JP4864527B2 - 再構成可能な誘電性導波管アンテナ - Google Patents

Description

本発明は概略的に、誘電性導波管アンテナの分野に関連する。詳細に述べると、本発明はアンテナの有効な電磁結合の幾何学的形状を制御可能に変化させることによって決定される選択可能な方向で電磁放射（特に、ミリメートル導波管放射）を送信または受信するアンテナに関連する。

誘電性導波管アンテナは特許文献１−４等に例示されているようにこの分野で周知である。（これらの文献は本願に参照として組み込まれる。）そのようなアンテナは（通常、ロッド状の）細長い誘電性導波管から回転する円柱またはドラムへの電磁波のエバネッセント結合によって動作し、円柱またはドラムの表面構造によって決まる方向に、結合された電磁エネルギーを放射する。各列が異なった周期または間隔の構成を持つ複数の列の配置を画定することにより、そして、導波管の軸に平行な軸を中心にドラムを回転させることにより放射を異なった周期または間隔によって決定される平面上の特定の角度の範囲に方向付けることができる。

米国特許第６７５０８２７号明細書 米国特許第６２１１８３６号明細書 米国特許第５８１５１２４号明細書 米国特許第５９５９５８９号明細書

しかしながら、この種のアンテナはドラムを制御可能な様式で回転させるためのモーター、変速機、及び制御機構を必要とするのでアンテナシステムの重量、サイズ、コストが増大してしまう。

選択された方向に電磁放射を方向付けるための他の手段は、比較的大規模で動きが遅い位相配列アンテナである、ジンバル取り付け式パラボラ反射鏡であるが、それらは各々が高価な移相器を備えた複数のアンテナ部材を必要とするので非常に高価である。

したがって、高効率で正確な指向性の送信及び受信を与えることができ、比較的製造が容易な、指向性ビームアンテナに対する要求が存在する。また、好まれるものとして、そのようなアンテナは製造の容易性及び安価性のためにモノリシック構造を有することが望まれる。

概略的に述べると、本発明は電磁放射（特に、マイクロ波及びミリメートル波長放射）の送信及び受信のために動作可能な再構成可能な指向性アンテナであり、それは選択的に変更可能な結合幾何形状を有するエバネッセント結合エッジを備えた金属製のアンテナ部材（アンテナプレートまたはアンテナレイヤー）を備える。結合エッジは誘電性導波管等の、伝送線路に対して実質的に平行かつ接近した状態で配置される。ここで、用語「選択的に変更可能な結合幾何形状」とは、アンテナプレートまたはアンテナレイヤーの有効な電磁結合幾何形状を制御可能に変化させるために選択的に電気接続することができる幾何的なエッジ構造の列またはパターンを構成するエッジ形状を意味する。伝送線路とアンテナプレートまたはアンテナレイヤーとの間のエバネッセント結合の結果として、電磁信号が伝送線路を介して伝送されるときにアンテナによって電磁放射が送信または受信される。送信または受信されるビームの形状及び方向は結合エッジのエッジ構造に対して選択された電気接続のパターンによって決定される、エバネッセント結合エッジの選択された結合幾何形状によって決定される。

本発明の好まれる実施例において、プレートエッジ構造の間の電気接続は、結合エッジの個々の構造の間の電気接続を閉鎖及び開放する「オン−オフ」スイッチの配列の選択的な作動によって選択的に変化させられる。したがって、個々のスイッチの「オン」及び「オフ」の状態の選択は、アンテナ部材の結合エッジの電磁的な幾何形状を変化させ、それによって、送信または受信されるビームの方向及び形状を変化させる。特定のエッジ構造の構成及びパターンはアンテナの用途に応じてコンピューターモデルによって決定され、ビーム放射の動作周波数（波長）、必要なビームのパターンまたは方向、送信または受信効率、及び動作電力等のパラメーターの関数として決定されてもよい。スイッチの作動はこの分野の通常のプログラマーによって作成された特定の用途に対するアルゴリズムに従って適当にプログラムされたコンピューターの制御によって達成されてもよい。

以下の記載からより明らかになるだろうが、本発明は選択及び変更可能な形状及び方向を有するビーム状の電磁放射を送信及び（または）受信することができるアンテナを提供する。これらのアンテナの動作特性は小型で製造が容易な動作の信頼性の高いモノリシック構造によって達成されてもよい。

