JP7066428B2 - プラズマスイッチ型アレイアンテナ - Google Patents

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Description

本開示は一般的にアンテナに係り、特に再構築可能アンテナに関する。
再構築可能アンテナは、周波数帯、放射パターン、偏波及び／又は利得特性を制御され且つ可逆的な方法で動的に変更することができるアンテナであり、セルラー無線通信、ジオロケーション（地理位置情報）、レーダー（地上、航空機、無人航空機）、スマート兵器等の分野における応用を有する。本開示で特に関心があるのは、その放射パターンを、例えば放射ビームのステアリングやビームの幅の変更によって動的に変更することができる再構築可能アンテナである。
フェーズドアレイアンテナは、多様な角度、典型的には固定された物理アレイの法線方向から６０度の範囲内で放射ビームを電子的にステアリングするのに用いられ得る。フェーズドアレイアンテナは、アンテナアレイの各素子が、全アンテナ指向性を与えるように統合される独立したアンテナ素子及び無線周波数（ＲＦ，ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）回路を有することを要するので、Ｎ因子制約が生じ、これが顕著なコスト及び電力消費の欠点をもたらす。また、このＮ因子制約はアンテナアレイに対する顕著な回路の複雑性を課し、これが歩留まり及び動作信頼性を制限する。
より単純な方法では、機械的にアーティキュレーション可能なアンテナを用い、そのアンテナは、放射ビームを多様な角度、典型的には±９０度もの範囲内でステアリングするために、アンテナユニットを物理的に移動又は傾斜させる機械的プラットフォームを含む。たった一つのアンテナ素子しか必要としないその単純な電気設計のため、フェーズドアレイアンテナに典型的に課されるＮ因子制約は回避される。しかしながら、機械的にアーティキュレーション可能なアンテナは、典型的にアーティキュレーションが遅く、劣化していく可動部を要し、物理的に非常に大きくて重く、比較的高価であるので、その技術の応用が制限される。
レンズに基づいたアンテナ方法は、フェーズドアレイアンテナ及び機械的にアーティキュレーション可能なアンテナに対する現実的で安価な代替案を提供する。例えば、一実施形態では、多数のアンテナ給電素子を球形の誘電体レンズの周りに配置し、選択的にオンとオフとを切り替えて、広視野のビーム収束性を与えて、フェーズドアレイアンテナ及び機械的にアーティキュレーション可能なアンテナの技術的な問題をいくつか回避することができる。しかしながら、フェーズドアレイアンテナよりは技術的に複雑ではないものの、再構築可能なレンズに基づいたアンテナは、多数のアンテナ給電素子及び関連するスイッチを要し、重量、パワー、サイズ及びコストに関してＮ因子制約の問題を有したままである。
本開示で特に関心があるのは、アンテナ給電素子を選択的にオンとオフにするのに用いられるスイッチである。アンテナ給電素子に用いることができる多様な種類の従来のスイッチとして、サーボ機構スイッチ、フェライトスイッチ、ピンダイオードスイッチが挙げられる。サーボ機構スイッチは比較的遅く、典型的には１０－３秒（又は数キロヘルツ）程度のスイッチ速度を有する。フェライトスイッチは動作するのに比較的多量の電力を要する。ピンダイオードスイッチは比較的複雑で高価である。サーボ機構スイッチ、フェライトスイッチ、ピンダイオードスイッチを含む既知の全ての従来のスイッチは、アンテナ給電素子から基板やコネクタまでの何らかの種類の移行を要するので、再構築可能アンテナ設計に挿入損失及び追加的な設計複雑性をもたらす。
従って、再構築可能アンテナにおいてアンテナ給電素子を選択的にスイッチングするための改善された機構が依然として必要とされている。
本開示の第一態様によると、再構築可能アンテナは、複数のアンテナ給電素子（例えば、複数の導波路）を備える。一実施形態では、アンテナ給電素子は円形であるが、代わりに、アンテナは給電素子は矩形でもあり得る。一実施形態では、再構築可能アンテナは、焦点面（その焦点面にアンテナ給電素子が位置する）を有する集束素子（例えば、誘電体レンズ、球形誘電体レンズ等）を更に備える。
再構築可能アンテナは、アンテナ給電素子にそれぞれ付随する複数のプラズマスイッチを更に備える。再構築可能アンテナは、各プラズマスイッチを介してアンテナ給電素子に結合された無線周波数（ＲＦ）結合器を更に備え得る。一実施形態では、各プラズマスイッチは、或る体積の不活性ガス部（例えば、ネオン、キセノン、アルゴン、又はこれらの組み合わせ）と、各不活性ガス部に広がる電極対（例えば、リング電極）とを備える。このような場合、再構築可能アンテナは、不活性ガス部を含む誘電体室を更に備え得る。この誘電体室は、各不活性ガス部を互いに分離する側壁を備え得て、その不活性ガス部は、大気圧未満の圧力にされ得る。誘電体室は、各プラズマスイッチの電極対のうち第一電極が組み込まれている頂部誘電体壁と、各プラズマスイッチの電極対のうち第二電極が組み込まれている底部誘電体壁とを備え得る。再構築可能アンテナは、各不活性ガス部にプラズマ場（例えば、１ｃｍ３当たり１０９個の自由電子よりも高いプラズマ密度を有する）を発生させるのに十分な電圧を各プラズマスイッチの電極対に印加するための電源（例えば、１００Ｖ～３００Ｖ ＤＣ／ＡＣ‐ＲＭＳ）を更に備え得る。
再構築可能アンテナは、アンテナ給電素子を選択的に作動及び作動停止させるようにプラズマスイッチを独立的に動作させるための制御回路を更に備える。このため、制御回路は、各アンテナ給電素子を選択的にオン又はオフにするように電源から各プラズマスイッチに電圧を印加することを選択的に制御するためのものとなり得る。一実施形態では、制御回路は、アンテナ給電素子を減衰させるようにプラズマスイッチを独立的に動作させるためのものとなり得る。他の実施形態では、制御回路は、ＲＦビームを動的にステアリングするようにプラズマスイッチを独立的に動作させるためのものであり得る。例えば、制御回路は、一度に一つのアンテナ給電素子を選択的に作動させて次いで作動停止させるようにプラズマスイッチを独立的に動作させるためのものであり得る。他の例では、制御回路は、アンテナ給電素子を半分ずつ交互に作動次いで作動停止させるようにプラズマスイッチを独立的に動作させるためのものであり得る。また他の実施形態では、制御回路は、ビームの開口を動的に変更するようにプラズマスイッチを独立的に動作させるためのものである。更に他の実施形態では、制御回路は、異なるグループサイズのアンテナ給電素子を作動次いで作動停止させるようにプラズマスイッチを独立的に動作させるためのものであり得る。
本開示の第二態様によると、アンテナは少なくとも一つの給電素子（例えば、少なくとも一つの導波路）を備える。一実施形態では、アンテナ給電素子は円形であるが、代わりに、アンテナ給電素子は矩形にもなり得る。一実施形態では、再構築可能アンテナは、焦点面（その焦点面にアンテナ給電素子が位置する）を有する集束素子（例えば、誘電体レンズ、球形誘電体レンズ等）を更に備える。
アンテナは、アンテナ給電素子にそれぞれ付随する少なくとも一つのプラズマスイッチを更に備える。複数のアンテナ給電素子が存在する場合、再構築可能アンテナは、各プラズマスイッチを介してアンテナ給電素子に結合した無線周波数（ＲＦ）結合器を更に備え得る。各プラズマスイッチは、或る体積の不活性ガス部（例えば、ネオン、キセノン、アルゴン、又はこれらの組み合わせ）と、各不活性ガス部に広がる電極対とを備える。このような場合、再構築可能アンテナは、不活性ガス部を含む誘電体室を更に備え得る。複数のプラズマスイッチの場合には、この誘電体室は、各不活性ガス部を互いに分離する側壁を備え得て、不活性ガスが大気圧未満の圧力にされ得る。誘電体室は、各プラズマスイッチの電極対のうち第一電極が組み込まれている頂部誘電体壁と、各プラズマスイッチの電極対のうち第二電極が組み込まれている底部誘電体壁とを備え得る。
アンテナは、各不活性ガス部にプラズマ場を発生させるのに十分な電圧を各プラズマスイッチの電極対に印加するための電源を更に備える。一実施形態では、プラズマ場は、各アンテナ給電素子を作動停止させることができる（例えば、プラズマ密度が１ｃｍ３当たり１０９個の自由電子よりも高い場合）。他の実施形態では、プラズマ場は、各アンテナ給電素子を減衰させることができる（例えば、プラズマ密度が１ｃｍ３当たり１０７～１０９個の自由電子である場合）。
