JP6942477B2 - 構造的再パターン化が可能なアンテナ - Google Patents

Description

本開示は、概して、電磁波の通信に関し、より具体的には、１つまたは複数の電磁波アンテナを、異なる方式や性能要件に適合させるべく動的に再パターン化するシステムおよび方法に関する。

アンテナは、主に通信や検知を目的とした電磁放射の送信または受信を行うための構造体である。したがって、例えば、人口集中地域では、セルラー周波数用のアンテナがビルの屋上や壁の至る所にあり、郊外では、無線基地局のアンテナ搭の赤色航空障害灯が点在している。アンテナの送受信特性は、主にアンテナの大きさと形状（パターン）により決まる機能であるので、様々な形状や大きさのアンテナが日常生活で見受けられる。

本開示は、特定の欠点を克服できるシステムに関するが、そのような利点は、添付の特許請求の範囲にて明示的に記載されていない限り、本開示の原理の範囲や特許請求の範囲を限定するものではないと理解されるべきである。加えて、この背景技術の欄に記載した技術内容は、本願発明者の知見、考察、見解を反映しているに過ぎず、現時点で公知の技術内容を正確に列挙することや、包括的に網羅することを目的とするものではない。したがって、本願発明者は、この欄の記載により、先行技術を自認するものでも、推定するものでもないことを明示しておきたい。さらに、上述の記載、あるいは本明細書におけるその他の記載において、望ましいアプローチとして特定あるいは示唆した内容は、本願発明者の知見や考えを反映したものであり、当業界で認識されている要望を示していると解釈すべきではない。

本開示の原理の実施形態によれば、選択的に再パターン化可能なアンテナシステムが提供され、前記システムは、間にキャビティを規定する第１材料層および第２材料層を有する。第１貯蔵部は、液体金属の少なくとも一部を貯蔵しており、第２貯蔵部は、電解液の少なくとも一部を貯蔵している。前記液体金属と前記電解液とは、前記キャビティ内の金属酸化物界面層において接触している。複数の電極には、前記液体金属に接触している第１電極と、前記電解液に接触している第２電極と、が含まれており、前記金属酸化物界面層は、前記第１電極に対する負電位を前記第２電極に印加すると破壊される。

別の実施形態では、アンテナのパターン化方法が提供される。液体金属と電解液とが界面層において互いに接触するように、前記液体金属および前記電解液を２つの表面の間に配置される。前記電解液と前記液体金属の一部との間に印加された電圧の作用により、前記液体金属の前記一部が前記電解液を押し退けるように移動する。前記液体金属が所定の形状に到達したときに、前記電圧の印加を終了（停止）することにより、前記界面層をその場で固定させる。

本開示の原理に基づくさらに別の実施形態では、再パターン化可能なアンテナが提供され、前記アンテナは、電解液に接触している液体金属を有し、前記液体金属は、第１形状を有する。複数の電極には、前記液体金属に接触している第１電極と、前記電解液に接触している第２電極と、が含まれる。前記第１電極と前記第２電極との間に電圧源が接続されており、前記電圧源は、所定の大きさおよび所定の極性の電圧を印加して、前記液体金属を移動させて、前記第１形状を第２形状に変化させるよう構成されている。

本開示の原理に基づく実施形態におけるその他の特徴や側面は、添付の図面と併せて詳細な説明の記載を読めば理解されるであろう。

本開示の技術の特徴は、添付の請求の範囲に詳細に記載されているが、これらの技術、並びに、その目的および効果は、添付の図面を参照して下記の詳細の説明を読めばもっともよく理解されるであろう。

