ホーム > 特許ランキング > カイメタ コーポレイション
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-05-23
(54)【発明の名称】アンテナのルーティング及びレイアウト
(51)【国際特許分類】
H01Q 3/34 20060101AFI20230516BHJP
H01Q 13/10 20060101ALI20230516BHJP
H01Q 13/08 20060101ALI20230516BHJP
【ＦＩ】
H01Q3/34
H01Q13/10
H01Q13/08
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022560390
(86)(22)【出願日】2021-04-05
(85)【翻訳文提出日】2022-11-16
(86)【国際出願番号】 US2021025731
(87)【国際公開番号】W WO2021203084
(87)【国際公開日】2021-10-07
(31)【優先権主張番号】63/005,067
(32)【優先日】2020-04-03
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】63/005,056
(32)【優先日】2020-04-03
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】17/219,745
(32)【優先日】2021-03-31
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】516247177
【氏名又は名称】カイメタ コーポレイション
(74)【代理人】
【識別番号】100094569
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 伸一郎
(74)【代理人】
【識別番号】100103610
【弁理士】
【氏名又は名称】▲吉▼田 和彦
(74)【代理人】
【識別番号】100109070
【弁理士】
【氏名又は名称】須田 洋之
(74)【代理人】
【識別番号】100067013
【弁理士】
【氏名又は名称】大塚 文昭
(74)【代理人】
【識別番号】100086771
【弁理士】
【氏名又は名称】西島 孝喜
(74)【代理人】
【識別番号】100109335
【弁理士】
【氏名又は名称】上杉 浩
(74)【代理人】
【識別番号】100120525
【弁理士】
【氏名又は名称】近藤 直樹
(74)【代理人】
【識別番号】100139712
【弁理士】
【氏名又は名称】那須 威夫
(72)【発明者】
【氏名】ヴァレル カグダス
(72)【発明者】
【氏名】リン スティーヴン エイチ
【テーマコード（参考）】
5J021
5J045
【Ｆターム（参考）】
5J021AB05
5J021AB06
5J021DB04
5J021FA01
5J045DA04
5J045DA10
5J045LA01
(57)【要約】
アンテナのためのルーティング及びレイアウトが記載される。１つの実施形態において、アンテナは、アイリススロット開口部とアイリススロット開口部を覆う電極とを各々が含む複数の無線周波数（ＲＦ）放射アンテナ素子と、複数のＲＦ放射アンテナ素子に結合された複数の駆動トランジスタと、複数のＲＦ放射アンテナ素子のうちの１つのＲＦ放射アンテナ素子の電極に各々が結合された複数のストレージキャパシタと、を有するアパーチャを備える。また、アパーチャは、ＲＦ放射アンテナ素子の電極の下方に位置付けられた１つのＲＦ放射アンテナ素子用の駆動トランジスタ、ＲＦ放射アンテナ素子の電極の下方に位置付けられたＲＦ放射アンテナ素子用のストレージキャパシタ、及びオーバラップ領域において、ストレージキャパシタンスを形成するために１つのＲＦ放射アンテナ素子に共通電圧を送る共通電圧ルーティングに重なる第１の電圧用の１つのＲＦ放射アンテナ素子への金属ルーティングのうちの少なくとも１つを含む。
【選択図】図１Ａ
【選択図】図１Ａ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
アンテナであって、アイリススロット開口部と前記アイリススロット開口部を覆う電極とを各々が含む複数の無線周波数（ＲＦ）放射アンテナ素子と、
前記複数のＲＦ放射アンテナ素子に結合された複数の駆動トランジスタと、
前記複数のＲＦ放射アンテナ素子のうちの１つのＲＦ放射アンテナ素子の前記電極に各々が結合された複数のストレージキャパシタと、
を有するアパーチャを備え、
前記アパーチャは、
前記ＲＦ放射アンテナ素子の電極の下方に位置付けられた前記１つのＲＦ放射アンテナ素子用の前記駆動トランジスタ、
