TW202308229A

TW202308229A - 具有雙束能力之混合式中心饋入側邊饋入超材料表面天線

Info

Publication number: TW202308229A
Application number: TW111112544A
Authority: TW
Inventors: 哈米德雷扎恰拉比; 默森撒爵格
Original assignee: 美商凱米塔公司
Priority date: 2021-03-31
Filing date: 2022-03-31
Publication date: 2023-02-16
Also published as: IL307297A; WO2022212661A1; US20220328965A1; KR20230164015A; JP2024512974A; EP4315510A1

Abstract

本發明揭示一種用於具有一混合式饋入方法之天線及其使用方法。在一些實施例中，具有雙束能力之該超材料表面天線由來自一中心饋入波導結構及一側邊饋入波導結構之饋入波饋入。在一些實施例中，該天線包括射頻(RF)輻射天線元件之一陣列且可操作以回應於同時與兩個傳播波相互作用而同時產生兩個波束；及耦合以將該兩個波饋入至RF輻射天線元件之該陣列之一饋入結構，該饋入結構在該RF輻射天線元件下方具有一第一波導，其中該兩個波以相反方向傳播。

Description

具有雙束能力之混合式中心饋入側邊饋入超材料表面天線

本發明之實施例關於無線通訊；更具體而言，本發明之實施例關於用於無線通訊之天線，該天線使用多個饋入結構之一混合提供用於與射頻(RF)輻射天線元件相互作用之饋入波。

超材料表面天線最近已作為一新技術出現，用於自一輕質、低成本及平面實體平臺產生定向波束。此等超材料表面天線最近已用於數個應用，諸如，例如衛星通信。

超材料表面天線可包括超材料天線元件，該超材料天線元件可選擇性地耦合來自一饋入波之能量，以產生可被控制用於通信之波束。此等天線能夠自一不貴且易於製造之硬體平臺實現與相位陣列天線相當之效能。

一些之前呈現之天線結構已展示可同時產生多個波束。然而，為了同時連接至不同衛星，增加具有類似頻寬及方向性之波束之數量係以犧牲一所需額外面積涵蓋面為代價的。換言之，只要天線之涵蓋面之大小增加，波束之數量可增加。

一種用於具有一混合式饋入方法之天線及其使用方法。在一些實施例中，具有雙束能力之該超材料表面天線由來自一中心饋入波導結構及一側邊饋入波導結構之饋入波饋入。在一些實施例中，該天線包括射頻(RF)輻射天線元件之一陣列且可操作以回應於同時與兩個傳播波相互作用而同時產生兩個波束；及耦合以將該兩個波饋入至RF輻射天線元件之該陣列之一饋入結構，該饋入結構在該RF輻射天線元件下方具有一第一波導，其中該兩個波以相反方向傳播。

相關申請案

本申請案係2021年3月31日申請美國臨時專利申請案第63/168,923號之一非臨時性申請案，且主張該案之權益，且標題為「HYBRID CENTERFED EDGEFED METASURFACE ANTENNA WITH DUAL-BEAM CAPABILITIES」，該案之內容以引用方式併入本文中。

在下面描述中，闡述眾多細節，以提供本發明之一更全面解釋。然而，對於習知技術者而言，應明白，本發明可在沒有此等具體細節之情況下實施。在其他例示中，以方塊圖形式而非詳細地展示習知結構及裝置，以避免混淆本發明。

揭示一種具有一混合式饋入之天線及其使用方法。在一些實施例中，天線由來自一饋入結構之饋入波饋入，該饋入結構將一中心饋入波導結構與一側邊饋入波導結構相組合。在一些實施例中，饋入波係徑向饋入波。在一些實施例中，天線孔徑係一漏波天線之部分且具有次波長輻射槽。在一些實施例中，天線包括具有輻射射頻(RF)能量之複數個超材料天線元件之一超材料表面。此等天線元件可為表面散射超材料天線元件。此等天線元件之實例包含液晶(LC)調諧表面散射超材料天線元件、基於變容器超材料天線元件，其中一或多個變容器二極體用於調諧輻射槽天線元件等。

本文揭示之實施例包含具有雙波束能力之一超材料表面天線，包含在兩個不同且並行波束上同時接收及發射之能力。兩個波束可通信地耦合至兩個不同衛星。

在一些實施例中，天線包括一輻射超材料表面及一饋入裝置，該饋入裝置可同時饋入超材料表面，以相反方向行進兩個波。下文將更詳細地討論具有超材料天線元件(例如，表面散射射頻(RF)輻射超材料天線元件等)之此等超材料表面裝置之實例。此等兩個波將激勵位於徑向波導頂部上之天線元件。歸因於傳入及傳出徑向波之常態性，可調諧天線元件，使得各波將產生具有指向一不同目標之不同波束之一波束。此設計之一個優點係，其可在兩個通道之間給予一非常好的隔離級別，同時保持各波束之方向性及頻寬級別。

在一些實施例中，具有同時產生雙波束之能力之超材料表面天線由來自一中心饋入波導結構及一側邊饋入波導結構之饋入波饋入。因此，饋入係一混合式架構，其整合「中心饋入」及「側邊饋入」饋入機制兩者。在一些實施例中，兩個整合饋入機制傳播徑向波，其中一個饋入朝一波導之中心移動，且另一饋入朝波導之側邊移動。兩個波與位於饋入結構頂部上之超材料表面相互作用，且其等產生兩個具有可選方向及偏振之波束。

在一些實施例中，兩個波束在其等指向角度上彼此獨立，使得兩個波束彼此獨立，天線之實施例可經組態以同時向兩個衛星發送及接收資料，而不丟失方向性或頻寬。在一些實施例中，控制兩個波束之產生，使得波束可具有偏振之任意組合及/或兩個波束可具有操作之帶內之任意頻率組合。此導致使用相同孔徑及天線元件用於產生兩個方向可控之波束，且由兩個輸入饋入激發偏振。在一些實施例中，天線同時接收兩個波束，且將其等導引至天線背面處之兩個單獨連接埠，彼此之間干擾最小。

此外，在一些實施例中，天線不需要任何額外面積涵蓋面或天線元件用於建立額外波束，藉此產生更小大小且建立兩個並行波束所需之硬體。即，本文描述之天線設計達成在任意方向上與兩個衛星同時雙向連接，而不需要增加孔徑大小或犧牲孔徑效率或頻寬。

圖1繪示一天線之一些實施例之一側剖面圖。天線可建立具有可組態波束方向及/或偏振之兩個同時波束，使得可產生具有任何期望方向及偏振之波束。兩個波束由天線使用注入天線之一饋入結構之兩個饋入波產生，該饋入結構與天線之RF輻射天線元件相互作用。兩個注入饋入波在饋入結構之至少一個波導中以相反方向傳播，該波導位於天線元件(其位於饋入結構之頂部)下方且與天線元件相互作用，以產生具有可調節方向及偏振之兩個波束。

參考圖1，具有天線元件120之超材料表面101耦合至一饋入結構100且位於其頂部。如本文所討論，在一些實施例中，天線元件120可包括例如次波長輻射槽、RF能量輻射天線元件(例如，表面散射超材料(例如，基於液晶(LC)之天線元件、基於變容器之超材料天線元件等))等。

在一些實施例中，饋入結構100包括三層波導。此三層在本文中稱為導件1-3，係波導102及103之部分。饋入結構100亦包括定向耦合器104及在天線背面上之連接埠105及106。波導102耦合至超材料表面101且在其下方。波導102亦在波導103之頂部且與其耦合。波導103之兩個下導件1及2由一中間導板140分離。在一些實施例中，中間導板140包括一金屬片。

