可操縱的圓柱饋送全息天線的動(dòng)態(tài)極化和耦合控制的制作方法
【專利摘要】此處公開一種用于圓柱饋送天線的設(shè)備和使用該設(shè)備的方法。在一個(gè)實(shí)施例中，天線包括：天線饋送部，其輸入圓柱饋送波；可調(diào)諧縫隙陣列，其被耦接至天線饋送部。
【專利說(shuō)明】可操縱的圓柱饋送全息天線的動(dòng)態(tài)極化和耦合控制
[0001 ]優(yōu)先權(quán)
[0002]本專利申請(qǐng)要求于2014年2月19提交的題目為“來(lái)自圓柱饋送全息天線的極化和親合控制，，(Polarizat1n and Coupling Control from a Cylindrically FedHolographic Antenna)的序列號(hào)為61/941,801的對(duì)應(yīng)臨時(shí)專利申請(qǐng)以及于2014年6月16日提交的題目為“用于通信衛(wèi)星地面站的超材料天線系統(tǒng)(A Metamaterial Antenna Systemfor Communicat1ns Satellite Earth Stat1ns)” 的序列號(hào)為62/012,897的對(duì)應(yīng)臨時(shí)專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)并且通過(guò)引用并入。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明的實(shí)施例涉及天線領(lǐng)域;更特別地說(shuō)，本發(fā)明的實(shí)施例涉及一種圓柱饋送的天線。
【背景技術(shù)】
[0004]使用基于PCB的方法的Thinkom(新肯氏)產(chǎn)品在Ka頻帶實(shí)現(xiàn)雙重圓極化，通常利用可變式傾斜橫向枝節(jié)或“VICTS”方法，其具有兩種類型的機(jī)械旋轉(zhuǎn)。第一類型使一個(gè)陣列相對(duì)于另一陣列旋轉(zhuǎn)，并且第二類型在方位角上旋轉(zhuǎn)兩個(gè)陣列。主要限制是掃描范圍(20和70度之間的仰角，不可能側(cè)向相對(duì))和波束性能(有時(shí)僅限制Rx)。
[0005]安多(Ando)等人的“用于12GHz DBS衛(wèi)星接收的徑向線縫隙天線(Radial lineslot antenna for 12GHz DBS satellite recept1n)”和元(Yuan)等人的“用于大功率微波應(yīng)用的新穎徑向線縫隙天線的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)(Design and Experiments of a NovelRadial Line Slot Antenna for High-Power Microwave Applicat1ns)，，討論了各種天線。在這兩個(gè)文章中描述的天線的限制是波束僅形成在一個(gè)靜態(tài)角處。文章中描述的饋送結(jié)構(gòu)被折疊成雙層，其中第一層接收引腳饋送并且將信號(hào)向外輻射到邊緣，將信號(hào)向上彎曲至頂層，然后頂層從外圍沿路徑發(fā)射至中心激勵(lì)固定式縫隙?？p隙通常以正交對(duì)定向，獲得發(fā)射模式的固定圓極化，相對(duì)側(cè)為接收模式。最后，吸收部終止任何剩余能量。
[0006]“標(biāo)量和張量全息人工阻抗表面”，作者方(Fong)、科爾伯恩(Colburn)、奧塔什(Ottusch)、維舍(Visher )、西文派泊(Sievenpiper)。雖然西文派泊已經(jīng)示出將如何實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)掃描天線，但是在掃描期間維持的極化保真度存在疑問(wèn)。這是因?yàn)樗璧臉O化控制取決于在每個(gè)福射元件處所需的張量阻抗。這通過(guò)元件指向(element-wise)旋轉(zhuǎn)非常容易實(shí)現(xiàn)。但是當(dāng)天線掃描時(shí)，在每個(gè)元件處的極化改變，因此所需要的旋轉(zhuǎn)也改變。因?yàn)檫@些元件被固定并且不能動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)，所以沒有辦法掃描和維持極化控制。
[0007]實(shí)現(xiàn)具有極化控制的波束掃描天線的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方法通常使用機(jī)械旋轉(zhuǎn)碟或者結(jié)合電子束操縱的一些類型的機(jī)械運(yùn)動(dòng)。最昂貴選擇種類是全相陣列天線。碟可同時(shí)接收多個(gè)極化，但是需要平衡環(huán)(gimbal)來(lái)掃描。近年來(lái)，將一個(gè)軸上的機(jī)械運(yùn)動(dòng)與正交軸上的電子掃描結(jié)合已經(jīng)產(chǎn)生高縱橫比的結(jié)構(gòu)，其需要較小體積，但是會(huì)犧牲波束性能或者動(dòng)態(tài)極化控制，諸如Th inkom的系統(tǒng)。
[0008]現(xiàn)有方法使用波導(dǎo)管和分束器饋送結(jié)構(gòu)以饋送天線。但是，波導(dǎo)管設(shè)計(jì)具有在側(cè)部附近擺動(dòng)的阻抗(由I個(gè)波長(zhǎng)周期性結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的帶隙)；需要與不同的CTE結(jié)合;具有關(guān)聯(lián)的歐姆損耗的饋送結(jié)構(gòu);和/或具有延伸到地平面的成千上萬(wàn)的過(guò)孔。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]這里公開一種用于圓柱饋送天線的設(shè)備和使用該設(shè)備的方法。在一個(gè)實(shí)施例中，天線包括:天線饋送部，其輸入圓柱饋送波;可調(diào)諧縫隙陣列，其被耦接至天線饋送部。
【附圖說(shuō)明】
[0010]從下文給出的詳細(xì)描述以及本發(fā)明的各種實(shí)施例的附圖將更全面地理解本發(fā)明，然而，其不是將發(fā)明限制于具體的實(shí)施例，而是僅僅用于說(shuō)明和理解。
[0011]圖1說(shuō)明用于提供圓柱波饋送的同軸饋送部的一個(gè)實(shí)施例的俯視圖。
[0012]圖2A和圖2B說(shuō)明圓柱饋送天線結(jié)構(gòu)的實(shí)施例的側(cè)視圖。
[0013]圖3說(shuō)明一個(gè)縫隙耦合貼片天線或者散射器的一個(gè)實(shí)施例的俯視圖。
[0014]圖4說(shuō)明是周期性饋送天線系統(tǒng)的一部分的縫隙饋送貼片天線的側(cè)視圖。
[0015]圖5說(shuō)明介電材料的示例，其中饋送波被發(fā)射至介電材料中。
[0016]圖6說(shuō)明示出縫隙及其定向的虹膜板(irisboard)的一個(gè)實(shí)施例。
[0017]圖7說(shuō)明確定一個(gè)虹膜部/貼片組合的定向的方式。
