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JP6978186B2 - Two-dimensional, electronically steerable artificial impedance surface antenna - Google Patents
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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.

例示的な実施形態によるブロック図の形態でのアンテナシステムを示す図である。It is a figure which shows the antenna system in the form of the block diagram by an exemplary embodiment. 例示的な実施形態によるアンテナシステムを示す図である。It is a figure which shows the antenna system by an exemplary embodiment. 例示的な実施形態によるチューナブル人工インピーダンス表面アンテナの一部の側面図である。It is a side view of a part of a tunable artificial impedance surface antenna by an exemplary embodiment. 例示的な実施形態によるアンテナシステムの異なる構成を示す図である。It is a figure which shows the different configuration of the antenna system by an exemplary embodiment. 例示的な実施形態によるアンテナシステムの別の構成を示す図である。It is a figure which shows another configuration of the antenna system by an exemplary embodiment. 例示的な実施形態による誘電体基板の側面図である。It is a side view of the dielectric substrate by an exemplary embodiment. 例示的な実施形態による材料の埋め込みポケットを有する誘電体基板を示す図である。It is a figure which shows the dielectric substrate which has the material embedded pocket by an exemplary embodiment. 例示的な実施形態によるアンテナシステムを示す図である。It is a figure which shows the antenna system by an exemplary embodiment. 例示的な実施形態によるアンテナシステムを示す別の図である。It is another figure which shows the antenna system by an exemplary embodiment. 例示的な実施形態による異なる電圧コントローラーを有するアンテナシステムを示す図である。It is a figure which shows the antenna system which has a different voltage controller by an exemplary embodiment. 例示的な実施形態によるアンテナシステムのさらに別の構成を示す図である。It is a figure which shows the still another configuration of the antenna system by an exemplary embodiment. 例示的な実施形態によるアンテナシステムのさらに別の構成を示す図である。It is a figure which shows the still another configuration of the antenna system by an exemplary embodiment. 例示的な実施形態によるアンテナシステムの一部を示す図である。It is a figure which shows a part of the antenna system by an exemplary embodiment. 例示的な実施形態による2つの高周波アセンブリを有するアンテナシステムを示す図である。It is a figure which shows the antenna system which has two high frequency assemblies by an exemplary embodiment. 例示的な実施形態による別のアンテナシステムを示す図である。It is a figure which shows another antenna system by an exemplary embodiment. 例示的な実施形態によるブロック図の形態でのアンテナシステムにおける人工インピーダンス表面アンテナの異なる構成を示す図である。It is a figure which shows the different structure of the artificial impedance surface antenna in the antenna system in the form of the block diagram by an exemplary embodiment. 例示的な実施形態による人工インピーダンス表面アンテナを示す図である。It is a figure which shows the artificial impedance surface antenna by an exemplary embodiment. 例示的な実施形態による人工インピーダンス表面アンテナの断面側面図である。It is sectional drawing side view of the artificial impedance surface antenna by an exemplary embodiment. 例示的な実施形態による人工インピーダンス表面アンテナのインピーダンスパターンを示す図である。It is a figure which shows the impedance pattern of the artificial impedance surface antenna by an exemplary embodiment. 例示的な実施形態による人工インピーダンス表面アンテナの一部を示す図である。It is a figure which shows a part of the artificial impedance surface antenna by an exemplary embodiment. 例示的な実施形態による人工インピーダンス表面アンテナの断面側面図である。It is sectional drawing side view of the artificial impedance surface antenna by an exemplary embodiment. 例示的な実施形態によるブロック図の形態での人工インピーダンス表面アンテナを示す図である。It is a figure which shows the artificial impedance surface antenna in the form of the block diagram by an exemplary embodiment. 例示的な実施形態による放射素子を示す図である。It is a figure which shows the radiating element by an exemplary embodiment. 例示的な実施形態による表面波チャネルの一部の拡大図である。It is an enlarged view of a part of the surface wave channel by an exemplary embodiment. 例示的な実施形態による放射素子を示す図である。It is a figure which shows the radiating element by an exemplary embodiment. 例示的な実施形態によるフロー図の形態でのアンテナシステムを電子的に操向するための工程を示す図である。It is a figure which shows the process for electronically steering an antenna system in the form of a flow diagram by an exemplary embodiment. 例示的な実施形態によるフロー図の形態でのアンテナシステムを電子的に操向するための工程を示す図である。It is a figure which shows the process for electronically steering an antenna system in the form of a flow diagram by an exemplary embodiment. 例示的な実施形態によるフロー図の形態でのアンテナシステムを電子的に操向するための工程を示す図である。It is a figure which shows the process for electronically steering an antenna system in the form of a flow diagram by an exemplary embodiment.

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 antenna system 100 can include an antenna 102, a voltage controller 104, a phase shifter 106, and a high frequency module 108. In this exemplary example, the antenna 102 is in the form of an artificial impedance surface antenna (AISA) 110.

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 antenna 102 is configured to transmit and / or receive the radiation pattern 112. Radiation pattern 112 is a plot of the gain of antenna 102 as a function of direction. The gain of antenna 102 can be considered as a performance parameter for antenna 102. In some cases, the "gain" is considered to be the peak value of the gain.

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 antenna 102 is configured to electronically control the radiation pattern 112. If the antenna 102 is used for transmission, the radiation pattern 112 may be the strength of the radio waves transmitted from the antenna 102 as a function of direction. When the antenna 102 is used for transmission, the radiation pattern 112 can be referred to as the transmission pattern. The gain of the antenna 102 can explain to what extent the antenna 102 converts electric power into electromagnetic radiation such as radio waves and transmits the electromagnetic radiation in a specified direction at the time of transmission.

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 antenna 102 is used for reception, the radiation pattern 112 may be the sensitivity of the antenna 102 to radio waves as a function of direction. When the antenna 102 is used for reception, the radiation pattern 112 can be referred to as the reception pattern. The gain of the antenna 102 can explain to what extent the antenna 102 converts electromagnetic radiation such as radio waves and reaches power from a specified direction at the time of reception.

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 antenna 102 may be the same. Therefore, the transmission pattern and the reception pattern of the antenna 102 can be simply referred to as a radiation pattern 112.

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 radiation pattern 112 can include a main lobe 116 and one or more side lobes. The main lobe 116 can be a lobe in the direction in which the antenna 102 is directed. When the antenna 102 is used for transmission, the main lobe 116 is located in the direction in which the antenna 102 transmits the strongest radio waves in order to form a high frequency beam. When the antenna 102 is used for transmission, the main lobe 116 can also be referred to as the main gain lobe of the radiation pattern 112. When the antenna 102 is used for reception, the main lobe 116 is located in the direction in which the antenna 102 is most sensitive to the received radio waves.

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 antenna 102 is configured to electronically steer the main lobe 116 of the radiation pattern 112 in the desired direction 114. The main lobe 116 of the radiation pattern 112 can be electronically steered by controlling the phi steer angle 118 and theta steer angle 120 to which the main lobe 116 is directed. The phi steering angle 118 and theta steering angle 120 are spherical coordinates. When the antenna 102 is operating in the XY plane, the phi steering angle 118 is the angle of the main lobe 116 with respect to the X axis in the XY plane. The theta steering angle 120 is the angle of the main lobe 116 with respect to the Z axis orthogonal to the XY plane.

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 antenna 102 can operate in the XY plane by having an array 122 of radiating elements placed in the XY plane. As used herein, an "array" of items can include one or more items arranged in rows and / or columns. In this exemplary example, the array 122 of radiating elements may be a single radiating element or a plurality of radiating elements. In an exemplary example, each radiating element in the radiating element array 122 can take the form of a surface wave waveguide structure on an artificial impedance surface.

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。 Radiating element 123 can be taken as an example of one radiating element in an array 122 of radiating elements. The radiating element 123 may be configured to emit radiation that contributes to the radiating pattern 112.

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 element 123 is mounted using the dielectric substrate 124. The dielectric substrate 124 can be mounted as a layer of dielectric material. The dielectric material is an electrical insulator that can be polarized by an applied electric field.

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 element 123 can include one or more surface wave channels formed on the dielectric substrate 124. For example, the radiating element 123 can include a surface wave channel 125. The surface wave channel 125 is configured to limit the path of surface waves propagating along the dielectric substrate 124, and in particular the surface wave channel 125.

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 array 122 of radiating elements may be positioned and arranged approximately parallel to the X axis and separated along the Y axis. Also, when a plurality of surface wave channels are formed on a dielectric substrate, these surface wave channels may be formed and arranged substantially parallel to the X axis and separated along the axis.

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 element array 122. For example, the surface wave channel 125 may be composed of a plurality of impedance elements 126 and a plurality of tunable elements 128 arranged on the surface of the dielectric substrate 124. A plurality of impedance elements 126, a plurality of tunable elements 128, and a dielectric substrate 124 together form an artificial impedance surface, from which radiation is generated.

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 impedance elements 126 can be mounted in a plurality of different ways. In an exemplary example, the impedance element may be mounted as a resonant element. In an exemplary example, the impedance device may be mounted as an element made of a conductive material. The conductive material may be, for example, a metallic material, but is not limited thereto. Depending on the mounting, the impedance element may be mounted as a metal strip, a patch of conductive paint, a metal mesh material, a metal film, a deposit of a metal substrate, or some other type of conductive element. In some cases, the impedance element may be, for example, a split ring resonator (SRR), an electrically connected resonator (ECR), a structure consisting of one or more metamaterials, or some other type of structure. It may be mounted as a resonance structure such as an element or an element.

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 element 123. In this exemplary example, each of the plurality of tunable elements 128 may be an element having a capacitance that can be varied based on the voltage applied to the tunable element.

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 impedance elements 126 take the form of a plurality of metal strips 132 and the plurality of tunable elements 128 take the form of a plurality of varicaps 134. Each of the plurality of varicaps 134 may be a diode of the semiconductor device having a capacitance depending on the voltage applied to the diode of the semiconductor device.

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, multiple metal strips 132 can be placed in rows extending along the X axis. For example, the plurality of metal strips 132 may be periodically dispersed on a dielectric substrate 124 along the X axis. The plurality of varicaps 134 can be electrically connected to the plurality of metal strips 132 on the surface of the dielectric substrate 124. Specifically, at least one varicap of the plurality of varicaps 134 can be placed between each metal strip of a pair of adjacent metal strips of the plurality of metal strips 132. Also, the plurality of varicaps 134 can be aligned so that all of the varicap connections on each metal strip have the same polarity.

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 dielectric substrate 124, the plurality of impedance elements 126, and the plurality of tunable elements 128 may be configured for the surface wave channel 125, and in particular the design configuration 136 selected for the radiating element 123. Depending on the implementation, each radiating element in the radiating element array 122 may have the same or different selected design configurations.

