JP6676172B2 - モジュール式アンテナ組立体を提供するためのデバイス、システム、及び方法 - Google Patents

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１５年１２月２８日出願の米国仮特許出願第６２／２７１，７３７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。

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、モジュール式アンテナデバイスの組立体に関する。

既存の衛星システムは通常、ホーンがディッシュ表面に向く状態でスタンドに取り付けられるように設計されたディッシュシステムの使用を含む。これら及び他の衛星通信技術は、ある程度大きい実装面積を占有し、システム要件の観点から柔軟性がない傾向がある。

衛星通信用のものなどの無線技術は、その数、多様性、及び能力が増加し続けている。これらの技術の絶えず変化する性質は、幾つかの使用事例について課題をもたらしている。例えば、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の使用をサポートし、それに取って代わり、又はそれを補完する車内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。しかしながら、乗用車及びトラックは、約１０年の耐用寿命を有することが期待されている。このことは、車両の耐用寿命が終わる前に通信システムが旧式になることが多いので、問題となる。更に、自動車は、互いに極めて異なっている。少なくともこれらの理由から、自動車産業は、設計上柔軟性があり且つ資源効率的な衛星通信ソリューションから恩恵を受けることができる市場の一例である。

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、衛星通信を行うためのシステムの特徴部を示すブロック図である。 一実施形態による通信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。 一実施形態による通信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アンテナ組立体の要素を示す斜視図である。 一実施形態による、衛星通信を提供するためのシステムの要素を示す側面図である。 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円筒状給電アンテナ構造の側面図を示す。 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、モジュール式通信デバイスの組立体を用いて効率的な衛星通信を可能にする技術及び／又は機構を様々な形で提供する。１つの実施形態による通信デバイスは、ハウジングと、内部に配置された１又は２以上のアンテナ素子と、１又は２以上のアンテナ素子の動作を容易にするための１又は２以上のハードウェアインタフェースと、を備えることができる。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。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送信及び／又は受信機能を提供することができる。

通信デバイスの構成は、例えば、ハウジングの形状、及び／又はハウジングのそれぞれの側面内又は側面上の１又は２以上のハードウェアインタフェースの構成を含み、複数の同様に構成された通信デバイスを含む組立体の一部分として通信デバイスの結合を容易にすることができる。例えば、ハウジングの断面外形は、矩形以外（例えば、正方形以外）の多角形に従うことができ、この断面外形は、各々がこのような多角形に従う１又は２以上の他の通信デバイスのハウジングとテッセレーションを可能にする。様々な実施形態の幾つかの特徴は、本明細書において、六角形に共形となるハウジングを備えた通信デバイスに関して記載される。しかしながら、そのような記載は、これに加えて又は代替として、他の様々なタイル構成可能な形状の何れかを有する通信デバイスに適用されるように拡張することができる。

図１Ａは、一実施形態による、衛星通信を提供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、衛星通信機能が、モジュール式通信デバイスの組立体（簡潔にするために、本明細書では「アンテナ組立体」と呼ばれる）、例えば何らかの直線アレイのもの以外の配列を有する組立体で提供されることになる実施形態の一例である。

図示の例示的な実施形態において、システム１００は、通信デバイス（例えば、図示の例示的な通信デバイス１２０ａ〜１２０ｎを含む）の組立体１１０と、相互接続部１３５を介して組立体１１０に結合された回路１３０と、を含む。組立体１１０は、回路１３０に含まれるか又はこの回路に結合されたバッテリ又は他の電源から、相互接続部１３５を介して供給電圧を受け取ることができる。このような供給電圧は、組立体１１０の１又は２以上の通信デバイスを使用した通信を容易にすることができる。例えば、通信デバイス１２０ａ〜１２０ｎは、それぞれのアンテナパネル１２２ａ〜１２２ｎと、アンテナパネル１２２ａ〜１２２ｎにそれぞれ結合された回路１２４ａ〜１２４ｎと、を含むことができる。相互接続部１３５は、通信デバイス１２０ａ〜１２０ｎのそれぞれのハードウェアインタフェース１２６ａ〜１２６ｎの一部又は全てに電力を供給（直接又は間接的）するために結合することができ、例えば、このような電力により、回路１２４ａ〜１２４ｎが、アンテナパネル１２２ａ〜１２２ｎのそれぞれのアンテナ素子を制御できるようになる。

アンテナパネル１２２ａ〜１２２ｎの一部又は全ては各々、軌道上の衛星との高データスループット通信を様々な形で可能にするそれぞれの１又は２以上のホログラフィックアンテナ素子を含むことができる。このような通信は、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、様々な他の通信プロトコルの何れかと互換性のあるフォーマットを有するデータに基づくことができる。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。通信デバイス１２０ａ〜１２０ｎの一部又は全て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のアプリケーションには十分とすることができ、例えば、組立体１１０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。