[0018]圖8說(shuō)明分成兩組的虹膜部，其中第一組相對(duì)于功率饋送矢量旋轉(zhuǎn)-45度而第二組相對(duì)于功率饋送矢量旋轉(zhuǎn)+45度。
[0019]圖9說(shuō)明貼片板的實(shí)施例。
[0020 ]圖1O說(shuō)明具有確定在操作頻率關(guān)閉的圖9中的貼片的兀件的不例。
[0021 ]圖11說(shuō)明具有確定在操作頻率打開的圖9中的貼片的兀件的不例。
[0022]圖12說(shuō)明全波建模的結(jié)果，其示出關(guān)于圖10和圖11的元件對(duì)打開和關(guān)閉控制/調(diào)制方式的電場(chǎng)響應(yīng)。
[0023]圖13說(shuō)明使用圓柱饋送天線的實(shí)施例的波束形成。
[0024]圖14A和圖14B說(shuō)明在蜂窩形模式中定位的貼片和縫隙。
[0025]圖15A-圖15C說(shuō)明定位成環(huán)狀以產(chǎn)生徑向布局的貼片和關(guān)聯(lián)的縫隙、關(guān)聯(lián)的控制模式以及產(chǎn)生的天線響應(yīng)。
[0026]圖16A和圖16B分別說(shuō)明右旋圓極化和左旋圓極化。
[0027]圖17說(shuō)明包括含有貼片的玻璃層的圓柱饋送天線的一部分。
[0028]圖18說(shuō)明介電部的線性錐形。
[0029]圖19A說(shuō)明基準(zhǔn)波的示例。
[0030]圖19B說(shuō)明產(chǎn)生的物體波。
[0031]圖19C是所得的正弦調(diào)制模式的示例。
[0032]圖20說(shuō)明可選的天線實(shí)施例，其中側(cè)部中的每個(gè)包括使得行進(jìn)波從底層被發(fā)射至頂層的階梯部。
【具體實(shí)施方式】
[0033]本發(fā)明的實(shí)施例包括天線設(shè)計(jì)架構(gòu)，其從中心點(diǎn)利用激勵(lì)(饋送波)饋送天線，該激勵(lì)以圓柱或同心的方式從饋送點(diǎn)向外擴(kuò)散。天線利用饋送波通過(guò)布置多個(gè)圓柱饋送子孔徑天線(例如貼片天線)工作。在可選的實(shí)施例中，天線是從周圍向內(nèi)饋送而不是從中心向外饋送。這可以有幫助，因?yàn)樗购庥煽讖缴⑸淠芰恳鸬恼穹?lì)衰減。散射類似地出現(xiàn)在兩個(gè)定向上，但是在饋送波自周圍向內(nèi)行進(jìn)時(shí)由聚焦饋送波中的能量引起的自然錐形抗衡由有意散射引起的遞減錐形。
[0034]本發(fā)明的實(shí)施例包括全息天線，其基于使典型地需要實(shí)現(xiàn)全息的密度加倍并且利用兩種類型的正交組元件填充孔。在一個(gè)實(shí)施例中，一組元件相對(duì)于饋送波被線性定向在+45度處，第二組元件相對(duì)于饋送波被定位在-45度處。兩種類型通過(guò)相同的饋送波照明，在一種形式中，該饋送波是通過(guò)同軸弓I腳饋送發(fā)射的平行板模式。
[0035]在下文的說(shuō)明中，許多細(xì)節(jié)被闡述以提供本發(fā)明的更徹底的解釋。但是，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員將明顯的是，本發(fā)明可在沒有這些具體細(xì)節(jié)的情況下實(shí)踐。在其它情況下，為了避免混淆本發(fā)明，熟知的結(jié)構(gòu)和裝置以方框圖形式而不是詳細(xì)地示出。
[0036]隨后【具體實(shí)施方式】的一些部分以計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器內(nèi)對(duì)數(shù)據(jù)位的操作的算法和符號(hào)表示來(lái)提供。這些算法描述和表示是數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域的技術(shù)人員使用的以將他們工作實(shí)質(zhì)最有效地傳送給該領(lǐng)域的其它技術(shù)人員的手段。這里的算法一般被構(gòu)想成是產(chǎn)生期望結(jié)果的順序前后一致的步驟。這些步驟是需要物理量的物理操作的步驟。通常，雖然不必要，但是這些量采取能夠被存儲(chǔ)、傳送、結(jié)合、比較以及以其它方式操縱的電信號(hào)或磁信號(hào)的形式。已經(jīng)證明，主要出于常見用法的原因，有時(shí)方便將這些信號(hào)稱為位、數(shù)值、元件、符號(hào)、字符、項(xiàng)、號(hào)碼等等。
[0037]然而，應(yīng)該牢記的是，全部這些和類似術(shù)語(yǔ)都與適當(dāng)?shù)奈锢砹坑嘘P(guān)并且僅僅是應(yīng)用于這些量的方便標(biāo)簽。除非另外具體陳述，如從下文的描述一目了然，否則理解的是，在整個(gè)說(shuō)明書中，利用諸如“處理”或“用計(jì)算機(jī)計(jì)算”或“計(jì)算”或“確定”或“顯示”等術(shù)語(yǔ)的討論是指計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或者類似的電子計(jì)算裝置的動(dòng)作和處理，其將表示為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的寄存器和存儲(chǔ)器內(nèi)的物理(電子)量的數(shù)據(jù)操縱并且轉(zhuǎn)換為類似地表示為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)存儲(chǔ)器或者寄存器或者其它這種信息存儲(chǔ)、發(fā)射或者顯示裝置內(nèi)的物理量的其它數(shù)據(jù)。
[0038]天線系統(tǒng)的示例的概述
[0039]描述用于通信衛(wèi)星地面站的超材料天線系統(tǒng)的實(shí)施例。在一個(gè)實(shí)施例中，天線系統(tǒng)是在移動(dòng)平臺(tái)(例如航空、航海、陸地等)上操作的衛(wèi)星地面站(ES)的組件或者子系統(tǒng)，其中移動(dòng)平臺(tái)使用用于民用商業(yè)衛(wèi)星通信的Ka頻帶或Ku頻帶操作。注意的是，天線系統(tǒng)的實(shí)施例也可用于不在移動(dòng)平臺(tái)上的地面站(例如固定式或者可運(yùn)輸式地面站)。
[0040]在一個(gè)實(shí)施例中，天線系統(tǒng)使用表面散射超材料技術(shù)以形成并且通過(guò)分開的天線操縱發(fā)送和接收束。在一個(gè)實(shí)施例中，與使用數(shù)字信號(hào)處理以電形成并操縱波束的天線系統(tǒng)(諸如相位陣列天線)相比，該天線系統(tǒng)是模擬系統(tǒng)。
[0041]在一個(gè)實(shí)施例中，天線系統(tǒng)由三個(gè)功能子系統(tǒng)(I)由圓柱波饋送架構(gòu)組成的波傳播結(jié)構(gòu)；(2)波散射超材料單元晶胞的陣列；和(3)利用全息原理命令由超材料散射元件形成可調(diào)節(jié)輻射場(chǎng)(束)的控制結(jié)構(gòu)組成。
[0042]波傳播結(jié)構(gòu)的示例