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 design configuration 136 may include multiple design parameters such as impedance element width 138, impedance element spacing 140, tunable device spacing 142, and substrate thickness 144. Not limited. The width 138 of the impedance element can be the width of one of the plurality of impedance elements 126. The width 138 of the impedance element can be selected to be the same or different for each of the plurality of impedance elements 126, depending on the implementation.

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 impedance elements 126 with respect to the X-axis. The spacing 142 of the tunable elements can be the spacing of the plurality of tunable elements 128 with respect to the X-axis. Further, the thickness 144 of the substrate can be the thickness of the dielectric substrate 124 on which a specific waveguide is mounted.

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 design configuration 136 can be selected, for example, based on, but not limited to, the radiation frequency configured to operate the antenna 102. Other considerations include, for example, the desired impedance modulation for the antenna 102.

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 impedance elements 126 can be electrically connected to the plurality of tunable elements 128, the voltage can be applied to the plurality of tunable elements 128 by applying the voltage to the plurality of impedance elements 126. Specifically, the voltage applied to the plurality of impedance elements 126 and the voltage applied to the plurality of tunable elements 128 can change the capacitance of the plurality of tunable elements 128. By changing the capacitance of the plurality of tunable elements 128, the surface impedance of the antenna 102 can be changed in order. Changing the surface impedance of the antenna 102 changes the generated radiation pattern 112.

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 impedance elements 126, the capacitance of the plurality of tunable elements 128 can be changed. By changing the capacitance of the plurality of tunable elements 128, the capacitance coupling and the impedance between the plurality of impedance elements 126 can be changed, that is, modulated. The theta steering angle 120 can be changed by changing the capacitance coupling and impedance between the plurality of impedance elements 126, that is, by modulating them.

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 voltage controller 104 can be used to apply a voltage to a plurality of impedance elements 126. The voltage controller 104 can include a plurality of voltage sources 146, a plurality of grounds 148, a plurality of voltage lines 150, and / or a plurality of other types of components. In some cases, the voltage controller 104 can be referred to as a voltage control network. As used herein, a "number of" item may include one or more items. For example, multiple voltage sources 146 can contain one or more voltage sources, multiple grounds 148 can contain one or more grounds, and multiple voltage lines 150 can contain one or more voltages. Can include lines.

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 multiple voltage sources 146 can take the form of, for example, a digital-to-analog converter (DAC), a variable voltage source, or some other type of voltage source, but is limited thereto. It's not something. A plurality of grounds 148 can be used to ground at least a portion of the plurality of impedance elements 126. Multiple voltage lines 150 can be used to transmit voltage from multiple voltage sources 146 and / or multiple grounded 148s to multiple impedance elements 126. In some cases, each of the plurality of voltage lines 150 can be referred to as a via. In an exemplary example, the plurality of voltage lines 150 can take the form of a plurality of metal vias.

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 impedance elements 126 can receive a voltage from one of the plurality of voltage sources 146. In another exemplary example, some of the plurality of impedance elements 126 may receive voltage from multiple voltage sources 146 through the corresponding portions of the plurality of voltage lines 150, while the plurality of impedance elements 126. Other portions may be electrically connected to a plurality of grounds 148 via corresponding portions of the plurality of voltage lines 150.

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 controller 151 can be used to control multiple voltage sources 146. The controller 151 can be considered as part of the antenna system 100 or separate from the antenna system 100, depending on the implementation. The controller 151 may be implemented using a microprocessor, an integrated circuit, a computer, a central processing unit, multiple computers communicating with each other, or some other type of computer or processor.

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 surface wave 152 propagated along the array 122 of the radiating element may be connected to the plurality of transmission lines 156 by the plurality of surface wave feeds 130 arranged on the dielectric substrate 124. The surface wave feed of one of the plurality of surface wave feeds 130 may be any device capable of converting the surface wave into a high frequency signal and / or the high frequency signal into a surface wave. In an exemplary example, the surface wave feed of one of the plurality of surface wave feeds 130 is located at the end of each waveguide in the array 122 of radiating elements on the dielectric substrate 124.

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 antenna 102 is in receive mode, one or more surface waves propagating along the radiating element 123 are received by the corresponding surface wave feeds of the plurality of surface wave feeds 130 and the corresponding high frequency signals. Can be converted to 154. The high frequency signal 154 may be transmitted to the high frequency module 108 through one or more of the plurality of transmission lines 156. The high frequency module 108 can then serve as a high frequency signal 154 for reception and processing accordingly.

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 high frequency module 108 can function as a transmitter, receiver, or a combination of both. In some exemplary examples, the high frequency module 108 can be referred to as the transmit / receive module 158. In some cases, the high frequency module 108 can be referred to as a high frequency source if it is configured for transmission.

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 high frequency signal 154 may pass through the phase shifter 106 before being transmitted to the high frequency module 108. The phase shifter 106 can include any number of phase shifters, power dividers, transmission lines, and / or other components configured to shift the phase of the high frequency signal 154. In some cases, the phase shifter 106 can be referred to as a phase shift network.

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 antenna 102 is in transmit mode, the high frequency signal 154 may be transmitted from the high frequency module 108 to the antenna 102 through the plurality of transmission lines 156. Specifically, the high frequency signal 154 is received on one of a plurality of surface wave feeds 130 and then propagated along the corresponding waveguide of the array 122 of the radiating element. Can be converted to.

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 phi steering angle 118 of the transmitted or received radiation pattern 112. Therefore, by controlling the relative phase difference between the plurality of surface wave feeds 130 and the voltage applied to the tunable element of each waveguide of the array 122 of the radiating element, the phi steering angle 118 and theta The steering angle 120 can be controlled respectively. That is, the antenna 102 can be electronically steered in two dimensions.

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 element 123 may be configured to emit linearly or circularly polarized radiation. When configured to emit linearly polarized radiation, the multiple metal strips used for each surface wave channel on the radiating element 123 may be tilted in the same direction as the X axis and along that X axis. Multiple metal strips are dispersed. Generally, only a single surface wave channel is required for each radiating element 123.

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 element 123 is configured to generate circularly polarized radiation, the surface wave channel 125 may be the first surface wave channel and the second surface wave channel 145 may be the radiating element. It may be in 123. The surface wave channel 125 and the second surface wave channel 145 may be out of phase with each other by about 90 degrees. The interaction between the radiation from these two connected surface wave channels can generate circularly polarized radiation.

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 impedance elements 126 forming the surface wave channel 125 may be the first plurality of impedance elements that radiate with polarized waves having an angle with respect to the polarization of the electric field of the surface wave. The second plurality of impedance elements forming the second surface wave channel 145 may radiate polarized waves at an angle offset by about 90 degrees compared to the surface wave channel 125.

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 surface wave channel 125 can have a tensor impedance associated with the principal angle, which is tilted at a first angle with respect to the X axis of the radiating element 123. ing. Also, each impedance element of the second plurality of impedance elements of the second surface wave channel 145 can have a tensor impedance, which is tilted at a second angle with respect to the X axis of the corresponding radiation element. is doing. The difference between the first angle and the second angle can be about 90 degrees.

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 metal strips 132 on the surface wave channel 125 can form a positive angle of about 45 degrees with respect to the X axis, and the plurality of metal strips 132 along the X axis. It is distributed. However, the multiple metal strips used for the second surface wave channel 145 can form a negative angle of about 45 degrees with respect to the X axis, and the multiple metal strips are dispersed along the X axis. ing. This change in tilt angle produces different linearly polarized radiations, which can generate circularly polarized radiation when combined with a 90 degree phase shift.

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 antenna system 100 of FIG. 1 does not imply any physical or structural limitation to the methods in which the exemplary embodiments can be implemented. Other components may be used in addition to or in place of those shown. Some components may be arbitrary. Blocks are also presented to illustrate some functional components. When implemented in an exemplary embodiment, one or more of these blocks may be combined, divided, or combined and then divided into different blocks.

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 phase shifter 106 may not be included in the antenna system 100. Instead, multiple transmission lines 156 are used to connect multiple surface wave feeds 130 to multiple power distributors and / or other types of components, and to connect these different components to the high frequency module 108. You may. In some examples, the plurality of transmission lines 156 can connect the plurality of surface wave feeds 130 directly to the high frequency module 108.

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 dielectric substrate 124. As used herein, the "variable material" can be any material with a variable permittivity. The permittivity of the variable material can be varied, for example, to change the capacitance between the two impedance elements in which the variable material is placed. The variable material may be a voltage variable material or may be, but is not limited to, a liquid crystal material or any electrically variable material such as, for example, a liquid crystal material or barium strontium titanate (BST). ..

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 impedance elements 126. For example, a resonant structure with a tunable element can be used. The resonant structure may be, for example, a split ring resonator, an electrically connected resonator, or some other type of resonant structure, but is not limited thereto.

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 antenna system 200 can be an embodiment for the antenna system 100 of FIG. As shown, the antenna system 200 includes a tunable artificial impedance surface antenna (AISA) 201, which can be an embodiment for the artificial impedance surface antenna 110 of FIG. In addition, the antenna system 200 can also include a voltage controller 202 and a phase shifter 203. The voltage controller 202 and the phase shifter 203 can be examples of the voltage controller 104 and the phase shifter 106 of FIG. 1, respectively.

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 impedance surface antenna 201 is a relatively low cost antenna that can be electronically steered in both theta θ and phi φ directions. When the tunable artificial impedance surface antenna 201 is operating in the XY plane, the theta direction can be the direction orthogonal to the Z axis orthogonal to the XY plane, while the phi direction is. The direction can be parallel to the XY plane.

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 impedance surface antenna 201 includes a dielectric substrate 206, a metal strip 207, a varicap 209, and a high frequency (RF) surface wave feed 208. The metal strip 207 can be a periodic array of metal strips 207 disposed on one side of the dielectric substrate 206. The varicap 209 can be placed between the metal strips 207. The dielectric substrate 206 may or may not have a ground plane (not shown in this figure) on the surface of the dielectric substrate 206 opposite to the surface on which the metal strip 207 is located.

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 impedance surface antenna 201 in theta direction is controlled by changing, or modulating, the surface wave impedance of the tunable artificial impedance surface antenna 201. For example, the impedance of the tunable artificial impedance surface antenna 201 can be varied, or modulated, by controlling the voltage applied to the metal strip 207 disposed on the surface of the dielectric substrate 206. Due to the presence of the varicap 209 between the metal strips 207, the voltage applied to the varicaps 209 can be controlled by using the metal strip 207. Each of the varicaps 209 is a type of diode with a capacitance that varies as a function of the voltage applied between the terminals of the diode.

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 metal strip 207 can, in turn, change the capacitance of the varicap 209 between the metal strips 207, which can change the impedance of the tunable artificial impedance surface antenna 201. That is, the capacitance of the varicap 209 can be changed by controlling the voltage applied to the metal strip 207. By varying the capacitance of the varicap 209, the capacitance coupling and impedance between the metal strips 207 can be varied or modulated in order to steer the beam produced by the antenna system 200 in theta direction. can.