本開示の第三態様によると、アンテナは少なくとも一つの給電素子（例えば、少なくとも一つの導波路）を備える。一実施形態では、アンテナ給電素子は円形であるが、代わりに、アンテナ給電素子は矩形でもあり得る。一実施形態では、再構築可能アンテナは、焦点面（その焦点面にアンテナ給電素子が位置する）を有する集束素子（例えば、誘電体レンズ、球形誘電体レンズ等）を更に備える。
アンテナは、アンテナ給電素子にそれぞれ付随する少なくとも一つのプラズマスイッチと、各アンテナ給電素子を減衰させるように各プラズマスイッチを動作させるための制御回路とを更に備える。複数のアンテナ給電素子が存在する場合、再構築可能アンテナは、各プラズマスイッチを介してアンテナ給電素子に結合された無線周波数（ＲＦ）結合器を更に備え得る。各プラズマスイッチは、或る体積の不活性ガス部（例えば、ネオン、キセノン、アルゴン、又はこれらの組み合わせ）と、各不活性ガス部に広がる電極対とを更に備える。このような場合、再構築可能アンテナは、不活性ガス部を含む誘電体室を更に備え得る。
複数のプラズマスイッチの場合、この誘電体室は、各不活性ガス部を互いに分離する側壁を備え得て、そのような不活性ガス部は大気圧未満の圧力にされる。誘電体室は、各プラズマスイッチの電極対のうち第一電極が組み込まれている頂部誘電体壁と、各プラズマスイッチの電極対のうち第二電極が組み込まれている底部誘電体壁とを備え得る。アンテナは、各不活性ガス部にプラズマ場（例えば、１ｃｍ３当たり１０７～１０９個の自由電子のプラズマ密度を有する）を発生させるのに十分な電圧を各プラズマスイッチの電極対に印加するための電源を更に備え得る。
本開示の第四態様によると、無線周波数（ＲＦ）システムは、上述のいずれかのアンテナと、各プラズマスイッチを介してアンテナ給電素子に結合された送受信部品とを備える。
本開示の第五態様によると、焦点面を有する集束素子と、焦点面に位置する複数のアンテナ給電素子（例えば、導波路）と、アンテナ給電素子にそれぞれ付随する複数のプラズマスイッチと、プラズマスイッチを介してアンテナ給電素子に結合された無線周波数（ＲＦ）結合器とを備えるアンテナを動作させる方法が提供される。一実施形態では、アンテナ給電素子は円形であるが、代わりに、アンテナ給電素子は矩形でもあり得る。一実施形態では、アンテナは、焦点面（その焦点面にアンテナ給電素子が位置する）を有する集束素子（例えば、誘電体レンズ、球形誘電体レンズ等）を更に備える。
本方法は、（ａ）集束素子とＲＦ結合器との間でＲＦエネルギーを伝えるステップと、（ｂ）アンテナ給電素子のサブセット（単一のアンテナ給電素子でもあり得る）を選択するステップと、（ｃ）アンテナ給電素子のサブセットを作動させることによって、ＲＦエネルギーが対応するプラズマスイッチのサブセットを通過するようにし、残りのアンテナ給電素子を作動停止させることによって、対応する残りのプラズマスイッチを介するＲＦエネルギーを遮蔽して、アンテナが或る特性を有する少なくとも一つのＲＦビームを発生させるようにプラズマスイッチを独立的に動作させるステップと、（ｄ）アンテナ給電素子の異なるサブセットを選択するステップと、（ｅ）ＲＦビームの特性を変更するようにアンテナ給電素子の異なるサブセットに対してステップ（ｃ）を繰り返すステップとを備える。一例では、変更される特性はＲＦビームの指向角であり得る。他の例では、変更される特性はＲＦビームの開口であり得る。更に他の例では、変更される特性はＲＦビームのグループサイズである。
一実施形態では、各プラズマスイッチは或る体積の不活性ガス部（例えば、ネオン、キセノン、アルゴン、又はこれらの組み合わせ）を備え得て、この場合、アンテナ給電素子のサブセットを作動させるようにプラズマスイッチを動作させることは、プラズマスイッチのサブセットの各不活性ガス部に電場を印加しないことによって、ＲＦエネルギーがプラズマスイッチのサブセットを通過するようにし、また、残りのプラズマスイッチの各不活性ガス部に電場を印加して、各不活性ガス部にプラズマ場（例えば、１ｃｍ３当たり１０９個の自由電子よりも高いプラズマ密度を有する）を発生させることによって、残りのプラズマスイッチを介するＲＦエネルギーを遮蔽することを備え得る。
本開示の第六態様によると、焦点面を有する集束素子と、焦点面に位置する複数のアンテナ給電素子と、アンテナ給電素子にそれぞれ付随する複数のプラズマスイッチと、プラズマスイッチを介してアンテナ給電素子に結合された無線周波数（ＲＦ）結合器とを備えるアンテナを用いて、対象物をジオロケートする（対象物の地理位置情報を提供する）方法が提供される。一実施形態では、アンテナ給電素子は円形であるが、代わりに、アンテナ給電素子は矩形でもあり得る。一実施形態では、アンテナは焦点面（その焦点面にアンテナ給電素子が位置する）を有する集束素子（例えば、誘電体レンズ、球形誘電体レンズ等）を更に備える。
本方法は、（ａ）対象物からのＲＦエネルギーを集束素子において受信するステップと、（ｂ）アンテナ給電素子のサブセット（単一のアンテナ給電素子でもあり得る）を選択するステップと、（ｃ）アンテナ給電素子のサブセットを作動させることによって、ＲＦエネルギーがアンテナ給電素子のサブセットからＲＦ結合器に通過するようにし、残りのアンテナ給電素子を作動停止させることによって、残りのアンテナ給電素子からＲＦ結合器に向かうＲＦエネルギーを遮蔽して、集束素子から或る指向角を有するＲＦビームを発生させるようにプラズマスイッチを独立的に動作させるステップと、（ｄ）ＲＦ結合器によって出力されたＲＦエネルギーの信号強度を測定するステップと、（ｅ）アンテナ給電素子の異なるサブセットを選択するステップと、（ｆ）アンテナ給電素子の異なるサブセットに対してステップ（ｃ）～（ｄ）を繰り返すステップと、（ｇ）アンテナ給電素子の選択されたサブセットのうち少なくとも一つに対応する測定信号強度に基づいて対象物をジオロケートするステップとを備える。ステップ（ｅ）及びステップ（ｆ）は、アンテナ給電素子の全ての可能なサブセットが選択されて作動されるまで繰り返され得る。
一実施形態では、対象物をジオロケートすることは、最高の測定信号強度のうち少なくとも一つに対応するアンテナ給電素子の少なくとも一つのサブセットを決定すること、ＲＦビームの指向角をアンテナ給電素子の各サブセットと相関させること、及び、ＲＦビームの相関させた指向角に基づいて対象物をジオロケートすることを備える。最高の測定信号強度に対応するアンテナ給電素子の一つのサブセットのみが決定される場合には、ＲＦビームの指向角はアンテナ給電素子の一つのサブセットのみと相関し得て、ＲＦビームの指向角を対象物の位置として特定することによって、対象物がジオロケートされ得る。最高の測定信号強度に対応するアンテナ給電素子の複数のサブセットが決定される場合には、ＲＦビームの指向角はアンテナ給電素子の複数のサブセットと相関し得て、対応する最高の測定信号強度に基づいてＲＦビームの指向角から補間された指向角を計算し、ＲＦビームの補間された角度を対象物の位置として特定することによって、対象物がジオロケートされ得る。
他の実施形態では、各プラズマスイッチは、或る体積の不活性ガス部（例えば、ネオン、キセノン、アルゴン、又はこれらの組み合わせ）を備え得て、この場合、アンテナ給電素子のサブセットを作動させるようにプラズマスイッチを動作させることは、プラズマスイッチのサブセットの各不活性ガス部に電場を印加しないことによって、ＲＦエネルギーがプラズマスイッチのサブセットを通過するようにし、また、各不活性ガス部にプラズマ場（例えば、１ｃｍ３当たり１０９個の自由電子よりも高いプラズマ密度を有する）を発生させるように残りのプラズマスイッチの各不活性ガス部に電場を印加することによって、残りのプラズマスイッチを介するＲＦエネルギーを遮蔽することを備え得る。
本開示の他の及び更なる態様及び特徴は、本開示を例示するものであって限定するものではない以下の詳細な説明を読むことで明らかとなるものである。
図面は、本開示で示される実施形態の設計及び利用性を示し、同様の要素は共通の参照番号で指称する。本開示の上記及び他の利点及び目的がどのようにして達成されるのかをより良く理解してもらうため、上記で概説した本開示のより具体的な説明を、添付図面に示されている本開示の具体的な実施形態を参照して与える。図面は単に本開示の典型的な実施形態を示すものであって、本開示の範囲を制限するものではないことを理解されたい。添付図面を用いて、本開示をその更なる具体性及び詳細と共に記載及び説明する。