幾つかの実施形態において、デジタル信号及び／又はアナログ信号は、回路１３０と組立体１１０との間で伝達することができる。例えば、回路１３０は、組立体１１０が衛星に送信するデータを表すデジタル信号を相互接続部１３５の１又は２以上の信号線を介して供給するための様々な集積回路デバイス（例えば、プロセッサ、特定用途向け集積回路、コントローラ、及び／又は同様のもの）の何れかを含むことができる。代替として、又はこれに加えて、回路１３０は、組立体１１０が衛星から受信したデータを表すデジタル信号を相互接続部１３５の１又は２以上の信号線を介して受信することができる。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、組立体１１０との間でアナログ信号を伝達するための１又は２以上の導波路を備えることができ、例えば、図示の例示的な導波路１４０は、衛星から受信したデータを表すアナログ信号を出力するために結合される。幾つかの実施形態において、通信デバイス１２０ａ〜１２０ｎは、これらの通信デバイス１２０ａ〜１２０ｎのうちの別の１つを介して回路１３５に間接的にのみ結合される１つの通信デバイスを含む。代替的に、通信デバイス１２０ａ〜１２０ｎは各々、通信デバイス１２０ａ〜１２０ｎの他の何れかとも独立した、異なるそれぞれの相互接続部を介して回路１３０に結合することができる。

通信デバイス１２０ａ〜１２０ｎは各々、機能ブロックとして表されているが、何らかの矩形以外の多角形に共形のそれぞれの断面外形を有することができる。例えば、アンテナパネル１２２ａは、通信デバイス１２０ａのハウジングによって取り囲むことができ（少なくとも１つの平面において）、ハウジングの少なくとも一部の別個の平坦な側面部分は、互いに対して様々な形で傾斜しており、平坦な側面部分は各々、非矩形多角形の異なるそれぞれの側面に共形である。このような実施形態において、組立体１１０の他の通信デバイスの一部又は全ては、同様に、同じ非矩形多角形に共形にすることができる。通信デバイス１２０ａ〜１２０ｎのそれぞれの断面外形は、例えば、通信デバイス１２０ａ〜１２０ｎのうちの１つのそれぞれの側面内又は側面上のハードウェアインタフェース１２６ａ〜１２６ｎ各々の様々な位置と組み合わせて、直線アレイのもの以外の組立体１１０の配列を可能にすることができる。

例えば、図１Ｂは、一実施形態によるアンテナ組立体の１つのモジュールとして動作する機能を提供する通信デバイス１５０を示している。通信デバイス１５０は、例えば、通信デバイス１２０ａ〜１２０ｎのうちの１つの通信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。図示の例示的な実施形態において、通信デバイス１５０は、アンテナパネル１５４と、アンテナパネル１５４の少なくとも一部分の周りに延びるハウジング１５２と、を含む。ハウジング１５２は、回路部品を保護し構造的に支持するために、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。ハウジング１５２は、アンテナパネル１５４を使用して信号が伝達されるアパーチャ構造を形成することができる。通信デバイス１５０の断面外形（例えば、図示のｘ−ｙ−ｚ座標系のｘ−ｙ平面に平行な断面）は、例えば、三角形又は他の非矩形多角形に共形にすることができる。

通信デバイス１５０のハードウェアインタフェースは、通信デバイス１５０を、例えば少なくとも１つの他の同様に構成された通信デバイスを含む２又は３以上の他のデバイスに結合することに対応するように、ハウジング１５２内又はハウジング上に様々な形で位置決めすることができる。限定ではなく例証として、通信デバイス１５０は、ハウジング１５２のそれぞれの側面（例えば、アンテナパネル１５４が衛星との信号を伝達する側面以外）内又はこの側面上で様々な形で各々配置されたハードウェアインタフェース１５６、１５８を含むことができる。ハードウェアインタフェース１５６、１５８のうちの少なくとも１つは、通信デバイス１５０を別のこのような通信デバイスに接続することを容易にするコネクタ構造を含むことができ、例えば、ハードウェアインタフェース１５６は、ハードウェアインタフェース１５８に対して相互作用する。例えば、２つの通信デバイスのそれぞれのハードウェアインタフェースは、直接、アダプタを介して、短い（例えば、２０センチメートルよりも短い）相互接続ケーブルで、又は同様のものを介して互いに結合することができる。このような結合は、例えば、供給電圧、デジタル信号、及び／又はアナログ信号の伝達を容易にすることができる。

図１Ｃ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１６０の分解図を示している。デバイス１６０は、例えば、通信デバイス１２０ａ〜１２０ｎ、１５０のうちの１つの通信デバイスの特徴部の一部又は全てを含むことができる。デバイス１６０は、ある容積、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み、アンテナパネルが上記容積内に配置される一実施形態の一例である。デバイス１６０の構成は、複数の通信デバイスを備えるアンテナ組立体において１つのモジュールとしてデバイス１６０を結合することを容易にすることができる。図示の例示的な実施形態において、デバイス１６０は、例えば、アンテナパネル１７０の少なくとも一部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１６２ａ、１６２ｂを含む）によって形成されたハウジングを含む。

アンテナパネル１７０は、衛星通信に加わるように動作する１又は２以上のホログラフィック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１７０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１７０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１７０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又はこれらのデータに対応する信号の送信又は受信を含むことができる。

