間で移行する、第１の対のバーに結合された、第２の対のバーに類似し得る。

主軸２２５は、保持構造体２１０内にＡＭＣアンテナ１００を引き込むために（例えば、時計回りに）回転され得る。一例として、手回しクランク（図示せず）、又はリンク２７３を有するアクチュエータ２７５は、主軸２２５の端部２１９に結合されて、保持構造体２１０内にＡＭＣアンテナ１００を引き込むための回転力を付与し得る。ＡＭＣアンテナ１００が保持構造体２１０内に保持されると、ＡＭＣアンテナ装置２００は、打ち上げ前に、軌道衛星などの搬送車に運搬され、搬送車の表面２８５に固定され得る。保持構造体２１０は、（別様に保護なしで表面２８５上に取り付けられる場合の）ＡＭＣアンテナ１００自体よりも、環境条件及び動きに対して堅牢であるため、表面２８５上にＡＭＣアンテナ１００を展開する前に、保持構造体２１０を表面２８５に固定することは、展開が成功する可能性を改善し得る。別の例として、表面２８５は、惑星表面、又は惑星上の人工建造物の表面である。この場合、ＡＭＣアンテナ１００が中に固定された状態の保持構造体２１０は、ドローンによって運搬され得、その後の無人展開のために、表面２８５上に落下され得る。

保持構造体２１０からＡＭＣアンテナ１００を展開するために、主軸２２５は、アクチュエータ２７５によって（例えば、反時計回りに）回転され得、それによって、ＡＭＣアンテナ１００は、＋ｘ方向にその折り畳まれた状態にある間、プレート状の構成で滑り出ることができる。代替的に又は追加的に、表面２８５上に配置された別のアクチュエータ２６０は、保持構造体２１０からＡＭＣアンテナ１００を自動的に引き出すことができる。この目的のために、ＡＭＣアンテナ１００は、アクチュエータ２６０のリンク２６２がＡＭＣアンテナ１００に取り付けることができる、フラップ１１２の反対側の開口部１２９を有し得る。アクチュエータ２６０及び／又はアクチュエータ２７５は、表面２８５に固定されたロボットアームであり得ることに留意されたい。折り畳まれた状態でＡＭＣアンテナ１００が保持構造体２１０から取り外されると、周囲温度が記憶形状閾値を上回る場合、記憶金属ワイヤ１１５は、可撓性から剛性に自然に移行し得、ｚ方向に自分自身を方向付け得る。このことは、図１に示すように、ＡＭＣアンテナ１００を、折り畳まれた状態から動作状態に移行させる。一例では、周囲温度が記憶形状閾値を下回る場合、ＡＭＣアンテナ１００周囲の局部温度を上昇させ、記憶ワイヤ１１５を記憶形状の状態に移行させるように、熱がＡＭＣアンテナ１００に印加され得る。一例では、電流を記憶ワイヤ１１５に印加することによって、熱が印加され、それによって、電流が流れている間、記憶ワイヤ１１５の抵抗が、移行を引き起こすのに十分な熱を発生させる。

図８は、折り畳まれた状態の例示的なＡＭＣアンテナ１００を示す、図７の線８－８に沿うＡＭＣアンテナ１００の断面図である。ＡＭＣアンテナ１００が収納用に折り畳まれるとき、記憶ワイヤ１１５は可撓性であり、略水平方向で（略ｘ方向に方向付けられて）折り畳まれ得、それによって、基層１１０とＦＳＳ層１２０との間の間隔距離ｄ３は、図２に見られるように、間隔距離ｄ１よりも著しく小さい。加えて、ＦＳＳ層１２０とアンテナ層１３０との間の間隔距離ｄ４は、延長部１７６の同様の折り畳みにより、距離ｄ２に対して縮小され得る（図２）。したがって、ＡＭＣアンテナ１００の全体の厚さは、動作状態の厚さよりも著しく薄くてもよく、好適な保持構造体内でコンパクトな保持を可能にする。