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 impedance surface antenna 201 in the phi direction is controlled by changing the relative phase difference between the high frequency surface wave feeds 208.

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 structural metal strip 207 of the tunable artificial impedance surface antenna 201. The voltage controller 202 can be controlled based on the command received via the control bus 205. Thus, the control bus 205 provides control for the voltage controller 202. Further, the control bus 204 can provide control for the phase shifter 203. Each of the control bus 204 and the control bus 205 may be a bus from a microprocessor, a central processing unit (CPU), one or more computers, or some other type of computer or processor.

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 varicap 209 can be aligned so that all varicap connections to any one of the metal strips 207 can be connected with the same polarity. One terminal of the varicap can be called an anode and the other terminal can be called a cathode. Thus, some of the metal strips 207 are only connected to the anode of the varicap 209, while the other metal strips 207 are only connected to the anode of the varicap 209. Also, as shown, adjacent metal strips 207 can alternate with respect to those connected to the anode of the varicap 209 and those connected to the cathode of the varicap 209.

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 impedance surface antenna 201 that can be in the X direction is that of the high frequency high frequency surface waves propagating from the high frequency surface wave feed 208 across the tunable artificial impedance surface antenna 201. It may be a fraction of the wavelength. In an exemplary example, the spacing between the metal strips 207 can be at most 2/5 of the wavelength of the high frequency high frequency surface waves. In another exemplary example, this fraction can be only about 2/10 of the wavelength of a high frequency high frequency surface wave. Depending on the mounting, the spacing of the varicaps 209 connected to the metal strip 207 in two dimensions of the tunable artificial impedance surface antenna 201, which can be in the Y direction, may be approximately the same as the spacing of the metal strip 207.

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 impedance surface antenna 201. Surface wave feeds can be integrated into the tunable artificial impedance surface antenna 201, for example using microstrip. The spacing of the high frequency surface wave feed 208 in the Y direction can be based on selected rules indicating that the spacing is not too far from the free space wavelength for the highest frequency signal transmitted or received.

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 dielectric substrate 206 can be determined by the permittivity of the dielectric substrate 206 and the frequency of radiation transmitted or received. The higher the dielectric constant, the thinner the dielectric substrate 206 may be.

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 varicap 209 can be determined by the range required for the desired impedance modulation for the tunable artificial impedance surface antenna 201. Further, the specific substrate used for the dielectric substrate 206 can be selected based on the operating frequency of the tunable artificial impedance surface antenna 201, that is, the radio frequency.

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 impedance surface antenna 201 is operating at about 20 GHz, the dielectric substrate 206 is mounted using a substrate with a thickness of about 50 mm (mm) available from Rogers. However, it is not limited to this. In this example, the dielectric substrate 206 can have a relative permittivity equal to about 12.2. The metal strip 207 can be separated from about 2 mm to about 3 mm on the dielectric substrate 206. Further, in this example, the high frequency surface wave feed 208 can be separated by about 2.5 cm and the varicap 209 can be separated by about 2 mm to about 3 mm. The varicap 209 can change the capacitance from about 0.2 picofarads (pF) to about 2.0 picofarads. Of course, other specifications may be used for the tunable artificial impedance surface antenna 201 for different radiation frequencies.

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 impedance surface antenna 201. The phase shifter 203 can be a one-dimensional phase shifter in this exemplary example. The phase shifter 203 can be implemented using any type of commonly available phase shifter, including those used for phased array antennas.

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 power distributor 212, and a high frequency transmission line 211 connected to the phase shifter 213. The phase shifter 213 is controlled by a voltage control line 216 connected to a digital-to-analog converter (DAC) 214. The digital / analog converter 214 receives a digital control signal from the control bus 204 in order to control the steering in the phi direction.

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 impedance surface antenna 201 can be steered in the phi direction using a phase shifter 203 to perform a phase shift between each of the high frequency surface wave feeds 208. When the high frequency surface wave feeds 208 are uniformly spaced, the phase shift between adjacent high frequency surface wave feeds 208 can be substantially constant. The relationship between the steering angle of phi (φ) and the phase shift can be calculated using the standard phased array method according to the following equation.
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 impedance surface antenna 201 is of theta (θ) by applying a voltage to the varactor 209 so that the tunable artificial impedance surface antenna 201 has a surface wave impedance Z SW. Can be steered in a direction, this impedance Z SW is cyclically modulated or varied at a distance (x) from the high frequency surface wave feed 208 according to the following equation:
Z sw = X + Mcos (2πx / p) (2)
Here, X and M are the average impedance and amplitude of the tunable artificial impedance surface antenna 201, respectively, and p is the modulation period. Changes in the surface wave impedance Z SW can be modulated in a sinusoidal manner.

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.

Figure 0006978186
Figure 0006978186

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 varicap 209 so that X, M, and p have the desired theta steer angle θ. The dependence of surface wave impedance on the varactor capacitance is calculated using the transcendental equation resulting from the resonance method on the horizontal axis or using full-wave numerical simulation.

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 varicap 209 by grounding the alternating metal strips 207 to the ground 220 via the voltage control line 218 and applying a tunable voltage to the remaining metal strips 207 via the voltage control line 219. can. The voltage applied to each voltage control line 219 may be a function of the desired theta steering angle or may be different for each voltage control line 219. The voltage may be applied from a digital-to-analog converter (DAC) 217 that receives digital control from control bus 205 by a controller for steering in theta direction. The controller may be a microprocessor, central processing unit (CPU), or any computer, processor, or controller.

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 metal strip 207 is that only half of the voltage control line 219 is required for the presence of the metal strip 207. However, in some cases, the spatial resolution of the voltage control, and therefore the impedance modulation, can be limited to twice the spacing of the metal strips 207.

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 impedance surface antenna 201 of FIG. 2 is shown according to an exemplary embodiment. In this exemplary example, the dielectric substrate 206 has a ground plane 300.

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 antenna system 400 can be an embodiment for the antenna system 100 of FIG. The antenna system 400 includes a tunable artificial impedance surface antenna (AISA) 401, which can be an embodiment for the artificial impedance surface antenna 110 of FIG.

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 antenna system 400 and the tunable artificial impedance surface antenna 401 can be implemented in the same manner as the antenna system 200 and the tunable artificial impedance surface antenna 201 of FIG. 2, respectively. As shown, the antenna system 400 includes a tunable artificial impedance surface antenna 401, a voltage controller 402, and a phase shifter 403. The tunable artificial impedance surface antenna 401 includes a dielectric substrate 406, a metal strip 407, a varicap 409, and a high frequency surface wave feed 408. Further, the antenna system 400 can include a transmit / receive module 410.

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 voltage controller 402 may be mounted differently than the voltage controller 202 is mounted in FIG. In FIG. 4, the voltage controller 402 can include a voltage line 411 that allows a voltage to be applied from the digital / analog converter 412 to each of the metal strips 407. By alternating the metal strips 407, they are not grounded as in Figure 2. The digital / analog converter 412 can receive digital control from the control bus 205 of FIG. 2 by means of, for example, a controller 414 for steering in theta direction. Controller 414 may be implemented using a microprocessor, central processing unit, or some other type of computer or processor. Steering in the phi direction can be performed using the phase shifter 403 in the same manner that the phase shifter 203 is used in FIG.

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 antenna system 200 of FIG. However, the spatial resolution of the impedance modulation of the tunable artificial impedance surface antenna 401 is doubled. In this exemplary example, the voltage applied to each voltage line 411 is a function of the desired theta steering angle and may be different for each voltage line 411.

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 antenna system 500 can be an embodiment for the antenna system 100 of FIG. The antenna system 500 includes a tunable artificial impedance surface antenna (AISA) 501, which can be an embodiment for the artificial impedance surface antenna 110 of FIG.

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 antenna system 500 and the tunable artificial impedance surface antenna 501 can be implemented in the same manner as the antenna system 200 and the tunable artificial impedance surface antenna 201 of FIG. 2, respectively. Further, the antenna system 500 and the tunable artificial impedance surface antenna 501 can be implemented in the same manner as the antenna system 400 and the tunable artificial impedance surface antenna 401 of FIG. 4, respectively.

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 antenna system 500 includes a tunable artificial impedance surface antenna 501, a voltage controller 502, and a phase shifter 503. The tunable artificial impedance surface antenna 501 includes a dielectric substrate 506, a metal strip 507, a varicap 509, and a high frequency surface wave feed 508. Further, the antenna system 500 can include a transmit / receive module 510.

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 voltage controller 502 is mounted differently from how the voltage controller 202 is mounted in FIG. 2 and how the voltage controller 402 is mounted in FIG. obtain. In FIG. 5, the digital / analog converters of FIGS. 2 and 4 are replaced by a variable voltage source 512.

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 variable voltage source 512 changes, the emission angle of the beam generated by the tunable artificial impedance surface antenna 501 changes between the minimum theta steering angle and the maximum theta steering angle. This range for theta steering angle can be determined by the design configuration details of the tunable artificial impedance surface antenna 501.

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 metal strip 507 via the voltage control line 514 and the voltage control line 516. The voltage control line 516 can provide grounding for the metal strip 507, while the voltage control line 514 can provide the metal strip 507 with a variable voltage. Over the X dimension, the metal strips 507 are alternately connected to voltage control lines 514 or voltage control lines 516. That is, they are grounded by alternating metal strips 507.

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 metal strip 507 can have centers evenly spaced in the X dimension with the width of the metal strip 507 varying periodically in period (p) 518. The number of metal strips 507 in period 518 may be arbitrary. For example, the metal strip 507 can be 10 to 20 metal strips per cycle 518. The change in width for each period 518 may be configured to generate a surface wave impedance with periodic modulation in the X direction at period 518, for example the change in the sinusoidal curve of equation (3) above. It's a change.

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 surface antenna 501 is determined by the respective width of the metal strip 507 and the voltage applied to the varicap 509. The capacitance of the varicap 509 can change with varying applied voltages. When the voltage is about 0 volts, the capacitance of the varicap can be the maximum of C max. As the voltage increases, the capacitance decreases until the capacitance reaches the minimum of C min. As the capacitance changes, the impedance modulation parameters X and M change from the minimum values of X min and M min to the maximum values of X max and M max , respectively, as explained in the above equation (2). can do.

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 above equation 4 changes in the following range.

Figure 0006978186
Figure 0006978186

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 Equation 3 above, the range in which the radiation angle of the tunable artificial impedance surface antenna 501 can be scanned depends on the change of a single control voltage.
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 dielectric substrate 601 can be used to mount the dielectric substrate 206 according to FIG. 2, the dielectric substrate 406 according to FIG. 4, and / or the dielectric substrate 506 according to FIG. The dielectric substrate 601 can have a dielectric constant that changes with the application of an electric field.

