JP5112421B2 - アンテナ寄生スイッチングに基づく送信機アーキテクチャ - Google Patents

アンテナ寄生スイッチングに基づく送信機アーキテクチャ Download PDF

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Description

関連した出願への相互参照
本出願は、２００６年５月４日に出願された、「アンテナ寄生スイッチングに基づく新しい送信機アーキテクチャ」という名称の、同時係属中の米国特許出願番号第６０／７９７，７９２号に対する優先権、および、その利益を主張するものであり、その出願の開示は、参照により、ここにその全体が組み込まれます。
発明の分野
本発明は、一般に、ラジオ変調に関し、特に、高度に効率のよい変調方法、および装置を用いるラジオ送信機に関係する。
発明の背景
ラジオ送信機は、ラジオ「搬送」波内に、情報を符号化し、または「変調」することにより情報を運ぶ。搬送波の変調は、多くの形態をとることができる。いくらかのタイプの変調は、搬送波の位相、または周波数のみを変化させる。他のタイプの変調は、搬送波の振幅を変化させ、「非一定包絡」変調を生じる。変調情報は、アナログ、またはデジタルでよく、代表的に、搬送波の周波数より低い周波数で、「ベースバンド」と記述することができる。一度、１つ、またはそれ以上のベースバンド信号により変調されると、変調された搬送波は、代表的に、電力増幅器（“ＰＡ”）により増幅され、かつ、ラジオアンテナにより自由空間内等へ送信される。
従来のラジオ送信機変調技術においては、多くの問題が観察されてきた。例えば、先行技術の従来の送信アーキテクチャにおいては、ベースバンドデータは、ミキサー、および発振器を用いることにより、ＲＦ周波数にアップコンバートされる。高いデータレートの送信を達成するために、大きい帯域幅信号が、アップ変換ミキサー、および電力増幅器を通る全体の信号パスを通過する必要がある。また、非一定包絡高次変調を、この高いデータレートを実現するために使用する必要がある。アップ変換ミキサー、および電力増幅器は、非一定包絡変調の要件のために、広帯域であり、かつ、同時に、大変線形である必要がある。しかしながら、線形の電力増幅器を用いることは、送信機における大変重要なファクターである電力増幅器の電力効率を大きく低減させてしまう。また、従来のラジオ送信機設計においては、高次非一定包絡変調と、送信機電力効率との間には、強いトレードオフの関係がある。
従来のラジオ送信機動作のもう１つの問題は、ラジオ送信機から十分な電力を受けることのできる任意の受信ステーションが、一般に受信した搬送波を復調することができ、かつ、変調情報にアクセスすることができる、ということである。いくつかのレベルの安全な通信は、種々の暗号化スキームにより達成することができる。しかしながら、情報の暗号化を行ってさえも、常に、意図されない受信者が暗号化された情報を首尾よくデコードしてしまう危険がある。
より効率的にラジオ搬送波を変調でき、かつ、変調されたラジオ搬送波を、送信することのできる送信機アーキテクチャについての必要がある。また、送信信号が意図された受信者のラジオ受信機のみにより復調されることのできる変調された信号を、送信することのできるラジオ送信機についての必要がある。
米国特許出願番号第１１／５２５，７５７号
発明の概要
１つの側面において、本発明は、ラジオ搬送波信号を生成するラジオ搬送波源を含む変調された信号を送信するためのラジオ送信機に関係する。該ラジオ搬送波源は、電気的な電力源により電力供給される。該ラジオ送信機は、また、少なくとも１つの被駆動要素と、少なくとも１つの反射器要素とを含むアンテナを含み、該被駆動要素は、ラジオ搬送波源に電気的に結合されている。前記被駆動要素のうちの少なくとも１つ、または、前記少なくとも１つの、反射器要素は、少なくとも１つのスイッチを含み、そこでは、該ラジオ送信機は、前記少なくとも１つのスイッチの開状態に応答して第１の変調状態を持つ信号を送信するよう構成されており、かつ、前記少なくとも１つのスイッチの閉状態に応答して第２の変調状態をもつ信号を送信するよう構成されている。
１つの実施形態においては、該ラジオ搬送波源は、さらに、電力増幅器を含み、該電力増幅器は、前記ラジオ搬送波源と前記アンテナとの間に電気的に結合されている。
もう１つの実施形態において、前記送信された変調されたラジオ信号は、情報ビーム幅内でのみ復元可能である。
さらにもう１つの実施形態において、該送信された変調されたラジオ信号は、多数の情報ビーム幅を含む。
さらにもう１つの実施形態において、該送信機は、前記多数情報ビーム幅内で同じベースバンド変調を送信するよう構成されている。
さらにもう１つの実施形態において、該送信機は、前記多数情報ビーム幅のうちの第１のもの内で第１のベースバンド変調を送信し、前記多数情報ビーム幅のうちの第２のもの内で第２のベースバンド変調を送信するよう構成されている。
さらにもう１つの実施形態において、前記情報ビーム幅内に位置する送信は、安全通信を含む。
さらにもう１つの実施形態において、デジタル変調信号に対応する変調の集まりは、前記情報ビーム幅内の実質的にゼロに近いシンボルエラーレートを持つ送信を含む。
さらにもう１つの実施形態において、前記デジタル変調信号は、ｍ−ＱＡＭ、ｍ−ＰＳＫ、ＰＡＭ−ＰＳＫ、多振幅連続位相変調（“ＣＰＭ”）、および、ＣＰＦＳＫよりなるデジタル変調スキームのグループの中から選択されたデジタル変調を含む。
さらにもう１つの実施形態において、複数の反射器スイッチは、情報ビーム幅を決定する複数の反射器スイッチ結合を与えるよう構成されている。
さらにもう１つの実施形態において、複数の反射器スイッチは、前記情報ビーム幅内の点の集まりを決定する複数の反射器スイッチ結合を与えるよう構成されている。
さらにもう１つの実施形態において、複数の反射器スイッチは、前記情報ビーム幅を決定する複数の反射器スイッチ結合を与えるよう構成されており、かつそこでは、第２の複数の反射器スイッチは、前記情報ビーム幅をまた決定する第２の複数の反射器スイッチ結合を与えるよう構成されている。
さらにもう１つの実施形態において、前記第１の反射器スイッチ結合、および前記第２の反射器スイッチ結合は、前記情報ビーム幅の外の第１のセットの衝突した変調点、および前記情報ビーム幅の外の第２のセットの衝突した変調点を与えるよう構成され、前記第１のセットの衝突した変調点は、前記第２のセットの衝突した変調点と異なる。
さらにもう１つの実施形態において、各スイッチは、トランジスタ、およびインダクタを含み、該インダクタは、スイッチがオフのときに前記トランジスタの寄生容量と共振するよう構成されている。
さらにもう１つの実施形態において、前記少なくとも１つのスイッチは、ＭＥＭＳスイッチより構成される。
さらにもう１つの実施形態において、フェーズドアレイアンテナは、複数の送信機を含み、そこでは、送信された電力の実質的な部分は、１つ、またはそれ以上の情報ビーム幅内にある。
さらにもう１つの実施形態において、前記アンテナは、さらに少なくとも１つの半球状レンズを含む。
さらにもう１つの実施形態において、前記送信機は基板上に製造された集積された構造を含む。