定向耦合器104分別耦合至且分離波導102及103之導件3及2。定向耦合器104操作以在導件3中傳播之波更均勻地提供至天線元件120 (比定向耦合器104不存在時之情況更均勻)。依此方式使用定向耦合器104在本領域係習知的。在一些實施例中，定向耦合器104包括一印刷電路板(PCB)基板或在一側具有銅特徵之其他類型之基板，且用於以一更均勻方式向天線元件120提供饋入波110及111。在一些實施例中，銅特徵係PCB中之孔。

連接埠105連接至波導103之導件1且向其提供一饋入波110，而連接埠106連接至波導103之導件2且向波導2提供一饋入波111。注意在一些實施例中，饋入波110及111係徑向波且超材料表面101及饋入結構100係一圓柱形(當自頂部看時)。藉由與波110及111相互作用，天線元件120產生波束1及波束2。在一些實施例中，選擇連接埠105與導件1之距離或高度以減少且可最小化由將波110注入導件1可導致之反射。

饋入結構100之側邊饋入操作：在一些實施例中，當波110被插入連接埠105時，波110耦合至導件1且以一TEM模式之形式朝向外側邊徑向向外行進。一旦波110到達側邊，波就過渡到導件2且朝中心行進，且在其行進時，波透過定向耦合器104將功率耦合到導件3。這會在導件3 中產生朝向中心行進之一波，且與超材料表面101之天線元件120相互作用以形成本文稱為波束1之一第一波束。

饋入結構100之中心饋入操作：在一些實施例中，當一第二波111插入到第二連接埠、連接埠106中時，波111在天線之中心處直接耦合至導件2。波111在導件2中向外行進，當其行進時，其透過定向耦合器104將功率耦合到導件3且以與波110之相反方向行進。與波110一樣，波111與超材料表面101之天線元件120相互作用以產生本文中稱為波束2之一第二波束。

上文為側邊饋入及中心饋入操作提供之描述繪示發射模式。接收模式以一類似方式操作。歸因於波之行進方向相反，可獲得兩個波束之間的一最大隔離。

如圖1所展示，天線同時產生兩個波束。在一些實施例中，藉由對天線元件施加調變來產生兩個波束。在一些實施例中，施加至天線元件之調變係用於波束之各者之調變之組合。在一些實施例中，施加至天線元件之調變係用於建立各波束所需調變之平均值，此導致建立具有選定方向及/或偏振之兩個同時波束。

圖2繪示為天線元件之陣列產生調變之一天線控制單元(ACU)之一些實施例。在一些實施例中，ACU包括硬體(例如，電路、專用邏輯等)、軟體(例如，在一(若干)晶片或(若干)處理器上運行之軟體等)、韌體或三者之一組合。

參考圖2，ACU 200之一波束方向及偏振產生器201為兩個波束產生波束方向及偏振(210)，且將此等提供至波束調變確定模組202。作為回應，波束調變確定模組202產生用於天線元件之調變。在一些實施例中，波束調變確定模組202藉由確定用於各波束之調變且接著藉由例如平均兩個調變將此等兩個調變組合成一個調變來產生調變。

ACU 200之一天線陣列控制器(例如，矩陣驅動圖形產生器) 203產生調諧(驅動)電壓及控制信號(230)，其被發送至陣列220中之天線元件(例如，圖1之超材料表面101之天線元件120)。基於調諧電壓及控制信號(230)，天線元件同時產生兩個波束。

圖3係繪示用一個天線孔徑同時產生兩個波束之一程序之一些實施例之一流程圖，其中一個天線孔徑具有天線元件。該程序由處理邏輯執行，該處理邏輯包括硬體(例如，電路、專用邏輯等)、軟體(例如，在一(若干)晶片或(若干)處理器上運行之軟體等)、韌體或三者之一組合。

參考圖3，該程序開始藉由處理邏輯來確定波束1及2中之各者之一方向及偏振(處理塊301)。基於波束1及2之波束方向及偏振，處理邏輯確定波束1之一調變及波束2之一調變(處理塊302)。利用兩個調變，處理邏輯藉由例如將兩個調變平均在一起來將其等組合以產生一個調變以施加至天線元件陣列(處理塊303)。替代地，處理邏輯可使用幾何平均來組合其等。

一旦建立組合調變，處理邏輯就基於組合調變確定要施加至天線元件(例如，具有RF輻射天線元件之一陣列之一超材料表面)之調諧電壓(處理塊304)。在一些實施例中，自組合調變產生調諧電壓之程序包括施加一歐幾里得映射以將一調變映射至可實現調變狀態，作為一歐幾里得調變程序之部分，且接著基於此等可實現狀態施加對應調諧電壓。有關歐幾里得調變之更多資訊，請參閱2020年6月16日申請題為「Restricted Euclidean modulation」之美國專利第 10,686,636 號。一旦已選擇用於天線元件之調諧電壓，處理邏輯將調諧電壓施加至天線元件(處理塊305)。

此外，作為程序之部分，處理邏輯控制兩個饋入波且使其等經由一對連接埠被注入到天線元件之一饋入結構中(處理塊306)。饋入波使用波導透過饋入結構傳播以到達天線元件(307)。基於調諧電壓及兩個饋入波，天線元件藉由同時與兩個饋入波相互作用(當饋入波以相反方向傳播)而同時產生兩個波束(308)。

在一些實施例中，在導件(例如，圖1之導件2及2)中以相反方向傳播之兩個饋入波彼此正交(就表面消失之函數乘積之積分而言)。此導致兩個通道被隔離之事實，且提供使用相同孔徑用於建立兩個波束之可能性。注意，此天線設計技術可重複使用相同孔徑涵蓋面用於建立第二波束，且能夠在不犧牲頻寬或孔徑效率之情況下建立兩個波束。

在一些實施例中，天線元件之阻抗可被調諧為用於建立第一波束及第二波束所需之平均值。歸因於所建立之波形在饋入結構中朝圓柱波導之中心及側邊以相反方向行進之正交性及天線元件之阻抗之分配值，天線在不犧牲頻寬或孔徑效率之情況下建立兩個波束。

在一些實施例中，使用數值建模，兩個通道之間的隔離變得可忽略不計，且孔徑效率之位準藉由使用位於彼此次波長距離中之天線元件達到理論上可實現之值。圖4展示，使用此報告之雙饋入雙波束設計，可實現與使用一類似數量天線元件之一單波束天線之一者類似之方向性。圖4描繪在一所選11 GHz之波長處，方向性隨天線元件之間的單元節距距離之變動。如圖4所展示，藉由使用0.15或更小之一單元節距距離，方向性達到接近理論極限，此意謂著對於本文所描述之雙饋入天線實施例，使用與用於一些單波束天線之一者之一類似數量之天線元件，可達到接近相同位準之孔徑效率。

除了圖1中所展示之天線結構，其中對應於兩個饋入之波在至少一個波導中以相反方向移動，使用兩個饋入向天線元件施加兩個饋入波之額外實施例在圖5至圖7中展示。更具體而言，圖5至圖7繪示用於導引對應於中心饋入及側邊饋入饋入結構之波之三個額外天線實施例。此等天線實施例提供進一步調諧用於各波束之孔徑分佈以獲得更高孔徑效率之能力。

參考圖5，一饋入結構500包含一側邊饋入饋入結構至饋入波502、一中心饋入饋入結構至饋入波501及一定向耦合器510，其中側邊饋入波502直接進入頂部波導，而不進入波501傳播之導件。在圖6或圖7中，可控制朝向中間或頂層移動之側邊饋入或中心饋入波之功率比。在一些實施例中，藉由使用一分配器透過控制幾何參數來控制比率。此等實施例提供進一步靈活性來調諧用於各波束之天線之孔徑分佈，且使其等更加均勻，以能夠達到孔徑效率之最大理論極限。

