具体实施方式

示例和实施例公开了具有定向耦合器馈电和波导的诸如平板、漏 波天线的天线。在一个示例中，天线包括具有天线元件的表面、导波 传输线和耦合表面。导波传输线提供导向馈电波。耦合表面位于导波 传输线和具有天线元件的表面之间并将其分隔开。耦合表面被配置成 控制导向馈电波到天线元件的耦合。在一个示例中，耦合表面可以控 制导向馈电波到天线元件的垂直耦合或横向耦合。耦合表面可以对导 向馈电波进行空间滤波，以提供更均匀的功率密度，从而对天线元件 提供更均匀的激励。导向馈电波可以是高功率密度的电磁波或高功率 密度的径向衰减的电磁波。

在一个示例中，天线元件可以是散射天线元件，并且表面可以是 天线的散射表面。在各个实施例中，导波传输线可以是边缘馈电柱形 波导、中心馈电柱形波导、线性波导或条带线传输线的一部分。波导 可包括顶部波导和底部波导。在一个示例中，底部波导中的电磁波可 以通过耦合表面馈入顶部波导，以补偿顶部导向件中的功率衰减。

在下面的描述中，阐述了大量的具体细节以提供对本发明的更全 面理解。然而，显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实 践本发明。在其它情况下，以框图形式而非详细地示出公知的结构和 装置，以避免使本发明模糊。

以下详细描述的一些部分是就对计算机存储器内数据位的操作 的算法和符号表示的方面来提出的。这些算法描述和表示是数据处理 领域的技术人员用来将他们工作的实质最有效地传达给本领域其他技 术人员的手段。这里通常认为算法是导致期望结果的自洽的步骤序列。 这些步骤要求物理地操控物理量。通常，尽管不是必须的，这些物理 量采用能够被存储、传输、组合、比较以及以其他方式操控的电信号 或磁信号的形式。已经证明，主要出于通用的原因将这些信号称为比 特、值、元素、符号、字符、术语以及数字等有时是方便的。

具有定向耦合器的示例性天线

图1示出了用于诸如平板天线的径向馈电天线的均匀孔径功率分 布、中心馈电孔径分布和边缘馈电孔径分布的示例。径向馈电天线可 以具有中心馈电配置或边缘馈电配置。对于中心馈电配置，中心馈电 的射频(RF)波或电磁波向外行进，并且对于边缘馈电配置，边缘馈 电的RF波或电磁波向内行进。分别在图10A和图10B中示出了这种 边缘馈电和中心馈电天线配置。参照图1，顶部曲线图示出了均匀且 理想的孔径分布，其中功率密度均匀地在孔径上加权，这使孔径最大 化以将电磁辐射聚焦到天线元件上。

在以下示例和实施例中，公开了具有带有耦合表面的定向耦合器 的用于改进的且更均匀孔径分布的天线。在以下示例中，耦合表面可 以针对垂直耦合或横向耦合来控制传输线或波导中的导向馈电波到天 线元件的耦合，并且对导向馈电波进行滤波以为天线元件提供更均匀 的功率密度。具有耦合表面的定向耦合器可以与诸如边缘馈电柱形波导、中心馈电柱形波导、线性波导或条带传输线馈电波导的任何类型 的波导一起使用，并且不限于用于天线的任何特定类型的波导系统。

(具有耦合表面的定向耦合器)

图2A示出了提供改进的且更均匀的孔径分布的中心馈电天线200 的横截面视图的一个示例。中心馈电天线200可以提供许多益处，包 括可控制的孔径分布以及容易的中心馈电，中心馈电天线可以是不太 复杂的以便降低制造成本，而不需要例如昂贵的铝加工波导。与边缘 馈电天线相比，中心馈电天线减少了馈电组件中的部件数量，更适于 大批量制造技术，因此制造简单且成本更低。因此，所公开的中心馈 电天线200可以提供更低的功率损耗和更高的增益，而无过耦合/欠耦 合。

参照图2A，中心馈电天线200包括联接或附接到顶部导向件201 的一层天线元件206和容纳中心馈电点205的底部导向件203。在一 个示例中，底部导向件203可以是从中心馈电点205提供导向馈电波 的导向传输线。在一个示例中，耦合表面207(定向耦合器)处于底 部导向件203和顶部导向件201之间，并且可以将导向传输线与天线 元件分隔开。在一个示例中，顶部导向件201和底部导向件203是波 导。在一个示例中，顶部导向件201可包括玻璃层、泡沫层、诸如 Rexolite的塑料层。底部导向件203可包括聚合物层和泡沫。顶部导向 件201和底部导向件203都可以在其端部包括端子以防止波导中的共 振，如通过图2D中的端子211所示的。在一个示例中，中心馈电点 205联接或附接到底部导向件203，并且将RF波或电磁波馈入底部导 向件203，这样可以引导中心馈电天线200的馈电波。在一个示例中， 中心馈电点205可以形成多个电介质叠层的一部分，如图2E(中心部 分叠层)所示，其中注入的模制塑料可以将叠层保持在一起。中心部 分叠层可以具有任意数量的不同的配置层，并且不限于图2E中的示例。 在其他示例中，可以使用金属来保持中心馈电点205的中心叠层。具 有定向耦合器(耦合表面207)的中心馈电天线200可以用于本文公 开的示例和实施例中的天线馈电，包括图5A至图23B的示例和实施 例。

对于图2A中的耦合表面207的示例，耦合表面207处于底部导向 件203与天线元件206之间，天线元件206可以位于顶部导向件201 顶部的表面上。在一个示例中，耦合表面207将顶部导向件201和底 部导向件203分隔开。耦合表面207可以被配置成用作或操作为定向 耦合器，以控制底部导向件203中的导向馈电波到天线元件206的耦 合。在该示例中，耦合表面207可以控制导向馈电波到天线元件206 的垂直耦合。在其他示例中，耦合表面207可以控制导向馈电波到天 线元件的横向耦合。在一个示例中，耦合表面207可以对底部导向件 203中的导向馈电波进行空间滤波，以在顶部导向件201中提供更均 匀的孔径或功率密度分布，并且在天线200中提供对天线元件206的 更均匀的激励。

例如，耦合表面207(定向耦合器)对底部导向件203中的高功 率密度电磁波204进行滤波，并且将该功率密度呈现为馈入顶部导向 件201中的耦合波208以提供更均匀的顶部导向件电磁波202。在一 个示例中，耦合表面207可以包括具有周期性耦合环的接地平面。接 地平面可以电沉积到诸如Rexolite的塑料上或由较大的印制电路板 (PCB)制成。在另一示例中，耦合表面107可以是具有开口的穿孔 接地表面。在一个示例中，耦合表面207可以代替现有天线中的中间 导板，并且可以是其中孔径分布不依赖于频率的宽频带耦合器。在一 个示例中，耦合表面207(或定向耦合器)可以被配置成补偿由电磁 波204在径向方向上传播时的扩散所造成的功率密度的降低。这种效 果对于柱形波导较为常见。

