JP6913690B2 - 一体型ガラス遷移部を有する広帯域ｒｆ放射状導波路給電部 - Google Patents

Description

（優先権）
本特許出願は、「Ｂｒｏａｄｂａｎｄ ＲＦ Ｒａｄｉａｌ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｆｅｅｄ ｗｉｔｈ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｇｌａｓｓ Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ（一体型ガラス遷移部を有する広帯域ＲＦ放射状導波路給電部）」という名称の２０１６年３月１日出願の対応する仮特許出願第６２／３０２，０４２号に対する優先権を主張し、当該仮特許出願を引用により組み込むものである。

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、本発明の実施形態は、アンテナ素子を励起するのに使用されるＲＦ給電波からのＲＦエネルギーがアンテナから漏出することを防止するための無線周波数（ＲＦ）チョークを有するアンテナに関する。

放射開口面（放射開口）(radiating aperture)と給電構造とを一体化した従来型の平面アンテナでは、これら２つの部分組立体間の物理的な導電接続が確保されて、電気的インターフェースからの外来放射がアンテナの放射パターンを損なうのを防止するために、直流（ＤＣ）制御及び電力調整信号並びにＲＦ信号用の電流リターンパスを提供する。これらのタイプのアンテナにおける典型的な給電構造は、パッシブ・フェーズドアレイ・アンテナの場合において電力分配並びに開口面（開口）(aperture)のテーパ化をもたらす共通給電構成又は直列／並列複合構成を介して放射開口面（放射開口）にＲＦエネルギーを供給する傾向がある。これらの電力分配ネットワークは、多くのＲＦ電力分配器及び不連続部を有しており、給電部全体のカスケード接続性能がシステム要件を満たすのを確保するのに厳しい設計基準の使用を必要とする傾向がある。エッジ給電式放射状導波路給電部の場合には、電力分配は、アンテナ半径周りのエネルギーの希薄性によって処理されるが、依然として、堅牢な広帯域設計を達成するために綿密な設計原理の使用を必要とする。

放射状給電アンテナの１つの具体的な例では、伝播波の出射及び終端用として並びに層遷移部での不連続性補償において比較的狭帯域の手法を用いた。出射の際には、４分の１波長開放伝送線路スタブは、軸方向横電磁（ＴＥＭ）モードから半径方向ＴＥＭモードに遷移するように設計されていた。４分の１波長開放スタブ出射は、あたかも自由空間に放射するかのように、導波モードから準放射モードに遷移するのに中心導体の共振長に依存する。出射構造の共振は、本質的に帯域制限がなされており、共振を補償するための他の同調機構を付加することなく２０％の帯域幅を超えて拡張することが困難である。フリースタンディングプローブはまた、標準のサブミニチュアバージョンＡ（ＳＭＡ）センターピンに対して出射能力を処理する平均電力をおおよそ１０ワット以下に制限する。出射時に蓄積される何らかの熱は、放射又は対流によってのみ消散され、これは、プローブの表面領域及び導波路キャビティ内部の空気流に起因して制限される。出射に加えて、下部導波部から上部遅波導波部への遷移は、１つの容量性ステップを使用して、１８０度Ｅ面ベンドによって引き起こされるインダクタンスをオフセットさせる。これらの手法は、導波路コンポーネントにおいて標準であるが、３０％を超過する帯域幅を達成するためには、モード遷移及び不連続性補償のため、周波数により依存しない方法を使用する必要がある。

他のより広帯域の放射状導波路構造では、広帯域手法は、１つのモードから別のモードへの円滑な遷移部を有する連続テーパ状遷移部を使用するものである。この給電手法の給電部の実施例が、図１Ａ及び図１Ｂに示されている。この手法は、上部導波壁に短絡した溝付き遷移部にコネクタの中心ピンを取り付ける。この手法は、広帯域幅を達成することができるが、これらの円滑な遷移部をもたらす複雑な曲線に起因して、製造が困難となる可能性がある。これらの遷移部は、通常、複雑な曲率を辿るように旋盤を使用して製造しなければならない。整合の目的で、更なる補償が必要となる場合には、この連続的曲率は、容量性又は誘導性同調のための追加機能を提供するのではなく、遷移を迅速又は緩慢にする能力のみを提供する。加えて、層遷移部は、典型的には面取りを使用して達成され、これにより広帯域整合を達成するように調整する唯一のノブを設計者に与える。

外部メタライゼーション層なしで誘電体基板に基づいたＬＣＤ／ガラスベースの放射開口面の開発は、上述の従来型の方法と同様の電気的取り付け方法を提供することを妨げている。

多くの従来型フェーズドアレイアンテナでは、放射開口面は、構造的剛性及び整列を有して熱制御チャネル及び気候制御チャネルを統合するための放射素子並びにマニホールドの両方として機能する機械加工アルミニウムハウジングから構築される。この機能のためにアルミニウムを使用する利点としては、アルミニウムが、ＲＦ及びＤＣで高度に導電性があり、容易に入手可能で、機械加工及び組立に良好に特徴付けられることである。或いは、一部の従来型フェーズドアレイは、ＲＦ経路設定及び集積回路（ＩＣ）統合に関する設計の柔軟性をエンジニア提供しながら、アンテナ組立に伴う「直接労働（ｔｏｕｃｈ ｌａｂｏｒ）」の量を低減するプリント回路基板（ＰＣＢ）技術を利用する。これらの製造技術はいずれも、アンテナ組立体をアンテナシャーシ及びＲＦ給電ネットワークに容易に接地することができる卓越した方法を提供する。

アンテナ及びアンテナの使用方法が開示される。１つの実施形態において、アンテナは、放射状導波路と、放射状導波路によって供給されるＲＦ給電波に応答して無線周波数（ＲＦ）信号を放射するように動作する開口面と、ＲＦエネルギーが導波路の外側部分と開口面の外側部分との間のギャップを通って漏出するのを阻止するように動作する無線周波数（ＲＦ）チョークと、を備える。

本発明は、以下に示す詳細な説明から及び本発明の様々な実施形態の添付の図面から十分理解されるであろうが、詳細な説明及び本発明の様々な実施形態の添付の図面は、本発明を特定の実施形態に制限するものと捉えるべきではなく、これらは単に解説及び理解のためにある。

溝付き出射部及び面取りされた１８０°ベンドを有する放射状アンテナ給電部を備えた単一層ラジアルラインスロットアンテナを示す図である。 溝付き出射部及び面取りされた１８０°ベンドを有する放射状アンテナ給電部を備える二重層ラジアルラインスロットアンテナを示す図である。 ステップ状ＲＦ出射部及び終端部と、一体型誘電体遷移部を有するステップ状１８０°ベンドと、ＲＦチョークとを有するアンテナの１つの実施形態の側面図を示す。 ステップ状ＲＦ出射部及び終端部と、一体になった誘電体遷移部を有するステップ状１８０°ベンドと、ＲＦチョークとを有するアンテナの１つの実施形態の側面図を示す。 クランプ機構の１つの実施形態を示す図である。 クランプ機構の１つの実施形態を示す図である。 図２のアンテナのアンテナ給電部のＲＦ性能を示すグラフである。 ＲＦチョークとして使用される電磁バンドギャップ（ＥＢＧ）構造の１つの実施形態を示す図である。 ＥＢＧ構造を有するＰＣＢベースのチョークの１つの実施形態の側面図を示す。 円筒状給電部及びＥＢＧチョークを有するアンテナの１つの実施形態を示す図である。 円筒波給電を提供するのに使用される同軸給電部の１つの実施形態の上面図を示す。 円筒状給電アンテナの入力給電部の周りに同心リング状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開口面を示す図である。 グランドプレーン及び再構成可能な共振器層を含む１つの列のアンテナ素子の斜視図を示す。 同調型共振器／スロットの１つの実施形態を示す図である。 物理的アンテナ開口面の１つの実施形態の断面図を示す。 図１４Ａ〜図１４Ｄは、スロットアレイを形成する様々な層の１つの実施形態を示す図である。 円筒状給電アンテナ構造の１つの実施形態の側面図を示す。 アンテナシステムの別の実施形態を射出波とともに示す。 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。 テレビジョンシステムにおいて二重受信を同時に実行する通信システムの１つの実施形態のブロック図である。 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、本発明のより完全な説明を提供するために多くの詳細事項が記載されている。しかしながら、本発明がこれらの特定の詳細事項なしで実施できることは当業者には明らかであろう。場合によっては、本発明を曖昧にするのを避けるために、周知の構造及び装置は、詳細には示さずにブロック図の形式で示される。