さらにもう１つの実施形態において、前記送信機構造は、ＳｉＧｅを含む。
さらにもう１つの実施形態において、前記ラジオ送信機は、さらに、前記アンテナの前に、少なくとも１つのミキサーを含む。
もう１つの側面において、本発明は、情報ビーム幅内で変調された信号を送信するよう構成されたラジオ送信機を含む安全通信システムを特徴づける。安全通信システムはまた、情報ビーム幅内で、前記変調された信号を受信し、かつ、復調するよう構成されたラジオ受信機を含む。
もう１つの実施形態において、前記情報ビーム幅の外にある前記変調された信号は、成功的な復調に素直に従うものではない。
もう１つの側面において、ラジオ信号を変調する方法は、以下のステップを含む：搬送波信号を与えること；変調信号を与えること；少なくとも１つの被駆動要素、および複数の反射器を含むアンテナ、ここで、前記反射器のいくつかは、少なくとも１つの反射器スイッチを含む、を与えること；前記搬送波信号を、前記少なくとも１つの被駆動要素に供給すること；前記搬送波信号を、前記被駆動要素から送信すること；および、前記送信された搬送波信号が、前記少なくとも１つの反射器スイッチをスイッチングするのに応答して、前記変調信号により変調せられることとすること。
もう１つの側面において、望ましいアンテナ反射器スイッチ結合を選択する方法は、以下のステップを含む：ａ．複数のアンテナ反射器を与えること、各アンテナ反射器は、複数の反射器スイッチのうちの少なくとも１つを含み、各反射器スイッチは、開位置、および閉位置を、持つことができる；ｂ．前記複数の反射器スイッチに結合として適用されるべき、１セットの反射器スイッチ位置をランダムに生成すること；ｃ．前記ステップｂで生成された反射器スイッチ位置の結合が、情報ビーム幅内で復調されることのできる変調された信号を生じるか否かを決定する数学的シミュレーションを行うこと；および、ｄ．前記情報ビーム幅内で復調されることのできる変調された信号を生じる所望の数の結合が見つかるまで、ステップｂおよびｃを繰り返すこと。
もう１つの実施形態において、数学的シミュレーションを行うステップは、前記反射器スイッチ位置のセットが、情報ビーム幅内で、かつ、デジタル変調の集まり上の特定の点の半径内で復調されることのできる変調された信号を与えるかを決定するために、数学的シミュレーションを行うことを含む。
もう１つの実施形態において、ステップｂおよびｃを繰り返すことは、デジタル変調の集まり上の各点について所望の数の結合が見つかるまで、ステップｂおよびｃを繰り返すことを含む。
さらにもう１つの実施形態において、数学的なシミュレーションを行なうステップｃは、前記反射器スイッチ位置のセットが、情報ビーム幅内で復調されることができる変調された信号を与えるかを決定するために、回路解析数学的シミュレーションを行うことを含む。
さらにもう１つの実施形態において、該方法は、さらに、前記ステップｂと前記ステップｃの間のステップとして、一度、電磁界数学シミュレーションを用いてＳ−パラメータ抽出を行うステップを含み、これにつづいて、ステップｃにおいて回路解析数学シミュレーションを用いて、ステップｂおよびｃを繰り返す。
本発明の、前述の、および他の目的、側面、特徴、および、利点は、以下の記述から、および以下のクレームから、より明らかになるであろう。
本発明の目的、および特徴は、以下に記述された図面、およびクレームを参照して、よりよく理解されるであろう。該図面は、必ずしも、寸法に関係するものではなく、強調は、代わりに、本発明の原則を図示することに、一般に置かれている。図面において、同等の数字は、種々の図面を通して、同様の部分を図示するために用いられる。
発明の詳細な記述
図１は、本発明によるラジオ送信機の１つの好ましい実施形態のブロック図を示す。発振器１０５は、搬送波周波数ｆｃでの搬送波信号を生成する。電力増幅器（ＰＡ）１０６は、該搬送波信号を増幅し、該増幅された搬送波信号をアンテナ１０１に供給する。好ましいアンテナ１０１は、ダイポール（被駆動要素）１０４、および３つの反射器要素１０２を含む。各反射器要素１０２は、スイッチ１０３を含む。図１の好ましい実施形態において、デジタル処理ブロック１０８によりさらに処理されたベースバンド情報１０７は、スイッチ１０３を操作し、アンテナの後の搬送波信号を変調する。
次に、図２のブロック図に示されるように、本発明の送信機アーキテクチャを、従来技術の典型的なラジオ送信機２００と比較する。従来の送信機２００において、ミキサー２０４は、発振器２０３によって与えられる搬送波周波数ｆｃを、データよりなるベースバンド信号２０２により変調する。電力増幅器（ＰＡ）２０５は、変調された信号を増幅し、アンテナ２０６は、増幅された変調された信号を、自由空間内へ等、放送する。ベースバンド信号２０２が高データレートレート送信であるときは、高バンド幅信号は、ミキサー２０４、およびＰＡ２０５を含む全信号経路を通る必要がある。非一定のエンベロープ高次変調は、一般に高データレートを達成するために用いられる。したがって、ミキサー２０４、およびＰＡ２０５は、非一定エンベロープ変調の要件のために、広いバンド幅で、かつ、大変線形の両方であることが要求される。このような線形電力増幅器を用いることは、あらゆる送信機において大変重要な要素である電力増幅器の電力効率を大きく低減する。また、従来のラジオ送信機設計において、高次非一定エンベロープ変調と送信機電力効率との間には強いトレードオフがある。
対照的に、図１の本発明の実施形態においては、ミキサーは、使用されておらず、搬送波信号のみが、前記電力増幅器、およびアンテナを通過し、変調は、該アンテナの後になされる。ミキサーなしでもって、大変有効な非線形ＰＡを、高次非一定エンベロープ変調を達成するために用いることができる。本発明によるラジオ送信機変調方法、および装置は、ラジオ搬送波変調のいくらか、あるはすべてを、アンテナの後で行うことにより、送信機効率を増大する。それゆえ、新しいアーキテクチャの特徴の１つは、高次非一定エンベロープ変調と送信機電力効率との間のトレードオフを除去することである。
我々は、アンテナ要素の寸法のオーダーの物理的寸法内にあるときを、アンテナ“近傍界”、と定義する。“遠方界”は、そののち、該近傍界を超える寸法で始まる。ラジオ送信機１００のそれのような、本発明による送信機アーキテクチャにおいては、アンテナ１０１の近傍界での動作は、スイッチ１０３の動作により原因される。われわれは、“アンテナの後の変調”、または“近傍界変調”、または“近傍界アンテナ変調”を、遠方界における変調された信号の送信を生じる、近傍界における動作として定義する。