在一个示例中，底部导向件203的耦合波208耦合到顶部导向件 电磁波202，从而增加沿顶部导向件201的长度方向的功率密度。同 样，耦合表面207允许从中心馈电点205径向移动的底部导向件电磁 波204耦合到顶部导向件201中，从而补偿电磁波的功率密度，使得 它不再与导向件的半径成反比。

图2B至图2C示出了图2A的中心馈电天线200的耦合表面207 或定向耦合器的俯视图207A和仰视图207B的示例。顶侧耦合表面 207A示出了同心虹膜211，底侧耦合表面207B示出了同心铜带212。 参照图2B，在一个示例中，同心虹膜211可以蚀刻到金属中，并且可以是5mm宽并彼此间隔开。在一个示例中，虹膜211可以在耦合表面207的一侧上彼此之间具有间隙或间隔，并且金属条带(例如，铜) 212的至少一部分位于耦合表面207的另一侧上，处于该间隙的至少 一部分下方。

参照图2C，在一个示例中，例如铜带212(或环)的同心金属条 带可以具有不同的宽度。在一个示例中，铜带212可以变得比靠近中 心馈电点205的铜带更宽。在另一示例中，对于铜带中的每一个，铜 带112的宽度可以是相同的。在另一实施例中，铜带212由例如铝的 另一种材料制成。在一个示例中，将铜带212或环间隔开，使得反射 相加并相互抵消。在一个示例中，对于一种操作频率，将环间隔□1/4 间隔来产生这种抵消效果。尽管使用了圆形条带或环，但可以使用其 他几何形状，例如重叠的正方形或圆形虹膜。在一个示例中，可以在 顶侧耦合表面207A与底侧耦合表面207B之间放置层，该层可以是例 如聚酰亚胺膜或诸如卡普顿(Kapton)板的板。

图2D示出了从中心馈电天线200的边缘过渡叠层的角度看的横截 面视图的一个示例，示出了用于顶部导向件201和底部导向件203的 腔室中的变化的层。参照图2D，在中心馈电天线的一个边缘处，顶部 导向件201和底部导向件203中的每一个包括端子211。端子211可 以是刚性端子、柔性端子或诸如Eccosorb端子的可塑端子。耦合表面 207位于顶部导向件201与底部导向件203之间并将两者分隔开。在 一个示例中，耦合表面207可以是2mm厚，其中在诸如Megtron 6的 多层电路板基板上具有可以用作接地平面的双侧铜。顶部导向件201 包括玻璃层212、泡沫层213和塑料层214。在一个示例中，玻璃层 212可以是熔融石英玻璃，塑料214可以是Rexolite。底部导向件203 可包括例如聚乙烯的聚合物层215和泡沫层216。图2E示出了从中心 叠层的角度看的中心馈电天线200的顶部导向件201和底部导向件203 的三维视图。

(定向耦合器设计)

如图2A至图2D和图4A至图4B所述的示例性耦合表面或定向 耦合器可以使用与用于如图3A至图3C所述的天线系统的耦合模式理 论相关的常微分方程(ODE)来配置、设计和建模。基于ODE方程， 用于天线系统的耦合表面的公开示例和实施例可以被配置成期望的耦 合率或优化的耦合曲线，以便为天线系统提供更均匀的孔径分布。在 一个示例中，耦合表面可以被设计或配置成控制导向馈电波到天线元 件的耦合，包括控制导波传输线或波导中的导向馈电波到天线元件的 垂直耦合或横向耦合。耦合表面还可以被配置成对导向馈电波进行空 间滤波，以为天线元件提供更均匀的功率密度。

图3A示出了用于改进孔径分布的涉及波导的耦合模式理论和相 关的ODE示例的示图，下面提供了相关OED的示例：

常微分方程(ODE)

场幅度的方程为：

其中κ＝κ_1，2＝κ_2，1

其简单的解法为：

其中

上述ODE为改进分布提供了耦合模式理论的理论基础。该耦合模 式理论涉及光学同向耦合器。在一个示例中，本文公开的定向耦合器 包括对如以下文献中公开的微分方程组求解：A.亚利夫，“导波光学 的耦合模式理论(Coupled-Mode Theory for Guided-WaveOptics)”， IEEE量子电子学期刊，QE-9卷，第9期，1973年9月；以及罗伯特·麦 克劳德(Robert R McLeod)，科罗拉多大学，ECE 4006/5166导波光 学，耦合模式-推导相关章节。

在一个示例中，设计本文公开的定向耦合器涉及重构常微分方程 (ODE)并且它们进行求解，由于在中心馈电天线中的波导中的一个 中存在辐射而得到不同答案。所得到的解与光学定向耦合器的不同， 并且是本发明所独有的。如本文所设计的定向耦合器可以用于柱形漏 波天线以及线性天线。期望的孔径分布是方程组的解的结果，并且可 以是均匀或渐变分布。

关于如图2A至图2E和4A至图4B所公开的中心馈电天线的系统， 可以将系统划分成如图3B所示的三个区域(区域1-3)。区域1涉及 系统中的辐射自由空间。区域2和区域3涉及波导，例如，例如天线 200的漏波天线的顶部导向件和底部导向件。对于涉及中心馈电天线 的区域1至3的这种系统，下面提供了描述区域关系的ODE：

描述区域关系的示例性天线系统ODE

dE₁/dx-αE₂＝0

dE₂/dx+jkE₃+αE₂＝0

dE₃/dx+jkE₂＝0

α是辐射率

k是耦合率

边界条件

E₂(0)＝0

E₃(0)＝1

可以将天线系统的ODE方程减少到如图3C所示的两个区域(区 域2和3)，其中区域2指有损耦合导向件，区域3指耦合导向件或 波导。ODE方程可以简化为中心馈电天线的2方程系统，如下所示：

减少到两方程系统ODE

dE₂/dx+jkE_e+αE₂＝0

dE₃/dx+jkE₂＝0

α是辐射率

k是耦合率

边界条件

E₂(0)＝0

E₃(0)＝1

这些方程产生E3和E2的解，并且输入包括耦合和辐射率。在一 个示例中，设计耦合表面(定向耦合器)假设恒定的辐射率和可变的 耦合率。然后可以根据ODE的解来计算孔径分布，如下所述：