所定の大きさと極性の電圧を印加することで、一次元のキャビティ内に構成される液体金属形状を概略的に示す平面図である。 本開示の原理に基づく実施形態に係る再パターン化可能な二次元アンテナを概略的に示す平面図である。 本開示の原理に基づく実施形態に係る再パターン化可能な多要素二次元アンテナを概略的に示す平面図である。 本開示の原理に基づく実施形態に従ってパターン化された三次元アンテナアレイを示す斜視図である。 本開示の原理に基づく実施形態に係るパターン化可能な高周波（ＲＦ）遮蔽システムの斜視図である。 本開示の原理に基づく様々な実施形態に従って作製される別の種類のアンテナをいくつか示す平面図、および、さらに別の種類のアンテナの側面斜視図である。 本開示の原理に基づく１つまたは複数の実施形態に係る再パターン化可能な液体金属アンテナをパターン化する例示的なプロセスを示すフロー図である。

本開示の原理を詳細に説明する前に、以下の説明を読み手が理解する上で助けとなる概略を提示する。上述したように、アンテナの使用目的は多岐にわたり、使用する電磁スペクトル帯域も、マイクロ波から、ＡＭおよびＦＭを含む商用の無線帯域まで、あるいは、長波長の無線帯域までと多岐にわたる。そのような使用帯域は、約８桁分の波長範囲に相当する。なお、ＦＭ無線などの狭い帯域幅を使用する場合であっても、対象となるスペトル部分に完全に適合するためには、異なる設計のアンテナが必要となる。例えば、セルラー通信とＷｉＦｉ通信との使用帯域は、スペクトルにおいて概ね隣り合っているが、通常、それぞれに有利なアンテナのチューニングは異なる。

この他にも、アンテナ形状をチューニングまたはカスタマイズすることにより、利点が得られる状況もある。例えば、モノポールアンテナ、ダイポールアンテナ、ビバルディアンテナ、パッチアンテナ、ボウタイアンテナは、いずれも特定のアンテナ形状によりその機能を得ている。上述した様々なアンテナ形状は、確かに今日の技術で製造可能である。ただし、通常、一旦製造された後は製造時の形状に限定される。つまり、既に組み込まれている無線システムを別の形式や度合で使用するためには、まったく新しいアンテナまたはアンテナアレイが必要になることを意味する。

しかしながら、本開示の原理に基づく実施形態に係る電気的に再パターン化可能なアンテナシステムでは、アンテナのパターン化または再パターン化を、使用現場で必要に応じて、何度でも行うことが可能である。よって、例えば、線状アンテナの長さを長くしたり、短くしたりでき、横材を設けたり、パターン化したり、取り除いたりでき、平面アンテナ構造体の形状や大きさを変更することができる。これらは、いずれもアンテナシステムを配置したままで行える。

ガリウムは、インジウムと共に共晶合金を生成し、基本的に室温を融点とする金属（ＥＧａＩｎ）が得られる。ただし、これまでは、ガリウムおよびその合金は、室温を融点とする液体金属の電子的な用途には、ほとんど利用されていない。これは、ガリウムが酸素に触れると、ほとんど瞬時に酸化被膜が形成されるためである。よって、その代替物として、室温での液体金属の用途には、ほとんどの場合、水銀が、その有毒性の高さにも関わらず、長きにわたり利用されてきた。

しかしながら、ガリウム酸化物層には、任意の形状にパターン化した合金を構造的に安定させるという利点がある。加えて、酸化物層は、電界の印加により破壊されるので、ＥＧａＩｎの再パターン化が可能になる。本開示の原理に基づく実施形態は、電極アレイを利用して、液相のＥＧａＩｎの位置・移動制御（address and steer）を行って、これを異なる二次元形状または限定された三次元形状にパターン化するものである。

以上の概要を念頭におき、添付図面を参照してより詳細な説明を記載する。図１は、本開示の液体金属アンテナシステムの「ピクセル」１００を簡易的に示す図である。図示のように、液体金属（例えば、ガリウムとインジウムの共晶合金ＥＧａＩｎ）１０１は、最初は、原料の貯蔵部１０３内、並びに、第１電極１０７を挟む上層１０５と下層１０６との間に形成されたキャビティ１０４内に位置している。キャビティ１０４の残りの部分には、電解液１０９（例えば、水酸化ナトリウムＮａＯＨ）が充填されている。キャビティ１０４内には、第１電極１０７の向こう側に第２電極１１１が配置されている。液体金属貯蔵部１０３または電解液を貯蔵する類似の貯蔵部は、制御可能なポートを備えてもよく、これにより対応する液体の導入や回収を制御する。