本開示の一実施形態に従って構築された無線周波数（ＲＦ）システムのブロック図である。 図１のＲＦシステムに用いられる再構築可能アンテナの平面図である。 図２の再構築可能アンテナに用いられる球形誘電体レンズの平面図である。 図２の再構築可能アンテナに用いられるアンテナ給電素子の平面図であり、特に、アンテナ給電素子を作動させた一構成を示す。 図２の再構築可能アンテナに用いられるアンテナ給電素子の平面図であり、アンテナ給電素子を作動させた他の構成を示す。 図２の再構築可能アンテナに用いられるアンテナ給電素子の平面図であり、アンテナ給電素子を作動させた更に他の構成を示す。 図２の再構築可能アンテナに用いられるアンテナ給電素子の平面図であり、アンテナ給電素子を作動させたまた他の構成を示す。 図２の再構築可能アンテナに用いられるプラズマスイッチの一実施形態の断面図である。 線６‐６に沿った図５のプラズマスイッチの断面図である。 図２の再構築可能アンテナに用いられるプラズマスイッチの他の実施形態の断面図である。 二つの媒体間の界面で透過及び反射した電磁波の平面図である。 特性を異ならせながらＲＦビームを動的に発生させるように図２の再構築可能アンテナを動作させる一方法を示す流れ図である。 対象物をジオロケートするように図２の再構築可能アンテナを動作させる一方法を示す流れ図である。
以下、図１～図３を参照して、本開示の一実施形態に従って構築された再構築可能アンテナ１０を説明する。従来の方法で、再構築可能アンテナ１０が送受信部品に結合され、その送受信部品は、導波路１４を介して再構築可能アンテナ１０に対してＲＦ信号を送受信する送受信機１２の形状である。再構築可能アンテナ１０、送受信機１２、及び導波路１４は、ＲＦ通信システムやジオロケーションシステム等のＲＦシステムの少なくとも一部を形成する。図示されている実施形態では、再構築可能アンテナ１０は、ビル（例えば、トラッキングステーション）やスペースクラフト（例えば、通信衛星）等の通信プラットフォームの構造体に取り付けられる。
再構築可能アンテナ１０は、ＲＦ集束素子２０を備え、そのＲＦ集束素子２０は、図示されている実施形態では、誘電体レンズ、特に球形誘電体レンズの形状を取っている。他の実施形態では、ＲＦ集束素子２０は、平面レンズ、例えば、両凸レンズ、平凸レンズ、又は屈折率分布（ＧＲＩＮ，ｇｒａｄｉｅｎｔ‐ｉｎｄｅｘ）レンズの形状を取り得る。球形誘電体レンズ２０は、適切な誘電率及び損失正接を有する誘電体、例えば、ポリテトラフルオロエチレンやポリカーボネート等から成る。図３に最も良く示されるように、球形誘電体レンズ２０は、その半球２０ａにわたる均一性の利点を示し、各々特定の方向の到達角度でその半球２０ａに入射するＲＦ平面波３４が、球形誘電体レンズ２０の反対側の半球２０ｂに隣接する球形焦点面３２に沿った対応点３１に予測可能に集束し、逆に、焦点面３２に沿って点３１から放出され反対側の半球２０ｂに入射するＲＦエネルギーが、対応する方向の発射角度におけるＲＦ平面波３４として半球２０ａから予測可能に出射する。以下の説明から明らかになるように、フェーズドアンテナアレイとは対照的に、球形誘電体レンズ２０の使用が、再構築可能アンテナ１０と送受信機１２との間のＲＦ信号のルーティング用の単一の導波路１４の使用を可能にすることによって、ビームステアリングやビーム開口の変更を依然として可能にしながら、より単純なアンテナ設計を与える。
再構築可能アンテナ１０は、スイッチング可能で選択可能なアンテナ給電素子２２のアレイを更に備え、アンテナ給電素子の開口は球形誘電体レンズ２０の焦点面３２の周りの選択された点３１に位置する。図示されている実施形態では、各アンテナ給電素子２２は導波路の形状を取っている。焦点面３２は球形誘電体レンズ２０の表面と一致し得て、アンテナ給電素子２２を球形誘電体レンズ２０の表面に直接結合させ得るが、図示されている実施形態では、焦点面３２が球形誘電体レンズ２０の表面から空間的にずれたものとなり得て、この場合、アンテナ給電素子２２も同様に球形誘電体レンズ２０の表面から空間的にずれたものとなり得て、球形誘電体レンズ２０をアンテナ給電素子２２に対して相対的に動かして、アンテナ給電素子２２の開口を焦点面３２と整列させることができる。
従って、対象物３８ａ（この場合、ＲＦ放射源）から放出されてやって来るＲＦビーム３６ａは、球形誘電体レンズ２０の表面に入射して、アンテナ給電素子２２のうち一つ以上に集束され得る。逆に、アンテナ給電素子２２のうち一つ以上によって放出されたＲＦエネルギーは、出射ＲＦビーム３６ｂとして、球形誘電体レンズ２０の表面から対象物３８ｂに向けられ得る。再構築可能アンテナ１０を受信モードで動作させる場合には、アンテナ給電素子２２を選択的且つ独立的に作動させて、送受信機１２が、対象物３８ａによって放出されたＲＦエネルギーを受信するようにすることができ、また、再構築可能アンテナを送信モードで動作させる場合には、アンテナ給電素子２２を選択的且つ独立的に作動させて、送受信機１２がＲＦエネルギーを対象物３８ｂに送信するようにすることができる。
このため、再構築可能アンテナ１０は、アンテナ給電素子２２にそれぞれ付随しているプラズマスイッチのアレイと、アンテナ給電素子２２に結合され多数のアンテナ給電素子２２と送受信機１２に結合された単一の導波路１４との間でＲＦエネルギーを伝えるように機能するＲＦ結合器２６とを更に備える。図示されている実施形態では、プラズマスイッチ２４は各アンテナ給電素子２２とＲＦ結合器２６との間に便利に配置されているが、代替実施形態では、プラズマスイッチ２４がアンテナ給電素子２２の経路上の任意の箇所に位置し得る。
図示されている実施形態では、再構築可能アンテナ１０は、円偏波ＲＦエネルギー（例えば、左円偏波（ＬＨＣＰ，ｌｅｆｔ ｈａｎｄ ｃｉｒｃｕｌａｒｌｙ ｐｏｌａｒｉｚｅｄ）と右円偏波（ＲＨＣＰ，ｒｉｇｈｔ ｈａｎｄ ｃｉｒｃｕｌａｒｌｙ ｐｏｌａｒｉｚｅｄ）の両方）を送受信するように設計されているが、代替実施形態では、再構築可能アンテナ１０は、直線偏波ＲＦエネルギー（例えば、水平偏波（ＨＰ，ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｌｙ ｐｏｌａｒｉｚｅｄ）と垂直偏波（ＶＰ，ｖｅｒｔｉｃａｌｌｙ ｐｏｌａｒｉｚｅｄ）の両方）を送受信するように設計され得る。図示されている実施形態では、アンテナ給電素子２２とプラズマスイッチ２４とＲＦ結合器２６と導波路１４の断面形状は円形であるが、代替実施形態では、それら断面形状は矩形であり得る。
上記で概説したように、アンテナ給電素子２２はプラズマスイッチ２４を介して選択的に作動され得る。このため、再構築可能アンテナ１０は、プラズマスイッチ２４に電力供給するための電源２８と、以下で詳細に説明するように電源２８から各プラズマスイッチへの電圧印加を選択的に制御することによって各アンテナ給電素子２２を選択的に作動させるようにプラズマスイッチ２４を独立的に動作させるための制御回路３０とを更に備える。任意選択的な実施形態では、アンテナ給電素子２２をオンとオフにするのではなくて、制御回路３０は、電源２８から各プラズマスイッチ２４への電圧印加を選択的に制御することによって、アンテナ給電素子２２を独立的に減衰させ得る。
制御回路３０は、ＲＦビームを動的にステアリングするように電源２８を介してプラズマスイッチ２４を独立的に動作させ得る。図４Ａに示される一例では、制御回路３０は、一度に一つのアンテナ給電素子のみを作動させ次いで作動停止させることによって、ＲＦビームを上空の僅かな部分に向けるようにプラズマスイッチ２４を独立的に動作させ得る。図４Ｂに示される他の例では、制御回路３０は、アンテナ給電素子２２の第一半分のみを作動させる一方でアンテナ給電素子２２の第二半分を作動停止させ、次いでアンテナ給電素子２２の第二半分を作動させる一方でアンテナ給電素子２２の第一半分を作動停止させることによって、上空の半分にＲＦビームを向けるようにプラズマスイッチ２４を独立的に制御し得る。