[0043]圖1說(shuō)明用于提供圓柱波饋送的同軸饋送部的一個(gè)實(shí)施例的俯視圖。參照?qǐng)D1，同軸饋送部包括中心導(dǎo)體和外導(dǎo)體。在一個(gè)實(shí)施例中，圓柱波饋送架構(gòu)利用激勵(lì)從中心點(diǎn)饋送天線，該激勵(lì)從饋送點(diǎn)以圓柱方式向外擴(kuò)散。即，圓柱饋送天線產(chǎn)生向外行進(jìn)的同心饋送波。雖然如此，在圓柱饋送部周圍的圓柱饋送天線的形狀可以是圓形、方形或者任何形狀。在另一實(shí)施例中，圓柱饋送天線產(chǎn)生向內(nèi)行進(jìn)的饋送波。在這種情況下，饋送波最自然地來(lái)自于圓形結(jié)構(gòu)。
[0044]圖2A說(shuō)明圓柱饋送天線結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施例的側(cè)視圖。天線使用雙層饋送結(jié)構(gòu)(SP雙層的饋送結(jié)構(gòu))產(chǎn)生向內(nèi)行進(jìn)波。在一個(gè)實(shí)施例中，天線包括圓形外部形狀，但是這不是必需的。即，可使用非圓形向內(nèi)行進(jìn)的結(jié)構(gòu)。在一個(gè)實(shí)施例中，圖2A中的天線結(jié)構(gòu)包括圖1的同軸饋送部。
[0045]參照?qǐng)D2A，同軸引腳201用于激勵(lì)天線的較低層上的場(chǎng)。在一個(gè)實(shí)施例中，同軸引腳201是方便易得的50 Ω同軸引腳。同軸引腳201被耦接至(例如栓接至)是導(dǎo)電接地平面202的天線結(jié)構(gòu)的底部。
[0046]間隙導(dǎo)體(interstitial conductor)203與導(dǎo)電接地平面202分離，其是內(nèi)導(dǎo)體。在一個(gè)實(shí)施例中，導(dǎo)電接地平面202和間隙導(dǎo)體203彼此平行。在一個(gè)實(shí)施例中，接地平面202和間隙導(dǎo)體203之間的距離是0.1-0.15"。在另一實(shí)施例中，該距離可以是λ/2，其中λ為行進(jìn)波在操作頻率處的波長(zhǎng)。
[0047]接地平面202通過(guò)間隔部204與間隙導(dǎo)體203分離。在一個(gè)實(shí)施例中，間隔部204是泡沫狀或空氣狀間隔部。在一個(gè)實(shí)施例中，間隔部204包括塑料間隔部。
[0048]間隙導(dǎo)體203的頂部上是介電層205。在一個(gè)實(shí)施例中，介電層205是塑料。圖5說(shuō)明介電材料的示例，其中饋送波被發(fā)射至介電材料中。介電層205的目的在于使行進(jìn)波相對(duì)于自由空間速度減慢。在一個(gè)實(shí)施例中，介電層205使行進(jìn)波相對(duì)于自由空間減慢30%。在一個(gè)實(shí)施例中，適于波束形成的折射指數(shù)的范圍是1.2-1.8，其中按照定義，自由空間的折射指數(shù)等于I。例如，可使用諸如塑料的其它介電間隔部材料來(lái)獲得這種效果。注意的是，可使用除了塑料以外的材料，只要它們獲得期望的波減慢效果?？蛇x地，具有分布式結(jié)構(gòu)的材料可用作介電部205，例如諸如可機(jī)械加工或者光刻限定的周期次波長(zhǎng)金屬結(jié)構(gòu)。
[0049]RF陣列206處在介電部205的頂部。在一個(gè)實(shí)施例中，間隙導(dǎo)體203和RF陣列206之間的距離是0.1-0.15〃。在另一實(shí)施例中，該距離可以是Xeff/2，其中Aeff為在設(shè)計(jì)頻率處介質(zhì)中的有效波長(zhǎng)。
[0050]天線包括側(cè)部207和208。側(cè)部207和208成一角度以使來(lái)自同軸引腳201的行進(jìn)波饋送通過(guò)反射從間隙導(dǎo)體203(間隔部層)下方的區(qū)域傳播到間隙導(dǎo)體203(介電層)上方的區(qū)域。在一個(gè)實(shí)施例中，側(cè)部207和208呈45°角。在可選的實(shí)施例中，側(cè)部207和208可用連續(xù)半徑替換以實(shí)現(xiàn)反射。雖然圖2A示出具有45°角的成角度的側(cè)部，但是可使用實(shí)現(xiàn)信號(hào)從較低層饋送傳送至較上層饋送的其它角度。即，假設(shè)在較低饋送的有效波長(zhǎng)一般與較上饋送的有效波長(zhǎng)不同，可使用偏離理想45°的角度來(lái)輔助從較低饋送傳送到較上饋送層。例如，在另一實(shí)施例中，45°角用諸如圖20所示的單個(gè)階梯部替換。參照?qǐng)D20，在圍繞介電層2005、間隙導(dǎo)體2003和間隔部層2004的天線的一端上示出階梯部2001和2002。相同的兩個(gè)階梯部在這些層的其它端處。
[0051]在操作中，當(dāng)饋送波從同軸引腳201饋入時(shí)，波在地平面202和間隙導(dǎo)體203之間的區(qū)域中從同軸引腳201同心定向向外行進(jìn)。同心地輸出波被側(cè)部207和208反射并且在間隙導(dǎo)體203和RF陣列206之間的區(qū)域中向內(nèi)行進(jìn)。來(lái)自圓形外周的邊緣的反射使波保持同相(即，它是同相反射)。行進(jìn)波被介電層205減慢。在這一點(diǎn)上，行進(jìn)波與RF陣列206中的元件開始相互作用并且激勵(lì)以獲得期望的散射。
[0052]為了終止行進(jìn)波，終止部209被包括在天線的幾何中心處的天線中。在一個(gè)實(shí)施例中，終止部209包括引腳終止部(例如50 Ω引腳)。在另一實(shí)施例中，終止部209包括RF吸收器，該RF吸收器終止未使用的能量以防止未使用的能量反射回通過(guò)天線的饋送結(jié)構(gòu)。這些可在RF陣列206的頂部處使用。
[0053]圖2B說(shuō)明具有輸出波的天線系統(tǒng)的另一實(shí)施例。參照?qǐng)D2B，兩個(gè)接地平面210和211與在接地平面210和211之間的介電層212(例如塑料層等)基本上彼此平行。RF吸收器213和214(例如電阻器)將兩個(gè)接地平面210和211耦接在一起。同軸引腳215(例如50 Ω )饋送天線。RF陣列216處在介電層212的頂部。
[0054]在操作中，饋送波通過(guò)同軸引腳215饋送并且同心向外行進(jìn)并且與RF陣列216的元件相互作用。
[0055]在圖2A和2B的兩種天線中的圓柱饋送改善天線的服務(wù)角。代替正或負(fù)45度方位角(±45°Az)和正或負(fù)25度仰角(elevat1n)(±25°El)的服務(wù)角(se;rvice angle)，在一個(gè)實(shí)施例中，天線系統(tǒng)在全部方向從瞄準(zhǔn)線具有75度(75°)的服務(wù)角。正如由許多個(gè)別輻射器組成的任何束形成天線，整個(gè)天線增益取決于組成元件的增益，而它們依賴于角度。當(dāng)使用公共輻射元件時(shí)，隨著波束進(jìn)一步偏離瞄準(zhǔn)線，整個(gè)天線增益通常降低。在偏離瞄準(zhǔn)線75度時(shí)，預(yù)期有約6dB的顯著增益降低。