解产生E₃和E₂

P_{top guide}＝E₂E₂ ^*/Z P_{bottom guide}＝E₃ E₃ ^*/Z

P_radiated＝1-P_{top guide}-P_{bottom guide}

|A(z)|²＝d/dz P_radiated

耦合表面可以被设计成使用上述ODE来实现系统的期望耦合率 或优化耦合曲线，以便提供更均匀的孔径分布|A(z)|2。这种定向耦合 器可以提供对沿天线孔径传播的波的更均匀和改进的照度控制。

通过使用这种定向耦合器来改进孔径分布，该系统可以提供许多 改进。改进的示例可以包括孔径效率提升和改进馈电损耗，从而提供 更高的天线增益，可以增加孔径大小而不会显着降低孔径效率。使用 定向耦合器的其他优点包括简单的机械实现方式和较低的构建成本。 可以优化定向耦合器以提供非均匀但仍可能是期望的不同的孔径分布。 例如，将泰勒或切比雪夫分布作为目标有可能降低辐射图旁波瓣。

具有定向耦合器的其他天线系统

图4A示出了具有定向耦合器的天线400的横截面视图的一个示例， 其中定向耦合器用于控制多层印制电路板(PCB)条带线系统中的垂 直耦合。天线400包括附接到接地平面414的第一基板411，该第一 基板411可以用作导波传输线以提供具有电场412和磁场413的导波。 耦合表面410可以是形成在第一基板411顶部上的条带或层，耦合表 面可以用作接地平面并且将第一基板411与形成在耦合表面410上的 第二基板409分隔开。在第二基板409的顶部，形成天线散射表面408， 其包括虹膜407、液晶406、密封件405、贴片404和第三基板401、 以及联接到控制电路403以控制激活液晶406的控制线和通孔402。 有源散射表面408及相关部件可以图5A至图23B中描述的方式进行 操作。在一个示例中，根据图3A至图3C中描述的定向耦合器设计技 术，耦合表面410可以被配置成耦合第一基板411中的导向馈电波或 电磁波，以增加天线散射表面403的天线元件沿第二基板409长度方 向的功率密度。这样，耦合表面410可以允许第一基板411中的电磁 波径向移动，以耦合到第二基板409中，从而补偿第二基板409中的 电磁波的功率密度。

图4B示出了具有定向耦合器的天线420的俯视图的一个示例，该 定向耦合器用于控制与微带线系统实施例的横向耦合。天线420包括 可以提供导向馈电波的微带传输线421。电容耦合元件422可以用作 定向耦合器并且将条带传输线421与天线元件或互补电感电容谐振器 (“互补电LC”或“CELC”)散射元件423分隔开，该散射元件423可 以蚀刻在天线420的上导体中或沉积在天线420的上导体上。在CELC 情况下的LC指的是电感-电容，而不是液晶。在图4B的示例中，电 容耦合元件422可以根据图3A至图3C中描述的技术来配置和实施， 以控制条带传输线421中的导向馈电波或电磁波与CELC散射元件423 的横向耦合。

示例性平板天线

如图1至图4B所述的上述定向耦合器馈电示例和实施例可以用于 如图5A至图23B所述的平板天线。在一个示例中，平板天线是超材 料天线系统的一部分。描述了用于通信卫星地球站的超材料天线系统 的示例。在一个示例中，天线系统是在使用用于民用商业卫星通信的 频率进行操作的移动平台(例如，航空、海上、陆地等)上操作的卫 星地球站(ES)的部件或子系统。在一些示例中，天线系统的示例还 可用于不在移动平台上的地球站(例如，固定或可移动地球站)中。

在一个示例中，天线系统使用表面散射超材料技术来通过单独的 天线形成和操控波束的发射和接收。在一个示例中，与采用数字信号 处理来电形成和操控波束的天线系统(例如，相控阵天线)相反，该 天线系统是模拟系统。

在一个示例中，天线系统包括三个功能子系统：(1)包括柱形 波馈电结构的波导结构；(2)作为天线元件一部分的波散射超材料单 位元胞阵列；以及(3)用于命令使用全息原理从超材料散射元件形成 可调节辐射场(波束)的控制结构。

平板天线的示例性波导结构

图5A示出了用于提供柱形波馈电的同轴馈电部的一个示例的俯 视图。参照图5A，同轴馈电部包括中心导体和外导体。在一个示例中， 柱形波馈电结构利用从馈电点以柱形方式向外扩展的激励从中心点向 天线馈电。也就是说，柱形馈电天线产生向外行进的同心馈电波。在 一个示例中，柱形馈电周围的柱形馈电天线的形状可以是圆形、方形 或任何形状。在另一示例中，柱形馈电天线产生向内行进的馈电波。 在这种情况下，馈电波最自然地来自于圆形结构。图5B示出了具有一 个或多个天线元件阵列的孔径，其中天线元件阵列布置在围绕柱形馈 电天线的输入馈电部的同心环中。

天线元件

在一个示例中，天线元件包括一组贴片和开槽天线(单位元胞)。 该组单位元胞包括散射超材料元件阵列。在一个示例中，天线系统中 的每个散射元件是单位元胞的一部分，单位元胞由下导体、介电基板 以及嵌入有互补电感电容谐振器(“互补电子LC”或“CELC”)的上导 体组成，其中互补电感电容谐振器(“互补电子LC”或“CELC”)蚀刻 在上导体中或沉积在上导体上。在CELC情况下的LC指的是电感-电 容，而不是液晶。

在一个示例中，液晶(LC)设置在散射元件周围的间隙中。液晶 被封装在每个单位元胞中，并使与开槽相关联的下导体和与其贴片相 关联的上导体分隔开。液晶的介电常数是构成液晶的分子的定向的函 数，并且可以通过调节液晶上的偏压来控制分子的定向(并因此控制 介电常数)。在一个示例中，使用这种特性，液晶集成了接通/断开开 关和在接通和断开之间的中间状态，以便将能量从导波传输到CELC。 当接通时，CELC如小型电偶极天线一样发出电磁波。本文所述的教 导和技术不限于具有对于能量传输以二态方式操作的液晶。

在一个示例中，这个天线系统的馈电几何结构允许将天线元件定 位成与波馈送中的波向量成45度(45°)的角度。注意的是，可以使 用其他定位(例如，以40°角)。元件的这个位置能够控制被元件接收 或从元件传输/辐射的自由空间波。在一个示例中，天线元件以小于天 线工作频率的自由空间波长的元件间间隔来布置。例如，如果每一个 波长具有四个散射元件，则30GHz发射天线中的元件将为约2.5mm(即， 为30GHz的10mm自由空间波长的1/4)。

在一个示例中，如果被控制到相同的调谐状态，则两组元件彼此 垂直并且同时具有相等幅度的激励。相对于馈电波激励将两组元件旋 转+/-45度可一次实现两个期望的特征。一组旋转0度且另一组旋转90 度将实现垂直的目标，但不是等幅激励的目标。注意的是，当如上所 述以单个结构从两侧向天线元件阵列馈电时，可以使用0度和90度来 实现隔离。