制御回路３０は、ＲＦビームの開口を動的に変更するようにプラズマスイッチ２４を独立的に動作させるためのものでもあり得る。図４Ｃに示す一例では、制御回路３０は、アンテナ給電素子２２の異なるサイズの楕円形のグループを作動させることによって、ＲＦビームの開口を変更するようにプラズマスイッチ２４を独立的に動作させ得る。また、制御回路３０は、多数のＲＦビーム３６の異なるグループを動的に生じさせるようにプラズマスイッチ２４を独立的に動作させるためのものともなり得る。図４Ｄに示す一例では、制御回路３０は、１５個の対応するアンテナ素子２２を作動させることによって、１５個のＲＦビームを発生させるようにプラズマスイッチ２４を独立的に動作させ得る。
上記説明から、再構築可能アンテナ１０は、対象物３８をジオロケートする（地理位置情報を提供する）のに利用可能であり、具体的な応用に応じては、そのような対象物３８と通信するように利用可能であることが理解可能である。例えば、アンテナ給電素子２２に問い合わせることによって、特に、アンテナ給電素子２２のうち選択されたものを作動及び作動停止させ、対象物３８からのＲＦエネルギーを受信している特定のアンテナ給電素子２２を決定することによって、入射ＲＦビーム３６ａの具体的な到達方向、つまりは、対象物３８の角度位置を突き止めることができる。次いで、対象物３８からのＲＦエネルギーを受信しているアンテナ給電素子２２は、ジオロケートされた対象物３８と通信（ＲＦエネルギーを受信する受信モード又はＲＦエネルギーを送信する送信モードのいずれかで）するように選択可能である。
以下、図５及び図６を参照して、プラズマスイッチ２４の一実施形態を更に詳細に説明する。各プラズマスイッチ２４は、各アンテナ給電素子２の開口とＲＦ結合器２６との間の単一経路中に配置された或る体積の不活性ガス部４０と、不活性ガス部４０に広がる一対の電極４２と、不活性ガス部４０を含む誘電体室４４とを備える。
図示されている実施形態では、不活性ガス部４０はアンテナ給電素子２２の端部とＲＦ結合器２６との間に位置するが、不活性ガス部４０は、必要であれば、アンテナ給電素子２２の中間にも配置可能である。不活性ガス部４０は、電極４２の腐食を最小にするように、例えば、ネオン、キセノン、アルゴン、又はこれらの組み合わせを備え得るが、電極４２が不活性ガス部４０に晒されない場合には、不活性ガス部４０は代わりに空気を備え得る。
図示されている実施形態では、両電極４２は、リング電極であり、各アンテナ給電素子２２の内部キャビティの円周に位置していて、作動時にアンテナ給電素子２２内部を伝播するＲＦ信号の干渉を最小にする。図示されている実施形態では、アンテナ給電素子２２の断面が円形であるため、リング電極４２も同様に円形である。しかしながら、アンテナ給電素子２２の断面が矩形である場合には、リング電極４２は矩形になる。代替実施形態では、電極４２は、作動時にアンテナ給電素子２２を通って伝播するＲＦ信号と顕著に干渉しない他の形状を取り得る。
誘電体室４４は、ＲＦエネルギーに対して実質的に透過性であり不活性ガス部４０を含むことができるあらゆる適切な誘電体（例えば、ガラス）から成り得る。誘電体室４４は、頂部電極４２ａが組み込まれる頂部壁４４ａ（又は層）と、底部電極が組み込まれる底部壁４４ｂ（又は層）とを備える。電極４２は頂部壁及び底部壁４４各々の上又は内部に適切にパターン化され得る。特に、誘電体室４４の頂部壁４４ａ及び底部壁４４ｂはプラズマスイッチ２４のアレイ全体に広がり得て、単一の頂部壁４４ａ及び単一の底部壁４４ｂを用いて、プラズマスイッチ２４のアレイの全ての不活性ガス部４０を含むようになり得る。図７に示されるように、誘電体室４４は、任意選択的に、プラズマスイッチ２４の各不活性ガス部４０を互いに分離する側壁４４ｃを備え得る。
各プラズマスイッチ２４は、各不活性ガス部４０をプラズマに変換することができ、プラズマは、陽イオン及び自由電子から成る電離ガスであり、物質の四つの基本状態の一つである。ガスと同様に、プラズマは特定の形状やボリュームを有さない。しかしながら、ガスとは異なり、プラズマは導電性である。プラズマは、ガスを高温に加熱したり、ガスを強力な電場に晒すことによって、生成可能である。
電源２８は、頂部誘電体壁４４ａ及び底部誘電体壁４４ｂ各々に組み込まれた絶縁ワイヤ（図示せず）を介して各プラズマスイッチ２４の電極４２間に電気的に結合される。制御回路３０の制御下において、電源２８は、各プラズマスイッチ２４の電極４２間に電圧を印加して、各不活性ガス部４０にプラズマ場４８を発生させ、また、電極４２間の電圧の印加を停止して、プラズマ場４８を消すことができる。従って、プラズマスイッチ２４は、各アンテナ給電素子２２内の仮想的な「ドア」のように動作し、活性化したプラズマ場４８が、各アンテナ給電素子２２とＲＦ結合器２６との間でプラズマスイッチ２４を介するＲＦエネルギーを遮蔽する仮想的な壁を発生させ（それによって、アンテナ給電素子２２を作動停止させる）、また、活性化したプラズマ場４８が存在しないと、ＲＦ信号が各アンテナ給電素子２２とＲＦ結合器２６との間でプラズマスイッチ２４をシームレスに通過することを可能にする窓を発生させ（それによって、アンテナ給電素子２２を作動させる）。一部実施形態では、アンテナ給電素子２２内を伝播するＲＦ信号を完全に遮蔽する代わりに、プラズマ場４８が、アンテナ給電素子２２を介してＲＦ結合器２６に向けて伝播するＲＦエネルギーを減衰させ得る。
特に、プラズマは、三つの条件を満たさなければならない三つのパラメータによって定められる。第一に、プラズマは、
Figure 0007066428000001
 で定義されるデバイ長を有し、そのデバイ長を超えると、印加電場が中性化可能であり、ここで、ε０は真空の誘電率であり、ｋはボルツマン定数であり、Ｔｅは電子の温度であり、ｎ０はプラズマ密度であり、ｅは電気素量である。プラズマはλＤ＜＜Ｌであることを要し、ここで、Ｌはプラズマの物理的広がりである。従って、プラズマの物理的広がりは、印加電場を「スクリーニング」することができるように、デバイ長よりも何倍も大きくなければならない。第二に、プラズマは、
Figure 0007066428000002
 で定義されるデバイ長λＤに含まれる電子数であるプラズマパラメータを有する。プラズマはΛ＞＞１であることを要するので、プラズマ中には多数の自由電子が存在する。第三に、プラズマは、
Figure 0007066428000003
 で定義される電子密度の振動数であるプラズマ周波数を有し、ここで、ｍｅは電子の質量である。プラズマはωｐｅτ＞＞１であることを要し、ここで、τは電子の衝突時間であり、プラズマの固有振動がプラズマ周波数において生じることを要する。
一実施形態では、電源２８は、典型的なＲＦ周波数、例えば、９００ＭＨｚ、２．４ＧＨｚ、１３．５６ＧＨｚ等を有するＲＦ電源２８であるが、電源２８は、標準的なネオン管で用いられる典型的な５０Ｈｚ電源の形状を取り得て、更にはＤＣでもあり得る。上述のプラズマ場４８を発生させるための三つの条件に従って所定の室圧において不活性ガス部４０にプラズマ場４８を発生させるように、電源２８によって電極４２に印加される電圧は好ましくは十分に高く、電極４２間の距離は好ましくは十分に近い。
図５に示されるように、各プラズマスイッチ２４の不活性ガス部４０が互いに分離されていない場合には、不活性ガス部４０は好ましくは大気圧に維持されて、各プラズマスイッチ２４の電極４２間の距離は好ましくは隣接するプラズマスイッチ２４間の距離の０．２未満であることによって、一つのプラズマスイッチ２４の活性化した電極４２が隣接するプラズマスイッチ２４の不活性ガス部４０にプラズマ場４８を発生させる確率を最小にし、つまり、不活性ガス部４０にプラズマ場４８を発生させることを、活性化されたプラズマスイッチ２４に局在化させる。他方、図７に示されるように、各プラズマスイッチ２４の不活性ガス部４０が誘電体側壁４４ｃを介して互いに分離されている場合には、不活性ガス部４０にプラズマ場４８を発生させることは、活性化されたプラズマスイッチ２４に自然に局在化され、各プラズマスイッチ２４の電極４２間の距離は、隣接するプラズマスイッチ２４間の距離の０．２超となり得る。更に、不活性ガス部４０は、実質的に大気圧未満の圧力（例えば、０．１から１０Ｔｏｒｒ ｃｍ）に維持され得て、これによって、各電極４２に対する電圧の印加に応答して不活性ガス部４０にそれぞれプラズマ場４８を発生させることを増強する。