図１を参照すると、本発明の第１の好まれる実施例に従った再構成可能アンテナ１００が示されている。アンテナ１００は細長いロッド形状の伝送線路１０２、及び伝送線路１０２の軸に概略平行に整列したエバネッセント結合エッジ１０６を有する金属製アンテナプレート１０４を備える。アンテナプレート１０４と伝送線路１０２の整列、及びそれらの互いに対する近接は伝送線路１０２からの放射が、この分野で周知の様式で、アンテナプレート１０４にエバネッセント的に結合（evanescent coupling）することを可能にする。

伝送線路１０２は好まれるものとして細長いロッド状の誘電性導波管であるが、他の伝送線路が利用されてもよい。そのような他の伝送線路の例はスロット線路、共面線路、リブ状導波管、溝状導波管、イメージング導波管、及び平面導波管を含む。

アンテナプレート１０４の結合エッジ１０６は幾何形状構造の列またはパターンとともに形成されている。図１に示されているように、幾何形状構造は相補的なくぼみまたは刻み目１１０によって分離されているぎざぎざまたは凸部１０８のパターンであってもよい。ぎざぎざまたは凸部１０８の隣接した組はスイッチ１１２によって選択的に接続される。スイッチ１１２は、選択されたぎざぎざまたは凸部１０８の組を制御可能に接続することによって結合エッジ１０６の電磁結合の幾何形状を変化させるために、選択的に閉鎖することができる。凸部１０８の隣接する組を選択的に接続するこの機構により、結合エッジ１０６は選択的に変更可能な結合幾何形状を有するように画定することができる。

スイッチ１１２は結合プレート１０４の結合エッジ１０６を接続することが可能な、この分野で周知のいかなる種類の超小型スイッチであってもよい。例えば、スイッチ１１２は（例えば、ＰＩＮダイオード、バイポーラトランジスタ、電界効果型トランジスタ、またはヘテロ接合バイポーラトランジスタ等の）半導体スイッチ、メムス（ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems））、圧電スイッチ、（バラクター等の）容量性スイッチ、集中ＩＣスイッチ、強誘電性スイッチ、光伝導性スイッチ、電磁スイッチ、ガスプラズマスイッチ、または半導体プラズマスイッチであってもよい。スイッチ１１２の選択的な作動はこの分野の通常のプログラマーによって作成された特定の用途に対するアルゴリズムに従って適当にプログラムされた（マイクロコンピューター等の）コンピューターの制御によって達成されてもよい。

図２は図１に特定の変更を行ったアンテナ１００'を示しており、それは方形波として構成された結合エッジ１０６'を有する金属製アンテナプレート１０４'を備える。すなわち、結合エッジ１０６'は一続きの方形型に切り取られた刻み目またはくぼみ１１０'によって形成されている、一続きの方形のぎざぎざまたは凸部１０８'を備えている。凸部１０８'の隣接する組はスイッチ１１２'に接続されている。この変形の実施例において、特定の刻み目またはくぼみの幅はａ_iであり、それに隣接するぎざぎざまたは凸部の幅はｂ_iを有する。この変形の実施例において、凹部及び凸部の幅は等しくてもよいし（ａ_i＝ｂ_i）、等しくなくてもよい（ａ_i≠ｂ_i）。代替的に、全ての凹部が幅ａを有し、全ての凸部がａとは異なる幅ｂを有してもよい。もう１つの可能な配置において、１つの凹部の幅とそれに隣接する凸部の幅の合計が凹部と凸部の組の各々に対して等しくなる（ａ_i＋ｂ_i＝ａ_j＋ｂ_j）ようにされてもよい。代替的に、１つの凹部の幅とそれに隣接する凸部の幅の合計がそのような凹部／凸部の組のいくつかまたは全てに対して異なるようにされてもよい。いくつかの用途においては、各凹部及び（または）凸部の幅を放射または受信される放射の波長の半分未満にすることが望ましい。

図３Ａ及び３Ｂは本発明の第２の実施例に従ったアンテナ２００を図示しており、それは上述したように、伝送線路２０２、金属製アンテナプレート２０４を備える。金属製アンテナプレート２０４は互い違いになった凸部またはぎざぎざ２０８及び凹部またはくぼみ２１０の列を有するエバネッセント結合エッジ２０６を備える。第１の実施例とともに上述したように、隣接する凸部２０８の組の各々はスイッチ２１２によって選択的に接続される。

図３Ａ及び３Ｂのアンテナにおいて、金属製アンテナプレート２０４は基板２１４上に形成または配置される。基板２１４は石英、サファイア、セラミック、適当なプラスチック、またはポリマー合成物等の誘電性材料であってもよい。代替的に、基板２１４はシリコン、ガリウム砒素、リン化ガリウム、ゲルマニウム、ガリウムニトライド、リン化インジウム、砒化ガリウムアルミニウム、または絶縁体上シリコン等の半導体であってもよい。