図９は、収納用に折り畳まれた状態のＡＭＣアンテナ１００を示し、それによって、ＡＭＣアンテナ１００の運搬が容易となる。ＡＭＣアンテナ１００を折り畳むために、折り畳まれた構成に最初に設置され、その後、少なくとも１回折り畳まれる。保持ストラップ１９９の形態の保持構造体は、次に、ＡＭＣアンテナ１００を折り畳まれた状態に保持し得る。一例として、折り畳まれた状態のＡＭＣアンテナ１００は、（図６及び７に示される）無人搬送車の表面２８５に運搬され得、保持ストラップ１９９に結合された、好適な締結具（図示せず）によって、表面上に固定され得る。その後にＡＭＣアンテナ１００を展開するために、ロボットアームなどは、保持ストラップ１９９を切断し、ＡＭＣアンテナ１００を展開し得る。ＡＭＣアンテナ１００は、その後、記憶ワイヤ１１５がそれぞれの剛性状態に移行すると、上述のものと同様の方式で（例えば、熱を加える）、動作状態に自動的に移行し得る。

図１０は、別の実施形態による、部分的展開状態のＡＭＣアンテナ１００’を示す斜視図である。ＡＭＣアンテナ１００’は、支持リブ１１７を省略し、ＦＳＳ層１２０の導電性パッチ１２１ごとに個々の支持構造体を用いることによって、上述のＡＭＣアンテナ１００とは異なる。図１１は、ＡＭＣアンテナ１００’の集中領域内、すなわち、アンテナ素子層１３０の領域内の、例示的な支持構造体を示す断面図である。アンテナ層１３０の領域の下にある導電性パッチ１２１の場合、支持構造体は、基層１１０に取り付けられた支持体１９２と、ＦＳＳ層１２０に取り付けられた支持体１９３と、アンテナ素子層１３０に取り付けられた支持体１９４と、を含み得る。支持体１９２、１９３及び１９４の各々は、対応する導電性パッチ１２１の表面積よりも、少なくとも１桁は小さい円形領域を占める、ボタン状のプロファイルを有してもよい。支持体１９２～１９４の各々は、層１１０、１２０又は１３０の誘電体シートのうちのそれぞれ１つに接着された、誘電体材料で構成され得る。各支持体１９２、１９３及び１９４は、記憶ワイヤ１１５が通過し、それぞれの支持体に接着される、中央開口部を有し得る。例えば、めっきされた貫通孔は、図２に関連して、リブ１１７について上述したのと同様又は同一の方式で、支持体１９２及び基層１１０を通って形成されていてもよく、記憶ワイヤ１１５の下端は、めっきされた貫通孔内のはんだを使用して、支持体１９２及び基層１１０にはんだ付けされてもよい。めっきされた同様の貫通孔は、記憶ワイヤ１１５の中央部を支持体１９３に接着するために、ＦＳＳ層１２０及び支持体１９３内に形成されていてもよい。更に、ブラインドビアは、記憶ワイヤ１１５の延長部１７６を支持体１９４に接着し、アンテナ素子層１３０に接着するために、アンテナ素子層１３０の支持体１９４及び誘電体シート１７４を通して形成されていてもよい。導電性パッチ１２１＿ｍなどの、アンテナ素子層１３０の下にない、周辺に位置する導電性パッチ１２１については、支持体１９２及び１９３のみが利用されてもよく、延長部１７６は省略されてもよい。したがって、記憶ワイヤ１１５の上端は、ＦＳＳ層１２０の上面と面一であってもよい。

ＡＭＣアンテナ１００’の他の態様は、ＡＭＣアンテナ１００用に上述したものと同じであってもよい。ＡＭＣアンテナ１００’は、ＡＭＣアンテナ１００について上述したのと同様の方式で、保持されてもよく、２１０又は１９９などの保持構造体から取り外されてもよい。

図１２は、一実施形態による、無人搬送車上でＡＭＣアンテナを展開する、例示的な方法１２００の動作を示すフローチャートである。方法１２００では、ＡＭＣアンテナ、例えば、１００又は１００’は、まず、折り畳まれた状態で、上述の２１０又は１９９などの保持構造体に格納される（Ｓ１２１０）。保持構造体は、次に、中に格納されたＡＭＣアンテナとともに、無人搬送車に運搬され得る（Ｓ１２２０）。前述のように、無人搬送車（例えば、表面２８５を含む搬送車）のいくつかの実施例は、軌道衛星、惑星表面、又は、惑星表面上の人工構造人工建造物を含む。