図示の例示的な実施形態において、アンテナパネル１７０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１６２によって）アパーチャ構造１６４と整列し、このアパーチャ構造は、アンテナパネル１７０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。ハウジングは、アンテナパネル１７０を使用して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することができる。このようなレードームは、アンテナパネル１７０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１７０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。

アンテナパネル１７０は、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、該アンテナアレイは、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し、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る。例えば、アンテナパネル１７０は、比較的低電力の動作を可能にし、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）コネクタ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、アンテナパネル１７０を使用した通信は、デバイス１６０と１又は２以上の他のデバイスとの間の追加の通信をもたらすこと、この追加の通信に基づくこと、及び／又はこの追加の通信に適合することができる。例えば、通信デバイス１６０は、回路１３０の機能の全部の一部を有するデバイスとの有線通信及び／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１６０は、アンテナ組立体の１又は２以上の他の通信デバイスに通信可能に又は他の方法で結合することができる。デバイス１６０は更に、アンテナパネル１７０の動作を可能にするように結合された回路１８０を備えることができる。限定ではなく例証として、回路１８０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１６０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１６６ａ、１６６ｂ、１６６ｃを含み、デバイス１６０を外部電源（図示せず）に結合するのを容易にするそれぞれの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１８０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１８０に含まれる又はこの供給回路に結合されたバッテリを充電することができる。回路１８０は更に、デバイス１６０と１又は２以上の他のデバイス（例えば、衛星以外）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、ハードウェアインタフェース１６６ａ、１６６ｂ、１６６ｃは、アンテナパネル１７０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１７０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。

通信デバイス１６０のハードウェアインタフェースは、通信デバイス１６０を、例えば少なくとも１つの他の同様に構成された通信デバイスを含む２又は３以上の他のデバイスに結合することに対応するように、ハウジングのそれぞれの側面内又は側面上で様々な形で位置決めすることができる。限定ではなく例証として、ハードウェアインタフェース１６６ａ、１６６ｂ、１６６ｃは、アパーチャ構造１６４を含む側面以外のそれぞれの側面内又はこの側面上で様々な形で各々配置することができる。ハードウェアインタフェース１６６ａ、１６６ｂ、１６６ｃのうちの少なくとも１つは、通信デバイス１６０を別のこのような通信デバイスに接続することを容易にするコネクタ構造を含むことができ、例えば、ハードウェアインタフェース１６６ａ、１６６ｂ、１６６ｃのうちの１つは、ハードウェアインタフェース１６６ａ、１６６ｂ、１６６ｃのうちの別のものに対して相互的なものである。

一実施形態において、回路１８０は、デバイス１６０を備えるアンテナ組立体の１又は２以上の他の通信デバイスの存在を検出する機能を提供する。例えば、回路１８０の１又は２以上のパッケージ化ＩＣデバイスは、ハードウェアインタフェース１６６ａ、１６６ｂ、１６６ｃの一部又は全てを介した、例えばネットワーク発見プロトコルと互換性のあるハンドシェーク通信に加わるように動作することができる。このような通信は、アンテナ組立体における情報、例えば通信デバイス識別子、能力情報、及び／又は同様のものを含む情報を交換又は広めることができる。このような通信に基づいて、回路１８０（又はデバイス１６０に結合された別のデバイス）は、アンテナ組立体内のデバイスの相対的構成を識別することができる。例えば、デバイスは、特定の一連の接続デバイスに沿って最接近隣接デバイスとしてデバイス自体を互いに対して様々な形で識別することができる。このような識別情報に基づいて、回路１３０（及び／又は通信デバイス１２０ａ〜１２０ｎのうちの１つの回路）の制御ロジックは、アンテナアレイの行、列、セル、及び／又は他の部分におけるデバイスの配列を記述するデータをコンパイルすることができる。１つの実施形態において、回路１８０は、アンテナ組立体のアービトレーション又は他の処理に関与して、どの通信デバイスがアンテナア組立体の１又は２以上の他の通信デバイスを制御するかを決定する。１つのこのようなデバイスは、マスタデバイスとして指定することができ、アンテナ組立体の他の通信デバイスの一部又は全ては、このマスタデバイスのスレーブとして機能する。指定されたマスタデバイスは、ビーム形成、電子ビーム操縦、信号追跡、及び／又はアンテナ組立体の他の処理を制御することができる。

図２は、一実施形態による、衛星通信機能を提供するための方法２００に含めることができる様々な動作を示している。方法２００は、例えば、システム１００の動作を含むことができ、又は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１２０ａ〜１２０ｎ、１５０、１６０のうちの１つの通信デバイスの特徴部を有する通信デバイスの組立体との通信機能を提供する。

方法２００は、後続の動作のためにアンテナ組立体を構成する動作２０２を含むことができる。例えば、動作２０２は、２１０において、複数の通信デバイスを互いに相互接続してアンテナ組立体を形成するステップを含むことができる。アンテナ組立体の一部又は全ての通信デバイス（例えば、通信デバイス１２０ａ〜１２０ｎを含む）は各々、何らかの矩形以外の正三角形又は六角形などの多角形に共形のそれぞれの断面外形を有することができる。２１０において相互接続するステップは、直接、或いは代替的にアダプタ、ケーブル、又は他の相互接続部を介して、２つの通信デバイスを互いに結合する（例えば、これら通信デバイスのそれぞれのハードウェアインタフェースを介して）ステップを含むことができる。