図４Ａ及び４Ｂは本発明の第３の実施例に従ったアンテナ３００を図示しており、それは上述した実施例と同様に、伝送線路３０２、及び金属製アンテナプレート３０４を備える。金属製アンテナプレート３０４は凹部３１０によって分離された凸部３０８を有するエバネッセント結合エッジ３０６を備える。凸部３０８の隣接する組の各々は上述したように、スイッチ３１２によって選択的に接続される。この実施例において、金属製アンテナプレート３０４は基板３１４とカバーレイヤー３１６との間に挟まれている。図３Ａ及び３Ｂの実施例と同様に、基板３１４は誘電性材料であってもよいし、半導体材料であってもよい。カバーレイヤー３１６もまた、誘電性材料または半導体材料であってもよいが、必ずしも基板３１４と同一の材料で構成される必要はない。

図５Ａ及び５Ｂには、本発明の第４の実施例に従ったアンテナ４００が示されている。アンテナ４００は伝送線路４０２及び金属製アンテナプレート４０４を含む。アンテナプレート４０４は凹部４１０によって分離された凸部４０８を有するエバネッセント結合エッジ４０６を備える。凸部４０８の隣接する組の各々は上述したように、スイッチ４１２によって選択的に接続可能である。この実施例において、金属製アンテナプレート４０４は誘電性または半導体の基板４１４の前面上に形成または接着されている。そして、基板４１４の背面は金属製背面プレート４１６に接着されている。金属製の前面プレート４１８はエアギャップ４２０によって金属結合プレート４０４から分離されている。

図６Ａ及び６Ｂは本発明の第５の実施例に従ったアンテナ５００を図示している。アンテナ５００は伝送線路５０２及び金属製アンテナプレート５０４を含む。アンテナプレート５０４は凹部５１０によって分離された凸部５０８を有するエバネッセント結合エッジ５０６を備える。凸部５０８の隣接する組の各々は上述したように、スイッチ５１２によって選択的に接続可能である。この実施例において、アンテナプレート５０４は弱伝導体（半導体）または非伝導体（誘電体）のプレートまたはレイヤー５１４の組の間に挟まれており、そして、このサンドイッチ構造はさらに、金属製背面プレート５１６と金属製前面プレート５１８との間に挟まれている。

図７Ａ〜９Ｂは、電磁ビームの方向を２次元の方向に変化させることが可能な、本発明に従ったアンテナの他の実施例を示している。図７Ａ及び７Ｂは本発明の第６の実施例に従ったアンテナ６００を図示している。アンテナ６００は実質的に平行な平面を画定している、実質的に平面状のアンテナ部材６２０の積み重ねられた配列、及びアンテナ部材６２０の平面に対して垂直な、実質的に平行な線形の伝送線路６２２の配列を備える伝送線路部材を備える複合の（または、合成の）アンテナである。アンテナ部材６２０の各々は図３Ａ及び３Ｂの実施例、図４Ａ及び４Ｂの実施例、図５Ａ及び５Ｂの実施例、または、図６Ａ及び６Ｂの実施例に従って形成されてもよい。図示されているように、アンテナ部材６２０は図３Ａ及び３Ｂの実施例に従って形成されているので、各アンテナ部材６２０は上述の誘電性または半導体材料から作製されてもよい基板６２６に取り付けられた金属製アンテナプレート６２４を備える。アンテナプレート６２４の各々は凸部６３０のパターンによって形成された結合エッジ６２８を含み、結合エッジ６２８の隣接する各組はスイッチ６３２によって選択的に接続される。アンテナ部材６２０は、結合エッジ６２８の各々が整列するように配置されている。エバネッセント結合は伝送線路部材と各アンテナ部材６２０の結合エッジ６２８との間で生ずる。アンテナ部材６２０の各々は、例えばアルミニウム、銅、または金等の適当な金属で作製された分離プレート６３４によって分離されてもよい。

図８Ａ及び８Ｂは上述の図７及び７Ｂの実施例の変形の実施例に従った複合の（または、合成の）アンテナ６００'を図示している。複合のアンテナ６００'は、アンテナ部材６２０の平面に実質的に平行な、互いに実質的に平行な線形の伝送線路６２２'の配列を備える伝送線路部材を含む点を除いて、図７Ａ及び７Ｂの合成のアンテナ６００と実質的に同一である。図９Ａ及び９Ｂは図７及び７Ｂの実施例のもう１つの変形の実施例に従った複合の（または、合成の）アンテナ６００"を図示している。この変形の実施例はアンテナ部材６２０の平面に対して実質的に垂直な、平面状の伝送線路６２２"を備えた伝送線路部材を使用している。