図２を参照すると、液体金属２０５を第１形状（first configuration）２０６から変更するには、負電圧１１３（バイアスあるいは電位差とも称する）を、電圧源１１５から第１電極１０７と第２電極１１１との間に印加する。第１電極１０７と第２電極１１１との間の導電路には、電解液１０９、２０９の一部および液体金属１０１、２０５の一部が含まれる。電圧１１３を印加すると、導電路における液体金属１０１の電解液１０９に対する接点である金属酸化物界面層１０８に電界が生じる。この電界により金属酸化物層が破壊され、表面張力が高まり、液体金属が低電圧側に流れて、第２形状（second configuration）２０８がパターン化される。酸化物層の破壊は、電圧１１３の変動に共なって徐々に変化する現象であり、−０．５ボルトの印加電圧１１３で、上述したＥＧａＩｎ／ＮａＯＨ系金属に観測可能な変形が生じ、次に、−１．５ボルトの印加電圧１１３で、観測可能な変形に加えて、大幅な金属の移動が生じることが知られている。金属の導電性が高いのに対してＮａＯＨの導電性はずっと低いので、印加電位１１３は、主に金属酸化物界面層を通過する際に降下する。

負電圧１１３が印加されると、第１電極１０７の電位が第２電極１１１の電位よりも高い場合、液体金属は第２電極１１１側に流れる。そうでない場合は、液体金属は第１電極１０７に向かって戻る。

なお、液体金属流の移動の程度は、主に印加電圧の大きさにより決まることは理解されよう。１〜２ミリ規模の移動であれば、電力を過剰に消費することなく金属を移動させるのに−１．５ボルトの印加電圧で十分である。通常であれば、−０．５ボルトの印加電圧でも金属の移動は生じるが、例えば、場合によっては、静止状態のアレイに作用する重力や移動中のアレイに作用する慣性など、金属に対する他の影響に確実に打ち勝つには、十分でないかもしれない。

ＥＧａＩｎ酸化物層に影響するのは、局所的な電界であって、全体的な電位差ではないので、電極の間隔（例えば、１〜２ミリよりも広いか、逆に狭いか）によっては、−１．５ボルトより高いまたは低い電圧の利用も可能である。上述したように、ＮａＯＨは、ＥＧａＩｎよりも導電性が低い。したがって、印加電圧の降下は主に金属酸化物界面層で生じるが、ＮａＯＨ中でも距離が長くなれば、いくらかの電圧降下が生じる。よって、１〜２ミリなどの小さな移動を生じさせるには、電極間の電圧は−１．５ボルトで十分であるが、２つの電極間にセンチメートル規模の移動を生じさせるには、５ボルトなどのより高い電圧が好適である。

引き続き図２を参照すると、アレイ２０１は、複数の電極２０３が平面的な矩形に配置された配列である。各電極２０３は、個別にアドレス制御可能（addressable）であり、これにより液体金属２０５を液体金属貯蔵部２０７から移動させることができる。同様に、アレイ２０１内に位置するＮａＯＨなどの電解液２０９も、キャビティ１０４の外部あるいは内部にある電解液貯蔵部２１５から導入および回収される。

