专利名称：表面散射式天线的制作方法
表面散射式天线
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相关申请:为了满足USPTO非法定要求的目的，本申请构成了发明人NATHAN KUNDTZ等人于2010年10月15日递交的名称为“SURFACE SCATTERING ANTENNAS”的美国专利申请N0.61/455, 171的部分连续案，该美国专利申请目前未决或者为当前未决申请给予申请日的利益的权利的专利申请。美国专利局(USPTO)·已经公布了针对USPTO的计算机程序要求专利申请既要引用母案申请的序号又要表明申请是否为母案申请的连续案、部分连续案或分案申请的效果的通知。Stephen G.Kunin, Benefit of Prior-Filed Application, USPTO 官方公报，2003 年3月18日。本申请实体(下文称为“申请人”)已经在上文中提供了对申请的具体引用以按照法规规定要求该些申请的优先权。申请人理解，法规在其具体引用语言方面是清楚的，并且为了要求美国专利申请的优先权，不要求序号或任何特性记述，诸如“连续案”或“部分连续案”。尽管如此，申请人理解到，USPTO的计算机程序具有一些数据输入要求，并且因此申请人已经提供了本申请及如上文所阐述的其母案申请之间的关系的指示，但是明确地指出这些指示不应以任何方式被解释为关于本申请是否包含除其母案申请的主旨以外的任何新主旨的任何类型的评述和/或准许。
图1为表面散射式天线的示意性描绘图。图2A和2B分别描绘了用于表面散射式天线的示例性调节图案和对应的束图案。图3A和3B分别描绘了用于表面散射式天线的另一示例性调节图案和对应的束图案。图4A和4B分别描绘了用于表面散射式天线的另一示例性调节图案和对应的场图案。图5和图6描绘了表面散射式天线的单位胞腔(unit cell)。图7描绘了元材料元件的示例。图8描绘了表面散射式天线的微带实施例。图9描绘了表面散射式天线的共平面的波导实施例。图10和图11描绘了表面散射式天线的闭合波导实施例。图12描绘了对散射元件进行直接寻址的表面散射式天线。
图13描绘了对散射元件进行矩阵寻址的表面散射式天线。图14描绘了系统框图。图15和图16描绘了流程图。
具体实施例方式在下面的详细说明中，参照附图，附图构成了详细说明的部分。在附图中，类似的符号通常表示相似的部件，除非上下文指出有别的含义。在详细说明、附图和权利要求中说明的示例性的实施例不意在限制。可以使用其它的实施例，并且可进行其它改变，而不偏离本文所提供的主题的精神或范围。在图1中描绘了表面散射式天线的示意性图示。表面散射式天线100包括沿波传播结构104分布的多个散射元件102a、102b。波传播结构104可以为微带、共平面波导、平行板波导、介电平板、闭合或管状的波导或能够支撑被引导波或表面波105沿结构或在结构内的传播的任何其它结构。波形线105为被引导波或表面波的符号描绘，并且该符号描绘不旨在表示被引导波或表面波的实际的波长或幅值；而且，尽管波形线105被描绘为位于波传播结构104内(例如，对于金·属波导中的被引导波)，但是对于表面波，波可能基本位于波传播结构的外部(例如，对于单线传输线上的TM模式或人工阻抗表面上的“欺骗性等离子体激元(spoof plasmon)”)。散射元件102a、102b可以包括元材料元件,元材料元件可嵌置在波传播结构104内、位于波传播结构104的表面上、或位于波传播结构104的瞬逝邻近处内；例如，散射元件能够包括互补的元材料元件，诸如发明人为D.R.Smith等人的名称为“Metamaterials for surfaces and waveguides” 的公开号为 2010/0156573 的美国专利申请中所提出的那些元材料元件，该专利申请通过引用合并于本文中。