動作２０２は更に、２２０において、アンテナ組立体の第１の通信デバイスを電源に結合するステップを含むことができる。１つの実施形態において、乗用車又は他の車両は、電源を含み、例えば、アンテナ組立体は、車両の外面と車両の内面との間に配置される。結合ステップは、ケーブル又は他の相互接続部を介したものとすることができ、例えば、更に、アンテナ組立体と例えば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外部回路との間の通信を容易にする。例えば、データソース回路は、アンテナ組立体にデジタルデータを提供することができ、このデータが処理されて、アナログ信号に変換されて衛星に送信される。幾つかの実施形態において、動作２０２は更に、アンテナ組立体を導波路に結合するステップを含む。従って、このような導波路は、アンテナ組立体の１又は２以上のアンテナパネルによって送信され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１又は２以上のアンテナパネルで受信したアナログ信号をアンテナ組立体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、幾つか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アンテナ組立体を動作させる動作２０４を含む。例えば、動作２０４は、２３０において、２２０にて結合されたものなどの電源を用いてアンテナ組立体に供給電圧を供給するステップを含むことができる。幾つかの実施形態において、動作２０４は更に、アンテナ組立体の１又は２以上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）。

図１Ａを参照すると、デバイス１２０ａ〜１２０ｎは、例えば回路１３０から電力を受け取ることができ、次に、この電力が、回路１２４ａ〜１２４ｎの一部又は全てに様々な形で印可されて、アンテナパネル１２２ａ〜１２２ｎの動作を可能にする。限定ではなく例証として、回路１２４ａ（又は、例えば回路１２４ｎ）は、モデム、アンテナコントローラ、及びトランシーバロジックの一部又は全てを含むことができる。このような実施形態において、モデムは、回路１３０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１２２ａ〜１２２ｎ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、システム１００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１２２ａ〜１２２ｎ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、（例えば）回路１３０の一部であるか又は回路に結合されたシンクとの通信の前に、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１２０ａ〜１２０ｎ、１５０、１６０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、複数の同様に構成された通信デバイスを備える組立体内における１つのモジュールとしての接続及び動作に適応するように通信デバイスが構成されている実施形態の一例である。例えば、通信デバイスのハウジングは、矩形以外の多角形（この例の場合には、六角形）の異なるそれぞれの側面に各々が様々な形で共形となる断面外形すなわち側面部分を有することができる。

図示の例示的な実施形態において、デバイス３００は、アンテナパネル３１０（例えば、アンテナパネル１７０）の周りに延びるハウジング３１２を含み、ハウジング３１２は、複数の側面（例えば、図示の例示的な側面３２０ａ、３２０ｂ、３２０ｃを含む）を形成する。デバイス３００のコネクタ構造３２２ａ、３２２ｂ、３２２ｃは、側面３２０ａ、３２０ｂ、３２ｃのうちのそれぞれに又はその上に様々な形で各々配置することができる。このような実施形態において、構造３２２ａ、３２２ｂ、３２２ｃは、例えば、アンテナパネル３１０を使用して通信に電力を供給するための供給電圧の伝達を容易にするためのハードウェアインタフェース１６６ａ、１６６ｂ、１６６ｃの機能を提供することができる。代替として、又はこれに加えて、構造３２２ａ、３２２ｂ、３２２ｃの一部又は全ては各々、アンテナ組立体の別の通信デバイスに及び／又はこのようなアンテナ組立体を機械的に支持する構造にデバイス３００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それぞれの１又は２以上の取り付け構造を含むことができる。

図３Ｂは、別の実施形態による、衛星通信を提供するためのデバイス３３０の上方断面図を示している。デバイス３３０は、例えば、デバイス３００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は、デバイス３３０の動作を含むか又は動作を容易にする。

図示の例示的な実施形態において、デバイス３３０は、アンテナパネル（図示せず）と、このアンテナパネルの動作を容易にするための回路部品３５０（例えば、回路１７０の）と、を含む。デバイス３３０のハウジングは、アンテナパネルを取り囲むことができ、デバイス３３０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３４０ａ、３４０ｂ、３４０ｃ、３４０ｄを含む）は、ハウジングのそれぞれの側面内又は側面上で様々な形で各々配置される。インタフェース３４０ａ、３４０ｂ、３４０ｃ、３４０ｄの一部又は全ては、アンテナ組立体の１つのモジュールとしてデバイス３３０を結合することを可能にするため、例えば、ハードウェアインタフェース１６６ａ、１６６ｂ、１６６ｃのものなどの機能を様々な形で提供することができる。

回路３５０は、例えば、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含むことができる。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３５６）は、導波路構造（図示せず）を介してアンテナパネルに結合することができる。このような実施形態において、コンバータロジック３５６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３５４）に結合することができる。

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３５２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３３０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３５０及びアンテナパネルは、例えば、デバイス３３０を１又は２以上の他の同様に構成された通信デバイスに結合することを容易にするための凹部３７０（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な形で配置することができる。

