JP6978186B2 - Two-dimensional, electronically steerable artificial impedance surface antenna - Google Patents
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Description
本開示は、一般にアンテナに関し、特に、電子的に操向可能なアンテナに関する。さらに詳細には、本開示は、2次元で操向されることが可能な電子的に操向可能な人工インピーダンスアンテナに関する。 The present disclosure relates to antennas in general, and in particular to electronically steerable antennas. More specifically, the present disclosure relates to an electronically steerable artificial impedance antenna that can be steered in two dimensions.
さまざまな用途において、2つの方向に電子的にアンテナを操向する能力を有することが望まれる場合がある。本明細書で使用される場合、アンテナを「操向すること(steering)」は、特定の方向でのアンテナの放射パターンの、主利得ローブ、すなわちメインローブを向けることを含み得る。アンテナを電子的に操向することは、機械的というよりはむしろ、電子的な手段を用いてアンテナを操向することを意味している。2次元に対してアンテナを操向することを、2次元操向と呼ぶことができる。 In various applications, it may be desirable to have the ability to electronically steer the antenna in two directions. As used herein, "steering" an antenna may include directing the main gain lobe, or main lobe, of the radiation pattern of the antenna in a particular direction. Manipulating the antenna electronically means manipulating the antenna using electronic means rather than mechanically. Steering an antenna with respect to two dimensions can be called two-dimensional steering.
一般に、2次元操向は、典型的には、フェーズドアレイアンテナによって提供される。ただし、一般に利用可能なフェーズドアレイアンテナは、所望されるよりも、より複雑および/またはより高価である電子的構成を有する。その結果、2次元で電子的に操向されることができ、フェーズドアレイアンテナに対して低コストである、いくつかの他のタイプのアンテナを有することが望まれる場合がある。 In general, 2D steering is typically provided by a phased array antenna. However, commonly available phased array antennas have electronic configurations that are more complex and / or more expensive than desired. As a result, it may be desirable to have some other type of antenna that can be electronically steered in two dimensions and is less costly than a phased array antenna.
人工インピーダンス表面アンテナ(AISAs)は、フェーズドアレイアンテナよりも安価であり得る。人工インピーダンス表面アンテナは、人工インピーダンス表面上の表面波と所望の遠視野放射パターンとの間の位相面を一致させる機能にしたがって、人工インピーダンス表面にわたって空間的に変調されるインピーダンスを有する人工インピーダンス表面(AIS)にわたって表面波を放つことによって、実現され得る。人工インピーダンス表面アンテナの動作の基本原理は、所望の平面波に励起された表面波の波面の波動ベクトルと一致させるようにこの変調された人工インピーダンス表面のグリッドの運動量を使用することである。 Artificial impedance surface antennas (AISAs) can be cheaper than phased array antennas. Artificial impedance surface antennas have an artificial impedance surface that has impedance that is spatially modulated over the artificial impedance surface according to the ability to match the phase plane between the surface wave on the artificial impedance surface and the desired far-field radiation pattern. It can be achieved by emitting surface waves over AIS). The basic principle of operation of an artificial impedance surface antenna is to use the momentum of the grid of this modulated artificial impedance surface to match the wave vector of the wavefront of the surface wave excited by the desired plane wave.
一部の低コストの人工インピーダンス表面アンテナは、1次元で電子的に操向されることが可能であるだけである場合がある。場合によっては、機械的な操向が、2次元において1次元人工インピーダンス表面アンテナを操向するために使用されてもよい。ただし、機械的な操向は、特定の用途において望ましくない場合がある。 Some low-cost artificial impedance surface antennas may only be able to be electronically steered in one dimension. In some cases, mechanical steering may be used to steer a one-dimensional artificial impedance surface antenna in two dimensions. However, mechanical steering may not be desirable in certain applications.
2次元で電子的に操向可能な人工インピーダンス表面アンテナは、従来技術に記載されている。ただし、このタイプのアンテナは、所望されるよりも、より高価であり、電子的に複雑である。例えば、2次元でこのタイプのアンテナを電子的に操向することは、インピーダンス素子の2次元アレイのための電圧制御の複雑なネットワークを必要とし得る。このネットワークは、任意の方向にビーム操向を生成することができる任意のインピーダンスのパターンを作成するために使用される。 Artificial impedance surface antennas that can be electronically steered in two dimensions have been described in the prior art. However, this type of antenna is more expensive and electronically complex than desired. For example, electronically manipulating this type of antenna in two dimensions may require a complex network of voltage controls for a two-dimensional array of impedance devices. This network is used to create a pattern of any impedance that can generate beam steering in any direction.
例示的な一例では、2次元人工インピーダンス表面アンテナは、誘電体基板上の金属パッチのグリッドとして実現されてもよい。各金属経路を、インピーダンス素子と呼ぶことができる。人工インピーダンス表面の表面波インピーダンスは、複数のパッチの各パッチ間に接続された電圧可変バラクタに可変電圧を印加することにより、人工インピーダンス表面上の各位置で局所的に制御され得る。バラクタは、半導体素子のダイオードであり、このダイオードは印加される電圧に依存する静電容量を有する。 In an exemplary example, the 2D artificial impedance surface antenna may be implemented as a grid of metal patches on a dielectric substrate. Each metal path can be called an impedance element. The surface wave impedance of the artificial impedance surface can be locally controlled at each position on the artificial impedance surface by applying a variable voltage to the voltage variable varicaps connected between each patch of the plurality of patches. A varicap is a diode in a semiconductor device, which has a capacitance that depends on the applied voltage.
人工インピーダンス表面の表面波インピーダンスは、パッチ間に挿入された容量性負荷で調整され得る。各パッチは、電圧可変バラクタコンデンサを有するすべての4つの側面で隣接パッチに電気的に接続される。電圧は、各パッチに接続された電気ビアを介してバラクタに印加される。電気ビアは、電子回路内の1つまたは複数の隣接する層の平面を通過する電気接続であってもよい。 The surface wave impedance of the artificial impedance surface can be adjusted by the capacitive load inserted between the patches. Each patch is electrically connected to an adjacent patch on all four sides with a variable voltage varicap capacitor. The voltage is applied to the varicap through the electric vias connected to each patch. The electrical vias may be electrical connections that pass through the plane of one or more adjacent layers in the electronic circuit.
パッチの一部は、各パッチの中心から誘電体基板まで延びる電気ビアを用いて接地面に電気的に接続され得る。パッチの残りの部分は、誘電体基板を貫通する電圧源に、およびこの電圧源への接地面の貫通孔に電気的に接続され得る。 A portion of the patch may be electrically connected to the ground plane using an electrical via that extends from the center of each patch to the dielectric substrate. The rest of the patch can be electrically connected to a voltage source that penetrates the dielectric substrate and into a through hole in the ground plane to this voltage source.
コンピューター制御は、任意の所望のインピーダンスパターンが、バラクタチューナビリティの制限内、および人工インピーダンス表面の表面波特性の制限内で、人工インピーダンス表面に適用されることを可能にする。この方法の制限の1つは、ビアが、より低い周波数に表面波バンドギャップをシフトする人工インピーダンス表面にインダクタンスを与えるため、ビアは、人工インピーダンス表面の動作帯域幅を大幅に減らすことができるということである。バラクタがより高い静電容量に調整されるにつれて、人工インピーダンス表面のインダクタンスは増加され、これにより、表面波バンドギャップの周波数をさらに減少させることができる。表面波バンドギャップの最終的な結果として、人工インピーダンス表面がバンドギャップ周波数を超えて使用されることは可能ではない。さらに、表面波バンドギャップは、人工インピーダンス表面を調整することができる範囲に表面波インピーダンスの範囲を制限する。 Computer control allows any desired impedance pattern to be applied to the artificial impedance surface within the limits of varicap tunability and within the limits of the surface wave characteristics of the artificial impedance surface. One of the limitations of this method is that the vias provide inductance to the artificial impedance surface that shifts the surface wave bandgap to lower frequencies, so the vias can significantly reduce the operating bandwidth of the artificial impedance surface. That is. As the varicap is adjusted to higher capacitance, the inductance of the artificial impedance surface increases, which can further reduce the frequency of the surface wave bandgap. As a result of the surface wave bandgap, it is not possible for artificial impedance surfaces to be used beyond the bandgap frequency. In addition, the surface wave bandgap limits the range of surface wave impedance to the extent that the artificial impedance surface can be tuned.
このように、上述したような、2次元で電子的に操向することができ、一般に利用可能な2次元人工インピーダンス表面アンテナよりも、より安価で、複雑ではない人工インピーダンス表面アンテナが、特定の用途において望まれる場合がある。したがって、上述の問題の少なくともいくつか、ならびに他の可能性のある問題を考慮した方法および装置を有することが望ましい。 Thus, a specific artificial impedance surface antenna that can be electronically steered in two dimensions, as described above, is cheaper and less complex than the commonly available two-dimensional artificial impedance surface antennas. May be desired in the application. Therefore, it is desirable to have methods and devices that take into account at least some of the above problems, as well as other possible problems.
例示的な一実施形態では、装置は、複数の放射素子と複数の表面波フィードを含む。複数の放射素子の各放射素子は、複数の表面波チャネルの各表面波チャネルが表面波の経路を制限し、複数のスイッチ素子および複数のインピーダンス素子を含むように構成された複数の表面波チャネルを含む。複数の表面波フィードのうちの1つの表面波フィードは、複数の放射素子のうちの1つの放射素子の複数の表面波チャネルのうちの1つの表面波チャネルを、高周波信号を運ぶように構成された伝送線に接続するように構成される。 In one exemplary embodiment, the device comprises a plurality of radiating elements and a plurality of surface wave feeds. Each radiating element of the plurality of radiating elements is a plurality of surface wave channels configured such that each surface wave channel of the plurality of surface wave channels restricts the path of the surface wave and includes a plurality of switch elements and a plurality of impedance elements. including. One surface wave feed of multiple surface wave feeds is configured to carry high frequency signals over one surface wave channel of multiple surface wave channels of one radiation element of multiple radiation elements. It is configured to connect to the transmission line.
別の例示的な実施形態では、アンテナシステムが、複数の放射素子と複数の表面波フィードを含む。複数の放射素子の各放射素子は、複数の表面波チャネルの各表面波チャネルが表面波の経路を制限するように構成された複数の表面波チャネルを含む。複数の表面波チャネルの各表面波チャネルは、誘電体基板の表面上に配置された複数のインピーダンス素子、および誘電体基板の表面上に配置された複数のスイッチ素子を含む。複数のスイッチ素子の各スイッチ素子は、単に2つの状態を有する。複数の表面波フィードは、複数の放射素子の各放射素子の複数の表面波チャネルを、複数の伝送線に接続するように構成されている。 In another exemplary embodiment, the antenna system comprises a plurality of radiating elements and a plurality of surface wave feeds. Each radiating element of the plurality of radiating elements includes a plurality of surface wave channels configured such that each surface wave channel of the plurality of surface wave channels restricts the path of the surface wave. Each surface wave channel of the plurality of surface wave channels includes a plurality of impedance elements arranged on the surface of the dielectric substrate and a plurality of switch elements arranged on the surface of the dielectric substrate. Each switch element of a plurality of switch elements simply has two states. The plurality of surface wave feeds are configured to connect a plurality of surface wave channels of each radiating element of the plurality of radiating elements to a plurality of transmission lines.
さらに別の例示的な実施形態では、アンテナシステムを電子的に操向するための方法が提供されている。表面波は、放射パターンを形成するために、複数の放射素子の各放射素子に形成された複数の表面波チャネルの各表面波チャネルに沿って伝播される。複数の放射素子の各放射素子に形成された複数の表面波チャネルの各表面波チャネルは、複数の放射素子に関連した複数の表面波フィードのうちの1つの表面波フィードを用いて、高周波信号を運ぶように構成された伝送線に接続される。放射パターンのメインローブは、複数の表面波チャネルの各表面波チャネルで複数のインピーダンス素子を接続している複数のスイッチ素子に印加される電圧を制御することにより、電子的に操向される。 Yet another exemplary embodiment provides a method for electronically manipulating an antenna system. The surface wave is propagated along each surface wave channel of the plurality of surface wave channels formed in each radiation element of the plurality of radiation elements in order to form a radiation pattern. Each surface wave channel of the plurality of surface wave channels formed in each radiation element of the plurality of radiation elements is a high frequency signal using the surface wave feed of one of the plurality of surface wave feeds associated with the plurality of radiation elements. Connected to a transmission line configured to carry. The main lobe of the radiation pattern is electronically steered by controlling the voltage applied to a plurality of switch elements connecting the plurality of impedance elements in each surface wave channel of the plurality of surface wave channels.
特徴および機能を、本開示のさまざまな実施形態において独立して達成することができ、または、さらに他の実施形態で組み合わせることが可能であり、さらなる詳細が以下の説明および図面を参照して理解され得る Features and functions can be achieved independently in the various embodiments of the present disclosure, or can be combined in yet other embodiments, further details are understood with reference to the following description and drawings. Can be
例示的な実施形態の特色と考えられる新しい特徴が、添付の特許請求の範囲に記載されている。ただし、例示的な実施形態ならびに使用の好ましい態様だけでなく、そのさらなる目的および特徴が、添付の図面と併せて読むと、本開示の例示的な実施形態の以下の詳細な説明を参照することによって最も理解されよう。 New features that are considered to be the features of the exemplary embodiment are described in the appended claims. However, when read in conjunction with the accompanying drawings, not only the exemplary embodiments and preferred embodiments thereof, but also their further objectives and features, see the following detailed description of the exemplary embodiments of the present disclosure. Will be best understood by.
次に、図面を参照すると、特に、図1を参照して、ブロック図の形態でのアンテナシステムの例が、例示的な実施形態により示されている。アンテナシステム100は、アンテナ102、電圧コントローラー104、位相シフタ106、および高周波モジュール108を含むことができる。この例示的な例では、アンテナ102は、人工インピーダンス表面アンテナ(AISA)110の形態をとっている。
Next, with reference to the drawings, in particular with reference to FIG. 1, an example of an antenna system in the form of a block diagram is shown by exemplary embodiments. The
アンテナ102は、放射パターン112を送信および/または受信するように構成されている。放射パターン112は、方向の関数としてのアンテナ102の利得のプロットである。アンテナ102の利得を、アンテナ102のための性能パラメータと見なすことができる。場合によっては、「利得」は利得のピーク値であると考えられる。
The
アンテナ102は、放射パターン112を電子的に制御するように構成されている。アンテナ102が送信のために使用される場合、放射パターン112は、方向の関数としてアンテナ102から送信された電波の強さであってもよい。アンテナ102が送信のために使用される場合、放射パターン112を、送信パターンと呼ぶことができる。アンテナ102の利得は、送信時に、どの程度、アンテナ102が、電力を電波などの電磁放射に変換し、指定された方向に電磁放射を伝送するかを説明することができる。
The
アンテナ102が受信のために使用される場合、放射パターン112は、方向の関数としての電波に対するアンテナ102の感度であってもよい。アンテナ102が受信のために使用される場合、放射パターン112を、受信パターンと呼ぶことができる。アンテナ102の利得は、受信時に、どの程度、アンテナ102が、電波などの電磁放射を変換し、指定された方向から電力に到達するかを説明することができる。
If the
アンテナ102の送信パターンと受信パターンが同一であってもよい。したがって、アンテナ102の送信パターン及び受信パターンを、単に放射パターン112と呼ぶことができる。
The transmission pattern and the reception pattern of the
放射パターン112は、メインローブ116および1つまたは複数のサイドローブを含むことができる。メインローブ116を、アンテナ102が向けられている方向でのローブとすることができる。アンテナ102が送信のために使用される場合、メインローブ116は、高周波ビームを形成するために、アンテナ102が最も強い電波を送信する方向に位置している。アンテナ102が送信ために使用される場合、メインローブ116を、放射パターン112の主利得ローブと呼ぶこともできる。アンテナ102が受信のために使用される場合、メインローブ116は、アンテナ102が受信電波に最も敏感である方向に位置している。
The
この例示的な例では、アンテナ102は、所望の方向114に放射パターン112のメインローブ116を電子的に操向するように構成されている。放射パターン112のメインローブ116を、メインローブ116が方向付けされたファイ操向角118およびシータ操向角120を制御することによって電子的に操向することができる。ファイ操向角118およびシータ操向角120は、球面座標である。アンテナ102がX−Y平面内で動作しているとき、ファイ操向角118は、X−Y平面でX軸に対するメインローブ116の角度である。また、シータ操向角120は、X−Y平面に直交するZ軸に対するメインローブ116の角度である。
In this exemplary example, the
アンテナ102は、X−Y平面内に置かれた放射素子のアレイ122を有することにより、X−Y平面内で動作することができる。本明細書で使用される場合、アイテムの「アレイ」は、行および/または列に配置された1つまたは複数のアイテムを含むことができる。この例示的な例では、放射素子のアレイ122は、単一の放射素子であっても、複数の放射素子であってもよい。例示的な一例では、放射素子のアレイ122内の各放射素子は、人工インピーダンス表面の、表面波の導波路構造の形態をとることができる。
The
放射素子123を、放射素子のアレイ122内の1つの放射素子の例とすることができる。放射素子123は、放射パターン112に寄与する放射を放出するように構成され得る。
図示のように、放射素子123は、誘電体基板124を用いて実装されている。誘電体基板124を、誘電体材料の層として実装することができる。誘電体材料は、印加電界によって分極可能な電気絶縁体である。
As shown in the figure, the radiating
放射素子123は、誘電体基板124上に形成された1つまたは複数の表面波チャネルを含むことができる。例えば、放射素子123は、表面波チャネル125を含むことができる。表面波チャネル125は、誘電体基板124、および特に表面波チャネル125に沿って伝搬する表面波の経路を制限するように構成されている。
The radiating
例示的な一例では、放射素子のアレイ122は、X軸に略平行に位置決めされて配置され、Y軸に沿って離間され得る。また、複数の表面波チャネルが誘電体基板上に形成されている場合、これらの表面波チャネルは、X軸に略平行に形成されて配置され、軸に沿って離間され得る。
In an exemplary example, the
この例示的な例では、誘電体基板に配置されたインピーダンス素子とチューナブル素子を、放射素子のアレイ122内の放射素子の各表面波チャネルを形成するために使用することができる。例えば、表面波チャネル125は、誘電体基板124の表面上に配置された複数のインピーダンス素子126と複数のチューナブル素子128から構成され得る。複数のインピーダンス素子126と、複数のチューナブル素子128と、誘電体基板124とが一緒に、人工インピーダンス表面を形成し、そこから放射が生成される。
In this exemplary example, impedance and tunable elements located on a dielectric substrate can be used to form each surface wave channel of the radiating element within the radiating
複数のインピーダンス素子126のうちの1つのインピーダンス素子を、複数の異なる方法で実装することができる。例示的な一例では、インピーダンス素子は、共振素子として実装されてもよい。例示的な一例では、インピーダンス素子は、導電性材料からなる素子として実装されてもよい。導電性材料は、例えば、金属材料であってもよいが、これに限定されるものではない。実装に応じて、インピーダンス素子は、金属ストリップ、導電性塗料のパッチ、金属メッシュ材料、金属膜、金属基板の堆積物、またはいくつかの他のタイプの導電性素子として実装されてもよい。場合によっては、インピーダンス素子は、例えば、スプリットリング共振器(SRR)、電気的に接続された共振器(ECR)、1つまたは複数のメタマテリアルからなる構造、またはいくつかの他のタイプの構造や素子のような、共振構造として実装されてもよい。
One of the plurality of
本明細書で使用される場合、メタマテリアルを、自然界に見出されないかもしれない特性を有するように操作された人工材料とすることができる。メタマテリアルは、従来の顕微鏡の材料から形成された多様な個々の要素の集合体であってもよい。これらの従来の材料は、例えば、金属、金属合金、プラスチック材料、および他のタイプの材料を含むことができるが、これに限定されるものではない。ただし、これらの従来の材料は、繰り返しパターンで配置され得る。メタマテリアルの特性は、メタマテリアルの組成に基づくものではないが、メタマテリアルの厳格に設計された構造に基づいている。特に、正確な形状、幾何学形状、サイズ、向き、配置、またはこれらの組み合わせが、自然界に見出されないまたは容易には見出されないかもしれない特定の特性を有するメタマテリアルを生成するように正確に設計され得る。 As used herein, metamaterials can be artificial materials that have been engineered to have properties that may not be found in nature. The metamaterial may be a collection of various individual elements formed from the material of a conventional microscope. These conventional materials can include, but are not limited to, for example, metals, metal alloys, plastic materials, and other types of materials. However, these conventional materials can be arranged in a repeating pattern. The properties of metamaterials are not based on the composition of the metamaterial, but on the rigorously designed structure of the metamaterial. In particular, the exact shape, geometry, size, orientation, placement, or combination thereof is accurate to produce metamaterials with certain properties that may not be found in nature or easily found. Can be designed to.