本明細書で開示されるものは、広い周波数範囲にわたってエッジ給電式放射状導波路においてＲＦ電力を分配する能力を提供する無線周波数（ＲＦ）出射部及びＲＦチョーク組立体を含む。１つの実施形態において、ＲＦチョーク組立体は、導波路の外側範囲での物理的な直流（ＤＣ）電気接続なしで、ガラスベースの放射開口面を放射状導波路に結合可能にする。１つの実施形態において、ＲＦチョークを使用することにより、ＲＦエネルギーが、放射開口面及び導波路の外側縁部（エッジ）にてアンテナ内部で本質的に捕捉されると、広範囲のＲＦ周波数にわたってエッジ給電式放射状導波路を有する円形放射開口面にＲＦ波を供給可能になる。代替の実施形態において、放射開口面は、限定ではないが、サファイア、溶融シリコン、石英などを含む、ガラス以外の基板とすることができる。開口面は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を含むことができる。

１つの実施形態において、ＲＦチョーク組立体は、１又は２以上のスロットを備える。１つの実施形態において、スロットは、ミル加工された（機械加工された）スロットを含む。スロットは、４分の１波長変換器として機能することができる。別の実施形態において、ＲＦチョーク組立体は、電磁バンドギャップ（ＥＢＧ）チョークを備える。ＥＢＧチョークは、プリント回路基板（ＰＣＢ）ベースのＥＢＧチョークとすることができる。

また、本明細書では、アンテナに組み込むことができる広帯域出射及び終端特徴部が開示される。

例示的な実施形態
１つの実施形態において、放射状導波路と、放射状導波路によって供給されるＲＦ給電波に応答して無線周波数（ＲＦ）信号を放射するように動作する開口面と、ＲＦエネルギーが導波路の外側部分とこの開口面の外側部分との間のギャップを通って漏出することを阻止するように動作する無線周波数（ＲＦ）チョークと、を備えるアンテナが開示される。１つの実施形態において、導波路と開口面との間の物理的電気接続は存在しない。このような場合には、これら導波路及び開口面は、導波路及び開口面の外側でクランプ機構を用いて所定位置に保持することができる。それでも、これら導波路及び開口面間の導電接続は存在しない。１つの実施形態において、スリップ面は、ギャップに近接して位置し、導波路及び／又は放射開口面の可能性のある移動を容易にする。

１つの実施形態において、導波路は金属を含み、開口面は、ガラス又は液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）基板を含み、導波路及び開口面の熱膨張係数は異なる。導波路及び開口面は、異なる熱膨張係数を有するので、アンテナの動作中に熱が生じることがあり、この熱により導波路及び開口面が異なる速度で膨張し、これによって導波路及び開口面開口の互いに対する配置が変化して、導波路及び放射開口面が互いに接続されるのが防止される。

１つの実施形態において、ＲＦチョークは、ギャップにおいて導波路の外側部分に１又は２以上のスロットを備え、スロットの各々は、ある周波数帯域のＲＦエネルギーをブロックするのに使用される。１つの実施形態において、スロットは、導波路の外側部分におけるリングのペアの一部である。リングは、ＲＦエネルギーを放射するのに使用される開口面のアクティブな領域の外側に存在する。

１つの実施形態において、ＲＦチョークは、電磁バンドギャップ（ＥＢＧ）構造を含む。１つの実施形態において、ＥＢＧ構造は、１又は２以上のビアを有する基板を備える。１つの実施形態において、基板は、１又は２以上の導電性パッチを有するプリント回路基板（ＰＣＢ）を含み、１又は２以上のビアは、導電性材料でめっきされる。１つの実施形態において、ＰＣＢは、導電性接着剤を用いて導波路に取り付けられる。１つの実施形態において、ビアは、帯域幅が狭いことに起因して必要とされないことに留意されたい。

１つの実施形態において、開口面は、アンテナ素子のスロットアレイを有し、スロットアレイは、複数のスロット及び複数のパッチを備え、該パッチの各々は、複数のスロットにおけるスロットの上方に並置され且つ該スロットから離隔されてパッチ／スロットのペアを形成し、各パッチ／スロットのペアは、このペアにおけるパッチへの電圧印加に基づいてオン又はオフになる。１つの実施形態において、アンテナ素子は、ホログラフィックビーム誘導用(holographic beam steering)にある周波数帯域のビームを形成するように制御されて共に動作可能である。

図２及び図３は、ＲＦチョーク組立体を有するアンテナの１つの実施形態の側面図を示している。図２及び図３を参照すると、アンテナ２００は、放射状導波路２０１と、アンテナ素子（図示せず）を有する基板又はガラス層（パネル）２０２からなる開口面と、グランドプレーン２０３と、誘電体（又は他の層）遷移部２０４と、ＲＦ出射部（給電部）２０５と、終端部２０６とを含む。１つの実施形態において、ガラス層２０２は２つのガラス層を含むが、他の実施形態において、放射開口面は、１つのみのガラス層又は１つのみの層を有する他の基板を備えることに留意されたい。代替として、放射開口面は、ＲＦエネルギー（例えば、ビーム）を放射するように共に動作する２つより多くの層を備えることができる。

１つの実施形態において、アンテナ素子を有するガラス層（基板）２０２からなる開口面は、ＲＦ出射部２０５から供給されるＲＦ給電波に応答して無線周波数（ＲＦ）信号を放射するように動作し、ＲＦ給電波は、ＲＦ出射部２０５の中心位置からグランドプレーン２０３（導波板として機能する）及び１８０°層遷移部２１０の周りで放射状導波路２０１に沿ってアンテナ２００の上部にある放射開口面へのガラス層２０２に進む。ＲＦエネルギーを使用して、ガラス層２０２のアンテナ素子は、ＲＦエネルギーを放射する。１つの実施形態において、給電波からのＲＦエネルギーに応答してガラス層によって放射されるＲＦエネルギーは、ビームの形態である。

１つの実施形態において、ガラス層（又は他の基板）２０２は、商用テレビ製造技術を使用して製造され、最外層に導電性金属を有していない。放射開口面の外層上に導電性媒体が無いことにより、部分組立体を更に侵襲的に処理することなく、部分組立体間の物理的電気接続が防止される。放射開口面を形成するガラス層２０２と、給電波をガラス層２０２に供給する導波路２０１との間の接続を設けるために、等価ＲＦ接続が行われて、接続シームからの放射が防止される。これがＲＦチョーク組立体の目的である。すなわち、ＲＦチョーク組立体のＲＦチョーク２２０は、導波路２０１の外側部分と、放射開口面を形成するガラス層２０２の外側部分との間のギャップを通ってＲＦエネルギーが漏出するのを阻止するように動作可能である。更に、ガラス層２０２と導波路２０１の給電構造材料との熱膨張係数の相違は、アンテナ媒体の自由な平面熱膨張を確保するために、中間の低摩擦表面の必要性が余儀なくされる。

放射開口面を形成するガラス層２０２及び導波路ハウジングは、異なる熱膨張係数を有する異なる材料から作られるので、導波路２０１のハウジングの範囲において、温度が変化したときの物理的移動を可能にするための何らかの適応が行われる。いずれの構造にも物理的に損傷を与えることなく、ガラス層２０２及び導波路２０１ハウジングの自由な移動を可能にするために、ガラス層２０２は、導波路２０１に永続的に接合されるものではない。１つの実施形態において、ガラス層２０２は、クランプ型特徴部によって導波路２０１と近接触して機械的に保持される。すなわち、導波路の熱膨張係数の相違を考慮してガラス層２０２を導波路２０１に対してほぼ所定位置に保持するために、クランプ機構が含まれる。図４は、このようなクランプ機構の一例を示している。図４を参照すると、クランプ機構４０１は、ガラス層２０２の上方にあるレードーム、及び導波路２０１に結合される。

１つの実施形態において、ガラス層２０２（すなわち、発泡体、追加の薄膜、又はその両方）からクランプを分離するための材料が、クランプ特徴部の下方に存在する。より小さな摩擦抵抗を有する中間材料は、開口面と給電部との間に付加されてスリップ面として機能する。スリップ面は、ガラスが側方に移動することを可能にする。１つの実施形態において、上述したように、このことは、層間の熱膨張又は熱的な不整合に有用とすることができる。図２は、スリップ面領域２１１の一例を示している。