図３は、１つの反射器スイッチを用いた近傍界変調の動作の原理を図示する。図３は、１つの被駆動要素１０４、および、１つのスイッチ１０３を有する１つの反射器１０２を、有する１つのアンテナ１０１のための近傍界における動作の信号ダイアグラムを示す。図３に示されるこのアーキテクチャにおいて、主アンテナから送信された主信号３０１のいくらかの部分は、隣接する反射器から反射される。該反射された信号は、主信号３０１と干渉し、その振幅、および位相を変化させる。該反射された信号３０２の振幅、および位相は、反射器１０２上に示されるスイッチ１０３を用いることにより変化されることのできる反射器の有効長に依存する。異なる反射器有効長は、反射された信号の異なる位相、および振幅に対応する。スイッチ１０３をオン（“ｂｉｔ＝１”）、およびオフ（“ｂｉｔ＝０”）とすることにより、反射された信号３０２の位相、および振幅は、３０２’に変化する。反射された信号３０２の主信号３０１との干渉のために、主信号３０１の振幅、および位相の両方は、また変化する。このように、主信号３０１は、スイッチ１０３をオン、オフすることにより有効に変調されて、変調された信号３０３（第１の変調状態）を、または変調された信号３０３’(第２の変調状態）を生じ、これは遠方界に送信される。
図４は、１つの被駆動要素１０４、および２つの反射器１０２を持ち、各反射器１０２は３つのスイッチ１０３を有する、アンテナ１０１のもう１つの実施形態を示す。変調の集まり４０１は、受信機は、与えられたアンテナ１０１からの角度で、遠方界信号３０３を受信し、復調することにより、何を観察するであろうかを示す。変調の集まり４０２は、受信機は、同じ遠方界信号３０３を、しかし、受信した変調の集まり４０１を表す角度から時計方向に１０度の、異なる角度で、受信し、復調することにより、何を観察するであろうかを示す。本発明のアーキテクチャによる送信機は、反射された信号の位相、および振幅を、アンテナからの角度とともに変化させる。該変化は、主信号の位相および振幅の、角度による変化と同じではない。該変調点は、これらの２つの信号の、アンテナ１０１からの異なる角度での、結合により整形されるので、われわれは、図４に示されるような異なる変調点で終了する。
本発明による送信機の、方向依存変調（角度依存変調）特徴は、大変安全な通信チャネルの実施を可能とする。より便宜に方向依存変調を記述するために、われわれは、“情報ビーム”を定義する。情報ビームは、固定角（３Ｄ）を記述する３Ｄの“情報ビーム幅”をもち、該固定角内では、情報はエラーなしに送信される。言い換えると、正しく変調された信号は、１つ、またはそれ以上の情報ビームにより、１つ、またはそれ以上の所望の方向においてのみ、送信される。アンテナ１０１の情報ビーム幅内の望ましい角度では、受信機は、正しい変調点を、受信し、かつ復調することができる。アンテナ１０１から望まれない角度にある、すなわち、情報ビーム幅の外にある受信機は、十分なＲＦパワーを受信はするが、しかし、受信された信号は、完全に衝突したものである。前記情報ビーム幅の外で受信された信号は、これを復調して、ベースバンド信号を復元することはできない。“許可されていない”、あるいは、望まれない方向においては、集まり点のいくつかは、互いの頂面上に落ち得るものであり、かつ、これにより、それらを区別することが不可能であることに注意されたい。
対照的に、従来の送信機アーキテクチャにおいては、情報のすべては、該アンテナを通過することに注意されたい。これにより、該情報は、従来のラジオ送信機アンテナの放射パターンで、どこにでも放送される。また、従来の送信アンテナ放射パターンのサイドローブのために、十分な感度を有する任意の受信機は、正しい情報信号を、送信アンテナからの広い範囲の角度で（もともとの送信されたベースバンド信号を成功裏に復調することにより）、受信することができる。それゆえ、このような方向依存安全通信システムは、従来の送信アーキテクチャを用いて実行することはできない。
図５は、（カリフォルニア、フレモントの、ゼーランドソフトウェアインコーポレーテッドから入手可能である）ＩＥ３Ｄ、すなわち、モーメントベースのＥＭ解析ソフトウェアを用いて遂行される実際のシミュレーションにおいて用いられるアンテナ形状を示す。図５の設計において、１つのダイポールアンテナ被駆動要素１０４、および、８個の反射器１０２は、空気とシリコンの、半無限領域の境界上に置かれた。この場合、アンテナ１０１は、シリコン基板上に製造されるものとしてモデルされており、ほとんどの電力は、シリコン基板上に吸収される。実際、このアーキテクチャは、ダイポールアンテナの下にある、有限サイズの半球シリコンレンズを用いて実行することができる。この応用に適切な半球シリコンレンズは、２００６年９月２２日に出願された、名称、“オンチップアンテナを有する十分に集積されたミリ波フェーズドアレイ受信機兼送信機”の、米国特許出願番号第１１／５２５,７５７号に記述されており、その全体が、参照により、ここに組み込まれる。図５の設計の実施形態において、９０個のスイッチ１０３は、反射器の有効長を制御することができる。各集まり点のための望ましいスイッチ結合を見つけるために、ＭＡＴＬＡＢコード（ＭＡＴＬＡＢは、ナティック、マサチューセッツの、マスワークスコーポレーションから入手可能な、高レベル数学ソフトウェア言語である）は、該スイッチ類を、各集まり点のための最善のスイッチ結合を見つけるよう、ランダムにオン、またはオフする。
ボアサイトは、ここで、少なくとも１つの被駆動要素１０４、および少なくとも１つの反射器１０２により作られる平面に実質的に垂直な方向として定義される。該ボアサイト角は、ここで、θ＝ゼロ度、として定義される。図６は、図５に示される送信機アーキテクチャを用いて達成することのできる、ボアサイト角（θ＝０°）での好ましい変調の集まりを示す図である。図６の変調の集まりは、スイッチ１０３位置の、５００,０００回のランダムな繰り返しの結果を示す。５００,０００回の繰り返しの中で、２８７４０個の点が、ボアサイト角（θ＝０°）での２つの以下の基準（IおよびII）と一致した。

基準I
各スイッチ結合において、アンテナインピーダンスの変化は、１０Ωより小さいものでなければならない。アンテナインピーダンスがスイッチングにより変化する理由は、信号のいくらかがアンテナに向かって反射し、アンテナポートで見られる有効なインピーダンスを変化させるという事実である。理想的には、アンテナポートでのインピーダンス変化は、主信号の位相、および振幅に影響を与えるので、誰しも、インピーダンス変化は、最小化したいと欲するであろう。しかしながら、これらの変更は、システマティックであるので、それらはＭＡＴＬＡＢコードにおいて考慮されることができ、かつ、正しいスイッチングスキームにより補償されることができる。

基準II
２つの隣接する点間にｄの距離を持つ、理想的な集まり点のセットについて、ある受け入れ可能なスイッチ結合は、その理想的なセットにおける最も近接した点から０．１５ｄの半径内にある、集まり点を生ずべきものである。
変調の集まりにおけるいくつかの、またはすべての点は、スイッチ１０３のための、１以上の位置の結合により創られることができる。本発明のこの側面は、特定の集まり点で、冗長性を与えることができる。また、該集まり点スイッチ１０３結合冗長性は、（情報ビーム内の）所望の方向における変調点を、同時に前記情報ビーム幅の外の方向についての衝突点のパターンを変化させながら、変更されないように保つのに有用である。