複数のチューナブル素子128の各々を、放射素子123に沿って伝搬される1つまたは複数の表面波の角度を変更するために、制御、すなわち調整することができる素子とすることができる。この例示的な例では、複数のチューナブル素子128の各々は、チューナブル素子に印加される電圧に基づいて変化させることができる静電容量を有する素子であってもよい。
Each of the plurality of tunable elements 128 can be an element that can be controlled, i.e., adjusted to change the angle of one or more surface waves propagating along the radiating
例示的な一例では、複数のインピーダンス素子126は複数の金属ストリップ132の形態を取り、複数のチューナブル素子128は複数のバラクタ134の形態をとる。複数のバラクタ134の各々は、半導体素子のダイオードに印加される電圧に依存する静電容量を有する半導体素子のダイオードであってもよい。
In an exemplary example, the plurality of
例示的な一例では、複数の金属ストリップ132を、X軸に沿って延伸する列に配置することができる。例えば、複数の金属ストリップ132は、X軸に沿った誘電体基板124上に周期的に分散されていてもよい。複数のバラクタ134を、誘電体基板124の表面上の複数の金属ストリップ132に電気的に接続することができる。具体的には、複数のバラクタ134のうちの少なくとも1つのバラクタを、複数の金属ストリップ132のうちの隣接する一対の金属ストリップの各金属ストリップの間に配置することができる。また、複数のバラクタ134を、各金属ストリップ上のバラクタ接続のすべてが同じ極性を有するように整列させることができる。
In an exemplary example,
誘電体基板124、複数のインピーダンス素子126、および複数のチューナブル素子128は、表面波チャネル125、および特に放射素子123のために選択された設計構成136に対して構成され得る。実装に応じて、放射素子のアレイ122内の各放射素子は、同一または異なる選択された設計構成を有してもよい。
The
図示のように、選択された設計構成136は、インピーダンス素子の幅138、インピーダンス素子の間隔140、チューナブル素子の間隔142、および基板の厚さ144などの複数の設計パラメータ含み得るが、これらに限定されるものではない。インピーダンス素子の幅138を、複数のインピーダンス素子126のうちの1つのインピーダンス素子の幅とすることができる。インピーダンス素子の幅138を、実装に応じて、複数のインピーダンス素子126のそれぞれについて、同じまたは異なるように選択することができる。
As shown, the selected
インピーダンス素子の間隔140を、X軸に対する複数のインピーダンス素子126の間隔とすることができる。チューナブル素子の間隔142を、X軸に対する複数のチューナブル素子128の間隔とすることができる。また、基板の厚さ144を、特定の導波路が実装された誘電体基板124の厚さとすることができる。
The impedance element spacing 140 can be the spacing of the plurality of
選択された設計構成136の異なるパラメータの値は、例えば、アンテナ102が動作するように構成された放射周波数に基づいて選択され得るが、これに限定されるものではない。その他の考慮事項には、例えば、アンテナ102のための所望のインピーダンス変調が含まれる。
The values of the different parameters of the selected
複数のインピーダンス素子126が複数のチューナブル素子128に電気的に接続され得るため、電圧は、複数のインピーダンス素子126に電圧を印加することによって、複数のチューナブル素子128に適用され得る。具体的には、複数のインピーダンス素子126に印加された電圧と、これにより複数のチューナブル素子128に印加された電圧は、複数のチューナブル素子128の静電容量を変更することができる。複数のチューナブル素子128の静電容量を変更することにより、順に、アンテナ102の表面インピーダンスを変更することができる。アンテナ102の表面インピーダンスを変更すると、生成される放射パターン112が変更される。
Since the plurality of
つまり、複数のインピーダンス素子126に印加された電圧を制御することによって、複数のチューナブル素子128の静電容量を変化させることができる。複数のチューナブル素子128の静電容量を変化させることにより、複数のインピーダンス素子126間の静電容量結合とインピーダンスを変化させる、すなわち変調することができる。複数のインピーダンス素子126間の静電容量結合とインピーダンスを変化させる、すなわち変調することにより、シータ操向角120を変更することができる。
That is, by controlling the voltage applied to the plurality of
電圧コントローラー104を用いて、電圧を、複数のインピーダンス素子126に印加することができる。電圧コントローラー104は、複数の電圧源146、複数の接地148、複数の電圧線150、および/または複数の他のタイプの構成要素を含むことができる。場合によっては、電圧コントローラー104を、電圧制御ネットワークと呼ぶことができる。本明細書で使用される場合、「複数の(“number of”)」アイテムは、1つまたは複数のアイテムを含むことができる。例えば、複数の電圧源146は1つまたは複数の電圧源を含むことができ、複数の接地148は1つまたは複数の接地を含むことができ、複数の電圧線150は1つまたは複数の電圧線を含むことができる。
A
複数の電圧源146のうちの1つの電圧源は、例えば、デジタル/アナログ変換器(DAC)、可変電圧源、またはいくつかの他のタイプの電圧源の形態を取り得るが、これらに限定されるものではない。複数の接地148を、複数のインピーダンス素子126の少なくとも一部を接地するために使用することができる。複数の電圧線150を、複数の電圧源146および/または複数の接地148からの電圧を複数のインピーダンス素子126に送信するために使用することができる。場合によっては、複数の電圧線150の各々を、ビアと呼ぶことができる。例示的な一例では、複数の電圧線150は、複数の金属ビアの形態をとることができる。
One of the
例示的な一例では、複数のインピーダンス素子126の各々は、複数の電圧源146のうちの1つから電圧を受け取ることができる。別の例示的な例において、複数のインピーダンス素子126の一部は、複数の電圧線150の対応部分を介して複数の電圧源146から電圧を受け取ることができ、一方で、複数のインピーダンス素子126の他の部分は、複数の電圧線150の対応部分を介して複数の接地148に電気的に接続され得る。
In an exemplary example, each of the plurality of
場合によっては、コントローラー151を、複数の電圧源146を制御するために使用することができる。コントローラー151を、実装に応じて、アンテナシステム100の一部またはアンテナシステム100と別のものとして見なすことができる。コントローラー151は、マイクロプロセッサ、集積回路、コンピューター、中央処理装置、相互に通信する複数のコンピューター、またはいくつかの他のタイプのコンピューターもしくはプロセッサを使用して実装されてもよい。
In some cases, the
放射素子のアレイ122に沿って伝播された表面波152は、誘電体基板124上に配置された複数の表面波フィード130によって、複数の伝送線156に接続され得る。複数の表面波フィード130のうちの1つの表面波フィードは、表面波を高周波信号に、および/または高周波信号を表面波に変換することができる任意のデバイスであってもよい。例示的な一例では、複数の表面波フィード130のうちの1つの表面波フィードは、誘電体基板124上の放射素子のアレイ122内の各導波路の端部に配置されている。
The
例えば、アンテナ102が受信モードにある場合、放射素子123に沿って伝播している1つまたは複数の表面波は、複数の表面波フィード130の対応する表面波フィードで受信され、対応する高周波信号154に変換され得る。高周波信号154は、複数の伝送線156の1つまたは複数を通じて高周波モジュール108に送信され得る。次いで、高周波モジュール108は、それに応じて受信および処理の高周波信号154として機能することができる。
For example, when the
実装に応じて、高周波モジュール108は、送信機、受信機、またはその両方の組み合わせとして機能することができる。いくつかの例示的な例では、高周波モジュール108を、送信/受信モジュール158と呼ぶことができる。場合によっては、送信のために構成されている場合、高周波モジュール108を、高周波源と呼ぶことができる。
Depending on the implementation, the
場合によっては、高周波信号154は、高周波モジュール108に送信される前に位相シフタ106を通過することができる。位相シフタ106は、任意の数の、位相シフタ、電力分配器、伝送線、および/または高周波信号154の位相をシフトするように構成された他の構成要素を含むことができる。場合によっては、位相シフタ106を、位相シフトネットワークと呼ぶことができる。
In some cases, the
アンテナ102が送信モードにある場合、高周波信号154は、複数の伝送線156を通じて高周波モジュール108からアンテナ102に送信され得る。具体的には、高周波信号154は、複数の表面波フィード130のうちの1つで受信され、その後、放射素子のアレイ122の対応する導波路に沿って伝搬される1つまたは複数の表面波に変換され得る。
When the
この例示的な例では、複数の表面波フィード130間の相対位相差は、送信または受信された放射パターン112の、ファイ操向角118を変更するために変更されることができる。したがって、複数の表面波フィード130間の相対位相差を制御すること、および放射素子のアレイ122の各導波路のチューナブル素子に印加される電圧を制御することにより、ファイ操向角118およびシータ操向角120をそれぞれ制御することができる。つまり、アンテナ102を、2次元で電子的に操向することができる。
In this exemplary example, the relative phase difference between the plurality of surface wave feeds 130 can be modified to change the
実装に応じて、放射素子123は、直線偏波放射または円偏波放射を放出するように構成され得る。直線偏波放射を放出するように構成した場合、放射素子123上の各表面波チャネルに使用される複数の金属ストリップはX軸と同じ方向に傾斜していてもよく、そのX軸に沿って複数の金属ストリップが分散されている。一般に、単一の表面波チャネルのみが、各放射素子123に必要とされる。
Depending on the implementation, the radiating
ただし、放射素子123が円偏波放射を生成するように構成されている場合、表面波チャネル125は第1の表面波チャネルであってもよく、また、第2の表面波チャネル145が放射素子123内にあってもよい。表面波チャネル125と第2の表面波チャネル145は、互いに位相が約90度ずれていてもよい。これらの2つの接続された表面波チャネルからの放射間の相互作用により、円偏波放射を生成することができる。
However, if the radiating
表面波チャネル125を形成する複数のインピーダンス素子126は、表面波の電界の偏波に対して角度を有した偏波で放射する第1の複数のインピーダンス素子であってもよい。第2の表面波チャネル145を形成する第2の複数のインピーダンス素子は、表面波チャネル125と比較して約90度オフセットした角度で偏波を放射し得る。
The plurality of
例えば、表面波チャネル125の第1の複数のインピーダンス素子の各インピーダンス素子は、主角に伴うテンソルインピーダンスを有することができ、これは、放射素子123のX軸に対して第1の角度で傾斜している。また、第2の表面波チャネル145の第2の複数のインピーダンス素子の各インピーダンス素子は、テンソルインピーダンスを有することができ、これは、対応する放射素子のX軸に対して第2の角度で傾斜している。第1の角度と第2の角度との差を、約90度とすることができる。
For example, each impedance element of the first plurality of impedance elements of the
第1の複数のインピーダンス素子間の静電容量は、第1の複数のチューナブル素子とすることができる複数のチューナブル素子128を用いて制御され得る。第2の複数のインピーダンス素子間の静電容量は、第2の複数のチューナブル素子を用いて制御され得る。 The capacitance between the first plurality of impedance elements can be controlled by using the plurality of tunable elements 128 which can be the first plurality of tunable elements. The capacitance between the second plurality of impedance elements can be controlled by using the second plurality of tunable elements.
より具体的な例として、表面波チャネル125上の複数の金属ストリップ132は、X軸に対して約45度の正の角度をなすことができ、そのX軸に沿って複数の金属ストリップ132が分散されている。ただし、第2の表面波チャネル145に使用される複数の金属ストリップは、X軸に対して約45度の負の角度をなすことができ、そのX軸に沿って複数の金属ストリップが分散されている。傾斜角におけるこの変化は、異なる直線偏波の放射を生成し、90度の位相シフトと組み合わせた場合に、円偏波放射を生成することができる。
As a more specific example, the plurality of
図1のアンテナシステム100の図は、例示的な実施形態を実施することができる方法に対して、物理的または構造的限定を意味するものではない。図示のものに加えて、またはその代わりに、他の構成要素が使用されてもよい。いくつかの構成要素は、任意であってもよい。また、ブロックは、いくつかの機能的な構成要素を例示するために提示されている。これらのブロックの1つまたは複数は、例示的な実施形態において実装されるとき、組み合わされてもよく、分割されてもよく、または組み合わさってから異なるブロックに分割されてもよい。
The figure of the
例えば、他の例示的な例では、位相シフタ106は、アンテナシステム100に含まれていなくてもよい。代わりに、複数の伝送線156が、複数の表面波フィード130を複数の電力分配器および/または他のタイプの構成要素に、ならびにこれらの異なる構成要素を高周波モジュール108に接続するために使用されてもよい。いくつかの例では、複数の伝送線156は、複数の表面波フィード130を高周波モジュール108に直結させることができる。
For example, in another exemplary example, the
いくつかの例示的な例では、複数のチューナブル素子128のうちの1つのチューナブル素子は、誘電体基板124に埋め込まれた可変材料のポケットとして実装されてもよい。本明細書で使用される場合、「可変材料」を、変化させることができる誘電率を有する任意の材料とすることができる。可変材料の誘電率を、例えば、可変材料がその間に配置されている2つのインピーダンス素子間の静電容量を変えるように変化させることができる。可変材料は、電圧可変材料であってもよく、または、例えば、液晶材料またはチタン酸バリウムストロンチウム(BST)などの任意の電気的可変材料であってもよいが、これらに限定されるものではない。
In some exemplary examples, one of the plurality of tunable elements 128 may be mounted as a pocket of variable material embedded in a
他の例示的な例では、複数のチューナブル素子128のうちの1つのチューナブル素子は、複数のインピーダンス素子126の対応するインピーダンス素子の一部であってもよい。例えば、チューナブル素子を有する共振構造を使用することができる。共振構造は、例えば、スプリットリング共振器、電気的に接続された共振器、またはいくつかの他のタイプの共振構造であってもよいが、これらに限定されるものではない。
In another exemplary example, the tunable element of one of the plurality of tunable elements 128 may be part of the corresponding impedance element of the plurality of
次に図2を参照すると、アンテナシステムの図が、例示的な実施形態にしたがって示されている。アンテナシステム200を、図1のアンテナシステム100のための一実施例とすることができる。図示のように、アンテナシステム200は、チューナブル人工インピーダンス表面アンテナ(AISA)201を含み、これを、図1の人工インピーダンス表面アンテナ110のための一実施例とすることができる。さらに、アンテナシステム200はまた、電圧コントローラー202と位相シフタ203を含むことができる。電圧コントローラー202と位相シフタ203を、それぞれ、図1の電圧コントローラー104と位相シフタ106の実施例とすることができる。
Next, with reference to FIG. 2, a diagram of the antenna system is shown according to an exemplary embodiment. The
この例示的な例では、チューナブル人工インピーダンス表面アンテナ201は、シータθおよびファイφの両方向に電子的に操向されることが可能な比較的低いコストのアンテナである。チューナブル人工インピーダンス表面アンテナ201がX−Y平面内で動作しているとき、シータ方向を、X−Y平面に直交するZ軸に直交する方向とすることができ、一方で、ファイ方向を、X−Y平面に平行な方向とすることができる。
In this exemplary example, the tunable artificial
図示のように、チューナブル人工インピーダンス表面アンテナ201は、誘電体基板206、金属ストリップ207、バラクタ209、および高周波(RF)表面波フィード208を含んでいる。金属ストリップ207を、誘電体基板206の一方の面に配置された金属ストリップ207の周期的アレイとすることができる。バラクタ209を、金属ストリップ207間に配置することができる。誘電体基板206は、金属ストリップ207が配置されている面と反対側の誘電体基板206の表面上の接地面(この図には示されていない)を有していてもいなくてもよい。
As shown, the tunable artificial
シータ方向でのチューナブル人工インピーダンス表面アンテナ201のメインローブの操向は、チューナブル人工インピーダンス表面アンテナ201の表面波インピーダンスを変化させる、すなわち変調することによって制御される。例えば、チューナブル人工インピーダンス表面アンテナ201のインピーダンスを、誘電体基板206の表面上に配置された金属ストリップ207に印加される電圧を制御することによって、変化させる、すなわち変調することができる。金属ストリップ207間にバラクタ209が存在することにより、バラクタ209に印加される電圧を、金属ストリップ207を用いて制御することができる。バラクタ209の各々は、ダイオードの端子間に印加される電圧の関数として変化する静電容量を有するタイプのダイオードである。
The steering of the main lobe of the tunable artificial
金属ストリップ207に印加される電圧は、順に、チューナブル人工インピーダンス表面アンテナ201のインピーダンスを変更することができる金属ストリップ207間のバラクタ209の静電容量を変更することができる。つまり、金属ストリップ207に印加される電圧を制御することにより、バラクタ209の静電容量を変化させることができる。バラクタ209の静電容量を変化させることにより、シータ方向にアンテナシステム200によって生成されるビームを操向するために、金属ストリップ207間の静電容量結合とインピーダンスを変化させる、すなわち変調することができる。
The voltage applied to the
この例示的な例では、高周波表面波フィード208を、高周波表面波フィードの2次元アレイとすることができる。ファイ方向でのチューナブル人工インピーダンス表面アンテナ201のメインローブの操向は、高周波表面波フィード208間の相対位相差を変更することにより制御される。
In this exemplary example, the high frequency surface wave feed 208 can be a two-dimensional array of high frequency surface wave feeds. The steering of the main lobe of the tunable artificial
電圧コントローラー202は、直流(DC)電圧をチューナブル人工インピーダンス表面アンテナ201の構造上の金属ストリップ207に印加するために使用される。電圧コントローラー202を、制御バス205を介して受信したコマンドに基づいて制御することができる。このように、制御バス205は、電圧コントローラー202のための制御を提供する。さらに、制御バス204は、位相シフタ203のための制御を提供することができる。制御バス204および制御バス205の各々は、マイクロプロセッサ、中央処理装置(CPU)、1つまたは複数のコンピューター、またはいくつかの他のタイプのコンピューターまたはプロセッサからのバスであってもよい。
The voltage controller 202 is used to apply a direct current (DC) voltage to the
この例示的な例では、バラクタ209の極性を、金属ストリップ207のいずれか1つへのすべてのバラクタ接続が同じ極性で接続され得るように整列させることができる。バラクタの一方の端子をアノードと呼ぶことができ、他方の端子を、カソードと呼ぶことができる。このように、金属ストリップ207のいくつかはバラクタ209のアノードに接続されているだけであり、一方で、他の金属ストリップ207はバラクタ209のアノードに接続されているだけである。また、図示のように、隣接する金属ストリップ207は、バラクタ209のアノードに接続されているもの、およびバラクタ209のカソードに接続されているものに関して交互にすることができる。
In this exemplary example, the polarity of the
X方向とすることができるチューナブル人工インピーダンス表面アンテナ201の1次元での金属ストリップ207の間隔は、高周波表面波フィード208からチューナブル人工インピーダンス表面アンテナ201を渡って伝播する高周波の高周波表面波の波長の分数であってもよい。例示的な一例では、金属ストリップ207の間隔を、最大で、高周波の高周波表面波の波長の2/5とすることができる。別の例示的な例では、この分数を、高周波の高周波表面波の波長の約2/10だけとすることができる。実装に応じて、Y方向とすることができるチューナブル人工インピーダンス表面アンテナ201の2次元で金属ストリップ207に接続されたバラクタ209の間隔は、金属ストリップ207の間隔と略同じであってもよい。
The spacing of the metal strips 207 in one dimension of the tunable artificial
高周波表面波フィード208は、フェーズドアレイ共同フィード構造を形成することができ、またはチューナブル人工インピーダンス表面アンテナ201に統合されている共形の表面波フィードの形態をとることができる。表面波フィードを、例えば、マイクロストリップを用いて、チューナブル人工インピーダンス表面アンテナ201に統合することができる。Y方向での高周波表面波フィード208の間隔は、その間隔が送信または受信される最も高い周波数信号のための自由空間波長と然程離れていないことを示す選択された規則に基づくことができる。
The high frequency surface wave feed 208 can form a phased array joint feed structure or can take the form of a homogeneous surface wave feed integrated into the tunable artificial
この例示的な例では、誘電体基板206の厚さを、誘電体基板206の誘電率と、送信または受信される放射の周波数によって決定することができる。誘電率が高いほど、誘電体基板206は薄くもてよい。
In this exemplary example, the thickness of the
放射のさまざまな角度を得るために、チューナブル人工インピーダンス表面アンテナ201のための所望のインピーダンス変調に必要とされる範囲によって、バラクタ209の静電容量値を決定することができる。また、誘電体基板206に使用される特定の基板を、チューナブル人工インピーダンス表面アンテナ201の動作周波数、すなわち無線周波数に基づいて選択することができる。
To obtain different angles of radiation, the capacitance value of the
例えば、チューナブル人工インピーダンス表面アンテナ201が約20ギガヘルツで動作しているとき、誘電体基板206は、ロジャース社から入手可能な、約50ミリメートル(mm)の厚さを有する基板を使用して実装され得るが、これに限定されるものではない。この例では、誘電体基板206は、約12.2に等しい相対的な誘電率を有することができる。金属ストリップ207を、誘電体基板206上で約2ミリメートルから約3ミリメートル離間することができる。さらに、この例では、高周波表面波フィード208を、約2.5センチメートル離間することができ、バラクタ209を、約2ミリメートルから約3ミリメートル離間することができる。バラクタ209は、約0.2ピコファラッド(pF)から約2.0ピコファラッドに静電容量を変化させることができる。当然、他の仕様が、異なる放射周波数についてチューナブル人工インピーダンス表面アンテナ201のために使用され得る。
For example, when the tunable artificial
チューナブル人工インピーダンス表面アンテナ201を使用して高周波信号を送信または受信するために、送信/受信モジュール210が、位相シフタ203に接続されている。位相シフタ203を、この例示的な例では、1次元の位相シフタとすることができる。位相シフタ203は、フェーズドアレイアンテナに使用されるものを含む、一般に利用可能な位相シフタの任意のタイプを使用して実装され得る。
A transmit / receive module 210 is connected to the phase shifter 203 for transmitting or receiving high frequency signals using the tunable artificial
この例示的な例では、位相シフタ203は、送信/受信モジュール210、電力分配器212、および位相シフタ213に接続された高周波伝送線211を含んでいる。位相シフタ213は、デジタル/アナログ変換器(DAC)214に接続された電圧制御線216によって制御される。デジタル/アナログ変換器214は、ファイ方向での操向を制御するために、制御バス204からデジタル制御信号を受信する。
In this exemplary example, the phase shifter 203 includes a transmit / receive module 210, a
チューナブル人工インピーダンス表面アンテナ201のメインローブは、高周波表面波フィード208の各々の間の位相シフトを行うために、位相シフタ203を使用して、ファイ方向に操向され得る。高周波表面波フィード208が均一に離間されている場合、隣接する高周波表面波フィード208間の位相シフトを、実質的に一定とすることができる。ファイ(φ)の操向角と位相シフトとの間の関係を、以下の式に従って、標準的なフェーズドアレイ法を用いて計算することができる。
φ=sin−1(λΔψ/2πd) (1)
ここで、λは放射波長であり、dは高周波表面波フィード208の間隔であり、Δψはこれらの表面波フィード間の位相シフトである。場合によっては、これらの表面波フィードは、非均一に離間されてもよく、位相シフトは、それに応じて調整される。
The main lobe of the tunable artificial
φ = sin −1 (λΔψ / 2πd) (1)
Where λ is the emission wavelength, d is the spacing of the high frequency surface wave feeds 208, and Δψ is the phase shift between these surface wave feeds. In some cases, these surface wave feeds may be non-uniformly spaced and the phase shift is adjusted accordingly.