１つの実施形態において、この材料は、実際には薄膜であり、例えばアクリル、アセテート、又はポリカーボネートなどのプラスチック材料からなり、ガラスの下面又は導波路２０１のハウジングの上部に付着する。ガラス層２０２を緩衝し、導波路２０１に対してスリップ面を設けることに加えて、ガラスに取り付けられたときの薄いシート材料は、ガラスに対して何らかの更なる構造的支持及び耐擦傷性を提供する。この取り付けは、接着剤を使用して行うことができる。

１つの実施形態において、放射状給電部は、各個別の構成要素が、大きな帯域幅、すなわち５０％より大きい帯域幅にわたって動作できるように設計される。給電部を構成する構成要素は、ＲＦ出射部２０５、１８０°層遷移部２１０、終端部２０６、中間グランドプレーン２０３（導波板）、誘電体遷移部２０４の誘電体装荷、及びＲＦチョーク組立体２２０である。

１つの実施形態において、ＲＦ出射部２０５は、入力（同）軸方向モード（伝播方向が導体を通る）から半径方向モード（ＲＦ波の伝播方向が、導体の縁部（エッジ）から導体の中心に向かって生じる）へのステップ状遷移部を有する。この遷移部は、入力ピンを、プローブのインダクタンスを補償する容量性ステップに短絡し、次に、インピーダンスが、放射状導波路２０１の全高さまでステップアウトする。遷移に必要なステップ数は、所望の動作帯域幅、並びに出射部の初期インピーダンスと導波部の最終インピーダンスとの差分に関連する。例えば、１つの実施形態において、帯域幅の１０％の変化に対して、１ステップ遷移が使用され、２０％の帯域幅変化の場合には、２ステップ遷移が使用され、５０％の帯域幅変化の場合には、３（又はそれより多い）ステップ遷移が使用される。

ピンをグランドプレーン２０３（導波路２０１の上部プレート）に短絡させることにより、生じた熱をＲＦ出射部２０５の中心ピンから離れて導波路２０１のハウジングに伝導することによってより高い動作出力レベルを可能にし、このハウジングは、１つの実施形態において、金属（例えば、アルミニウム、銅、真鍮、金など）である。誘電破壊の何らかの危険性は、ステップ状ＲＦ出射部２０５と導波路２０１のハウジングの下部との間のギャップを制御して、インピーダンスステップでの鋭いエッジを破断することにより低減される。

ＲＦ出射部２０５の上部終端遷移部は、遅波誘電体材料が存在する場合に付加されるインピーダンス補償と同様の方法で設計される。離散ステップを使用してインピーダンス遷移を設計することにより、ＲＦ出射部２０５は、３軸コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）エンドミルを使用して容易に製造される。

１つの実施形態において、１８０°層遷移部２１０は、出射部及び終端部設計と同様の方法で達成される。１つの実施形態において、面取り又は単一ステップが、９０度ベンドのインダクタンスを補償するのに使用される。別の実施形態において、複数のステップが使用され、広帯域整合を達成するように個別に同調することができる。１つの実施形態において、上部導波路の遅波誘電体遷移部２０４が、上部９０度ベンドに配置され、従って、完全１８０度遷移部に非対称性が付加される。この誘電体の存在は、上部及び下部の遷移ステップに非対称性を付加することによって補償することができる。

等価ＲＦ接地接続は、意図される周波数帯域内のＲＦエネルギーが、自由空間に放射することなくＲＦチョーク組立体２２０の界面から反射されるように、ＲＦチョーク組立体２２０を給電導波路／ガラス界面に付加し、次に、伝播給電信号に対して増加的に付加することによって達成される。１つの実施形態において、これらのチョークは、高出力アプリケーションのための堅牢なＲＦ接続を確保するのに役立つ従来型導波路チョークフランジに基づいている。このようなチョークはまた、以下に更に詳細に説明する電磁バンドギャップ（ＥＢＧ）構造に基づくこともできる。幾つかのＲＦチョークは、直列に付加されて、送信帯域と受信帯域とで同時に使用される広帯域チョーク構成を提供することができる。

１つの実施形態において、ＲＦチョーク組立体２２０は、導波路２０１に組み込まれた１又は２以上のスロット又はチャネルを有する導波路型チョークを含む。図２及び図３は、２つのスロットを示している。導波路２０１が放射状である１つの実施形態において、スロットは、実際には、導波路２０１の上部の内側に存在するリングである点に留意されたい。１つの実施形態において、スロットは、ＲＦ給電接合部の内側（すなわち、図２において内側縁部（エッジ）２５０として示されており、給電波が伝播する導波路２０１の内側部分の最も外側の縁部（エッジ））から４分の１波長の奇数倍（例えば、１／４、３／４、５／４など）に配置されるように設計される。１つの実施形態において、チョークチャネルはまた、反射電力がチョークチャネルの上部で同相となるように、波長の４分の１の深さである。１つの実施形態において、次に、チョーク組立体の全位相長さは、伝播給電信号と位相がずれることになり、これにより、電気的短絡の等価ＲＦ性能がチョーク組立体（例えば、スロットの上部と下部との間）に与えられる。この電気的短絡等価性は、物理的電気的接続を必要とせずに給電構造壁の連続性を維持する。

２つのチョークスロット（チャネル）が、給電波の各周波数帯域で使用できることに留意されたい。例えば、２つのチョークスロットは、１つの受信周波数帯域で使用でき、別の２つのスロットは、異なる受信周波数帯域又は送信周波数帯域で使用される。例えば、送信周波数帯域及び受信周波数帯域は、それぞれ、Ｋａ送信周波数帯域及びＫａ受信周波数帯域とすることができる。別の実施例では、２つの受信周波数帯域は、Ｋａ周波数帯域とＫｕ周波数帯域とすることができ、或いは、通信が行われるあらゆる帯域であってもよい。スロットの間隔は、上記と同じである。すなわち、スロットは、ＲＦ給電接合部の内側（例えば、内側縁部（エッジ）２５０）から４分の１波長の奇数倍（例えば、１／４、３／４、５／４など）に配置されて、低インピーダンス短絡を生じるように設計されることになる。１つの実施形態において、１／４λの深さのスロットは、高インピーダンス用のサイズにされた幅を有する（ここで、λは、ブロックされる周波数のものである）。スロットの各々は、１つの周波数で共振する（その周波数でのエネルギーをブロックするため）が、チョークは、恐らくは、ある周波数帯域をブロックすることになる。例えば、スロットは、ｋｕ帯域のうちの１つの周波数で共振するが、チョークは、ｋｕ帯域全体を対象範囲とする。

図５は、図２における給電部のＲＦ性能を示している。図５を参照すると、入力リターンロスは、５０％を超える帯域幅で１０ｄＢを上回って良好である。

代替の実施形態において、アンテナは、電磁バンドギャップ（ＥＢＧ）材料ベースチョークを含むことができる。１つの実施形態において、電磁バンドギャップ（ＥＢＧ）材料ベースのチョークは、特定の周波数帯域にわたる伝播を防止する単位セルとして設計される。別個の周波数帯域用に設計される単位セルは、マルチバンド動作又は広帯域動作を提供するように組み合わせることができる。図６及び図７は、ＥＢＧ単位セルチョークの１つの実施例を示している。図６を参照すると、単位セル６００は、ビア６０２Ａ〜６０２Ｄなどの複数のビアを有するプリント回路基板（ＰＣＢ）６０１を備える。ビアの間隔は、ＰＣＢ基板の厚み及びビアのサイズに応じて調整する必要がある場合がある。代替として、ＰＣＢの代わりに、テフロン（登録商標）、ガラス繊維、又は他の材料を使用することができる。

１つの実施形態において、ビア６０２Ａ〜６０２Ｄは充填されておらず、例えば、銅、アルミニウムなどのような導電めっきで電気めっきされる。例えばｎ（窒素）などの別の材料を、保護のために導電性めっき上に堆積させることができる。別の代替の実施形態において、ビア６０２Ａ〜６０２Ｄは、例えばエポキシ樹脂などの材料で充填される。

ビア６０２Ａ〜６０２Ｄの各々は、それぞれパッチ６０３Ａから６０３Ｄなどのビア上にめっき又は取り付けられた導電性パッチを有する。パッチ及びビアは、短絡のように見えるＬＣ共振器として機能する。パッチは必須でなく、他の実施形態では使用されない点に留意されたい。

図示のように、４つのビア、すなわちビア６０２Ａ〜６０２Ｄは、２つの周波数帯域用のＲＦチョークとして使用される。１つの実施形態において、ビア６０２Ａ及び６０２Ｃは、送信周波数帯域用のＲＦチョークとして動作し、ビア６０２Ｂ及び６０２Ｄは、受信周波数帯域用のＲＦチョークとして動作する。２つのビアのセットの両方は、受信周波数帯域用に、又は両方とも送信周波数帯域用に使用できる点に留意されたい。