表面散射式天线还包括至少一个馈送连接器106，该至少一个馈送连接器106被配置为将波传播结构104与馈送结构108耦合。馈送结构108 (示意性地描绘为同轴电缆)可以为传输线、波导或能够提供可经由馈送连接器106发射到波传播结构104的被引导波或表面波105中的电磁信号的任何其它结构。馈送连接器106可以为例如同轴与微带的连接器(例如，SMA与PCB的适配器)、同轴与波导的连接器、模式匹配过渡部分等。尽管图1描绘了为“端发射”配置的馈送连接器，由此被引导波或表面波105可从波传播结构的周边区域(例如，从微带的端部或者从平行板波导的边缘)发射，但在其它实施例中，馈送结构可附接至波传播结构的非周边部，由此被引导波或表面波105可从波传播结构的该非周边部(例如，从微带的中点或者通过平行板波导的顶板或底板中钻出的孔)发射；并且其它的实施例可提供在多个位置处(周边的和/或非周边的)与波传播结构附接的多个馈送连接器。散射元件102a、102b为能够响应于一个或多个外部输入而调节的、具有电磁特性的可调节散射元件。例如，在先前所引用的D.R.Smith等人的专利中描述了可调节散射元件的各种实施例，并且在本公开中对可调节散射元件进行进一步描述。可调节散射元件可包括能够响应于电压输入(例如，用于有源元件(诸如变容抗器、晶体管、二极管)或用于并入有可调谐介电材料(诸如铁电体)的元件的偏压)、电流输入(例如，载荷子直接注射到有源元件中)、光输入(例如，感光材料的照射)、场输入(例如，用于包括非线性磁性材料的元件的磁场)、机械输入(例如，MEMS、执行器、液压系统)等而调节的元件。在图1的示意性示例中，已经被调节至具有第一电磁特性的第一状态的散射元件被描绘为第一元件102a，而已经被调节至具有第二电磁特性的第二状态的散射元件被描绘为第二元件102b。具有与第一和第二电磁特性对应的第一和第二状态的散射元件的描绘不意在限制:实施例可提供可离散地调节以选自与多个不同的离散的电磁特性对应的多个离散状态或者可连续地调节以选自与不同的连续的电磁特性对应的状态连续体的散射元件。而且，图1中所描绘的特定的调节图案(即，元件102a和102b的交替布置)仅为示例性的配置并且不意在限制。在图1的示例中，散射元件102a、102b具有对于被引导波或表面波105的第一和第二耦合系数(coupling)，所述第一和第二耦合系数分别为第一和第二电磁特性的函数。例如，第一和第二耦合系数可以为散射元件在被引导波或表面波的频率或频带处的第一和第二极化度。在一种方法中，第一耦合系数为基本上非零的耦合系数，而第二耦合系数为基本为零的耦合系数。在另一方法中，两个耦合系数基本上为非零，但是第一耦合系数基本上大于(或小于)第二耦合系数。由于第一和第二耦合系数，第一和第二散射元件102a、102b可响应于被引导波或表面波105而生成具有作为相应的第一和第二耦合系数的函数(例如，成比例)的幅值的多个散射电磁波。散射电磁波的叠合包括在该示例中被描述为从表面散射式天线100辐射的平面波110的电磁波。