図１０Ａ〜１１Ｃは本発明の第７の実施例に従ったアンテナ７００を図示しており、それは複数の半導体素子スイッチが一体的に形成されている複合レイヤー結合構造７２０から間隔を開けて整列した状態で配置された誘電性伝送線路７０２を備える。詳細に述べると、結合構造７２０は金属製ベースレイヤー７２２を備え、それの上には半導体レイヤー７２４が配置されている。本発明のこの実施例に従った特定の実施例において、ベースレイヤー７２２は５ｍｍの厚さのアルミニウムのレイヤーであり、半導体レイヤー７２４は１ｋΩ-ｃｍの抵抗率を有する０.５ｍｍ厚のシリコンである。半導体レイヤー７２４の上面は（図１１Ｃに示されているように）交互になったＰ型ドープスイッチ電極７２６及びＮ型ドープスイッチ電極７２８の配列を形成するためにドープ（または、不純物注入）される。好まれるものとして二酸化珪素である第１誘電性絶縁レイヤー７３０は半導体レイヤー７２４の上に形成される。第１絶縁レイヤー７３０は電極７２６、７２８を露出する開口の配列を形成するために従来の方法でマスキング及びフォトエッチングされる。本発明の特定の実施例において、第１絶縁レイヤー７３０は０.５マイクロメートルの厚さを有する。

伝導性金属製コンタクト７３２の配列（図１１Ｂ参照）は第1絶縁レイヤー７３０の上に形成される。上述の特定の実施例において、金属製コンタクト７３２は厚さ０.５マイクロメートルの金の平行な片の列として形成される。コンタクト７３２はスクリーン印刷や電着等の適当な方法で形成されてもよい。コンタクト７３２の各々は電極７２６、７２８の１つとの電気接続を確立するために第１絶縁レイヤー７３０の開口を通って下方に拡張する第１端部７３４を有する。第２誘電性絶縁レイヤー７３６は、図１０Ｂに示されているように、露出されたままにされる各コンタクト７３２の第２端部７３８を除いたコンタクト７３２の全体を覆うために第１絶縁レイヤー７３０の上に形成される。第２誘電性絶縁レイヤー７３６は、第１絶縁レイヤー７３０と同様に、好まれるものとして、０.５マイクロメートルの厚さの二酸化珪素で形成される。スイッチ信号ワイヤー７４０は、従来の方法で、各コンタクト７３２の第２端部に取り付けられる。スイッチ信号ワイヤー７４０の目的は後で説明される。

金属製アンテナレイヤー７４２は第２絶縁レイヤー７３６の上に形成される。図１１Ａに最もよく示されているように、アンテナレイヤー７４２は一方の端部で連続片７４６に接合されており、他方の端部がスロットまたは隙間７４８によって分離されている複数の平行な指部７４４を備える。金属製アンテナレイヤー７４２は上述した実施例のアンテナプレートに対応しており、そして、指部７４４は凸部を画定し、スロット７４８は凹部を画定し、上述の実施例とともに説明したように、これらの指部７４４及びスロット７４８によって与えられるエバネッセント結合エッジを備える。指部７４４の各々は、図１０Ａに最もよく示されているように、２つの隣接するコンタクト７３２の上に配置される。指部７４４及びスロット７４８は上述の特定の実施例において０.７ｍｍである特定の周期または間隔で方形波結合エッジを画定する。上述の特定の実施例において、アンテナレイヤー７４２は約１.０マイクロメートルの厚さの金で作製されている。

アンテナ７００はエアギャップ７５２によってアンテナレイヤー７４２から分離されている金属製カバーレイヤー７５０を含んでもよい。上述された特定の実施例において、カバーレイヤー７５０は厚さ５ｍｍのアルミニウムのシートを備え、エアギャップ７５２は３ｍｍである。