最高周波数のＥＢＧ構造は、導波路接合部の最も近くに配置されて、接合部でのインピーダンス不整合が、全周波数帯域にわたる基本導波路モードに対して減殺的に付加されないことが確保される。図７は、導波路に取り付けられた図６のＥＢＧ構造の側面図を示している。図７を参照すると、１つの実施形態において、ＰＣＢ６０１は、接着剤を使用して導波路に結合される。ビア６０２Ａなどの第１のビアは、導波路の側面と整列される点に留意されたい。１つの実施形態において、ビア６０２Ａは、送信周波数帯域用のチョークの一部である。従って、ＰＣＢ６０１のわずかな突出部が導波路の内側側壁の上に存在する。

１つの実施形態において、１又は２以上のクッションが、ＥＢＧ単位セルと放射開口面として動作するガラス層又は基板との間に存在することができる。

図８は、図７に示されているチョークなどのＥＢＧチョークを有する円筒状給電部を示している。

１つの実施形態において、ビアのない基板が使用され、組立が簡素化される（導電性接着剤が必要でないので）。

上記の開示では、外部メタライゼーション層のない誘電体基板に基づくガラスベース又はＬＣＤベースの放射開口面について検討しているが、外部メタライゼーション層を有する誘電体基板に基づく他の放射開口面についても、依然としてこの組立手法から恩恵を受けることに留意されたい。

アンテナ実施形態の実施例
上述の技術は、平面アンテナ（ｆｌａｔ ｐａｎｅｌ ａｎｔｅｎｎａ）と共に使用することができる。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、アンテナ開口面上にアンテナ素子の１又は２以上のアレイを含む。１つの実施形態において、アンテナ素子は、液晶セルを含む。１つの実施形態において、平面アンテナは、行及び列状に配置されてい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状給電アンテナである。給電部は円形である必要はない点に留意されたい。１つの実施形態において、素子は、リング状に配置される。

１つの実施形態において、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開口面は、共に結合された複数のセグメントから構成される。セグメントの組み合わせは、共に結合されたときに、アンテナ素子の閉じた同心リングを形成する。１つの実施形態において、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１つの実施例の概要
１つの実施形態において、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。通信衛星地上局用のメタマテリアルアンテナシステムの実施形態について説明する。１つの実施形態において、アンテナシステムは、民間商用衛星通信用のＫａ帯域周波数又はＫｕ帯域周波数のいずれかを使用して動作するモバイルプラットフォーム（例えば、航空、海上、陸上など）上で動作する衛星地上局（ＥＳ）のコンポーネント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また、モバイルプラットフォーム上でない地上局（例えば、固定地上局又は可搬型地上局）でも使用できることに留意されたい。

１つの実施形態において、アンテナシステムは、表面散乱メタマテリアル技術を使用して、別個のアンテナを介して送受信ビームを形成して誘導する。１つの実施形態において、アンテナシステムは、デジタル信号処理を使用してビームを電気的に形成し誘導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つの実施形態において、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）円筒波給電アーキテクチャからなる導波路構造、（２）アンテナ素子の一部である波散乱メタマテリアル単位セルのアレイ、（３）ホログラフィ原理を使用してメタマテリアル散乱素子からの調整可能な放射場（ビーム）の形成を命令する制御構造から構成される。

導波構造の例
図９は、円筒波給電を提供するのに使用される同軸給電部の１つの実施形態の上面図を示している。図９を参照すると、同軸給電部は、中心導体及び外側導体を含む。１つの実施形態において、円筒波給電アーキテクチャが、給電点から円筒状に外向きに広がる励起を中心点からアンテナに供給する。すなわち、円筒状給電アンテナは、外向きに進む同心状給電波を生成する。それでも、円筒状給電部の周りの円筒状給電アンテナの形状は、円形、正方形、又は何らかの形状とすることができる。別の実施形態において、円筒状給電アンテナは、内向きに進む給電波を生成する。このような場合、円形構造から生じる給電波が最も自然である。

図１０は、円筒状給電アンテナの入力給電部の周りに同心リング状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開口面を示している。

アンテナ素子
１つの実施形態において、アンテナ素子は、１つのグループのパッチアンテナを含む。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含む。１つの実施形態において、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、上部導体にエッチングされ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つの実施形態において、液晶（ＬＣ）は、散乱素子の周りのギャップに配置される。この液晶は、上述の直接駆動型実施形態によって駆動される。１つの実施形態において、液晶は、各単位セルに封入されて、スロットに関連する下部導体をスロットのパッチに関連する上部導体から分離する。液晶は、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。１つの実施形態において、液晶は、この特性を利用して、誘導波からＣＥＬＣへのエネルギー伝達のためにオン／オフスイッチを組み込む。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。本明細書における教示は、エネルギー伝達に関して２値的に動作する液晶を有することに限定されるものではない。

１つの実施形態において、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。他の位置（例えば、４０°）を利用できる点に留意されたい。この素子の位置により、素子が受け取った又は素子から送信／放射される自由空間波の制御が可能となる。１つの実施形態において、アンテナ素子は、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隔で配列される。例えば、１波長当たりに４つの散乱素子が存在する場合には、３０ＧＨｚの送信アンテナにおける素子は、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、素子の２つのセットは、互いに垂直であり、同じ同調状態に制御された場合に等しい振幅の励起を同時に有する。これら素子のセットを給電波励起に対して＋／−４５度回転させると、両方の所望の特徴を同時に達成する。一方のセットを０度回転させ、他方を９０度回転させると、垂直目標は達成されるが、等振幅励起の目標は達成されないことになる。０度及び９０度は、単一の構造でのアンテナ素子のアレイが２つの側から給電されるときに、分離を達成するのに使用できることに留意されたい。

各単位セルからの放射出力の量は、コントローラを使用してパッチに電圧（ＬＣチャネルの両端の電位）を印加することによって制御される。各パッチへのトレースは、パッチアンテナに電圧を供給するのに使用される。この電圧は、静電容量及びひいては個々の素子の共振周波数を同調又は離調させて、ビーム形成を実現するのに使用される。必要な電圧は、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、液晶が電圧の影響を受け始める閾値電圧と、それ以上に電圧を高めても液晶での大きな同調が生じなくなる飽和電圧とによって、主として説明される。これらの２つの特性パラメータは、異なる液晶混合物については変化することができる。

１つの実施形態において、上記で検討したように、マトリクス駆動回路は、セル毎に別個の接続（直接駆動）を有することなく各セルを他の全てのセルとは別個に駆動するために、パッチに電圧を印加するのに使用される。素子の密度が高いので、マトリクス駆動回路は、各セルを個別にアドレス指定する効率的な方法である。

１つの実施形態において、アンテナシステム用の制御構造は、２つの主要コンポーネントを含み、アンテナシステム用のアンテナアレイコントローラ（駆動電子機器を含む）は、波散乱構造の下方に存在し、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つの実施形態において、アンテナシステム用の駆動電子機器は、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整することによって、この素子に対するバイアス電圧を調整し、商用テレビ機器で使用される商用既製ＬＣＤ制御装置を含む。

１つの実施形態において、アンテナアレイコントローラはまた、ソフトウェアを実行するマイクロプロセッサを含有する。制御構造はまた、プロセッサに位置及び向き情報を提供するセンサ（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）を組み込むこともできる。位置及び向き情報は、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いものとすることができる。

より具体的には、アンテナアレイコントローラは、動作周波数においてどの位相レベル及び振幅レベルで、どの素子をオフにしてオンにするかを制御する。これらの素子は、電圧の印加によって周波数動作に対して選択的に離調される。

送信については、コントローラが、ＲＦパッチに一連の電圧信号を供給して、変調又は制御パターンを生成する。制御パターンにより、素子が異なる状態に同調するようになる。１つの実施形態において、多状態制御が使用され、この多状態制御では、様々な素子が異なるレベルにオン及びオフされ、矩形波（すなわち、正弦波グレイシェード変調パターン）ではなく、正弦波制御パターンに更に近付く。１つの実施形態において、一部の素子が放射し、一部の素子が放射しないのではなく、一部の素子が他の素子よりも強力に放射する。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、これにより液晶誘電率を様々な量に調整し、素子を可変的に離調させて一部の素子に他の素子よりも多く放射させるようにする。