図７は、図６の集まり点に対応するアンテナインピーダンス値を示す図である。図５に示される２８７４０個の点は、ボアサイト角（θ＝０°）における２１０個の区別される点を生成する。図８（θ＝０°、ＳＥＲ＝０％）、図９（θ＝０．８６°、ＳＥＲ＝０％）、図１０（θ＝１．７°、ＳＥＲ＝３０．５％）、および、図１１（θ＝２．６°、ＳＥＲ＝６０％）は、受信点がアンテナのＨ平面上のゼロ度のボアサイト角から移動するとき、変調点がどのように衝突するかを、示す。ＳＥＲは、シンボルエラーレートと定義される。＊の文字により表される星は、正しい点である。図１２は、Ｈ、およびＥ面についての、ＳＥＲ対角度のプロットを示す。図１２において、Ｅ平面はダイポールに対して平行な平面であり、Ｈ平面はダイポールに対して垂直な平面である。
例１：本発明のラジオ送信機アーキテクチャを用いた好ましいモノリシックチップは、図１３のチップマイクログラフに示される。該チップ、すなわち、６０ＧＨｚトランシーバーは、ＩＢＭ１３０ｎｍ ＳｉＧｅプロセスを用いて製造される。図１４は、１つのダイポールアンテナ（被駆動要素）、および、関連する反射器、および反射器スイッチを含む、種々の送信機要素の位置を記した回路層の図を示す。好ましいチップの寸法は、約５ｍｍ×２．５ｍｍである。図１５は、アンテナ被駆動要素に電源供給をする送信線、および、反射器インダクタとして作用するメアンダー送信線を含むアンテナ要素の近接上面図である。前記上面金属層上に実行されたシールドされた差動送信線は、ＲＦ信号が、底面金属層上に実行された反射器に結合するのを、最小とする。また、アンテナパターン上の給電効果を最小にするために、給電線は、該アンテナに垂直であるように設計されている。該インダクタは、オフ状態でスイッチの容量を非共振状態とするために用いられる。図１５Ａは、スイッチ１０３設計の１つの実施形態の模式図を示す。図１５Ａのスイッチ１０３の実施形態において、送信線Ｔ１のインダクタンスは、スイッチ１０３がオフのとき、トランジスタＱ１の寄生容量と共振するように用いられる、反射器インダクタとして働く。また、スイッチ１０３は、マイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）スイッチであると考慮される。
例２：さらなるシミュレーションは、本発明のラジオ送信機アーキテクチャを説明するために遂行された。シミュレーションに用いられた方法は、以下の理論的モデリングセクションにおいて、より詳細に記述される。図１６に示されるように、アンテナを駆動する１３０ｎｍ ＳｉＧｅ電力増幅器の予測される性能をモデル化するために、われわれは、ＥＭシミュレーションプログラムＩＥ３Ｄを用いてＳ−パラメータ抽出を行った。ローカル差動ポートは、アンテナ反射器構造を十分に特徴づけるために用いられ、かつ、遠方界は単純なダイポールアンテナにより探査された。Ｓ−パラメータは、単純なＥＭシミュレーションにより生成された。ＭＡＴＬＡＢコードは、テストされる種々のスイッチング結合について、遠方界を計算するために用いられた。スイッチ結合によるアンテナインピーダンスが考慮された。等しく間隔を置いて配置された集まり点についての１つのシミュレーションにおいて、図１７に示されるように、１００μｍの反射器間隔が用いられ、６８４個のほとんど等しく間隔を置かれた点がプロットされた。この例において、以下により詳細に記述されているように、象限選択が、アンテナの前でなされた。反射器の過渡応答は、図１８に示されている。６０ＧＨｚの搬送波周波数について、新しいスイッチ結合に対する遠方界時間応答は、理想スイッチモデルを用いて２００ピコ秒より小さいことがわかった。これは、過渡応答が、スイッチそれ自身により有効に制限されることを示した。
図１９は、本発明の送信機アーキテクチャの通信リンク安全特徴の方向性特性のシミュレーションを示す。図１９の上側にある一対のプロットは、ボアサイト角の変調点（上方左側）、および、Ｈ平面内のボアサイトから４５度での対応する衝突した変調点（上方右側）を示す。ボアサイト点（上方左側）は、矩形により示されるように、水平スライスにおいて考慮される。図１９は、前記水平スライスにおける点が、どのように４５度での変調点上に落ちる（上方右側プロット）か、を示すために、４つのシンボルに符号化される。図１９の底側の、一対のプロットは、ボアサイト角の同じ変調点（下方左側）、およびＨ平面内のボアサイトから４５度での対応する衝突した変調点（下方右側プロット）を示す。このとき、ボアサイト点（下方左側）は、矩形により示されるように、垂直スライスにおいて考慮され、どのようにこれらの垂直スライスにおける点が４５度での変調点上に落ちる（下方右側プロット）か、を示すために、４つのシンボルに符号化される。予想されるように、該４５度の点は、完全に衝突する。前記情報ビーム幅（図１９における４５度、のような）の外にある信号は、理想的な無雑音受信機によってさえも、復元されることができない。
図２０は、シンボルエラーレート（“ＳＥＲ”）対角度のグラフを示す。２つの曲線がプロットされており、１つは、Ｈ平面内のＳＥＲについてのカーブであり、１つは、Ｅ平面内のＳＥＲについてのカーブである。該カーブは、２１０個の等しく間隔を置かれた点に基づいている。ボアサイトは、所望の情報方向と並んでいる。ＳＥＲは、情報ビーム内で０％に到達することに注意されたい。以前に記述したように、情報ビーム幅の幅、および方向は、異なるセットのスイッチ結合の使用により操作することができる。
本発明のさらにもう１つの実施形態において、本発明の送信機アーキテクチャは、フェーズドアレイアンテナ技術と結合することができる。ここで、われわれは、情報ビーム幅ばかりでなく、パターンビーム幅の方向を、整形し、制御する。われわれは、ラジオ周波数エネルギーの実質的な部分が、その角度内に指向されている３Ｄの固定角を記述するものとして、“パターンビーム幅”を定義する。一般に、パターンビーム幅は、アンテナ放射、または放射パターンの“メインローブ”を含むが、しかし、“サイドローブ”は含まない。図２１Ａは、ここまでに記述されてきた本発明の送信機アーキテクチャを用いた好ましいアンテナ放射パターンを示す図である。メインローブ内のパターンビーム幅は、送信される全ラジオエネルギーの実質的な部分を含む。さらに、たとえ、メインローブ内のどこかに位置している受信機が、信号を復調するのに十分なラジオ信号エネルギーを受信したとしても、情報ビーム幅内のラジオ受信機のみが、受信した信号を成功的に復調して、ベースバンド情報を復元するようにすることができる。図２１Ａの右側に示されるように、２つ、またはそれ以上のアンテナ１０１が用いられるところでのように、フェーズドアレイ動作を行うことも可能である。フェーズドアレイ技術を用いて、放射パターンを操作することによってアンテナ放射パターンを、指向性を有するものとすることにより、システムの電力効率を改善することができる。図２１Ａの右側において、利用可能なＲＦパワーの実質的な部分は、情報ビーム幅の方向にのみ向けられている。電力が、また、さらにサイドローブ内で放射されることができるものであったとしても、情報ビーム幅内の受信機のみが、該信号を成功的に復調することができる。図２１Ｂは、さらに、本発明の送信機アーキテクチャによるフェーズドアレイアンテナ技術の使用を図示している。図２１Ｂの左側は、以前に記述したように、情報ビーム幅を創る単一アンテナ１０１を示している。図２１Ａの左側におけるように、情報ビーム幅は、実質的なＲＦパワーが、その幅にわたって放射されるパターンビーム幅のサブセットである。図２１Ｂにおいて、しかしながら、該情報ビーム幅は、パターンビーム幅が、図２１Ａにおけるように残りながら、右側にシフトした。情報ビーム幅の外の任意のＲＦ放射は、成功的に復調されることはできないので、そのＲＦエネルギーは、浪費される。図２１Ｂの右側において、２つ、またはそれ以上のアンテナ１０１の使用による等のフェーズドアレイアンテナ技術の使用により、ＲＦパワーは、少なくともメインローブに関して、前記情報ビーム幅よりわずかにのみ大きい固定角に実質的に閉じ込められ、改善された電力効率に到る。