プラズマスイッチ２４用のスイッチ時間は、数マイクロ秒から数秒程度であり、プラズマ場４８を活性化させるのに必要な時間に基づく。理論的には、プラズマ場４８は、電源２８が生じさせる周波数に対して定在波を確立するための時間内に活性化され得る。電離に対する典型的な電離率定数は１０－１２ｓ（１０１２Ｈｚ）で、緩和時間は１０－８ｓ（１０８Ｈｚ）又はより高速である。好ましくは、パワーを保つために、電源２８の動作周波数は、プラズマ場４８の緩和時間未満である。
プラズマ場４８は、各アンテナ給電素子２２内を伝播するＲＦ信号に対するプラズマ場４８の所望の遮蔽又は減衰特性が達成されるような有効誘電率εｎを有することが望ましい。特に、図８を参照して、正のｚ軸に沿って伝播する平面波を考え、その電場がｘ方向を向いているものとする。この平面波は二つの媒体（領域１及び領域２）を分離する界面に入射し、各媒体は固有の誘電率ε、透磁率μ、導電率σを有する。領域１をアンテナ給電素子２２内の媒体（例えば、空気）とみなすことができ、一方、領域２をプラズマスイッチ２４内のプラズマ場４８とみなすことができる。領域１と領域２との間の境界条件を満たすため、図５に示されるように、入射波からのエネルギーの一部は界面で反射されなければならない。
透過波及び反射波の振幅を予測する二つのパラメータが展開可能である。一方のパラメータは透過率
Figure 0007066428000004
 として知られていて、他方のパラメータは反射率
Figure 0007066428000005
 として知られていて、ここで、
Figure 0007066428000006
 は、媒体の特性に基づいた波動インピーダンスであり、
Figure 0007066428000007
 によって与えられる。反射率及び透過率には
Figure 0007066428000008
 の関係があり、ここで、
Figure 0007066428000009
 である。界面の全反射については、
Figure 0007066428000010
 であり、
Figure 0007066428000011
 となる。反射無しの場合
Figure 0007066428000012
 には、
Figure 0007066428000013
 となる。
従って、プラズマ場４８は、ＲＦ信号を完全に遮蔽するためには界面において１となる反射率を与えなければならず、ＲＦ信号を減衰させるためには、０よりも大きいが１未満となる反射率を与えなければならない。プラズマには有効誘電率εｎが関連し、これは、
Figure 0007066428000014
 に等しく、ここで、
Figure 0007066428000015
 である。従って、プラズマの有効誘電率εｎは、衝突周波数γ、プラズマ周波数ωｐｅ、及び電子数密度ｎｅによって制御される。特定の信号周波数ｆは臨界電子密度ｎｅｃに対応し、この場合ωｐ＝ωである。プラズマは、プラズマ密度がｎｅ＜ｎｅｃの場合に「アンダーデンス」であり、ｎｅ＞ｎｅｃの場合に「オーバーデンス」である。オーバーデンス媒体は１となる反射率を有するので、ＲＦ信号が完全に遮蔽され、ＲＦ信号はプラズマ場４８を全く透過しない。アンダーデンス媒体でも、入射ＲＦ信号の一部を反射することによってＲＦ信号を減衰させることができる（減衰はプラズマ密度と共に大きくなる）。一般則として、ＲＦ信号の周波数がプラズマ場４８の共振周波数未満の場合には、ＲＦ信号はプラズマスイッチ２４によって遮蔽され、ＲＦ信号の周波数がプラズマ場４８の共振周波数よりも大きい場合には、ＲＦ信号はプラズマスイッチ２４を通過する。
プラズマ場４８のプラズマ密度は、一般的に、各アンテナ給電素子２２を介して伝播するＲＦエネルギーに対するプラズマスイッチ２４の遮蔽又は減衰特性を記述する。例えば、数ＧＨｚの周波数を有するＲＦエネルギーについては、一般則として、１ｃｍ３当たり１０９個の自由電子よりも高いプラズマ密度を有するプラズマ場４８が、プラズマ場４８に入射したＲＦエネルギーを完全に遮蔽し、一方、１ｃｍ３当たり１０７～１０９個の自由電子の範囲内のプラズマ密度を有するプラズマ場４８が、プラズマ場４８に入射したＲＦエネルギーを異なる程度で減衰させる。
本明細書の目的のためには、ＲＦエネルギーの１０パーセント未満がプラズマスイッチ２４を通過する場合に、ＲＦエネルギーが遮蔽されるとするが、好ましくは、ＲＦエネルギーが遮蔽される場合には、ＲＦエネルギーの１パーセント未満がプラズマスイッチ２４を通過する。電源２８によって電極４２に印加される電圧と、電極４２間の距離とは、プラズマスイッチ２４を介して所定の周波数のＲＦエネルギーの所望の遮蔽又は減衰（多様な減衰レベルにおける）を提供するように選択可能である。ＲＦエネルギーを完全に遮蔽するために電源２８によって電極４２に印加される電圧のレベルは、一般的に、ＲＦエネルギーを減衰させるために電源２８によって電極４２に印加される電圧よりも高い。同様に、電源２８によって電極４２に印加される電圧のレベルが高くなるほど、ＲＦエネルギーがより大きく減衰される（完全に遮蔽されないにしても）。減衰については、複数の異なる電圧レベル及び対応する減衰レベルをメモリに記憶し得て、制御回路３０が、アンテナ給電素子２２に対する所望の減衰レベル用に、対応する電圧レベルをメモリから読み出し、そのアンテナ給電素子２２に対応するプラズマスイッチ２４の電極４２に対応する電圧レベルを伝えるように電源２８に命令するようにする。
再構築可能アンテナ１０の配置、構造及び機能について説明してきたが、以下では、図９を参照して、再構築可能アンテナ１０を動作させる一方法１００を説明する。まず、アンテナ１０を送信モード又は受信モードで動作させる（ステップ１０２）。次に、アンテナ給電素子２２のサブセット（部分集合）を選択する（ステップ１０４）。例示される実施形態では、アンテナ給電素子２２のサブセットは制御回路３０によって選択される。アンテナ給電素子２２のサブセットは、例えば、単一のアンテナ給電素子のみを備えたり、複数のアンテナ給電素子を備えたりし得る。次いで、送信モード又は受信モードに従って、球形誘電体レンズ２０とＲＦ結合器２６との間でＲＦエネルギーを伝える（ステップ１０６）。つまり、受信モードでは、対象物３８ａからのＲＦエネルギーを球形誘電体レンズ２０で受信し、また、送信モードでは、球形誘電体レンズ２０から対象物３８ｂにＲＦエネルギーを送信する。
次いで、プラズマスイッチ２４を独立的に動作させて、或る特性（例えば、ＲＦビーム３６の指向角、開口、グループサイズ）を有する少なくとも一つのＲＦビーム３６を発生させる。特に、アンテナ給電素子２２のサブセットを、対応するプラズマスイッチを活性化させないことによって作動させて、ＲＦエネルギーがプラズマスイッチ２４の対応するサブセットを通過するようにして（ステップ１０８）、残りのアンテナ給電素子を、対応するプラズマスイッチ２４を活性化させることによって作動停止させ、対応する残りのプラズマスイッチ２４を介するＲＦエネルギーを遮蔽する（ステップ１１０）。
例示される実施形態では、制御回路３０は、プラズマスイッチ２４のサブセットの電極４２の各対に電圧を印加しないように電源２８に命令することによって、プラズマスイッチ２４のサブセットを作動させる。結果として、プラズマスイッチ２４のサブセットの各不活性ガス部４０には電場が印加されないので、不活性ガス部４０にプラズマ場４６を発生させず、ＲＦエネルギーがプラズマスイッチ２４のサブセットを通過するようにする。対照的に、制御回路３０は、残りのプラズマスイッチ２４の電極４２の各対に電圧を印加するように電源２８に命令することによって、残りのプラズマスイッチ２４を活動停止させる。結果として、残りのプラズマスイッチ２４の各不活性ガス部４０に電場が印加されるので、不活性ガス部４０にプラズマ場４６が発生して、残りのプラズマスイッチ２４を介するＲＦエネルギーを遮蔽する。
次に、アンテナ給電素子２２の異なるサブセットを選択し（ステップ１１２）、再びステップ１０８及びステップ１１０においてプラズマスイッチ２４を独立的に動作させて、ＲＦビーム３６の特性を変更する。ステップ１０８及びステップ１１０を繰り返して、所望の回数だけＲＦビーム３６の特性を連続的に変更することができる。