前述のように、チューナブル人工インピーダンス表面アンテナ201が表面波インピーダンスZSWを有するように、チューナブル人工インピーダンス表面アンテナ201のメインローブを、バラクタ209に電圧を印加することにより、シータ(θ)の方向に操向することができ、このインピーダンスZSWは、以下の式に従って、高周波表面波フィード208からの距離(x)で周期的に変調されすなわち変化する。
Zsw=X+Mcos(2πx/p) (2)
ここで、XおよびMは、それぞれ、チューナブル人工インピーダンス表面アンテナ201の平均インピーダンスおよび振幅であり、pは変調周期である。表面波インピーダンスZSWの変化は、正弦曲線状に変調され得る。
As described above, the main lobe of the tunable artificial
Z sw = X + Mcos (2πx / p) (2)
Here, X and M are the average impedance and amplitude of the tunable artificial
シータ操向角θは、以下の式によるインピーダンス変調に関連し:
θ=sin−1(nsw−λ/p) (3)
ここで、λは放射の波長であり、nswは以下の通りであり、平均の表面波インデックスである。
Theta steering angle θ is related to impedance modulation by the following equation:
θ = sin −1 (n sw −λ / p) (3)
Here, λ is the wavelength of radiation, n sw is as follows, and is the average surface wave index.
ビームは、バラクタ209に印加される電圧を調整することによって、シータ方向に操向され、その結果、X、M、およびpは、所望のシータ操向角θとなる。バラクタ静電容量に基づく表面波インピーダンスの依存性は、横軸の共振法から生じる超越方程式を用いて、または全波数値シミュレーションを用いて算出される。
The beam is steered in theta direction by adjusting the voltage applied to the
電圧制御線218を介して接地220に交互の金属ストリップ207を接地し、残りの金属ストリップ207に電圧制御線219を介してチューナブル電圧を印加することによって、バラクタ209に電圧を印加することができる。それぞれの電圧制御線219に印加される電圧は、所望のシータ操向角の関数であってもよいし、それぞれの電圧制御線219について異なっていてもよい。電圧は、シータ方向に操向するためのコントローラーにより、制御バス205からのデジタル制御を受信するデジタル/アナログ変換器(DAC)217から印加され得る。コントローラーは、マイクロプロセッサ、中央処理装置(CPU)、または任意のコンピューター、プロセッサ、もしくはコントローラーであってもよい。
A voltage can be applied to the
金属ストリップ207の半分を接地することの1つの利点は、金属ストリップ207が存在するために、電圧制御線219の半分だけが必要とされることである。ただし、場合によっては、電圧制御の空間分解能、したがって、インピーダンス変調は、金属ストリップ207の間隔の2倍に制限され得る。
One advantage of grounding half of the
次に図3を参照すると、図2のチューナブル人工インピーダンス表面アンテナ201の一部の側面図が、例示的な実施形態にしたがって示されている。この例示的な例では、誘電体基板206は接地面300を有する。
Next, with reference to FIG. 3, a partial side view of the tunable artificial
次に図4を参照すると、アンテナシステムの異なる構成の図が、例示的な実施形態にしたがって示されている。アンテナシステム400を、図1のアンテナシステム100のための一実施例とすることができる。アンテナシステム400は、チューナブル人工インピーダンス表面アンテナ(AISA)401を含み、これを、図1の人工インピーダンス表面アンテナ110のための一実施例とすることができる。
Next, with reference to FIG. 4, diagrams of different configurations of the antenna system are shown according to exemplary embodiments. The
アンテナシステム400およびチューナブル人工インピーダンス表面アンテナ401は、それぞれ、図2のアンテナシステム200およびチューナブル人工インピーダンス表面アンテナ201と同様の方法で実装され得る。図示のように、アンテナシステム400は、チューナブル人工インピーダンス表面アンテナ401、電圧コントローラー402、および位相シフタ403を含んでいる。チューナブル人工インピーダンス表面アンテナ401は、誘電体基板406、金属ストリップ407、バラクタ409、および高周波表面波フィード408を含んでいる。さらに、アンテナシステム400は、送信/受信モジュール410を含むことができる。
The
ただし、この例示的な例では、電圧コントローラー402は、電圧コントローラー202が図2で実装される方法とは異なる方法で実装され得る。図4において、電圧コントローラー402は、電圧をデジタル/アナログ変換器412から金属ストリップ407の各々に印加することを可能にする電圧線411を含むことができる。金属ストリップ407を交互にすることにより、図2でのように接地されない。デジタル/アナログ変換器412は、シータ方向に操向するための、例えば、コントローラー414により、図2の制御バス205からのデジタル制御を受信することができる。コントローラー414は、マイクロプロセッサ、中央処理装置、またはいくつかの他のタイプのコンピューターもしくはプロセッサを使用して実装され得る。ファイ方向の操向を、位相シフタ203が図2で使用される方法と同様に、位相シフタ403を用いて行うことができる。
However, in this exemplary example, the
金属ストリップ407のすべてに電圧を印加する電圧線411を用いると、図2のアンテナシステム200と比較して2倍の制御電圧が必要とされる。ただし、チューナブル人工インピーダンス表面アンテナ401のインピーダンス変調の空間分解能が倍になる。この例示的な例では、それぞれの電圧線411に印加される電圧は、所望のシータ操向角の関数であり、それぞれの電圧線411について異なっていてもよい。
Using the voltage line 411, which applies a voltage to all of the metal strips 407, requires twice the control voltage as compared to the
次に図5を参照すると、アンテナシステムの別の構成の図が、例示的な実施形態にしたがって示されている。アンテナシステム500を、図1のアンテナシステム100のための一実施例とすることができる。アンテナシステム500は、チューナブル人工インピーダンス表面アンテナ(AISA)501を含み、これを、図1の人工インピーダンス表面アンテナ110のための一実施例とすることができる。
Next, with reference to FIG. 5, a diagram of another configuration of the antenna system is shown according to an exemplary embodiment. The
アンテナシステム500およびチューナブル人工インピーダンス表面アンテナ501は、それぞれ、図2のアンテナシステム200およびチューナブル人工インピーダンス表面アンテナ201と同様の方法で実装され得る。さらに、アンテナシステム500およびチューナブル人工インピーダンス表面アンテナ501は、それぞれ、図4のアンテナシステム400およびチューナブル人工インピーダンス表面アンテナ401と同様の方法で実装され得る。
The
図示のように、アンテナシステム500は、チューナブル人工インピーダンス表面アンテナ501、電圧コントローラー502、および位相シフタ503を含んでいる。チューナブル人工インピーダンス表面アンテナ501は、誘電体基板506、金属ストリップ507、バラクタ509、および高周波表面波フィード508を含んでいる。さらに、アンテナシステム500は、送信/受信モジュール510を含むことができる。
As shown, the
ただし、この例示的な例では、電圧コントローラー502は、電圧コントローラー202が図2で実装される方法とは異なる方法で、および電圧コントローラー402が図4で実装される方法とは異なる方法で実装され得る。図5では、図2および図4のデジタル/アナログ変換器は、可変電圧源512によって置き換えられている。
However, in this exemplary example, the
可変電圧源512の電圧が変化するにつれて、チューナブル人工インピーダンス表面アンテナ501によって生成されるビームの放射角は、最小シータ操向角と最大シータ操向角との間で変化する。シータ操向角に対するこの範囲は、チューナブル人工インピーダンス表面アンテナ501の設計構成の詳細によって決定され得る。
As the voltage of the
電圧は、電圧制御線514と電圧制御線516を介して金属ストリップ507に印加される。電圧制御線516は、金属ストリップ507のための接地を提供することができ、一方で、電圧制御線514は、可変電圧を有する金属ストリップ507を提供することができる。X次元にわたって、金属ストリップ507は、電圧制御線514または電圧制御線516に交互に接続されている。つまり、金属ストリップ507を交互にすることにより、接地されている。
The voltage is applied to the
金属ストリップ507は、周期(p)518で周期的に変化する金属ストリップ507の幅で、X次元に均等に離間された中心を有することができる。周期518中の金属ストリップ507の数は、任意の数であってもよい。例えば、金属ストリップ507を、周期518ごとに10個から20個の金属ストリップとすることができる。周期518ごとの幅の変化は、周期518でX方向に周期的変調を有する表面波インピーダンスを生成するように構成されてもよく、この変化は、例えば、上記式(3)の正弦曲線状の変化である。
The
チューナブル人工インピーダンス表面アンテナ501上の各地点における表面波インピーダンスは、金属ストリップ507の各々の幅とバラクタ509に印加される電圧によって決定される。バラクタ509の静電容量は、変化する印加電圧により変化し得る。電圧が約0ボルトであるとき、バラクタの静電容量を、Cmaxの最大値とすることができる。電圧が増加するにつれて、静電容量がCminの最小値に達するまで、静電容量は減少する。静電容量が変化するにつれて、インピーダンス変調パラメータXおよびMは、上記式(2)で説明したように、XminとMminのそれぞれの最小値からXmaxとMmaxのそれぞれの最大値まで変化することができる。
Tunerable Artificial Impedance The surface wave impedance at each point on the
さらに、上記式4の平均の表面波インデックスは、以下の範囲において変化する。
Further, the average surface wave index of the
さらに、上記式3で説明したように、チューナブル人工インピーダンス表面アンテナ501の放射角を走査することができる範囲は、単一の制御電圧の変化により、
θmin=sin−1(nmin−λ/p) (5)
の最小値から
θmax=sin−1(nmax−λ/p) (6)
の最大値まで、変化することができる。
Further, as described in
θ min = sin -1 (n min −λ / p) (5)
From the minimum value of θ max = sin -1 (n max −λ / p) (6)
Can vary up to the maximum value of.
次に図6を参照すると、誘電体基板の側面図が、例示的な実施形態にしたがって示されている。この例示的な例では、誘電体基板601は、図2による誘電体基板206、図4による誘電体基板406、および/または図5による誘電体基板506を実装するために使用され得る。誘電体基板601は、電界の印加によって変化する誘電率を有することができる。
Next, with reference to FIG. 6, a side view of the dielectric substrate is shown according to an exemplary embodiment. In this exemplary example, the
金属ストリップ602は、誘電体基板601の一方の面に配置されて示されている。図示のように、バラクタは、この例示的な例では使用されていない。電圧が金属ストリップ602に印加されると、電界は、隣接する金属ストリップ602間、および金属ストリップ602と接地面603との間にも生成される。電界は、隣接する金属ストリップ602間の静電容量の変化をもたらす誘電体基板601の誘電率を変更する。隣接する金属ストリップ602間の静電容量は、誘電体基板601を使用するチューナブル人工インピーダンス表面アンテナの表面波インピーダンスを決定する。
The
次に図7を参照すると、材料の埋め込みポケットを有する図6の誘電体基板601の図が、例示的な実施形態にしたがって示されている。この例示的な例では、誘電体基板601は、不活性基板700の形態をとることができる。電圧差を隣接する金属ストリップ602に印加することができ、これにより、金属ストリップ602間に電界を生成し、金属ストリップ602間に位置する可変材料702のポケットにおける誘電率の変化を生成することができる。
Next, with reference to FIG. 7, a diagram of the
可変材料702のポケットを、図1の複数のチューナブル素子128を実装することができる1つの方法の例とすることができる。可変材料702のポケットの可変材料は、例えば、液晶材料またはチタン酸バリウムストロンチウム(BST)などの任意の電気的可変材料であってもよいが、これに限定されるものではない。具体的には、可変材料702は、金属ストリップ602間の誘電体基板601内のポケットに埋め込まれている。
The pocket of the
次に図8を参照すると、アンテナシステムの図が、例示的な実施形態にしたがって示されている。この例示的な例では、アンテナシステム800を、図1のアンテナシステム100のための一実施例とすることができる。アンテナシステム800は、アンテナ802、電圧コントローラー803、位相シフタ804、および高周波モジュール806を含んでいる。アンテナ802、電圧コントローラー803、位相シフタ804、および高周波モジュール806を、それぞれ、図1の、アンテナ102、電圧コントローラー104、位相シフタ106、および高周波モジュール108の実施例とすることができる。
Next, with reference to FIG. 8, a diagram of the antenna system is shown according to an exemplary embodiment. In this exemplary example, the
アンテナ802は、電圧コントローラー803によって電圧が供給される。電圧コントローラー803は、デジタル/アナログ変換器(DAC)808および電圧線811を含んでいる。デジタル/アナログ変換器808を、図1の複数の電圧源146における1つの電圧源のための一実施例とすることができる。電圧線811を、図1の複数の電圧線150のための一実施例とすることができる。
The
電圧線811を介してデジタル/アナログ変換器808からアンテナ802に、電圧を印加することができる。コントローラー810は、デジタル/アナログ変換器808からアンテナ802に送信された電圧信号を制御するために使用され得る。コントローラー810を、図1のコントローラー151のための一実施例とすることができる。この例示的な例では、コントローラー810を、アンテナシステム800の一部と見なすことができる。
A voltage can be applied from the digital /
図示のように、アンテナ802は、放射素子のアレイ813によって形成された放射構造812を含むことができる。放射素子のアレイ813を、図1の放射素子のアレイ122の一実施例とすることができる。この例示的な例では、放射素子のアレイ813内の各放射素子は、人工インピーダンス表面の、表面波の導波路として実装され得る。
As shown, the
放射素子のアレイ813は、放射素子814、815、816、818、820、822、824、および826を含むことができる。これらの放射素子の各々は、誘電体基板を使用して実装され得る。また、これらの誘電体基板の各々は、対応する放射素子のための表面波チャネルを形成する誘電体基板の表面上に位置する、複数の金属ストリップ、複数のバラクタ、および表面波フィードを有することができる。
The array of radiating
例示的な一例として、放射素子814を、誘電体基板827により形成することができる。複数の金属ストリップ828および複数のバラクタ830は、表面波チャネル831を形成するために誘電体基板827の表面上に配置され得る。また、表面波フィード832は、誘電体基板827の表面上に配置され得る。複数の金属ストリップ828と複数のバラクタ830を、それぞれ、図1の、複数の金属ストリップ132と複数のバラクタ134の実施例とすることができる。
As an exemplary example, the radiating
送信モードでは、表面波フィード832は、放射素子814の表面波チャネル831に表面波を送り込む。表面波チャネル831は、複数の金属ストリップ828にわたる限られた経路に沿って直線的に伝播するように表面波を制限する。具体的には、表面波チャネル831は、設定された経路に表面波を制限するために、低い表面波インデックスの領域に囲まれた高い表面波インデックスの領域を作成する。表面波インデックスは、光の速度と表面波の伝播速度との比である。
In transmit mode, the
高い表面波インデックスの領域は、複数の金属ストリップ828および複数のバラクタ830によって作成され、一方で、低い表面波インデックスの領域は、誘電体基板827の露出面によって作成される。高い表面波インデックスの領域の幅を、表面波の波長の長さに対して50%から約100%とすることができる。表面波の波長は以下の通りである。
The region of the high surface wave index is created by the metal strips 828 and the
ここで、λswは表面波の波長であり、fは表面波の周波数であり、cは光の速度であり、nswは表面波インデックスである。 Where λ sw is the wavelength of the surface wave, f is the frequency of the surface wave, c is the velocity of light, and n sw is the surface wave index.