可通过将散射元件的特定的调节图案(例如，图1中的第一和第二散射元件的交替布置)视为限定散射被引导波或表面波105以生成平面波110的光栅的图案来理解平面波的出现。因为该图案是可调节的，所以表面散射式天线的一些实施例可以提供可调节的光栅或者更一般地全息图，其中散射元件的调节图案可根据全息照相原理来选择。假设例如被引导波或表面波可由作为沿波传播结构104的位置的函数的复标量输入波Ψ η来表示，并且期望的是，表面散射式天线生成可由另一复标量波Ψ-表示的输出波。然后，可以选择与沿波传播结构的输入波和输出波的干涉图案对应的散射元件的调节图案。例如，散射元件可被调节以提供对于被引导波或表面波的、作为由给定的干涉项的函数(例如，与其成比例，或为其的阶跃函数)的耦合系数。以此方式，表面散射式天线的实施例可被调节以通过识别与所选束图案对应的输出波且然后相应地如上文所述调节散射元件来提供任意的天线辐射图案。表面散射式天线的实施例因此可被调节以提供例如所选束方向(例如，束转向)、所选束宽度或形状(例如，具有宽或窄的束宽度的扇形或铅笔形束)、所选零陷布置(例如，零陷转向)、所选多束布置、所选偏振状态(例如，线性的、圆形的或椭圆形的偏振)、所选总相位或其任意组合。可选地或另外地，表面散射式天线的实施例可被调节以通过所选近场辐射分布，例如，提供近场聚焦和/或近场零陷。因为干涉图案的空间分辨率受散射元件的空间分辨率限制，所以散射元件可沿波传播结构布置，使元件间间距比与器件的工作频率对应的自由空间波长小得多(例如，小于该自由空间波长的五分之一的四分之一)。在一些方法中，工作频率为与厘米级自由空间波长对应的选自诸如Ka、Ku和Q等频带的微波频率。该长度级允许使用如下文所述的常规的印刷电路板技术进行散射元件的制造。在一些方法中，表面散射式天线包括具有大体一维散射元件布置的大体一维的波传播结构104，并且该一维布置的调节图案可提供例如作为天顶角(S卩，相对于与一维波传播结构平行的天顶(zenith)方向)的函数的选定天线辐射分布。在其它方法中，表面散射式天线包括具有大体两维散射元件布置的大体两维的波传播结构104，并且该两维布置的调节图案可以提供例如作为天顶角和方位角(即，相对于与两维波传播结构垂直的天顶方向)的函数的选定天线辐射分布。在图2A-4B中示出了包括分布在平面型的矩形波传播结构上的两维散射元件阵列的表面散射式天线的示例性的调节图案和束图案。在这些示例性实施方案中，平面型的矩形波传播结构包括位于该结构的几何中心的单极天线馈电器。图2A表示与具有如图2B的束图案图所示出的选定天顶和方位的窄束对应的调节图案。图3A表示与如图3B的束图案图所示出的双束远场分布对应的调节图案。图4A表示提供如图4B的场强度映射图所示出的近场聚焦的调节图案(该图示出了沿着与矩形波传播结构的长维垂直且对分矩形波传播结构的长维的平面的场强度)。在一些方法中，波传播结构为模块化波传播结构，并且多个模块化波传播结构可被装配以构成模块化的表面散射式天线。例如，多个大体一维的波传播结构可以例如交叉指形样式布置以生成散射元件的有效两维布置。交叉指形布置可以包括例如基本填充两维表面区域的一系列相邻的线性结构(即，成组的平行直线)或成组的相邻的曲线形结构(即，诸如正弦的成组的连续偏移曲线)。作为另一实施例，多个大体两维的波传播结构(每个本身均可包括一系列一维结构，如上所述)可被装配以生成具有较大数量的散射元件的较大孔隙；和/或多个大体两维的波传播结构可被装配为三维结构(例如，形成A框架结构、金字塔形结构或其它多面结构)。在这些模块化的组件中，多个模块化波传播结构中的每个均可具有其自身的馈电连接器106，和/或模块化的波传播结构可被配置为通过两个结构之间的连接将第一模块化波传播结构的被引导波或表面波耦合到第二模块化波传播结构的被引导波或表面波中。在模块化方法的一些应用中，可选择待装配模块的数量以实现提供期望远程通信数据容量和/或服务品质的孔隙尺寸，和/或可选择模块的三维布置以减少可能的扫描损耗。因此，例如，模块化组件可包括安装在与诸如飞机、航天器、船、地面车辆等运载工具的表面平齐的各位置/取向处的多个模块(模块无需毗邻)。