一実施形態において、ハードウェアインタフェース３４０ａ〜３４０ｄの一部又は全ては、回路３５０に様々な形で結合され、これにより、デバイス３３０の複数の異なる側面の何れかを介して受信した信号を使用してアンテナパネルの動作が可能になる。代替として、又はこれに加えて、デバイス３３０は、ハードウェアインタフェースのそれぞれのペアの間で様々な形で結合された１又は２以上のパススルー相互接続部（図示の例示的なパススルー接続部３６０ａ、３６０ｂ、３６０ｃ、３６０ｄなど）を含むことができる。このようなパススルー相互接続部は各々、（例えば）通信デバイス３３０が、供給電圧、デジタルデータ及び／又はアナログ信号を中継することを可能にする１又は２以上のそれぞれの電圧レール、信号線及び／又は導波路を含むことができる。このような中継は、供給電圧、デジタルデータ及び／又はアナログ信号を、アンテナ組立体に結合された回路をホストするアンテナ組立体の別のデバイスに供給することができる。

図４は、一実施形態による、相互接続したモジュール式通信デバイスの組立体４００の要素を示している。組立体４００は、例えば、組立体１００の特徴部を含むことができる。一実施形態において、方法２００の一部又は全ては、組立体４００の動作を含むか又は動作を可能にする。

組立体４００は、複数の通信デバイス（例えば、図示の例示的なデバイス４１０ａ、４１０ｂ、４１０ｃ、４１０ｄ、４１０ｅを含む）を備え、これらのデバイスの一部又は全ては各々、例えば、デバイス１６０、３００、３３０のうちの１つのデバイスの特徴部を含むことができる。限定ではなく例証として、デバイス４１０ａ〜４１０ｅは各々、六角形に共形となるそれぞれの断面外形を有することができ、例えば、デバイス４１０ａ〜４１０ｅのそれぞれの構成は、直線アレイ以外の配列での結合を容易にする。組立体１００は更に、例えば回路１３０を含むロジック（図示せず）に結合して、１又は２以上の供給電圧を供給して、デバイス４１０ａ〜４１０ｅを使用して衛星通信に電力を供給することを可能にすることができる。

例えば、デバイス４１０ａ〜４１０ｅのペアは、例えば各ペアがそれぞれ横並びになった構成で互いに様々な形で整列することができる。このようなペアの一部又は全ての各々に対して、これらの通信デバイスは、例えば、それぞれのハードウェアインタフェースによって直接、或いは代替的に、フレキシブル拡張コネクタ、アダプタ、又は他のこのような相互接続ハードウェアを介して、互いに結合することができる。相互接続部（図示せず）は、回路１３０（例えば）をデバイス４１０ａ〜４１０ｅのうちの第１のデバイスに、例えば、デバイス４１０ａ〜４１０ｅのうちの他の何れかのデバイスから独立した経路を介して結合することができる。このような実施形態において、第１のデバイスは、回路ロジックと、デバイス４１０ａ〜４１０ｅのうちの別のデバイスの一部又は全てとの間で様々な形で電力（及び幾つかの実施形態において、データ信号）を供給するリレーとして機能するように結合することができる。別の実施形態において、デバイス４１０ａ〜４１０ｅのうちの複数のデバイス、例えば、全てのこのようなデバイスは各々、回路１３０及び／又は別のそれぞれの外部電源に独立して結合するように構成することができる。

幾つかの実施形態は、この点に関して限定されないが、組立体４００は更に、デバイス４１０ａ〜４１０ｅの接続を互いに及び／又は隣接構造に対して機械的に支持する１又は２以上の取り付け構造を備え、又はこの構造に結合することができる。限定ではなく例証として、クラスプ４３０（例えば、凹部３７０又は他のこのような構造に様々な形で受けられることになる）は、デバイス４１０ａ〜４１０ｅの対応するペアのそれぞれのハウジングの間で各デバイス間に様々な形で結合することができる。代替として、又はこれに加えて、フレーム４２０は、１又は２以上のデバイスの周辺（例えば、デバイス４１０ａの周り）に位置決めすることができ、フレーム４２０は、デバイス４１０ａ〜４１０ｅのうちの様々なデバイス間の接続部を機械的に支持する（及び／又はその美的外観を改善する）。

幾つかの実施形態は、例えば、他の既存のアンテナ技術と比較して、例えば比較的薄型及び／又は低電力であるモジュール式アンテナデバイスの効率的で柔軟性があり、及び／又は拡張性のある構成を様々な形で提供する。例えば、図４はまた、別の実施形態による組立体４５０の特徴部を示している。組立体４５０は、組立体１１０の特徴部を含むことができ、例えば、組立体４５０のデバイスａ〜ｒの一部又は全ては各々、例えばデバイス１５０の特徴部を含む。組立体４５０は、様々な構成の何れかで様々な形で結合することができる、モジュール式アンテナデバイスの非直線的配列の別の実施例である。