通过使用控制器向贴片施加电压(跨LC信道的电势)来控制来 自每个单位元胞的辐射功率量。每一个贴片的迹线用于向贴片天线提 供电压。该电压用于调谐电容或使电容失谐，从而调谐各个元件的谐 振频率或使各个元件的谐振频率失谐以实现波束形成。所需电压取决 于所用的液晶混合物。液晶混合物的电压调谐特性主要由液晶开始受 电压影响的阈值电压以及饱和电压来描述，高于该饱和电压则电压的 增加不会引起液晶的大调谐。这两个特征参数可针对不同的液晶混合 物而改变。

在一个示例中，矩阵驱动用于向贴片施加电压，以便与所有其它 元胞分隔开地驱动每一个元胞，而无需针对每一个元胞进行单独的连 接(直接驱动)。由于元件密度高，所以矩阵驱动器是单独处理每个 元胞的最有效方法。

在一个示例中，天线系统的控制结构具有2个主要部件：位于波 散射结构下方的、用于天线系统的包括驱动电子器件的控制器，以及 同时以不干扰辐射的方式散布在整个辐射RF阵列中的矩阵驱动切换 阵列。在一个示例中，天线系统的驱动电子器件包括商用电视设备中 使用的商用成品LCD控制器，该控制器通过调节到每一个散射元件的 AC偏置信号的幅度来调节该元件的偏置电压。

在一个示例中，控制器还包括运行软件的微处理器。控制结构还 可包括用于向处理器提供位置和方向信息的传感器(例如，GPS接收 器、三轴罗盘、3轴加速度计、3轴陀螺仪、3轴磁力计等)。位置和 方向信息可由地球站中的其它系统和/或可以不是天线系统的一部分 的其它系统提供到处理器。

更具体地，控制器控制哪些元件被接通、哪些元件被断开以及在 哪个相位和幅度水平处于操作频率。通过施加电压对元件进行选择性 解调以进行频率操作。

为了传输，控制器向RF贴片提供电压信号阵列以产生调制或控制 图案。控制图案使元件转向不同的状态。在一个示例中，使用多态控 制，其中各个元件接通和断开到不同的电平，这进一步近似正弦控制 图案，而不是方波(即，正弦曲线灰调调制图案)。在一个示例中， 一些元件比其它元件辐射的更强，而不是一些元件辐射而另一些元件 不辐射。通过施加特定的电压电平来实现可变辐射，这将液晶介电常 数调节到不同的量，从而可变地使元件失谐并使一些元件比其它元件 辐射的更多。

由元件的超材料阵列生成的聚焦波束可通过相长干涉和相消干涉 的现象来解释。如果各个电磁波在自由空间中相遇时具有相同的相位 则各个电磁波叠加(相长干涉)，如果各个电磁波在自由空间中相遇 时处于相反相位则它们相互抵消(相消干涉)。如果开槽天线中的开 槽定位在使得每个连续开槽位于与导波的激励点不同的距离处，则来 自该元件的散射波将具有与前一开槽的散射波不同的相位。如果开槽 间隔开四分之一的导波长，则每一个开槽将散射与前一开槽的散射波 具有四分之一相位延迟的波。

使用该阵列，可增加可产生的相长干涉和相消干涉的图案的数量， 使得使用全息术的原理使波束理论上可在自天线阵列的视轴加或减90 度(90°)的任何方向上指向。因此，通过控制接通或断开哪些超材料 单位元胞(即，通过改变使哪些元胞接通以及使哪些元胞断开的图案)， 可产生不同的相长干涉和相消干涉图案，并且天线可改变主波束的方向。接通和断开单位元胞所需的时间决定了波束从一个位置切换到另 一个位置的速度。

在一个示例中，天线系统为上行天线产生一个可控波束，为下行 天线产生一个可控波束。在一个示例中，天线系统使用超材料技术来 接收波束并对来自卫星的信号进行解码，并且形成指向卫星的发射波 束。在一个示例中，与采用数字信号处理来电形成和操控波束的天线 系统(例如，相控阵天线)相反，该天线系统是模拟系统。在一个示 例中，认为天线系统是平面且相对低轮廓的“表面”天线，当与常规的 碟形卫星天线接收器相比时尤为如此。

图6示出了包括接地平面645和可重构谐振器层630的一行天线 元件的透视图600。可重构谐振器层630包括可调谐开槽610的阵列。 可调谐开槽610的阵列可被配置成使天线指向期望的方向。可通过改 变穿过液晶的电压来调谐/调节每一个可调谐开槽。

控制模块680联接到可重构谐振器层630，以通过改变图6中的 穿过液晶的电压来调制可调谐开槽610的阵列。控制模块680可包括 现场可编程门阵列(“FPGA”)、微处理器、控制器、片上系统(Sock) 或其它处理逻辑。在一个示例中，控制模块680包括用以驱动可调谐 开槽610的阵列的逻辑电路(例如，多路器)。在一个示例中，控制 模块680接收包括待被驱动到可调谐开槽610的阵列上的全息衍射图 案所用的规范的数据。可响应于天线和卫星之间的空间关系生成全息 衍射图案，使得全息衍射图案沿适当的方向操控下行波束以进行通信 (如果天线系统执行发射的话，则操控上行波束)。虽然未在每一个 附图中绘出，但类似于控制模块680的控制模块可驱动本公开的附图 中描述的每一个可调谐开槽阵列。

射频(“RF”)全息术也可以使用类似技术，其中当RF参考波束 遇到RF全息衍射图案时可以产生期望的RF波束。在卫星通信的情况 下，参考波束是馈电波的形式，例如馈电波605(在一些示例中约为 20GHz)。为了将馈电波转换为辐射波束(用于发射或接收目的)，计算期望的RF波束(目标波束)和馈电波(参考波束)之间的干涉图 案。将干涉图案驱动到可调谐开槽610的阵列上作为衍射图案，使得 馈电波“操控”成期望的RF波束(具有期望的形状和方向)。换言之， 遇到全息衍射图案的馈电波“重建”目标波束，这是根据通信系统的设 计要求形成的。全息衍射图案包括每一个元件的激励，并且通过计算，其中w_in作为波导中的波动方程，w_out作为 出射波上的波动方程。

图7示出了可调谐振器/开槽610的一个示例。可调谐开槽610包 括虹膜/开槽612、辐射贴片611和设置在虹膜612和贴片611之间的 液晶(LC)613。在一个示例中，辐射贴片611与虹膜612共置。