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 metal strip 602 is shown arranged on one side of the dielectric substrate 601. As shown, the varicap is not used in this exemplary example. When a voltage is applied to the metal strip 602, an electric field is also generated between the adjacent metal strips 602 and between the metal strip 602 and the ground plane 603. The electric field changes the permittivity of the dielectric substrate 601 that results in a change in capacitance between adjacent metal strips 602. The capacitance between the adjacent metal strips 602 determines the surface wave impedance of the tunable artificial impedance surface antenna using the dielectric substrate 601.

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 dielectric substrate 601 of FIG. 6 having an embedded pocket of material is shown according to an exemplary embodiment. In this exemplary example, the dielectric substrate 601 can take the form of an inert substrate 700. A voltage difference can be applied to the adjacent metal strips 602, which can generate an electric field between the metal strips 602 and generate a change in permittivity in the pockets of the variable material 702 located between the metal strips 602. can.

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 variable material 702 can be an example of one way in which the plurality of tunable elements 128 of FIG. 1 can be mounted. The variable material in the pocket of the variable material 702 may be, but is not limited to, a liquid crystal material or any electrically variable material such as barium titanate strontium (BST). Specifically, the variable material 702 is embedded in a pocket within the dielectric substrate 601 between the metal strips 602.

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 antenna system 800 can be an embodiment for the antenna system 100 of FIG. The antenna system 800 includes an antenna 802, a voltage controller 803, a phase shifter 804, and a high frequency module 806. The antenna 802, the voltage controller 803, the phase shifter 804, and the high frequency module 806 can be examples of the antenna 102, the voltage controller 104, the phase shifter 106, and the high frequency module 108 of FIG. 1, respectively.

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 antenna 802 is supplied with voltage by the voltage controller 803. The voltage controller 803 includes a digital-to-analog converter (DAC) 808 and a voltage line 811. The digital / analog converter 808 can be an embodiment for one voltage source in the plurality of voltage sources 146 of FIG. The voltage line 811 can be an embodiment for the plurality of voltage lines 150 of FIG.

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 / analog converter 808 to the antenna 802 via the voltage line 811. The controller 810 can be used to control the voltage signal transmitted from the digital / analog converter 808 to the antenna 802. The controller 810 can be an embodiment for the controller 151 of FIG. In this exemplary example, the controller 810 can be considered as part of the antenna system 800.

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 antenna 802 can include a radiating structure 812 formed by an array of radiating elements 813. The radiating element array 813 can be an embodiment of the radiating element array 122 of FIG. In this exemplary example, each radiating element in the radiating element array 813 may be implemented as a surface wave waveguide on an artificial impedance surface.

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 elements 813 can include radiating elements 814, 815, 816, 818, 820, 822, 824, and 826. Each of these radiating elements can be mounted using a dielectric substrate. Also, each of these dielectric substrates will have multiple metal strips, multiple varactors, and surface wave feeds located on the surface of the dielectric substrate forming surface wave channels for the corresponding radiating elements. Can be done.

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 element 814 can be formed of a dielectric substrate 827. The plurality of metal strips 828 and the plurality of varicaps 830 may be placed on the surface of the dielectric substrate 827 to form the surface wave channel 831. Also, the surface wave feed 832 may be placed on the surface of the dielectric substrate 827. The plurality of metal strips 828 and the plurality of varicaps 830 can be examples of the plurality of metal strips 132 and the plurality of varicaps 134 in FIG. 1, respectively.

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 surface wave feed 832 sends a surface wave to the surface wave channel 831 of the radiating element 814. Surface wave channel 831 limits surface waves to propagate linearly along a limited path across multiple metal strips 828. Specifically, the surface wave channel 831 creates a region of high surface wave index surrounded by a region of low surface wave index to limit the surface wave to the configured path. The surface wave index is the ratio of the speed of light to the propagation speed of the surface wave.

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 varicaps 830, while the region of the low surface wave index is created by the exposed surface of the dielectric substrate 827. The width of the region of the high surface wave index can be from 50% to about 100% with respect to the length of the surface wave wavelength. The wavelengths of surface waves are as follows.

Figure 0006978186
Figure 0006978186

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 metal strips 828 located on the dielectric substrate 827 can have the same width. Also, these metal strips can be evenly spaced along the dielectric substrate 827. In addition, the plurality of varicaps 830 can also be evenly spaced along the dielectric substrate 827. That is, the plurality of metal strips 828 and the plurality of varicaps 830 may be periodically dispersed on the dielectric substrate 827. Also, the plurality of varicaps 830 can be aligned so that all of the varicaps connections of the plurality of metal strips 828 have the same polarity.

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 dielectric substrate 827 can be determined by its permittivity and the frequency of radiation transmitted or received. The higher the dielectric constant, the thinner the dielectric substrate 827 may be.

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 multiple varicaps 830 can be determined by the range required for the desired impedance modulation for different angles of radiation. The main lobe of the radiation pattern generated by the antenna 802 can be electronically steered in theta direction by applying a voltage to the various varicaps in the array 813 of the radiation element. A voltage can be applied to these varactors such that the antenna 802 has a surface wave impedance that varies in a sinusoidal manner at a distance x from the surface wave feeds on different dielectric substrates.

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 / analog converter 808 can be applied to the metal strip on the array 813 of the radiating element via the voltage line 811. In this exemplary example, the surface wave propagating across the array 813 of the radiating element may be connected to the phase shifter 804 by a surface wave feed on the array 813 of the radiating element. The phase shifter 804 includes a plurality of phase shift devices 834.

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 antenna 802 can be electronically steered in the phi direction by providing a phase shift between the respective surface wave feeds on the array 813 of the radiating element. When the surface wave feeds are evenly spaced, the phase shift between adjacent surface wave feeds can be substantially constant. The relationship between the phi steering angle and this phase shift can be calculated as follows.

Figure 0006978186
Figure 0006978186

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 antenna 802 with respect to the high frequency module 806. This configuration may be used to facilitate steering in the negative theta direction.

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 antenna system 900 can be an embodiment for the antenna system 100 of FIG. The antenna system 900 includes an antenna 902, a voltage controller 903, a phase shifter 904, and a high frequency module 906.

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 voltage controller 903 is configured to supply voltage to the antenna 902. The voltage controller 903 includes a variable voltage source 908. The voltage line 911 applies voltage to the antenna 902, while the voltage line 913 provides grounding for the antenna 902.

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。 Antenna 902 can include an array of radiating elements 915, which may include radiating elements 912, 914, 916, 918, 920, 922, 924, and 926. Each of these radiating elements can be mounted using a dielectric substrate. Surface wave channels can be formed on each radiating element by a plurality of metal strips, a plurality of varicaps, and a dielectric substrate.

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 element 912 can be formed using the dielectric substrate 927. A first plurality of metal strips 928, a second plurality of metal strips 930, and a plurality of varicaps 932 located on the surface of the dielectric substrate 927 can form a surface wave channel 931. Further, the surface wave feed 933 is arranged on the surface of the dielectric substrate 927, and connects the surface wave propagating along the surface wave channel 931 to the phase shifter 904.

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 metal strips 928 located on the array of radiating elements 915 can have the same width. In addition, each of the second plurality of metal strips 930 located on the array 915 of the radiating element can also have the same width. The width of the metal strips in both the first plurality of metal strips 928 and the second plurality of metal strips 930 varies periodically along the dielectric substrate 927 with period p934. This period can be determined by the size of the metal strip, the radiation frequency, the theta steering angle, and the properties and thickness of the dielectric substrate 927.

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 variable voltage source 908 may be applied to the first plurality of metal strips 928 via the voltage line 911. The second plurality of metal strips 930 may be grounded via the voltage line 913.

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 array 915 of the radiating element may be transmitted to the phase shifter 904 as a high frequency signal by the surface wave feed on the array 915 of the radiating element. As shown, the phase shifter 904 comprises a plurality of phase shift devices 936.

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 transmission line 938 connects the surface wave feed to the plurality of phase shift devices 936 and the plurality of phase shift devices 936 to the high frequency module 906. The high frequency module 906 may be configured to function as a transmitter, receiver, or a combination thereof.

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 antenna system 900 of FIG. 9 with different voltage controllers is shown according to an exemplary embodiment. In this exemplary example, the voltage controller 903 in FIG. 9 is replaced by the voltage controller 1000. The voltage controller 1000 includes a ground 1002, a digital / analog converter 1004, a voltage line 1006, and a voltage line 1008.

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 voltage line 1006 allows the second plurality of metal strips 930 to be grounded to ground 1002. The voltage line 1008 supplies voltage from the digital / analog converter 1004 to the first plurality of metal strips 928. Controller 1010 is used to control the digital / analog converter 1004. In this exemplary example, different voltages are sent to each radiating element within the radiating element array 915.

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 phase shifter 904 is not included in this configuration for the antenna system 900. The transmission line 1012 connects the high frequency module 906 directly to the surface wave feed on the array 915 of the radiating elements.

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 antenna 902 is steered towards theta by controlling the voltage applied to different varicaps in the array 915 of the radiation element. The radiation pattern created by antenna 902 is steered in the phi direction by a slight change in the surface wave index between adjacent radiation elements. This change results in a phase shift between surface waves propagating along these radiating elements that steer in the phi direction.

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 antenna system 900 is shown according to an exemplary embodiment. In this exemplary example, the phase shifter 904 in FIG. 9 is replaced by the phase shifter 1100.

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 phase shifter 1100 can be used to control the phi steering angle for the antenna system 900. The phase shifter 1100 includes waveguides 1102, 1104, 1106, 1108, 1110, 1112, 1114, and 1116. Each of these waveguides is a surface wave waveguide formed by a plurality of metal strips and a plurality of varicaps located on a dielectric substrate. To steer the radiation towards the phi steering angle, to control the phase of the surface waves propagating along these waveguides, apply a voltage to at least a portion of the metal strips on different dielectric substrates. Can be applied.

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 voltage controller 1118 can be used to apply voltage to at least a portion of the metal strip of the dielectric substrate and thereby at least a portion of the varicaps on the dielectric substrate. The voltage controller 1118 includes a digital / analog converter 1120, voltage lines 1122, and ground 1121. Voltage can be applied from the digital / analog converter 1120 by voltage line 1122 to at least a portion of the metal strip on the dielectric substrate. Other parts of the metal strip may be grounded to ground 1121. Controller 1123 can be used to control the digital / analog converter 1120.

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 voltage controller 1118 to generate a phase difference in the surface wave feed on the waveguide. The high frequency signal may be transmitted between the surface wave feed and the high frequency module 906 through transmission line 1124.

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 antenna system 1200. The antenna system 1200 is an embodiment for the antenna system 100 of FIG. As shown, the antenna system 1200 includes a radiating element 1201 and a high frequency assembly 1202.