幾つかの実施形態は、この点に関して限定されないが、通信デバイス（例えば、デバイス１２２ａ、１２２ｎ、１５０、１６０などのうちの１つ）の構造は、自動車（例えば、乗用車、トラック、バス、トラクタなど）などの動力車両、列車、又は船舶に配置されるアンテナ組立体の実施を容易にすることができる。例えば、図５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５００の要素を示している。システム５００は、通信デバイスが、軌道上の衛星との通信を可能にするアンテナ組立体として自動車両において動作する（例えば、車両によって１又は２以上の通信デバイスに供給される電力に基づいて）ように構成された一実施形態の単なる一例である。

システム５００は、図示の例示的な通信デバイス５２２、５２４などの１又は２以上の通信デバイスを備えたアンテナ組立体５２０を配置させた車両５１０（図示の例示的な実施形態において、乗用車）を備えることができる。アンテナ組立体５２０は、例えば、組立体１１０、４００、４５０のうちの１つの組立体の特徴部を含むことができる。

車両５１０は、組立体５２０を用いた動作を容易にするように構成された回路５３０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５３０は、組立体５２０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５３０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、組立体５２０を構成する信号、組立体５２０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、組立体５２０は、車両５１０の屋根部分５１２の外面の下方に配置される。しかしながら、組立体５２０は、その代わりに、車両５１０の様々な他の位置の何れか（例えば、車両５１０の内面と車両５１０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、アンテナ組立体は、車両５１０のフロントウィンドシールド５１６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５４２に配置することができる。代替として、又はこれに加えて、アンテナ組立体は、車両５１０のリアウィンドシールド５１８の下に存在するリアダッシュボード上又は下に存在する領域５４４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、アンテナ組立体は、車両５１０のトランクリッドの下の領域５４６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５００は更に、車両５００内に様々な形で位置された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以上の追加のアンテナ組立体は、通信組立体５２０と組み合わせて衛星通信に加わることになる。

組立体５２０は、衛星通信をサポートする薄型構造を備えた一実施形態の一例である。例えば、通信デバイス５２２、５２４は各々、それぞれのハウジングと、このようなハウジング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以上のホログラフィックアンテナ素子を含むアンテナパネルと、を含むことができる。それぞれのハードウェアインタフェースは、通信デバイス５２２、５２４を互いに及び回路５３０に結合するのを容易にすることができる。通信デバイス５２２、５２４のうちの１つ又は各々に対して、デバイスのハウジングは、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小さい）。このような実施形態において、ハウジングは、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６Ａは、一実施形態による、衛星通信を提供するシステム６００の特徴部を切り欠き断面図で示している。システム６００は、例えば、システム５００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６００の動作を含むか、又はこの動作を提供する。

システム６００は、車両と、例えば、デバイス１２０ａ、１２０ｎ、１５０、１６０、３００、３３０などのうちの１つの特徴部を有し、車両の外面６０２と車両の内面６０４との間に配置される１又は２以上の通信デバイス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６０２、６０４を形成することができ、例えば、車両のウィンドシールドがこの屋根構造に隣接する。１又は２以上の通信デバイス（例えば、アンテナ組立体のモジュール式デバイス６１０ａ、６１０ｂを含む）は、少なくとも部分的に外面６０２を過ぎて延びる凹部６０６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、モジュール式デバイス６１０ａ、６１０ｂのアンテナパネルは、それぞれのアパーチャ構造を通って凹部６０６からに外に出ることができる。このような一実施形態において、レードーム構造６０８を凹部６０６に挿入し、モジュール式デバイス６１０ａ、６１０ｂ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、モジュール式デバイス６１０ａ、６１０ｂ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。相互接続部６１２は、アンテナ組立体と、モジュール式デバイス６１０ａ、６１０ｂを動作させるための電力を供給する車両の回路（図示せず）との間に結合することができる。相互接続部６１２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６Ｂ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６３０の特徴部を側方断面図で示している。システム６３０は、例えば、システム５００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６３０の動作を含むか、又はこの動作を提供する。

システム６３０は、車両と、車両の外面６３２と車両の内面６３４との間に配置されたアンテナ組立体（例えば、図示の例示的なモジュール式デバイス６４０ａ、６４０ｂを備える）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６３２、６３４を形成する。モジュール式デバイス６４０ａ、６４０ｂは、外面６３２に少なくとも部分的に延びる凹部６０６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、モジュール式デバイス６４０ａ、６４０ｂは、外面６３２が共形となる曲面を通して遠隔の衛星との信号を伝達（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６０６及びモジュール式デバイス６４０ａ、６４０ｂを少なくとも部分的に覆うレードーム６３８を通って伝播することができる。幾つかの実施形態において、相互接続部６４２は、モジュール式デバイス６４０ａ、６４０ｂを車両の電源（図示せず）に結合し、例えば、相互接続部６４２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６４２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７Ａは、一実施形態による、衛星通信を可能にする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１１２ａ、１２２ｎ、１５４、１７０、３１０などのうちの１つは、例えば、図７Ａ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。すなわち、非円形内向き進行構造を使用することができる。