図１３を参照すると、Ｐ及びＮ電極７２６、７２８の隣接する組によって形成されるスイッチを選択的に作動するための制御機構が示されている。上述したように、コンタクト７３２の各々は電極７２６、７２８の１つと接続しており、コンタクト７３２の各々はさらにワイヤー７４０の１つによって接続されている。ワイヤー７４０は電極７２６、７２８の各Ｐ−Ｎ組に個々の通電電流（または、励起電流）を選択的に供給する電子コントローラー７５４に接続されている。通電電流は半導体レイヤー７２４の選択された電極の組の電極の間の領域にキャリアの注入を生じ、それによって、通電された（または、励起された）電極の組の間に伝導性の接続（または、伝導性のリンク）を形成し、そして伝導性の接続の各々は重なって配置されている指部７４４に容量的に結合する。これらの伝導性の接続は上述の実施例とともに説明されたスイッチの閉鎖に対応し、それによって、結合エッジの２つの隣接する凸部（指部７４４）は電気的に接続される。通電されていない（または、励起されていない）電極の組は非接続状態を維持し、（上述の実施例の）スイッチの開放に対応する。図１３に示されている実施例において、電極１及び２はコントローラー７５４によって通電されており、それによって、それらの電極の間の半導体スイッチを「閉鎖」している。同様に、コントローラー７５４によって通電されている電極５及び６の間の半導体スイッチも閉鎖されている。選択された電極の組のＰ及びＮ電極の間の半導体スイッチを閉鎖することにより、アンテナレイヤー７４２によって与えられる結合エッジの構成は上述の容量性結合接続によって変化させられる。

動作中、伝送線路７０２は伝送線路７０２に沿って伝播する電磁波を支持する。伝送線路７０２の物理的な領域の外側を伝播する電磁波の部分はエバネッセント波（または、エバネッセント場）を形成する。上述したように、エバネッセント波はアンテナレイヤー７４２によって画定される結合エッジと相互作用し、結合エッジによって散乱または拡散される。この散乱された電磁波はもはや伝送線路７０２によって支持されず、それらは自由空間を伝播する。散乱された電磁波の波面または波頭は上述した様式でコントローラー７５４によって選択的に変化させることができる、アンテナレイヤー７４２の結合エッジの選択された構成または配置に依存する。

図１０Ａ〜１１Ｃとともに説明された実施例において、アンテナレイヤー７４２の標準的な（すなわち、全てのスイッチがオフの）構成は０.７ｍｍの周期または間隔を有する周期的な構造である。数値的シミュレーションによると、伝送線路７０２に対して８０度の角度を形成する方向に伝播する準平行ビームを形成するためには、電極７２６、７２８の組が５つおきに通電されなければならないことが判明している。電極７２６、７２８の組が４つおきに通電された場合、伝播するビームは伝送線路に対して９２.５度の角度を形成する方向を有する。

図１０Ａ及び１０Ｂの実施例に従ったアンテナの第２の特定の実施例は、図１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃに示されているコンタクト、アンテナレイヤー、及び、Ｐ及びＮ電極の構成または配置を除いて上述の第１の特定の実施例と実質的に同一の構造を含む。詳細に述べると、この第２の実施例において、Ｐ電極７２６'の複数の組は図１２Ｃに示されているように、２つのＰ電極７２６'が２つのＮ電極７２８'に続いて配置されるような様式でＮ電極７２８'の複数の組と互い違いになっている。複数の実質的に平行な線形のコンタクト７３２'（図１２Ｂ参照）は第１絶縁レイヤー７３０の表面に配置されており、各コンタクト７３２'は同様な電極の組（すなわち、Ｐ電極７２６'の組またはＮ電極７２８'の組）に接続するために半導体レイヤー７２４の中に下方に拡張する横方向のコンタクトヘッド７３３で終端している。金属製結合レイヤー７４２'は、各々が連続片７４６'に接続した第１端部を有する複数の指部７４４'、及び横方向のコンタクトヘッド７３３の対応する１つの上に配置された横方向の縁部７４９で終端する第２端部を含む。指部７４４'はスロットまたは隙間７４８'で分離されている。上述の実施例とともに説明したように、指部７４４'は凸部を画定し、スロット７４８'は凹部を画定し、それによって、指部７４４'及びスロット７４８'はエバネッセント結合エッジを形成している。指部７４４'及びスロット７４８'は（縁部７４９の中心間で測定したときに）０.８ｍｍの周期を有する結合エッジを画定する。

この第２の特定の実施例において、第１絶縁レイヤー７３０は０.３マイクロメートル厚であり、コンタクト７３２'は１.０マイクロメートル厚であり、エアギャップ７５２は２ｍｍである。結合構造７２０の多様なレイヤーの他の全ての寸法及び材質は上述の第１の実施例と同一である。

第２の特定の実施例において、電極の組を５つおきに起動した場合、それは伝送線路に対して７３度の角度を形成する方向のビームの伝播の結果となり、電極の組を４つおきに起動した場合、伝送線路に対して９０度の角度で伝播するビームが生成される。