更具體而言，圖6展示一饋入結構600，該饋入結構600包含一側邊饋入饋入結構至饋入波602、一中心饋入饋入結構至饋入波 601，及一定向耦合器610，且其中側邊饋入波602之一部分(1-p)進入定向耦合器610上方之頂部波導，而側邊饋入波602之另一部分(p)直接進入定向耦合器610下方之導件(中心饋入波601在其中傳播)。

圖7展示一饋入結構700，該饋入結構700包含一側邊饋入饋入結構至饋入波702、一中心饋入饋入結構至饋入波701，及一定向耦合器710。在此情況下，側邊饋入波702之一部分(1-p)進入定向耦合器710上方之頂部波導，而側邊饋入波702之另一部分(p)進入波701在其中傳播之導件。類似地，中心饋入波701之一部分(1-q)進入定向耦合器710上方之頂部波導，而中心饋入波701之另一部分(q)直接進入定向耦合器710下方之導件。

本文揭示之實施例可用於同時連接至兩個衛星之目的。在一些實施例中，兩個圓柱形波導用於導引輸入饋入且將其等與位於頂部之天線元件耦合。藉由控制天線元件之阻抗，可獨立控制波束之方向及偏振。

本文揭示之天線實施例之一個實施例之一優點在於，其包括用於傳播注入饋入之兩個波導，且接著藉由將其等導向不同方向來產生具有可選擇偏振之兩個波束。此外，本文描述之天線實施例不會導致孔徑效率或頻寬之一降低。天線實施例之實例

以上描述之技術可與平板衛星天線一起使用。揭示此等平板天線之實施例。平板天線包含一天線孔徑上之天線元件之一或多個陣列。在一些實施例中，天線孔徑係一超材料表面天線孔徑，諸如，例如下文描述之天線孔徑。在一些實施例中，天線元件包括，諸如，例如，在2021年2月18日出版題為「Metasurface Antennas Manufactured with Mass Transfer Technologies」之美國專利臨時申請案第20210050671號中描述及上文描述之二極體及變容器。在其他實施例中，天線元件包括基於LC之天線元件，諸如，例如在2018年2月6日申請題為「Dynamic polarization and coupling control from a steerable cylindrically fed holographic antenna」之美國專利第9,887,456號或其他RF輻射天線元件中揭示之此等。在一些實施例中，平板天線係一圓柱饋入天線，其包含矩陣驅動電路以唯一地定址及驅動未放置在列及行中之天線元件之各者。在一些實施例中，元件被放置在環中。

在一些實施例中，具有天線元件之一或多個陣列之天線孔徑由耦合在一起之多個段組成。當耦合在一起時，段之組合形成天線元件之封閉同心環。在一些實施例中，同心環相對於天線饋入係同心的。

圖8繪示一圓柱饋入全息徑向孔徑天線之一個實施例之示意圖。參考圖8，天線孔徑具有天線元件803之一或多個陣列801，該天線元件803放置在圍繞圓柱饋入天線之一輸入饋入802之同心環中。在一些實施例中，天線元件803係輻射RF能量之射頻(RF)諧振器。在一些實施例中，天線元件803包括交錯且分佈於天線孔徑之整個表面上之Rx及Tx虹膜。此等Rx及Tx虹膜或槽可為三組或更多組，其中各組用於一單獨且同時控制之帶。下文更詳細地描述此等具有虹膜之天線元件之實例。注意本文描述之RF諧振器可用在不包含一圓柱饋入之天線中。

在一些實施例中，天線包含一同軸饋入，該同軸饋入用於經由輸入饋入802提供一圓柱波饋入。在一些實施例中，圓柱波饋入架構自一中心點向天線饋入一激勵，該激勵依一圓柱方式自饋入點向外擴散。即，一圓柱饋入天線產生一向外行進之同心饋入波。即使如此，圍繞圓柱饋入之圓柱饋入天線之形狀可為圓形、方形或任何形狀。在另一實施例中，一圓柱饋入天線產生一向內行進饋入波。在此一情況下，饋入波最自然地來自一圓形結構。

在一些實施例中，天線元件803包括虹膜(虹膜開口)，且圖8之孔徑天線用於產生藉由使用來自一圓柱饋入波之激勵形成之一主波束，用於透過可調諧二極體及/或變容器輻射虹膜開口。在一些實施例中，可激勵天線以期望之掃描角度輻射一位準或垂直偏振電場。

在一些實施例中，天線系統中之各散射元件係上文描述之一單元胞之部分。在一些實施例中，單元胞由上文描述之直接驅動實施例驅動。在一些實施例中，各單元胞中之二極體/變容器具有與來自與其調諧電極(例如虹膜金屬)相關聯之一上導體之一虹膜槽相關聯之一下導體。可控制二極體/變容器以調整虹膜開口與貼片電極之間的偏壓電壓。利用此性質，在一些實施例中，二極體/變容器整合用於將能量自導波傳輸至單元胞之一開/關開關。當打開時，單元發射一電磁波，就像一小型電偶極天線。注意，本文之教示不限於具有關於能量傳輸以一二進位方式操作之單元胞。

在一些實施例中，此天線系統之饋入幾何結構容許天線元件定位在與波饋入中之波向量成四十五度(45°)角處。注意，可使用其他定位(例如，40°角)。元件之此定位能夠控制由元件接收或發射/輻射之自由空間波。在一些實施例中，天線元件以小於天線之操作頻率之一自由空間波長之一元件間間隔配置。例如，若各波長有四個散射元件，則30 GHz發射天線中之元件將約為2.5 mm (即30 GHz之10 mm自由空間波長之 1/4)。

在一些實施例中，若被控制至相同調諧狀態，兩組元件彼此垂直且同時具有相等振幅激勵。將其等相對於饋入波激勵旋轉+/-45度，立刻實現兩種期望特徵。將一組旋轉0度且另一組旋轉90度將實現垂直目標，但不能實現相等振幅激勵目標。注意，當自兩側向一單一結構中之天線元件之陣列饋入時，可使用0度及90度以實現隔離。

藉由使用一控制器將一電壓施加至貼片電極來控制來自各單元胞之輻射功率量。各貼片電極之跡線用於將電壓提供至貼片電極。電壓用於調諧或失諧電容，且因此調諧單個元件之諧振頻率以實現波束形成。所需之電壓取決於所使用之二極體/變容器。

在一些實施例中，如上文所討論，一矩陣驅動用於將電壓施加至貼片電極，以便與所有其他單元單獨地驅動各單元，而無需為各單元之一單獨連接(直接驅動)。因為元件之高密度，矩陣驅動器係單獨定址各單元之一有效方式。

在一些實施例中，用於天線系統之控制結構具有兩個主要組件：包含用於天線系統之驅動電子器件之天線陣列控制器在諸如本文描述之表面散射天線元件之波散射結構之下，而矩陣驅動開關陣列以不干擾輻射之此一方式散佈在整個輻射RF陣列中。在一些實施例中，用於天線系統之驅動電子器件包括在商用電視設備中使用之商用現成LCD控制，其藉由調整一AC偏壓信號之振幅或工作週期至此元件為各散射元件調整偏壓電壓。

在一些實施例中，天線陣列控制器亦含有執行軟體之一微處理器。控制結構亦可併入感測器(例如，一GPS接收器、一三軸羅盤、一三軸加速度計、一三軸陀螺儀、一三軸磁力計等)以向處理器提供位置及方向資訊。位置及方向資訊可由地球站中之其他系統提供至處理器，且/或可不為天線系統之部分。

更具體而言，天線陣列控制器控制哪些元件關閉及哪些此等元件打開及在操作頻率下之相位及振幅位準。元件藉由電壓施加選擇性地失諧用於頻率操作。

對於發射，一控制器將電壓信號之一陣列提供至RF貼片以建立一調變或控制圖形。控制圖形使元件變為不同狀態。在一些實施例中，使用多態控制，其中各種元件被打開及關閉至不同水準，進一步近似於一正弦控制圖形，而非一方波(即，一正弦灰度調變圖形)。在一些實施例中，一些元件輻射比其他元件更強，而不是一些元件輻射而一些元件不輻射。可變輻射係藉由施加特定電壓位準實現，此將液晶介電常數調整為不同量，藉此使元件可變地失諧且導致一些元件比其他元件輻射更多。