一般的に、液体金属アンテナは、放射パターン、放射方向、電気長、中心周波数、１つまたは複数のサイドローブ、ゲイン、走査角、または偏波特性に影響を与えるように設計される。このようにパターン化されたアンテナは、動作中は、例えば、アレイ２０１の周縁における１つまたは複数のエッジコネクタ（edge connector）２１１により駆動可能である。エッジコネクタ２１１は、図示のように先端がわずかに尖った細長形状（elongate）をしており、液体金属の酸化物層を貫通して良好な接触を保つことがでる。複数のエッジコネクタ２１１がアンテナに結合されている場合は、駆動装置は、最良のインピータンス整合と最小の損失に対応するコネクタ２１１を特定し、特定したコネクタ２１１を介してアンテナを駆動する。一実施形態では、エッジコネクタ２１１は、キャビティの一方の層、例えば、上層１０５に結合されており、残りのコンタクト（contact）２０３は他方の層、例えば、下層１０６に結合されている。

加えて、共通の縁部（edge)から複数のアンテナ構造体が立ち上がっている場合、その縁部に沿って連続する液体金属の帯を利用して、アンテナ構造体同士を相互に接続することができる。加えて、１つまたは複数のアンテナ構造体を、上縁と下縁、下縁と側縁など、異なる縁部に位置するコネクタで駆動することが可能である。なお、ここでは、特定の周波数や周波数帯域に対する応答が最良となるように同調されたアンテナ形状が構成されるが、同一のシステムを用いて、例えば、遮蔽などを行う離調構造体（detuned structure）をパターン化することも可能である。

上述したように、液体金属を電極のアレイにより誘引して、任意のパターンに構成することができる。液体金属貯蔵部を利用して、構成した形状に電気的に接続し、例えば、ＲＦ信号で駆動することができるが、パターン化完了後は、構成したパターンにおける分離要素に対して駆動信号を送出するために、電極そのものを利用することも可能である。よって、図３に示すように、分離要素３０１、３０３を含むパターン３００を、これら要素３０１、３０２に位置する電極３０５、３０７、３０９、３１１を介して駆動することも可能である。

開示の原理を利用すれば、様々なアンテナ形状やアレイをパターン化可能である。ここまでは、単純なモノポールパターンについて説明してきたが、図４に示す例示的なアレイ４００は、エレメント４０１の繰り返しを多数含む三次元のダイポールアレイの一例であり、これを、フェーズドアレイとすることもできる。モノポールパターンおよびダイポールパターンに加えて、単独で、あるいは、二次元または三次元のアレイにおいて利用可能な他のアンテナ形状としては、図６に示すようなビバルディ６００、パッチ６０２、ボウタイ６０４などのアンテナ形状があり、また任意の所望のその他のアンテナ形状も利用可能である。図４に示す三次元アレイは、個別には二次元であるアレイを集めてパターン化されているが、個々のアレイそのものを三次元のアレイとすることもできる。これは、例えば、航空機の外表面などに見られるような湾曲あるいは屈曲形状を有するものでもよいし、平坦なアレイから立ち上がる電極線を備えるものでもよい。図６に示すアンテナ６０６は、湾曲したアンテナの一例である。図示の湾曲アンテナ６０６は、曲面６０８の形状に適合したパッチアンテナであるが、本開示の原理を用いれば、任意の種類のアンテナやアンテナアレイを曲面に沿って構成することが可能である。

実施態様では、例えば図３に示すアレイのような電極アレイは、上層と下層（図１の１０５および１０６）を含み、これらの間には、平坦な内部空間が形成されており、その空間を液体金属および電解液が移動する。上層および下層そのものは、パターン化されたアンテナの動作に干渉しないように非導電性であることが望ましい。

金属層をパターン化する機能は、通常のアンテナ操作以外の用途においても効果を奏することは理解されよう。例えば、パターン化可能な金属層は、電磁放射の影響を受けやすい部材を強い電磁放射から一時的に遮蔽するのに利用可能である。本開示の原理に基づく実施形態では、そのような遮蔽は、起電力を利用して液体金属を操作してシールドを形成することにより実現される。