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。 Radiating element 1201 is an embodiment for radiating element 123 of FIG. Further, the radiating element 1201 is an embodiment of the radiating element array 122 of FIG. 1, which includes only a single radiating element. Only part of the radiating element 1201 is shown in this exemplary example. In this example, the radiation pattern produced by the antenna system 1200 can be electronically scanned in the XZ plane.

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 high frequency assembly 1202 includes a high frequency module 1203, a phase shift device 1204, transmission lines 1206, transmission lines 1208, surface wave feed 1210, and surface wave feed 1211. The high frequency module 1203 may be configured to function as a transmitter, receiver, or a combination thereof. The phase shift device 1204 takes the form of a hybrid power splitter in this example. Specifically, the hybrid power splitter is configured to be used to change the phase difference between a high frequency signal traveling along transmission line 1206 and a high frequency signal traveling along transmission line 1208. .. In this exemplary example, a hybrid power splitter can be used to vary the phase difference between these two transmission lines between about 0 and about 90 degrees.

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 high frequency module 1203 and the phase shift device 1204 may be implemented in other ways. For example, the high frequency module 1203 may be configured to allow double polarization using a phase shift device 1204 in the form of a four port phase variable power splitter.

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 radiating element 1201 is mounted using the dielectric substrate 1205. The surface wave channel 1212 and the surface wave channel 1213 are formed on the dielectric substrate 1205. The surface wave feed 1210 connects the transmission line 1206 to the surface wave channel 1212. Surface wave feed 1211 connects transmission line 1208 to surface wave channel 1213. The surface wave channel 1212 and the surface wave channel 1213 can be an embodiment for the surface wave channel 125 and the second surface wave channel 145 of FIG.

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 surface wave channel 1212 is formed by a plurality of metal strips 1214 and a plurality of varicaps 1215. In this exemplary example, the plurality of metal strips 1214 are periodically arranged at an angle of about 45 degrees positive with respect to the X-axis 1216. The X-axis 1216 is a longitudinal axis along the radiating element 1201. The plurality of varicaps 1215 are electrically connected to the plurality of metal strips 1214. The voltage line 1218 is used to apply a voltage to a plurality of varicaps 1215. Pin 1220 can be used to connect the voltage line 1218 to one or more voltage sources and / or one or more grounds.

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 surface wave channel 1213 is formed by a plurality of metal strips 1224 and a plurality of varicaps 1226. As shown, the plurality of metal strips 1224 are periodically arranged at an angle of about 45 degrees negative with respect to the X-axis 1216. The voltage line 1228 is used to apply a voltage to a plurality of varicaps 1226. Pin 1230 is used to connect the voltage line 1228 to one or more voltage sources and / or one or more grounds.

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 radiation element 1201 can be scanned in the X-Z plane by varying the voltage applied to the plurality of varicaps 1215, resulting in surface wave impedance at the desired radiation angle. Brings a modulation pattern. The surface wave channel 1212 and the surface wave channel 1213 are configured so that radiation from these two surface wave channels can be orthogonal to each other. The final radiation from the combination of these two surface wave channels is circularly polarized. When supplied by the phase shift device 1204 in the form of a 0 ° to 90 ° hybrid splitter, the surface wave channel 1212 and the surface wave channel 1213 are either right-polarized or left-polarized circles that receive or transmit. It is fixed to polarized radiation. Naturally, in another exemplary example, the phase shift device 1204 is in some other way such that radiation can be switched between left circularly polarized waves (LHCP) and right circularly polarized waves (RHCP). It may be implemented.

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 surface wave channels 1212 and surface wave channels 1213 are polarized by the angle at which the metal strips 1214 and the metal strips 1224 are tilted with respect to the X-axis 1216, respectively. The plurality of metal strips 1214 and the plurality of metal strips 1224 are tensor impedance elements having a long spindle orthogonal to the long side of the metal strip and a short axis along this side. The local tensor admittance of each surface wave channel in the coordinate frame of this spindle can be given by the following equation.

Figure 0006978186
Figure 0006978186

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.

Figure 0006978186
Figure 0006978186

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.

Figure 0006978186
Figure 0006978186

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 antenna system 1200 of FIG. 12 with two high frequency assemblies is shown according to an exemplary embodiment. In this exemplary example, the high frequency assembly 1202 is located at the end 1300 of the radiating element 1201, while the high frequency assembly 1301 is located at the end 1303 of the radiating element 1201.

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 high frequency assembly 1301 includes a high frequency module 1302, a phase shift device 1304, a transmission line 1306, a transmission line 1308, a surface wave feed 1310, and a surface wave feed 1312. The surface wave feed 1310 flows into the surface wave channel 1212. The surface wave feed 1312 also flows into the surface wave channel 1213.

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 high frequency assembly 1301 or the high frequency assembly 1202 can act as a sink for any undissipated surface wave energy. This allows surface waves to prevent reflections from the ends of the radiating element 1201 that can lead to unwanted distortion of the radiating pattern.

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 X-axis 1216, the high frequency assembly 1202 can be used to deliver the high frequency signal to the radiating element 1201. If the radiation is tilted towards the negative part of the X-axis 1216, the high frequency assembly 1301 can be used to deliver the high frequency signal to the radiating element 1201. Thus, since the high frequency beam formed by the radiation pattern is scanned at an angle, the beams directed at the positive and negative theta angles can be mirror images of each other.

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 antenna system 1400 is another embodiment for the antenna system 100 of FIG. The antenna system 1400 includes an antenna 1401, a phase shifter 1402, and a high frequency module 1404. The antenna system 1400 may also include a voltage controller (not shown in this example).

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。 Antenna 1401 includes an array of radiating elements 1406 and multiple surface wave feeds 1407. The array of radiating elements 1406 includes radiating elements 1408, 1410, 1412, 1414, 1416, 1418, 1420, and 1422. Each of these radiating elements can be mounted in the same manner as the radiating element 1201 of FIG.

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 elements 1406 to a phase shifter 1402. The phase shifter 1402 includes a plurality of phase shift devices 1424. The transmission line 1426 connects the surface wave feed 1407 to a plurality of phase shift devices 1424 and the plurality of phase shift devices 1424 to the high frequency module 1404. The high frequency module 1404 may be configured to function as a transmitter, receiver, or a combination thereof.

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 phase shift devices 1424 are variable phase shifters in this example. In this exemplary example, multiple phase shift devices 1424 can be tuned such that the final phase shift in each of the plurality of surface wave feeds 1407 differs from the phase of adjacent surface wave feeds by a constant Δφ. .. As this constant changes, the resulting radiation pattern can be scanned in the YZ plane.

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 impedance surface antenna 110 in FIG. The gain of the artificial impedance surface antenna can be improved by improving the accuracy with which the artificial impedance surface antenna is electronically steered to reduce the drop in gain. An exemplary embodiment recognizes and considers a substantially radial arrangement of surface wave channels that may allow for more accurate electronic steering of artificial impedance surface antennas. Also, using this type of arrangement, impedance devices used to form surface wave channels can be separated by more than half a wavelength. In addition, this type of arrangement can be used to generate radiation of any polarization.

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 impedance surface antenna 110 in the antenna system 100 of FIG. 1 are shown in the form of an exemplary embodiment and thus in the form of a block diagram. The antenna system 100 of FIG. 1 is represented by an artificial impedance surface antenna 110 having a radial configuration 1500.

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 impedance surface antenna 110 has a radial configuration 1500, the artificial impedance surface antenna 110 includes a dielectric substrate 1501, a plurality of radiating spokes 1502, and a plurality of surface wave feeds 1504. The dielectric substrate 1501 can be mounted in the same manner as the dielectric substrate 124 of FIG. However, in the radial configuration 1500, the dielectric substrate 1501 can be the only dielectric substrate used. The dielectric substrate 1501 can be composed of any number of layers of dielectric material.

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 dielectric substrate 1501 may be composed of a material with adjustable electrical properties. For example, the dielectric substrate 1501 may be made of a liquid crystal material, but is not limited thereto.

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 dielectric substrate 1501 has a circular 1506 with a center point 1508. That is, the dielectric substrate 1501 can be substantially symmetric with respect to the center point 1508. In another exemplary example, the dielectric substrate 1501 may have some other shape. For example, the dielectric substrate 1501 can have, but is not limited to, an ellipse, a quadrangle, a hexagon, an octagon, or some other type of shape. However, if the dielectric substrate 1501 is not substantially symmetric with respect to the center point 1508, the resulting radiation pattern 112 may not have the same gain at different steering angles.

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 dielectric substrate 1501. Specifically, a plurality of radiating spokes 1502 can be formed on the dielectric substrate 1501.

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 center point 1508 of the dielectric substrate 1501. In these exemplary examples, being radially located with respect to the center point 1508 means that each of the plurality of radiating spokes 1502 can extend from the center point 1508 towards the outer periphery of the dielectric substrate 1501. is doing. Each of the plurality of radiating spokes 1502 may be located approximately perpendicular to the central axis via the central point 1508 of the dielectric substrate 1501. In addition, each of the plurality of radiating spokes 1502 may be arranged such that each radiating spoke is substantially symmetrical with respect to the center point 1508.

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 element 123 of FIG. The radiating spokes 1510 can be an embodiment of each radiating spoke of the plurality of radiating spokes 1502. The radiating spokes 1510 are configured to form surface wave channels 1512. Thus, the plurality of radiating spokes 1502 can form multiple surface wave channels. The surface wave channel 1512 is configured to limit the path of surface waves.

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 impedance elements 1514 and a plurality of tunable elements 1516. The plurality of impedance elements 1514 and the plurality of tunable elements 1516 can be mounted in the same manner as the plurality of impedance elements 126 and the plurality of tunable elements 128 in FIG. 1, respectively.

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 impedance elements 1514 and a plurality of tunable elements 1516 can be arranged on the surface 1513 of the dielectric substrate 1501. Specifically, a plurality of impedance elements 1514 and a plurality of tunable elements 1516 can be arranged on the surface 1513 of the corresponding portion 1515 of the dielectric substrate 1501.

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 impedance elements 1514, the plurality of tunable elements 1516, and the corresponding portion 1515 of the dielectric substrate 1501 can form an artificial impedance surface from which radiation can be generated. In this exemplary example, the corresponding portion 1515 of the dielectric substrate 1501 can be considered as part of the radiating spokes 1510. However, in another exemplary example, the dielectric substrate 1501 can be considered separate from the plurality of radiating spokes 1502.

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 impedance elements 1514 can be mounted in a number of different ways. In an exemplary example, the impedance element may be mounted as a resonant element. In an exemplary example, the impedance device may be mounted as an element made of a conductive material. The conductive material may be, for example, a metallic material, but is not limited thereto. Depending on the mounting, the impedance element may be mounted as a metal strip, a patch of conductive paint, a metal mesh material, a metal film, a deposit of a metal substrate, or some other type of conductive element. In some cases, the impedance element may be, for example, a split ring resonator (SRR), an electrically connected resonator (ECR), a structure consisting of one or more metamaterials, or some other type of structure. It may be mounted as a resonance structure such as an element or an element.