由元件之超材料陣列產生一聚焦波束可藉由相長干涉及相消干涉之現象解釋。個別電磁波在自由空間相遇時，若其等具有相同相位，則相加(相長干涉)；若其等在自由空間中相遇時，其等相位相反，則波彼此抵消(相消干涉)。若一槽天線中之槽定位使得各連續槽定位於距導波之激發點之一不同距離處，則來自此元件之散射波將具有與前述槽之散射波之一不同相位。若槽間隔為一導波波長之四分之一，則各槽將散射一波，其相位延遲為前述槽之一四分之一。

使用陣列，可增加可產生之相長干涉及相消干涉之圖形之數量，使得理論上可使用全息術原理，將波束指向自天線陣列之瞄準線之正負90度(90°)之任何方向。因此，藉由控制打開或關閉哪些超材料單元胞(即，藉由改變打開哪些單元及關閉哪些單元之圖形)，可產生一不同相長干涉及相消干涉圖形，且天線可改變主波束之方向。打開及關閉單元胞所需之時間決定波束自一個位置切換至另一位置之速度。

在一些實施例中，天線系統產生用於上行鏈路天線之一個可控波束及用於下行鏈路天線之一個可控波束。在一些實施例中，天線系統使用超材料技術以接收波束且解碼來自衛星之信號及形成指向衛星之發射波束。在一些實施例中，天線系統係類比系統，與採用數位信號處理以電形成及操縱波束之天線系統(諸如相控陣天線)相反。在一些實施例中，天線系統被認為係平面且相對低剖面之一「表面」天線，特別係當與習知衛星碟形接收器相比時。

圖9A繪示包含一接地平面945及一可重組態諧振器層930之一列天線元件之一透視圖。可重組態諧振器層930包含一可調諧槽910之一陣列912。可調諧槽910之陣列912可經組態以將天線指向一所需方向。可調諧槽910之各者可藉由變動一電壓來調諧/調整，此改變變容器二極體之電容且導致一頻移，此進而改變輻射天線元件之振幅及相位。一陣列中之天線元件之一適當相位及振幅調整將導致一波束形成及波束操控。

控制模組980或一控制器耦合至可重組態諧振器層930以藉由變動二極體/變容器之電壓來調變可調諧槽910之陣列912。控制模組980可包含一場可程式化閘陣列(「FPGA」)、一微處理器、一控制器、系統晶片(SoC)或其他處理邏輯。在一些實施例中，控制模組980包含以驅動可調諧槽910之陣列912之邏輯電路(例如，多工器)。在一些實施例中，控制模組980接收包含將一全息繞射圖形驅動到可調諧槽910之陣列912上之規格之資料。全息繞射圖形可回應於天線與一衛星之間的一空間關係而產生，以便全息繞射圖形將下行鏈路波束(及若天線系統執行發射，則上行鏈路波束)引導到適當通信方向。儘管未在各圖中繪製，但類似於控制模組980之一控制模組可驅動本發明之各種實施例中描述之可調諧槽之各陣列。

射頻(「RF」)全息術亦可使用類比技術，其中當一RF參考波束遇到一RF全息繞射圖形時可產生一期望RF波束。在衛星通信之情況下，參考波束係一饋入波之形式，諸如饋入波905 (在一些實施例中約為20 GHz)。為了將一饋入波轉換為一輻射波束(用於發射或接收目的)，計算所期望RF波束(目標波束)與饋入波(參考波束)之間的一干涉圖形。干涉圖形作為一繞射圖形被驅動到可調諧槽910之陣列上，使得饋入波被「引導」到期望RF波束中(具有期望之形狀及方向)。換言之，遇到全息繞射圖形之饋入波「重組態」根據通信系統設計要求形成之目標波束。全息繞射圖形含有各元件之激發，且由

計算，其中

為波導中之波動方程式，

為輸出波上之波動方程式。

可調變貼片電極與虹膜開口之間的一電壓以調諧天線元件(例如，可調諧諧振器/槽)。調整電壓變動一槽(例如，可調諧諧振器/槽)之電容。因此，可藉由改變電容來變動一槽(例如，可調諧諧振器/槽)之電抗。槽之諧振頻率亦根據公式

變化，其中f係槽之諧振頻率，L及C分別係槽之電感及電容。槽之諧振頻率影響自透過波導傳播之饋入波905輻射之能量。作為一實例，若饋入波905係20 GHz，則可將一槽910之諧振頻率(藉由變動電容)調整至17 GHz，使得槽910實質上不耦合來自饋入波905之能量。或者，一槽910之諧振頻率可調節至20 GHz，使得槽910耦合來自饋入波905之能量且將該能量輻射到自由空間中。儘管給出之實例係二進位的(完全輻射或根本不輻射)，電抗之全灰度控制及因此槽910之諧振頻率在一多值範圍上之電壓變動係可能的。因此，可精細地控制自各槽910輻射之能量，使得可藉由可調諧槽之陣列形成詳細全息繞射圖形。

在一些實施例中，一列中之可調諧槽彼此間隔λ/5。可使用其他間距。在一些實施例中，一列中之各可調諧槽與一相鄰列中之最近可調諧槽間隔λ/2，且因此，不同列中之共同定向之可調諧槽間隔λ/4，儘管其他間隔係可能的(例如，λ/5、λ/6.3)。在另一實施例中，一列中之各可調諧槽與一相鄰列中最近可調諧槽間隔λ/3。

圖9B繪示一圓柱饋入天線結構之一個實施例之一側視圖。天線使用一雙層饋入結構(即一兩層饋入結構)產生一向內行進波。在一些實施例中，天線包含一圓形外形，儘管此不係必需的。即，可使用非圓形內行結構。在一些實施例中，圖9B中之天線結構包含，諸如，例如，在2018年2月6日發佈之題為「Dynamic Polarization and Coupling Control from a Steerable Cylindrially Fed Holographic Antenna」之美國專利第9,887,456號中或在2021年2月18日出版之題為「Metasurface Antennas Manufactured with Mass Transfer Technologies」之美國專利臨時申請案第20210050671號中描述之一同軸饋入。

參考圖9B，一同軸接腳901用於激發天線之低位準上之場。在一些實施例中，同軸接腳901係容易獲得之一50Ω同軸接腳。同軸接腳901耦合(例如，固定)至天線結構之底部，該底部係導電接地平面902。

間隙導體903與導電接地平面902分離，間隙導體903係一內部導體。在一些實施例中，導電接地平面902與間隙導體903彼此平行。在一些實施例中，接地平面902與間隙導體903之間的距離為0.1-0.15"。在另一實施例中，此距離可為

，其中

係操作頻率下之行進波波長。

接地平面902經由一隔板904與間隙導體903分離。在一些實施例中，隔板904係一泡沫或類似空氣之隔板。在一些實施例中，隔板904包括一塑膠隔板。

在間隙導體903之頂部上係介電層905。在一些實施例中，介電層905係塑膠的。介電層905之目的係相對於自由空間速度減慢行進波。在一些實施例中，介電層905相對於自由空間將行進波減慢30％。在一些實施例中，適用於波束形成之折射率之範圍係1.2-1.8，其中自由空間之一折射率定義為等於1。其他介電隔板材料，諸如，例如塑膠，可用來達到此效果。注意，可使用除塑膠以外之材料，只要其等達到所需之減波效果即可。替代地，具有分散式結構之一材料可用作介電層905，例如，諸如可機械加工或微影定義之週期性次波長金屬結構。