メタマテリアル素子アレイによる集束ビームの生成は、増加的干渉及び減殺的干渉の現象よって説明することができる。個々の電磁波は、これらの電磁波が自由空間で交わったときに同相を有する場合には合算（増加的干渉）され、これらの電磁波が自由空間で交わった場合に、これらの電磁波が逆位相にある場合には、電磁波は互いに打ち消し合う（減殺的干渉）。スロット式アンテナにおけるスロットが、各連続するスロットが誘導波の励起点から異なる距離に位置するように位置決めされた場合には、この素子からの散乱波は、前のスロットの散乱波と異なる位相を有するようになる。スロットが、誘導波長の４分の１の間隔をあけて配置される場合には、各スロットは、前のスロットから４分の１位相遅延を有して波を散乱させることになる。

アレイを使用すると、生成できる増加的干渉及び減殺的干渉のパターン数を増加させることができるので、理論的には、ホログラフィの原理を使用して、アンテナアレイのボアサイトからプラスマイナス９０度（９０°）のあらゆる方向にビームを向けることができるようになる。このように、どのメタマテリアル単位セルをオンにするか又はオフにするかを制御することによって（すなわち、どのセルをオンにし、どのセルをオフにするかについてのパターンを変更することによって）、異なる増加的干渉及び減殺的干渉パターンを生成でき、アンテナは、メイン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にするのに必要な時間は、ビームが１つの位置から別の位置に切り替わることができる速度を決定付ける。

１つの実施形態において、アンテナシステムは、アップリンクアンテナ用の１つの誘導可能なビームと、ダウンリンクアンテナの用の１つの誘導可能なビームとを生成する。１つの実施形態において、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、及び衛星に向けられる送信ビームを形成する。１つの実施形態において、アンテナシステムは、デジタル信号処理を使用してビームを電気的に形成し誘導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つの実施形態において、アンテナシステムは、特に、従来のディッシュ型衛星受信機と比較したときに、平面で比較的薄型である「表面」アンテナとみなされる。

図１１は、グランドプレーン及び再構成可能な共振器層を含むアンテナ素子の１つの列の斜視図を示している。再構成可能共振器層１２３０は、同調型スロット（ｔｕｎａｂｌｅ ｓｌｏｔｓ）１２１０のアレイを含む。同調型スロット１２１０のアレイは、アンテナを所望の方向に向けるように構成することができる。同調型スロットの各々は、液晶の両端の電圧を変化させることによって同調／調整することができる。

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１１における液晶の両端の電圧を変化させることによって同調型スロット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、コントローラ、システムオンチップ（ＳｏＣ）、又は他の処理論理回路を含むことができる。１つの実施形態において、制御モジュール１２８０は、同調型スロット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つの実施形態において、制御モジュール１２８０は、同調型スロット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に関する仕様を含むデータを受け取る。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され、ホログラフィック回折パターンが、ダウンリンクビーム（及びアンテナシステムが送信を行う場合には、アップリンクビーム）を通信に好適な方向に誘導することができる。各図には図示されていないが、制御モジュール１２８０と同様の制御モジュールは、本開示の図に記載された同調型スロットの各アレイを駆動することができる。

無線周波数（「ＲＦ」）ホログラフィもまた、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したときに、所望のＲＦビームを生成できる類似の技術を使用して実施可能である。衛星通信の場合には、基準ビームは、給電波１２０５などの給電波の形態である（幾つかの実施形態において、約２０ＧＨｚ）。給電波を放射ビームに変換するために（送信又は受信のいずれかの目的で）、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「誘導（ｓｔｅｅｒｉｎｇ）」されるように、同調型スロット１２１０のアレイ上に回折パターンとして駆動される。言い換えると、ホログラフィック回折パターンに遭遇した給電波は、通信システムの設計要件に従って形成される目標ビームを「再構成」する。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、導波路における波動方程式としてのｗ_in及び射出波上の波動方程式としてのｗ_outを用いて、ｗ_hologram＝ｗ_in＊ｗ_outによって計算される。

図１２は、同調型共振器／スロット１２１０の１つの実施形態を示している。同調型スロット１２１０は、アイリス／スロット１２１２、放射パッチ１２１１、及びアイリス１２１２とパッチ１２１１との間に配置された液晶１２１３を含む。１つの実施形態において、放射パッチ１２１１は、アイリス１２１２と同じ場所に配置される。

図１３は、物理的アンテナ開口面の１つの実施形態の断面図を示している。アンテナ開口面は、グランドプレーン１２４５と、再構成可能共振器層１２３０に含まれるアイリス層１２３３内の金属層１２３６とを含む。１つの実施形態において、図１３のアンテナ開口面は、図１２の複数の同調型共振器／スロット１２１０を含む。アイリス／スロット１２１２は、金属層１２３６の開口部(openings)によって定められる。図１１の給電波１２０５などの給電波は、衛星通信チャネルに適合す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との間を伝播する。

再構成可能共振器層１２３０はまた、ガスケット層１２３２及びパッチ層１２３１を含む。ガスケット層１２３２は、パッチ層１２３１及びアイリス層１２３３の下方に配置される。１つの実施形態において、スペーサは、ガスケット層１２３２と置き換えることができることに留意されたい。１つの実施形態において、アイリス層１２３３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つの実施形態において、アイリス層１２３３はガラスである。アイリス層１２３３は、他のタイプの基板とすることができる。

開口部は、銅層内でエッチングされて、スロット１２１２を形成する。１つの実施形態において、アイリス層１２３３は、導電性接合層によって、図１３における別の構造（例えば、導波路）に導電的に結合される。１つの実施形態において、アイリス層は、導電性接合層によって導電的に結合されるものではなく、その代わりに、非導電性接合層と相互連結することに留意されたい。

また、パッチ層１２３１は、放射パッチ１２１１として金属を含むＰＣＢとすることができる。１つの実施形態において、ガスケット層１２３２は、金属層１２３６とパッチ１２１１との間の寸法を定める機械的離隔部をもたらすスペーサ１２３９を含む。１つの実施形態において、スペーサは７５ミクロンであるが、他のサイズ（例えば３から２００ｍｍ）が使用できる。上述したように、１つの実施形態において、図１３のアンテナ開口面は、図１２のパッチ１２１１、液晶１２１３、及びアイリス１２１２を含む同調型共振器／スロット１２１０などの複数の同調型共振器／スロットを備える。液晶１２１３用のチャンバは、スペーサ１２３９、アイリス層１２３３、及び金属層１２３６によって定められる。チャンバが、液晶で充填された場合には、パッチ層１２３１は、スペーサ１２３９上に積層されて、共振器層１２３０内に液晶をシールすることができる。

パッチ層１２３１とアイリス層１２３３との間の電圧は、パッチとスロット（例えば、同調型共振器／スロット１２１０）との間のギャップ内の液晶を同調するように変調することができる。液晶１２１３の両端の電圧を調整すると、スロット（例えば、同調型共振器／スロット１２１０）の静電容量が変化する。従って、スロット（例えば、同調型共振器／スロット１２１０）のリアクタンスは、静電容量を変化させることによって変えることができる。また、スロット１２１０の共振周波数は、次式：

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は、それぞれ、スロット１２１０のインダクタンス及び静電容量である。スロット１２１０の共振周波数は、導波路を通って伝播する給電波１２０５から放射されるエネルギーに影響を与える。一例として、給電波１２０５が２０ＧＨｚである場合には、スロット１２１０の共振周波数は、１７ＧＨｚに調整（静電容量を調整することによって）されて、スロット１２１０が、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。或いは、スロット１２１０の共振周波数は、２０ＧＨｚに調整されて、スロット１２１０が、給電波１２０５からのエネルギーを結合し、このエネルギーを自由空間に放射するようにすることができる。所与の実施例は、２値的（完全に放射するか、又は全く放射しない）であるが、リアクタンス及びひいてはスロット１２１０の共振周波数の完全なグレイスケール制御は、多値範囲にわたる電圧変化を用いて実施可能である。従って、各スロット１２１０から放射されるエネルギーを精密に制御して、同調型スロットのアレイによって詳細なホログラフィック回折パターンを形成できるようになる。

１つの実施形態において、行における同調型スロットは、互いにλ／５だけ離間して配置される。他の間隔を使用することもできる。１つの実施形態において、行における各同調型スロットは、隣接する行における最も近い同調型スロットからλ／２だけ離間して配置され、従って、異なる行における共通して配向された同調型スロットは、λ／４だけ離間して配置されるが、他の間隔（例えば、λ／５、λ／６．３）も可能である。別の実施形態において、行における各同調型スロットは、隣接する行における最も近い同調型スロットからλ／３だけ離間して配置される。