次に、ＡＭＣアンテナは、上述のように、アクチュエータ（例えば、２７５及び／又は２６０）を使用して、保持構造体から同じものを取り外し、周囲温度が記憶形状閾値を超えると、ＡＭＣアンテナの記憶金属ワイヤ１１５が可撓性状態から剛性状態に自然に移行することを可能にすることによって、展開され得る（Ｓ１２３０）。剛性状態への移行が完了すると、ＡＭＣアンテナは、（例えば、図１に示される上記構成で）動作用に設置される。上述のように、展開中の周囲温度が記憶形状閾値を下回る場合、ＡＭＣアンテナ周囲の局部温度を上昇させ、記憶ワイヤ１１５を記憶形状の状態に移行させるように、熱がＡＭＣアンテナに加えられ得る。電流を記憶ワイヤ１１５に供給することによって、熱が加えられ得、それによって、電流が流れている間、記憶ワイヤ１１５の抵抗が、移行を引き起こすのに十分な熱を発生させる。ＡＭＣアンテナが動作構成にある状態で、ロボットアームなどは、ＡＭＣアンテナを搬送車の表面２８５に固定し得、ＡＭＣアンテナのバラン３５０を、通信システムのＲＦフロントエンドに電気的に接続し得、それによって、ＡＭＣアンテナによる信号の能動通信が開始され得る。

本明細書に記載される技術は、その例示的な実施形態を参照しながら特に示され、説明されているが、当業者であれば、以下の特許請求の範囲及びそれらの等価物によって定義される特許請求の範囲の主題の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態及び詳細の様々な変更がその中で行われ得ることを理解するであろう。

Claims (20)