一RF陣列906在介電層905之頂部上。在一些實施例中，間隙導體903與RF陣列906之間的距離為0.1-0.15"。在另一實施例中，此距離可為

，其中

係在設計頻率下之介質中之有效波長。

天線包含側面907及908。側面907及908傾斜以使來自同軸接腳901之一行進波饋入經由放射自間隙導體903下方之區域(隔板層)傳播至間隙導體903上方之區域(介電層) )。在一些實施例中，側面907及908之角度為45°角。在一替代實施例中，側面907及908可用一連續半徑代替以實現反射。雖然圖9B展示具有角度為45度之傾斜側，但可使用其他角度來完成自低階層饋入至高階層饋入之信號傳輸。即，鑒於下饋入中之此有效波長將大體上不同於上饋入中之有效波長，可使用與理想45°角之一些偏差以幫助自下饋入階層至上饋入階層之傳輸。例如，在另一實施例中，45°角被一單一步驟代替。天線之一個連接埠之步驟圍繞介電層、間隙導體及隔板層。相同兩個步驟在此等層之另一連接埠。

在操作中，當一饋入波自同軸接腳901饋入時，波在接地平面902與間隙導體903之間的區域中自同軸接腳901同心地向外行進。同心輸出波由側面907及908反射，且在間隙導體903與RF陣列906之間的區域內向內行進。來自圓形周邊側邊之反射導致波保持同相(即，其係一同相反射)。行進波由介電層905減慢。此時，行進波開始與RF陣列906中之元件相互作用且激發以獲得期望之散射。

為了終止行進波，一終端909被包含在天線之幾何中心處之天線中。在一些實施例中，終端909包括一接腳終端(例如，一50Ω接腳)。在另一實施例中，終端909包括一RF吸收器，該RF吸收器終止未使用之能量以防止該未使用之能量透過天線之饋入結構反射回來。此等可用在RF陣列906之頂部。

圖10繪示具有一輸出波之天線系統之另一實施例。參考圖 10，兩個接地平面1010及1011實質上彼此平行，在接地平面1010、1011 之間具有一介電層1012 (例如，一塑膠層等)。RF吸收器1019 (例如，電阻器)將兩個接地平面1010及1011耦合在一起。一同軸接腳1015 (例如 50Ω)饋入天線。一RF陣列1016在介電層1012及接地平面1011之頂部上。

在操作中，一饋入波被饋入穿過同軸接腳1015且同心地向外行進且與RF陣列1016之元件相互作用。

圖9B及圖10之兩者天線中之圓柱饋入改良天線之服務角。在一些實施例中，天線系統在所有方向上與瞄準線具成75度(75°)之一服務角，而非正負45度方位角(±45°Az)及正負25度仰角(±25°El)之一服務角。與由諸多個別散熱器組成之任何波束形成天線一樣，總天線增益取決於組成元件之增益，而組成元件本身係角度相關的。當使用一般輻射元件時，總天線增益在波束指向更遠瞄準線時通常降低。在離瞄準線75度處，預計增益顯著降低約6 dB。

具有一圓柱饋入之天線之實施例解決一或多個問題。與使用一公司分配器網路饋入之天線相比，此等包含大幅簡化饋入結構，且因此減少所需之總天線及天線饋入量；藉由使用更粗略控制(一直延伸至簡單二進位控制)來保持高波束能力，降低對製造及控制誤差之敏感性；與直線饋入相比，給予一更有利旁瓣圖形，因為圓柱形定向之饋入波會在遠場產生空間上不同之旁瓣；且容許偏振係動態的，包含容許左手圓偏振、右手圓偏振及線性偏振，同時不需要一偏振器。波散射元件之陣列

圖9B之RF陣列906及圖10之RF陣列1016包含一波散射子系統，該波散射子系統包含一組充當輻射器之貼片天線(例如，散射體)。此組貼片天線包括散射超材料元件之一陣列。

在一些實施例中，此天線系統之圓柱饋入幾何結構容許單元胞元件定位在與波饋入中之波向量成四十五度(45°)角處。元件之此定位能夠控制自元件產生或由元件接收之自由空間波之偏振。在一些實施例中，單元胞經配置為具有小於天線之操作頻率之一自由空間波長之一元件間距。例如，若各波長有四個散射元件，則30 GHz發射天線中之元件將約為2.5 mm (即30 GHz之10 mm自由空間波長之1/4)。電池放置

在一些實施例中，天線元件以容許一系統矩陣驅動電路之一方式放置在圓柱饋入天線孔徑上。電池之放置包含用於矩陣驅動之電晶體之放置。圖11繪示矩陣驅動電路相對於天線元件之放置之一個實施例。參考圖11，列控制器1101分別經由列選擇信號Row1及Row2耦合至電晶體1111及1112，且行控制器1102經由行選擇信號Column1耦合至電晶體1111及1112。電晶體1111亦經由與二極體1131之連接耦合至天線元件1121，而電晶體1112經由與二極體1132之連接耦合至天線元件1122。

在將電池放置於一非規則柵格中之圓柱饋入天線上實現矩陣驅動電路之一初始方法中，執行兩個步驟。在第一步中，將電池放置在同心環上，且電池之各者連接至放置在電池旁邊之一電晶體，且充當單獨驅動各電池之一開關。在第二步中，建構矩陣驅動電路，以便按照矩陣驅動方法之要求將每個電晶體與一唯一位址連接。因為矩陣驅動電路係由列及行跡線(類似於LCD)建構，但電池放置在環上，因此沒有系統方法可為各電晶體分配一唯一的位址。此映射問題導致涵蓋所有電晶體之電路非常複雜，且導致完成路由之實體跡線數量一實質上增加。因為電池之高密度，此等跡線會歸因於耦合效應而干擾天線之射頻效能。此外，歸因於跡線之複雜性及高封裝密度，跡線之路由無法藉由商用佈局工具完成。

在一些實施例中，矩陣驅動電路係在放置電池及電晶體之前預定義的。此確保驅動所有電池所需之一最少跡線數量，各電池具有一唯一位址。此策略降低驅動電路之複雜性且簡化路由，此隨後提高天線之RF效能。

更具體而言，在一種方法中，在第一步驟中，將電池放置在由描述各電池之唯一位址之列及行組成之一規則矩形柵格上。在第二步中，將電池分組且轉換為同心圓，同時保持其等位址且連接至第一步中定義之列及行。此轉換之一目標不僅係將電池放在環上，而且在整個孔徑上方保持電池之間的距離與環之間的距離恒定。為了實現此目標，有幾種方法可對電池進行分組。

在一些實施例中，一TFT封裝用於確保矩陣驅動中之放置及唯一位址。圖12繪示一TFT封裝之一個實施例。參考圖12，一TFT及一保持電容器1203被展示為具有輸入及輸出連接埠。有兩個輸入連接埠連接至跡線1201且兩個輸出連接埠連接至跡線1202以使用列及行將TFT連接在一起。在一些實施例中，列及行跡線以90°角交叉以減少且可能最小化列及行跡線之間的耦合。在一些實施例中，列及行跡線在不同層上。一全雙工通信系統之一實例

在另一實施例中，組合天線孔徑用於一全雙工通信系統。圖13係具有同時發射及接收路徑之一通信系統之一實施例之一方塊圖。雖然僅展示一個發射路徑及一個接收路徑，但通信系統可包含多於一個發射路徑及/或多於一個接收路徑。

參考圖13，天線1301包含兩個空間交錯天線陣列，該天線陣列可獨立地操作以在如上文描述之不同頻率處同時發射及接收。在一些實施例中，天線1301耦合至雙工器1345。耦合可藉由一或多個饋入網路。在一些實施例中，在一徑向饋入天線之情況下，雙工器1345組合兩個信號，且天線1301與雙工器1345之間的連接係可承載兩個頻率之一單一寬頻帶饋入網路。