誘電体基板827上に位置する複数の金属ストリップ828の各々は、同じ幅を有することができる。また、これらの金属ストリップを、誘電体基板827に沿って均等に離間することができる。さらに、複数のバラクタ830もまた、誘電体基板827に沿って均等に離間することができる。つまり、複数の金属ストリップ828および複数のバラクタ830は、誘電体基板827上に周期的に分散され得る。また、複数のバラクタ830を、複数の金属ストリップ828のバラクタ接続のすべてが同じ極性を有するように整列させることができる。
Each of the plurality of
誘電体基板827の厚さを、その誘電率と、送信または受信される放射の周波数によって決定することができる。誘電率が高いほど、誘電体基板827は薄くもてよい。
The thickness of the
放射のさまざまな角度のための所望のインピーダンス変調に必要とされる範囲によって、複数のバラクタ830の静電容量値を決定することができる。アンテナ802によって生成される放射パターンのメインローブは、放射素子のアレイ813内のさまざまなバラクタに電圧を印加することによってシータ方向に電子的に操向され得る。アンテナ802が、異なる誘電体基板上の表面波フィードからの距離xで正弦曲線状に変化する表面波インピーダンスを有するように、電圧をこれらのバラクタに印加することができる。
Capacitance values for
デジタル/アナログ変換器808からの電圧を、電圧線811を介して放射素子のアレイ813上の金属ストリップに印加することができる。この例示的な例では、放射素子のアレイ813にわたって伝播される表面波は、放射素子のアレイ813上の表面波フィードによって、位相シフタ804に接続され得る。位相シフタ804は、複数の位相シフトデバイス834を含んでいる。
The voltage from the digital /
アンテナ802のメインローブは、放射素子のアレイ813上のそれぞれの表面波フィード間に位相シフトを与えることによって、ファイ方向に電子的に操向され得る。表面波フィードが均一に離間されている場合、隣接する表面波フィード間の位相シフトを、実質的に一定とすることができる。ファイ操向角とこの位相シフトとの間の関係を、次のように計算することができる。
The main lobe of
他の例示的な例では、高周波モジュール、位相シフタ、および複数の表面波フィードは、高周波モジュール806に対してアンテナ802の反対側に存在してもよい。この構成は、負のシータ方向の操向を容易にするために使用されてもよい。
In another exemplary example, the high frequency module, phase shifter, and multiple surface wave feeds may be on the opposite side of the
次に図9を参照すると、アンテナシステムの別の図が、例示的な実施形態にしたがって示されている。この例示的な例では、アンテナシステム900を、図1のアンテナシステム100のための一実施例とすることができる。アンテナシステム900は、アンテナ902、電圧コントローラー903、位相シフタ904、および高周波モジュール906を含んでいる。
Next, with reference to FIG. 9, another figure of the antenna system is shown according to an exemplary embodiment. In this exemplary example, the
電圧コントローラー903は、アンテナ902に電圧を供給するように構成されている。電圧コントローラー903は、可変電圧源908を含んでいる。電圧線911はアンテナ902に電圧を印加し、一方で、電圧線913はアンテナ902のための接地を提供する。
The
アンテナ902は、放射素子912、914、916、918、920、922、924、および926を含み得る放射素子のアレイ915を含むことができる。これらの放射素子の各々は、誘電体基板を使用して実装され得る。表面波チャネルは、複数の金属ストリップ、複数のバラクタ、および誘電体基板によって、各放射素子上に形成され得る。
例えば、放射素子912を、誘電体基板927を使用して形成することができる。誘電体基板927の表面上に位置する第1の複数の金属ストリップ928、第2の複数の金属ストリップ930、および複数のバラクタ932は、表面波チャネル931を形成することができる。また、表面波フィード933は、誘電体基板927の表面上に配置され、表面波チャネル931に沿って伝搬する表面波を位相シフタ904に接続する。
For example, the radiating
放射素子のアレイ915上に位置する第1の複数の金属ストリップ928の各々は、同じ幅を有することができる。さらに、放射素子のアレイ915上に位置する第2の複数の金属ストリップ930の各々はまた、同じ幅を有することができる。第1の複数の金属ストリップ928および第2の複数の金属ストリップ930の両方での金属ストリップの幅が、周期p934で誘電体基板927に沿って周期的に変化する。この周期を、金属ストリップのサイズ、放射周波数、シータ操向角、ならびに誘電体基板927の特性および厚さによって決定することができる。
Each of the first plurality of
金属ストリップのための2つだけの幅が1周期内に示されているが、任意の数の金属ストリップが1周期内に含まれていてもよい。また、任意の数の異なる幅が、1周期内に含まれていてもよい。 Only two widths for metal strips are shown in one cycle, but any number of metal strips may be included in one cycle. Further, any number of different widths may be included in one cycle.
可変電圧源908からの電圧は、電圧線911を介して第1の複数の金属ストリップ928に印加され得る。第2の複数の金属ストリップ930は、電圧線913を介して接地され得る。
The voltage from the
この例示的な例では、放射素子のアレイ915上で伝播される表面波は、放射素子のアレイ915上の表面波フィードによって、高周波信号として位相シフタ904に送信され得る。図示のように、位相シフタ904は、複数の位相シフトデバイス936を備えている。
In this exemplary example, the surface wave propagating on the
伝送線938は、表面波フィードを複数の位相シフトデバイス936に接続し、複数の位相シフトデバイス936を高周波モジュール906に接続する。高周波モジュール906は、送信機、受信機、またはその両方の組み合わせとして機能するように構成され得る。
The
次に図10を参照すると、異なる電圧コントローラーを有する図9のアンテナシステム900の図が、例示的な実施形態にしたがって示されている。この例示的な例では、図9の電圧コントローラー903は、電圧コントローラー1000に置き換えられている。電圧コントローラー1000は、接地1002、デジタル/アナログ変換器1004、電圧線1006、および電圧線1008を含んでいる。
Next, with reference to FIG. 10, the figure of the
電圧線1006により、第2の複数の金属ストリップ930を接地1002に接地することができる。電圧線1008は、デジタル/アナログ変換器1004から第1の複数の金属ストリップ928に電圧を供給する。コントローラー1010は、デジタル/アナログ変換器1004を制御するために使用される。この例示的な例では、異なる電圧が、放射素子のアレイ915内の各放射素子に送られる。
The
また、図示のように、位相シフタ904は、アンテナシステム900のためのこの構成には含まれていない。伝送線1012は、高周波モジュール906を放射素子のアレイ915上の表面波フィードに直結する。
Also, as shown, the
この例示的な例では、アンテナ902によって作成された放射パターンは、放射素子のアレイ915内の異なるバラクタに印加される電圧を制御することにより、シータ方向に操向される。アンテナ902によって作成された放射パターンは、隣接する放射素子間の表面波インデックスのわずかな変化によって、ファイ方向に操向される。この変化は、ファイ方向に操向をもたらすこれらの放射素子に沿って伝搬する表面波間に位相シフトをもたらす。
In this exemplary example, the radiation pattern created by
次に図11Aおよび図11Bを参照すると、アンテナシステム900のさらに別の構成の図が、例示的な実施形態にしたがって示されている。この例示的な例では、図9の位相シフタ904は、位相シフタ1100に置き換えられている。
Then, with reference to FIGS. 11A and 11B, a diagram of yet another configuration of the
位相シフタ1100は、アンテナシステム900のためのファイ操向角を制御するために使用され得る。位相シフタ1100は、導波路1102、1104、1106、1108、1110、1112、1114、および1116を含んでいる。これらの導波路の各々は、複数の金属ストリップおよび誘電体基板上に位置する複数のバラクタによって形成される表面波の導波路である。ファイ操向角に向かって放射を操向するために、これらの導波路に沿って伝搬する表面波の位相を制御するために、異なる誘電体基板上の金属ストリップの少なくとも一部に、電圧を印加することができる。
The
表面波の位相は、隣接する導波路の端部における表面波の位相シフトがΔψとなるように制御され得る。それぞれの導波路の端部における表面波の位相は、表面波の伝播速度を制御することによって変化する。表面波の伝播速度は、誘電体基板上のバラクタに印加される電圧を制御することによって制御され得る。 The phase of the surface wave can be controlled so that the phase shift of the surface wave at the end of the adjacent waveguide is Δψ. The phase of the surface wave at the end of each waveguide changes by controlling the propagation velocity of the surface wave. The surface wave propagation velocity can be controlled by controlling the voltage applied to the varicap on the dielectric substrate.
電圧コントローラー1118は、誘電体基板の金属ストリップの少なくとも一部と、それによって、誘電体基板上のバラクタの少なくとも一部に電圧を印加するために使用され得る。電圧コントローラー1118は、デジタル/アナログ変換器1120、電圧線1122、および接地1121を含んでいる。電圧は、電圧線1122によってデジタル/アナログ変換器1120から誘電体基板上の金属ストリップの少なくとも一部に印加され得る。金属ストリップの他の部分は、接地1121に接地され得る。コントローラー1123は、デジタル/アナログ変換器1120を制御するために使用され得る。
The
導波路の端部における表面波の位相を、次式で与えることができる。
ψ(V)=2πnsw(V)f/c (9)
ここで、nsw(V)は、表面波インデックスであり、電圧に依存している。各導波路は、導波路上の表面波フィードで位相差を生成するために、電圧コントローラー1118からの異なる電圧で制御され得る。高周波信号は、伝送線1124を通じて表面波フィードと高周波モジュール906との間で送信され得る。
The phase of the surface wave at the end of the waveguide can be given by the following equation.
ψ (V) = 2πn sw (V) f / c (9)
Here, n sw (V) is the surface wave index and depends on the voltage. Each waveguide can be controlled by a different voltage from the
次に図12を参照すると、アンテナシステムの一部の図が、例示的な実施形態にしたがって示されている。この例示的な例では、アンテナシステム1200の一部分が示されている。アンテナシステム1200は、図1のアンテナシステム100のための一実施例である。図示のように、アンテナシステム1200は、放射素子1201と高周波アセンブリ1202を含んでいる。
Next, with reference to FIG. 12, some diagrams of the antenna system are shown according to exemplary embodiments. This exemplary example shows a portion of the
放射素子1201は、図1の放射素子123のための一実施例である。また、放射素子1201は、単一の放射素子のみを含む図1の放射素子のアレイ122の一実施例である。放射素子1201の一部のみが、この例示的な例に示されている。この例では、アンテナシステム1200によって生成される放射パターンを、X−Z平面内で電子的に走査することができる。
この例示的な例では、高周波アセンブリ1202は、高周波モジュール1203、位相シフトデバイス1204、伝送線1206、伝送線1208、表面波フィード1210、および表面波フィード1211を含んでいる。高周波モジュール1203は、送信機、受信機、またはその両方の組み合わせとして機能するように構成され得る。位相シフトデバイス1204は、この例では、ハイブリッドパワースプリッタの形態をとる。具体的には、ハイブリッドパワースプリッタは、伝送線1206に沿って移動する高周波信号と伝送線1208に沿って移動する高周波信号との間の位相差を変化させる際に使用するために構成されている。この例示的な例では、ハイブリッドパワースプリッタを、約0度から約90度の間で、これらの2つの伝送線間の位相差を変化させるために使用することができる。
In this exemplary example, the
当然、他の例示的な例では、高周波モジュール1203および位相シフトデバイス1204は、他の方法で実装されてもよい。例えば、高周波モジュール1203は、4つのポートの位相可変パワースプリッタの形態をとる位相シフトデバイス1204を用いて、二重偏波を可能にするように構成され得る。
Of course, in other exemplary examples, the
放射素子1201は、誘電体基板1205を用いて実装されている。表面波チャネル1212と表面波チャネル1213は、誘電体基板1205上に形成されている。表面波フィード1210は、伝送線1206を表面波チャネル1212に接続している。表面波フィード1211は、伝送線1208を表面波チャネル1213に接続している。表面波チャネル1212と表面波チャネル1213を、図1の表面波チャネル125と第2の表面波チャネル145のための一実施例とすることができる。
The
図示のように、表面波チャネル1212は、複数の金属ストリップ1214および複数のバラクタ1215によって形成されている。この例示的な例では、複数の金属ストリップ1214は、X軸1216に対して正の約45度の角度で周期的に配置されている。X軸1216は、放射素子1201に沿った長手方向軸である。複数のバラクタ1215は、複数の金属ストリップ1214に電気的に接続されている。電圧線1218は、複数のバラクタ1215に電圧を印加するために使用される。ピン1220は、1つまたは複数の電圧源および/または1つまたは複数の接地に電圧線1218を接続するために使用され得る。
As shown, the
また、図示のように、表面波チャネル1213は、複数の金属ストリップ1224および複数のバラクタ1226によって形成されている。図示のように、複数の金属ストリップ1224は、X軸1216に対して負の約45度の角度で周期的に配置されている。電圧線1228は、複数のバラクタ1226に電圧を印加するために使用される。ピン1230は、1つまたは複数の電圧源および/または1つまたは複数の接地に電圧線1228を接続するために使用される。
Also, as shown, the
放射素子1201によって形成される放射パターンを、複数のバラクタ1215に印加される電圧を変更することにより、X−Z平面内で走査することができ、その結果、所望の放射角度での表面波インピーダンス変調パターンをもたらす。表面波チャネル1212および表面波チャネル1213は、これら2つの表面波チャネルからの放射が互いに直交することができるように構成されている。これら2つの表面波チャネルの組み合わせによる最終的な放射は、円偏波される。0°〜90°のハイブリッドスプリッタの形態での位相シフトデバイス1204によって供給される場合、表面波チャネル1212および表面波チャネル1213は、右偏波または左偏波のいずれかで、受信または送信する円偏波放射に固定されている。当然、他の例示的な例では、位相シフトデバイス1204は、放射を左円偏波(LHCP)と右円偏波(RHCP)との間で切り替えることができるようないくつかの他の方法で実装されてもよい。
The radiation pattern formed by the
複数の金属ストリップ1214と複数の金属ストリップ1224がそれぞれ、X軸1216に対して傾斜している角度により、表面波チャネル1212および表面波チャネル1213からの放射は偏波される。複数の金属ストリップ1214と複数の金属ストリップ1224は、金属ストリップの長辺に直交する長い主軸と、この辺に沿った短軸とを有するテンソルインピーダンス素子である。この主軸の座標フレーム内の各表面波チャネルのローカル・テンソル・アドミタンスを、次式で与えることができる。
Radiations from
ここで、Yswは、ローカル・テンソル・アドミタンスであり、位置xで金属ストリップに印加される電圧によって決定される。 Where Y sw is a local tensor admittance, determined by the voltage applied to the metal strip at position x.
長い主軸に沿った表面波電流は、次の通りである。 The surface wave currents along the long spindle are as follows.
ここで、Jswは表面波の電流であり、Eswは表面波の電界である。 Where J sw is the surface wave current and E sw is the surface wave electric field.
放射は、以下の式にしたがって表面波電流により駆動される。 Radiation is driven by surface wave current according to the following equation.
したがって、金属ストリップ間のギャップを横切る方向に偏波される。Eradは、放射の電界である。 Therefore, it is polarized in the direction across the gap between the metal strips. E rad is the electric field of radiation.
次に図13を参照すると、2つの高周波アセンブリを有する図12のアンテナシステム1200の図が、例示的な実施形態にしたがって示されている。この例示的な例では、高周波アセンブリ1202は、放射素子1201の端部1300に配置され、一方で、高周波アセンブリ1301は、放射素子1201の端部1303に配置されている。
Next, with reference to FIG. 13, the figure of the
高周波アセンブリ1301は、高周波モジュール1302、位相シフトデバイス1304、伝送線1306、伝送線1308、表面波フィード1310、および表面波フィード1312を含んでいる。表面波フィード1310は、表面波チャネル1212に流れ込む。また、表面波フィード1312は、表面波チャネル1213に流れ込む。
The
高周波アセンブリ1301または高周波アセンブリ1202のいずれかが、放散されていない任意の表面波エネルギーのためのシンクとして機能することができる。これにより、表面波は、放射パターンの望ましくない歪みにつながる可能性がある放射素子1201の端部からの反射を妨げることができる。
Either the
また、2つの高周波アセンブリを有することにより、放射パターンを、より大きな角度範囲にわたってより効果的に調整することができる。したがって、放射がX軸1216の正の部分に向かって傾斜される場合、高周波アセンブリ1202が、放射素子1201に高周波信号を送り込むために使用され得る。放射がX軸1216の負の部分に向かって傾斜される場合、高周波アセンブリ1301が、放射素子1201に高周波信号を送り込むために使用され得る。このように、放射パターンにより形成された高周波ビームが角度をつけて走査されるため、正のシータと負のシータの角度で向けられたビームは、互いの鏡像であり得る。
Also, by having two high frequency assemblies, the radiation pattern can be adjusted more effectively over a larger angular range. Therefore, if the radiation is tilted towards the positive part of the
次に図14を参照すると、別のアンテナシステムの図が、例示的な実施形態にしたがって示されている。この例示的な例では、アンテナシステム1400は、図1のアンテナシステム100のための別の一実施例である。アンテナシステム1400は、アンテナ1401、位相シフタ1402、および高周波モジュール1404を含んでいる。また、アンテナシステム1400は、電圧コントローラーを含んでもよい(この例では図示されていない)。
Next, with reference to FIG. 14, a diagram of another antenna system is shown according to an exemplary embodiment. In this exemplary example, the
アンテナ1401は、放射素子のアレイ1406および複数の表面波フィード1407を含んでいる。放射素子のアレイ1406は、放射素子1408、1410、1412、1414、1416、1418、1420、および1422を含んでいる。これらの放射素子の各々を、図12の放射素子1201と同様に実装することができる。
複数の表面波フィード1407は、放射素子のアレイ1406を位相シフタ1402に接続する。位相シフタ1402は、複数の位相シフトデバイス1424を含んでいる。伝送線1426は、表面波フィード1407を複数の位相シフトデバイス1424に接続し、複数の位相シフトデバイス1424を高周波モジュール1404に接続する。高周波モジュール1404は、送信機、受信機、またはその両方の組み合わせとして機能するように構成され得る。
Multiple surface wave feeds 1407 connect an array of radiating
複数の位相シフトデバイス1424は、この例では可変位相シフタである。この例示的な例では、複数の表面波フィード1407の各々における最終的な位相シフトが、定数Δφによって隣接する表面波フィードの位相と異なるように、複数の位相シフトデバイス1424を調整することができる。この定数が変化するため、形成される放射パターンは、Y−Z平面内で走査され得る。
The plurality of
図2から図14の図は、例示的な実施形態を実施することができる方法に対して、物理的または構造的限定を意味するものではない。図示のものに加えて、またはその代わりに、他の構成要素が使用されてもよい。いくつかの構成要素は、任意であってもよい。 The figures in FIGS. 2-14 do not imply physical or structural limitations to the methods in which exemplary embodiments can be implemented. Other components may be used in addition to or in place of those shown. Some components may be arbitrary.
図2から図14に示される異なる構成要素を、図1にブロック形式で示される構成要素が物理的構造として実装され得る方法の例示的な例とすることができる。また、図2から図14の構成要素の一部は、図1の構成要素と組み合わされてもよく、図1の構成要素と一緒に使用されてもよく、あるいはこの2つの組み合わせであってもよい。 The different components shown in FIGS. 2 to 14 can be used as exemplary examples of how the components shown in block form in FIG. 1 can be implemented as physical structures. In addition, some of the components of FIGS. 2 to 14 may be combined with the components of FIG. 1, may be used together with the components of FIG. 1, or may be a combination of the two. good.