本発明の第１の好まれる実施例に従った再構成可能アンテナのやや概略的な平面図である。 図１の本発明の第１の好まれる実施例の特定の変形に対する平面図である。 本発明の第２の好まれる実施例に従った再構成可能アンテナの平面図（Ａ）、及び線３Ｂ−３Ｂで切り取ったときの立面図（Ｂ）である。 本発明の第３の好まれる実施例に従った再構成可能アンテナの平面図（Ａ）、及び線４Ｂ−４Ｂで切り取ったときの立面図（Ｂ）である。 本発明の第４の好まれる実施例に従った再構成可能アンテナの平面図（Ａ）、及び線５Ｂ−５Ｂで切り取ったときの立面図（Ｂ）である。 本発明の第５の好まれる実施例に従った再構成可能アンテナの平面図（Ａ）、及び線６Ｂ−６Ｂで切り取ったときの立面図（Ｂ）である。 本発明の第６の好まれる実施例のやや概略的な斜視図（Ａ）及び上面図（Ｂ）である。 図７の本発明の第６の好まれる実施例の変形に対する斜視図（Ａ）及び上面図（Ｂ）である。 図７の本発明の第６の好まれる実施例のもう１つの変形に対する斜視図（Ａ）及び上面図（Ｂ）である。 本発明の第７の好まれる実施例の、やや概略的な縦方向の断面図（Ａ）、及び線１０Ｂ−１０Ｂで切り取ったときの横方向の断面図（Ｂ）である。 図１０Ａ及び１０Ｂの実施例の金属レイヤー（Ａ）、コンタクト（Ｂ）、及び電極（Ｃ）のやや概略的な図である。 図１０Ａ及び１０Ｂの実施例の変形に対する金属レイヤー（Ａ）、コンタクト（Ｂ）、及び電極（Ｃ）のやや概略的な図である。 図１０Ａ及び１０Ｂの実施例で利用されるスイッチ制御システムのやや概略的な図である。

符号の説明

１００ 再構成可能なアンテナ
１０２ 伝送線路
１０４ 金属製アンテナプレート
１０６ エバネッセント結合エッジ
１０８ 凸部
１１０ 凹部
１１２ スイッチ
２００ 本発明のアンテナ
２０２ 伝送線路
２０４ 金属製アンテナプレート
２０６ エバネッセント結合エッジ
２０８ 凸部
２１２ スイッチ
２１４ 基板
３００ 本発明のアンテナ
３０２ 伝送線路
３０４ 金属製アンテナプレート
３０６ エバネッセント結合エッジ
３０８ 凸部
３１０ 凹部
３１２ スイッチ
３１４ 基板
３１６ カバーレイヤー
４００ 本発明のアンテナ
４０２ 伝送線路
４０４ 金属製アンテナプレート
４０６ エバネッセント結合エッジ
４０８ 凸部
４１０ 凹部
４１２ スイッチ
４１４ 基板
４１６ 金属製背面プレート
４１８ 金属製前面プレート
４２０ エアギャップ
５００ 本発明のアンテナ
５０２ 伝送線路
５０４ 金属製アンテナプレート
５０６ エバネッセント結合エッジ
５０８ 凸部
５１０ 凹部
５１２ スイッチ
５１４ 誘電体レイヤー
５１６ 金属製背面プレート
５１８ 金属製前面プレート
６００ 本発明の複合アンテナ
６２０ 平面状のアンテナ部材
６２２ 伝送線路
６２４ 金属製アンテナプレート
６２６ 基板
６２８ エバネッセント結合エッジ
６３０ 凸部
６３２ スイッチ
６３４ 分離プレート
７００ 本発明の複合アンテナ
７０２ 伝送線路
７２０ 複合レイヤー結合構造
７２２ 金属製ベースレイヤー
７２４ 半導体レイヤー
７２６，７２８ 電極
７３０ 絶縁レイヤー
７３２ 金属製コンタクト
７３３ コンタクトヘッド
７３４ コンタクトの第１端部
７３６ 絶縁レイヤー
７３８ コンタクトの第２端部
７４０ ワイヤー
７４２ 金属製アンテナレイヤー
７４４ 指部
７４６ 連続片
７４８ スロット
７４９ 金属製レイヤーの縁部
７５０ 金属製カバーレイヤー
７５２ エアギャップ
７５４ 電子コントローラー

Claims (30)