雙工器1345耦合至一低雜訊阻斷轉換器(LNB) 1327，其以本領域習知之一方式執行一雜訊過濾功能及一下轉換及放大功能。在一些實施例中，LNB 1327在一室外單元(ODU)中。在另一實施例中，LNB 1327被整合到天線設備中。LNB 1327耦合至一數據機1360，數據機1360耦合至運算系統1340 (例如，一電腦系統、數據機等)。

數據機1360包含一類比-數位轉換器(ADC) 1322，其耦合至LNB 1327，以將自雙工器1345輸出之接收信號轉換成數位格式。一旦轉換為數位格式，信號由解調變器1323解調變且由解碼器1324解碼以獲得接收波上之編碼資料。接著將解碼資料發送至控制器1325，控制器1325將其發送至運算系統1340。

數據機1360亦包含一編碼器1330，編碼器1330對要自運算系統1340傳輸之資料進行編碼。編碼資料由調變器1331調變，且接著由數位-類比轉換器(DAC) 1332轉換為類比信號。類比信號係接著由一BUC (升頻轉換及高通放大器) 1333濾波且提供至雙工器1345之一個連接埠。在一些實施例中，BUC 1333在一室外單元(ODU)中。

以本領域習知之一方式操作之雙工器1345將發射信號提供至天線1301用於發射。

控制器1350控制天線1301，包含單一組合實體孔徑上之天線元件之兩個陣列。

將修改之通信系統以包含以上描述之組合器/仲裁器。在此一情況下，組合器/仲裁器在數據機之後但在BUC及LNB之前。

注意，圖13中所展示之全雙工通信系統具有數個應用，包含但不限於網際網路通信、車輛通信(包含軟體更新)等。

參考圖參考圖1至圖13，應暸解，對於進一步之實施例，其他可調諧電容器、可調諧電容晶粒、封裝晶粒、微機電系統(MEMS)裝置或其他可調諧電容裝置可放置在一孔徑中或本文描述之實施例之其他變動中。用於品質轉移之技術可適用於進一步實施例，包含將各種晶粒、封裝晶粒或MEMS裝置放置在用於電子掃描陣列及各種其它電氣、電子及機電裝置之各種基板上。

本文描述數個實例實施例。

實例1係一種天線，其包括：射頻(RF)輻射天線元件之一陣列，且可操作以回應於同時與兩個傳播波相互作用而同時生成兩個波束；及一饋入結構，其耦合以將兩個波饋入至RF輻射天線元件之陣列，該饋入結構在RF輻射天線元件下方具有一第一波導，其中兩個波以相反方向傳播。

實例2係實例1之天線，其可視情況包含陣列係一超材料表面之部分。

實例3係實例1之天線，其可視情況包含陣列可操作以在兩個波束上同時接收及發射。

實例4係實例1之天線，其可視情況包含饋入結構包括：一中心饋入及側邊饋入饋入機構，其等共用一第二波導，其中兩個波以相反方向傳播；及一對連接埠，其經組態以將兩個波注入中心饋入及側邊饋入饋入機構。

實例5係實例4之天線，其可視情況包含該第一波導在天線元件之該陣列與該第二波導之間。

實例6係實例5之天線，其可視情況包含耦合在該第一波導與第二波導之間的一定向耦合器。

實例7係實例1之天線，其可視情況包含饋入結構包括：三個波導，其等形成一堆疊，其中第一波導及第二波導在第三波導下方且由一導板分離，第二波導及第三波導由一定向耦合器分離；及第一連接埠及第二連接埠，其等經組態以將包括第一波及第二波之兩個波分別注入到第一波導及第二波導中，該第一波穿過該第一波導向外傳播，且接著在該第一波導及第二波導之外側邊處向上傳播且進入該第二波導以向該第二波導中之一中心位置行進，該第二波自該第二波導中之該中心位置以與該第一波之一相反方向向外傳播，該第一波及第二波穿過該定向耦合器進入該第三波導且在該第三波導中以相反方向傳播。

實例8係實例1之天線，其可視情況包含一控制器，該控制器經耦合以控制RF輻射天線元件之該陣列以調諧RF輻射天線元件以彼此獨立地控制該兩個波束。

實例9係實例1之天線，其可視情況包含該控制器可操作以控制該兩個波束以具有一或多個不同指向方向、不同偏振及不同頻率。

實例10係實例1之天線，其可視情況包含該控制器可操作以施加一調變，該調變係用於建立該兩個波束之各波束所需調變之該平均值。

實例11係一種天線，其包括：一超材料表面，其具有射頻(RF)輻射天線元件之一陣列且可操作以藉由同時與兩個傳播波相互作用來同時產生兩個波束；一饋入結構，其耦合以將該兩個波饋入至RF輻射天線元件之該陣列，該饋入結構在該RF輻射天線元件下方具有一第一波導，其中該兩個波以相反方向傳播且彼此正交；及一控制器，其耦合以控制該超材料表面以調諧RF輻射天線元件以彼此獨立地控制該兩個波束，其中該控制器可操作以控制該兩個波束以具有一或多個不同指向方向、不同偏振及不同頻率。

實例12係實例11之天線，其可視情況包含該控制器可操作以施加一調變，該調變係用於建立該兩個波束之各波束所需調變之該平均值。

實例13係實例11之天線，其可視情況包含該陣列可操作以在該兩個波束上同時接收及發射。

實例14係實例11之天線，其可視情況包含該饋入結構包括：一中心饋入及側邊饋入饋入機構，其等共用一第二波導，其中該兩個波以相反方向傳播；及一對連接埠，其經組態以將該兩個波注入該中心饋入及側邊饋入饋入機構。

實例15係實例14之天線，其可視情況包含該第一波導在天線元件之該陣列與該第二波導之間。

實例16係實例15之天線，其可視情況包含耦合在該第一波導與第二波導之間的一定向耦合器。

實例17係實例16之天線，其可視情況包含該側邊饋入饋入機構經組態以使得該兩個波之一者之一部分能夠進入該定向耦合器上方之該第一波導，而該一個饋入波之另一部分進入該第二波導。

實例18係實例17之天線，其可視情況包含該中心饋入饋入機構經組態以使得該兩個波之一第二波之一部分能夠進入該定向耦合器上方之該第一波導，而該第二饋入波之另一部分進入該第二波導。

實例19係實例11之天線，其可視情況包含該饋入結構包括：三個波導，其等形成一堆疊，其中第一波導及第二波導在該第三波導下方且由一導板分離，該第二波導及第三波導由一定向耦合器分離；及第一連接埠及第二連接埠，其等經組態以將包括第一波及第二波之該兩個波分別注入到該第一波導及第二波導中，該第一波穿過該第一波導向外傳播，且接著在該第一波導及第二波導之外側邊處向上傳播且進入該第二波導以向該第二波導中之一中心位置行進，該第二波自該第二波導中之該中心位置以與該第一波之一相反方向向外傳播，該第一波及第二波穿過該定向耦合器進入該第三波導且在第三波導中以相反方向傳播。

實例20係一種方法，其包括：經由一對連接埠將兩個饋入波注入一饋入結構；使用該饋入結構中之波導傳播該兩個饋入波；及使用具有射頻(RF)輻射天線元件之一陣列之一超材料表面，藉由在該等饋入波沿相反方向傳播且彼此正交之同時與該兩個饋入波彼此相互作用來同時產生兩個波束。