本発明の実施形態は、２０１４年１１月２１日に出願された「Ｄｙｎａｍｉｃ Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｕｐｌｉｎｇ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｆｒｏｍ ａ Ｓｔｅｅｒａｂｌｅ Ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌｌｙ Ｆｅｄ Ｈｏｌｏｇｒａｐｈｉｃ Ａｎｔｅｎｎａ（誘導可能な円筒状給電ホログラフィックアンテナからの偏波及び結合の動的制御）」という名称の米国特許出願１４／５５０，１７８号、及び２０１５年１月３０日に出願された「Ｒｉｄｇｅｄ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｆｅｅｄ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｆｏｒ Ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ Ａｎｔｅｎｎａ（再構成可能アンテナのためのリッジ型導波路給電構造）」という名称の米国特許出願１４／６１０，５０２号に記載されているような再構成可能なメタマテリアル技術を使用する。

図１４Ａ〜１４Ｄは、スロットアレイを形成する様々な層の１つの実施形態を示している。アンテナアレイは、図１０に示されている例示的なリングのようなリング状に位置決めされたアンテナ素子を含む。この実施例では、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つの異なるタイプのアンテナ素子を有することに留意されたい。

図１４Ａ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している。図１４Ａを参照すると、円は、アイリス基板の底部側におけるメタライゼーション内の空き領域／スロットであり、給電部（給電波）への素子の結合を制御するためのものである。この層は、任意選択の層であり、全ての設計で使用されるわけではない点に留意されたい。図１４Ｂは、スロットを含む第２のアイリス基板層の一部を示している。図１４Ｃは、第２のアイリス基板層の一部を覆うパッチを示している。図１４Ｄは、スロットアレイの一部の上面図を示している。

図１５は、円筒状給電アンテナ構造の１つの実施形態の側面図を示している。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）を使用して内向き進行波を生成する。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、非円形の内向き進行波を使用することができる。１つの実施形態において、図１５のアンテナ構造は、図９の同軸給電部を含む。

図１５を参照すると、同軸ピン１６０１は、アンテナの下側レベルで場を励起するのに使用される。１つの実施形態において、同軸ピン１６０１は、容易に入手できる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。

内部導体である間隙導体１６０３は、導電性グランドプレーン１６０２から離隔される。１つの実施形態において、導電性グランドプレーン１６０２及び間隙導体１６０３は互いに平行である。１つの実施形態において、グランドプレーン１６０２と間隙導体１６０３との間の距離は、０．１インチ〜０．１５インチである。別の実施形態において、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。

グランドプレーン１６０２は、スペーサ１６０４を介して間隙導体１６０３から離隔される。１つの実施形態において、スペーサ１６０４は、発泡体又は空気状スペーサである。１つの実施形態において、スペーサ１６０４は、プラスチックスペーサを含む。

間隙導体１６０３の上部には、誘電体層１６０５がある。１つの実施形態において、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減速することである。１つの実施形態において、誘電体層１６０５は、自由空間に対して３０％進行波を減速する。１つの実施形態において、ビーム形成に好適な屈折率の範囲は、１．２〜１．８であり、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スペーサ材料を用いて、この効果を達成することができる。所望の波動減速効果を達成する限り、プラスチック以外の材料を使用できる点に留意されたい。或いは、例えば機械加工又はリソグラフィにより定め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を誘電体１６０５として使用することができる。

ＲＦアレイ１６０６は誘電体１６０５の上部にある。１つの実施形態において、間隙導体１６０３とＲＦアレイ６０６との間の距離は、０．１〜０．１５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。

アンテナは、側面１６０７及び１６０８を含む。側面１６０７及び１６０８は、同軸ピン１６０１からの進行波給電が反射によって間隙導体１６０３の下方の領域（スペーサ層）から間隙導体１６０３の上方の領域（誘電体層）に伝播するような角度が付けられる。１つの実施形態において、側面１６０７及び１６０８の角度は４５度の角度である。代替の実施形態において、側面１６０７及び１６０８は、反射を達成するために連続した半径に置き換えることができる。図１５は、４５度の角度を有する角度付き側部を示しているが、下部給電レベルから上部給電レベルへの信号伝播を達成する他の角度を使用することができる。すなわち、下部給電の有効波長が、上部給電の有効波長とは一般的に異なることを考慮すると、理想的な４５度の角度からの何らかの偏差を使用して、下部給電レベルから上部給電レベルへの伝送を助けることができる。例えば、別の実施形態において、４５度の角度は、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、間隙導体、及びスペーサ層を一周する。同じ２つの段部が、これらの層の他方の端部に存在する。

動作中、給電波が同軸ピン１６０１から供給されると、この給電波は、グランドプレーン１６０２と間隙導体１６０３との間の領域で同軸ピン１６０１から同心円状に外向きに進む。同心円状射出波は、側部１６０７及び１６０８により反射され、間隙導体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（エッジ）からの反射は、この波を同相に留まらせる（すなわち、この反射は、同相反射である）。進行波は、誘電体層１６０５によって減速する。この時点で、進行波は、ＲＦアレイ１６０６の素子との相互作用及び励起を開始して、所望の散乱を取得する。

進行波を終了させるため、アンテナの幾何学的中心で終端部１６０９がアンテナに含まれる。１つの実施形態において、終端部１６０９は、ピン終端（例えば、５０Ωピン）を含む。別の実施形態において、終端部１６０９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当該未使用エネルギーが反射して戻るのを阻止するＲＦ吸収体を含む。これらは、ＲＦアレイ１６０６の上部で使用することができる。

図１６は、アンテナシステムの別の実施形態を射出波と共に示している。図１６を参照すると、２つのグランドプレーン１６１０、１６１１は、互いに実質的に平行であり、グランドプレーンの間に誘電体層１６１２（例えば、プラスチック層など）を有している。ＲＦ吸収体１６１９（例えば、抵抗器）は、２つのグランドプレーン１６１０及び１６１１を共に結合する。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１６１０の上部に存在する。

動作中、給電波は、同軸ピン１６１５を介して供給され、同心円状外向きに進んでＲＦアレイ１６１６の素子と相互作用をする。

図１５及び図１６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、全方向でボアサイトから７５度（７５°）のサービス角度を有する。多数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、全体のアンテナ利得は、それ自体が角度に依存するものであ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には、全体のアンテナ利得は、典型的には、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度外れたところでは、約６ｄＢの有意な利得低下が予期される。

円筒状給電部を有するアンテナの実施形態は、１又は２以上の問題を解決する。これらは、共通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飛躍的に簡素化し、及びひいては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ステップと、より粗い制御（全てを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及び制御誤差に対する感度を低下させるステップと、円筒状に配向された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ので、直線的給電部と比較してより有利なサイドローブパターンを与えるステップと、偏波器を必要とせずに、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めて偏波を動的であることを可能にするステップと、を含む。

波散乱素子のアレイ
図１５のＲＦアレイ１６０６及び図１６のＲＦアレイ１６１６は、放射体として機能する１つのグループのパッチアンテナ（すなわち、散乱体）を含む波散乱サブシステムを含む。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含む。

１つの実施形態において、アンテナシステムにおける各散乱素子は、下部導体と、誘電体基板と、相補的電気誘導型容量性共振器（「相補型電気ＬＣ」又は「ＣＥＬＣ」）を組み込んだ上部導体とからなる単位セルの一部であり、相補的電気誘導型容量性共振器は、上部導体にエッチング又は堆積される。

１つの実施形態において、液晶（ＬＣ）が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。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の厚み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。下部導体と上部導体との間のギャップ（液晶の厚み）が５０パーセント（５０％）減少すると、速度が４倍に増大する。別の実施形態において、液晶の厚みは、約１４ミリ秒（１４ｍｓ）のビームスイッチング速度を結果としてもたらす。１つの実施形態において、ＬＣは、応答性が向上するような当技術分野で周知の方法でドープされ、７ミリ秒（７ｍｓ）要件に適合できるようになる。

ＣＥＬＣ素子は、ＣＥＬＣ素子の面に平行で且つ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において液晶に印加されると、誘導波の磁界成分がＣＥＬＣの磁気励起を誘導し、その結果、誘導波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と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の下を通過するときのこの誘導波の位相と同じ位相を有する。