1. それを通って電磁信号が伝送される伝送線路；
   前記伝送線路に隣接する電磁結合幾何形状を有するエバネッセント結合エッジを備える金属製アンテナプレート；及び
   前記エバネッセント結合エッジに形成される複数のスイッチにして、前記伝送線路とアンテナプレートとの間のエバネッセント結合を制御するために前記電磁結合幾何形状を選択的に変化させるように動作可能な複数のスイッチを備える、選択可能な方向を有する電磁ビームを送信及び／又は受信するためのエバネッセント結合アンテナ。
2. 前記エバネッセント結合エッジが互い違いになった凸部及び凹部のパターンで形成され、前記複数のスイッチが前記凸部の選択された隣接する組を接続するために選択的に動作可能である、請求項１に記載のエバネッセント結合アンテナ。
3. 前記スイッチがコンピュータープログラムに従って選択的に動作可能な、請求項１に記載のエバネッセント結合アンテナ。
4. 前記伝送線路が誘電性導波管、スロット線路、共面線路、リブ状導波管、溝状導波管、及びイメージング導波管の少なくとも１つから成るグループから選択される、請求項１に記載のエバネッセント結合アンテナ。
5. 前記スイッチがＰＩＮダイオード、バイポーラトランジスタ、電界効果型トランジスタ、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ、メムス（ＭＥＭＳ）、圧電スイッチ、光伝導性スイッチ、容量性スイッチ、集中ＩＣスイッチ、強誘電性スイッチ、電磁スイッチ、ガスプラズマスイッチ、及び半導体プラズマスイッチの少なくとも１つから成るグループから選択される、請求項１に記載のエバネッセント結合アンテナ。
6. 互い違いになった前記凸部及び凹部のパターンが概略方形波を形成する、請求項２に記載のエバネッセント結合アンテナ。
7. 前記凸部及び凹部が概略等しい幅を有する、請求項６に記載のエバネッセント結合アンテナ。
8. 前記凹部が第１の幅を有し、前記凸部が第１の幅とは異なる第２の幅を有する、請求項６に記載のエバネッセント結合アンテナ。
9. １つの前記凹部の幅とそれに隣接する前記凸部の幅の合計が他の凹部の幅とそれに隣接する前記凸部の幅の合計に等しい、請求項６に記載のエバネッセント結合アンテナ。
10. 前記凹部が第１の幅を有し、前記凸部が第２の幅を有し、前記第１の幅と前記第２の幅の少なくとも１つが前記電磁信号の波長の半分以下である、請求項６に記載のエバネッセント結合アンテナ。
11. 前記アンテナプレートが誘電性材料及び半導体材料の少なくとも１つから成るグループから選択される基板に取り付けられている、請求項１に記載のエバネッセント結合アンテナ。
12. 前記基板が石英、サファイア、セラミック、プラスチック、及びポリマー合成物から成るグループから選択される誘電性材料から作製されている、請求項１１に記載のエバネッセント結合アンテナ。
13. 前記基板がシリコン、ガリウム砒素、リン化ガリウム、ゲルマニウム、ガリウムニトライド、リン化インジウム、砒化ガリウムアルミニウム、及び絶縁体上シリコンの少なくとも１つから成るグループから選択される半導体材料である、請求項１１に記載のエバネッセント結合アンテナ。
14. 前記アンテナプレートを覆うカバーレイヤーをさらに備え、それによって前記アンテナプレートが前記カバーレイヤーと前記基板の間に挟まれ、前記カバーレイヤーが石英、サファイア、セラミック、プラスチック、及びポリマー合成物、シリコン、ガリウム砒素、リン化ガリウム、ゲルマニウム、ガリウムニトライド、リン化インジウム、砒化ガリウムアルミニウム、及び絶縁体上シリコンの少なくとも１つから成るグループから選択される材料から作製されている、請求項１１に記載のエバネッセント結合アンテナ。
15. 前記基板が第１及び第２の両側の表面を有し、前記アンテナプレートが前記第１表面に固定されており、前記アンテナプレートがさらに、前記第２表面に固定された金属製背面プレート、及び非金属製レイヤーによって前記アンテナプレートから間隔を開けて配置された金属製表面プレートを備える、請求項１１に記載のエバネッセント結合アンテナ。
16. 前記非金属製レイヤーが空気である、請求項１５に記載のエバネッセント結合アンテナ。
17. 前記非金属製レイヤーが半導体金属製及び誘電性材料の少なくとも１つから成るグループから選択される材料から作製されている、請求項１５に記載のエバネッセント結合アンテナ。