在这些和其它的方法中，波传播结构可具有大体非线性或大体非平面的形状，由此与特定的几何形状相符，从而提供共形的表面散射式天线(例如与运载工具的曲线形表面相符)。更一般地，表面散射式天线为可通过选择散射元件的调节图案以使被引导波或表面波的对应散射生成期望输出波来重构的可重构天线。假设例如表面散射式天线包括分布在沿着如图1中的波传播结构104 (或者对于模块化实施方案沿着多个波传播结构)的位置IrjI且具有针对被引导波或表面波105的相应的多个可调节耦合系数{cij的多个散射元件。在沿着(一个或多个)波传播结构或者在(一个或多个)波传播结构内传播时，被引导波或表面波105向第j个散射元件呈现波幅值 和相位奶;随后，产生作为从多个散射元件散射的波的叠加的输出波:
权利要求
1.一种天线，其包括: 波传播结构；以及 多个散射元件，其沿着所述波传播结构分布，使元件间间距显著小于与所述天线的工作频率对应的自由空间波长，其中所述多个散射元件具有针对所述波传播结构的被引导波或表面波模式的多个可调节单独电磁响应，并且所述多个可调节单独电磁响应提供所述天线的可调节辐射场。
2.如权利要求1所述的天线，其中，所述多个散射元件为多个基本相同的散射元件。
3.如权利要求1所述的天线，其中，所述多个可调节单独电磁响应提供针对所述波传播结构的所述被弓I导波或表面波模式的有效介质响应。
4.如权利要求1所述的天线，其中，所述多个可调节单独电磁响应为多个磁偶极辐射场。
5.如权利要求1所述的天线，其中，所述工作频率为微波频率。
6.如权利要求5所述的天线，其中，所述微波频率为Ka波段频率。
7.如权利要求5所述的天线，其中，所述微波频率为Ku波段频率。
8.如权利要求5所述的天线，其中，所述微波频率为Q波段频率。
9.如权利要求1所述的 系统，其中，所述元件间间距小于所述自由空间波长的四分之O
10.如权利要求1所述的系统，其中，所述元件间间距小于所述自由空间波长的五分之O
11.如权利要求1所述的天线，其中，所述波传播结构包括一个或多个传导表面，并且所述多个散射元件对应于所述一个或多个传导表面内的多个孔隙。
12.如权利要求11所述的天线，其中，所述波传播结构为大体两维波传播结构。
13.如权利要求12所述的天线，其中，所述大体两维波传播结构为平行板波导，并且所述一个或多个传导表面为所述平行板波导的上导体。
14.如权利要求11所述的天线，其中，所述波传播结构包括一个或多个大体一维波传播结构。
15.如权利要求14所述的天线，其中，所述一个或多个大体一维波传播结构为构成大体两维天线区域的多个大体一维波传播结构。
16.如权利要求14所述的天线，其中，所述一个或多个大体一维波传播结构包括一个或多个微带。
17.如权利要求16所述的天线，其中，所述一个或多个传导表面为所述一个或多个微带的一个或多个相应的上导体。
18.如权利要求16所述的天线，其中，所述一个或多个传导表面为与所述一个或多个微带的一个或多个上导体平行定位的一个或多个传导带。
19.如权利要求14所述的天线，其中，所述一个或多个大体一维波传播结构包括一个或多个共平面波导。
20.如权利要求19所述的天线，其中，所述一个或多个传导表面位于所述一个或多个共平面波导上方。
21.如权利要求14所述的天线，其中，所述一个或多个大体一维波传播结构包括一个或多个闭合波导。
22.如权利要求21所述的天线，其中，所述一个或多个闭合波导包括一个或多个矩形波导。
23.如权利要求22所述的天线，其中，所述一个或多个矩形波导包括一个或多个双脊矩形波导。
24.如权利要求21所述的天线，其中，所述一个或多个传导表面为所述一个或多个闭合波导的一个或多个相应的上表面。