場合によっては、図1における人工インピーダンス表面アンテナ110のようなアンテナの利得を改善することが望ましいかもしれない。人工インピーダンス表面アンテナが利得の低下を低減するために電子的に操向される精度を改善することにより、人工インピーダンス表面アンテナの利得を改善することができる。例示的な実施形態は、表面波チャネルの実質的に半径方向に対称的な配置を、人工インピーダンス表面アンテナのより正確な電子的操向を可能にし得ることを認識し考慮している。また、このタイプの配置を用いて、表面波チャネルを形成するために使用されるインピーダンス素子を、半波長より大きく離間することができる。さらに、このタイプの配置を、任意の偏波の放射を生成するために使用することができる。
In some cases, it may be desirable to improve the gain of an antenna such as the artificial
次に図15を参照すると、図1のアンテナシステム100における人工インピーダンス表面アンテナ110の異なる構成の図が、例示的な実施形態したがってブロック図の形態で示されている。図1のアンテナシステム100は、放射状構成1500を有する人工インピーダンス表面アンテナ110で示されている。
Next, with reference to FIG. 15, diagrams of different configurations of the artificial
人工インピーダンス表面アンテナ110が放射状構成1500を有する場合、人工インピーダンス表面アンテナ110は、誘電体基板1501、複数の放射スポーク1502、および複数の表面波フィード1504を含む。誘電体基板1501は、図1の誘電体基板124と同様の方法で実装され得る。ただし、放射状構成1500では、誘電体基板1501を、使用される唯一の誘電体基板とすることができる。誘電体基板1501を、誘電体材料の任意の数の層から構成することができる。
When the artificial
例示的な一例では、誘電体基板1501は、調整可能な電気的特性を有する材料から構成され得る。例えば、誘電体基板1501は液晶材料から構成されてもよいが、これに限定されるものではない。
In an exemplary example, the
この例示的な例では、誘電体基板1501は、中心点1508を有する円形1506を有する。つまり、誘電体基板1501を、中心点1508に対して実質的に対称とすることができる。他の例示的な例では、誘電体基板1501は、いくつかの他の形状を有してもよい。例えば、誘電体基板1501は、楕円形、四角形、六角形、八角形、またはいくつかの他のタイプの形状を有することができるが、これらに限定されるものではない。ただし、誘電体基板1501が中心点1508に対して実質的に対称でない場合には、生成される放射パターン112は、異なる操向角度で同じ利得を有していない可能性がある。
In this exemplary example, the
複数の放射スポーク1502を、誘電体基板1501を使用して実装することができる。具体的には、複数の放射スポーク1502を、誘電体基板1501上に形成することができる。
Multiple radiating spokes 1502 can be mounted using the
複数の放射スポーク1502は、誘電体基板1501の中心点1508に対して放射状に配置され得る。これらの例示的な例では、中心点1508に対して放射状に配置されることは、複数の放射スポーク1502の各々が、誘電体基板1501の外周に向かって中心点1508から延伸し得ることを意味している。複数の放射スポーク1502の各々は、誘電体基板1501の中心点1508を介して中心軸に略垂直に配置され得る。さらに、複数の放射スポーク1502の各々は、各放射スポークが中心点1508に対して実質的に対称であるように配置され得る。
The plurality of radiating spokes 1502 may be arranged radially with respect to the
複数の放射スポーク1502の各々を、図1の放射素子123と同様に実装することができる。放射スポーク1510を、複数の放射スポーク1502の各放射スポークの一実施例とすることができる。放射スポーク1510は、表面波チャネル1512を形成するように構成されている。このように、複数の放射スポーク1502は、複数の表面波チャネルを形成することができる。表面波チャネル1512は、表面波の経路を制限するように構成されている。
Each of the plurality of radiating spokes 1502 can be mounted in the same manner as the radiating
図示のように、放射スポーク1510は、複数のインピーダンス素子1514と複数のチューナブル素子1516を含むことができる。複数のインピーダンス素子1514と複数のチューナブル素子1516は、それぞれ、図1の複数のインピーダンス素子126と複数のチューナブル素子128と同様の方法で実装され得る。
As shown, the radiating spokes 1510 can include a plurality of
この例示的な例では、複数のインピーダンス素子1514と複数のチューナブル素子1516を、誘電体基板1501の表面1513上に配置することができる。具体的には、複数のインピーダンス素子1514と複数のチューナブル素子1516を、誘電体基板1501の対応部分1515の表面1513上に配置することができる。
In this exemplary example, a plurality of
複数のインピーダンス素子1514、複数のチューナブル素子1516、および誘電体基板1501の対応部分1515が、人工インピーダンス表面を形成することができ、そこから放射が生成され得る。この例示的な例では、誘電体基板1501の対応部分1515を、放射スポーク1510の一部と考えることができる。ただし、他の例示的な例では、誘電体基板1501を、複数の放射スポーク1502とは別のものと考えることができる。
The plurality of
複数のインピーダンス素子1514のうちの1つのインピーダンス素子を、複数の異なる方法で実装することができる。例示的な一例では、インピーダンス素子は、共振素子として実装されてもよい。例示的な一例では、インピーダンス素子は、導電性材料からなる素子として実装されてもよい。導電性材料は、例えば、金属材料であってもよいが、これに限定されるものではない。実装に応じて、インピーダンス素子は、金属ストリップ、導電性塗料のパッチ、金属メッシュ材料、金属膜、金属基板の堆積物、またはいくつかの他のタイプの導電性素子として実装されてもよい。場合によっては、インピーダンス素子は、例えば、スプリットリング共振器(SRR)、電気的に接続された共振器(ECR)、1つまたは複数のメタマテリアルからなる構造、またはいくつかの他のタイプの構造や素子のような、共振構造として実装されてもよい。
One of a plurality of
複数のチューナブル素子1516の各々は、放射スポーク1510によって生成される放射パターン112の角度を変更するために、制御、すなわち調整することができる素子であり得る。この例示的な例では、複数のチューナブル素子1516の各々を、チューナブル素子に印加される電圧に基づいて変化させることができる静電容量を有する素子とすることができる。
Each of the plurality of
例示的な一例では、複数のインピーダンス素子1514は複数の金属ストリップ1518の形態を取り、複数のチューナブル素子1516は複数のバラクタ1520の形態をとる。複数のバラクタ1520の各々は、半導体素子のダイオードに印加される電圧に依存する静電容量を有する半導体素子のダイオードであってもよい。
In an exemplary example, the plurality of
複数の金属ストリップ1518は、誘電体基板1501の中心点1508を介して中心軸に略垂直な平面に対し略平行な誘電体基板1501の対応部分1515上で一列に配置され得る。例えば、複数の金属ストリップ1518は、誘電体基板1501の中心軸に略垂直でありかつこの中心軸を通過する軸に沿って、誘電体基板1501の対応部分1515上で周期的に分散され得る。
The plurality of metal strips 1518 may be arranged in a row on the corresponding
いくつかの例示的な例では、複数の金属ストリップ1518は、誘電体基板1501上にプリントされ得る。例えば、複数の金属ストリップ1518は、3次元プリント技術、付加的な堆積技術、インクジェット堆積技術、または他のタイプのプリント技術のうちの任意の数を使用して、誘電体基板1501上にプリントされ得る。
In some exemplary examples, multiple metal strips 1518 may be printed on a
複数のバラクタ1520は、誘電体基板1501の対応部分1515の表面1513上の複数の金属ストリップ1518に電気的に接続され得る。例示的な一例として、複数のバラクタ1520のうちの少なくとも1つのバラクタを、複数の金属ストリップ1518のうちの隣接する一対の金属ストリップの各金属ストリップの間に配置することができる。また、複数のバラクタ1520を、各金属ストリップ上のバラクタ接続のすべてが同じ極性を有するように整列させることができる。
The plurality of
複数のインピーダンス素子1514に電圧を印加することによって、複数のチューナブル素子1516に電圧を印加することができる。具体的には、複数のインピーダンス素子1514に印加される電圧を変化させることによって、複数のチューナブル素子1516の静電容量を変化させる。複数のチューナブル素子1516の静電容量を変化させると、複数のインピーダンス素子1514間の静電容量結合とインピーダンスを変化させる、すなわち変調することができる。
By applying a voltage to a plurality of
誘電体基板1501の対応部分1515、複数のインピーダンス素子1514、および複数のチューナブル素子1516は、放射スポーク1510によって形成される表面波チャネル1512のための選択された設計構成1522に対して構成され得る。実装に応じて、複数の放射スポーク1502の各放射スポークは、同一または異なる選択された設計構成を有してもよい。
The corresponding
図示のように、放射スポーク1510のための選択された設計構成1522は、インピーダンス素子の幅1524、インピーダンス素子の間隔1526、チューナブル素子の間隔1528、および基板の厚さ1530などの複数の設計パラメータ含み得るが、これらに限定されるものではない。インピーダンス素子の幅1524を、複数のインピーダンス素子1514におけるインピーダンス素子の幅とすることができる。インピーダンス素子の幅1524を、実装に応じて、複数のインピーダンス素子1514のそれぞれについて、同じまたは異なるように選択することができる。
As shown, the selected design configuration 1522 for the radiating spokes 1510 has multiple design parameters such as
インピーダンス素子の間隔1526を、誘電体基板1501の対応部分1515の表面1513に沿った複数のインピーダンス素子1514の間隔とすることができる。チューナブル素子の間隔1528を、誘電体基板1501の対応部分1515の表面1513に沿った複数のチューナブル素子1516の間隔とすることができる。また、基板の厚さ1530を、誘電体基板1501の対応部分1515の厚さとすることができる。この例示的な例では、誘電体基板1501の全体が、実質的に同じ厚さを有することができる。ただし、他の例示的な例では、複数の放射スポーク1502の異なる放射スポークに対応する誘電体基板1501の異なる部分が、異なる厚さを有していてもよい。
The impedance element spacing 1526 can be the spacing of the plurality of
選択された設計構成1522の異なるパラメータの値は、例えば、人工インピーダンス表面アンテナ110が動作するように構成された放射周波数に基づいて選択され得るが、これに限定されるものではない。その他の考慮事項には、例えば、人工インピーダンス表面アンテナ110のための所望のインピーダンス変調が含まれる。
The values of the different parameters of the selected design configuration 1522 can be selected, for example, based on, but not limited to, the radiation frequency configured to operate the artificial
複数の放射スポーク1502の各々に沿って伝播された表面波は、誘電体基板1501上に配置された複数の表面波フィード1504によって、複数の伝送線156に接続され得る。複数の表面波フィード1504の各々は、複数の放射スポーク1502のうちの少なくとも1つの対応する放射スポークを、例えば複数の伝送線156のうちの1つである、高周波信号を運ぶ伝送線に接続する。
The surface wave propagated along each of the plurality of radiating spokes 1502 may be connected to the plurality of
複数の表面波フィード1504のうちの1つの表面波フィードは、表面波を高周波信号に、高周波信号を表面波に、またはその両方で変換することができる任意のデバイスであってもよい。例示的な一例では、複数の表面波フィード1504のうちの1つの表面波フィードは、誘電体基板1501の中心点1508に実質的に配置され得る。
The surface wave feed of one of the plurality of surface wave feeds 1504 may be any device capable of converting the surface wave into a high frequency signal, the high frequency signal into a surface wave, or both. In an exemplary example, the surface wave feed of one of the plurality of surface wave feeds 1504 may be substantially located at the
例示的な一例では、複数の表面波フィード1504は、誘電体基板1501の中心点1508に位置する単一の表面波フィードの形態をとる。中心フィードと呼ぶことができるこの単一の表面波フィードは、複数の放射スポーク1502の各々を複数の伝送線156に接続することができる。この例では、複数の伝送線156は、同軸ケーブルの形態をとることができる。
In an exemplary example, the plurality of surface wave feeds 1504 takes the form of a single surface wave feed located at the
別の例示的な例では、複数の表面波フィード1504は、中心点1508に、またはその近くに配置され、複数の放射スポーク1502を複数の伝送線156に接続するように構成された、複数の表面波フィードの形態をとることができる。この例では、複数の伝送線156は、単一の伝送線または複数の伝送線の形態をとることができる。
In another exemplary example, multiple surface wave feeds 1504 are located at or
人工インピーダンス表面にアンテナ110が受信モードにある場合、人工インピーダンス表面アンテナ110で受信された電磁放射は、複数の放射スポーク1502に沿った表面波として伝搬され得る。これらの表面波は、複数の表面波フィード1504によって受信され、複数の高周波信号1532に変換される。複数の高周波信号1532は、1つまたは複数の伝送線156を通じて高周波モジュール108に送信され得る。次いで、高周波モジュール108は、それに応じて、複数の高周波信号1532を処理することができる。
When the
人工インピーダンス表面にアンテナ110が送信モードである場合、複数の高周波信号1532は、複数の伝送線156を通じて高周波モジュール108から人工インピーダンス表面アンテナ110に送信され得る。具体的には、複数の高周波信号1532は、複数の表面波フィード1504で受信され、複数の放射スポーク1502に沿って伝播される表面波に変換され得る。
When the
人工インピーダンス表面アンテナ110の放射パターン112を、シータ方向およびファイ方向の両方に電子的に操向することができる。放射パターン112を、複数の放射サブパターン1533で形成することができる。複数の放射サブパターン1533を、複数の放射スポーク1502の対応部分によって生成することができる。この対応部分を、1つまたは複数の放射スポーク1502とすることができる。場合によっては、複数の放射サブパターン1533は、複数の放射スポーク1502のすべてによって生成され得る。
The
例えば、複数の放射サブパターン1533を、複数の放射スポーク1502のうちの複数の放射スポークによって生成することができる。複数の放射サブパターン1533の各々は、特定の放射スポークによって生成される放射パターンである。複数の放射サブパターン1533は、放射パターン112を形成する。例えば、複数の放射サブパターン1533が多様な放射スポークに対応する多様な放射サブパターンを含む場合、これらの多様な放射サブパターンの組み合わせと重なりが、放射パターン112を形成する。
For example, a plurality of radiated subpatterns 1533 can be generated by a plurality of radiated spokes out of a plurality of radiated spokes 1502. Each of the
この例示的な例では、複数の放射サブパターン1533の各々が電子的に操向され得るように、複数の放射スポーク1502の各々を独立して制御することができる。例えば、放射スポーク1510は、放射サブパターン1534を有してもよいが、これに限定されるものではない。放射サブパターン1534を、複数の放射スポーク1502の他の放射スポークによって形成された他の放射サブパターンから独立して制御することができる。
In this exemplary example, each of the plurality of radiated spokes 1502 can be independently controlled so that each of the plurality of radiated subpatterns 1533 can be electronically steered. For example, radiation spokes 1510 may have, but are not limited to,
例示的な一例として、電圧コントローラー104は、放射サブパターン1534のメインローブのシータおよびファイ操向角の両方を制御するために、複数のチューナブル素子1516に印加される電圧を制御するために使用され得る。同様に、電圧コントローラー104は、複数の放射スポーク1502の各々によって形成される放射サブパターンのメインローブのシータおよびファイ操向角の両方を制御するために、複数の放射スポーク1502の各々で複数のチューナブル素子に印加される電圧を制御するように構成され得る。
As an exemplary example, the
したがって、複数の放射サブパターン1533の各々を、特定のシータ方向および広いファイ方向に向けることができる。例えば、特定の放射サブパターンを、約45度のシータ操向角に向けることができ、広い範囲のファイ角にわたって広げることができる。このようにして、各放射サブパターンは、例えば、ファンビームを形成することができる。
Therefore, each of the plurality of
複数の放射サブパターン1533は、特定のファイ方向および特定のシータ方向に向けられたメインローブ116を有する放射パターン112を形成するように重なっている。放射パターン112は、放射のビームを生成するように形成され得る。ビームは、例えば、特定のファイ操向角118と特定のシータ操向角120に向けられるペンシルビームの形態をとることができる。このように、人工インピーダンス表面アンテナ110を、2次元で電子的に操向することができる。
The plurality of
実装に応じて、人工インピーダンス表面アンテナ110は、直線偏波放射または円偏波放射を放出するように構成され得る。つまり、人工インピーダンス表面アンテナ110を、直線偏波または円偏波される放射パターン112を生成するために使用することができる。また、複数のチューナブル素子1516に印加される電圧を調整することにより、人工インピーダンス表面アンテナ110の物理的構成を変更することなく、直線偏波と円偏波との間で放射パターン112を切り替えることができる。
Depending on the implementation, the artificial
複数の放射スポーク1502により形成される表面波チャネルによって生成されるインピーダンスサブパターンが、直線偏波される放射パターン112全体を生成するように変調され得る。例えば、複数の放射スポーク1502のそれぞれの対応部分のチューナブル素子に印加される電圧を設定することができるため、各放射スポークによって形成される表面波チャネルに沿って生成されるインピーダンスサブパターンは次式で与えられる。
The impedance subpattern produced by the surface wave channels formed by the plurality of radiating spokes 1502 can be modulated to produce the entire linearly
他の例では、複数の放射スポーク1502により形成される表面波チャネルのインピーダンスサブパターンは、円偏波される放射パターン112全体を生成するように変調され得る。複数の放射スポーク1502のそれぞれの対応部分のチューナブル素子に印加される電圧を設定することができるため、各放射スポークによって形成される表面波チャネルに沿って生成されるインピーダンスサブパターンが次式で与えられる。
In another example, the impedance subpattern of the surface wave channel formed by the plurality of radiation spokes 1502 can be modulated to produce the entire circularly polarized
ここで、±の「+」は、左円偏波を生成するインピーダンスパターンを表し、±の「−」は、右円偏波を生成するインピーダンスパターンを表している。 Here, “+” of ± represents an impedance pattern that generates left circularly polarized waves, and “−” of ± represents an impedance pattern that generates right circularly polarized waves.
次のように式(15)を近似することができる:
Z=X+Msin(γ±φ) (19)
Equation (15) can be approximated as follows:
Z = X + Msin (γ ± φ) (19)
他の例示的な例では、インピーダンスサブパターンは、周期関数を含む他のタイプの式によって与えられてもよい。例えば、式(19)の正弦関数sin(γ±φ)、式(15)の正弦関数sin(γ±γ0)、および式(13)の余弦関数 In another exemplary example, the impedance subpattern may be given by other types of expressions, including periodic functions. For example, the sine function sin (γ ± φ) in equation (19), the sine function sin (γ ± γ 0 ) in equation (15), and the cosine function in equation (13).
を、それぞれいくつかの他のタイプの周期関数に置き換えることができる。 Can be replaced with several other types of periodic functions, respectively.