図７Ａを参照すると、同軸ピン７０１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７０１は、５００同軸ピンである。同軸ピン７０１は、導電性グランドプレーン７０２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７Ａのアンテナ構造は、同軸ピン７０１からの進行波給電を、反射によって間隙導体７０３の下方の領域（例えば、スペーサ層７０４内）から間隙導体７０３の上方の領域（例えば、誘電体層７０５内）に伝播させるような角度が付けられた側面７０７及び７０８を含むことができる。１つの実施形態において、側面７０７及び７０８の角度は、４５度の角度にある。代替の実施形態において、側面７０７、７０８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７Ａ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１２に示されているような単一の段部に置き換えられる。図１２を参照すると、段部１２００及び１２０２は、誘電体層１２０５、間隙導体１２０３、及びスペーサ層１２０４の周りでアンテナの一端上に示されている。更に、段部１２００及び１２０２と同様の段部構造が、これらの層の他端部に存在することができる。ＲＦアレイ１２０６（例えば機能的にＲＦアレイ７０６と同様）は、誘電体層１２０５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７０１から供給されると、給電波は、グランドプレーン７０２と間隙導体７０３との間の領域で同軸ピン７０１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７０７、７０８によって反射され、間隙導体７０３とＲＦアレイ７０６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７０５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７０６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、アンテナの幾何学的中心にてアンテナに終端部７０９を含めることができる。１つの実施形態において、終端部７０９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７０９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７０６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７０２及び間隙導体７０３は、互いに平行である。グランドプレーン７０２と間隙導体７０３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７０４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７０５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７０５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７０５として使用することができる。ＲＦアレイ７０６は、誘電体７０５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７０４とＲＦアレイ７０６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７Ｂ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１１２ａ、１２２ｎ、１５４、１７０、３１０などのうちの１つに含めることができる。図７Ｂを参照すると、グランドプレーン７１０は、誘電体層７１２（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７１９（例えば、抵抗器）は、グランドプレーン７１０を誘電体層７１２上に配置されたＲＦアレイ７１６に結合する。同軸ピン７１５（例えば、５０オーム）がアンテナに給電する。

動作中、給電波は、同軸ピン７１５を介して供給され、同心円状外向きに進行して、ＲＦアレイ７１６の素子と相互機能する。図７Ａ及び７Ｂ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、統合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単化し、従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７ＡのＲＦアレイ７０６、及び／又は図７ＢのＲＦアレイ７０６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（従って、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の送信アンテナ内の素子は、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８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１１２ａ、１２２ｎ、１５４、１７０、３１０などのうちの１つに含めることができる。図８を参照すると、パッチアンテナは、パッチ８０１とスロット８０２との間に液晶（ＬＣ）８０３を有してスロット８０２の上方に共配置されたパッチ８０１を備えることができる。

図９は、一実施形態による、循環給電アンテナシステムの一部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１１２ａ、１２２ｎ、１５４、１７０、３１０などのうちの１つ（例えば）は、図９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９を参照すると、パッチアンテナは、例えば、図７Ａの間隙導体７０３（又は図７Ｂ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９０２（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９０３は、誘電体９０２の上部で該誘電体にわたるスロット９０３ａ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９０３ａ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９０３内のスロットは、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９０５ａなどの複数のパッチを包含するパッチ基板９０５は、中間誘電体層により隔てられて、アイリス基板９０３上に位置することができる。パッチ９０５ａなどのパッチの各々は、アイリス基板９０３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９０３とパッチ基板９０５との間の中間誘電体層は、液晶基板層９０４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９０５は、プリント回路基板（ＰＣＢ）を備え、各パッチは、このＰＣＢ上の金属を備え、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９０５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１０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１１２ａ、１２２ｎ、１５４、１７０、３１０（例えば）などのうちの１つは、図１０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１０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１００１及びＫｕオフ素子１００２を示している。中心給電部１００３もまた、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１００３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１００３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１１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を示している。アンテナパネル１１２ａ、１２２ｎ、１５４、１７０、３１０（例えば）などのうちの１つは、図１１の循環給電アンテナを含むことができる。

図１１を参照すると、アンテナは、導電性基部又は接地層１１０１と、誘電体層１１０２（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１１０４と、パッチ１１１０を収容するガラス層１１０５と、を含む。１つの実施形態において、パッチ１１１０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１３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１３の通信システムは、例えばシステム１００の機能を含むことができる。例えば、本通信システムは、アンテナ組立体１１０、４００、４５０、５２０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１３を参照すると、アンテナ１３０１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１３０１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１３４５は、２つの信号を混合することができ、例えば、アンテナ１３０１とダイプレクサ１３４５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１３４５は、低ノイズブロックダウンコンバータ（ＬＮＢ）１３２７に結合でき、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、ダウンコンバート機能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、ＬＮＢ１３２７は、室外ユニット（ＯＤＵ）内に存在する。別の実施形態において、ＬＮＢ１３２７は、アンテナ装置に組み込まれる。ＬＮＢ１３２７は、モデム１３６０に結合され、該モデムは更に、コンピュータシステム１３４０（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１３６０は、アナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）１３２２を含むことができ、このＡＤＣは、ＬＮＢ１３２７に結合されて、ダイプレクサ１３４５から出力された受信信号をデジタルフォーマットに変換することができる。信号は、デジタルフォーマットに変換されると、復調器１３２３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１３２５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１３４０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１３６０は、コンピュータシステム１３４０から送信されるデータを符号化するエンコーダ１３３０を含むことができる。符号化されたデータは、変調器１３３１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）１３３２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）１３３３によってフィルタリングされて、ダイプレクサ１３３３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、ＢＵＣ１３３３は、室外ユニット（ＯＤＵ）内に存在する。ダイプレクサ１３４５は、送信のために送信信号をアンテナ１３０１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１３５０は、コントローラ１３５０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み、アンテナ１３０１を制御することができる。図１３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、アンテナデバイスのモジュール式組立体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点に留意されたい。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は理解される。