25.如权利要求21所述的天线，其中，所述一个或多个传导表面位于所述一个或多个闭合波导的一个或多个相应的上表面的上方，并且所述一个或多个相应的上表面包括与所述一个或多个传导表面内的所述多个孔隙相邻的多个虹状部。
26.如权利要求11所述的天线，其中，所述多个孔隙限定与所述一个或多个传导表面电分离的相应的多个传导岛，并且所述天线进一步包括: 多个偏压线，其被配置为提供所述一个或多个传导表面和所述相应的多个传导岛之间的相应偏压；以及 电可调节材料，其至少部分地布置在所述多个孔隙的相应近处内。
27.如权利要求26所述的天线，其中，所述电可调节材料为液晶材料。
28.如权利要求27所述的天线，其中，所述液晶材料为向列型液晶。
29.如权利要求2 7所述的天线，其中，所述液晶材料为双频液晶。
30.如权利要求27所述的天线，其中，所述液晶材料为聚合物网络液晶。
31.如权利要求27所述的天线，其中，所述液晶材料为聚合物分散型液晶。
32.如权利要求11所述的天线，其中，所述多个孔隙限定与所述一个或多个传导表面电分离的相应的多个传导岛，所述多个孔隙成排成列地布置，并且所述天线进一步包括: 多个偏置电路，其被配置为提供所述一个或多个传导表面和所述相应的多个传导岛之间的相应偏压； 成组的排控制线，每个排控制线对成排的所述多个偏置电路进行寻址； 成组的列控制线，每个列控制线对成列的所述多个偏置电路进行寻址；以及 电可调节材料，其至少部分地设置在所述多个孔隙的相应近处内。
33.如权利要求32所述的天线，其中，所述多个偏置电路分别与所述多个孔隙相邻地成排成列地布置。
34.如权利要求11所述的天线，其中，所述多个孔隙限定具有针对所述被引导波或表面波的磁场的多个磁偶极响应的多个互补元材料元件。
35.如权利要求34所述的天线，其中，所述多个互补元材料元件为多个互补电LC元材料元件。
36.如权利要求34所述的天线，其中，所述多个磁偶极响应为与所述一个或多个传导表面平行取向的多个平面内磁偶极响应。
37.如权利要求36所述的天线，其中，所述多个平面内磁偶极响应包括沿与所述一个或多个传导表面平行的第一方向取向的第一多个平面内磁偶极响应以及沿与所述第一方向垂直且与所述一个或多个传导表面平行的第二方向取向的第二多个平面内磁偶极响应。
38.一种方法，其包括:传播第一被引导波或表面波以将第一多个相对相位输送到相应的多个位置； 在选自所述相应的多个位置的第一成组的位置处与所述第一被引导波或表面波耦合以在所述第一成组的位置处生成第一多个电磁振荡，所述第一多个电磁振荡生成第一福射场； 传播第二被引导波或表面波以将第二多个相对相位输送到所述相应的多个位置，其中所述第二多个相对相位与所述第一多个相对相位基本相同；以及 在选自所述相应的多个位置的第二成组的位置处与所述第二被引导波或表面波耦合以在所述第二成组的位置处生成第二多个电磁振荡，所述第二多个电磁振荡生成不同于所述第一辐射场的第二辐射场。
39.如权利要求38所述的方法，其中: 所述第一被引导波或表面波和所述第一辐射场限定第一干涉图案，并且选自所述相应的多个位置的所述第一成组的位置对应于所述第一干涉图案的构造性干涉区域内的成组的位置；并且 所述第二被引导波或表面波和所述第二辐射场限定不同于所述第一干涉图案的第二干涉图案，并且选自所述相应的多个位置的所述第二成组的位置对应于所述第二干涉图案的构造性干涉区域内的成组的位置。
40.一种方法，其包括: 在多个位置处接收第一自由空间波； 在选自所述多个位置的第一成组的位置处与所述第一自由空间波耦合以在所述第一成组的位置处生成第一多个电磁振荡，所述第一多个电磁振荡在所述多个位置处生成具有第一多个相对相位的第一被引导波或表面波； 在所述多个位置处接收不同于所述第一自由空间波的第二自由空间波； 在选自所述多个位置的第二成组的位置处与所述第二自由空间波耦合以在所述第二成组的位置处生成第二多个电磁振荡，所述第二多个电磁振荡在所述多个位置处生成具有第二多个相对相位的第二被引导波或表面波，其中所述第二多个相对相位与所述第一多个相对相位基本相同。