このように、人工インピーダンス表面アンテナ110は、人工インピーダンス表面アンテナ110の物理的構成の変更を必要とすることなく、任意の偏波の放射を生成するために使用され得る。人工インピーダンス表面アンテナ110は、複数の放射スポーク1502のチューナブル素子に印加される電圧を変更することにより直線偏波または円偏波された射線を生成するために使用され得る。
Thus, the artificial
実装に応じて、人工インピーダンス表面アンテナ110は、誘電体基板1501の中心点1508に向かって、またはそこから離れるように、表面波を伝搬させることができる。いくつかの例示的な例では、表面波が中心点1508から離れるように伝搬されるときに、人工インピーダンス表面アンテナ110は、吸収材料1536を含んでもよい。吸収材料1536を、誘電体基板1501の縁部にまたはその周りに配置することができる。吸収材料1536は、複数の放射スポーク1502を介して中心点1508から外方に離れるように放射状に伝播する表面波からの過剰なエネルギーを吸収するように構成されている。
Depending on the implementation, the artificial
いくつかの例示的な例では、誘電体基板1501は、接地素子1538を使用して接地されていてもよい。具体的には、接地素子1538を、誘電体基板1501のインピーダンス表面に配置することができる。
In some exemplary examples, the
図1のアンテナシステム100の図は、例示的な実施形態を実施することができる方法に対して、物理的または構造的限定を意味するものではない。図示のものに加えて、またはその代わりに、他の構成要素が使用されてもよい。いくつかの構成要素は、任意であってもよい。また、ブロックは、いくつかの機能的な構成要素を例示するために提示されている。これらのブロックの1つまたは複数は、例示的な実施形態において実装されるとき、組み合わされてもよく、分割されてもよく、または組み合わさってから異なるブロックに分割されてもよい。
The figure of the
いくつかの例示的な例では、複数のチューナブル素子1516のうちの1つのチューナブル素子は、誘電体基板1501に埋め込まれた可変材料のポケットとして実装されてもよい。他の例示的な例では、複数のチューナブル素子1516のうちの1つのチューナブル素子は、複数のインピーダンス素子1514の対応するインピーダンス素子の一部であってもよい。例えば、チューナブル素子を有する共振構造を使用することができる。共振構造は、例えば、スプリットリング共振器、電気的に接続された共振器、またはいくつかの他のタイプの共振構造であってもよいが、これらに限定されるものではない。
In some exemplary examples, one of the plurality of
他の例示的な例では、中心点1508は、周りに複数の放射スポーク1502が配置されている中心点であってもよいが、誘電体基板1501の幾何学的中心ではないかもしれない。例えば、中心点1508は、誘電体基板1501の幾何学的中心からずれていてもよい。
In another exemplary example, the
さらに別の例示的な例では、複数の放射スポーク1502の各々は、表面波チャネルを形成するように構成された独立して制御可能な2つの部分を有していてもよい。例えば、放射スポーク1510は、中心点1508から離れる一方向に延伸する第1部分と、中心点1508から離れる実質的に反対の方向に延伸する第2部分とを有していてもよい。これらの2つの部分は、実装に応じて、同じまたは異なる設計構成を有していてもよい。さらに、場合によっては、これらの2つの部分を、放射スポークまたは放射サブスポークと個々に呼ぶことができる。
In yet another exemplary example, each of the plurality of radiating spokes 1502 may have two independently controllable parts configured to form a surface wave channel. For example, the radiating spokes 1510 may have a first portion extending in one direction away from the
次に図16を参照すると、人工インピーダンス表面アンテナの図が、例示的な実施形態にしたがって示されている。この例示的な例では、人工インピーダンス表面アンテナ1600を、図15の放射状構成1500を有する人工インピーダンス表面アンテナ110のための一実施例とすることができる。人工インピーダンス表面アンテナ1600は、図15の放射状構成1500のための一実施例とすることができる放射状構成1601を有している。
Next, with reference to FIG. 16, a diagram of an artificial impedance surface antenna is shown according to an exemplary embodiment. In this exemplary example, the artificial
図示のように、人工インピーダンス表面アンテナ1600は、誘電体基板1602、中心表面波フィード1604、および複数の放射スポーク1606を含んでいる。誘電体基板1602、中心表面波フィード1604、および複数の放射スポーク1606を、それぞれ、図15の、誘電体基板1501、複数の表面波フィード1504、および複数の放射スポーク1502の実施例とすることができる。
As shown, the artificial
この例示的な例では、誘電体基板1602は、中心点1605を有する円形を有する。人工インピーダンス表面アンテナ1600が実質的に放射状に対称であるように、複数の放射スポーク1606は中心点1605に対して放射状に配置されている。放射スポーク1608、放射スポーク1610、放射スポーク1612、および放射スポーク1614を、複数の放射スポーク1606のいくつかの例とすることができる。
In this exemplary example, the
複数の放射スポーク1606は、誘電体基板1602上にプリントされたインピーダンス素子1616により形成される。インピーダンス素子1616は、この例示的な例では、金属ストリップの形態をとる。また、複数の放射スポーク1606は、インピーダンス素子1616間に位置するチューナブル素子(この図には示されていない)を含んでもよい。
The plurality of radiating
中心表面波フィード1604は、複数の放射スポーク1606を伝送線(この図には示されていない)に接続することができる。伝送線は、中心表面波フィード1604に、中心表面波フィード1604から、またはその両方で、高周波を運ぶように構成され得る。
The central
人工インピーダンス表面アンテナ1600を、所望の精度で、シータ方向およびファイ方向に電子的に操向することができる。ファンビームを生成するために、複数の放射スポーク1606の各々を、特定のシータ方向および広いファイ方向に個別に電子的に操向することができる。例えば、放射スポーク1608、放射スポーク1612、および放射スポーク1614は、それぞれ、ファンビーム1618、ファンビーム1620、およびファンビーム1622を生成するために、電子的に操向され得る。ファンビーム1618、ファンビーム1620、およびファンビーム1622に対応する放射パターンは、ペンシルビーム1624が生成されるように重なることができる。ペンシルビーム1624を、特定のシータ操向角および特定のファイ操向角に向けることができる。
The artificial
図示のように、吸収材料1626は、誘電体基板1602の外側縁部およびその周りに配置されている。吸収材料1626を、図15の吸収材料1536のための一実施例とすることができる。吸収材料1626は、中心点1605から離れて伝搬する表面波に起因する過剰なエネルギーを吸収するように構成されている。
As shown, the
図17を参照すると、図16の人工インピーダンス表面アンテナ1600の断面側面図が、例示的な実施形態にしたがって示されている。この例示的な例では、図16の人工インピーダンス表面アンテナ1600の断面側面図は、図16で切断線17−17に対して切断され示されている。
Referring to FIG. 17, a cross-sectional side view of the artificial
この例示的な例では、接地素子1700を、誘電体基板1602の表面に沿って見ることができる。接地素子1700を、図15の接地素子1538のための一実施例とすることができる。
In this exemplary example, the
また、伝送線1702が、この図に示されている。伝送線1702は、中心表面波フィード1604に、中心表面波フィード1604から、またはその両方で、高周波を運ぶことができる。例示的な一例では、伝送線1702は、同軸ケーブルの形態をとる。
The
図示のように、表面波は、誘電体基板1602に略平行かつ誘電体基板1602の中心点1605を通る中心軸1706に対して略垂直な、矢印1704の方向に伝播することが可能である。複数の放射スポーク1606(この図には示されていない)が中心軸1706に対して実質的に対象であるように、複数の放射スポーク1606を配置することができる。
As shown, surface waves can propagate in the direction of
図18を参照すると、図16および図17の人工インピーダンス表面アンテナ1600のためのインピーダンスパターンの図が、例示的な実施形態にしたがって示されている。この例示的な例では、人工インピーダンス表面アンテナ1600が直線偏波され、約45度のシータ操向角と、約0度のファイ操向角に向けられたメインローブを有する放射パターンを生成するように構成される場合に、インピーダンスパターン1800を生成することができる。
With reference to FIG. 18, diagrams of impedance patterns for the artificial
インピーダンスパターン1800は、第1の軸1802と第2の軸1804に対して示されている。第1の軸1802と第2の軸1804は、図16の誘電体基板1602に略平行な面を形成する2つの軸を表すことができる。インピーダンスパターン1800は、図16の複数の放射スポーク1606によって形成されるインピーダンスサブパターン1806から構成されている。スケール1808が、インピーダンスサブパターン1806とインピーダンス値との相関関係を提供している。インピーダンス値は、jが
に等しいjオームの単位であり得る。 Can be a unit of j ohms equal to.
次に図19を参照すると、人工インピーダンス表面アンテナの一部の図が、例示的な実施形態にしたがって示されている。この例示的な例では、人工インピーダンス表面アンテナ1900を、図15の放射状構成1500を有する人工インピーダンス表面アンテナ110のための別の実施例とすることができる。人工インピーダンス表面アンテナ1900は、図15の放射状構成1500のための一実施例とすることができる放射状構成1901を有している。
Next, with reference to FIG. 19, some figures of the artificial impedance surface antenna are shown according to an exemplary embodiment. In this exemplary example, the artificial
この例示的な例では、人工インピーダンス表面アンテナ1900は、誘電体基板1902、放射スポーク1904、および中心表面波フィード1906を含んでいる。人工インピーダンス表面アンテナ1900を形成する複数の放射スポーク全体の一部のみが、この図に示されている。
In this exemplary example, the artificial
放射スポーク1907は、放射スポーク1904のうちの1つの例である。放射スポーク1907の一部のみが示されている。放射スポーク1907は、誘電体基板1902の対応部分1908に配置されている。放射スポーク1907は、複数の金属ストリップ1909と複数のバラクタ1910を含んでいる。複数の金属ストリップ1909と複数のバラクタ1910を、それぞれ、図15の、複数の金属ストリップ1518と複数のバラクタ1520の一実施例とすることができる。
図示のように、電圧は、端子1914で終端する導電線1912を介して、複数の金属ストリップ1909と、それにより複数のバラクタ1910に印加され得る。端子1914を電気ビア(この図には示されていない)に接続することができ、この電気ビアは、誘電体基板1902の厚さを通過し、および電圧コントローラーのようなハードウェアを制御するために接続するコネクタへの接地素子(この図では示されていない)を通過する。
As shown, a voltage can be applied to a plurality of
図20を参照すると、図19の人工インピーダンス表面アンテナ1900の断面側面図が、例示的な実施形態にしたがって示されている。この例示的な例では、図19の人工インピーダンス表面アンテナ1900の断面側面図は、図19の切断線20−20に対して切断され示されている。
Referring to FIG. 20, a cross-sectional side view of the artificial
この例示的な例では、図19の端子1914を電圧コントローラー2002に接続する電気ビア2000が示されている。電圧コントローラー2002は、図19の複数の放射スポーク1904の金属ストリップに印加される電圧を変化させることができる。
This exemplary example shows an electrical via 2000 that connects terminal 1914 in FIG. 19 to a voltage controller 2002. The voltage controller 2002 can vary the voltage applied to the metal strips of the plurality of radiating
例示的な実施形態は、図1の人工インピーダンス表面アンテナ110のための異なるタイプの構成が人工インピーダンス表面アンテナ110の効率を向上させ、それによって、全体的なパフォーマンスを向上させる可能性があることを認め、考慮している。例えば、例示的な実施形態は、場合によっては、図1の人工インピーダンス表面アンテナ110の各放射素子上に形成された各表面波チャネルにわたる表面インピーダンスの方形波型のプロファイルを提供することが望ましい場合があることを認め、考慮している。
An exemplary embodiment shows that different types of configurations for the artificial
例示的な実施形態は、静電容量値の範囲にわたって任意のさまざまな静電容量状態を有するように調整することができるバラクタと比較して2つだけの可能な状態を有するスイッチ素子を使用することにより、表面波チャネルのための表面インピーダンスの方形波型のプロファイルを達成することができる可能性があることを認めている。これらのスイッチ素子は、例えば、PINダイオードの形態をとることができるが、これに限定されるものではない。 An exemplary embodiment uses a switch element having only two possible states compared to a varicap that can be adjusted to have any different capacitance state over a range of capacitance values. By doing so, we acknowledge that it may be possible to achieve a square wave profile of surface impedance for surface wave channels. These switch elements can, for example, take the form of a PIN diode, but are not limited to this.
図21を参照すると、図1の人工インピーダンス表面アンテナ110の図が、例示的な実施形態にしたがってブロック図の形態で示されている。この例示的な例では、図21の人工インピーダンス表面アンテナ110の、少なくとも1つの放射素子上の少なくとも1つの表面波チャネルを、図1で説明した方法と異なるように実装することができる。
Referring to FIG. 21, the figure of the artificial
図示のように、図1の表面波チャネル125は、図1の複数のチューナブル素子128を含まなくてもよい。それどころか、この例示的な例では、表面波チャネル125は、図1の複数のチューナブル素子128の代わりに複数のスイッチ素子2100を含んでいる。複数のスイッチ素子2100の各々は、単に2つの状態2102を有することができる。2つの状態2102は、第1の状態2104と第2の状態2106を含むことができる。場合によっては、第1の状態2104をオン状態と呼ぶことができ、第2の状態2106をオフ状態と呼ぶことができる。
As shown, the
例示的な一例では、複数のスイッチ素子2100は、複数のPINダイオード2108の形態をとる。他の例示的な例では、複数のスイッチ素子2100のうちの1つのスイッチ素子は、半導体スイッチ、微小電気機械システム(MEMS)スイッチ、高周波ダイオード、ショットキーダイオード、および相変化材料スイッチから選択されてもよい。
In an exemplary example, the plurality of
スイッチ素子2101を、複数のスイッチ素子2100のうちの1つの例とすることができる。スイッチ素子2101は、複数のインピーダンス素子126の第1のインピーダンス素子2113と、複数のインピーダンス素子126の第2のインピーダンス素子2115との間のギャップ内に配置され得る。また、スイッチ素子2101は、第1のインピーダンス素子2113を第2のインピーダンス素子2115に電気的に接続することができる。スイッチ素子2101の静電容量と、第1のインピーダンス素子2113と第2のインピーダンス素子2115との間のギャップの静電容量とが、第1のインピーダンス素子2113と第2のインピーダンス素子2115との間の全静電容量に寄与する。場合によっては、第1のインピーダンス素子2113と第2のインピーダンス素子2115との間のギャップの静電容量を無視できる。
The
スイッチ素子2101がPINダイオードの形態をとる場合には、第1の状態2104はインダクタンス状態2105の形態をとることができ、第2の状態2106は静電容量状態2107の形態をとることができる。第1レベルの電圧をスイッチ素子2101に印加することにより、スイッチ素子2101をインダクタンス状態2105に置くことができる。第2レベルの電圧をスイッチ素子2101に印加することにより、スイッチ素子2101を静電容量状態2107に置くことができる。
When the
スイッチ素子2101がインダクタンス状態2105または静電容量状態2107のどちらにあるかを、スイッチ素子2101のリアクタンスによって決定することができる。例えば、スイッチ素子2101に関連付けられた表面インピーダンスを次のように定義することができ:
Z=R+jX (20)
ここで、Rは抵抗かつ表面インピーダンスの実数部分であり、Xはリアクタンスかつ表面インピーダンスの虚数部分である。抵抗を表面抵抗とも呼ぶことができ、リアクタンスを表面リアクタンスとも呼ぶことができる。リアクタンスが正の場合、リアクタンスは誘導性として説明され、スイッチ素子2101をインダクタンス状態2105と考えることができる。リアクタンスが負の場合、リアクタンスは静電容量性として説明され、スイッチ素子2101を静電容量状態2107と考えることができる。リアクタンスが実質的にゼロである場合、表面インピーダンスを、実質的に完全に抵抗性と考えることができる。
Whether the
Z = R + jX (20)
Here, R is the real part of the resistance and surface impedance, and X is the imaginary part of the reactance and surface impedance. The resistance can also be called a surface resistance, and the reactance can also be called a surface reactance. If the reactance is positive, the reactance is described as inductive and the
インダクタンス状態2105において、スイッチ素子2101は、実質的にゼロの静電容量を有することができるが、寄生インダクタンスを有していてもよい。つまり、スイッチ素子2101がインダクタンス状態2105にあるとき、スイッチ素子2101の静電容量をゼロとするか、または無視できる。このように、インダクタンス状態2105において、スイッチ素子2101を、直列の抵抗−インダクタ回路としてモデル化することができる。静電容量状態2107において、スイッチ素子2101は、いくつかの選択されたゼロでない静電容量値を有することができる。このように、静電容量状態2107において、スイッチ素子2101を、並列の抵抗−コンデンサ回路としてモデル化することができる。
In the inductance state 2105, the
複数のスイッチ素子2100の各々が、時間内の任意の所与の時点で2つの状態2102のうちのいずれか一方のみを有することができるため、複数のスイッチ素子2100に印加される電圧を、表面波チャネル125のための表面インピーダンスプロファイル2114を作成するために使用することができる。具体的には、電圧の2つのレベルのうちの一方を、表面インピーダンスプロファイル2114を作成するために複数のスイッチ素子2100の各々に印加することができる。選択された高い表面インピーダンス、選択された低い表面インピーダンス、またはこの2つの何らかの組み合わせだけが形成されるように、表面インピーダンスプロファイル2114を作成することができる。
Since each of the plurality of
例えば、表面インピーダンスプロファイル2114が高い表面インピーダンスと低い表面インピーダンスの方形波変調2110の形態をとるように、複数のスイッチ素子2100に印加される電圧を制御することができる。方形波変調2110を、方形波型の変調とすることができる。つまり、例示的な一例では、複数のスイッチ素子2100のそれぞれの状態が、正弦波と比較して方形波の形態での高い表面インピーダンスおよび低い表面インピーダンスを変調するように制御され得る。これら2つの表面インピーダンスレベルは、シータ方向、ファイ方向、または両方で、人工インピーダンス表面アンテナ110を電子的に操向するために、人工インピーダンス表面アンテナ110の各放射素子の各表面波チャネル上で変調され得る。
For example, the voltage applied to the plurality of
例示的な一例では、複数のインピーダンス素子126の各々は、長方形の金属ストリップの形態をとることができる。いくつかの例示的な例では、複数のインピーダンス素子126の各々は、繰り返しパターン2112を有する形状を有してもよい。繰り返しパターン2112を、形状の1つのパターンとすることができる。例えば、複数のインピーダンス素子126のうちの1つの特定のインピーダンス素子は、六角形型の形状、ダイヤモンド型の形状、またはいくつかの他のタイプの形状のうちの1つから選択される同一形状の繰り返しパターンを有することができる。
In an exemplary example, each of the plurality of
表面波チャネル125のための複数のスイッチ素子2100を使用することにより、人工インピーダンス表面アンテナ110の利得を向上させることができる。また、複数のスイッチ素子2100を使用することにより、人工インピーダンス表面アンテナ110は、所望のレベルの開口率を有してKaバンドの周波数で動作することが可能になり得る。このように、複数のスイッチ素子2100を使用することにより、電力損失を低減することができる。Kaバンドは、約26.5ギガヘルツから約40ギガヘルツの間の周波数を含むことができる。例示的な一例として、複数のPINダイオード2108を使用することにより、人工インピーダンス表面アンテナ110は、約25%より高い開口率を有して約30ギガヘルツの周波数で動作することが可能になり得る。
By using a plurality of
図21の人工インピーダンス表面アンテナ110の図は、例示的な実施形態を実施することができる方法に対して、物理的または構造的限定を意味するものではない。図示のものに加えて、またはその代わりに、他の構成要素が使用されてもよい。いくつかの構成要素は、任意であってもよい。また、ブロックは、いくつかの機能的な構成要素を例示するために提示されている。これらのブロックの1つまたは複数は、例示的な実施形態において実装されるとき、組み合わされてもよく、分割されてもよく、または組み合わさってから異なるブロックに分割されてもよい。
The figure of the artificial
次に図22を参照すると、放射素子の図が、例示的な実施形態にしたがって示されている。この例示的な例では、放射素子2200を、図21の放射素子123のための一実施例とすることができる。
Next, with reference to FIG. 22, a diagram of the radiating element is shown according to an exemplary embodiment. In this exemplary example, the
図示のように、放射素子2200は、誘電体基板2202を含んでいる。表面波チャネル2204は、誘電体基板2202上に形成されている。表面波チャネル2204を、図21の表面波チャネル125のための一実施例とすることができる。
As shown, the
この例示的な例では、表面波チャネル2204は、複数のインピーダンス素子2206と複数のスイッチ素子2208を含んでいる。複数のスイッチ素子2208を、図21の複数のスイッチ素子2100のための一実施例とすることができる。
In this exemplary example, the
複数のスイッチ素子2208の各々は、この例示的な例において、時間内の任意の所与の時点で2つの状態のいずれか一方のみを有することができる。例えば、複数のスイッチ素子2208のうちの1つがオン状態にあるとき、スイッチ素子は、直列に抵抗とインダクタからなる回路と同様に機能することができる。オン状態は、高い表面インピーダンスに対応する。提供されるインダクタンスは、表面波チャネル2204が周波数のKaバンド内に属する人工表面インピーダンスアンテナの動作を可能にするために重要であり得る。スイッチ素子がオフ状態にあるとき、スイッチ素子は、並列に抵抗とコンデンサからなる回路と同様に機能することができる。オフ状態は、低い表面インピーダンスに対応する。
Each of the plurality of
複数のスイッチ素子2208のそれぞれの状態は、表面波チャネル2204のための表面インピーダンスプロファイルを作成するために、高い表面インピーダンスと低表面インピーダンスとの間で変調するように制御され得る。この例示的な例では、この表面インピーダンスプロファイルは、方形波型の変調に類似し得る。表面波チャネル2204の部分2210は、以下の図23に拡大して示されている。
Each state of the plurality of
次に図23を参照すると、図22の表面波チャネル2204の部分2210の拡大図が、例示的な実施形態にしたがって示されている。図示のように、複数のインピーダンス素子2206は、インピーダンス素子2300とインピーダンス素子2302を含んでいる。インピーダンス素子2300とインピーダンス素子2302を、それぞれ、図21の第1のインピーダンス素子2113と第2のインピーダンス素子2115のための実施例とすることができる。
Next, with reference to FIG. 23, an enlarged view of
複数のスイッチ素子2208は、インピーダンス素子2300とインピーダンス素子2302との間のギャップ内に配置されたスイッチ素子のセット2304を含んでいる。スイッチ素子のセット2304の各々は、2つだけ可能な状態を有しており、時間内の任意の所与の時点でこれらの2つの可能な状態のいずれか一方であり得る。例示的な一例では、これらの2つの状態を、インダクタンス状態と静電容量状態とすることができる。
The plurality of
図示のように、スイッチ素子のセット2304は、スイッチ素子2306、スイッチ素子2308、およびスイッチ素子2310を含んでいる。スイッチ素子2306、スイッチ素子2308、およびスイッチ素子2310は、インピーダンス素子2300とインピーダンス素子2302を電気的に接続している。
As shown, the switch element set 2304 includes a
図22の複数のインピーダンス素子2206の各々は、繰り返しパターンの形状を有することができる。例えば、インピーダンス素子2302は、繰り返しパターン2312を有する。繰り返しパターン2312は、一連の同じ形状である。この例示的な例では、繰り返しパターン2312は、一連の六角形型の形状である。図示のように、繰り返しパターン2312は、六角形型の形状2314、六角形型の形状2316、および六角形型の形状2318を含んでいる。
Each of the plurality of
次に図24を参照すると、放射素子の別の構成の図が、例示的な実施形態にしたがって示されている。この例示的な例では、放射素子2400を、図21の放射素子123のための一実施例とすることができる。
Next, with reference to FIG. 24, a diagram of another configuration of the radiating element is shown according to an exemplary embodiment. In this exemplary example, the
図示のように、放射素子2400は、誘電体基板2402を含んでいる。表面波チャネル2404は、誘電体基板2402上に形成されている。表面波チャネル2404を、図21の表面波チャネル125のための一実施例とすることができる。表面波チャネル2404は、複数のインピーダンス素子2406と複数のスイッチ素子2408を含んでいる。
As shown, the
複数のインピーダンス素子2406を、図1の複数のインピーダンス素子126のための一実施例とすることができる。この例示的な例では、複数のインピーダンス素子2406の各々は、長方形の金属ストリップの形態をとることができる。
The plurality of
複数のスイッチ素子2408を、図21の複数のスイッチ素子2100のための一実施例とすることができる。この例示的な例では、複数のスイッチ素子2408の各々は、時間内の任意の所与の時点で2つの状態のいずれか一方のみを有することができる。例示的な一例では、複数のスイッチ素子2408の各々は、PINダイオードの形態で実装され得る。
The plurality of
例えば、複数のスイッチ素子2408のうちの1つがオン状態にあるとき、スイッチ素子は、直列に抵抗とインダクタからなる回路と同様に機能することができる。オン状態は、高い表面インピーダンスに対応する。提供されるインダクタンスは、周波数のKaバンド内での動作を可能にするために重要であり得る。スイッチ素子がオフ状態にあるとき、スイッチ素子は、並列に抵抗とコンデンサからなる回路と同様に機能することができる。オフ状態は、低い表面インピーダンスに対応する。
For example, when one of a plurality of
図22から図24の図は、例示的な実施形態を実施することができる方法に対して、物理的または構造的限定を意味するものではない。図示のものに加えて、またはその代わりに、他の構成要素が使用されてもよい。いくつかの構成要素は、任意であってもよい。 The figures in FIGS. 22 to 24 do not imply physical or structural limitations to the methods in which exemplary embodiments can be implemented. Other components may be used in addition to or in place of those shown. Some components may be arbitrary.