図５に、この概念の例を示す。図示の通り、遮蔽キャビティ５０５のすぐ下に位置する液体金属貯蔵部５０３には、ＥＧａＩｎなどの液体金属５０１が貯蔵されている。遮蔽キャビティ５０５は、電極のアレイ（図示せず）を含んでおり、これら電極を利用して、遮蔽キャビティ５０５の内部に液体金属５０１を選択的に導入することができる。遮蔽キャビティ５０５に最初に充填されているＮａＯＨなどの電解液５０７は、押し退けられて電解液貯蔵部５０９に戻る。このように、遮蔽キャビティ５０５内の電極を選択的に駆動することにより、ＲＦ感知システム（RF-sensitive system）５１１をＲＦ源５１３から遮蔽することができる。パターン化ステップの完了後は、電極を電圧に対してフローティング自在な状態としておき、これによりＲＦ感知システム５１１を完全に遮蔽することができる。電磁遮蔽シールドは、詳細な設置環境に合わせて、カーテン（curtain）とする代わりに、絞り（iris）または開口（aperture）として構成できることは理解されよう。

多くの実施形態では、電圧を印加した結果生じる電流の流れを、例えば、電圧源１１５や他の要素を用いて測定することにより、金属流がどこまで進んだかを特定することができ、また、これ応じて印加電圧（あるいは、電圧印加位置）を調整することができる。この点に関し、液体金属回路の状態は、十分な大きさの電流が流れるか否かに反映されるのであって、正確な電圧の大きさに反映されるのではない。例えば、第１コンタクトと第２コンタクトの間に電圧を印加することにより、両コンタクト間で駆動される液体金属が、第２コンタクトに未だ到達していない状態では、その結果生じる電流は、ＮａＯＨに流れる微弱な電流のみとなる。

液体金属が第２コンタクトに到達すると、両コンタクト間の回路が短絡し、（電圧が印加されている間は）電流に１桁以上の増加が生じる。このように、金属の先端位置を特定することができ、また、第３コンタクトに通電する（また、第２コンタクトを、接地するか、フローティング状態に保つ）ことにより、その点から先の任意の所望の方向に金属流を延ばすことができる。次いで、第２コンタクトと第３コンタクトとの間の電流を利用すれば、液体金属の先端が第３コンタクトに到達したかどうかを特定することができる。

上述した様々な実施形態において、「電極」なる用語は、電位あるいは電流の供給源となる要素を指すものとして使用したが、そのような要素をアノードと区別する意図はなく、本明細書に記載した電極は、所望の大きさおよび極性の電圧を提供可能であればよい。加えて、電極の形状をロッド状やディスク状に限定する意図もない。具体的には、説明した原理に利用される電極は、所望のアンテナの形状の全体またはその一部として形成可能であり、そのように形成された電極は、必要であれば、スクリーンやメッシュ状に形成してもよいことは理解されよう。

上層と下層との間隙は特定されていないが、部分的には毛管作用により生じる挙動である金属のメニスカスおよび表面張力が、本明細書に記載した動作に有用な力として働くことは理解されよう。よって、間隙は、約１．０ミリとすることが想定できる。ただし、これ以外の大きさの間隙とすることも可能である。

本開示の例では、ＮａＯＨを電解液として利用したが、パターン化されたアンテナの動作を妨げることなく十分な導電性を得ることができれば、ＨＣＬ（塩酸）やＨ₂ＳＯ₄（硫酸）などの他の電解液やその他のものも利用可能であることは理解されよう。加えて、本開示の例では液体金属としてＥＧａＩｎを用いたが、例えば、純ガリウム、その他のガリウム合金、水銀、および水銀合金などの他の液体金属も利用可能である。フランシウム、ルビジウム、およびセシウムなどのその他の液体金属は、コストや有毒性などの他の制約により、一般的には、あまり好ましくない。ただし、そのような側面が適切に対処されれば、補足したこれらの金属材料も本開示の原理において利用可能である。