1. 人工磁気導体（ＡＭＣ）アンテナ装置（１００、２００、１００’）であって、
   導電性基材面（１１９）と、
   前記基材面上方の周波数選択性表面（ＦＳＳ）層（１２０）であって、互いに分離された複数の導電性パッチ（１２１＿１～１２１＿ｎ）を備える、周波数選択性表面（ＦＳＳ）層（１２０）と、
   複数の記憶金属ワイヤ（１１５）であって、各々が、前記導電性パッチのうちの１つを前記基材面に電気的に接続し、各々が、記憶形状の状態で剛性であり、前記ＡＭＣアンテナ装置の動作中に、前記ＦＳＳ層を前記基材面から継続的に離間させ、各々が、非記憶形状の状態で可撓性であり、前記アンテナ装置が収納されたときに、前記基材面に向かって前記ＦＳＳ層が折り畳まれることを可能にする、複数の記憶金属ワイヤ（１１５）と、を備える、接地面（１０５）と、
   少なくとも１つのアンテナ素子（１３５）を含む、前記ＦＳＳ層上方の可撓性アンテナ素子層（１３０）と、を備える、ＡＭＣアンテナ装置（１００、２００、１００’）。
2. 前記複数の導電性パッチが、第１の誘電体シート（１５４）上の、複数のプリント導電性パッチであり、
   前記少なくとも１つのアンテナ素子が、第２の誘電体シート（１７４）上の、少なくとも１つのプリント導電性素子（１３５）であり、
   前記第１の誘電体シート及び前記第２の誘電体シートの各々が可撓性である、請求項１に記載のＡＭＣアンテナ装置（１００、２００、１００’）。
3. 前記記憶金属ワイヤの各々が、前記ＦＳＳ層が前記基材面から均一に離間されるように、実質的に同一の長さを有し、
   前記第１の誘電体シートが、前記アンテナ素子層が前記ＦＳＳ層から均一に離間されるように、前記第２の誘電体シートに機械的に結合されている、請求項２に記載のＡＭＣアンテナ装置（１００、２００、１００’）。
4. 前記記憶金属ワイヤが、前記ＦＳＳ層上方に延在する、それぞれの延長部（１７６）を含み、前記第１の誘電体シートが、前記第２の誘電体シートに機械的に結合され、前記記憶金属ワイヤが前記記憶形状の状態で剛性であるとき、前記延長部により、前記第２の誘電体シートから均一に離間されている、請求項３に記載のＡＭＣアンテナ装置（１００、２００、１００’）。
5. 前記アンテナ装置が収納されたときに、前記アンテナ素子層及び前記接地面を、前記ＦＳＳ層が前記基材面に向かって折り畳まれた状態で保持するように構成された、保持構造体（２１０）を更に備える、請求項１に記載の前記ＡＭＣアンテナ装置（２００）。
6. 前記アンテナ素子層及び前記接地面を、前記保持構造体から取り外すように構成された、少なくとも１つのアクチュエータ（２７５、２６０）を更に備える、請求項５に記載のＡＭＣアンテナ装置（２００）。
7. 前記保持構造体（２１０）が、前記アンテナ素子層及び前記接地面をコイル状態に保持する、請求項５に記載のＡＭＣアンテナ装置（２００）。
8. 前記保持構造体（２１０）が、対向する端部にそれぞれ一対のらせん状の溝（２１４）を含む、円筒構造であり、前記接地面の対向する縁部が、前記一対のらせん状の溝内にコイル状に保持されている、請求項７に記載のＡＭＣアンテナ装置（２００）。
9. 前記記憶金属ワイヤ（１１５）が、ニチノールで構成されている、請求項１に記載のＡＭＣアンテナ装置（１００、２００、１００’）。
10. 可撓性アンテナ給電装置（３１０、３２０）であって、前記少なくとも１つのアンテナ素子に電気的に接続している第１の端部と、前記基材面の下の反対側の端部と、前記ＦＳＳ層の少なくとも１つの開口部（３７５）を通って、前記基材面と前記少なくとも１つのアンテナ素子との間に延在する、中央部分と、を有する、可撓性アンテナ給電装置（３１０、３２０）を更に備える、請求項１に記載のＡＭＣアンテナ装置（１００、２００、１００’）。
11. 前記基材面の下に配設され、前記アンテナ給電装置の前記反対側の端部に接続された、バラン（３５０）を更に備える、請求項１０に記載のＡＭＣアンテナ装置（１００、２００、１００’）。
12. 前記アンテナ給電装置が、前記記憶金属ワイヤが前記記憶形状の状態にあるときに線形形状を有し、前記記憶金属ワイヤが前記非記憶形状の状態にあるときに折り畳まれた非線形構成を有する、少なくとも１つの可撓性同軸ケーブル（３１０、３２０）を備える、請求項１０に記載のＡＭＣアンテナ装置（１００、２００、１００’）。
13. 前記少なくとも１つのアンテナ素子が、少なくとも１つの交差ダイポールアンテナ素子（１３５）を含む、請求項１に記載のＡＭＣアンテナ装置（１００、２００、１００’）。
14. 前記アンテナ装置が収納されたときに、前記接地面及び前記アンテナ素子層がそれぞれ折り畳まれる、請求項１に記載のＡＭＣアンテナ装置（１００、１００’）。
15. 前記基材面が、可撓性基板（１４４）上のプリント導電性材料（１１９）を含む、請求項１に記載のＡＭＣアンテナ装置（１００、２００、１００’）。
16. 前記記憶金属ワイヤのうちの１つと、前記基材面及び／又は前記導電性パッチのうちの１つとの間の機械的接続をそれぞれ支持する、複数の支持構造体（１１７、１９２）を更に備える、請求項１に記載のＡＭＣアンテナ装置（１００、２００、１００’）。
17. 無人搬送車（２８５）上で人工磁気導体（ＡＭＣ）アンテナ（１００、１００’）を展開する方法（１２００）であって、
    前記ＡＭＣアンテナを保持構造体（２１０、１９９）に格納すること（Ｓ１２１０）であって、前記ＡＭＣアンテナは、（ｉ）アンテナ素子層と、（ｉｉ）接地面であって、導電性基材面と、周波数選択性表面（ＦＳＳ）層と、前記導電性基材面を前記ＦＳＳ層に電気的及び機械的に結合する、複数の記憶金属ワイヤと、を有し、前記ＡＭＣアンテナが格納されたとき、前記複数の記憶金属ワイヤが、折り畳まれた非記憶形状の状態にある、接地面と、を含む、格納すること（Ｓ１２１０）と、
    前記ＡＭＣアンテナを展開するために、アクチュエータ（２６０、２７５）を使用して、前記ＡＭＣアンテナを前記保持構造体から取り外すこと（Ｓ１２３０）と、を含み、
    前記記憶金属ワイヤは、周囲温度が閾値を超えると、可撓性状態から剛性状態に自然に変わり、前記保持構造体からの前記ＡＭＣアンテナの取り外しの後に、前記ＦＳＳ層を前記基材面から継続的に離間させる、方法。
18. 前記無人搬送車が、軌道衛星（２８５）である、請求項１７に記載の方法（１２００）。
19. 前記保持構造体が、前記ＡＭＣアンテナをコイル状態に保持し、前記アクチュエータが、前記ＡＭＣアンテナを、前記保持構造体からプレート形状で水平展開させる、請求項１７に記載の方法（１２００）。
20. 前記ＡＭＣアンテナが、前記保持構造体内にコイル状に格納され、前記ＡＭＣアンテナの前記取り外し中に広がる、可撓性アンテナ給電装置を更に備える、請求項１９に記載の方法（１２００）。

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