図22から図24に示される異なる構成要素を、図1および図2にブロック形式で示される構成要素が物理的構造として実装され得る方法の例示的な例とすることができる。また、図22から図24の構成要素の一部は、図1および図2の構成要素と組み合わされてもよく、図1および図2の構成要素と一緒に使用されてもよく、あるいはこの2つの組み合わせであってもよい。 The different components shown in FIGS. 22 to 24 can be exemplary examples of how the components shown in block form in FIGS. 1 and 2 can be implemented as physical structures. In addition, some of the components of FIGS. 22 to 24 may be combined with the components of FIGS. 1 and 2, used together with the components of FIGS. 1 and 2, or 2 thereof. It may be a combination of two.
次に図25を参照すると、アンテナシステムを電子的に操向するための工程が、例示的な実施形態によるフロー図の形態で示されている。図25に示す工程は、図1のアンテナシステム100を電子的に操向するために実現され得る。
Next, with reference to FIG. 25, a process for electronically manipulating the antenna system is shown in the form of a flow diagram according to an exemplary embodiment. The process shown in FIG. 25 can be implemented to electronically steer the
工程は、放射パターンを形成するために、複数の放射素子の各々に形成された複数の表面波チャネルの各々に沿って表面波を伝播させることで開始する(動作2500)。複数の放射素子の各放射素子に形成された複数の表面波チャネルの各表面波チャネルは、複数の放射素子に関連した複数の表面波フィードのうちの1つの表面波フィードを用いて、高周波信号を運ぶように構成された伝送線に接続される(動作2502)。 The process begins by propagating surface waves along each of the plurality of surface wave channels formed in each of the plurality of radiating elements in order to form a radiation pattern (operation 2500). Each surface wave channel of the plurality of surface wave channels formed in each radiation element of the plurality of radiation elements is a high frequency signal using the surface wave feed of one of the plurality of surface wave feeds associated with the plurality of radiation elements. Connected to a transmission line configured to carry (operation 2502).
その後、放射パターンのメインローブは、複数の放射素子の各放射素子で複数の表面波チャネルに印加される電圧を制御することにより、シータ方向に電子的に操向される(動作2504)。さらに、放射パターンのメインローブは、複数の表面波フィード間の相対位相差を制御することにより、ファイ方向に電子的に操向され(動作2506)、その後、工程は終了する。 The main lobe of the radiation pattern is then electronically steered in theta direction by controlling the voltage applied to the surface wave channels at each radiation element of the radiation element (operation 2504). In addition, the main lobe of the radiation pattern is electronically steered in the phi direction by controlling the relative phase difference between the plurality of surface wave feeds (operation 2506), after which the process ends.
次に図26を参照すると、アンテナシステムを電子的に操向するための工程が、例示的な実施形態によるフロー図の形態で示されている。図26に示す工程は、例えば、図15の放射状構成1500を有する人工インピーダンス表面アンテナ110を、電子的に操向するために実現され得る。
Next, with reference to FIG. 26, a process for electronically manipulating the antenna system is shown in the form of a flow diagram according to an exemplary embodiment. The process shown in FIG. 26 can be implemented, for example, to electronically steer the artificial
工程は、複数の放射スポークが誘電体基板の中心点に対して放射状に配置されている場合に、複数の放射サブパターンを生成するために、アンテナに複数の放射スポークによって形成された複数の表面波チャネルに沿って表面波を伝搬させることで開始する(動作2600)。次に、アンテナの放射パターンのメインローブは、2次元で電子的に操向され(動作2602)、その後、工程は終了する。 The process involves multiple surfaces formed by multiple radiating spokes on the antenna to generate multiple radiating subpatterns when multiple radiating spokes are arranged radially with respect to the center point of the dielectric substrate. It starts by propagating surface waves along the wave channel (operation 2600). The main lobe of the radiation pattern of the antenna is then electronically steered in two dimensions (operation 2602), after which the process ends.
次に図27を参照すると、アンテナシステムを電子的に操向するための工程が、例示的な実施形態によるフロー図の形態で示されている。図27に示す工程は、例えば、図21で説明したようなスイッチ素子を有する人工インピーダンス表面アンテナ110を、電子的に操向するために実現され得る。
Next, with reference to FIG. 27, a process for electronically manipulating the antenna system is shown in the form of a flow diagram according to an exemplary embodiment. The process shown in FIG. 27 can be realized, for example, to electronically steer the artificial
工程は、放射パターンを形成するために、複数の放射素子の各々に形成された複数の表面波チャネルの各々に沿って表面波を伝播させることで開始する(動作2700)。次に、複数の放射素子の各放射素子に形成された複数の表面波チャネルの各表面波チャネルは、複数の放射素子に関連した複数の表面波フィードのうちの1つの表面波フィードを用いて、高周波信号を運ぶように構成された伝送線に接続され得る(動作2702)。 The process begins by propagating surface waves along each of the plurality of surface wave channels formed in each of the plurality of radiating elements in order to form a radiation pattern (operation 2700). Next, each surface wave channel of the plurality of surface wave channels formed in each radiation element of the plurality of radiation elements uses the surface wave feed of one of the plurality of surface wave feeds associated with the plurality of radiation elements. , Can be connected to a transmission line configured to carry high frequency signals (operation 2702).
放射パターンのメインローブは、複数の表面波チャネルの各々で複数のインピーダンス素子を接続している複数のスイッチ素子に印加される電圧を制御することにより、電子的に操向され得(動作2704)、その後、工程は終了する。 The main lobe of the radiation pattern can be electronically steered by controlling the voltage applied to multiple switch elements connecting multiple impedance elements in each of the multiple surface wave channels (Operation 2704). After that, the process ends.
異なる図示された実施形態におけるフロー図およびブロック図は、例示的な実施形態での装置および方法のいくつかの可能な実装の、アーキテクチャ、機能性、および動作を示している。この際、フロー図またはブロック図の各ブロックは、モジュール、セグメント、機能、および/または動作すなわちステップの一部を表すことができる。 Flow diagrams and block diagrams in different illustrated embodiments show the architecture, functionality, and operation of some possible implementations of the devices and methods in the exemplary embodiments. In this case, each block of the flow diagram or block diagram can represent a module, a segment, a function, and / or a part of an operation or a step.
例示的な実施形態のいくつかの代替的な実装では、機能すなわちブロック図に示された機能が、図面に示された順序以外で起こる場合がある。例えば、場合によっては、連続して示される2つのブロックが実質的に同時に実行されてもよく、またはそのブロックが、該当する機能によって逆順に実行される場合があってもよい。また、他のブロックが、フロー図またはブロック図に示されたブロックに加えて追加されてもよい。 In some alternative implementations of the exemplary embodiment, the functions, i.e., the functions shown in the block diagram, may occur out of the order shown in the drawings. For example, in some cases, two blocks shown in succession may be executed at substantially the same time, or the blocks may be executed in reverse order by the corresponding function. Also, other blocks may be added in addition to the blocks shown in the flow diagram or block diagram.
さらに、本開示は、以下の条項に係る実施形態を含む。
第1項:複数の放射素子の各放射素子が複数の表面波チャネルを含み、複数の表面波チャネルの各表面波チャネルが表面波の経路を制限するように構成された、複数の放射素子であって、複数のスイッチ素子、および複数のインピーダンス素子を含む、複数の放射素子と、複数の表面波フィードのうちの1つの表面波フィードが、複数の放射素子のうちの1つの放射素子の複数の表面波チャネルのうちの1つの表面波チャネルを、高周波信号を運ぶように構成された伝送線に接続するように構成された、複数の表面波フィードと、を備えた装置。
第2項:複数の放射素子および複数の表面波フィードが、シータ方向およびファイ方向に電子的に操向されるように構成された人工インピーダンス表面アンテナを形成する、第1項に記載の装置。
第3項:人工インピーダンス表面アンテナが、約26.5ギガヘルツから約40ギガヘルツの間の周波数で動作する、第2項に記載の装置。
第4項:人工インピーダンス表面アンテナが、約25%より高い開口率を有して約30ギガヘルツの周波数で動作する、第2項に記載の装置。
第5項:複数の表面波チャネルの各表面波チャネルの複数のスイッチ素子が、各表面波チャネルのための高い表面インピーダンスと低い表面インピーダンスの表面インピーダンスプロファイルを作成することを可能にする、第2項に記載の装置。
第6項:表面インピーダンスプロファイルが、方形波型の変調である、第5項に記載の装置。
第7項:高い表面インピーダンスおよび低い表面インピーダンスが、シータ方向およびファイ方向での走査を可能にするように変調される、第5項に記載の装置。
第8項:複数のスイッチ素子の各スイッチ素子が、インダクタンス状態および静電容量状態を有するPINダイオードである、第1項に記載の装置。
第9項:複数のスイッチ素子の各スイッチ素子が、単に2つの状態を有するショットキーダイオードである、第1項に記載の装置。
第10項:複数のスイッチ素子の各スイッチ素子が、単に2つの状態を有する半導体スイッチである、第1項に記載の装置。
第11項:複数のスイッチ素子の各スイッチ素子が、単に2つの状態を有する微小電気機械システムスイッチダイオードである、第1項に記載の装置。
第12項:複数のスイッチ素子の各スイッチ素子が、単に2つの状態を有する相変化材料スイッチである、第1項に記載の装置。
第13項:複数のスイッチ素子の各スイッチ素子が、単に2つの状態を有する高周波ダイオードである、第1項に記載の装置。
第14項:複数のインピーダンス素子のうちの1つのインピーダンス素子が、金属ストリップ、導電性塗料のパッチ、金属メッシュ材料、金属膜、金属基板の堆積物、共振構造、スプリットリング共振器、電気的に接続された共振器、および1つまたは複数のメタマテリアルからなる構造のうちの1つから選択される、第1項に記載の装置。
第15項:複数のインピーダンス素子のうちの1つのインピーダンス素子が、一連の同じ形状によって形成されたパターンを有する、第1項に記載の装置。
第16項:同じ形状が、ダイヤモンド型の形状および六角形型の形状の一方から選択される、第15項に記載の装置。
第17項:複数の放射素子の各放射素子が、複数の表面波チャネルの各表面波チャネルが表面波の経路を制限するように構成された複数の表面波チャネルを含み、また、誘電体基板の表面上に配置された複数のインピーダンス素子、および複数のスイッチ素子の各スイッチ素子が第1の状態と第2の状態を有する、誘電体基板の表面上に配置された複数のスイッチ素子を含む、複数の放射素子と、複数の放射素子の各放射素子の複数の表面波チャネルを複数の伝送線に接続するように構成された複数の表面波フィードとを備えた、人工インピーダンス表面アンテナ。
第18項:アンテナシステムを電子的に操向するための方法であって、この方法が、放射パターンを形成するために複数の放射素子の各放射素子に形成された複数の表面波チャネルの各表面波チャネルに沿って表面波を伝播させるステップと、複数の放射素子の各放射素子に形成された複数の表面波チャネルの各表面波チャネルを、複数の放射素子に関連した複数の表面波フィードのうちの1つの表面波フィードを用いて高周波信号を運ぶように構成された伝送線に接続するステップと、複数の表面波チャネルの各表面波チャネルの複数のインピーダンス素子を接続している複数のスイッチ素子に印加される電圧を制御することによって放射パターンのメインローブを電子的に操向するステップとを含む。
第19項:メインローブを電子的に操向するステップが、複数の表面波チャネルの各表面波チャネルのための表面インピーダンスプロファイルを作成するために、第1レベルの電圧または第2レベルの電圧を、複数のスイッチ素子の各スイッチ素子に印加するステップを含む、第18項に記載の方法。
第20項:メインローブを電子的に操向するステップが、高い表面インピーダンスと低表面インピーダンスとの間で変調するように、第1レベルの電圧または第2レベルの電圧を、複数のスイッチ素子の各スイッチ素子に印加するステップを含む、第18項に記載の方法。
Further, the present disclosure includes embodiments according to the following provisions.
Item 1: A plurality of radiating elements in which each radiating element of a plurality of radiating elements includes a plurality of surface wave channels, and each surface wave channel of the plurality of surface wave channels is configured to limit the path of the surface wave. There are a plurality of radiating elements, including a plurality of switch elements and a plurality of impedance elements, and a surface wave feed of one of a plurality of surface wave feeds is a plurality of radiating elements of one of a plurality of radiating elements. A device with multiple surface wave feeds, configured to connect one of the surface wave channels of a surface wave channel to a transmission line configured to carry high frequency signals.
Item 2: The device according to
Item 3: The device according to
Item 4: The device according to
Item 6: The device according to
Item 8. The apparatus according to
Item 9. The device of
Item 14: Impedance element of one of multiple impedance elements is a metal strip, a patch of conductive paint, a metal mesh material, a metal film, a deposit of a metal substrate, a resonance structure, a split ring resonator, electrically. The device according to
Item 16. The device of
Section 18: A method for electronically manipulating an antenna system, in which each of the multiple surface wave channels formed on each of the multiple radiating elements to form a radiation pattern. A step of propagating a surface wave along a surface wave channel and a surface wave channel of a plurality of surface wave channels formed in each radiation element of a plurality of radiation elements, and a plurality of surface wave feeds related to the plurality of radiation elements. A step of connecting to a transmission line configured to carry a high frequency signal using one of the surface wave feeds, and a plurality of connecting multiple impedance elements of each surface wave channel of multiple surface wave channels. It includes a step of electronically manipulating the main lobe of the radiation pattern by controlling the voltage applied to the switch element.
Section 19: The step of electronically manipulating the main lobe applies a first level voltage or a second level voltage to create a surface impedance profile for each surface wave channel of multiple surface wave channels. The method of paragraph 18, comprising applying to each switch element of a plurality of switch elements.
Item 20: A first level voltage or a second level voltage of multiple switch elements so that the step of electronically manipulating the main lobe modulates between high and low surface impedances. 18. The method of paragraph 18, comprising applying to each switch element.
別の例示的な実施形態の説明は、例示および説明のために提示されており、開示された形態での実施形態を網羅または限定することを意図するものではない。多くの修正および変形が当業者には明らかとされよう。また、別の例示的な実施形態が、他の望ましい実施形態に比較されるような異なる特徴を提供することができる。実施形態すなわち選択された実施形態は、実施形態の趣旨および実用的な用途を最良に説明するために、選択されかつ記述され、これにより、当業者は、考えられる特定の用途に適しているようなさまざまな修正を加えたさまざまな実施形態のための本開示を理解することができる。 The description of another exemplary embodiment is presented for purposes of illustration and description and is not intended to cover or limit the embodiments in the disclosed embodiments. Many modifications and variations will be apparent to those skilled in the art. Also, another exemplary embodiment can provide different characteristics as compared to other desirable embodiments. The embodiments or selected embodiments are selected and described in order to best explain the intent and practical use of the embodiments so that those skilled in the art will be suitable for the particular application considered. The present disclosure for various embodiments with various modifications can be understood.