[0056]具有圓柱饋送的天線的實(shí)施例解決一個(gè)或多個(gè)問(wèn)題。這些包括與用協(xié)作分配器網(wǎng)絡(luò)饋送的天線相比，顯著簡(jiǎn)化饋送結(jié)構(gòu)，因此減小所需要的總天線和天線饋送體積;通過(guò)利用較粗糙控制來(lái)維持高的波束性能來(lái)降低制造誤差和控制誤差的靈敏度(總是延長(zhǎng)以簡(jiǎn)化二進(jìn)制控制)；與直線饋送相比，獲得更有益的旁瓣模式(side lobe pattern)，因?yàn)閳A柱定向的饋送波導(dǎo)致遠(yuǎn)場(chǎng)中的旁瓣在空間上不同；并且允許極化是動(dòng)態(tài)的，包括允許左旋圓極化、右旋圓極化和線性極化，而不需要極化器。
[0057]波散射元件的陣列
[0058]圖2A的RF陣列206和圖2B的RF陣列216包括波散射子系統(tǒng)，其包括用作輻射器的一組貼片天線(即散射器)。該組貼片天線包括散射超材料元件的陣列。
[0059]在一個(gè)實(shí)施例中，天線系統(tǒng)中的每個(gè)散射元件是單元晶胞的一部分，該單元晶胞由下導(dǎo)體、介電基板和上導(dǎo)體組成，上導(dǎo)體嵌入蝕刻在上導(dǎo)體中或者沉積在上導(dǎo)體上的互補(bǔ)電氣電感-電容諧振器(“互補(bǔ)電氣Lf或者“CELCT’)。
[0060]在一個(gè)實(shí)施例中，液晶(LC)注入包圍散射元件的間隔內(nèi)。液晶被包封在每個(gè)單元晶胞中并且將與縫隙相關(guān)聯(lián)的下導(dǎo)體從與其貼片相關(guān)聯(lián)的上導(dǎo)體分離。液晶具有介電常數(shù)，其是包括液晶的分子的定向的函數(shù)，分子的定向(因此介電常數(shù))可通過(guò)調(diào)節(jié)穿過(guò)液晶的偏壓控制。利用該性質(zhì)，液晶用作用于將能量從導(dǎo)波發(fā)射到CELC的打開/關(guān)閉開關(guān)。當(dāng)打開時(shí)，CELC發(fā)射類似電小偶極天線的電磁波。
[0061]控制LC的厚度增加波束切換速度。下導(dǎo)體和上導(dǎo)體之間的間隔(液晶的厚度)減少百分之五十(50%)導(dǎo)致速度增加四倍。在另一實(shí)施例中，液晶的厚度導(dǎo)致約十四毫秒(14ms)的波束切換速度。在一個(gè)實(shí)施例中，用本領(lǐng)域中已知的方式摻雜LC以提高響應(yīng)性使得可滿足七毫秒(7ms)的要求。
[0062]CELC元件響應(yīng)于平行于CELC元件的平面并且垂直于CELC間隔施加的磁場(chǎng)。當(dāng)電壓被應(yīng)用于超材料散射單元晶胞中的液晶時(shí)，導(dǎo)波的磁場(chǎng)分量感應(yīng)CELC的磁激勵(lì)，其反過(guò)來(lái)產(chǎn)生與導(dǎo)波頻率相同的電磁波。
[0063]由單個(gè)CELC產(chǎn)生的電磁波的相位可通過(guò)CELC在導(dǎo)波的矢量上的位置選擇。每個(gè)單元產(chǎn)生與平行于CELC的導(dǎo)波同相的波。因?yàn)镃ELC小于波長(zhǎng)，所以當(dāng)輸出波通過(guò)CELC的下面時(shí)，輸出波具有與導(dǎo)波的相位相同的相位。
[0064]在一個(gè)實(shí)施例中，這種天線系統(tǒng)的圓柱饋送幾何結(jié)構(gòu)允許CELC元件被定位在與波饋送中的波的矢量的45度(45°)角處。元件的這個(gè)位置能控制由元件產(chǎn)生或者由元件接收的自由空間波的極化。在一個(gè)實(shí)施例中，以元件間距離布置CELC，該元件間距離小于天線的操作頻率的自由空間波長(zhǎng)。例如，如果每波長(zhǎng)存在四個(gè)散射元件，則30GHz發(fā)射天線中的元件將約為2.5mm( S卩，30GHz的1mm自由空間波長(zhǎng)的I/4)。
[0065]在一個(gè)實(shí)施例中，CELC用貼片天線實(shí)現(xiàn)，貼片天線包括與兩者之間的液晶在縫隙上方同位的貼片，其中液晶在兩者之間。在這方面，超材料天線用作類似縫隙(散射)波導(dǎo)。對(duì)于縫隙波導(dǎo)，輸出波的相位取決于與導(dǎo)波有關(guān)的縫隙的位置。
[0066]圖3說(shuō)明一個(gè)貼片天線或散射元件的一個(gè)實(shí)施例的俯視圖。參照?qǐng)D3，貼片天線包括與在貼片301和縫隙302中間的液晶(LC)303在縫隙302上方同位的貼片301。
[0067]圖4說(shuō)明是周期性饋送天線系統(tǒng)的一部分的貼片天線的側(cè)視圖。參照?qǐng)D4，貼片天線在介電部402(例如塑料插入件等)的上方，介電部402在圖2A的間隙導(dǎo)體203(或者諸如在圖2B中的天線的情況下的接地導(dǎo)體)的上方。
[0068]虹膜板403是具有諸如在介電部402頂部和上方的縫隙403a等多個(gè)縫隙的接地平面(導(dǎo)體)?？p隙在此處可被稱為虹膜部。在一個(gè)實(shí)施例中，虹膜板403中的縫隙通過(guò)刻蝕產(chǎn)生。注意的是，在一個(gè)實(shí)施例中，縫隙或?yàn)橐徊糠值钠渚О淖罡呙芏仁铅?2。在一個(gè)實(shí)施例中，縫隙/晶胞的密度是λ/3(即，每λ有3個(gè)晶胞)。注意的是，可使用晶胞的其它密度。
[0069]包括諸如貼片405a等多個(gè)貼片的貼片板405位于虹膜板403的上方并且由中間介電層分離。諸如貼片405a等貼片中的每個(gè)與虹膜板403中的一個(gè)縫隙同位。在一個(gè)實(shí)施例中，虹膜板403和貼片板405之間的中間介電層是液晶基板層404。液晶用作每個(gè)貼片和它的同位的縫隙之間的介電層。注意的是，可使用除了 LC以外的基板層。
[0070]在一個(gè)實(shí)施例中，貼片板405包括印刷電路板(PCB)，每個(gè)貼片包括在PCB上的金屬，其中已經(jīng)去除貼片周圍的金屬。
[0071]在一個(gè)實(shí)施例中，貼片板405包括針對(duì)每個(gè)貼片的過(guò)孔，其在與貼片面向其同位的縫隙的一側(cè)相對(duì)的貼片板的一側(cè)上。過(guò)孔用于將一個(gè)或多個(gè)軌跡連接至貼片以向貼片提供電壓。在一個(gè)實(shí)施例中，矩陣驅(qū)動(dòng)部用于向貼片施加電壓以控制它們。電壓用于調(diào)諧或解調(diào)各個(gè)元件以實(shí)現(xiàn)束形成。
[0072]在一個(gè)實(shí)施例中，貼片可被沉積在玻璃層上(例如通常用于LC顯示器(IXD)的玻璃，例如諸如康寧鷹玻璃(Corning Eagle glass))，而不使用電路貼片板。圖17說(shuō)明圓柱饋送天線的部分，該圓柱饋送天線包括含有貼片的玻璃層。參照?qǐng)D17，天線包括導(dǎo)電基部或接地層1701、介電層1702(例如塑料)、包括縫隙的虹膜板1703(例如電路板)、液晶基板層1704和包括貼片1710的玻璃層1705。在一個(gè)實(shí)施例中，貼片1710的形狀是長(zhǎng)方形。在一個(gè)實(shí)施例中，縫隙和貼片成行和成列地設(shè)置，并且貼片的定向針對(duì)每行或每列都相同，同時(shí)同位縫隙的定向針對(duì)行或列相對(duì)于彼此分別定向成相同。
[0073]在一個(gè)實(shí)施例中，罩(例如天線屏蔽罩)覆蓋貼片天線堆的頂部以提供保護(hù)。