本開示の原理が、多くの用途および多くの態様で利用可能であることは理解されよう。よって、そのような使用態様については、逐一説明しない。ただし、図７に、本開示の原理に基づく１つまたは複数の実施形態に係る再パターン化可能な液体金属アンテナをパターン化する処理７００の例を示す。

処理７００のステップ７０２で、液体金属２０５および電解液２０９を２つの表面１０５、１０６の間に配置する。この際に、液体金属２０５と電解液２０９とが、表面酸化物（例えば、例示のシステムにおけるＥＧａＩｎの酸化物）を有する界面層１０８で接触する。ステップ７０４で、電圧１１３を電極１０７、１１１の間に印加する。両電極は、それぞれ液体金属２０５および電解液２０９に接触している。

ステップ７０６で、印加電圧により表面酸化物が少なくとも部分的に破壊され、毛管作用により、液体金属２０５が電解液２０９を押し退けるように、遠位の電極１１１に向かって移動する。この時点で、２つの仕組みのいずれかによって、液体金属２０５の進行が停止する。第１は、印加電圧を停止あるいは反転させて、液体金属２０５の進行を停止させる。第２は、液体金属が遠位の電極１１１に到達すると、さらに遠位にある電極が通電されない限り、液体金属２０５の移動は停止する。例示の処理７００においては、両電極の間の途中の点で液体金属を停止させるものとする。

よって、ステップ７０８で、電圧１１３の印加を停止し、これにより表面酸化物層を再度形成させて、液体金属の移動を停止させる。例えば、この最終状態は、液体金属２０５の第２形状２１３として図２に示されており、所定の望ましいパターンと合致する。ただし、さらに遠位にある別の電極に対して同様のステップを行って液体金属をさらに操作すれば、図６に示したアンテナパターンのいずれかのような、任意の所望の形状にパターン化可能である。

加えて、本開示は、下記の付記による例も包含する。

付記１
間にキャビティ（１０４）を規定する第１材料層（１０５）および第２材料層（１０６）と、第１貯蔵部（２０７）、および、少なくとも一部が前記第１貯蔵部に貯蔵されている液体金属（２０５）と、第２貯蔵部（２１５）、および、少なくとも一部が前記第２貯蔵部に貯蔵されているとともに、前記液体金属に対して前記キャビティ内の金属酸化物界面層（１０８）において接触する電解液（２０９）と、前記キャビティと電気的に接続している複数の電極（１０７、１１１、２０３）と、を含み、そのうちの第１電極（１０７）は前記液体金属に接触しており、第２電極（１１１）は前記電解液に接触しており、前記金属酸化物界面層は、前記第１電極に対する負電位（１１３）を前記第２電極に印加すると破壊される、選択的に再パターン化可能なアンテナシステム（１００）。

付記２
前記液体金属は、前記負電位によって前記第２電極に誘引される、付記１に記載のシステム。

付記３
前記複数の電極のうちの第１集合（２１１）は、前記第１材料層に結合されており、前記複数の電極のうちの第２集合（２０３）は、前記第２材料層に結合されている、付記１に記載のシステム。

付記４
前記液体金属は、ガリウムおよび水銀のうちの１つを含む、付記１に記載のシステム。

付記５
前記液体金属は、ガリウムとインジウムとの共晶合金（ＥＧａＩｎ）を含む、付記４に記載のシステム。

付記６
前記電解液は、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）である、付記１に記載のシステム。

付記７
前記キャビティ内に液体金属構造体（４０１、６００、６０２、６０４、６０６）をさらに含み、当該液体金属構造体は、前記電極のうちの少なくとも一対の電極に電位を印加して、前記酸化物層を選択的に破壊すると共に、前記液体金属を移動させることによりパターン化される、付記１に記載のシステム。

付記８
前記液体金属構造体は、カーテン、ウィンドウ（window）、開口、周波数選択面、および熱シンクのうちの１つである、付記７に記載のシステム。

付記９
前記液体金属構造体は、モノポールアンテナ、ダイポールアンテナ、ビバルディホーン素子、ボウタイ素子、およびパッチ素子のうちの少なくとも１つを含む、付記７に記載のシステム。