本発明のもう１つの実施形態において、スイッチ１０３結合の適切な選択を行うことにより、および／または、多数アンテナ１０１の使用により、多数の情報ビーム幅が創られ得ることが、考慮される。我々は、“多数情報ビーム”を、複数の情報ビーム幅のいずれか内に位置する適切な受信機が、送信された信号を成功的に復調することができるような、２つ、またはそれ以上の区別される、あるいはオーバーラップする情報ビーム幅を含む、“多数情報ビーム幅”を持つラジオアンテナ放射パターン（の送信された信号）として、定義する。このような多数情報ビーム幅は、放射された電力パターンビーム幅内の１サブセットの固定角にわたり起こることができる。あるいは、以前に議論したようなフェーズドアレイ技術の付加により、放射パターンは、放射されたＲＦパワーの大きなパーセントを、前記多数情報ビーム幅内に置くように、整形されることができる。
少なくとも２つの多数情報ビーム動作モードがあり得る。図２２Ａは、３つの区別される情報ビームであって、おのおのの情報ビームは対応する情報ビーム幅を持つもの、を持つアンテナ放射パターンを示す。図２２Ａの好ましい実施形態において、すべての情報ビームは、“情報１”とラベルされた同じ情報を送信する。これにより、図２２Ａの例に従って動作する送信機は、我々が“複数冗長性同一情報”と呼ぶあるタイプの冗長性を、達成することができる。ここで、冗長性は、同一の情報（たとえば、情報１）を１つ以上の望ましい方向に送信するのに用いることができる。図２２Ｂは、３つの区別される情報ビーム、おのおのの情報ビームは対応する情報ビーム幅を持つ、を持つアンテナ放射パターンを示す。図２２Ａの好ましい実施形態において、すべての情報ビームは、“情報１”、“情報２”、および“情報３”とラベルされた、異なる情報を送信する。これにより、図２２Ｂの例に従って動作する送信機は、我々が“複数冗長性独立情報”と呼ぶ、あるタイプの冗長性を達成する。ここで、冗長性は、１以上の好ましい方向に異なる情報（たとえば、情報１、２、および３）を送信するのに用いることができる。ハイブリッド実施形態、および／または、好ましい実施形態による送信機におけるモードで、図２２Ａ、および、図２２Ｂには示されないものがまたあり得、そこでは、独立した情報をもう１つの方向に送信する少なくとも１つの他の情報ビームに加えて、２つ、またはそれ以上の情報ビームにおける同じ情報のコピーがある。

アンテナの前で行なわれる象限選択：
図２３は、いくらかの変調がアンテナの前で行なわれる本発明の実施形態を示す。図２３に示される実施形態において、象限選択は、従来のミキサーベーススキームにより行うことができ、かつ、本発明の原理によるアンテナ寄生スイッチングを、高次変調を生成するために用いることができる。象限選択は、“疎チューニング”変調と見ることができ、かつ、アンテナ後の変調は、“密チューニング”変調と見ることができる。
図２４Ａ、および図２４Ｂは、５つの反射器が、異なる間隔を持つ前記被駆動要素（ダイポール）の一方側において使用される信号集まりシミュレーションを示す。これらのシミュレーションは、境界上に共振する水平ダイポールを持つ空気−シリコン媒体についてなされた。これらの例において、象限選択は、アンテナの前でなされた。図２４Ａは、５０μｍ間隔についての信号の集まりを示す。図２４Ｂは、１００μｍ間隔についての信号の集まりを示す。１００,０００回の繰り返しが、図２４Ｂの集まりを生成するために用いられ、そのうちの６２,４９４回の繰り返しが、インピーダンス要件を満足した。図２４Ｃは、１５０μｍ間隔についての信号の集まりを示す。１００,０００回の繰り返しが、図２４Ｃの集まりを生成するために用いられ、そのうちの７３,０３９の繰り返しが、インピーダンス要件を満たした。図２４Ｄは、２００μｍ間隔についての信号の集まりを示す。１００,０００回の繰り返しが、図２４Ｄの集まりを生成するために用いられ、そのうちの７６,９９７回の繰り返しが、インピーダンス要件を満たした。
このようにここに記述された好ましい実施形態は、実質的に平行、および垂直の被駆動要素１０４、および反射器１０２を示すが、これらの要素がそのように配置されるべきについての要件はない。他の、非直交配列もまた、用いられることができる。このように、ここで記述される好ましい実施形態は、アンテナ１０１の反射器要素におけるスイッチ１０３を示すが、変調の指向性を達成するために、１つ、またはそれ以上のスイッチが、また（あるいは、いくらかの場合には、代わりに）、非駆動要素１０４に付加されることができ、これにより、変調の指向性を達成できることが、また考慮される。

理論的モデル化議論：
ここで記述された理論的記述は正しいと思われるが、ここで記述され、かつクレームされた装置の動作は、理論的記述の正確さ、または有効性には依存しない。すなわち、観察された結果を、ここで提示された理論と異なる基礎に基づき説明するであろう後の理論的展開は、ここで記述された発明の価値を減ずることはないであろう。
我々は、望ましい反射器スイッチ結合を、より詳細に決定するのに有用な方法を、今、記述する。以下のセクションは、我々の現在の理解の最善によって、ＭＡＴＬＡＢコードで書かれた等のアルゴリズムを、望ましい集まり点を生じるスイッチング結合を効率的に見つけるために、どのように使用することができるかを、記述する。各スイッチング結合は、主なアンテナの被駆動要素の周りの、一意の境界条件を定義することができる。すべての境界条件について、一般に、別個の電磁的（ＥＭ）シミュレーションを、電界または磁界値、およびアンテナパラメータを再計算するために行わなければならない。
図２５は、モデル化されるべき好ましいアンテナの図を示す。複数のスイッチ（図２５には、示されていない）は、各反射器上に位置している。反射器上の全数Ｎ個のスイッチについて、２N個のスイッチ形状が存在する。１つの好ましい形状において、我々は、Ｎ＝９０を用いたが、これは、２90個の、または１０27個のスイッチの結合を与える。各スイッチング結合は、その一意の境界条件について、新しいＥＭ問題を定義する。従来のＥＭ技術は、各結合を解決するために要求されるシミュレーション時間のために、このような大きな数の結合を取り扱うことは不可能である。