幾つかの実施形態はまた、本明細書における動作を実行するための装置に関する。本装置は、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。従って、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。

３１０ アンテナパネル
３４０ａ、３４０ｂ、３４０ｃ、３４０ｄ ハードウェアインタフェース
３５０ 制御ロジック
４００ アンテナ組立体
４１０ａ、４１０ｂ、４１０ｃ、４１０ｄ、４１０ｅ 通信デバイス

Claims (18)

1. 通信デバイスであって、
   ある容積の周りに延び、断面外形が何らかの矩形以外の多角形に共形となるハウジングと、
   前記通信デバイスの第１の側面を介した通信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、前記容積内に配置されたアンテナパネルと、
   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電源に結合するハードウェアインタフェースと、
   前記ハードウェアインタフェースのそれぞれのペアの間に各々が結合された１又は２以上のパススルー相互接続部と、
   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と、
   を備える、通信デバイス。
2. 前記多角形は六角形である、請求項１に記載の通信デバイス。
3. 前記多角形は三角形である、請求項１に記載の通信デバイス。
4. 前記ハードウェアインタフェースは、前記電源に結合するためのユニバーサルシリアルバスコネクタを含む、請求項１に記載の通信デバイス。
5. 前記通信に加わる前記１又は２以上のホログラフィックアンテナ素子は、全二重信号交換を行う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。
6. 前記ハードウェアインタフェースは各々、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内又は該側面上に配置される、請求項１に記載の通信デバイス。
7. 第１の方向線に沿った前記ハウジングの厚さは、５インチに等しいか又はそれよりも小さく、前記第１の方向線は、前記第１の側面の一部に直交している、請求項１に記載の通信デバイス。
8. 前記通信に加わる前記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信号を送信又は受信する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。
9. 衛星以外のデバイス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。
10. 第１の通信デバイスを有する相互接続された複数の通信デバイスを含むアンテナ組立体を備えるシステムであって、
    前記相互接続された複数の通信デバイスの各々に対して、該通信デバイスが、
    ある容積の周りに延び、断面外形が何らかの矩形以外の多角形に共形となるハウジングと、
    １又は２以上のホログラフィックアンテナ素子を含み、前記容積内に配置されたアンテナパネルと、
    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ハードウェアインタフェースと、
    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と、
    を備え、
    前記第１の通信デバイスのハードウェアインタフェースは、前記アンテナ組立体を電源に結合するように構成されており、
    １又は２以上のパススルー相互接続部は各々が、前記第１の通信デバイスの前記ハードウェアインタフェースのそれぞれのペアの間に結合されており、
    前記複数の通信デバイスのそれぞれのアンテナパネルは各々、前記電源によって供給される電圧に基づく通信に加わる、ことを特徴とするシステム
11. 前記複数の通信デバイスのそれぞれの前記ハウジングは各々、六角形に共形となる、請求項１０に記載のシステム。
12. 前記複数の通信デバイスのそれぞれの前記ハウジングは各々、三角形に共形となる、請求項１０に記載のシステム。
13. 前記第１の通信デバイスのハードウェアインタフェースは、前記電源に結合するためのユニバーサルシリアルバスコネクタを含む、請求項１０に記載のシステム。
14. 前記通信に加わる前記複数の通信デバイスのそれぞれの前記アンテナパネルは、全二重信号交換を行う前記複数の通信デバイスのそれぞれのアンテナパネルを含む、請求項１０に記載のシステム。
15. 前記第１の通信デバイスのアンテナパネルは、前記第１の通信デバイスの第１の側面を介した通信に関与し、前記第１の通信デバイスのハードウェアインタフェースは各々、前記第１の側面以外の前記第１の通信デバイスのそれぞれの異なる側面内又は該側面上に配置される、請求項１０に記載のシステム。
16. 前記相互接続された複数の通信デバイスの各々に対して、前記通信デバイスのハウジン
    グの厚さは、５インチに等しいか又はそれよりも小さい、請求項１０に記載のシステム。
17. 前記通信に加わる前記複数の通信デバイスのそれぞれの前記アンテナパネルは、７．５ギガヘルツよりも高い周波数を含む信号を送信又は受信する前記複数の通信デバイスのそれぞれのアンテナパネルを含む、請求項１０に記載のシステム。
18. 前記第１の通信デバイスは更に、衛星以外のデバイスと無線で通信するための無線モデムを備える、請求項１０に記載のシステム。

Images