付記１０
前記第１材料層および前記第２材料層は、平面状である、付記１に記載のシステム。

付記１１
前記第１材料層および前記第２材料層は、曲面（６０８）に適合する形状である、付記１に記載のシステム。

付記１２
前記曲面は、航空機における外側成形輪郭である、付記１１に記載のシステム。

付記１３
前記複数の電極のうちの少なくとも１つは、前記キャビティの縁部（edge）で前記液体金属に結合された電気コネクタ（２１１）である、付記１に記載のシステム。

付記１４
前記電気コネクタは、細長形状（２１１）をしており、任意の表面層より内側で前記液体金属に接触するよう構成されている、付記１３に記載のシステム。

付記１５
付記１に記載の選択的に再パターン化可能なアンテナシステムを複数含む、フェーズドアレイ（４００）。

付記１６
アンテナのパターン化方法（７００）であって、表面酸化物を含む界面層（１０８）において液体金属（２０５）と電解液（２０９）とが接触するように、前記液体金属および前記電解液を２つの表面（１０５、１０６）の間に配置し（７０２）、前記電解液と前記液体金属の一部との間への電圧（１１３）印加を開始し（７０４）、これにより前記界面層に電界を生じさせ、前記表面酸化物を少なくとも部分的に破壊させ（７０６）、前記電解液を押し退けるように前記液体金属の前記一部を移動させ、前記液体金属が所定の形状に到達したら、前記電解液と前記液体金属の前記一部との間への電圧印加を停止し（７０８）、これにより前記界面層をその場で固定させる（to freeze）、方法。

付記１７
前記界面層は、前記液体金属の酸化物である、付記１６に記載の方法。

付記１８
前記電圧印加により、前記界面層が破壊される、付記１７に記載の方法。

付記１９
前記液体金属はガリウムを含み、前記電解液は水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）を含む、付記１６に記載の方法。

付記２０
前記電解液と前記液体金属の前記一部との間への電圧印加を停止すると、表面酸化物界面層が再度形成される、付記１６に記載の方法。

付記２１
電解液（２０９）に接触していると共に、第１形状（２０６）を有する液体金属（２０５）と、前記液体金属に接触している第１電極（２１１）および前記電解液に接触している第２電極（２０３）を含む複数の電極（２０３、２１１）と、前記第１電極と前記第２電極との間に接続されており、所定の大きさおよび所定の極性の電圧（１１３）を印加して、これにより前記液体金属を移動させて、前記第１形状を第２形状に変化させるよう構成されていると共に、結果として生じる電流の流れを測定し、前記電流に基づいて前記印加電圧を調整するよう構成されている電圧源（１１５）と、を含む、再パターン化可能なアンテナ（４０１、６００、６０２、６０４、６０６）。

付記２２
前記印加電圧を停止すると、前記液体金属が前記第２形状に固定される、付記２１に記載の再パターン化可能なアンテナ。

付記２３
前記第１形状と前記第２形状とのうちの少なくとも１つは、二次元形状である、付記２１に記載の再パターン化可能なアンテナ。

本明細書において、電磁アンテナを再パターン化するためのシステムおよび技術を開示した。しかしながら、本開示の原理を適用可能な多くの潜在的な実施形態に鑑み、添付の図面を参照して説明した実施形態は、あくまでも説明を目的としており、添付の請求の範囲を限定すると解釈されるべきでないことは理解されよう。したがって、本明細書に開示した技術は、そのような実施形態もすべて添付の請求の範囲、およびその均等物に包含されると想定される。

Claims (13)