41.如权利要求40所述的方法，其中: 所述第一被引导波或表面波和所述第一自由空间波限定第一干涉图案，并且选自所述相应的多个位置的所述第一成组的位置对应于所述第一干涉图案的构造性干涉区域内的成组的位置；并且 所述第二被引导波或表面波和所述第二自由空间波限定不同于所述第一干涉图案的第二干涉图案， 并且选自所述相应的多个位置的所述第二成组的位置对应于所述第二干涉图案的构造性干涉区域内的成组的位置。
42.一种方法，其包括: 选择第一天线辐射图案；以及 对于响应于一个或多个控制输入可调节的表面散射式天线，确定与所选的所述第一天线辐射图案对应的所述一个或多个控制输入的第一值。
43.如权利要求42所述的方法，其中，所述表面散射式天线具有多个散射元件，所述多个散射元件具有作为所述一个或多个控制输入的函数的相应的可调节物理参数。
44.如权利要求43所述的方法，其中，所述一个或多个控制输入的所述第一值的所述确定包括: 确定所述相应的可调节物理参数的相应第一值以提供所选的所述第一天线辐射图案；以及 确定与所述相应的可调节物理参数的所确定的所述相应第一值对应的所述一个或多个控制输入的所述第一值。
45.如权利要求43所述的方法，其中，所述相应的可调节物理参数为所述多个散射元件的相应的可调节谐振频率。
46.如权利要求43所述的方法,其中，所述一个或多个控制输入包括用于所述多个散射兀件的多个相应的偏压。
47.如权利要求43所述的方法，其中，所述多个散射元件可按排和按列寻址，并且所述一个或多个控制输入包括成组的排输入和成组的列输入。
48.如权利要求43所述的方法，其中，所述多个散射元件由具有可调节增益的成组的馈电线馈电，并且所述一个或多个控制输入包括所述可调节增益。
49.如权利要求43所述的方法，其进一步包括: 提供用于所述表面散射式天线的所述一个或多个控制输入的所述第一值。
50.如权利要求42所述的方法，其中，所述第一天线辐射图案的选择包括天线束方向的选择。
51.如权利要求50所述的方法，其中，所述天线束方向对应于远程通信卫星的方向。
52.如权利要求50所述的方法，其中，所述天线束方向对应于远程通信基站的方向。
53.如权利要求50所述的方法，其中，所述天线束方向对应于远程通信移动平台的方向。
54.如权利要求42所述的方法，其中，所述第一天线辐射图案的所述选择包括一个或多个零陷方向的选择。
55.如权利要求42所述的方法，其中，所述第一天线辐射图案的所述选择包括天线束宽度的选择。
56.如权利要求42所述的方法，其中，所述第一天线辐射图案的所述选择包括多束布置的选择。
57.如权利要求42所述的方法，其中，所述第一天线辐射图案的所述选择包括总体相位的选择。
58.如权利要求42所述的方法，其中，所述第一天线辐射图案的所述选择包括偏振状态的选择。
59.如权利要求58所述的方法，其中，所选的所述偏振状态为圆偏振状态。
60.如权利要求58所述的方法，其中，所选的所述偏振状态为线性偏振状态。
61.如权利要求42所述的方法，其进一步包括: 选择不同于所述第一天线辐射图案的第二天线辐射图案；以及 确定与所选的所述第二天线辐射图案对应的所述一个或多个控制输入的第二值。
62.如权利要求61所述的方法，进一步包括:提供用于所述表面散射式天线的所述一个或多个控制输入的所述第二值。