图8示出了根据一个示例的物理天线孔径的横截面视图。天线孔 径包括接地平面645和包括在可重构谐振器层630中的虹膜层633内 的金属层636。在一个示例中，图8的天线孔径包括图7的多个可调 谐振器/开槽610。虹膜/开槽612由金属层636中的开口限定。诸如图 6的馈电波605的馈电波可以具有与卫星通信信道兼容的微波频率。 馈电波在接地平面645和谐振器层630之间传播。

可重构谐振器层630还包括垫片层632和贴片层631。垫片层632 设置在贴片层631和虹膜层633之间。在一个示例中，间隔物可以代 替垫片层632。在一个示例中，虹膜层633是包括铜层作为金属层636 的印制电路板(“PCB”)。在一个示例中，虹膜层633是玻璃。虹膜层633可以是其它类型的基板。

可在铜层中蚀刻开口以形成开槽612。在一个示例中，虹膜层633 通过导电粘合层导电地联接到图8中的另一结构(例如，波导)。注 意的是，在一个示例中，虹膜层未通过导电粘合层导电地联接，而是 与非导电粘合层接合。

贴片层631也可以是包括金属作为辐射贴片611的PCB。在一个 示例中，垫片层632包括提供机械阻隔以限定金属层636和贴片611 之间尺寸的间隔物639。在一个示例中，间隔物为75微米，但也可使 用其它大小(例如，3-200mm)。如上所述，在一个示例中，图8的 天线孔径包括多个可调谐振器/开槽，例如图7的包括贴片611、液晶 613和虹膜612的可调谐振器/开槽610。间隔物639、虹膜层633和金 属层636限定用于液晶613的腔室。当腔室填充有液晶时，可将贴片 层631层压到间隔物639上以密封谐振器层630内的液晶。

可调制贴片层631和虹膜层633之间的电压以调谐贴片和开槽(例 如，可调谐振器/开槽610)之间的间隙中的液晶。调节穿过液晶613 的电压会改变开槽(例如，可调谐振器/开槽610)的电容。因此，可 通过改变电容来改变开槽(例如，可调谐振器/开槽610)的电抗。开 槽610的谐振频率也根据方程f＝1/(2π√LC)改变，其中f是开槽610 的谐振频率，L和C分别是开槽610的电感和电容。开槽610的谐振 频率影响从通过波导传播的馈电波605辐射的能量。作为示例，如果 馈电波605为20GHz，则可(通过改变电容)将开槽610的谐振频率 调节到17GHz，使得开槽610基本上不耦合来自馈电波605的能量。 或者，可将开槽610的谐振频率调节到20GHz，使得开槽610耦合来 自馈电波605的能量并将该能量辐射到自由空间中。虽然给出的示例 是二态的(完全辐射或根本不辐射)，但利用多值范围内的电压变化进行开槽610的电抗以及因此谐振频率的全灰度控制是可能的。因此， 可精细地控制从每一个开槽610辐射的能量，使得可通过可调谐开槽 的阵列形成详细的全息衍射图案。

在一个示例中，一行中的可调谐开槽彼此间隔λ/5。可以使用其他 类型的间隔。在一个示例中，一行中的每一个可调谐开槽与相邻行中 最近的可调谐开槽间隔λ/2，因此，不同行中的共同定向的可调谐开槽 间隔λ/4，然而，其它间距也是可能的(例如，λ/5、λ/6.3)。在另一 示例中，一行中的每一个可调谐开槽与相邻行中最近的可调谐开槽间 隔λ/3。

本发明的示例对于市场的多孔径需求使用可重构超材料技术，诸 如于2014年11月21日提交的申请号为14/550,178的名称为“来自可 操纵的柱形馈电全息天线的动态极化和耦合控制(Dynamic Polarization and Coupling Control from a SteerableCylindrically Fed Holographic Antenna)”的美国专利申请和于2015年1月30日提交的申请号为14/610,502的名称为“可重构天线的脊状波导馈电结构 (Ridged Waveguide FedStructure for Reconfigurable Antenna)”的美国 专利申请中描述的技术。

图9A至图9D示出了用于产生开槽阵列的不同层的一个示例。注 意的是，在该示例中，天线阵列具有两种不同类型的天线元件，其用 于两种不同类型的频带。图9A示出了根据一个示例的具有与开槽相对 应的位置的第一虹膜板层的一部分。参照图9A，圆圈是虹膜基板底侧 的金属化部分中的开放区域/开槽，用于控制元件与馈源(馈电波)的 耦合。在该示例中，该层是可选层，并不在所有的设计中使用。图9B 示出了根据一个示例的包括开槽的第二虹膜板层的一部分。图9C示出 了根据一个示例的第二虹膜板层的一部分上的贴片。图9D示出了根据 一个示例的开槽阵列的一部分的俯视图。

图10A示出了柱形馈电天线结构的一个示例的侧视图。天线使用 双层馈电结构(即，馈电结构具有两层)产生向内的行进波。在一个 示例中，虽然不是必需的，但天线包括圆形外部形状。也就是说，可 使用非圆形向内前进结构。在一个示例中，图10A中的天线结构包括 图5A至图5B的同轴馈电。

参照图10A，同轴引脚1001用于激发天线的较低层上的场。在一 个示例中，同轴引脚1001是容易获得的50Ω同轴引脚。同轴引脚1001 联接(例如，螺栓连接)到作为传导接地平面1002的、天线结构的底 部。

与传导接地平面1002分隔开的是作为内部导体的间隙导体1003。 在一个示例中，传导接地平面1002和间隙导体1003彼此平行。在一 个示例中，接地平面1002和间隙导体1003之间的距离为0.1″至0.15″。 在另一示例中，该距离可以是λ/2，其中λ为处于工作频率的行进波的 波长。

接地平面1002经由间隔物1004与间隙导体1003分隔开。在一个 示例中，间隔物1004为泡沫或类似空气的间隔物。在一个示例中，间 隔物1004包括塑料间隔物。

在间隙导体1003的顶部是介电层1005。在一个示例中，介电层 1005为塑料。介电层1005的目的在于使行进波相对于自由空间速度 变慢。在一个示例中，介电层1005使行进波相对于自由空间变慢30％。 在一个示例中，适于波束形成的折射率范围为1.2至1.8，其中自由空 间被定义具有等于1的折射率。可使用例如塑料的其它介电间隔物材 料来实现这种效果。注意的是，可使用除塑料之外的材料，只要它们 实现期望的波速减慢效果即可。另选地，具有分布式结构的材料可用 作介电层1005，诸如可进行机加工或光刻界定的周期性子波长金属结 构。

RF阵列1006位于介电层1005的顶部。在一个示例中，间隙导体 1003与RF阵列1006之间的距离为0.1″至0.15″。在另一示例中，该 距离可以是λ_eff/2，其中λ_eff是在设计频率下介质中的有效波长。