100 アンテナシステム
102 アンテナ
104 電圧コントローラー
106 位相シフタ
108 高周波モジュール
110 人工インピーダンス表面アンテナ
112 放射パターン
114 所望の方向
116 メインローブ
118 ファイ操向角
120 シータ操向角
122 放射素子のアレイ
123 放射素子
124 誘電体基板
125 表面波チャネル
126 複数のインピーダンス素子
128 複数のチューナブル素子
130 複数の表面波フィード
132 複数の金属ストリップ
134 複数のバラクタ
136 選択された設計構成
138 インピーダンス素子の幅
140 インピーダンス素子の間隔
142 チューナブル素子の間隔
144 基板の厚さ
145 第2の表面波チャネル
146 複数の電圧源
148 複数の接地
150 複数の電圧線
151 コントローラー
152 表面波
154 高周波信号
156 複数の伝送線
158 送信/受信モジュール
200 アンテナシステム
201 チューナブル人工インピーダンス表面アンテナ
202 電圧コントローラー
203 位相シフタ
204 制御バス
205 制御バス
206 誘電体基板
207 金属ストリップ
208 表面波フィード
209 バラクタ
210 送信/受信モジュール
211 高周波伝送線
212 電力分配器
213 位相シフタ
214 デジタル/アナログ変換器
216 電圧制御線
217 デジタル/アナログ変換器
218 電圧制御線
219 電圧制御線
220 接地
300 接地面
400 アンテナシステム
401 チューナブル人工インピーダンス表面アンテナ
402 電圧コントローラー
403 位相シフタ
406 誘電体基板
407 金属ストリップ
408 高周波表面波フィード
409 バラクタ
410 送信/受信モジュール
411 電圧線
412 デジタル/アナログ変換器
414 コントローラー
500 アンテナシステム
501 チューナブル人工インピーダンス表面アンテナ
502 電圧コントローラー
503 位相シフタ
506 誘電体基板
507 金属ストリップ
508 高周波表面波フィード
509 バラクタ
510 送信/受信モジュール
512 可変電圧源
514 電圧制御線
516 電圧制御線
518 周期
601 誘電体基板
602 金属ストリップ
603 接地面
700 不活性基板
702 可変材料
800 アンテナシステム
802 アンテナ
803 電圧コントローラー
804 位相シフタ
806 高周波モジュール
808 デジタル/アナログ変換器
810 コントローラー
811 電圧線
812 放射構造
813 放射素子のアレイ
814 放射素子
815 放射素子
816 放射素子
818 放射素子
820 放射素子
822 放射素子
824 放射素子
826 放射素子
827 誘電体基板
828 複数の金属ストリップ
830 複数のバラクタ
831 表面波チャネル
832 表面波フィード
834 位相シフトデバイス
900 アンテナシステム
902 アンテナ
903 電圧コントローラー
904 位相シフタ
906 高周波モジュール
908 可変電圧源
911 電圧線
912 放射素子
913 電圧線
914 放射素子
915 放射素子のアレイ
916 放射素子
918 放射素子
920 放射素子
922 放射素子
924 放射素子
926 放射素子
927 誘電体基板
928 第1の複数の金属ストリップ
930 第2の複数の金属ストリップ
931 表面波チャネル
932 複数のバラクタ
933 表面波フィード
936 位相シフトデバイス
938 伝送線
1000 電圧コントローラー
1002 接地
1004 デジタル/アナログ変換器
1006 電圧線
1008 電圧線
1010 コントローラー
1012 伝送線
1100 位相シフタ
1102 導波路
1104 導波路
1106 導波路
1108 導波路
1110 導波路
1112 導波路
1114 導波路
1118 コントローラー
1120 デジタル/アナログ変換器
1121 接地
1122 電圧線
1123 コントローラー
1124 伝送線
1200 アンテナシステム
1201 放射素子
1202 高周波アセンブリ
1203 高周波モジュール
1204 位相シフトデバイス
1205 誘電体基板
1206 伝送線
1208 伝送線
1210 表面波フィード
1211 表面波フィード
1212 表面波チャネル
1213 表面波チャネル
1214 複数の金属ストリップ
1215 複数のバラクタ
1216 X軸
1218 電圧線
1220 ピン
1224 複数の金属ストリップ
1226 複数のバラクタ
1228 電圧線
1230 ピン
1300 端部
1301 高周波アセンブリ
1302 高周波モジュール
1303 端部
1304 位相シフトデバイス
1306 伝送線
1308 伝送線
1310 表面波フィード
1312 表面波フィード
1400 アンテナシステム
1401 アンテナ
1402 位相シフタ
1404 高周波モジュール
1406 放射素子のアレイ
1407 表面波フィード
1408 放射素子
1410 放射素子
1412 放射素子
1414 放射素子
1416 放射素子
1418 放射素子
1420 放射素子
1424 位相シフトデバイス
1426 伝送線
1500 放射状構成
1501 誘電体基板
1502 複数の放射スポーク
1504 複数の表面波フィード
1506 円形
1508 中心点
1510 放射スポーク
1512 表面波チャネル
1513 表面
1514 複数のインピーダンス素子
1515 対応部分
1516 複数のチューナブル素子
1518 複数の金属ストリップ
1520 複数のバラクタ
1522 選択された設計構成
1524 インピーダンス素子の幅
1526 インピーダンス素子の間隔
1528 チューナブル素子の間隔
1530 基板の厚さ
1532 複数の高周波信号
1533 複数の放射サブパターン
1534 放射サブパターン
1536 吸収材料
1538 接地素子
1600 人工インピーダンス表面アンテナ
1601 放射状構成
1602 誘電体基板
1604 中心表面波フィード
1605 中心点
1606 放射スポーク
1608 放射スポーク
1610 放射スポーク
1612 放射スポーク
1614 放射スポーク
1616 インピーダンス素子
1618 ファンビーム
1620 ファンビーム
1622 ファンビーム
1624 ペンシルビーム
1626 吸収材料
1700 接地素子
1702 伝送線
1704 矢印
1706 中心軸
1800 インピーダンスパターン
1802 第1の軸
1804 第2の軸
1806 インピーダンスサブパターン
1808 スケール
1900 人工インピーダンス表面アンテナ
1901 放射状構成
1902 誘電体基板
1904 放射スポーク
1906 中心表面波フィード
1907 放射スポーク
1908 対応部分
1909 複数の金属ストリップ
1910 複数のバラクタ
1912 導電線
1914 端子
2000 電気ビア
2002 電圧コントローラー
2100 複数のスイッチ素子
2101 スイッチ素子
2102 2つの状態
2104 第1の状態
2105 インダクタンス状態
2106 第2の状態
2107 静電容量状態
2108 複数のPINダイオード
2110 方形波変調
2112 繰り返しパターン
2113 第1のインピーダンス素子
2114 表面インピーダンスプロファイル
2115 第2のインピーダンス素子
2200 放射素子
2202 誘電体基板
2204 表面波チャネル
2206 複数のインピーダンス素子
2208 複数のスイッチ素子
2210 対応部分
2300 インピーダンス素子
2302 インピーダンス素子
2304 スイッチ素子のセット
2306 スイッチ素子
2308 スイッチ素子
2310 スイッチ素子
2312 繰り返しパターン
2314 六角形型の形状
2316 六角形型の形状
2318 六角形型の形状
2400 放射素子
2402 誘電体基板
2404 表面波チャネル
2406 複数のインピーダンス素子
2408 複数のスイッチ素子
100 antenna system
102 antenna
104 Voltage controller
106 Phase shifter
108 High frequency module
110 Artificial impedance surface antenna
112 Radiation pattern
114 Desired direction
116 main robe
118 Phi steering angle
120 Theta steering angle
122 Radiant element array
123 Radiant element
124 Dielectric substrate
125 Surface wave channel
126 Multiple impedance elements
128 Multiple tunable elements
130 Multiple surface wave feeds
132 Multiple metal strips
134 Multiple varicaps
136 Selected design configuration
138 Impedance element width
140 Impedance element spacing
142 Tunerable element spacing
144 Board thickness
145 Second surface wave channel
146 Multiple voltage sources
148 Multiple grounds
150 Multiple voltage lines
151 controller
152 Surface wave
154 High frequency signal
156 Multiple transmission lines
158 Send / Receive Module
200 antenna system
201 Tunerable Artificial Impedance Surface Antenna
202 voltage controller
203 Phase shifter
204 Control bus
205 Control bus
206 Dielectric Substrate
207 metal strip
208 Surface wave feed
209 Varicap
210 Send / Receive Module
211 High frequency transmission line
212 Power distributor
213 Phase shifter
214 Digital / Analog Converter
216 Voltage control line
217 Digital / analog converter
218 Voltage control line
219 Voltage control line
220 grounding
300 Tread
400 antenna system
401 Tunerable Artificial Impedance Surface Antenna
402 Voltage controller
403 phase shifter
406 Dielectric Substrate
407 Metal strip
408 High Frequency Surface Wave Feed
409 Varicap
410 Transmit / receive module
411 voltage line
412 Digital / Analog Converter
414 controller
500 antenna system
501 Tunerable Artificial Impedance Surface Antenna
502 voltage controller
503 phase shifter
506 Dielectric substrate
507 metal strip
508 High frequency surface wave feed
509 Varicap
510 transmit / receive module
512 variable voltage source
514 Voltage control line
516 Voltage control line
518 cycle
601 Dielectric substrate
602 metal strip
603 Tread
700 Inactive substrate
702 variable material
800 antenna system
802 antenna
803 Voltage controller
804 Phase shifter
806 High frequency module
808 Digital / Analog Converter
810 controller
811 voltage line
812 Radiation structure
813 Radiant element array
814 Radiant element
815 Radiant element
816 Radiant element
818 Radiant element
820 Radiant element
822 Radiant element
824 Radiant element
826 Radiant element
827 Dielectric board
828 Multiple metal strips
830 Multiple varicaps
831 Surface wave channel
832 Surface wave feed
834 Phase shift device
900 antenna system
902 antenna
903 Voltage controller
904 Phase shifter
906 High frequency module
908 Variable voltage source
911 voltage line
912 Radiating element
913 Voltage line
914 Radiating element
915 Radiating element array
916 Radiating element
918 Radiant element
920 Radiating element
922 Radiating element
924 Radiating element
926 Radiant element
927 Dielectric board
928 First multiple metal strips
930 Second multiple metal strips
931 Surface wave channel
932 Multiple varicaps
933 Surface wave feed
936 Phase shift device
938 Transmission line
1000 voltage controller
1002 grounding
1004 Digital / Analog Converter
1006 voltage line
1008 voltage line
1010 controller
1012 transmission line
1100 phase shifter
1102 waveguide
1104 waveguide
1106 waveguide
1108 waveguide
1110 waveguide
1112 waveguide
1114 waveguide
1118 controller
1120 digital / analog converter
1121 grounding
1122 voltage line
1123 controller
1124 transmission line
1200 antenna system
1201 Radiating element
1202 high frequency assembly
1203 high frequency module
1204 phase shift device
1205 Dielectric board
1206 transmission line
1208 transmission line
1210 Surface wave feed
1211 Surface wave feed
1212 Surface wave channel
1213 Surface wave channel
1214 Multiple metal strips
1215 Multiple varicaps
1216 X axis
1218 voltage line
1220 pin
1224 Multiple metal strips
1226 Multiple varicaps
1228 voltage line
1230 pin
1300 end
1301 high frequency assembly
1302 high frequency module
1303 end
1304 phase shift device
1306 transmission line
1308 transmission line
1310 Surface wave feed
1312 Surface wave feed
1400 antenna system
1401 antenna
1402 phase shifter
1404 high frequency module
1406 Array of radiating elements
1407 Surface wave feed
1408 Radiant element
1410 Radiant element
1412 Radiant element
1414 Radiant element
1416 Radiant element
1418 Radiant element
1420 Radiant element
1424 Phase shift device
1426 Transmission line
1500 radial composition
1501 Dielectric substrate
1502 Multiple radiating spokes
1504 Multiple surface wave feeds
1506 circular
1508 center point
1510 radiant spokes
1512 Surface wave channel
1513 surface
1514 Multiple impedance elements
1515 Corresponding part
1516 Multiple tunable elements
1518 Multiple metal strips
1520 Multiple varicaps
1522 Selected design configuration
1524 Impedance element width
1526 Impedance element spacing
1528 Tunerable element spacing
1530 Substrate thickness
1532 Multiple high frequency signals
1533 Multiple radiation subpatterns
1534 Radiation subpattern
1536 Absorbent material
1538 Grounding element
1600 Artificial impedance surface antenna
1601 radial composition
1602 Dielectric substrate
1604 Central surface wave feed
1605 Center point
1606 radiant spokes
1608 radiant spokes
1610 Radiant spokes
1612 Radiant spokes
1614 Radiant spokes
1616 Impedance element
1618 fan beam
1620 fan beam
1622 fan beam
1624 pencil beam
1626 Absorbent material
1700 Grounding element
1702 transmission line
1704 arrow
1706 central axis
1800 impedance pattern
1802 First axis
1804 Second axis
1806 Impedance subpattern
1808 scale
1900 Artificial impedance surface antenna
1901 Radial composition
1902 Dielectric substrate
1904 radiant spokes
1906 Central surface wave feed
1907 radiant spokes
1908 Corresponding part
1909 Multiple metal strips
1910 Multiple varicaps
1912 Conductive wire
1914 terminal
2000 electric via
2002 voltage controller
2100 Multiple switch elements
2101 Switch element
2102 Two states
2104 First state
2105 Inductance state
2106 Second state
2107 Capacitance state
2108 Multiple PIN diodes
2110 Square wave modulation
2112 Repeat pattern
2113 First impedance element
2114 Surface impedance profile
2115 Second impedance element
2200 Radiant element
2202 Dielectric substrate
2204 Surface wave channel
2206 Multiple impedance elements
2208 Multiple switch elements
2210 Corresponding part
2300 impedance element
2302 Impedance element
2304 Switch element set
2306 Switch element
2308 Switch element
2310 Switch element
2312 Repeat pattern
2314 Hexagonal shape
2316 Hexagonal shape
2318 Hexagonal shape
2400 Radiant element
2402 Dielectric substrate
2404 Surface wave channel
2406 Multiple impedance elements
2408 Multiple switch elements
Claims (10)
複数のスイッチ素子(2100)、および
複数のインピーダンス素子(126)を含む、
複数の放射素子と、
複数の表面波フィード(130)のうちの1つの表面波フィードが、前記複数の放射素子のうちの1つの放射素子(123)の前記複数の表面波チャネルのうちの1つの表面波チャネル(125)を、高周波信号(154)を運ぶように構成された伝送線に接続するように構成された、複数の表面波フィード(130)と、
を備え、
前記複数のスイッチ素子(2100)がオン状態及びオフ状態のみを有し、
前記複数のスイッチ素子(2100)がオン状態のとき、動作周波数において前記複数のスイッチ素子(2100)がRL直列回路として働き、前記各表面波チャネル(125)の高い表面インピーダンスに対応し、
前記複数のスイッチ素子(2100)がオフ状態のとき、動作周波数において前記複数のスイッチ素子(2100)がRC並列回路として働き、前記各表面波チャネル(125)の低い表面インピーダンスに対応し、
前記複数のスイッチ素子(2100)が、前記インピーダンス素子間の静電容量結合を変化させるように構成され、
隣り合う前記インピーダンス素子(126)間の距離が、前記スイッチ素子(2100)が配置される位置において最も小さくなるように、各放射素子(123)の前記複数のインピーダンス素子(126)が配置された、
装置。 Each radiating element (123) of the plurality of radiating elements comprises a plurality of surface wave channels, and each surface wave channel (125) of the plurality of surface wave channels is configured to limit the path of the surface wave. It ’s a radiant element,
Includes multiple switch elements (2100) and multiple impedance elements (126),
With multiple radiating elements
The surface wave feed of one of the plurality of surface wave feeds (130) is the surface wave channel (125) of the plurality of surface wave channels of the plurality of surface wave channels of the radiation element (123) of the plurality of radiation elements. ) With multiple surface wave feeds (130) configured to connect to transmission lines configured to carry the high frequency signal (154).
Equipped with
The plurality of switch elements (2100) have only an on state and an off state, and the plurality of switch elements (2100) have only an on state and an off state.
When the plurality of switch elements (2100) are in the ON state, the plurality of switch elements (2100) act as an RL series circuit at the operating frequency, corresponding to the high surface impedance of each surface wave channel (125).
When the plurality of switch elements (2100) are in the off state, the plurality of switch elements (2100) act as an RC parallel circuit at the operating frequency, corresponding to the low surface impedance of each surface wave channel (125).
The plurality of switch elements (2100) are configured to change the capacitance coupling between the impedance elements.
The plurality of impedance elements (126) of each radiating element (123) are arranged so that the distance between the adjacent impedance elements (126) is the smallest at the position where the switch element (2100) is arranged. ,
Device.
放射パターン(112)を形成するために複数の放射素子の各放射素子に形成された複数の表面波チャネルの各表面波チャネルに沿って表面波を伝播させるステップ(2700)と、
前記複数の放射素子の各放射素子(123)に形成された前記複数の表面波チャネルの各表面波チャネル(125)を、前記複数の放射素子に関連した複数の表面波フィード(130)のうちの1つの表面波フィードを用いて高周波信号(154)を運ぶように構成された伝送線に接続するステップ(2702)と、
前記複数の表面波チャネルの各表面波チャネル(125)の複数のインピーダンス素子(126)を接続している複数のスイッチ素子(2100)に印加される電圧を制御することによって前記放射パターン(112)のメインローブ(116)を電子的に操向するステップ(2704)と、
を含み、
前記複数のスイッチ素子(2100)がオン状態及びオフ状態のみを有し、
前記複数のスイッチ素子(2100)がオン状態のとき、動作周波数において前記複数のスイッチ素子(2100)がRL直列回路として働き、前記各表面波チャネル(125)の高い表面インピーダンスに対応し、
前記複数のスイッチ素子(2100)がオフ状態のとき、動作周波数において前記複数のスイッチ素子(2100)がRC並列回路として働き、前記各表面波チャネル(125)の低い表面インピーダンスに対応し、
前記複数のスイッチ素子(2100)が、前記インピーダンス素子間の静電容量結合を変化させるように構成され、
隣り合う前記インピーダンス素子(126)間の距離が、前記スイッチ素子(2100)が配置される位置において最も小さくなるように、各放射素子(123)の前記複数のインピーダンス素子(126)が配置された、
方法。 A method for electronically manipulating the antenna system (100), wherein the method is:
A step (2700) of propagating a surface wave along each surface wave channel of a plurality of surface wave channels formed in each radiation element of the plurality of radiation elements to form a radiation pattern (112).
Each surface wave channel (125) of the plurality of surface wave channels formed in each radiation element (123) of the plurality of radiation elements is set to a plurality of surface wave feeds (130) related to the plurality of radiation elements. Steps (2702) to connect to a transmission line configured to carry a high frequency signal (154) using one surface wave feed of
The radiation pattern (112) by controlling the voltage applied to the plurality of switch elements (2100) connected to the plurality of impedance elements (126) of each surface wave channel (125) of the plurality of surface wave channels. Step (2704) to electronically steer the main robe (116) of
Including
The plurality of switch elements (2100) have only an on state and an off state, and the plurality of switch elements (2100) have only an on state and an off state.
When the plurality of switch elements (2100) are in the ON state, the plurality of switch elements (2100) act as an RL series circuit at the operating frequency, corresponding to the high surface impedance of each surface wave channel (125).
When the plurality of switch elements (2100) are in the off state, the plurality of switch elements (2100) act as an RC parallel circuit at the operating frequency, corresponding to the low surface impedance of each surface wave channel (125).
The plurality of switch elements (2100) are configured to change the capacitance coupling between the impedance elements.
The plurality of impedance elements (126) of each radiating element (123) are arranged so that the distance between the adjacent impedance elements (126) is the smallest at the position where the switch element (2100) is arranged. ,
Method.
前記複数の表面波チャネルの各表面波チャネル(125)のための表面インピーダンスプロファイル(2114)を作成するために、第1レベルの電圧または第2レベルの電圧を、前記複数のスイッチ素子(2100)の各スイッチ素子に印加するステップ
を含む、請求項8に記載の方法。 The step of electronically manipulating the main lobe (116)
To create a surface impedance profile (2114) for each surface wave channel (125) of the plurality of surface wave channels, a first level voltage or a second level voltage is applied to the plurality of switch elements (2100). 8. The method of claim 8, comprising applying to each switch element of.
高い表面インピーダンスと低表面インピーダンスとの間で変調するように、第1レベルの電圧または第2レベルの電圧を、前記複数のスイッチ素子(2100)の各スイッチ素子に印加するステップ
を含む、請求項8または9に記載の方法。 The step of electronically manipulating the main lobe (116)
A claim comprising the step of applying a first level voltage or a second level voltage to each switch element of the plurality of switch elements (2100) so as to modulate between a high surface impedance and a low surface impedance. The method described in 8 or 9.
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