[0074]圖6說(shuō)明虹膜板403的一個(gè)實(shí)施例。這是CELC的下導(dǎo)體。參照?qǐng)D6，虹膜板包括縫隙陣列。在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)縫隙相對(duì)于在縫隙的中心位置處的沖擊饋送波以+45度或-45度定向。換句話說(shuō)，散射元件(CELC)的布局模式以± 45度布置到波的矢量。每個(gè)縫隙的下方是圓形開口403b，其本質(zhì)上是另一縫隙。縫隙處在虹膜板的頂部上并且圓形或者橢圓開口處在虹膜板的底部上。注意的是，這些開口是可選的，其深度可以是約0.001〃或者25_。
[0075]可定向調(diào)諧地加載縫隙陣列。通過(guò)將個(gè)別縫隙關(guān)閉或打開，調(diào)諧每個(gè)縫隙以提供在天線的操作頻率的期望的散射(即，它被調(diào)諧從而以已知頻率操作)。
[0076]圖7說(shuō)明確定一個(gè)虹膜(縫隙)/貼片組合的定向的方式。參照?qǐng)D7，字母A表示實(shí)心黑箭頭，其表示從圓柱饋送位置到元件的中心的功率饋送矢量。字母B表示相對(duì)于“A”示出垂直軸的虛線正交線，字母C表示相對(duì)于“B”旋轉(zhuǎn)45度的虛線矩形環(huán)繞縫隙。
[0077]圖8說(shuō)明分成兩組的虹膜(縫隙)，其中第一組相對(duì)于功率饋送矢量旋轉(zhuǎn)-45度，第二組相對(duì)于功率饋送矢量旋轉(zhuǎn)以+45度。參照?qǐng)D8，組A包括相對(duì)于饋送矢量旋轉(zhuǎn)等于-45°的縫隙，而組B包括相對(duì)于饋送矢量旋轉(zhuǎn)等于+45°的縫隙。
[0078]注意的是，整體坐標(biāo)系的標(biāo)示不重要，因此只有因?yàn)樗鼈兠枋鲈c彼此和饋送波方向相對(duì)旋轉(zhuǎn)，正負(fù)角度的旋轉(zhuǎn)才重要。為了從兩組線式極化元件產(chǎn)生圓極化，兩組元件垂直于彼此并且同時(shí)具有相等的振幅激勵(lì)。將它們相對(duì)于饋送波激勵(lì)旋轉(zhuǎn)+/-45度立刻獲得期望的特征。將一組旋轉(zhuǎn)O度而另一組旋轉(zhuǎn)90度，將實(shí)現(xiàn)垂直的目的，而不是相等振幅激勵(lì)的目的。
[0079]圖9說(shuō)明貼片板405的實(shí)施例。這是CELC的上導(dǎo)體。參照?qǐng)D9，貼片板包括矩形貼片，其覆蓋縫隙并且完成將被關(guān)閉和打開的線式極化貼片/縫隙諧振對(duì)。通過(guò)使用控制器向貼片施加電壓關(guān)閉或打開該對(duì)。所需的電壓取決于正在使用的液晶混合物，要求所得的閾值電壓開始調(diào)諧液晶，以及最大飽和電壓(沒有比其更高的電壓的最大飽和電壓產(chǎn)生除了通過(guò)液晶最終降低或者短路以外的任何效果)。在一個(gè)實(shí)施例中，矩陣驅(qū)動(dòng)部用于向貼片施加電壓以便控制耦接。
[0080]天線系統(tǒng)控制
[0081]控制結(jié)構(gòu)具有2個(gè)主要部件;控制器，其包括用于天線系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電子器件，在波散射結(jié)構(gòu)的下方，而矩陣驅(qū)動(dòng)切換陣列以不與輻射干涉的這種方式散布在輻射RF陣列中。在一個(gè)實(shí)施例中，用于天線系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電子器件包括用于商業(yè)電視設(shè)施的商業(yè)現(xiàn)成LCD控制器，其通過(guò)調(diào)節(jié)對(duì)那個(gè)元件的AC偏置信號(hào)的振幅來(lái)調(diào)節(jié)用于每個(gè)散射元件的偏壓。
[0082]在一個(gè)實(shí)施例中，控制器使用軟件控制控制電子器件。在一個(gè)實(shí)施例中，極化的控制是天線的軟件控制的部分，極化被預(yù)編程以匹配來(lái)自地面站與其通信的衛(wèi)星服務(wù)的信號(hào)的極化，或者被預(yù)編程以匹配衛(wèi)星上的接收天線的極化。
[0083]在一個(gè)實(shí)施例中，控制器還包括執(zhí)行軟件的微處理器?？刂平Y(jié)構(gòu)還可結(jié)合傳感器(名義上包括GPS接收器、三軸羅盤和加速計(jì))以向處理器提供位置和定向信息。位置和定向信息可以通過(guò)地面站中的其它系統(tǒng)提供給處理器和/或可以不是天線系統(tǒng)的部分。
[0084]更特別地，控制器控制以操作頻率關(guān)閉哪些元件和打開哪些元件。元件通過(guò)施加電壓被選擇性地解諧用于頻率操作?？刂破鲗㈦妷盒盘?hào)陣列供應(yīng)至RF輻射貼片以產(chǎn)生調(diào)制或控制模式?？刂颇Ｊ绞乖淮蜷_或者關(guān)閉。在一個(gè)實(shí)施例中，控制模式類似于方形波，其中沿著一個(gè)螺旋(LHCP或者RHCP)的元件為“打開”而遠(yuǎn)離螺旋的那些元件為“關(guān)閉”(即，雙調(diào)制模式)。在另一實(shí)施例中，使用多狀態(tài)控制，其中各個(gè)元件被打開和關(guān)閉至變化電平，相對(duì)于方形波，更近似于正弦波控制模式(即，正弦波灰度調(diào)制模式)。有些元件比其它元件輻射更強(qiáng)，而不是有些元件輻射而有些元件不輻射。可變輻射通過(guò)施加特定電壓電平實(shí)現(xiàn)，其將液晶介電常數(shù)調(diào)節(jié)至改變量，從而可變地解諧元件并且使得一些元件比其它元件輻射得更多。
[0085]通過(guò)元件的超材料陣列產(chǎn)生聚焦束可通過(guò)相長(zhǎng)干涉和相消干涉的現(xiàn)象來(lái)解釋。如果當(dāng)它們?cè)谧杂煽臻g相遇時(shí)個(gè)別電磁波的相位相同，則它們加和(相長(zhǎng)干涉)并且如果當(dāng)它們?cè)谧杂煽臻g中相遇時(shí)它們的相位相反，則波互相抵消(相消干涉)。如果縫隙天線中的縫隙被定位為使得每個(gè)連續(xù)縫隙與導(dǎo)波的激勵(lì)點(diǎn)相距不同的距離，則來(lái)自那個(gè)元件的散射波將具有與前一縫隙的散射波不同的相位。如果縫隙間隔開導(dǎo)波波長(zhǎng)的1/4，則每個(gè)縫隙將散射與前一縫隙有四分之一的相位延遲的波。
[0086]利用陣列，可增加能夠產(chǎn)生的相長(zhǎng)干涉和相消干涉的模式的數(shù)量使得使用全息學(xué)原理，波束理論上可指向與天線陣列的瞄準(zhǔn)線成正或負(fù)九十度(90°)的任何方向。因此，通過(guò)控制打開或者關(guān)閉哪些超材料單元晶胞(即，通過(guò)改變哪個(gè)單元晶胞被打開的模式和哪個(gè)單元晶胞被關(guān)閉的模式)，可產(chǎn)生相長(zhǎng)干涉和相消干涉的不同模式，并且天線可改變波前的方向。打開和關(guān)閉單元晶胞所需的時(shí)間決定波束可從一個(gè)位置切換至另一位置的速度。