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 tunable elements 1516 can be an element that can be controlled, i.e., adjusted to change the angle of the radiation pattern 112 produced by the radiation spokes 1510. In this exemplary example, each of the plurality of tunable elements 1516 can be an element having a capacitance that can be varied based on the voltage applied to the tunable element.

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 impedance elements 1514 take the form of multiple metal strips 1518 and the plurality of tunable elements 1516 take the form of multiple varicaps 1520. Each of the plurality of varicaps 1520 may be a diode of the semiconductor device having a capacitance depending on the voltage applied to the diode of the semiconductor device.

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 portion 1515 of the dielectric substrate 1501 substantially parallel to the plane substantially perpendicular to the central axis via the center point 1508 of the dielectric substrate 1501. For example, the plurality of metal strips 1518 may be periodically dispersed on the corresponding portion 1515 of the dielectric substrate 1501 along an axis that is substantially perpendicular to the central axis of the dielectric substrate 1501 and passes through this central axis.

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 dielectric substrate 1501. For example, multiple metal strips 1518 are printed on a dielectric substrate 1501 using any number of 3D printing techniques, additional deposition techniques, inkjet deposition techniques, or other types of printing techniques. obtain.

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 varicaps 1520 may be electrically connected to a plurality of metal strips 1518 on the surface 1513 of the corresponding portion 1515 of the dielectric substrate 1501. As an exemplary example, at least one varicap of the plurality of varicaps 1520 can be placed between each metal strip of a pair of adjacent metal strips of the plurality of metal strips 1518. Also, a plurality of varicaps 1520 can be aligned so that all of the varicap connections on each metal strip have the same polarity.

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 impedance elements 1514, a voltage can be applied to a plurality of tunable elements 1516. Specifically, the capacitance of the plurality of tunable elements 1516 is changed by changing the voltage applied to the plurality of impedance elements 1514. By changing the capacitance of the plurality of tunable elements 1516, the capacitance coupling and the impedance between the plurality of impedance elements 1514 can be changed, that is, modulated.

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 portion 1515 of the dielectric substrate 1501, the plurality of impedance elements 1514, and the plurality of tunable elements 1516 may be configured for the selected design configuration 1522 for the surface wave channel 1512 formed by the radiating spokes 1510. .. Depending on the implementation, each radiating spoke of the plurality of radiating spokes 1502 may have the same or different selected design configurations.

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 impedance element width 1524, impedance element spacing 1526, tunable element spacing 1528, and substrate thickness 1530. It may include, but is not limited to. The width 1524 of the impedance element can be the width of the impedance element in the plurality of impedance elements 1514. The width 1524 of the impedance element can be selected to be the same or different for each of the plurality of impedance elements 1514, depending on the implementation.

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 impedance elements 1514 along the surface 1513 of the corresponding portion 1515 of the dielectric substrate 1501. The spacing between the tunable elements 1528 can be the spacing between the plurality of tunable elements 1516 along the surface 1513 of the corresponding portion 1515 of the dielectric substrate 1501. Further, the thickness of the substrate 1530 can be set to the thickness of the corresponding portion 1515 of the dielectric substrate 1501. In this exemplary example, the entire dielectric substrate 1501 can have substantially the same thickness. However, in another exemplary example, different parts of the dielectric substrate 1501 corresponding to the different radiating spokes of the plurality of radiating spokes 1502 may have different thicknesses.

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 impedance surface antenna 110. Other considerations include, for example, the desired impedance modulation for the artificial impedance surface antenna 110.

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 transmission lines 156 by the plurality of surface wave feeds 1504 arranged on the dielectric substrate 1501. Each of the plurality of surface wave feeds 1504 connects the corresponding radiating spokes of at least one of the plurality of radiating spokes 1502 to a transmission line carrying a high frequency signal, for example one of the plurality of transmission lines 156. ..

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 center point 1508 of the dielectric substrate 1501.

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 center point 1508 of the dielectric substrate 1501. This single surface wave feed, which can be called the central feed, can connect each of the plurality of radiating spokes 1502 to multiple transmission lines 156. In this example, the plurality of transmission lines 156 can take the form of a coaxial cable.

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 near center point 1508 and are configured to connect multiple radiating spokes 1502 to multiple transmission lines 156. It can take the form of a surface wave feed. In this example, the plurality of transmission lines 156 can take the form of a single transmission line or a plurality of transmission lines.

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 antenna 110 is in receive mode on the artificial impedance surface, the electromagnetic radiation received by the artificial impedance surface antenna 110 can be propagated as surface waves along a plurality of radiating spokes 1502. These surface waves are received by multiple surface wave feeds 1504 and converted into multiple high frequency signals 1532. The plurality of high frequency signals 1532 may be transmitted to the high frequency module 108 through one or more transmission lines 156. The high frequency module 108 can then process the plurality of high frequency signals 1532 accordingly.

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 antenna 110 is in transmit mode on the artificial impedance surface, the plurality of high frequency signals 1532 may be transmitted from the high frequency module 108 to the artificial impedance surface antenna 110 through the plurality of transmission lines 156. Specifically, the plurality of high frequency signals 1532 can be received by the plurality of surface wave feeds 1504 and converted into surface waves propagated along the plurality of radiated spokes 1502.

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 radiation pattern 112 of the artificial impedance surface antenna 110 can be electronically steered in both theta and phi directions. The radiation pattern 112 can be formed by a plurality of radiation sub-patterns 1533. Multiple emission subpatterns 1533 can be generated by the corresponding parts of multiple emission spokes 1502. This corresponding part can be one or more radiating spokes 1502. In some cases, multiple emission subpatterns 1533 may be produced by all of the multiple emission spokes 1502.

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 multiple radiation subpatterns 1533 is a radiation pattern produced by a particular radiation spoke. The plurality of radiation sub-patterns 1533 form the radiation pattern 112. For example, if a plurality of radiation subpatterns 1533 contains different radiation subpatterns corresponding to different radiation spokes, the combination and overlap of these different radiation subpatterns forms the radiation pattern 112.

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, radiation subpattern 1534. The radiation subpattern 1534 can be controlled independently of the other radiation subpatterns formed by the other radiation spokes of the plurality of radiation spokes 1502.

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 voltage controller 104 is used to control the voltage applied to multiple tunable elements 1516 to control both theta and phi steering angles of the main lobe of radiation subpattern 1534. Can be done. Similarly, the voltage controller 104 has multiple radiating spokes 1502 on each of the plurality of radiating spokes 1502 in order to control both theta and phi steering angles of the main lobe of the radiating subpattern formed by each of the plurality of radiating spokes 1502. It may be configured to control the voltage applied to the tunable element.

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 emission subpatterns 1533 can be directed in a particular theta direction and a wide phi direction. For example, a particular radiation sub-pattern can be directed to a theta steering angle of about 45 degrees and spread over a wide range of phi angles. In this way, each radiation subpattern can form, for example, a fan beam.

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 radiation sub-patterns 1533 overlap to form a radiation pattern 112 with a main lobe 116 oriented in a particular phi direction and a particular theta direction. The radiation pattern 112 can be formed to generate a beam of radiation. The beam can take, for example, the form of a pencil beam directed at a particular phi steering angle 118 and a particular theta steering angle 120. In this way, the artificial impedance surface antenna 110 can be electronically steered in two dimensions.

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 impedance surface antenna 110 may be configured to emit linearly or circularly polarized radiation. That is, the artificial impedance surface antenna 110 can be used to generate a linearly or circularly polarized radiation pattern 112. Also, by adjusting the voltage applied to the plurality of tunable elements 1516, the radiation pattern 112 can be switched between linearly polarized waves and circularly polarized waves without changing the physical configuration of the artificial impedance surface antenna 110. be able to.

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 polarized radiation pattern 112. For example, the voltage applied to the tunable element at each corresponding portion of multiple radiating spokes 1502 can be set, so that the impedance subpatterns generated along the surface wave channels formed by each radiating spoke are as follows: Given in the formula.

Figure 0006978186
Figure 0006978186

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 radiation pattern 112. Since the voltage applied to the tunable element of each corresponding part of the multiple radiated spokes 1502 can be set, the impedance subpattern generated along the surface wave channel formed by each radiated spoke is given by the following equation. Given.

Figure 0006978186
Figure 0006978186

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).

Figure 0006978186
Figure 0006978186

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 impedance surface antenna 110 can be used to generate radiation of arbitrary polarization without the need to change the physical configuration of the artificial impedance surface antenna 110. The artificial impedance surface antenna 110 can be used to generate linearly or circularly polarized rays by varying the voltage applied to the tunable elements of the plurality of radiating spokes 1502.

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 impedance surface antenna 110 can propagate surface waves towards or away from the center point 1508 of the dielectric substrate 1501. In some exemplary examples, the artificial impedance surface antenna 110 may include an absorbent material 1536 when the surface wave is propagated away from the center point 1508. Absorbent material 1536 can be placed on or around the edges of the dielectric substrate 1501. Absorbent material 1536 is configured to absorb excess energy from surface waves propagating radially outward from center point 1508 through multiple radiating spokes 1502.

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 dielectric substrate 1501 may be grounded using a grounding element 1538. Specifically, the grounding element 1538 can be arranged on the impedance surface of the dielectric substrate 1501.

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 antenna system 100 of FIG. 1 does not imply any physical or structural limitation to the methods in which the exemplary embodiments can be implemented. Other components may be used in addition to or in place of those shown. Some components may be arbitrary. Blocks are also presented to illustrate some functional components. When implemented in an exemplary embodiment, one or more of these blocks may be combined, divided, or combined and then divided into different blocks.

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 tunable elements 1516 may be mounted as a pocket of variable material embedded in a dielectric substrate 1501. In another exemplary example, the tunable element of one of the plurality of tunable elements 1516 may be part of the corresponding impedance element of the plurality of impedance elements 1514. For example, a resonant structure with a tunable element can be used. The resonant structure may be, for example, a split ring resonator, an electrically connected resonator, or some other type of resonant structure, but is not limited thereto.

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 center point 1508 may be the center point with multiple radiation spokes 1502 arranged around it, but it may not be the geometric center of the dielectric substrate 1501. For example, the center point 1508 may be offset from the geometric center of the dielectric substrate 1501.

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 center point 1508 and a second portion extending substantially in the opposite direction away from the center point 1508. These two parts may have the same or different design configurations, depending on the implementation. Further, in some cases, these two parts can be individually referred to as radiated spokes or radiated sub-spokes.

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 impedance surface antenna 1600 can be an embodiment for the artificial impedance surface antenna 110 having the radial configuration 1500 of FIG. The artificial impedance surface antenna 1600 has a radial configuration 1601 that can be an embodiment for the radial configuration 1500 of FIG.