図２６は、好ましいアンテナのための終端インピーダンスを持つ境界条件を示す図である。形状１、および３は、形状２のマトリックスとは異なる、同じＳ−パラメータマトリックスを持つ。我々は、境界表面の形状は同じままであるが、しかし、終端インピーダンスが変化するところでは、電界／磁界パラメータを計算するために新しいＥＭシミュレーションを行う必要はないことを理解した。この場合、図２６に示されるように、差動的なローカルポート（電圧ギャップ）を、各スイッチの位置で、かつまた、受信、および送信アンテナのために定義することができる。それゆえ、該システムの完全なＳ−パラメータを計算するためには、ただ１つのＥＭシミュレーションのみを走らせることが必要となる。
図２７は、ＥＭ問題の回路モデルを示す。図２７に示されるように、（Ｎ−２）個のスイッチ、および１つの送信アンテナ、および１つの受信アンテナの場合、全数がＮ個の差動ローカルポートが定義される必要がある。結果として生じるＳ−パラメータマトリックスは、Ｎ×Ｎの構成要素を含む。また、図２７に示されるように、任意の終端インピーダンスについて、回路シミュレータ、またはＭＡＴＬＡＢコードを、各単一ポートでの、電圧、および電流を抽出するために使用することができる。我々の好ましいシミュレーションにおいては、我々は、開放スイッチを高インピーダンス終端で、短絡スイッチを低インピーダンス終端で、モデル化することができ、かつ、ＭＡＴＬＡＢコードを、各ポートでの電圧、および電流を計算するのに用いることができる。
図２８は、回路パラメータによるアンテナゲイン計算を示す。境界表面上の終端インピーダンスは、アンテナゲインに影響を及ぼす。しかしながら、新しいゲインを計算するために、ＥＭシミュレーションを走らせる必要はない。図２８に示されるように、これらの電圧および電流を知ることによって、我々はフリース伝達方程式

Ｐr2 = Ｐt2 Ｇ t2 Ｇr λ2 / ( １６π2ｄ2 )

を用い、ゲイン等のいくらかのアンテナパラメータを抽出することができる。
図２９は、回路モデルベースの最適化技術の、従来の最適化技術に対する比較を示す。回路モデルベースの最適化器における各ステップは、従来の方法の１０分と比較し、１０ミリ秒以下の時間を要する。図２９の２つのフローチャートは、上記の技術を、より従来のＥＭ技術と比較する。従来のＥＭ技術を用いて、ＥＭシミュレータから直接抽出されるアンテナパラメータは、最適化ゴール（ここでは、集まり点）をチェックするのに用いられる。満足されない条件の場合には、最適化器は、パラメータを変更し、かつ、それらを、たとえばＩＥ３Ｄのような“ＥＭ解決装置”に送るために用いることができる。本方法の１つの実施形態において、最適化回路は、前記パラメータ（スイッチング結合）を変更し、かつ、それらを回路シミュレータに、あるいはＭＡＴＬＡＢコード等の他の適切なコードに送り、結果として生じる集まり点を、ＥＭ解決装置を通る必要なく計算するようにする。図２９に示されるように、本回路モデルベース技術における各ループは、１０ミリ秒以上を要するものではなく、かつ、このような計算はさらにより速くなされることができることが考慮される。対照的に、従来の方法では、同等の計算をするのに約１０分がかかる。ＩＥ３Ｄは、モーメントベースのアルゴリズムを用いて電界／磁界を計算する。我々のシミュレーションにおいては、スイッチング結合は、その後、“ランダムに”サーチされて、所望の集まり点を見つける。
図３０は、電力増幅器出力電圧変動が、変調点を計算するときにさらに考慮される、変調点抽出の方法のフローチャートを示す。
図３１Ａは、アンテナ寄生スイッチングが負荷インピーダンスを変化させ、その結果、電力増幅器性能に影響を与える、電力増幅器性能変動の大きさの、３次元（“３Ｄ”）プロットを示す。カーブフィッティングは、ＰＡパラメータを負荷インピーダンスの言葉で表現する適切な機能を抽出するために用いられた。図３１Ｂは、図３１Ａの大きさのプロットに対応する位相の３Ｄプロットを示す。図３１Ｃは、ｄＢでの、電力ゲインの３Ｄプロットを示す。図３１Ｃにおいては、ゲイン変動は、インピーダンス変動の全域で、１．５ｄＢより低いことが見られる。図３１Ｄは、ｄＢｍで与えられた、電力の３Ｄプロットを示す。図３１Ｄにおいては、供給された電力は、２ｄＢｍ以上は変化しないことが見られる。図３１Ｅは、プロットされた領域にわたって、１４％から１７％にまで変化する電力負荷効率の３Ｄプロットを示す。
本発明は、ここで記述され、図面に示された構造、および方法を参照して特に示され、記述されたが、以上で述べられた詳細に限定されるものではなく、かつ、本発明は、以下のクレームの範囲、および精神内に落ちる任意の修正、および変更をカバーすることが意図されている。
図１は、本発明によるラジオ送信機の好ましい実施態様を図示する図である。 図２は、従来技術によるラジオ送信機を図示する図である。 図３は、１つの反射器スイッチを用いた近傍界変調の動作の原理を、説明する図である。 図４は、複数の反射器スイッチを用いた近傍界変調の動作の原理を、説明する図である。 図５は、ＩＥ３Ｄシミュレーションにおいて用いられるアンテナ形状を示す図である。 図６は、図５の送信機アーキテクチャを用いた、ボアサイト角（θ＝０）での好ましい変調の集まりを示す図である。 図７は、図６の集まり点に対応するアンテナインピーダンス値を示す図である。 図８は、ボアサイト角での変調の集まり点を示す図である。 図９は、変調の集まり点が、ボアサイト角から０．８６°の角度で、受信器とどのように衝突するかを示す図である。 図１０は、変調点が、ボアサイト角から１．７°の角度で、受信機と、どのように、衝突するかを示す図である。 図１１は、変調点が、ボアサイト角から２．６°の角度で、受信機とどのように衝突するかを示す図である。 図１２は、ＨおよびＥ平面についての、シンボルエラーレート（“ＳＥＲ”）対角度のプロットを示す図である。 図１３は、本発明のラジオ送信機アーキテクチャによる、好ましいモノリシック集積回路のチップモノグラフを示す図である。 図１４は、図１３のチップの回路層の概観を示す図である。 図１５は、図１３のチップのアンテナ要素の近接図を示す図である。 図１５Ａは、反射器スイッチの１つの実施形態の摸式図を示す図である。 図１６は、Ｓパラメータ抽出のために用いられるアンテナ形状を示す図である。 図１７は、象限選択をアンテナの前で行った、図１６のアンテナ形状を用いて創られた変調の集まりを示す図である。 図１８は、図１６のアンテナ形状の反射器の過渡応答のプロットを示す図である。 図１９は、ボアサイト角での変調点、およびＨ平面内のボアサイト角から４５度での衝突した変調点を示す図である。 図２０は、シンボルエラーレート対角度のグラフを示す図である。 図２１Ａは、本発明の送信機の好ましいアンテナ放射パターンを示す図である。 図２１Ｂは、本発明の送信機アーキテクチャを持つ、フェーズドアレイアンテナ技術の使用を示す図である。 図２２Ａは、複数冗長性同一情報の送信を図示するアンテナ放射パターンを示す図である。 図２２Ｂは、複数冗長性独立情報の送信を図示するアンテナ放射パターンを示す図である。 図２３は、変調がアンテナの前で行なわれる、本発明の実施形態を示す図である。 図２４Ａは、５０μｍ間隔を持つ５つの反射器が、被駆動要素（ダイポール）のいずれかの側で用いられ、象限選択がアンテナの前でなされている、信号集まりシミュレーションを示す図である。 図２４Ｂは、象限選択がアンテナの前でなされている、１００μｍ反射器間隔についての、信号集まりを示す図である。 