實例21係實例20之方法，其可視情況包含該饋入結構包括一中心饋入及側邊饋入饋入機構，該饋入機構共用一第二波導，其中該兩個波以相反方向傳播，且其中經由一對連接埠將兩個饋入波注入一饋入結構包括將第一波及第二波分別注入到該第一波導及第二波導中，且其中使用該饋入結構中之波導傳播該兩個饋入波包括將該第一波穿過該第一波導向外傳播，且接著向上傳播且在該第一波導及第二波導之外側邊處進入該第二波導，以朝向該第二波導中之一中心位置行進，將該第二波自該第二波導中之該中心位置以與該第一波之一相反方向向外傳播，及使用一定向耦合器將該第一波及第二波自該第二波導傳播到該第三波導中，及將該第一波及第二波在該第三波導中以相反方向傳播。

實例22係實例20之方法，其可視情況包含施加調變，該調變係用於建立該兩個波束之各波束所需調變之該平均值。

本文描述之所有方法及任務可由一電腦系統執行且完全自動化。在一些情況下，電腦系統可包含多個不同電腦或運算裝置(例如，實體伺服器、工作站、儲存陣列、雲端運算資源等)，其等通過一網路進行通信及交交互操作以執行所描述的之功能。各此運算裝置通常包含一處理器(或多個處理器)，該處理器執行儲存在一記憶體或其他非暫時性電腦可讀儲存媒體或裝置(例如，固態儲存裝置、磁碟驅動器等)中之程式指令或模組。本文揭示之各種功能可體現在此程式指令中，或可在電腦系統之專用電路(例如，ASIC或FPGA)中實施。在電腦系統包含多個運算裝置之情況下，此等裝置可但不必位於同一位置。所揭示之方法及任務之結果可藉由將諸如固態記憶體晶片或磁碟之實體儲存裝置轉換成一不同狀態來持久地儲存。在一些實施例中，電腦系統可為一基於雲端運算系統，其處理資源由多個不同商業實體或其他使用者共用。

取決於實施例，本文描述之任何程序或演算法之某些動作、事件或功能可依一不同序列執行，可被添加、合併或完全省略(例如，不係所有描述之操作或事件對於演算法之實踐係必要的)。此外，在某些實施例中，操作或事件可同時執行，例如透過多執行緒處理、中斷處理或多個處理器或處理器核心或在其他並行架構上，而非序列執行。

結合本文所揭示之實施例描述之各種說明性邏輯塊、模組、常式及演算法步驟可實施為電子硬體(例如，ASIC或FPGA裝置)、在電腦硬體上運行之電腦軟體、或兩者之組合。此外，結合本文揭示之實施例描述之各種說明性邏輯塊及模組可由一機器實施或執行，諸如一處理器裝置、一數位信號處理器(DSP)、一專用積體電路(ASIC)、一場可程式化閘陣列(FPGA)或其他可程式邏輯裝置、離散閘或電晶體邏輯、離散硬體組件或設計用於執行本文描述之功能之任何組合。一處理器裝置可為一微處理器，但在替代方案中，處理器裝置可為一控制器、微控制器或狀態機、相同之組合，或及其類似者。一處理器裝置可包含經組態以處理電腦可執行指令之電路。在另一實施例中，一處理器裝置包含執行邏輯操作而不處理電腦可執行指令之一FPGA或其他可程式裝置。一處理器裝置亦可實施為運算裝置之一組合，例如，一DSP與一微處理器之一組合、複數個微處理器、一或多個微處理器與一DSP核心結合，或任何其他此組態。儘管本文主要針對數位技術進行描述，但一處理器裝置亦可主要包含類比組件。例如，本文描述之一些或所有渲染技術可在類比電路或混合類比及數位電路中實施。一運算環境可包含任何類型之電腦系統，包含但不限於基於一微處理器之一電腦系統、一主機電腦、一數位信號處理器、一可擕式運算裝置、一裝置控制器或一用具內之一運算引擎，僅舉幾例。

結合本文揭示之實施例描述之一方法、程序、常式或演算法之元件可直接體現在硬體中、由一處理器裝置執行之一軟體模組中或兩者之一組合中。一軟體模組可駐存在RAM記憶體、快閃記憶體、ROM記憶體、EPROM記憶體、EEPROM記憶體、暫存器、硬碟、一可移動磁碟、一CD-ROM或任何其他形式之一非暫時性電腦可讀儲存媒體中。一例示性儲存媒體可耦合至處理器裝置，使得處理器裝置可自儲存媒體讀取資訊且將資訊寫入儲存媒體。在替代方案中，儲存媒體可集成到處理器裝置。處理器裝置及儲存媒體可駐存在一ASIC中。ASIC可駐存在一使用者終端中。在替代方案中，處理器裝置及儲存媒體可作為離散組件駐存在一使用者終端中。

本文中使用之條件語言，諸如，除其他外，「可(can/could/might/may)」、「例如」，及其類似者，除非另有明確闡述，或在所使用之上下文中以其他方式理解，一般意在傳達某些實施例包含，而其他實施例不包含某些特徵、元件或步驟。因此，此條件語言大體上並不意在一或多個實施例以任何方式需要特徵、元件或步驟，或該一或多個實施例必然包含用於在有或沒有其他輸入或提示之情況下，確定此等特徵、元件或步驟係否包含在任何特定實施例中或將在其中執行之邏輯。術語「包括」、「包含」、「具有」及其類似者係同義詞，且以一開放式方式包含性地使用，且不排除額外元件、特徵、動作、操作等。此外，術語「或」在其包含性意義上(而非排他性意義上)使用，使得例如當用於連接元件之一列表時，術語「或」意謂著列表中之一個、一些或所有元件。

諸如短語「X、Y或Z之至少一者」之分離性語言，除非另有明確闡述，否則應根據上下文理解為大體上用於表示一專案、術語等可為X、Y或Z，或其任何組合(例如X、Y或Z)。因此，此分離性語言大體上不意在且不應暗示某些實施例要求X之至少一者、Y之至少一者及Z之至少一者各自存在。

雖然以上詳細描述已展示、描述且指出施加至各種實施例之新穎特徵，但可理解，在不背離本發明之精神之情況下，可對所繪示之裝置或演算法之形式及細節進行各種省略、替換及更改。可認識到，本文所描述之某些實施例可在不提供本文所闡述之所有特徵及權益之一形式內體現，因為一些特徵可與其他特徵分開使用或實踐。本文所揭示之某些實施例之範圍由隨附申請專利範圍而非前述描述指示。在申請專利範圍之同等含義及範圍內之所有更改均應在其等範圍內進行。

100:饋入結構 101:超材料表面 102:波導 103:波導 104:定向耦合器 105:連接埠 106:連接埠 110:饋入波 111:饋入波 120:天線元件 140:中間導板 200:天線控制單元(ACU) 201:波束方向及偏振產生器 202:波束調變確定模組 203:矩陣驅動圖形產生器 210:偏振 220:陣列 230:調諧(驅動)電壓及控制信號 301:處理塊 302:處理塊 303:處理塊 304:處理塊 305:處理塊 306:處理塊 307:處理塊 308:處理塊 500:饋入結構 501:中心饋入饋入結構至饋入波 502:側邊饋入饋入結構至饋入波 510:定向耦合器 600:饋入結構 601:中心饋入饋入結構至饋入波 602:側邊饋入饋入結構至饋入波 610:定向耦合器 700:饋入結構 701:中心饋入饋入結構至饋入波 702:側邊饋入饋入結構至饋入波 710:定向耦合器 801:陣列 802:輸入饋入 803:天線元件 901:同軸接腳 902:導電接地平面 903:間隙導體 904:隔板 905:饋入波/介電層 906:射頻(RF)陣列 907:側面 908:側面 909:終端 910:可調諧槽 912:陣列 930:可重組態諧振器層 945:接地平面 980:控制模組 1010:接地平面 1011:接地平面 1012:介電層 1015:同軸接腳 1016:RF陣列 1019:RF吸收器 1101:列控制器 1102:行控制器 1111:電晶體 1112:電晶體 1121:天線元件 1122:天線元件 1132:二極體 1201:跡線 1202:跡線 1203:保持電容器 1301:天線 1322:類比-數位轉換器(ADC) 1323:解調變器 1324:解碼器 1325:控制器 1327:低雜訊阻斷轉換器(LNB) 1330:編碼器 1331:調變器 1332:數位-類比轉換器(DAC) 1333:升頻轉換及高通放大器(BUC) 1340:運算系統 1345:雙工器 1350:控制器 1360:數據機