１つの実施形態において、このアンテナシステムの円筒状給電幾何形状は、ＣＥＬＣ素子を、給電波における波ベクトルに対して４５度（４５°）の角度で位置決め可能になる。この素子の位置により、素子から生成され又は素子によって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隔で配列される。例えば、１波長当たりに４つの散乱素子が存在する場合、３０ＧＨｚの送信アンテナの素子は、約２．５ｍｍ（すなわち、３０ＧＨｚの１０ｍｍ自由空間波長の１／４）となる。

１つの実施形態において、ＣＥＬＣは、スロットの上方に並置されたパッチを含むパッチアンテナと、これらパッチアンテナ間に液晶を有して用いて実施される。この点において、メタマテリアルアンテナは、スロット（散乱）導波路のように作用する。スロット導波路に関しては、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。

セル配置
１つの実施形態において、アンテナ素子は、系統的マトリクス駆動回路を可能にするように円筒状給電アンテナの開口面上に配置される。セルの配置は、マトリクス駆動用のトランジスタの配置を含む。図１７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つの実施形態を示している。図１７を参照すると、行コントローラ１７０１は、行選択信号Ｒｏｗ１（行１）及びＲｏｗ２（行２）それぞれを介してトランジスタ１７１１、１７１２に結合され、列コントローラ１７０２は、列選択信号Ｃｏｌｕｍｎ１（列１）を介してトランジスタ１７１１、１７１２に結合される。また、トランジスタ１７１１は、パッチへの接続１７３１を介してアンテナ素子１７２１に結合され、トランジスタ１７１２は、パッチへの接続１７３２を介してアンテナ素子１７２２に結合される。

単位セルが非正規グリッド内に配置されて円筒状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手法では、２つのステップが実行される。第１のステップでは、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、このトランジスタが、各セルを別々に駆動するスイッチとして機能する。第２のステップでは、マトリクス駆動回路は、このマトリクス駆動手法が必要とするときにあらゆる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、行と列のトレースによって構築される（ＬＣＤと同様）が、セルはリング上に配置されるので、各トランジスタに一意のアドレスを割り当てる系統的方法は存在しない。このマッピング問題は、全てのトランジスタをカバーするために極めて複雑な回路を生じさせ、経路設定を行う物理的トレースの数が著しく増加させることになる。セルが高密度であるので、これらのトレースは、カップリング効果に起因してアンテナの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ことに起因して、トレースの経路設定は、商業的に入手可能なレイアウトツールによって行うことができない。

１つの実施形態において、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定められる。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のに必要な最小数のトレースが確保される。この方式は、駆動回路の複雑性を軽減して経路設定を簡素化し、これによってアンテナのＲＦ性能が向上する。

より具体的には、１つの手法では、第１のステップにおいて、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のステップにおいて、セルは、セルのアドレス、及び第１のステップで定められた行及び列への接続性が維持されながら、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、開口面全体にわたってセル間の距離及びリング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存在する。

１つの実施形態において、ＴＦＴパッケージは、マトリクス駆動回路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１８は、ＴＦＴパッケージの１つの実施形態を示している。図１８を参照すると、ＴＦＴ及び保持キャパシタ１８０３が、入力ポート及び出力ポートと共に示されている。トレース１８０１に接続された２つの入力ポートと、トレース１８０２に接続された２つの出力ポートとがあり、行及び列を使用してＴＦＴを共に接続する。１つの実施形態において、行のトレース及び列のトレースは、９０°の角度で交差して、行のトレースと列のトレースとの間の結合が低減され、場合によっては最小となることがある。１つの実施形態において、行のトレース及び列のトレースは、様々な層上に存在する。

例示的なシステムの実施形態
１つの実施形態において、複合アンテナ開口面は、セットトップボックスと連動して動作するテレビジョンシステムで使用される。例えば、二重受信アンテナの場合、アンテナにより受信された衛星信号は、テレビジョンシステムのセットトップボックス（例えば、ＤｉｒｅｃｔＴＶ受信機）に供給される。より具体的には、複合アンテナ動作は、２つの異なる周波数及び／又は偏波でＲＦ信号を同時に受信することができる。すなわち、素子の１つのサブアレイは、１つの周波数及び／又は偏波でＲＦ信号を受信するように制御され、別のサブアレイは、別の異なる周波数及び／又は偏波で信号を受信するように制御される。周波数又は偏波のこれらの相違は、テレビジョンシステムにより異なるチャネルが受信されることを表している。同様に、２つのアンテナアレイは、２つの異なる位置（例えば、２つの異なる衛星）からのチャネルを受信するため２つの異なるビーム位置に対して制御されて、複数のチャネルを同時に受信することができる。

図１９は、テレビジョンシステムにおいて二重受信を同時に実行する通信システムの１つの実施形態のブロック図である。図１９を参照すると、アンテナ１４０１は、上述したように異なる周波数及び／又は偏波で二重受信を同時に実行するように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開口面を含む。２つの空間的に交互配置されたアンテナ動作についてのみ説明しているが、ＴＶシステムは、２つよりも多いアンテナ開口面（例えば、３つ、４つ、５つなどのアンテナ開口面）を有することができる点に留意されたい。

１つの実施形態において、２つの交互配置されたスロットアレイを含むアンテナ１４０１は、ダイプレクサ１４３０に結合される。この結合は、２つのスロットアレイの素子から信号を受信して、ダイプレクサ１４３０に供給される２つの信号を生成する１又は２以上の給電ネットワークを含むことができる。１つの実施形態において、ダイプレクサ１４３０は、商用ダイプレクサ（例えば、Ａ１ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ社製のモデルＰＢ１０８１ＷＡ Ｋｕ帯域シトコムダイプレクサ）である。

ダイプレクサ１４３０は、低ノイズブロックダウンコンバータ（ＬＮＢ）のペア１４２６、１４２７に結合され、これらＬＮＢは、当技術分野において周知の方法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を実行する。１つの実施形態において、ＬＮＢ１４２６、１４２７は、室外ユニット（ＯＤＵ）に存在する。別の実施形態において、ＬＮＢ１４２６、１４２７は、アンテナ装置に組み込まれる。ＬＮＢ１４２６、１４２７は、テレビジョン１４０３に結合されたセットトップボックス１４０２に結合される。

セットトップボックス１４０２は、アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）のペア１４２１、１４２２を含み、これらＡＤＣは、ＬＮＢ１４２６、１４２７に結合されて、ダイプレクサ１４３０から出力された２つの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によって復調され且つ復号器１４２４によって復号されて、受信波上に符号化されたデータが得られる。次に、復号されたデータは、コントローラ１４２５に送られ、このコントローラが、このデータをテレビジョン１４０３に送る。

コントローラ１４５０は、単一の複合物理的開口面上の両方のアンテナ開口面の交互配置されたスロットアレイ素子を含むアンテナ１４０１を制御する。

全二重通信システムの例
別の実施形態において、複合アンテナ開口面は、全二重通信システムで使用される。図２０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つよりも多い送信経路及び／又は１つよりも多い受信経路を含むことができる。

図２０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に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つの実施形態において、アンテナ１４０１は、ダイプレクサ１４４５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。１つの実施形態において、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るものであり、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コンバータ（ＬＮＢ）１４２７に結合され、このＬＮＢは、当技術分野において周知の方法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つの実施形態において、ＬＮＢ１４２７は、室外ユニット（ＯＤＵ）に存在する。別の実施形態において、ＬＮＢ１４２７は、アンテナ装置に組み込まれる。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）に結合されたモデム１４６０に結合される。

モデム１４６０は、アナログデジタル変換器（ＡＤＣ）１４２２を含み、このＡＤＣは、ＬＮＢ１４２７に結合されて、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によって復調されて、復号器１４２４によって復号されて、受信波上の符号化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１４２５に送られ、このコントローラが、このデータをコンピューティングシステム１４４０に送る。

モデム１４６０は更に、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エンコーダ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高域増幅器）１４３３によってフィルタリングされて、ダイプレクサ１４４５の１つのポートに供給される。１つの実施形態において、ＢＵＣ１４３３は、室外ユニット（ＯＤＵ）に存在する。

当技術分野において周知の方法で動作するダイプレクサ１４４５は、伝送のため送信信号をアンテナ１４０１に供給する。

コントローラ１４５０は、単一の複合物理的開口面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。

図２０に示された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があることに留意されたい。

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。

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

本明細書に提示したアルゴリズム及び表示は、いず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、いず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いずれかの機構を含む。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いず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。

Claims (27)