63.如权利要求61所述的方法，其中，所述第一天线辐射图案的所述选择包括第一天线束方向的选择，并且所述第二天线辐射图案的所述选择包括不同于所述第一天线束方向的第二天线束方向的选择。
64.如权利要求63所述的方法，其中，所选的所述第一天线辐射图案提供与所述第一天线束方向对应的第一偏振状态，所选的所述第二天线辐射图案提供对应于所述第二天线束方向的第二偏振状态，并且所述第一偏振状态与所述第二偏振状态基本相同。
65.如权利要求64所述的方法,其中,所述第一和第二偏振状态为圆偏振状态。
66.如权利要求64所述的方法，其中，所述第一和第二偏振状态为线性偏振状态。
67.如权利要求63所述的方法,其中,所述第一和第二天线束方向对应于第一和第二远程通信卫星的方向。
68.如权利要求63所述的方法，其中，所述第一和第二天线束方向对应于选自包括远程通信卫星、远程通信基站或远程通信移动平台的多个物体中的第一和第二物体的方向。
69.—种方法,其包括: 识别用于第一表面散射式天线的第一目标，所述第一表面散射式天线具有响应于一个或多个第一控制输入的第一可调节辐射图案；以及 重复地调节所述一个或多个第一控制输入以提供响应于所述第一目标和所述第一表面散射式天线之间的第一相对运动的所述第一可调节辐射图案的基本连续的变化。
70.如权利要 求69所述的方法，其中，所述第一相对运动为所述第一目标的平移。
71.如权利要求69所述的方法，其中，所述第一相对运动为所述第一表面散射式天线的平移或旋转。
72.如权利要求69所述的方法，其中，所述第一相对运动为所述第一目标的平移和所述第一表面天线的平移或旋转的组合。
73.如权利要求69所述的方法，其中，选择所述第一可调节辐射图案的所述基本连续的变化以将所述第一目标基本保持在所述第一可调节辐射图案的主束内。
74.如权利要求69所述的方法，其中，选择所述第一可调节辐射图案的所述基本连续的变化以将所述第一目标基本保持在所述第一可调节辐射图案的零陷处。
75.如权利要求69所述的方法，其中，选择所述第一可调节辐射图案的所述基本连续的变化以在所述第一目标的位置处提供基本恒定的偏振状态。
76.如权利要求75所述的方法，其中，所述基本恒定的偏振状态为圆偏振状态。
77.如权利要求75所述的方法，其中，所述基本恒定的偏振状态为线性偏振状态。
78.如权利要求69所述的方法，其中，所述第一目标为远程通信卫星。
79.如权利要求69所述的方法，其中，所述第一目标为远程通信基站。
80.如权利要求69所述的方法，其中，所述第一目标为远程通信移动平台。
81.如权利要求69所述的方法，其进一步包括: 识别用于第二表面散射式天线的第二目标，所述第二表面散射式天线具有响应于一个或多个第二控制输入的第二可调节辐射图案；以及 重复地调节所述一个或多个第二控制输入以响应于所述第二目标和所述第二表面散射式天线之间的相对运动来提供所述第二可调节辐射图案的基本连续的变化。
82.如权利要求81所述的方法，其中，所述第一和第二目标为远程通信卫星的星区的成员。
83.如权利要求81所述的方法，其中，所述第一相对运动为所述第一目标的平移，并且所述第二相对运动为所述第二目标的平移。
84.如权利要求81所述的方法，其中: 所述第一相对运动为所述第一目标的平移和所述第一表面天线的平移或旋转的组合； 所述第二相对运动为所述第二目标的平移和所述第二表面天线的平移或旋转的组合；以及 所述第一表面天线的所述平移或旋转与所述第二表面天线的所述平移或旋转相同。
85.如权利要求81所述的方法，其中，选择所述第一可调节辐射图案的所述基本连续的变化以将所述第一目标基本保持在所述第一可调节辐射图案的主束内，并且选择所述第二可调节辐射图案的所述基本连续的变化以将所述第二目标基本保持在所述第二可调节辐射图案的主束内。