天线包括侧部1007和1008。侧部1007和1008成角度以使从同 轴引脚1001馈送的行进波通过反射从间隙导体1003下方的区域(间 隔层)传播到间隙导体1003上方的区域(介电层)。在一个示例中， 侧部1007和1008的角度为45°。在另选示例中，侧部1007和1008可利用连续的半径来代替以实现反射。虽然图10A示出具有45°角的 倾斜的侧部，但是可使用实现从下层馈送到上层馈送的信号发射的其 它角度。也就是说，假设下馈送部中的有效波长大致上与上馈送部中 的有效波长不同，则可使用与理想的45°角的一些偏差来帮助从下馈送 层至上馈送层的传输。

在操作中，当馈电波从同轴引脚1001被馈入时，波从同轴引脚 1001同心地向外地定向而行进于接地平面1002和间隙导体1003之间 的区域中。同心出射波通过侧部1007和1008反射并向内地定向而行 进在间隙导体1003和RF阵列1006之间的区域内。来自圆形外围边缘 的反射使该波保持同相(即，其为同相反射)。行进波被介电层1005 变慢。此时，行进波开始与RF阵列1006中的元件相互作用并激发， 以获得所需的散射。

为终止该行进波，天线在天线的几何中心处包括端子1009。在一 个示例中，端子1009包括引脚端子(例如，50Ω引脚)。在另一示例 中，端子1009包括RF吸收器，其终止未使用的能量以防止未使用的 能量穿过天线的馈送结构反射回来。这些可在RF阵列1006的顶部使 用。

图10B示出了具有出射波的天线系统的另一示例。参照图10B， 两个接地平面1010和1011基本上彼此平行，在接地平面1010与1011 之间具有介电层1012(例如，塑料层等)。RF吸收器1013和1014(例 如，电阻器)将两个接地平面1010和1011联接在一起。同轴引脚1015 (例如，50Ω)向天线馈电。RF阵列1016位于介电层1012的顶部。

在操作中，馈电波通过同轴引脚1015馈送并且同心地向外行进并 且与RF阵列1016的元件相互作用。

图10A和图10B的两个天线中的圆柱馈送部改善了天线的服务角 度。在一个示例中，天线系统在所有方向上都具有距视轴75度(75°) 的服务角度，来代替正负45度方位角(±45°Az)和正负25度仰角 (±25°El)的服务角度。与由许多单独的辐射器组成的任何波束形成 天线一样，整体天线增益取决于组成元件的增益，组成元件本身是角 度相关的。当使用共同辐射元件时，整体天线增益通常会随着波束进 一步远离视轴指向而减小。在偏离视轴75度处，预计有约6dB的显着 增益降低。

具有柱形馈电的天线的示例解决了一个或多个问题。与利用协同 分配器网络馈电的天线相比，这些示例大大简化了馈电结构，从而降 低总的需要的天线和天线馈电容积；通过利用更简略的控制(一直扩 展到简单的二态控制)保持高波束性能来降低对制造和控制误差的敏 感度；与直线馈电相比，因为柱形定向的馈电波导致远场中空间上不 同的旁波瓣，所以提供更有利的旁波瓣图案；并且允许极化是动态的， 包括允许左旋圆、右旋圆和线性极化，而不需要极化器。

波散射元件阵列

图10A的RF阵列1006和图10B的RF阵列1016包括波散射子 系统，其包括充当辐射器的一组贴片天线(即，散射器)。这组贴片 天线包括散射超材料元件阵列。

一个示例中，天线系统中的每个散射元件是单位元胞的一部分， 单位元胞由下导体、介电基板以及嵌入有互补电感电容谐振器(“互补 电子LC”或“CELC”)的上导体组成，其中互补电感电容谐振器(“互 补电子LC”或“CELC”)蚀刻在上导体中或沉积在上导体上。

在一个示例中，液晶(LC)被注入到散射元件周围的间隙中。液 晶被封装在每个单位元胞中，并使与开槽相关联的下导体和与其贴片 相关联的上导体分隔开。液晶的介电常数是构成液晶的分子的定向的 函数，并且可以通过调节液晶上的偏压来控制分子的定向(并因此控 制介电常数)。利用这种特性，液晶用作用于将能量从导波传输到CELC 的接通/断开开关。当接通时，CELC如小型电偶极天线一样发出电磁 波。

控制LC的厚度会增加波束切换速度。下导体和上导体之间的间 隙(液晶厚度)减少百分之五十(50％)导致速度增加四倍。在另一 示例中，液晶的厚度导致约14毫秒(14ms)的波束切换速度。在一个 示例中，以本领域公知的方式掺杂LC以提高响应性，从而可满足7毫秒(7ms)的要求。

CELC元件响应于平行于CELC元件的平面并垂直于CELC间隙 补足物施加的磁场。当电压被施加至超材料散射单位元胞中的液晶时， 导波的磁场分量引起CELC的磁激发，其进而产生与导波频率相同频 率的电磁波。

由单个CELC产生的电磁波的相位可通过导波向量上CELC的位 置来选择。每个元胞产生与平行于CELC的导波同相位的波。因为 CELC小于波长，所以出射波在其通过CELC下方时，具有与导波的 相位相同的相位。

在一个示例中，这个天线系统的柱形馈电几何结构允许将CELC 元件定位成与波馈送中的波的向量成45度(45°)的角度。元件的这 个位置能够控制自元件产生或从其接收的自由空间波的极化。在一个 示例中，CELC以小于天线的操作频率的自由空间波长的元件间间距 布置。例如，如果每一个波长具有四个散射元件，则30GHz发射天线 中的元件将为约2.5mm(即，为30GHz的10mm自由空间波长的1/4)。

在一个示例中，CELC利用贴片天线实现，该贴片天线包括贴片， 该贴片与在贴片和开槽之间的液晶共同定位于开槽上方。在这方面， 超材料天线就充当开槽(散射)波导。使用开槽波导时，出射波的相 位取决于槽相对于导波的位置。

元胞布置

在一个示例中，天线元件以允许系统矩阵驱动电路的方式布置在 柱形馈电天线孔径上。元胞的布置包括用于矩阵驱动的晶体管的布置。 图21示出了矩阵驱动电路相对于天线元件的布置的一个示例。参照图 21，行控制器2101分别经由行选择信号Row1和Row2联接到晶体管 2111和晶体管2112，并且列控制器2102经由列选择信号Column1与 晶体管2111和晶体管2112联接。晶体管2111还经由与贴片2131的 连接而联接到天线元件2121，而晶体管2112经由与贴片2132的连接 而联接到天线元件2122。