1. アンテナであって、該アンテナは、
   ＲＦ給電波が伝播することができる構造を有する放射状導波路と、
   開口と、
   スリップ面と、を備え、
   前記構造は、前記ＲＦ給電波が前記開口に提供されるように前記放射状導波路を囲む外側部分を有し、
   前記開口は、前記放射状導波路によって供給される前記ＲＦ給電波に応答して無線周波数（ＲＦ）信号を放射するように動作可能であり、
   前記開口は、前記放射状導波路と前記開口との間に物理的な接続がないように前記放射状導波路の外側部分とギャップを形成し、
   熱及び前記放射状導波路と前記開口の熱膨張係数の相違により引き起こされる前記開口と前記放射状導波路との間の側方移動を可能にするように、前記スリップ面は、前記放射状導波路のハウジングの上面と前記開口との間に位置し、
   前記アンテナは、
   無線周波数（ＲＦ）エネルギーが前記放射状導波路の外側部分と前記開口の外側部分との間の前記ギャップを通って出るのを防止するように動作可能な無線周波数（ＲＦ）チョークを備える、
   アンテナ。
2. 前記放射状導波路と前記開口との間に導電接続が存在しない、請求項１に記載のアンテナ。
3. 前記放射状導波路が金属を含み、前記開口がガラス又は液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）基板を含む、請求項１に記載のアンテナ。
4. 前記無線周波数チョークは、前記ギャップにおいて前記放射状導波路の外側部分に１又は２以上のスロットを備え、該１又は２以上のスロットの各々が、ある周波数帯域のＲＦエネルギーをブロックするのに使用される、請求項１に記載のアンテナ。
5. 前記１又は２以上のスロットは、前記放射状導波路の外側部分におけるリングのペアの一部である、請求項４に記載のアンテナ。
6. 前記無線周波数チョークは、電磁バンドギャップ（ＥＢＧ）構造を含む、請求項１に記載のアンテナ。
7. 前記電磁バンドギャップ構造は、１又は２以上のビアを有する基板を備える、請求項６に記載のアンテナ。
8. 前記基板は、１又は２以上の導電性パッドを有するプリント回路基板（ＰＣＢ）を備え、前記１又は２以上のビアは、導電性材料でめっきされる、請求項７に記載のアンテナ。
9. 前記プリント回路基板は、導電性接着剤を用いて前記放射状導波路に取り付けられる、請求項８に記載のアンテナ。
10. 前記開口は、アンテナ素子のスロットアレイを有し、該スロットアレイは、
    複数のスロットと、
    複数のパッチと、
    を備え、前記パッチの各々は、前記複数のスロットにおけるスロットの上方に並置されかつ該スロットから離隔されてパッチ／スロットのペアを形成し、各パッチ／スロットのペアは、該ペアの該パッチへ加えられる電圧の大きさに基づいてオフ又はオンになる、請求項１に記載のアンテナ。
11. 前記アンテナ素子は、ホログラフィックビーム誘導で使用される周波数帯域用のビームを形成するように制御されて共に動作可能である、請求項１０に記載のアンテナ。
12. アンテナであって、該アンテナは、
    ＲＦ給電波が伝播することができる構造を有する放射状導波路であって、該構造は、該ＲＦ給電波が開口に提供される該放射状導波路の領域を囲む外側部分を有する、放射状導波路と、
    複数のアンテナ素子を有し、前記放射状導波路によって供給される前記ＲＦ給電波に応答して無線周波数（ＲＦ）信号を放射するように動作可能な前記開口と、を備え、
    前記開口は、前記放射状導波路と前記開口との間に物理的な接続がないように前記放射状導波路の外側部分とギャップを形成し、該ギャップは前記開口の底部の第２の表面に面してオーバーラップする前記外側部分の第１の表面と前記開口の外側部分との間に形成され、該第２の表面は、熱及び前記放射状導波路と前記開口の熱膨張係数の相違により引き起こされる前記開口と前記放射状導波路との間の側方移動を可能にし、
    前記アンテナは、
    前記ＲＦ給電波を前記放射状導波路に供給するために前記放射状導波路に結合されたアンテナ給電部と、
    前記放射状導波路と前記開口との間の層であって、該層の外側縁部から前記複数のアンテナ素子に給電するように前記給電波が進む、層と、
    無線周波数（ＲＦ）エネルギーが前記放射状導波路の外側部分と前記開口の外側部分との間の前記ギャップを通って出るのを防止するように動作可能な無線周波数（ＲＦ）チョークと、
    を備える、アンテナ。
13. 前記層は、接地層及び誘電体層からなるグループのうちの少なくとも１つを備える、請求項１２に記載のアンテナ。
14. 前記放射状導波路と前記開口との間に導電接続が存在しない、請求項１２に記載のアンテナ。
15. 前記第２の表面は、前記開口の底部に取り付けられたスリップ面の一部である、請求項１２に記載のアンテナ。
16. 前記放射状導波路が金属を含み、前記開口がガラス又は液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）基板を含む、請求項１２に記載のアンテナ。
17. 前記無線周波数チョークは、前記ギャップにおいて前記放射状導波路の外側部分に１又は２以上のスロットを備え、該１又は２以上のスロットの各々が、ある周波数帯域のＲＦエネルギーをブロックするのに使用される、請求項１２に記載のアンテナ。
18. 前記１又は２以上のスロットは、前記放射状導波路の外側部分におけるリングのペアの一部である、請求項１７に記載のアンテナ。
19. 前記無線周波数チョークは、電磁バンドギャップ（ＥＢＧ）構造を含む、請求項１２に記載のアンテナ。
20. 前記電磁バンドギャップ構造は、１又は２以上のビアを有する基板を備える、請求項１９に記載のアンテナ。
21. 前記基板は、１又は２以上の導電性パッドを有するプリント回路基板（ＰＣＢ）を備え、前記１又は２以上のビアは、導電性材料でめっきされる、請求項２０に記載のアンテナ。
22. 前記プリント回路基板は、導電性接着剤を用いて前記放射状導波路に取り付けられる、請求項２１に記載のアンテナ。
23. 前記開口は、アンテナ素子のスロットアレイを有し、該スロットアレイは、
    複数のスロットと、
    複数のパッチと、
    を備え、前記パッチの各々は、前記複数のスロットにおけるスロットの上方に並置されかつ該スロットから離隔されてパッチ／スロットのペアを形成し、各パッチ／スロットのペアは、該ペアの該パッチへ加えられる電圧の大きさに基づいてオフ又はオンになる、請求項１２に記載のアンテナ。
24. 前記複数のスロットのうちの各スロットと前記複数のパッチにおける該スロットに関連するパッチとの間に液晶が存在する、請求項２３に記載のアンテナ。
25. どのパッチ／スロットペアがオン及びオフになるかを制御する制御パターンを適用して、これによりビームの生成をもたらすコントローラを更に備える、請求項２４に記載のアンテナ。
26. 前記アンテナ素子は、ホログラフィックビーム誘導で使用される周波数帯域用のビームを形成するように制御されて共に動作可能である、請求項１２に記載のアンテナ。
27. アンテナであって、該アンテナは、
    ＲＦ給電波が伝播する構造を有する放射状導波路であって、該構造は、該ＲＦ給電波が開口に提供される該放射状導波路の領域を囲む外側部分を有する、放射状導波路と、
    前記放射状導波路によって供給される前記ＲＦ給電波に応答して無線周波数（ＲＦ）信号を放射するように動作可能な前記開口と、
    を備え、
    前記開口は、前記放射状導波路と前記開口との間に物理的な接続がないように前記放射状導波路の外側部分とギャップを形成し、該ギャップは前記開口の底部の第２の表面に面してオーバーラップする前記外側部分の第１の表面と前記開口の外側部分との間に形成され、該第２の表面は、熱及び前記放射状導波路と前記開口の熱膨張係数の相違により引き起こされる前記開口と前記放射状導波路との間の側方移動を可能にし、
    前記開口は、アンテナ素子のスロットアレイを有し、
    前記スロットアレイは、
    複数のスロットと、
    複数のパッチと。
    を備え、前記パッチの各々は、前記複数のスロットにおけるスロットの上方に並置されかつ該スロットから離隔されてパッチ／スロットのペアを形成し、各パッチ／スロットのペアは、該ペアの該パッチへ加えられる電圧の大きさに基づいてオフ又はオンになり、
    前記アンテナは更に、
    無線周波数（ＲＦ）エネルギーが前記放射状導波路の外側部分と前記開口の外側部分との間の前記ギャップを通って出るのを防止するように動作可能な無線周波数（ＲＦ）チョークを備え、前記放射状導波路と前記開口との間に導電接続が存在しない、
    アンテナ。

Images