[0087]極化和波束瞄準(zhǔn)角都通過(guò)調(diào)制或指定打開或關(guān)閉哪些元件被控制的模式來(lái)限定。換句話說(shuō)，瞄準(zhǔn)波束并且以期望方式極化波束的頻率取決于控制模式。因?yàn)榭刂颇Ｊ娇删幊?，所以極化可針對(duì)天線系統(tǒng)編程。對(duì)大部分應(yīng)用而言，期望的極化狀態(tài)是圓或者線的。圓極化狀態(tài)包括螺旋極化狀態(tài)，即分別在圖16A和16B中示出用于從中心饋送并向外行進(jìn)的饋送波的右旋圓極化和左旋圓極化。注意的是，為了得到相同的波束同時(shí)切換饋送方向(例如，從入射饋送到出射饋送)，逆轉(zhuǎn)定向或者感應(yīng)或者螺旋調(diào)制模式。注意的是，當(dāng)陳述打開和關(guān)閉元件的給定螺旋模式以產(chǎn)生左旋圓極化或右旋圓極化時(shí)，也指定饋送波的方向(即，中心或者邊緣饋送)。
[0088]針對(duì)每個(gè)波束的控制模式將被存儲(chǔ)在控制器中或在飛行中計(jì)算或其一些組合。當(dāng)天線控制系統(tǒng)確定天線位于何地并且瞄準(zhǔn)何方時(shí)，然后它根據(jù)天線的瞄準(zhǔn)線確定目標(biāo)衛(wèi)星位于何地。然后控制器命令在陣列中個(gè)別單元晶胞的打開和關(guān)閉模式，其對(duì)應(yīng)于在天線的視野中衛(wèi)星的位置的預(yù)選束模式。
[0089]在一個(gè)實(shí)施例中，天線系統(tǒng)產(chǎn)生針對(duì)上行鏈路天線的一個(gè)可操縱波束和針對(duì)下行鏈路天線的一個(gè)可操縱波束。
[0090]圖10說(shuō)明具有確定在操作頻率關(guān)閉的圖9中的貼片的元件的示例，圖11說(shuō)明具有確定在操作頻率打開的圖9中的貼片的元件的示例。圖12說(shuō)明全波建模的結(jié)果，其示出關(guān)于圖1O和圖11的元件對(duì)打開和關(guān)閉調(diào)制模式的電場(chǎng)響應(yīng)。
[0091]圖13說(shuō)明波束形成。參照?qǐng)D13，可通過(guò)識(shí)別與選擇的波束模式相對(duì)應(yīng)的干涉模式然后調(diào)節(jié)穿過(guò)散射元件的電壓根據(jù)全息學(xué)原理產(chǎn)生波束來(lái)調(diào)節(jié)干涉模式以提供任意天線輻射模式。熟知全息術(shù)的基本原理，包括如與這些原理相關(guān)地普遍使用的術(shù)語(yǔ)“物體波束”和“基準(zhǔn)波束”。在使用行進(jìn)波形成作為“基準(zhǔn)波束”的期望的“物體波束”的上下文中的RF全息術(shù)按如下執(zhí)行。
[0092]調(diào)制模式按如下確定。首先，產(chǎn)生有時(shí)被稱為饋送波的基準(zhǔn)波(束)ο圖19A說(shuō)明基準(zhǔn)波的示例。參照?qǐng)D19A，環(huán)1900是基準(zhǔn)波的電場(chǎng)和磁場(chǎng)的相位波前。它們展現(xiàn)出正弦式時(shí)間變化。箭頭1901說(shuō)明基準(zhǔn)波的向外傳播。
[0093]在該示例中，TEM或橫向電磁(Transverse Electro-Magnetic)波向內(nèi)或者向外行進(jìn)。還限定傳播方向，對(duì)于該示例，選擇從中心饋送點(diǎn)向外傳播。傳播的平面沿著天線表面。
[0094]產(chǎn)生有時(shí)被稱為物體波束的物體波。在該示例中，物體波為正交天線表面在偏離30度的方向上行進(jìn)的TEM波，其中方位角設(shè)定成O度。還限定極化，對(duì)于該示例，選擇右旋圓極化。圖19B說(shuō)明產(chǎn)生的物體波。參照?qǐng)D19B，示出傳播TEM波1904的電場(chǎng)和磁場(chǎng)的相位波前1903。箭頭1905在每個(gè)相位波前處的電場(chǎng)矢量，以90度間隔表不。在該不例中，它們遵守右旋圓極化選擇。
[0095]干涉或者調(diào)制模式= Re{[A]x[B]*}
[0096]當(dāng)正弦波乘以另一正弦波的共軛復(fù)數(shù)并且取實(shí)部時(shí)，所得的調(diào)制模式也是正弦波?？臻g上，當(dāng)基準(zhǔn)波的最大值遇到物體波的最大值(這兩者都是正弦波時(shí)間變化量)時(shí)，調(diào)制模式是最大值，或者是輻射很強(qiáng)位置。實(shí)際上，這種干涉在每個(gè)散射位置計(jì)算并且不僅取決于元件的位置而且還取決于基于它的旋轉(zhuǎn)的元件的極化和在元件的位置處的物體波的極化。圖19C是所得的正弦調(diào)制模式的示例。
[0097]注意的是，可進(jìn)一步選擇以將所得的正弦波灰度調(diào)制模式簡(jiǎn)化成方形波調(diào)制模式。
[0098]注意的是，穿過(guò)散射元件的電壓通過(guò)在貼片和接地平面之間施加的電壓控制，本文中其是在虹膜板的頂部的金屬化。
[0099]可選的實(shí)施例
[0100]在一個(gè)實(shí)施例中，貼片和縫隙以蜂巢模式定位。圖14A和14B示出這種模式的示例。參照?qǐng)D14A和14B，蜂巢結(jié)構(gòu)是每隔一行向左或向右移動(dòng)半個(gè)元件間距或可選地，每隔一列向上或向下移動(dòng)半個(gè)元件間距。
[0101]在一個(gè)實(shí)施例中，貼片和關(guān)聯(lián)的縫隙被定位成環(huán)以產(chǎn)生徑向布局。在這種情況下，縫隙中心被定位在環(huán)上。圖15A說(shuō)明定位成環(huán)形的貼片(和它們同位的縫隙)的示例。參照?qǐng)D15A，貼片和縫隙的中心在環(huán)上并且該環(huán)相對(duì)于天線陣列的饋送部或終點(diǎn)被同心定位。注意的是，位于相同環(huán)中的相鄰縫隙相對(duì)于彼此定向成幾乎90° (當(dāng)在它們的中心處評(píng)估時(shí))。更特別地，它們被定向在等于90°加沿著包括兩個(gè)元件的幾何中心的環(huán)的角位移的角度處。
[0102]圖15B是用于諸如圖15A中描述的基于環(huán)的縫隙陣列的控制模式的示例。圖15C示出分別針對(duì)LHCP指向30°的波束的產(chǎn)生的近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)。
[0103]在一個(gè)實(shí)施例中，饋送結(jié)構(gòu)被形成以控制耦合以確保穿過(guò)完整2D孔徑輻射或散射的功率大致恒定。這通過(guò)使用介電部中的線性厚度錐形，或者與脊?fàn)铕佀途W(wǎng)絡(luò)的情況類似的錐形來(lái)完成，其造成在饋送點(diǎn)附近耦合較少而在遠(yuǎn)離饋送點(diǎn)處耦合較多。當(dāng)行進(jìn)波遠(yuǎn)離饋送點(diǎn)傳播時(shí)通過(guò)將能量包含在較小體積中，針對(duì)饋送部的高度的線性錐形的使用抵消I/r衰減，其導(dǎo)致在從每個(gè)元件散射的饋送中的較大百分比剩余能量。這對(duì)產(chǎn)生穿過(guò)孔徑的均勻振幅激勵(lì)重要。針對(duì)諸如具有方形或者矩形的外尺寸的結(jié)構(gòu)等非徑向?qū)ΨQ饋送結(jié)構(gòu)，該錐形可以非徑向?qū)ΨQ方式應(yīng)用以使得穿過(guò)孔徑散射的功率大致恒定。互補(bǔ)技術(shù)要求基于它們離饋送點(diǎn)有多遠(yuǎn)在陣列中不同地調(diào)諧元件。