在单位元胞被布置在非规则网格中的柱形馈电天线上实现矩阵驱 动电路的初始方法中，执行两个步骤。在第一步骤中，将元胞布置在 同心环上，并且将每个元胞连接到布置在该元胞旁边并用作分别驱动 每个元胞的开关的晶体管。在第二步骤中，构建矩阵驱动电路，以便 在矩阵驱动方法需要时将每个晶体管与唯一地址连接起来。由于矩阵 驱动电路由行和列迹线(类似于LCD)构建，但是元胞布置在环上， 因此没有系统的方法为每个晶体管分配唯一的地址。这种映射问题导 致非常复杂的电路覆盖所有晶体管，并导致用以完成布线的物理迹线 数量的显着增加。由于元胞的高密度，这些迹线由于耦合效应而干扰天线的RF性能。而且，由于迹线的复杂性和高封装密度，迹线的布线 不能通过可商购的布局工具来实现。

在一个示例中，在布置元胞和晶体管之前预定矩阵驱动电路。这 确保了驱动所有元胞所需的迹线的数量最少，且每个元胞具有唯一的 地址。该策略降低了驱动电路的复杂性并简化了布线，从而改善了天 线的RF性能。

更具体地，在一种方法中，在第一步骤中，将元胞布置在由描述 每个元胞的唯一地址的行和列组成的规则矩形网格上。在第二步骤中， 将元胞分组并转换为同心圆，同时保持它们的地址以及在第一步中定 义的与行和列的连接。这种转换的目标不仅是将元胞放在环上，而且 还要保持元胞之间的距离和环之间的距离在整个孔上保持恒定。为了 实现这一目标，有几种方法可以对元胞进行分组。

图11示出了将元胞分组以形成同心正方形(矩形)的示例。参照 图11，正方形1101至1103显示在行和列的网格1100上。在这些示 例中，正方形但非所有正方形在图7的右侧产生元胞布置。然后，通 过数学保角映射过程，将诸如正方形1101至1103的正方形中的每一 个转换成诸如天线元件的环1111至1113的环。例如，外环1111是左 侧的外部正方形1101的转换。

转换后的元胞的密度由除了前一个正方形之外下一个较大的正方 形包括的元胞数量确定。在一个示例中，使用正方形使附加天线元件 的数量ΔN在下一个较大的正方形上为8个附加元胞。在一个示例中， 该数量对于整个孔径是恒定的。在一个示例中，元胞间距1(CP1：环 与环距离)与元胞间距2(CP2：沿环的元胞与元胞的距离)的比率由 下式给出：

因此，CP2是CP1的函数(反之亦然)。然后，图7中的示例的 元胞间距比率为：

这表示CP1大于CP2。

在一个示例中，为了执行转换，在每一个正方形上选择起始点， 例如选择正方形1101上的起始点1121，并且将与该起始点相关联的 天线元件布置在其对应环的一个位置上，例如布置在环1111上的起点 1131上。例如，x轴或y轴可以用作起始点。此后，在正方形上选择 从起始点沿一个方向(顺时针或逆时针)前进的下一个元件，并且该 元件布置在环上的沿正方形中使用的相同方向(顺时针或逆时针)行 进的下一个位置。重复该过程，直到所有天线元件的位置都分配了环 上的位置。对所有正方形重复整个正方形到环形转换过程。

然而，根据分析研究和布线约束，优选应用大于CP1的CP2。为 实现此目的，使用图12中所示的第二策略。参照图12，相对于网格 1200，最初将元胞分组为八边形，例如八边形1201至1203。通过将 元胞分组为八边形，附加天线元件的数量ΔN等于4，这给出了以下比率：

这导致CP2>CP1。通过最初选择起始点，可以与上面参照图11所述 相同的方式执行从八边形到同心环的转换用于进行根据图12的元胞 布置。

在一个示例中，关于图11和图12公开的元胞布置具有许多特征。

这些特征包括：

1)在整个孔径上的恒定CP1/CP2(注意的是，在一个示例中，在孔 径上基本恒定(例如，90％恒定)的天线仍将起作用)；

2)CP2是CP1的函数；

3)随着与中心定位天线馈电部的环距增加，每个环的天线元件数 量持续增加；

4)将所有元胞都连接到矩阵的行和列；

5)所有元胞都具有唯一的地址；

6)将元胞置于同心环上；并且

存在旋转对称性，因为四个扇形体是相同的并且可以旋转1/4楔形以 构建阵列。这有利于分区。

在其他示例中，虽然给出了两种形状，但可以使用任何形状。其 他增量也是可能的(例如，6个增量)。

图13示出了包括虹膜和矩阵驱动电路的小孔径的示例。行迹线 1301和列迹线1302分别表示行连接和列连接。这些线描述了矩阵驱 动网络而不是物理迹线(因为物理迹线可能必须围绕天线元件或其部 分按路线行进)。每对虹膜旁边的正方形是晶体管。

图13还示出了使用双晶体管的元胞布置技术的可能性，其中每一 个部件驱动PCB阵列中的两个元胞。在这种情况下，一个分立装置封 装包括两个晶体管，每一个晶体管驱动一个元胞。

在一个示例中，TFT封装用于实现矩阵驱动装置中的布置和唯一 寻址。图22示出了TFT封装的一个示例。参照图22，示出了具有输 入端口和输出端口的TFT和保持电容器2203。有两个输入端口连接到 迹线2201，两个输出端口连接到迹线2202，以使用行和列将TFT连 接在一起。在一个示例中，行迹线和列迹线以90°角交叉，以使行迹线 和列迹线之间的联接减少并有可能最小化。在一个示例中，行迹线和 列迹线在不同的层上。

图11至图13中所示的建议的元胞布置的另一重要特征在于布局 为重复图案，其中布局的每四分之一区域与其他的四分之一区域相同。 这允许阵列的子部分围绕中心天线馈电部的位置沿旋转方向重复，这 又允许将孔径分割成子孔径。这有助于制造天线孔径。

在另一示例中，矩阵驱动电路和柱形馈电天线上的元胞布置以不 同的方式完成。为了在柱形馈电天线上实现矩阵驱动电路，通过沿旋 转方向重复阵列的子部分来实现布局。该示例还允许改变可用于照度 渐变的元胞密度，以改善RF性能。

在该另选方法中，元胞和晶体管基于由螺旋形迹线形成的晶格在 柱形馈电天线孔径上布置。图14示出了这样的晶格顺时针螺旋的示例， 例如螺旋1401至螺旋1403，其在顺时针方向上弯曲，以及示出了例 如螺旋1411至1413的螺旋，其在顺时针方向或在相反方向上弯曲。 螺旋的不同定向导致顺时针和逆时针螺旋之间的交叉。得到的晶格提 供由逆时针迹线和顺时针迹线的交叉点给出的唯一地址，因此可以用 作矩阵驱动晶格。此外，交叉点可以在同心环上分组，这对于柱形馈 电天线的RF性能至关重要。