以下、図１０を参照して、対象物３８ａをジオロケートする（地理位置情報を与える）ように再構築可能アンテナ１０を動作させる他の方法２００を説明する。まず、アンテナ１０を受信モードで動作させる（ステップ２０２）。次に、アンテナ給電素子２２のサブセットを選択する（ステップ２０４）。例示される実施形態では、アンテナ給電素子２２のサブセットは制御回路３０によって選択される。対象物３８ａの詳細なジオロケーション（地理位置情報）のため、好ましくは、アンテナ給電素子２２のサブセットは単一のアンテナ給電素子のみを含むが（例えば、対象物３８ａが上空の非常に小さな領域に位置する場合）、代替実施形態では、アンテナ給電素子２２のサブセットは複数のアンテナ給電素子を備え得る（例えば、対象物３８ａが上空の大きな領域に位置する場合）。次いで、対象物３８ａからのＲＦエネルギーを球形誘電体レンズ２０において受信する（ステップ２０６）。
次いで、プラズマスイッチ２４を独立的に動作させて、集束素子２０から或る指向角を有するＲＦビーム３６ａを発生させる。特に、アンテナ給電素子のサブセットを、対応するプラズマスイッチ２４を活性化させないことによって作動させて、ＲＦエネルギーがアンテナ給電素子２２のサブセットからＲＦ結合器２６に通過するようにして（ステップ２０８）、残りのアンテナ給電素子を、対応するプラズマスイッチ２４を活性化させることによって作動停止させて、アンテナ給電素子２２からＲＦ結合器２６に向かうＲＦエネルギーを遮蔽する（ステップ２１０）。
例示される実施形態では、制御回路３０は、プラズマスイッチ２４のサブセットの電極４２の各対に電圧を印加しないように電源２８に命令することによって、プラズマスイッチ２４のサブセットを作動させる。結果として、プラズマスイッチ２４のサブセットの各不活性ガス部４０に電場が印加されないので、不活性ガス部４０にプラズマ場４６は発生せず、ＲＦエネルギーがプラズマスイッチ２４のサブセットを通過する。対照的に、制御回路３０は、残りのプラズマスイッチ２４の電極４２の各対に電圧を印加するように電源２８に命令することによって、残りのプラズマスイッチ２４を作動停止させる。結果として、残りのプラズマスイッチ２４の各不活性ガス部４０に電場が印加されるので、不活性ガス部４０にプラズマ場４６が発生して、残りのプラズマスイッチ２４を介するＲＦエネルギーを遮蔽する。
次に、ＲＦ結合器２６によって出力されたＲＦエネルギーの信号強度を、例えば送受信機１２によって測定する（ステップ２１２）。次いで、アンテナ給電素子２２の全ての可能なサブセットが作動用に選択されたか否かを決定する（ステップ２１４）。選択されていなければ、アンテナ給電素子２２の異なるサブセットを選択し（ステップ２１６）、再びステップ２０８及び２１０においてプラズマスイッチ２４を独立的に動作させて、ＲＦビーム３６ａの指向角を変更して、ＲＦ結合器２６によって出力されたＲＦエネルギーをステップ２１２で測定する。
ステップ２１４においてアンテナ給電素子２２の全ての可能なサブセットが作動用に選択されたと決定されると、アンテナ給電素子２２の選択されたサブセットのうち少なくとも一つに対応する測定信号強度に基づいて、例えば制御回路３０によって、対象物３８ａがジオロケートされる。特に、最高の測定信号強度のうち少なくとも一つに対応するアンテナ給電素子２２の少なくとも一つのサブセットが決定され（ステップ２１８）、ＲＦビーム３６ａの指向角をアンテナ給電素子２２の各サブセットと相関させて（ステップ２２０）、ＲＦビーム３６ａの相関させた指向角に基づいて、対象物３８ａをジオロケートする。相関は、例えば、アンテナ給電素子２２の各サブセットに対応する指向角をメモリに記憶し、最高の測定信号強度に対応するアンテナ給電素子２２のサブセットに対応する指向角を読み出すことによって行われ得る。
一実施形態では、最高の測定信号強度に対応するアンテナ給電素子２２の一つのサブセットのみを決定し、この場合、ＲＦビーム３６ａの指向角はアンテナ給電素子２２のこのサブセットのみに相関可能であり、ＲＦビーム３６ａの指向角を対象物３８ａの位置として特定することによって、対象物３８ａをジオロケートする。他の実施形態では、最高の測定信号強度に対応するアンテナ給電素子２２の複数のサブセットを決定し、この場合、ＲＦビーム３６ａの指向角をアンテナ給電素子２２の複数のサブセットと相関させ、対応する最高の測定信号強度に基づいてＲＦビーム３６ａの指向角から補間された指向角を計算し、ＲＦビーム３６ａの補間された角度を対象物３８ａの位置として特定することによって、対象物３８ａをジオロケートする。例えば、アンテナ給電素子２２の複数のサブセットに対応する測定信号強度に応じて指向角を重み付けし、次いで平均化して、補間された指向角を得ることができる。
更に、本開示は、以下の項に係る実施形態を有する。
項１
複数のアンテナ給電素子と、
アンテナ給電素子にそれぞれ付随する複数のプラズマスイッチと、
アンテナ給電素子を選択的に作動及び作動停止させるようにプラズマスイッチを独立的に動作させるための制御回路とを備える再構築可能アンテナ。
項２
アンテナ給電素子が位置する焦点面を有する集束素子を更に備える項１に記載の再構築可能アンテナ。
項３
集束素子が誘電体レンズである、項２に記載の再構築可能アンテナ。
項４
誘電体レンズが球形誘電体レンズである、項３に記載の再構築可能アンテナ。
項５
各アンテナ給電素子が導波路を備える、項１に記載の再構築可能アンテナ。
項６
制御回路が、アンテナ給電素子を減衰させるようにプラズマスイッチを独立的に動作させるためのものである、項１に記載の再構築可能アンテナ。
項７
各プラズマスイッチを介してアンテナ給電素子に結合された無線周波数（ＲＦ）結合器を更に備える項１に記載の再構築可能アンテナ。
項８
各プラズマスイッチが、
或る体積の不活性ガス部と、
各不活性ガス部に広がる電極対とを備える、項１に記載の再構築可能アンテナ。
項９
電極のうち少なくとも一つがリング電極である、項８に記載の再構築可能アンテナ。
項１０
不活性ガス部を含む誘電体室を更に備える項８に記載の再構築可能アンテナ。
項１１
誘電体室が、各不活性ガス部を互いに分離する側壁を備える、項１０に記載の再構築可能アンテナ。
項１２
誘電体室が大気圧未満の圧力で不活性ガス部を含む、項１１に記載の再構築可能アンテナ。
項１３
誘電体室が、各プラズマスイッチの電極対のうち第一電極が組み込まれている頂部誘電体壁と、各プラズマスイッチの電極対のうち第二電極が組み込まれている底部誘電体壁とを備える、項１０に記載の再構築可能アンテナ。
項１４
不活性ガスがネオン、キセノン、アルゴン、又はこれらの組み合わせである、項８に記載の再構築可能アンテナ。
項１５
各不活性ガス部にプラズマ場を発生させるのに十分な電圧を各プラズマスイッチの電極対に印加するための電源を更に備える項８に記載の再構築可能アンテナ。
項１６
プラズマ場が１ｃｍ３当たり１０９個の自由電子よりも高いプラズマ密度を有する、項１５に記載の再構築可能アンテナ。
項１７
制御回路が、各アンテナ給電素子を選択的にオン又はオフにするように電源から各プラズマスイッチに電圧を印加することを選択的に制御するためのものである、項１５に記載の再構築可能アンテナ。
項１８
制御回路が、ＲＦビームを動的にステアリングするようにプラズマスイッチを独立的に動作させるためのものである、項１に記載の再構築可能アンテナ。
項１９
制御回路が、一度に一つのアンテナ給電素子を選択的に作動させ次いで作動停止させるようにプラズマスイッチを独立的に動作させるためのものである、項１８に記載の再構築可能アンテナ。
項２０
制御回路が、アンテナ給電素子を半分ずつ交互に作動させ次いで作動停止させるようにプラズマスイッチを独立的に動作させるためのものである、項１８に記載の再構築可能アンテナ。
項２１
制御回路が、ビームの開口を動的に変更するようにプラズマスイッチを独立的に動作させるためのものである、項１に記載の再構築可能アンテナ。
項２２
制御回路が、異なるグループサイズのアンテナ給電素子を作動させて次いで作動停止させるようにプラズマスイッチを独立的に動作させるためのものである、項１に記載の再構築可能アンテナ。
項２３
各アンテナ給電素子が円形である、項１に記載の再構築可能アンテナ。
項２４
項１に記載の再構築可能アンテナと、
各プラズマスイッチを介してアンテナ給電素子に結合された送受信部品とを備える無線周波数（ＲＦ）システム。
項２５
少なくとも一つのアンテナ給電素子と、
少なくとも一つのアンテナ給電素子にそれぞれ付随する少なくとも一つのプラズマスイッチであって、少なくとも一つのプラズマスイッチの各々が或る体積の不活性ガス部と、各不活性ガス部に広がる電極対とを備える、少なくとも一つのプラズマスイッチと、