[0104]錐形的一個(gè)示例使用呈麥克斯韋魚眼透鏡形狀的介電部來(lái)實(shí)現(xiàn)，其產(chǎn)生輻射強(qiáng)度的反比例增加以抵消I /r衰減。
[0105]圖18說(shuō)明介電部的線性錐形。參照?qǐng)D18，示出具有同軸饋送部1800的錐形介電部1802以提供同心饋送波來(lái)執(zhí)行RF陣列1801的元件(貼片/虹膜對(duì))。介電部1802 (例如塑料)在高度上從同軸饋送部1800附近的最大高速到最遠(yuǎn)離同軸饋送部1800的點(diǎn)的較低高度成錐形。例如，在它越接近同軸饋送部1800時(shí)，高度B大于高度A。
[0106]按照這點(diǎn)，在一個(gè)實(shí)施例中，介電部被形成非徑向?qū)ΨQ形狀以將能量集中在需要的地方。例如，在如此所述的從單個(gè)饋送點(diǎn)饋送方形天線的情況下，從方形的中心至方形的角的路徑長(zhǎng)度比從方形的中心至方形的邊的中心的路徑長(zhǎng)度長(zhǎng)1.4倍。因此，與方形的邊的4個(gè)中點(diǎn)相比，有更多的能量朝著4個(gè)角集中，并且能量散射的比率也必須是不同的。饋送部的非徑向?qū)ΨQ形狀及其它結(jié)構(gòu)能夠達(dá)到這些要求。
[0107]在一個(gè)實(shí)施例中，不同的介電部被堆疊在給定的饋送結(jié)構(gòu)中以控制在波向外輻射時(shí)從饋送部向孔散射的功率。例如，當(dāng)多于I個(gè)不同的介電部介質(zhì)被堆疊在彼此頂部時(shí)，電能或磁能強(qiáng)度可被集中在特定的介電部中。一個(gè)特定示例是使用塑料層和空氣狀泡沫層，其在操作頻率總厚度小于kff/2，從而導(dǎo)致磁場(chǎng)能量的濃度在塑料中比在空氣狀泡沫中更尚O
[0108]在一個(gè)實(shí)施例中，針對(duì)貼片/虹膜解諧空間上控制控制模式(例如，開始時(shí)打開少數(shù)元件)以控制在孔徑上方的耦合并且根據(jù)饋送方向和期望的孔徑激勵(lì)權(quán)值散射更多或更少的能量。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，在開始時(shí)使用的控制模式打開比余下時(shí)間少的縫隙。例如，開始時(shí)，將要被打開以形成波束、在圓柱饋送部的中心的附近的一些百分比(例如40%、50%)的元件(貼片/虹膜縫隙對(duì))僅在第一階段期間打開，然后打開遠(yuǎn)離圓柱饋送部的剩余的元件。在可選的實(shí)施例中，當(dāng)波遠(yuǎn)離饋送部傳播時(shí)，可從圓柱饋送部連續(xù)打開元件。在另一實(shí)施例中，脊?fàn)铕佀途W(wǎng)絡(luò)替換介電部間隔部(例如間隔部205的塑料)并且允許進(jìn)一步控制傳播饋送波的定向?？墒褂眉共恳栽陴佀筒恐挟a(chǎn)生對(duì)稱的傳播(即，坡印亭(Poyn t ing)矢量不平行于波矢量)從而抵消l/r衰減。以這種方式，在饋送部?jī)?nèi)使用脊部幫助將能量引導(dǎo)至需要之處。通過(guò)將更多脊部和/或高度可變的脊部引導(dǎo)至低能區(qū)域，在孔徑處產(chǎn)生更均勻照射。這允許偏離純粹徑向饋送構(gòu)造，原因是饋送波的傳播方向可不再被徑向定向。脊部上方的縫隙強(qiáng)力耦合，而脊部之間的那些縫隙耦合弱。因此，根據(jù)期望的耦合(以獲得期望的波束)，脊部的使用和縫隙的設(shè)置允許控制耦合。
[0109]在另一實(shí)施例中，使用提供非圓形對(duì)稱的孔徑照度的復(fù)雜饋送結(jié)構(gòu)。這種應(yīng)用可以是非均勻照度的方形孔徑或者大致非圓形孔徑。在一個(gè)實(shí)施例中，使用向有些區(qū)域比其它區(qū)域輸送更多能量的非徑向?qū)ΨQ介電部。即，介電部能夠具有不同的介電部控制的區(qū)域。其中一個(gè)示例是看來(lái)像麥克斯偉魚眼透鏡的介電部分布。這種透鏡將不同量的功率輸送至陣列的不同部分。在另一實(shí)施例中，使用脊部饋送結(jié)構(gòu)以向有些區(qū)域比其它區(qū)域輸送更多的能量。
[0110]在一個(gè)實(shí)施例中，此處描述的多個(gè)該類型圓柱饋送副孔徑天線被排列成陣列。在一個(gè)實(shí)施例中，使用一個(gè)或多個(gè)附加饋送結(jié)構(gòu)。并且在一個(gè)實(shí)施例中，包括分布式增幅點(diǎn)(amplificat1n point)。例如，天線系統(tǒng)可包括陣列中的諸如圖2A或2B所示的多個(gè)天線。陣列系統(tǒng)可以是3x3(總共9個(gè)天線)、4x4、5x5等，但是有可能是其它構(gòu)造。在這種布置中，每個(gè)天線可具有單獨(dú)的饋送部。在可選的實(shí)施例中，增幅點(diǎn)的數(shù)量可小于饋送部的數(shù)量。
[0111]優(yōu)點(diǎn)和益處
[0112]改善的波束性能
[0113]本發(fā)明架構(gòu)的實(shí)施例的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是比線性饋送有更好的波束性能。在邊緣處的自然、內(nèi)置錐形可以幫助獲得良好的波束性能。
[0114]在陣列因子計(jì)算中，可僅使用打開和關(guān)閉元件從40cm孔徑滿足FCC遮蔽。
[0115]使用圓柱饋送，本發(fā)明的實(shí)施例在側(cè)部附近沒有阻抗擺動(dòng)，沒有由1-波長(zhǎng)周期性結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的帶間隙。
[0116]本發(fā)明的實(shí)施例沒有當(dāng)掃描側(cè)部時(shí)的衍射模式問(wèn)題。
[0117]動(dòng)態(tài)極化
[0118]存在(至少)可用于此處描述的架構(gòu)的兩種元件設(shè)計(jì):圓極化元件和成對(duì)的線性極化元件。使用成對(duì)的線性極化元件，可通過(guò)使相對(duì)于第二組施加于一組元件的調(diào)制相位延遲或者相位提前動(dòng)態(tài)改變圓極化感應(yīng)。為了實(shí)現(xiàn)線性極化，一組相對(duì)于第二組(實(shí)際上正交組)的相位提前將為180度。線性極化還可只使用元件小塊的變化合成，提供用于追蹤線性極化的機(jī)構(gòu)。
[0119]操作的帶寬
[0120]操作的開關(guān)模式有機(jī)會(huì)延長(zhǎng)動(dòng)態(tài)和瞬態(tài)帶寬，這是因?yàn)椴僮髂Ｊ讲恍枰總€(gè)元件被調(diào)諧到它的諧振曲線的特別部分。在沒有重要性能影響的情況下，天線可通過(guò)它的范圍的振幅和相位全息圖部分連續(xù)操作。這使操作范圍更靠近于總可調(diào)范圍。
[0121]與石英/玻璃基底的間隙可能較小
[0122]圓柱饋送結(jié)構(gòu)可利用TFT架構(gòu)，其意味著在石英或者玻璃上起作用。這些基板比電路板硬得多，并且存在用于獲得大約3um的間隙尺寸的更好的已知技術(shù)。3um的間隙尺寸將導(dǎo)致14ms的切換速度。