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 impedance surface antenna 1600 includes a dielectric substrate 1602, a central surface wave feed 1604, and multiple radiating spokes 1606. The dielectric substrate 1602, the central surface wave feed 1604, and the plurality of radiating spokes 1606 can be used as examples of the dielectric substrate 1501, the plurality of surface wave feeds 1504, and the plurality of radiating spokes 1502, respectively, as shown in FIG. can.

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 dielectric substrate 1602 has a circular shape with a center point 1605. The plurality of radiating spokes 1606 are arranged radially with respect to the center point 1605 so that the artificial impedance surface antenna 1600 is substantially radially symmetric. Radiation spokes 1608, radiation spokes 1610, radiation spokes 1612, and radiation spokes 1614 can be some examples of multiple radiation spokes 1606.

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 spokes 1606 are formed by an impedance element 1616 printed on a dielectric substrate 1602. The impedance element 1616 takes the form of a metal strip in this exemplary example. Also, the plurality of radiating spokes 1606 may include tunable elements (not shown in this figure) located between the impedance elements 1616.

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 surface wave feed 1604 can connect multiple radiating spokes 1606 to a transmission line (not shown in this figure). The transmission line may be configured to carry high frequencies to the central surface wave feed 1604 and / or from the central surface wave feed 1604.

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 impedance surface antenna 1600 can be electronically steered in theta and phi directions with the desired accuracy. Each of the multiple radiating spokes 1606 can be individually electronically steered in a particular theta direction and a wide phi direction to generate a fan beam. For example, radiated spokes 1608, radiated spokes 1612, and radiated spokes 1614 can be electronically steered to produce fan beam 1618, fan beam 1620, and fan beam 1622, respectively. The radiation patterns corresponding to the fan beam 1618, fan beam 1620, and fan beam 1622 can be overlapped to produce the pencil beam 1624. The pencil beam 1624 can be directed at a particular theta steering angle and a particular phi steering angle.

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 absorbent material 1626 is located at and around the outer edge of the dielectric substrate 1602. The absorbent material 1626 can be an embodiment for the absorbent material 1536 of FIG. Absorbent material 1626 is configured to absorb excess energy due to surface waves propagating away from center point 1605.

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 impedance surface antenna 1600 of FIG. 16 is shown according to an exemplary embodiment. In this exemplary example, a cross-sectional side view of the artificial impedance surface antenna 1600 of FIG. 16 is shown cut with respect to cutting lines 17-17 in FIG.

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 grounding element 1700 can be seen along the surface of the dielectric substrate 1602. The grounding element 1700 can be an embodiment for the grounding element 1538 of FIG.

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 transmission line 1702 is also shown in this figure. Transmission line 1702 can carry high frequencies to and from the central surface wave feed 1604, or both. In an exemplary example, the transmission line 1702 takes the form of a coaxial cable.

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 arrow 1704, substantially parallel to the dielectric substrate 1602 and approximately perpendicular to the central axis 1706 passing through the center point 1605 of the dielectric substrate 1602. Multiple radiating spokes 1606 can be placed such that multiple radiating spokes 1606 (not shown in this figure) are substantially targeted with respect to the central axis 1706.

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 impedance surface antenna 1600 of FIGS. 16 and 17 are shown according to exemplary embodiments. In this exemplary example, the artificial impedance surface antenna 1600 is linearly polarized to produce a radiation pattern with a theta steering angle of about 45 degrees and a main lobe directed to a phi steering angle of about 0 degrees. Impedance pattern 1800 can be generated when configured in.

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 Impedance pattern 1800 is shown for the first axis 1802 and the second axis 1804. The first axis 1802 and the second axis 1804 can represent two axes forming a plane substantially parallel to the dielectric substrate 1602 of FIG. Impedance pattern 1800 is composed of impedance subpatterns 1806 formed by the plurality of radiating spokes 1606 of FIG. Scale 1808 provides the correlation between the impedance subpattern 1806 and the impedance value. Impedance value is j

Figure 0006978186
Figure 0006978186

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 impedance surface antenna 1900 can be another embodiment for the artificial impedance surface antenna 110 having the radial configuration 1500 of FIG. The artificial impedance surface antenna 1900 has a radial configuration 1901 that can be an embodiment for the radial configuration 1500 of FIG.

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 impedance surface antenna 1900 includes a dielectric substrate 1902, radiating spokes 1904, and a central surface wave feed 1906. Only a portion of the entire radiation spokes that form the artificial impedance surface antenna 1900 is shown in this figure.

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。 Radiant spokes 1907 are an example of one of the radiant spokes 1904. Only part of the radiant spokes 1907 is shown. The radiating spokes 1907 are located in the corresponding portion 1908 of the dielectric substrate 1902. Radiant spokes 1907 include multiple metal strips 1909 and multiple varicaps 1910. The plurality of metal strips 1909 and the plurality of varicaps 1910 can be examples of the plurality of metal strips 1518 and the plurality of varicaps 1520 shown in FIG. 15, respectively.

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 metal strips 1909 and thereby a plurality of varicaps 1910 via conductive wires 1912 terminating at terminal 1914. Terminal 1914 can be connected to an electrical via (not shown in this figure), which passes through the thickness of the dielectric substrate 1902 and to control hardware such as a voltage controller. Passes a grounding element (not shown in this figure) to the connector that connects to.

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 impedance surface antenna 1900 of FIG. 19 is shown according to an exemplary embodiment. In this exemplary example, the cross-sectional side view of the artificial impedance surface antenna 1900 of FIG. 19 is shown cut with respect to the cutting line 20-20 of FIG.

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 spokes 1904 in FIG.

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 impedance surface antenna 110 in FIG. 1 may improve the efficiency of the artificial impedance surface antenna 110, thereby improving overall performance. Admit and consider. For example, an exemplary embodiment may optionally provide a square wave profile of surface impedance over each surface wave channel formed on each radiating element of the artificial impedance surface antenna 110 of FIG. I admit that there is and consider it.

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 impedance surface antenna 110 of FIG. 1 is shown in the form of a block diagram according to an exemplary embodiment. In this exemplary example, at least one surface wave channel on at least one radiating element of the artificial impedance surface antenna 110 of FIG. 21 can be implemented differently from the method described in FIG.

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 surface wave channel 125 of FIG. 1 may not include the plurality of tunable elements 128 of FIG. On the contrary, in this exemplary example, the surface wave channel 125 includes a plurality of switch elements 2100 instead of the plurality of tunable elements 128 in FIG. Each of the plurality of switch elements 2100 can simply have two states 2102. The two states 2102 can include a first state 2104 and a second state 2106. In some cases, the first state 2104 can be called the on state and the second state 2106 can be called the off state.

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 switch elements 2100 take the form of a plurality of PIN diodes 2108. In another exemplary example, the switch element of one of the multiple switch elements 2100 is selected from semiconductor switches, microelectromechanical system (MEMS) switches, high frequency diodes, Schottky diodes, and phase change material switches. May be good.

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 switch element 2101 can be an example of one of a plurality of switch elements 2100. The switch element 2101 may be arranged in the gap between the first impedance element 2113 of the plurality of impedance elements 126 and the second impedance element 2115 of the plurality of impedance elements 126. Further, the switch element 2101 can electrically connect the first impedance element 2113 to the second impedance element 2115. The capacitance of the switch element 2101 and the capacitance of the gap between the first impedance element 2113 and the second impedance element 2115 are between the first impedance element 2113 and the second impedance element 2115. Contributes to the total capacitance of. In some cases, the capacitance of the gap between the first impedance element 2113 and the second impedance element 2115 can be ignored.

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 switch element 2101 takes the form of a PIN diode, the first state 2104 can take the form of an inductance state 2105 and the second state 2106 can take the form of a capacitance state 2107. By applying a first level voltage to the switch element 2101, the switch element 2101 can be placed in the inductance state 2105. By applying a second level voltage to the switch element 2101, the switch element 2101 can be placed in the capacitive state 2107.

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 switch element 2101 is in the inductance state 2105 or the capacitance state 2107 can be determined by the reactance of the switch element 2101. For example, the surface impedance associated with switch element 2101 can be defined as:
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 switch element 2101 can be thought of as an inductance state 2105. If the reactance is negative, the reactance is described as capacitive and the switch element 2101 can be considered as a capacitive state 2107. If the reactance is virtually zero, the surface impedance can be considered to be virtually completely resistant.

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 switch element 2101 can have a substantially zero capacitance, but may have a parasitic inductance. That is, when the switch element 2101 is in the inductance state 2105, the capacitance of the switch element 2101 can be set to zero or can be ignored. Thus, in the inductance state 2105, the switch element 2101 can be modeled as a series resistor-inductor circuit. In the capacitance state 2107, the switch element 2101 can have some selected non-zero capacitance values. Thus, in the capacitance state 2107, the switch element 2101 can be modeled as a parallel resistor-capacitor circuit.

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 switch elements 2100 can have only one of the two states 2102 at any given time in time, the voltage applied to the plurality of switch elements 2100 can be surfaced. It can be used to create a surface impedance profile 2114 for the wave channel 125. Specifically, one of the two levels of voltage can be applied to each of the plurality of switch elements 2100 to create the surface impedance profile 2114. The surface impedance profile 2114 can be created so that only a selected high surface impedance, a selected low surface impedance, or some combination of the two is formed.

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 switch elements 2100 can be controlled so that the surface impedance profile 2114 takes the form of a square wave modulation 2110 with a high surface impedance and a low surface impedance. The square wave modulation 2110 can be a square wave type modulation. That is, in an exemplary example, the respective states of the plurality of switch elements 2100 may be controlled to modulate high and low surface impedances in the form of square waves as compared to sine waves. These two surface impedance levels are modulated on each surface wave channel of each radiating element of the artificial impedance surface antenna 110 to electronically steer the artificial impedance surface antenna 110 in theta direction, phi direction, or both. Can be done.

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 impedance elements 126 can take the form of a rectangular metal strip. In some exemplary examples, each of the plurality of impedance elements 126 may have a shape with a repeating pattern 2112. The repeating pattern 2112 can be one pattern of shapes. For example, a particular impedance element in one of a plurality of impedance elements 126 has the same shape selected from a hexagonal shape, a diamond shape, or one of several other types of shapes. It can have a repeating pattern.

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 switch elements 2100 for the surface wave channel 125, the gain of the artificial impedance surface antenna 110 can be improved. Also, by using a plurality of switch elements 2100, the artificial impedance surface antenna 110 may be able to operate at a frequency in the Ka band with a desired level of aperture ratio. In this way, power loss can be reduced by using a plurality of switch elements 2100. The Ka band can contain frequencies between about 26.5 GHz and about 40 GHz. As an exemplary example, the use of multiple PIN diodes 2108 may allow the artificial impedance surface antenna 110 to operate at frequencies of about 30 GHz with an aperture ratio higher than about 25%.