各不活性ガス部にプラズマ場を発生させるのに十分な電圧を少なくとも一つのプラズマスイッチの各々の電極対に印加するための電源とを備えるアンテナ。
項２６
アンテナ給電素子が位置する焦点面を有する集束素子を更に備える項２５に記載のアンテナ。
項２７
集束素子が誘電体レンズである、項２６に記載のアンテナ。
項２８
誘電体レンズが球形誘電体レンズである、項２７に記載のアンテナ。
項２９
少なくとも一つのアンテナ給電素子の各々が、各プラズマスイッチが付随する導波路を備える、項２５に記載のアンテナ。
項３０
プラズマ場が各アンテナ給電素子を作動停止させることができる、項２５に記載のアンテナ。
項３１
プラズマ場が各アンテナ給電素子を減衰させることができる、項２５に記載のアンテナ。
項３２
電極のうち少なくとも一つがリング電極である、項２５に記載のアンテナ。
項３３
少なくとも一つのアンテナ給電素子が複数のアンテナ給電素子を備え、少なくとも一つのプラズマスイッチが複数のプラズマスイッチを備える、項２５に記載のアンテナ。
項３４
アンテナ給電素子に結合された無線周波数（ＲＦ）結合器を更に備える項３３に記載のアンテナ。
項３５
不活性ガス部を含む誘電体室を更に備える項３３に記載のアンテナ。
項３６
誘電体室が、各不活性ガス部を互いに分離する側壁を備える、項３５に記載のアンテナ。
項３７
誘電体室が、大気圧未満の圧力で不活性ガス部を含む、項３５に記載のアンテナ。
項３８
誘電体室が、各プラズマスイッチの電極対のうち第一電極が組み込まれている頂部誘電体壁と、各プラズマスイッチの電極対のうち第二電極が組み込まれている底部誘電体壁とを備える、項３５に記載のアンテナ。
項３９
不活性ガスがネオン、キセノン、アルゴン、又はこれらの組み合わせである、項２５に記載のアンテナ。
項４０
プラズマ場が、１ｃｍ３当たり１０９個の自由電子よりも高いプラズマ密度を有する、項２５に記載のアンテナ。
項４１
プラズマ場が、１ｃｍ３当たり１０７～１０９個の自由電子のプラズマ密度を有する、項２５に記載のアンテナ。
項４２
少なくとも一つのアンテナ給電素子の各々が円形である、項２５に記載のアンテナ。
項４３
項２５に記載のアンテナと、
少なくとも一つのプラズマスイッチを介して少なくとも一つのアンテナ給電素子に結合された送受信部品とを備える無線周波数（ＲＦ）システム。
項４４
少なくとも一つのアンテナ給電素子と、
少なくとも一つのアンテナ給電素子にそれぞれ付随している少なくとも一つのプラズマスイッチと、
少なくとも一つのアンテナ給電素子の各々を減衰させるように少なくとも一つのプラズマスイッチの各々を動作させるための制御回路とを備えるアンテナ。
項４５
少なくとも一つのアンテナ給電素子が位置する焦点面を有する集束素子を更に備える項４４に記載のアンテナ。
項４６
集束素子が誘電体レンズである、項４５に記載のアンテナ。
項４７
誘電体レンズが球形誘電体レンズである、項４６に記載のアンテナ。
項４８
少なくとも一つのアンテナ給電素子の各々が導波路を備える、項４４に記載のアンテナ。
項４９
少なくとも一つのアンテナ給電素子が複数のアンテナ給電素子を備え、少なくとも一つのプラズマスイッチが複数のプラズマスイッチを備える、項４４に記載のアンテナ。
項５０
各プラズマスイッチを介してアンテナ給電素子に結合された無線周波数（ＲＦ）結合器を更に備える項４９に記載のアンテナ。
項５１
少なくとも一つのプラズマスイッチの各々が、
或る体積の不活性ガス部と、
各不活性ガス部に広がる電極対とを備える、項４４に記載のアンテナ。
項５２
電極のうち少なくとも一つがリング電極である、項５１に記載のアンテナ。
項５３
少なくとも一つのプラズマスイッチの不活性ガス部を含む誘電体室を更に備える項５１に記載のアンテナ。
項５４
少なくとも一つのアンテナ給電素子が複数のアンテナ給電素子を備え、少なくとも一つのプラズマスイッチが複数のプラズマスイッチを備え、誘電体室が各不活性ガス部を互いに分離する側壁を備える、項５３に記載のアンテナ。
項５５
誘電体室が、大気圧未満の圧力で少なくとも一つのプラズマスイッチの不活性ガス部を含む、項５３に記載のアンテナ。
項５６
誘電体室が、少なくとも一つのプラズマスイッチの各々の電極対のうち第一電極が組み込まれている頂部誘電体壁と、少なくとも一つのプラズマスイッチの各々の電極対のうち第二極が組み込まれている底部誘電体壁とを備える、項５３に記載のアンテナ。
項５７
不活性ガスがネオン、キセノン、アルゴン、又はこれらの組み合わせである、項５１に記載のアンテナ。
項５８
各不活性ガス部にプラズマ場を発生させるのに十分な電圧を少なくとも一つのプラズマスイッチの各々の電極対に印加するための電源を更に備える項５１に記載のアンテナ。
項５９
プラズマ場が、１ｃｍ３当たり１０７～１０９個の自由電子のプラズマ密度を有する、項５８に記載のアンテナ。
項６０
少なくとも一つのアンテナ給電素子の各々が円形である、項４４に記載のアンテナ。
項６１
項４４に記載のアンテナと、
各プラズマスイッチを介してアンテナ給電素子に結合された送受信部品とを備える無線周波数（ＲＦ）システム。
項６２
焦点面を有する集束素子と、焦点面に位置する複数のアンテナ給電素子と、アンテナ給電素子にそれぞれ付随する複数のプラズマスイッチと、プラズマスイッチを介してアンテナ給電素子に結合された無線周波数（ＲＦ）結合器とを備えるアンテナを動作させる方法であって、
（ａ）集束素子とＲＦ結合器との間でＲＦエネルギーを伝えるステップと、
（ｂ）アンテナ給電素子のサブセットを選択するステップと、
（ｃ）アンテナ給電素子のサブセットを作動させることによって、ＲＦエネルギーがプラズマスイッチの対応するサブセットを通過するようにし、残りのアンテナ給電素子を作動停止させることによって、対応する残りのプラズマスイッチを介するＲＦエネルギーを遮蔽して、アンテナが或る特性を有する少なくとも一つのＲＦビームを発生させるようにプラズマスイッチを独立的に動作させるステップと、
（ｄ）アンテナ給電素子の異なるサブセットを選択するステップと、
（ｅ）少なくとも一つのＲＦビームの特性を変更するようにアンテナ給電素子の異なるサブセットに対してステップ（ｃ）を繰り返すステップとを備える方法。
項６３
アンテナ給電素子のサブセットが単一のアンテナ給電素子を備える、項６２に記載の方法。
項６４
少なくとも一つのＲＦビームの特性が、少なくとも一つのＲＦビームの指向角である、項６２に記載の方法。
項６５
少なくとも一つのＲＦビームの特性が、少なくとも一つのＲＦビームの開口である、項６２に記載の方法。
項６６
少なくとも一つのＲＦビームの特性が、少なくとも一つのＲＦビームのグループサイズである、項６２に記載の方法。
項６７
前記集束素子が誘電体レンズである、項６２に記載の方法。
項６８
誘電体レンズが球形誘電体レンズである、項６７に記載の方法。
項６９
各アンテナ給電素子が、各プラズマスイッチが付随する導波路を備える、項６２に記載の方法。
項７０
各プラズマスイッチが或る体積の不活性ガス部を備え、アンテナ給電素子のサブセットを作動させるようにプラズマスイッチを動作させることが、プラズマスイッチのサブセットの各不活性ガス部に電場を印加しないことによって、ＲＦエネルギーがプラズマスイッチのサブセットを通過するようにすることと、残りのプラズマスイッチの各不活性ガス部に電場を印加して、各不活性ガス部に各プラズマ場を発生させることによって、残りのプラズマスイッチを介するＲＦエネルギーを遮蔽することとを備える、項６２に記載の方法。
項７１
不活性ガスがネオン、キセノン、アルゴン、又はこれらの組み合わせである、項７０に記載の方法。
項７２
各プラズマ場が、１ｃｍ３当たり１０９個の自由電子よりも高いプラズマ密度を有する、項７０に記載の方法。
項７３
焦点面を有する集束素子と、焦点面に位置する複数のアンテナ給電素子と、アンテナ給電素子にそれぞれ付随する複数のプラズマスイッチと、プラズマスイッチを介してアンテナ給電素子に結合された無線周波数（ＲＦ）結合器とを備えるアンテナを用いて対象物をジオロケートする方法であって、
（ａ）対象物からのＲＦエネルギーを集束素子において受信するステップと、
（ｂ）アンテナ給電素子のサブセットを選択するステップと、