[0123]復(fù)雜性減少
[0124]此處描述的公開的架構(gòu)不需要機(jī)械工作并且在生產(chǎn)中僅需要單個(gè)結(jié)合階段。此架構(gòu)結(jié)合切換至TFT驅(qū)動(dòng)電子線路，排除昂貴的材料和一些艱難的要求。
[0125]雖然本發(fā)明的許多改變和變型在閱讀上述說(shuō)明書之后對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將無(wú)疑變得顯而易見，但是將理解的是，通過(guò)例證的方式示出和描述的任何特定實(shí)施例決不旨在認(rèn)為是限制。因此，參考各種實(shí)施例的細(xì)節(jié)并不旨在限制權(quán)利要求的范圍，權(quán)利要求各項(xiàng)本身只引用對(duì)發(fā)明必要的那些特征。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種天線，其包括: 天線饋送部，其輸入圓柱饋送波;和 可調(diào)諧縫隙陣列，其被耦接至所述天線饋送部。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，其中所述縫隙陣列是介電負(fù)載。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，其中所述縫隙陣列包括多個(gè)縫隙并且進(jìn)一步，其中每個(gè)縫隙被調(diào)諧以在給定頻率下提供期望的散射。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的天線，其中所述多個(gè)縫隙中的每個(gè)縫隙相對(duì)于在所述每個(gè)縫隙的中心位置處沖擊的圓柱饋送波以+45度或-45度定向，使得所述縫隙陣列包括相對(duì)于所述圓柱饋送波的傳播方向旋轉(zhuǎn)+45度的第一組縫隙和相對(duì)于所述圓柱饋送波的傳播方向旋轉(zhuǎn)-45度的第二組縫隙。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，其中所述縫隙陣列包括: 多個(gè)縫隙； 多個(gè)貼片，其中所述貼片中的每個(gè)在所述多個(gè)縫隙中的所述縫隙的上方同位并且與其分離，形成貼片/縫隙對(duì)，基于向?qū)χ械乃鲑N片施加電壓，每個(gè)貼片/縫隙對(duì)被關(guān)閉或打開。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的天線，其中介電部在所述多個(gè)縫隙中的每個(gè)縫隙和所述多個(gè)貼片中的其相關(guān)聯(lián)的貼片之間。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的天線，其中所述介電部包括液晶。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的天線，其進(jìn)一步包括控制器，其應(yīng)用控制打開和關(guān)閉哪個(gè)貼片/縫隙對(duì)的控制模式，借此產(chǎn)生波束。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的天線，其中所述控制模式在第一階段期間僅打開用于產(chǎn)生波束的所述貼片/縫隙對(duì)的子集，然后在第二階段期間打開用于產(chǎn)生所述波束的剩余貼片/縫隙對(duì)。10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的天線，其中所述多個(gè)貼片被定位成多個(gè)環(huán)，所述多個(gè)環(huán)相對(duì)于所述縫隙陣列的天線饋送部同心地定位。11.根據(jù)權(quán)利要求5所述的天線，其中所述多個(gè)貼片被包括在貼片板中。12.根據(jù)權(quán)利要求5所述的天線，其中所述多個(gè)貼片被包括在玻璃層中。13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，其進(jìn)一步包括介電層，所述圓柱饋送波行進(jìn)到所述介電層中。14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的天線，其進(jìn)一步包括: 接地平面； 同軸引腳，其被耦接至所述接地平面以將所述饋送波輸入至所述天線中，其中所述介電層在所述接地平面和所述縫隙陣列之間。15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的天線，其進(jìn)一步包括至少一個(gè)RF吸收器，其被耦接至所述接地平面和所述縫隙陣列以終止未使用的能量以防止所述未使用的能量返回通過(guò)所述天線的反射。16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的天線，其進(jìn)一步包括: 間隙導(dǎo)體，其中所述介電層在所述間隙導(dǎo)體和所述縫隙陣列之間； 間隔部，其在所述間隙導(dǎo)體和所述接地平面之間；和 側(cè)部區(qū)域，其將所述接地平面耦接至所述縫隙陣列。17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的天線，其中所述側(cè)部區(qū)域包括兩個(gè)側(cè)部，兩個(gè)側(cè)部區(qū)域中的每一個(gè)成一定角度以使得所述饋送波從所述饋送部的間隔部層向所述饋送部的介電層傳播。18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的天線，其中所述間隔部包括泡沫。19.根據(jù)權(quán)利要求13所述的天線，其中所述介電層包括塑料。20.根據(jù)權(quán)利要求13所述的天線，其中所述介電層是錐形。21.根據(jù)權(quán)利要求13所述的天線，其中所述介電層包括具有不同介電常數(shù)的多個(gè)區(qū)域。22.根據(jù)權(quán)利要求13所述的天線，其中所述介電層包括影響所述饋送波的傳播的多個(gè)分布式結(jié)構(gòu)。23.根據(jù)權(quán)利要求1所述的天線，其進(jìn)一步包括脊?fàn)铕佀途W(wǎng)絡(luò)，所述圓柱饋送波行進(jìn)到所述脊?fàn)铕佀途W(wǎng)絡(luò)中。24.一種天線，其包括: 天線饋送部，其輸入從所述饋送部同心地傳播的饋送波； 介電層，所述饋送波行進(jìn)通過(guò)所述介電層； 多個(gè)縫隙； 多個(gè)貼片，其中所述貼片中的每個(gè)使用液晶層在所述多個(gè)縫隙中的縫隙上方同位并且與其分離，并且形成貼片/縫隙對(duì)，基于將電壓施加于由控制模式指定的對(duì)中的所述貼片，每個(gè)貼片/縫隙對(duì)被關(guān)閉或打開。
【文檔編號(hào)】H01Q13/10GK105960735SQ201580003431
【公開日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2015年1月20日
【發(fā)明人】亞當(dāng)·比利, 納?！だテ? 米卡拉·約翰遜
【申請(qǐng)人】集美塔公司