86.如权利要求85所述的方法，其进一步包括: 调节所述一个或多个第一控制输入以将所述第二目标基本置于所述第一可调节辐射图案的所述主束内。
87.如权利要求86所述的方法，进一步包括: 识别不同于所述第一和第二目标的用于第二表面散射式天线的新目标；以及调节所述一个或多个第二控制输入以将所述新目标基本置于所述第二可调节辐射图案的所述主束内。
88.—种系统,其包括: 表面散射式天线，其响应于一个或多个控制输入而可调节； 天线控制电路系统，其被配置为提供所述一个或多个控制输入；以及 通信电路系统，其与所述表面散射式天线的馈电结构耦合。
89.如权利要求88所述的系统，其中，所述表面散射式天线具有多个散射元件，所述多个散射元件具有作为所述一个或多个控制输入的函数的相应的可调节物理参数。
90.如权利要求89所述的系统，其中，所述一个或多个控制输入包括用于所述多个散射兀件的多个相应的偏压。
91.如权利要求89所述的系统，其中，所述多个散射元件可按排和按列寻址，并且所述一个或多个控制输入包括成组的排输入和成组的列输入。
92.如权利要求89所述的系统，其中，所述馈电结构包括具有相应的多个放大器的多个馈电器，并且所述一个或多个控制输入包括所述相应的多个放大器的可调节增益。
93.如权利要求88所述的系统，其中，所述天线控制电路系统包括: 存储介质，其包括将成组的天线辐射图案参数与所述一个或多个控制输入的相应组的值映射的查找表。
94.如权利要求93所述的系统，其中，所述成组的天线辐射图案参数包括成组的天线束方向。
95.如权利要求93所述的系统，其中，所述成组的天线辐射图案参数包括成组的天线零陷方向。
96.如权利要求93所述的系统，其中，所述成组的天线辐射图案参数包括成组的天线束宽度。
97.如权利要求93所述的系统，其中，所述成组的天线辐射图案参数包括成组的偏振状态。
98.如权利要求88所述的系统，其中，所述天线控制电路系统包括: 处理器电路系统，其被配置为计算与期望的天线辐射图案参数对应的所述一个或多个控制输入的成组的值。
99.如权利要求98所述的系统，其中，所述处理器电路系统被配置为通过计算与所述期望的天线辐射图案参数对应的全息图案来计算所述一个或多个控制输入的所述成组的值。
100.如权利要求88所述的系统，其进一步包括: 传感器单元，其被配置为检测所述表面散射式天线的环境条件。
101.如权利要求100所述的系统，其中，所述传感器单元包括选自GPS传感器、温度计、回转仪、加速计和应变仪中的一个或多个传感器。
102.如权利要求100所述的系统，其中，所述环境条件包括所述表面散射式天线的位置、取向、温度或机械变形。
103.如权利要求100所述的系统，其中，所述传感器单元被配置为将环境条件数据提供给所述天线控制电路系统，并且所述天线控制电路包括: 电路系统，其被配置为调节所述一个或多个控制输入以补偿所述表面散射式天线的所述环境条件的变化。
全文摘要
表面散射式天线通过沿波传播结构可调节地耦合散射元件来提供可调节辐射场。在一些方法中，散射元件是互补的元材料元件。在一些方法中，通过邻近散射元件设置诸如液晶之类的电可调节材料来使散射元件可调节。方法和系统提供用于各种应用的表面散射式天线的控制和调节。
文档编号H01Q1/00GK103222109SQ201180055705
公开日2013年7月24日 申请日期2011年10月14日 优先权日2010年10月15日
发明者内森·孔特茨, 亚当·比利, 安娜·K·博德曼, 拉塞尔·J·汉尼根, 约翰·亨特, 大卫·R·纳什, 瑞安·阿伦·史蒂文森, 菲利普·A·苏里文 申请人:西尔瑞特有限公司