図２４Ｃは、象限選択がアンテナの前でなされている、１５０μｍ反射器間隔についての、信号集まりを示す図である。 図２４Ｄは、象限選択がアンテナの前でなされている、２００μｍ反射器間隔についての、信号集まりを示す図である。 図２５は、モデルとされるべき好ましいアンテナの図を示す図である。 図２６は、終端インピーダンスを持つ境界条件を示す図である。 図２７は、ＥＭ問題の回路モデルを示す図である。 図２８は、回路パラメータを用いた、アンテナゲイン計算を示す図である。 図２９は、回路モデルベースの最適化技術の、従来の最適化技術に対する比較を示す図である。 図３０は、変調点抽出の方法のフローチャートを示す図である。 図３１Ａは、電力増幅器性能変動の大きさの３次元（“３Ｄ”）プロットを示す図である。 図３１Ｂは、図３１Ａの、大きさのプロットに対応する位相の３Ｄプロットを示す図である。 図３１Ｃは、ｄＢで示される電力利得の３Ｄプロットを示す図である。 図３１Ｄは、ｄＢｍでの供給された電力利得の３Ｄプロットを示す図である。 図３１Ｅは、電力付加効率の３Ｄプロットを示す図である。

Claims (26)

  1. 変調された信号を送信するラジオ送信機であって、以下のものよりなる：
    ラジオ搬送波を生成するラジオ搬送波源であって、該ラジオ搬送波源は、電気的な電源により電源供給される；および
    少なくとも１つの被駆動要素、および少なくとも１つの反射要素を含むアンテナ、前記被駆動要素は、前記ラジオ搬送波源に電気的に結合されており、前記被駆動要素の少なくとも１つ、または少なくとも１つの反射要素は、少なくとも１つのスイッチを含み、ここで、前記ラジオ送信機は、前記少なくとも１つのスイッチの開状態に応答して第１の変調状態を持つ信号を送信するよう構成されており、かつ、前記少なくとも１つのスイッチの閉状態に応答して第２の変調状態を持つ信号を送信するよう構成されており、
    前記送信機は、それ内では情報はベースバンド信号を回復するための復調を可能とするに十分低いエラーレートで送信され、それ外では十分な電力は送信されるが、前記情報は前記ベースバンド信号を回復するための復調を可能とするに十分に低くはないエラーレートで送信される固定角内で送信されるよう、構成されている、
    ことを特徴とする送信機。
  2. 請求項１記載の送信機において、
    前記ラジオ搬送波源は、さらに、電力増幅器を含み、該電力増幅器は、前記ラジオ搬送波源と前記アンテナとの間に電気的に結合されている、
    ことを特徴とする送信機。
  3. 請求項１記載の送信機において、
    前記送信された変調されたラジオ信号は、それ内では情報はベースバンド信号を回復するための復調を可能とするに十分低いエラーレートで送信され、それ外では十分な電力は送信されるが、前記情報は前記ベースバンド信号を回復するための復調を可能とするに十分に低くはないエラーレートで送信される複数固定角よりなる、
    ことを特徴とする送信機。
  4. 請求項３記載の送信機において、
    該送信機は、同じベースバンド変調を、それ内では情報はベースバンド信号を回復するための復調を可能とするに十分低いエラーレートで送信され、それ外では十分な電力は送信されるが、前記情報は前記ベースバンド信号を回復するための復調を可能とするに十分に低くはないエラーレートで送信される複数固定角内で送信するよう、構成されている、
    ことを特徴とする送信機。
  5. 請求項３記載の送信機において、
    該送信機は、第１のベースバンド変調を、それ内では情報はベースバンド信号を回復するための復調を可能とするに十分低いエラーレートで送信され、それ外では十分な電力は送信されるが、前記情報は前記ベースバンド信号を回復するための復調を可能とするに十分に低くはないエラーレートで送信される前記複数固定角のうちの第１のもの内で送信し、第２のベースバンド変調を、それ内では情報はベースバンド信号を回復するための復調を可能とするに十分低いエラーレートで送信され、それ外では十分な電力は送信されるが、前記情報は前記ベースバンド信号を回復するための復調を可能とするに十分に低くはないエラーレートで送信される前記複数固定角のうちの第１のもの内で送信するよう構成されている、
    ことを特徴とする送信機。
  6. 請求項３記載の送信機において、
    前記デジタル変調信号は、ｍ−ＱＡＭ、ｍ−ＰＳＫ、ＰＡＭ−ＰＳＫ、多振幅連続位相変調（“ＣＰＭ”）、およびＣＰＦＳＫよりなるデジタル変調スキームのグループのうちから選択されるデジタル変調よりなる、
    ことを特徴とする送信機。
  7. 請求項１記載の送信機において、
    それ内では情報はベースバンド信号を回復するための復調を可能とするに十分低いエラーレートで送信され、それ外では十分な電力は送信されるが、前記情報は前記ベースバンド信号を回復するための復調を可能とするに十分に低くはないエラーレートで送信される固定角内に位置する送信は、秘匿通信よりなる、
    ことを特徴とする送信機。
  8. 請求項１記載の送信機において、
    デジタル変調信号に対応する変調の集まりは、それ内では情報はベースバンド信号を回復するための復調を可能とするに十分低いエラーレートで送信され、それ外では十分な電力は送信されるが、前記情報は前記ベースバンド信号を回復するための復調を可能とするに十分に低くはないエラーレートで送信される固定角内で実質的にゼロに近いシンボルエラーレートを持つ送信よりなる、
    ことを特徴とする送信機。
  9. 請求項１記載の送信機において、
    複数の反射機スイッチが、それ内では情報はベースバンド信号を回復するための復調を可能とするに十分低いエラーレートで送信され、それ外では十分な電力は送信されるが、前記情報は前記ベースバンド信号を回復するための復調を可能とするに十分に低くはないエラーレートで送信される前記固定角を決定する複数の反射機スイッチ結合を与えるよう構成されている、
    ことを特徴とする送信機。
  10. 請求項１記載の送信機において、
    複数の反射機スイッチが、それ内では情報はベースバンド信号を回復するための復調を可能とするに十分低いエラーレートで送信され、それ外では十分な電力は送信されるが、前記情報は前記ベースバンド信号を回復するための復調を可能とするに十分に低くはないエラーレートで送信される前記固定角内の点の集まりを決定する複数の反射機スイッチ結合を与えるよう構成されている、
    ことを特徴とする送信機。
  11. 請求項１記載の送信機において、
    第１の複数の反射機スイッチ結合は、それ内では情報はベースバンド信号を回復するための復調を可能とするに十分低いエラーレートで送信され、それ外では十分な電力は送信されるが、前記情報は前記ベースバンド信号を回復するための復調を可能とするに十分に低くはないエラーレートで送信される前記固定角を決定する第１の複数の反射機スイッチ結合を与えるよう構成され、第２の複数の反射機スイッチ結合は、それ内では情報はベースバンド信号を回復するための復調を可能とするに十分低いエラーレートで送信され、それ外では十分な電力は送信されるが、前記情報は前記ベースバンド信号を回復するための復調を可能とするに十分に低くはないエラーレートで送信される前記固定角を決定する第２の複数の反射機スイッチ結合を与えるよう構成されている、