（ｃ）アンテナ給電素子のサブセットを作動させることによって、ＲＦエネルギーがアンテナ給電素子のサブセットからＲＦ結合器に通過するようにし、残りのアンテナ給電素子を作動停止させることによって、残りのアンテナ給電素子からＲＦ結合器に向かうＲＦエネルギーを遮蔽して、集束素子から或る指向角を有するＲＦビームを発生させるようにプラズマスイッチを独立的に動作させるステップと、
（ｄ）ＲＦ結合器によって出力されたＲＦエネルギーの信号強度を測定するステップと、
（ｅ）アンテナ給電素子の異なるサブセットを選択するステップと、
（ｆ）アンテナサブセットの異なるサブセットに対してステップ（ｃ）～（ｄ）を繰り返すステップと、
（ｇ）アンテナ給電素子の選択されたサブセットのうち少なくとも一つに対応する測定信号強度に基づいて対象物をジオロケートするステップとを備える方法。
項７４
対象物をジオロケートすることが、最高の測定信号強度のうち少なくとも一つに対応するアンテナ給電素子の少なくとも一つのサブセットを決定すること、ＲＦビームの指向角をアンテナ給電素子の少なくとも一つのサブセットの各々と相関させること、及び、ＲＦビームの少なくとも一つの相関させた指向角に基づいて対象物をジオロケートすることを備える、項７３に記載の方法。
項７５
最高の測定信号強度に対応するアンテナ給電素子の一つのサブセットのみを決定し、ＲＦビームの指向角をアンテナ給電素子の一つのサブセットのみと相関させ、ＲＦビームの指向角を対象物の位置として特定することによって、対象物がジオロケートされる、項７４に記載の方法。
項７６
最高の測定信号強度に対応するアンテナ給電素子の複数のサブセットを決定し、ＲＦビームの指向角をアンテナ給電素子の複数のサブセットと相関させ、対応する最高の測定信号強度に基づいてＲＦビームの指向角から補間された指向角を計算し、ＲＦビームの補間された角度を対象物の位置として特定することによって、対象物がジオロケートされる、項７４に記載の方法。
項７７
ステップ（ｅ）及びステップ（ｆ）が、アンテナ給電素子の全ての可能なサブセットが選択され作動されるまで繰り返される、項７３に記載の方法。
項７８
アンテナ給電素子のサブセットが単一のアンテナ給電素子を備える、項７３に記載の方法。
項７９
集束素子が誘電体レンズである、項７３に記載の方法。
項８０
誘電体レンズが球形誘電体レンズである、項７９に記載の方法。
項８１
各アンテナ給電素子が、各プラズマスイッチが付随する導波路を備える、項７３に記載の方法。
項８２
各プラズマスイッチが或る体積の不活性ガス部を備え、アンテナ給電素子のサブセットを作動させるようにプラズマスイッチを動作させることが、プラズマスイッチのサブセットの各不活性ガス部に電場を印加しないことによって、ＲＦエネルギーをプラズマスイッチのサブセットを通過するようにし、残りのプラズマスイッチの各不活性ガス部に電場を印加して、各不活性ガス部にプラズマ場を発生させることによって、残りのプラズマスイッチを介するＲＦエネルギーを遮蔽することを備える、項７３に記載の方法。
項８３
不活性ガスがネオン、キセノン、アルゴン、又はこれらの組み合わせである、項８２に記載の方法。
項８４
各プラズマ場が、１ｃｍ３当たり１０９個の自由電子よりも高いプラズマ密度を有する、項８２に記載の方法。
特定の例示的な実施形態及び方法について本願で開示してきたが、そのような実施形態及び方法の変更及び修正を本開示の技術の要旨及び範囲から逸脱せずに行い得ることは上記開示から当業者には明らかである。本開示の技術には多数の他の例が存在するが、各例は細部の事項のみが互いに異なるものである。従って、本開示の技術は、添付の特許請求の範囲及び適用される法律の規則及び原理によって要求される限りにおいてのみ限定されるものである。
１０ 再構築可能アンテナ
１２ 送受信機
１４ 導波路
２０ 集束素子
２２ アンテナ給電素子
２４ プラズマスイッチ
２６ 無線周波数（ＲＦ）結合器
２８ 電源
３０ 制御回路

Claims (15)

  1. 無線周波数エネルギーを受信するための複数のアンテナ給電素子と、
    前記アンテナ給電素子にそれぞれ付随する複数のプラズマスイッチと、
    前記アンテナ給電素子を選択的に作動及び作動停止させるように前記プラズマスイッチを独立的に動作させるための制御回路とを備え、
    前記プラズマスイッチが、プラズマ場を発生させて前記無線周波数エネルギーを遮蔽することによって前記アンテナ給電素子を作動停止させ、前記プラズマ場を発生させず前記無線周波数エネルギーを通過させることによって前記アンテナ給電素子を作動させるように構成されている、再構築可能アンテナ。
  2. 前記アンテナ給電素子が位置する焦点面を有する集束素子を更に備える請求項１に記載の再構築可能アンテナ。
  3. 前記集束素子が誘電体レンズである、請求項２に記載の再構築可能アンテナ。
  4. 前記誘電体レンズが球形誘電体レンズである、請求項３に記載の再構築可能アンテナ。
  5. 前記制御回路が、前記アンテナ給電素子を減衰させるように前記プラズマスイッチを独立的に動作させるためのものである、請求項１に記載の再構築可能アンテナ。
  6. 各プラズマスイッチを介して前記アンテナ給電素子に結合された無線周波数結合器を更に備える請求項１に記載の再構築可能アンテナ。
  7. 各プラズマスイッチが、
    不活性ガス部と、
    各不活性ガス部に広がる電極対とを備える、請求項１に記載の再構築可能アンテナ。
  8. 各不活性ガス部にプラズマ場を発生させるのに十分な電圧を各プラズマスイッチの電極対に印加するための電源を更に備える請求項７に記載の再構築可能アンテナ。
  9. 前記制御回路が、各アンテナ給電素子を選択的にオン又はオフにするように前記電源から各プラズマスイッチに電圧を印加することを選択的に制御するためのものである、請求項８に記載の再構築可能アンテナ。
  10. 前記制御回路が、無線周波数ビームを動的にステアリングするように前記プラズマスイッチを独立的に動作させるためのものである、請求項１に記載の再構築可能アンテナ。
  11. 前記制御回路が、一度に一つのアンテナ給電素子を選択的に作動させて次いで作動停止させるように前記プラズマスイッチを独立的に動作させるためのものである、請求項１０に記載の再構築可能アンテナ。
  12. 焦点面を有する集束素子と、前記焦点面に位置する複数のアンテナ給電素子と、前記アンテナ給電素子にそれぞれ付随する複数のプラズマスイッチと、前記プラズマスイッチを介して前記アンテナ給電素子に結合された無線周波数結合器とを備えるアンテナを動作させる方法であって、
    （ａ）前記集束素子と前記無線周波数結合器との間で無線周波数エネルギーを伝えるステップと、
    （ｂ）前記アンテナ給電素子のサブセットを選択するステップと、
    （ｃ）前記アンテナ給電素子のサブセットを作動させることによって、無線周波数エネルギーが前記プラズマスイッチのサブセットを通過するようにし、残りのアンテナ給電素子を作動停止させることによって、前記残りのアンテナ給電素子を介する無線周波数エネルギーを遮蔽して、前記アンテナが特性を有する少なくとも一つの無線周波数ビームを発生させるように前記プラズマスイッチを独立的に動作させるステップと、
    （ｄ）前記アンテナ給電素子の異なるサブセットを選択するステップと、
    （ｅ）前記少なくとも一つの無線周波数ビームの特性を変更するように前記アンテナ給電素子の異なるサブセットに対してステップ（ｃ）を繰り返すステップとを備え、
    前記プラズマスイッチが、プラズマ場を発生させて前記無線周波数エネルギーを遮蔽することによって前記アンテナ給電素子を作動停止させ、前記プラズマ場を発生させず前記無線周波数エネルギーを通過させることによって前記アンテナ給電素子を作動させるように構成されている、方法。
  13. 前記少なくとも一つの無線周波数ビームの特性が、前記少なくとも一つの無線周波数ビームの指向角である、請求項１２に記載の方法。
  14. 前記少なくとも一つの無線周波数ビームの特性が、前記少なくとも一つの無線周波数ビーム用のアンテナ開口面である、請求項１２に記載の方法。
  15. 前記少なくとも一つの無線周波数ビームの特性が、前記少なくとも一つの無線周波数ビーム用に作動させる前記アンテナ給電素子の個数である、請求項１２に記載の方法。
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