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 impedance surface antenna 110 in FIG. 21 does not imply any physical or structural limitation to the methods in which the exemplary embodiments can be implemented. Other components may be used in addition to or in place of those shown. Some components may be arbitrary. Blocks are also presented to illustrate some functional components. When implemented in an exemplary embodiment, one or more of these blocks may be combined, divided, or combined and then divided into different blocks.

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 radiating element 2200 can be an embodiment for the radiating element 123 of FIG.

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 radiating element 2200 includes a dielectric substrate 2202. The surface wave channel 2204 is formed on the dielectric substrate 2202. The surface wave channel 2204 can be an embodiment for the surface wave channel 125 of FIG.

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 surface wave channel 2204 comprises a plurality of impedance elements 2206 and a plurality of switch elements 2208. The plurality of switch elements 2208 can be an embodiment for the plurality of switch elements 2100 of FIG.

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 switch elements 2208 can have only one of the two states at any given time in time in this exemplary example. For example, when one of a plurality of switch elements 2208 is in the on state, the switch element can function like a circuit consisting of a resistor and an inductor in series. The on state corresponds to high surface impedance. The inductance provided can be important for the surface wave channel 2204 to allow the operation of an artificial surface impedance antenna that belongs within the Ka band of frequency. When the switch element is in the off state, the switch element can function like a circuit consisting of a resistor and a capacitor in parallel. The off state corresponds to low surface impedance.

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 switch elements 2208 can be controlled to modulate between high and low surface impedances to create a surface impedance profile for the surface wave channel 2204. In this exemplary example, this surface impedance profile can resemble a square wave modulation. Part 2210 of surface wave channel 2204 is shown enlarged in FIG. 23 below.

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 portion 2210 of surface wave channel 2204 of FIG. 22 is shown according to an exemplary embodiment. As shown in the figure, the plurality of impedance elements 2206 include an impedance element 2300 and an impedance element 2302. The impedance element 2300 and the impedance element 2302 can be examples for the first impedance element 2113 and the second impedance element 2115 in FIG. 21, respectively.

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 switch elements 2208 includes a set of switch elements 2304 arranged in a gap between the impedance element 2300 and the impedance element 2302. Each of the set 2304 of switch elements has only two possible states and can be one of these two possible states at any given time in time. In an exemplary example, these two states can be an inductance state and a capacitance state.

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 switch element 2306, a switch element 2308, and a switch element 2310. The switch element 2306, the switch element 2308, and the switch element 2310 electrically connect the impedance element 2300 and the impedance element 2302.

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 impedance elements 2206 in FIG. 22 can have the shape of a repeating pattern. For example, the impedance element 2302 has a repeating pattern 2312. The repeating pattern 2312 is a series of the same shapes. In this exemplary example, the repeating pattern 2312 is a series of hexagonal shapes. As shown, the repeating pattern 2312 includes a hexagonal shape 2314, a hexagonal shape 2316, and a hexagonal shape 2318.

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 radiating element 2400 can be an embodiment for the radiating element 123 of FIG.

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 radiating element 2400 includes a dielectric substrate 2402. The surface wave channel 2404 is formed on the dielectric substrate 2402. The surface wave channel 2404 can be an embodiment for the surface wave channel 125 of FIG. The surface wave channel 2404 includes a plurality of impedance elements 2406 and a plurality of switch elements 2408.

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 impedance elements 2406 can be an embodiment for the plurality of impedance elements 126 of FIG. In this exemplary example, each of the plurality of impedance elements 2406 can take the form of a rectangular metal strip.

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 switch elements 2408 can be an embodiment for the plurality of switch elements 2100 of FIG. In this exemplary example, each of the plurality of switch elements 2408 can have only one of the two states at any given time in time. In an exemplary example, each of the plurality of switch elements 2408 may be implemented in the form of a PIN diode.

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 switch elements 2408 is in the on state, the switch element can function like a circuit consisting of a resistor and an inductor in series. The on state corresponds to high surface impedance. The inductance provided can be important to allow operation within the Ka band of frequency. When the switch element is in the off state, the switch element can function like a circuit consisting of a resistor and a capacitor in parallel. The off state corresponds to low surface impedance.

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 antenna system 100 of FIG.

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 impedance surface antenna 110 having the radial configuration 1500 of FIG.

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 impedance surface antenna 110 having the switch element as described in FIG.

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 1, wherein an artificial impedance surface antenna configured such that a plurality of radiating elements and a plurality of surface wave feeds are electronically steered in theta and phi directions.
Item 3: The device according to Item 2, wherein the artificial impedance surface antenna operates at a frequency between about 26.5 GHz and about 40 GHz.
Item 4: The device according to item 2, wherein the artificial impedance surface antenna has an aperture ratio higher than about 25% and operates at a frequency of about 30 GHz.
Item 5. Allowing multiple switch elements of each surface wave channel of multiple surface wave channels to create high surface impedance and low surface impedance surface impedance profiles for each surface wave channel, second. The device described in the section.
Item 6: The device according to item 5, wherein the surface impedance profile is square wave modulation.
Item 7. The device according to Item 5, wherein the high and low surface impedances are modulated to allow scanning in theta and phi directions.
Item 8. The apparatus according to Item 1, wherein each switch element of the plurality of switch elements is a PIN diode having an inductance state and a capacitance state.
Item 9. The device of item 1, wherein each switch element of the plurality of switch elements is simply a Schottky diode having two states.
Item 10. The apparatus according to Item 1, wherein each switch element of the plurality of switch elements is simply a semiconductor switch having two states.
Item 12. The device of item 1, wherein each switch element of the plurality of switch elements is simply a microelectromechanical system switch diode having two states.
Item 12. The device of item 1, wherein each switch element of the plurality of switch elements is simply a phase change material switch having two states.
Item 13. The device of item 1, wherein each switch element of the plurality of switch elements is simply a high frequency diode having two states.
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 paragraph 1, which is selected from a connected resonator and one of a structure consisting of one or more metal materials.
Item 15. The apparatus according to item 1, wherein one of a plurality of impedance elements has a pattern formed by a series of the same shapes.
Item 16. The device of item 15, wherein the same shape is selected from either a diamond-shaped shape or a hexagonal shape.
Item 17. Each radiating element of the plurality of radiating elements comprises 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 also includes a dielectric substrate. A plurality of impedance elements arranged on the surface of a dielectric substrate, and a plurality of switch elements arranged on the surface of a dielectric substrate in which each switch element of the plurality of switch elements has a first state and a second state. An artificial impedance surface antenna comprising a plurality of radiating elements and a plurality of surface wave feeds configured to connect multiple surface wave channels of each radiating element of the plurality of radiating elements to a plurality of transmission lines.
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)

複数の放射素子の各放射素子(123)が複数の表面波チャネルを含み、前記複数の表面波チャネルの各表面波チャネル(125)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(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.
前記複数の放射素子および前記複数の表面波フィード(130)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(110)を形成する、請求項1に記載の装置。 Claim 1 wherein the plurality of radiating elements and the plurality of surface wave feeds (130) form an artificial impedance surface antenna (110) configured to be electronically steered in theta and phi directions. The device described. 前記複数の表面波チャネルの各表面波チャネル(125)の前記複数のスイッチ素子(2100)が、前記各表面波チャネル(125)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(2114)を作成することを可能にする、請求項2に記載の装置。 The plurality of switch elements (2100) of each surface wave channel (125) of the plurality of surface wave channels have a high surface impedance and a low surface impedance surface impedance profile (2114) for each surface wave channel (125). The device according to claim 2, which makes it possible to create. 前記複数のスイッチ素子(2100)の各スイッチ素子(2101)が、インダクタンス状態(2105)および静電容量状態(2107)を有するPINダイオードである、請求項1または2に記載の装置。 The apparatus according to claim 1 or 2, wherein each switch element (2101) of the plurality of switch elements (2100) is a PIN diode having an inductance state (2105) and a capacitance state (2107). 前記複数のスイッチ素子(2100)の各スイッチ素子(2101)が、単に2つの状態(2102)を有する、ショットキーダイオード、半導体スイッチ、微小電気機械システムスイッチダイオード、または相変化材料スイッチである、請求項1、2または4に記載の装置。 Claimed that each switch element (2101) of the plurality of switch elements (2100) is simply a Schottky diode, a semiconductor switch, a microelectromechanical system switch diode, or a phase change material switch having two states (2102). The device according to item 1, 2 or 4. 前記複数のスイッチ素子(2100)の各スイッチ素子(2101)が、単に2つの状態(2102)を有する高周波ダイオードである、請求項1、2、4または5に記載の装置。 The device of claim 1, 2, 4 or 5, wherein each switch element (2101) of the plurality of switch elements (2100) is simply a high frequency diode having two states (2102). 前記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、請求項1、2、4、5または6に記載の装置。 The apparatus according to claim 1, 2, 4, 5 or 6, wherein one of the plurality of impedance elements (126) has a pattern formed by a series of the same shapes. アンテナシステム(100)を電子的に操向するための方法であって、前記方法が、
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.
前記メインローブ(116)を電子的に操向するステップが、
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.
前記メインローブ(116)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、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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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2624105B (en) * 2022-09-28 2025-01-29 Novocomms Ltd Meta-surface reconfigurable antenna array
WO2025192578A1 (en) * 2024-03-15 2025-09-18 株式会社ジャパンディスプレイ Liquid crystal metasurface reflecting plate

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3959794A (en) * 1975-09-26 1976-05-25 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Semiconductor waveguide antenna with diode control for scanning
DE19958750B4 (en) * 1999-12-07 2006-08-24 Robert Bosch Gmbh Leaky wave antenna
US7071888B2 (en) * 2003-05-12 2006-07-04 Hrl Laboratories, Llc Steerable leaky wave antenna capable of both forward and backward radiation
EP1515450B1 (en) * 2003-08-15 2007-08-15 TDK Corporation Antenna switching circuit
CA2814635C (en) * 2010-10-15 2019-11-12 The Invention Science Fund I, Llc Surface scattering antennas with adjustable radiation fields
US9455495B2 (en) * 2010-11-03 2016-09-27 The Boeing Company Two-dimensionally electronically-steerable artificial impedance surface antenna
US9466887B2 (en) * 2010-11-03 2016-10-11 Hrl Laboratories, Llc Low cost, 2D, electronically-steerable, artificial-impedance-surface antenna
US9246230B2 (en) * 2011-02-11 2016-01-26 AMI Research & Development, LLC High performance low profile antennas
US9385435B2 (en) * 2013-03-15 2016-07-05 The Invention Science Fund I, Llc Surface scattering antenna improvements
CN103367884B (en) * 2013-07-29 2015-07-29 东南大学 A kind of low section taper exit direction figure antenna based on principle of holography and impedance surface

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