    ことを特徴とする送信機。
  12. 請求項１１記載の送信機において、
    前記第１の複数の反射器スイッチ結合、および前記第２の複数の反射機スイッチ結合は、それ内では情報はベースバンド信号を回復するための復調を可能とするに十分低いエラーレートで送信され、それ外では十分な電力は送信されるが、前記情報は前記ベースバンド信号を回復するための復調を可能とするに十分に低くはないエラーレートで送信される前記固定角外で、第１のセットの衝突した変調点を、および、それ内では情報はベースバンド信号を回復するための復調を可能とするに十分低いエラーレートで送信され、それ外では十分な電力は送信されるが、前記情報は前記ベースバンド信号を回復するための復調を可能とするに十分に低くはないエラーレートで送信される前記固定角外で、第２のセットの衝突した変調点を、それぞれ与え、前記第１のセットの衝突した変調点は、前記第２のセットの衝突した変調点と異なる、
    ことを特徴とする送信機。
  13. 請求項１記載の送信機において、
    前記少なくとも１つのスイッチは、トランジスタ、およびインダクタよりなり、前記インダクタは、前記スイッチがオフのとき前記寄生容量と共振するよう構成されている、
    ことを特徴とする送信機。
  14. 請求項１記載の送信機において、
    前記少なくとも１つのスイッチは、ＭＥＭＳスイッチよりなる。
  15. 請求項１による複数の送信機よりなるフェーズドアレイアンテナであって、前記送信された電力の実質的な部分は、それ内では情報はベースバンド信号を回復するための復調を可能とするに十分低いエラーレートで送信され、それ外では十分な電力は送信されるが、前記情報は前記ベースバンド信号を回復するための復調を可能とするに十分に低くはないエラーレートで送信される１つ、またはそれ以上の固定角内に位置している、
    ことを特徴とする送信機。
  16. 請求項１記載の送信機において、前記アンテナは、さらに、少なくとも１つの半球状レンズよりなる、
    ことを特徴とする送信機。
  17. 請求項１記載の送信機において、前記送信機は、基板上に製造された集積された構造よりなる、
    ことを特徴とする送信機。
  18. 請求項１７記載の送信機において、前記送信機構造は、ＳｉＧｅよりなる、
    ことを特徴とする送信機。
  19. 請求項１記載の送信機において、さらに、前記アンテナの前に、少なくとも１つのミキサーを備える。
    ことを特徴とする送信機。
  20. 請求項１記載の送信機において、前記固定角の角度範囲は、前記送信機の偏極面に依存する、
    ことを特徴とする送信機。
  21. ラジオ信号を変調する方法であって、以下のステップよりなる：搬送波信号を与えること；
    変調信号を与えること；
    少なくとも１つの被駆動要素、および複数の反射器を含むアンテナを与えること、前記反射器の少なくともいくらかは、すくなくとも１つの反射器スイッチを含む；
    前記搬送波信号を前記少なくとも１つの被駆動要素に供給すること；
    前記被駆動要素より前記搬送波信号を送信すること；および、
    前記少なくとも１つの反射器スイッチをスイッチするのに応答して、前記送信された搬送波信号が、前記変調信号により、変調せられるものとすること；
    前記信号は、それ内では情報はベースバンド信号を回復するための復調を可能とするに十分低いエラーレートで送信され、それ外では十分な電力は送信されるが、前記情報は前記ベースバンド信号を回復するための復調を可能とするに十分に低くはないエラーレートで送信される固定角を持って送信される、
    ことを特徴とする方法。
  22. 所望のアンテナ反射器スイッチ結合を選択する方法であって、以下のステップよりなる：ａ．複数のアンテナ反射器を与えること、各アンテナ反射器は、複数の反射器スイッチのうちの少なくとも１つを含み、各反射器スイッチは、開位置、および閉位置を持つことが可能である；
    ｂ．前記複数の反射器スイッチに結合として適用されるべき１セットの反射器スイッチ位置をランダムに生成すること；
    ｃ．ステップｂで生成された反射器スイッチ位置の結合が、それ内では情報はベースバンド信号を回復するための復調を可能とするに十分低いエラーレートで送信され、それ外では十分な電力は送信されるが、前記情報は前記ベースバンド信号を回復するための復調を可能とするに十分に低くはないエラーレートで送信される固定角内で復調されることができる変調された信号を生じるか否かを決定する数学的シミュレーションを行うこと；および、
    ｄ．ステップｂおよびｃを、それ内では情報はベースバンド信号を回復するための復調を可能とするに十分低いエラーレートで送信され、それ外では十分な電力は送信されるが、前記情報は前記ベースバンド信号を回復するための復調を可能とするに十分に低くはないエラーレートで送信される固定角内で復調されることのできる変調された信号を生じる所望の数の結合が見つかるまで繰り返すこと、
    を特徴とする方法。
  23. 請求項２２記載の方法において、数学的シミュレーションを行う前記ステップは、前記反射器スイッチ位置の前記セットが、それ内では情報はベースバンド信号を回復するための復調を可能とするに十分低いエラーレートで送信され、それ外では十分な電力は送信されるが、前記情報は前記ベースバンド信号を回復するための復調を可能とするに十分に低くはないエラーレートで送信される固定角内で、かつ、デジタル変調集まり上の特定の点の半径内で復調されることのできる変調された信号を与えるかを決定するために、数学的なシミュレーションを行うことよりなる、
    ことを特徴とする方法。
  24. 請求項２３に記載の方法であって、ステップｂおよびｃを繰り返すことは、デジタル変調集まり上の各点について所望の数の結合が見つかるまで、ステップｂおよびｃを繰り返すことよりなる、
    ことを特徴とする方法。
  25. 請求項２２に記載の方法であって、数学的シミュレーションを行うステップｃは、前記反射器スイッチ位置のセットが、それ内では情報はベースバンド信号を回復するための復調を可能とするに十分低いエラーレートで送信され、それ外では十分な電力は送信されるが、前記情報は前記ベースバンド信号を回復するための復調を可能とするに十分に低くはないエラーレートで送信される固定角内で復調されることができる変調された信号を与えるかを決定するために、回路解析数学的シミュレーションを行うことよりなる、
    ことを特徴とする方法。
  26. 請求項２２に記載の方法において、さらに、前記ステップｂと前記ステップｃの間のステップとして、一度、電磁界数学シミュレーションを用いてＳ−パラメータ抽出を行うステップを備え、これにつづいて、ステップｃにおいて回路解析数学シミュレーションを用いて、ステップｂおよびｃを繰り返す、
    ことを特徴とする方法。
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