与上面讨论的柱形馈电天线孔径上的元胞布置方式不同，上面关 于图14讨论的方式提供了元胞的不均匀分布。如图14所示，元胞之 间的距离随着同心环半径的增加而增加。在一个示例中，将变化的密 度用作在天线阵列控制器的控制下结合照明渐变的方法。

由于元胞的大小和它们之间所需的用于迹线的空间，元胞密度不 能超过一定数量。在一个示例中，基于操作频率，距离是l/5。如上所 述，可以使用其他距离。为了避免靠近中心的密度过高，或者换言之 为了避免靠近边缘处过于稀疏，随着连续同心环的半径增加可以将附 加的螺旋添加到初始螺旋中。图15示出了使用附加螺旋来实现更均匀 密度的元胞布置的示例。参照图15，随着连续同心环半径的增加，将 诸如附加螺旋1501的附加螺旋添加到诸如螺旋1502的初始螺旋中。 根据分析模拟，该方法提供了使完全均匀分布的元胞的性能收敛的RF 性能。在一个示例中，该设计因为渐变元件密度而提供了比上述一些示例更好的旁波瓣行为。

使用螺旋进行元胞布置的另一个优点在于旋转对称性和可重复图 案，这可以简化布线工作并降低制造成本。图16示出了进行重复以填 充整个孔径的所选择的螺旋图案。

注意的是，关于图14至图16公开的元胞布置具有许多特征。这 些特征包括：

1)CP1/CP2不在整个孔径上；

2)CP2是CP1的函数；

3)随着与中心定位的天线馈电部的环距增加，每一个环的天线元 件数量没有增加；

4)所有元胞都连接到矩阵的行和列；

5)所有元胞都具有唯一的地址；

6)将元胞置于同心环上；并且

7)存在旋转对称性(如上所述)。

因此，上面结合图14至图16描述的元胞布置示例具有许多与上 面结合图11至图13描述的元胞布置示例相似的特征。

孔径分区

在一个示例中，通过将多个天线元件区段组合在一起来产生天线 孔径。这要求对天线元件阵列进行分区，并且分区理想地需要天线的 可重复覆盖区域图案。在一个示例中，发生柱形馈电天线阵列的分区， 使得由于每一个辐射元件的不同旋转角度，天线覆盖区域不以直线和 行内方式提供可重复图案。本文讨论的分区方法的一个目标在于提供 分区而不损害天线的辐射性能。

虽然本文描述的分区技术重点在于提高并可能地最大化具有矩形 形状的工业标准基板的表面利用率，但分区方法不限于这种基板形状。

在一个示例中，以四个区段的组合实现其中天线元件布置在同心 和闭合环上的图案的方式执行柱形馈电天线的分区。这方面对于保持RF性能很重要。此外，在一个示例中，每一个区段需要单独的矩阵驱 动电路。

图17示出了将柱形馈电孔径分区成扇形体。参照图17，区段1701 至1704是相同的扇形体，其被组合以构建圆形天线孔径。区段1701 至1704中的每一个上的天线元件布置在环的部分中，当区段1701至 1704组合时，该环的部分形成同心并封闭的环。为了组合这些区段， 将区段安装或层压到载体上。在另一示例中，区段的重叠边缘用于将 它们组合在一起。在这种情况下，在一个示例中，跨边缘产生导电键 结以防止RF泄漏。注意的是，元件类型不受分区的影响。

作为图17所示的这种分区方法的结果，区段1701至1704之间的 接缝在中心处相遇并且从天线孔径的中心到边缘径向地行进。这种配 置是有利的，因为柱形馈电部的产生的电流径向传播并且径向接缝对 传播的波具有较低的寄生影响。

如图17所示，也可以使用作为LCD工业标准的矩形基板来实现 孔径。图18A和图18B示出了图17的应用有矩阵驱动晶格的单个区 段。矩阵驱动晶格为晶体管中的每一个分配唯一的地址。参照图18A 和图18B，列连接器1801和行连接器1802联接以驱动晶格线。图18B 还示出了联接到晶格线的虹膜。

从图17中可以明显看出，如果使用非正方形基板，则不能填充基 板表面的较大面积。为了在非正方形基板上更有效地使用可用表面， 在另一示例中，这些区段位于矩形板上，但是利用更多的板空间以用 于天线阵列的分区部分。在图19中示出这种示例的一个示例。参照图 19，通过组合区段1901至1904产生天线孔径，区段1901至1904包 括基板(例如，板)，其中包括天线阵列的一部分。虽然每一个区段 不表示圆形的扇形体，但四个区段1901至1904的组合封闭了在其上 布置有元件的环。也就是说，，区段1901至1904中的每一个上的天 线元件布置在的环的部分中，这些环的部分当区段1901至1904组合 时形成同心并封闭的环。在一个示例中，基板以滑动瓦片方式组合， 使得非正方形板的较长侧引入矩形开放区域1905。开放区域1905是 位于中心的天线馈电部所在的位置并包括在天线中。

因为馈电部始于底部，所以当存在开放区域时，天线馈电部联接 到其余区段，并且开放区域可以由一块金属封闭以防止来自开放区域 的辐射。也可以使用终端引脚。

以这种方式使用基板允许更有效地使用可用表面区域并且导致孔 径直径增加。

类似于图17、图18A和图18B所示的示例，该示例允许使用元胞 布置策略来获得矩阵驱动晶格以利用唯一地址覆盖每一个元胞。图 20A和图20B示出了图19的应用有矩阵驱动晶格的单个区段。矩阵驱 动晶格为晶体管中的每一个分配唯一的地址。参照图20A和图20B， 列连接器2001和行连接器2002联接以驱动晶格线。图20B还示出了 虹膜。

对于上述两种方法，如上所述，可以基于允许在系统化和预定义 的晶格中产生矩阵驱动电路的最近公开的方法来执行元胞布置。

虽然上述将天线阵列分区为四个区段，但这不是必需的。可以将 阵列划分为奇数个区段，例如，划分为三个区段或五个区段。图23A 和图23B示出了具有奇数个区段的天线孔径的一个示例。参照图23A， 存在未进行组合的三个区段，即区段2301至2303。参照图23B，当三 个区段即区段2301至2303组合时，形成天线孔径。因为所有区段的 接缝不会以直线一直穿过孔径，所以这些布置不是有优势的。然而， 它们确实减轻了旁波瓣。

尽管在阅读了前面的描述之后，本发明的许多改变和修改对于本 领域普通技术人员来说无疑将变得显而易见，但是应该理解，通过图 示的方式示出和描述的任何特定的示例不旨在以任何方式被视为限制。 因此，对各种示例的细节的参考并不旨在限制权利要求的范围，权利 要求本身仅叙述被认为是对本发明必不可少的那些特征。