1. 間にキャビティを規定する第１材料層および第２材料層と、
   第１貯蔵部、および、少なくとも一部が前記第１貯蔵部に貯蔵されている液体金属と、
   第２貯蔵部、および、少なくとも一部が前記第２貯蔵部に貯蔵されているとともに、前記液体金属に対して前記キャビティ内の金属酸化物界面層において接触する電解液と、
   前記キャビティと電気的に接続している複数の電極と、を含み、そのうちの第１電極は前記液体金属に接触しており、第２電極は前記電解液に接触しており、前記金属酸化物界面層は、前記第１電極に対する負電位を前記第２電極に印加すると破壊されるものであり、
   前記複数の電極は、複数行及び複数列のアレイ状に配置されて、前記液体金属を移動させるべく個別に駆動するアドレス制御が可能である、選択的に再パターン化可能なアンテナシステム。
2. 少なくとも以下のいずれか一つの要件、すなわち、
   前記液体金属が、前記負電位によって前記第２電極に誘引されること、
   前記複数の電極のうちの第１集合は、前記第１材料層に結合されており、前記複数の電極のうちの第２集合は、前記第２材料層に結合されていること、
   前記液体金属は、ガリウムおよび水銀のうちの１つを含むこと、
   前記液体金属は、ガリウムとインジウムとの共晶合金（ＥＧａＩｎ）を含むこと、
   前記電解液は、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）であること、が充足された、請求項１に記載のシステム。
3. 前記キャビティ内に液体金属構造体をさらに含み、当該液体金属構造体は、前記電極のうちの少なくとも一対の電極に電位を印加して、前記金属酸化物界面層を選択的に破壊すると共に、前記液体金属を移動させることにより形成される、請求項１または２に記載のシステム。
4. 前記液体金属構造体は、カーテン、ウィンドウ、開口、周波数選択面、および熱シンクのうちの１つである、請求項３に記載のシステム。
5. 前記液体金属構造体は、モノポールアンテナ、ダイポールアンテナ、ビバルディホーン素子、ボウタイ素子、およびパッチ素子のうちの少なくとも１つを含む、請求項３または４に記載のシステム。
6. 前記第１材料層および前記第２材料層は、平面状である、請求項１〜５のいずれかに記載のシステム。
7. 前記第１材料層および前記第２材料層は、曲面に適合する形状であり、前記曲面は、航空機における外側成形輪郭である、請求項１〜５のいずれかに記載のシステム。
8. 前記複数の電極のうちの少なくとも１つは、前記キャビティの縁部で前記液体金属に結合された電気コネクタであり、前記電気コネクタは、細長形状をしており、前記キャビティ内で前記液体金属に接触するよう構成されている、請求項１〜７のいずれかに記載のシステム。
9. アンテナのパターン化方法であって、
   表面酸化物を含む界面層において液体金属と電解液とが接触するように、前記液体金属および前記電解液を２つの表面の間に配置し、
   前記電解液と前記液体金属の一部との間への電圧印加を開始し、これにより前記界面層に電界を生じさせ、前記表面酸化物を少なくとも部分的に破壊させ、前記電解液を押し退けるように前記液体金属の前記一部を移動させ、
   前記液体金属が所定の形状に到達したら、前記電解液と前記液体金属の前記一部との間への電圧印加を停止し、これにより前記界面層をその場で固定させるものであり、
   前記電圧印加は、複数の電極から選択された電極間に電圧を印加するものであり、前記複数の電極は、複数行及び複数列のアレイ状に配置されて、前記液体金属を移動させるべく個別に駆動するアドレス制御が可能である、方法。
10. 前記界面層は、前記液体金属の酸化物である、請求項９に記載の方法。
11. 前記電圧印加により、前記界面層が破壊される、請求項１０に記載の方法。
12. 前記液体金属はガリウムを含み、前記電解液は水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）を含む、請求項９〜１１のいずれかに記載の方法。
13. 前記電解液と前記液体金属の前記一部との間への電圧印加を停止すると、金属酸化物界面層が再度形成される、請求項９〜１２のいずれかに記載の方法。

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