18. 前記金属製アンテナプレートが第１金属製アンテナプレートであり、前記エバネッセント結合アンテナがさらに前記第１金属製アンテナプレートに対して実質的に平行に配置され、選択的に変更可能な電磁結合幾何形状を有するエバネッセント結合エッジを有する少なくとも１つの第２金属製アンテナプレートを備え、前記伝送線路と前記第１及び第２金属製アンテナプレートとの間のエバネッセント結合を可能にするために前記第１及び第２金属製アンテナプレートの両方が前記伝送線路に隣接して配置されている、請求項１に記載のエバネッセント結合アンテナ。
19. 前記第１及び第２金属製アンテナプレートの前記エバネッセント結合エッジの前記選択的に変更可能な電磁結合幾何形状が前記電磁ビームの２次元の方向の変化を可能にする、請求項１８に記載のエバネッセント結合アンテナ。
20. それを通って電磁信号が伝送される伝送線路；及び、
    前記伝送線路から間隔を開けて整列した状態で配置された複合レイヤー結合構造を備え、
    複合レイヤー結合構造が、
    金属製ベースレイヤー；
    前記ベースレイヤーに配置された半導体レイヤーであって、スイッチ電極のパターンを備えるためにドープされた上面を有する半導体レイヤー；
    前記スイッチ電極を露出したままにした状態で前記半導体レイヤーの上に形成された第１絶縁レイヤー；
    前記第１絶縁レイヤーに備えられた伝導性コンタクトの配列であって、前記コンタクトの各々が前記露出したスイッチ電極の１つに接続するために前記第１絶縁レイヤーを貫通して拡張する第１端部を有するコンタクトの配列；
    前記コンタクトの露出された第２端部を除いて前記コンタクトの配列を覆うために前記第１絶縁レイヤーの上に形成された第２絶縁レイヤー；及び、
    前記第２絶縁レイヤーの上に形成された金属製アンテナレイヤーであって、前記アンテナレイヤーが互い違いになった凸部と凹部を有するエバネッセント結合エッジを画定し、前記凸部の各々が前記コンタクトの隣接する組の上に配置されている金属製アンテナレイヤーを備え、
    前記凸部の対応する１つに容量的に結合する、通電された電極の各組の間の伝導性の接続を形成するために選択された電極の組が前記コンタクトを介して通電されるエバネッセント結合アンテナ。
21. エアギャップによって前記複合レイヤー結合構造から間隔を開けて配置された金属製カバープレートをさらに備える、請求項２０に記載のエバネッセント結合アンテナ。
22. 前記複合レイヤー結合構造が、各々が前記エバネッセント結合エッジの前記凸部の１つを画定する複数の指部を備える、請求項２０に記載のエバネッセント結合アンテナ。
23. 前記エバネッセント結合エッジが周期的構造を画定する、請求項２０に記載のエバネッセント結合アンテナ。
24. 前記周期的構造が約０．７ｍｍ〜約０．８ｍｍの周期を有する、請求項２３に記載のエバネッセント結合アンテナ。
25. 実質的に平行な平面を画定する、積み重ねられた平面アンテナ部材の配列であって、アンテナ部材の各々が電磁結合幾何形状を有するエバネッセント結合エッジを備える積み重ねられた平面アンテナ部材の配列；
    伝送線路部材と前記アンテナ部材の結合エッジの間のエバネッセント結合を可能にするために前記積み重ねられたアンテナ部材の配列に隣接して配置される伝送線路部材；及び
    各平面アンテナ部材の前記エバネッセント結合エッジに形成される複数のスイッチにして、前記伝送線路部材と平面アンテナ部材との間のエバネッセント結合を制御するためにエバネッセント結合エッジの電磁結合幾何形状を選択的に変化させるように動作可能な複数のスイッチを備えるエバネッセント結合アンテナ。
26. 前記伝送線路部材が前記アンテナ部材によって画定される前記平面に対して実質的に垂直に配置されている、請求項２５に記載のエバネッセント結合アンテナ。
27. 前記伝送線路部材が前記アンテナ部材によって画定される前記平面に対して実質的に平行に配置されている、請求項２５に記載のエバネッセント結合アンテナ。
28. 前記伝送線路部材が前記アンテナ部材によって画定される前記平面に対して実質的に垂直に配置されている、実質的に平行な線形の伝送線路の配列を備える、請求項２５に記載のエバネッセント結合アンテナ。
29. 前記伝送線路部材が前記アンテナ部材によって画定される前記平面に対して実質的に平行に配置されている、実質的に平行な線形の伝送線路の配列を備える、請求項２５に記載のエバネッセント結合アンテナ。
30. 前記伝送線路部材が前記アンテナ部材によって画定される前記平面に対して実質的に垂直に配置されている平面状の伝送線路を備える、請求項２５に記載のエバネッセント結合アンテナ。

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