藉由參考以下結合附圖之描述，可最好地理解所描述之實施例及其優點。此等圖式絕不限制習知技術者在不背離所描述之實施例之精神及範圍之情況下對所描述之實施例進行形式及細節上之任何改變。

圖1繪示用於建立任意方向或偏振之兩個同時波束之一擬議天線設計。

圖2繪示一天線控制單元(ACU)之一些實施例。

圖3係繪示用一個天線孔徑同時產生兩個波束之一程序之一些實施例之一流程圖。

圖4繪示在所選11 GHz之波長處，方向性隨天線元件之間的單元節距距離之變動。

圖5至圖7繪示使用一混合式中心饋入及側邊饋入饋入結構導波之三個額外天線實施例。

圖8繪示一圓柱饋入全息徑向孔徑天線之一個實施例之示意圖。

圖9A繪示包含一接地平面及一可重組態諧振器層之一列天線元件之一透視圖。

圖9B繪示一圓柱饋入天線結構之一個實施例之一側視圖。

圖10繪示具有一輸出波之天線系統之另一實施例。

圖11繪示矩陣驅動電路相對於天線元件之放置之一個實施例。

圖12繪示一TFT封裝之一個實施例。

圖13係具有同時發射及接收路徑之一通信系統之一個實施例之一方塊圖。

100:饋入結構

101:超材料表面

102:波導

103:波導

104:定向耦合器

105:連接埠

106:連接埠

110:饋入波

111:饋入波

120:天線元件

140:中間導板

Claims

一種天線，其包括：射頻(RF)輻射天線元件之一陣列，且可操作以回應於同時與兩個傳播波相互作用而同時產生兩個波束；及一饋入結構，其耦合以將該兩個波饋入至RF輻射天線元件之該陣列，該饋入結構在該等RF輻射天線元件下方具有一第一波導，其中該兩個波以相反方向傳播。
如請求項1之天線，其中該陣列係一超材料表面之部分。
如請求項1之天線，其中該陣列可操作以在該兩個波束上同時接收及發射。
如請求項1之天線，其中該饋入結構包括：一中心饋入及側邊饋入饋入機構，其等共用一第二波導，其中該兩個波以相反方向傳播；及一對連接埠，其經組態以將該兩個波注入該中心饋入及側邊饋入饋入機構。
如請求項4之天線，其中該第一波導在天線元件之該陣列與該第二波導之間。
如請求項5之天線，其進一步包括耦合在該第一波導與第二波導之間的一定向耦合器。
如請求項1之天線，其中該饋入結構包括：三個波導，其等形成一堆疊，其中第一波導及第二波導在第三波導下方且由一導板分離，該第二波導及該第三波導由一定向耦合器分離；及第一連接埠及第二連接埠，其等經組態以將包括第一波及第二波之該兩個波分別注入到該第一波導及該第二波導中，該第一波穿過該第一波導向外傳播，且接著在該第一波導及該第二波導之外側邊處向上傳播且進入該第二波導以向該第二波導中之一中心位置行進，該第二波自該第二波導中之該中心位置以與該第一波之一相反方向向外傳播，該第一波及該第二波穿過該定向耦合器進入該第三波導且在該第三波導中以相反方向傳播。
如請求項1之天線，其進一步包括一控制器，該控制器經耦合以控制RF輻射天線元件之該陣列以調諧RF輻射天線元件以彼此獨立地控制該兩個波束。
如請求項1之天線，其中該控制器可操作以控制該兩個波束以具有一或多個不同指向方向、不同偏振及不同頻率。
如請求項1之天線，其中該控制器可操作以施加一調變，該調變係用於建立該兩個波束之各波束所需調變之平均值。
一種天線，其包括：一超材料表面，其具有射頻(RF)輻射天線元件之一陣列且可操作以藉由同時與兩個傳播波相互作用來同時產生兩個波束；一饋入結構，其耦合以將該兩個波饋入至RF輻射天線元件之該陣列，該饋入結構在該RF輻射天線元件下方具有一第一波導，其中該兩個波以相反方向傳播且彼此正交；及一控制器，其耦合以控制該超材料表面以調諧RF輻射天線元件以彼此獨立地控制該兩個波束，其中該控制器可操作以控制該兩個波束以具有一或多個不同指向方向、不同偏振及不同頻率。
如請求項11之天線，其中該控制器可操作以施加一調變，該調變係用於建立該兩個波束之各波束所需調變之平均值。
如請求項11之天線，其中該陣列可操作以在該兩個波束上同時接收及發射。
如請求項11之天線，其中該饋入結構包括：一中心饋入及側邊饋入饋入機構，其等共用一第二波導，其中該兩個波以相反方向傳播；及一對連接埠，其經組態以將該兩個波注入該中心饋入及側邊饋入饋入機構。
如請求項14之天線，其中該第一波導在天線元件之該陣列與該第二波導之間。
如請求項15之天線，其進一步包括耦合在該第一波導與該第二波導之間的一定向耦合器。
如請求項16之天線，其中該側邊饋入饋入機構經組態以使得該兩個波之一者之一部分能夠進入該定向耦合器上方之該第一波導，而該一個饋入波之另一部分進入該第二波導。
如請求項17之天線，其中該中心饋入饋入機構經組態以使得該兩個波之一第二波之一部分能夠進入該定向耦合器上方之該第一波導，而該第二饋入波之另一部分進入該第二波導。
如請求項11之天線，其中該饋入結構包括：三個波導，其等形成一堆疊，其中第一波導及第二波導在第三波導下方且由一導板分離，該第二波導及該第三波導由一定向耦合器分離；及第一連接埠及第二連接埠，其等經組態以將包括第一波及第二波之該兩個波分別注入到該第一波導及該第二波導中，該第一波穿過該第一波導向外傳播，且接著在該第一波導及該第二波導之外側邊處向上傳播且進入該第二波導以向該第二波導中之一中心位置行進，該第二波自該第二波導中之該中心位置以與該第一波之一相反方向向外傳播，該第一波及該第二波穿過該定向耦合器進入該第三波導且在該第三波導中以相反方向傳播。
一種方法，其包括：經由一對連接埠將兩個饋入波注入一饋入結構；使用該饋入結構中之波導傳播該兩個饋入波；及使用具有射頻(RF)輻射天線元件之一陣列之一超材料表面，藉由在該等饋入波沿相反方向傳播且彼此正交之同時與該兩個饋入波彼此相互作用來同時產生兩個波束。
如請求項20之方法，其中該饋入結構包括一中心饋入及側邊饋入饋入機構，該饋入機構共用一第二波導，其中該兩個波以相反方向傳播，且其中經由一對連接埠將兩個饋入波注入一饋入結構包括將第一波及第二波分別注入到該第一波導及該第二波導中，且其中使用該饋入結構中之波導傳播該兩個饋入波包括將該第一波穿過該第一波導向外傳播，且接著向上傳播且在該第一波導及該第二波導之外側邊處進入該第二波導，以朝向該第二波導中之一中心位置行進，將該第二波自該第二波導中之該中心位置以與該第一波之一相反方向向外傳播，及使用一定向耦合器將該第一波及第二波自該第二波導傳播到該第三波導中，及將該第一波及第二波在該第三波導中以相反方向傳播。
如請求項20之方法，其進一步包括施加調變，該調變係用於建立該兩個波束之各波束所需調變之該平均值。