前記ＲＦ放射アンテナ素子の電極の下方に位置付けられた前記１つのＲＦ放射アンテナ素子用のストレージキャパシタ、及び
オーバラップ領域において、ストレージキャパシタンスを形成するために前記１つのＲＦ放射アンテナ素子に共通電圧を送る共通電圧ルーティングに重なる第１の電圧用の前記１つのＲＦ放射アンテナ素子への金属ルーティング、
のうちの少なくとも１つを含む、アンテナ。
【請求項2】
前記電極はパッチを含む、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項3】
前記金属ルーティングは、前記複数のストレージキャパシタのうちの１つのストレージキャパシタを前記電極に結合するドレイン金属ルーティングを含む、請求項１の記載のアンテナ。
【請求項4】
前記ドレイン金属ルーティングは、前記共通電圧ルーティングの上方又は下方にある、請求項３の記載のアンテナ。
【請求項5】
前記オーバラップ領域は、ストレージキャパシタの第２のキャパシタンスと組み合わせて前記１つのＲＦ放射アンテナ素子のキャパシタンスを提供する第１のキャパシタンスを提供し、前記ドレイン金属層の幅及び前記共通電圧ルーティングの幅の一方又は両方は、前記第１のキャパシタンスを取得するよう設定される、請求項３に記載のアンテナ。
【請求項6】
オーバラップエリアの幅は、前記電極の外側よりも電極の下方でより大きい、請求項１の記載のアンテナ。
【請求項7】
前記１つのＲＦ放射アンテナ素子用の前記駆動トランジスタは、前記１つのＲＦ放射アンテナ素子用の前記ストレージキャパシタと共に前記ＲＦ放射アンテナ素子の電極の下方に位置付けられる、請求項１の記載のアンテナ。
【請求項8】
前記１つのＲＦ放射アンテナ素子用の前記駆動トランジスタは、前記ＲＦ放射アンテナ素子の電極の下方に位置付けられ、前記１つのＲＦ放射アンテナ素子用の前記ストレージキャパシタは、前記ＲＦ放射アンテナ素子の電極の外側に位置付けられる、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項9】
前記１つのＲＦ放射アンテナ素子用の前記駆動トランジスタは、前記ＲＦ放射アンテナ素子の電極の下方に位置付けられ、前記１つのＲＦ放射アンテナ素子用の第１のストレージキャパシタは、前記ＲＦ放射アンテナ素子の電極の下方に位置付けられ、前記１つのＲＦ放射アンテナ素子用の第２のストレージキャパシタは、前記ＲＦ放射アンテナ素子の電極の外側に位置付けられる、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項10】
前記電極は、パッチ及びパッチ基板を有するパッチ構造体の一部であり、更にストレージキャパシタは、前記電極の真下に形成され、前記パッチ構造体のパッチ金属層とパッチ基板との間に存在する、請求項１の記載のアンテナ。
【請求項11】
前記パッチの下方のキャパシタンスは、共通電圧金属層を調整することによって調節される、請求項１０に記載のアンテナ。
【請求項12】
前記電極は、パッチ及びパッチ基板を有するパッチ構造体の一部であり、更に前記駆動トランジスタはＴＦＴを含み、少なくとも１つの前記ＴＦＴは、前記パッチ構造体の真下に形成され、且つ前記パッチ構造体のパッチ金属層とパッチ基板との間に存在する、請求項１に記載のアンテナ。
【請求項13】
アンテナであって、複数の無線周波数（ＲＦ）放射アンテナ素子であって、アイリススロット開口部と前記アイリススロット開口部を覆う電極とを各々が含む、複数の無線周波数（ＲＦ）放射アンテナ素子と、
前記複数のＲＦ放射アンテナ素子のうちの１つのＲＦ放射アンテナ素子に各々が結合される複数の駆動トランジスタであって、前記駆動トランジスタのペアの間の１又は２以上の金属ルーティング線が１又は２以上の前記ＲＦ放射アンテナ素子を通る、複数の駆動トランジスタと、
を備える、アンテナ。
【請求項14】
前記各駆動トランジスタは、前記駆動トランジスタのソース及びゲートにそれぞれ結合されたドレイン金属線及びゲート金属線を有し、前記ドレイン金属線は、前記ＲＦ放射アンテナ素子の電極に結合され、前記１又は２以上の金属ルーティング線は、前記ソース金属線及び前記ゲート金属線のうちの１又は２以上を含む、請求項１３に記載のアンテナ。
【請求項15】
前記１又は２以上の金属ルーティング線は、共通電圧ルーティングを含む、請求項１３に記載のアンテナ。
【請求項16】
前記１又は２以上の金属ルーティング線は、前記少なくとも１つのＲＦ放射アンテナ素子の主軸に沿っている、請求項１３に記載のアンテナ。
【請求項17】
前記１又は２以上の金属ルーティング線は、前記少なくとも１つのＲＦ放射アンテナ素子の主軸に対して対称である平行ルーティング線を含む、請求項１６に記載のアンテナ。
【請求項18】
前記１又は２以上の金属ルーティング線の一部は、前記電極と基板との間で前記電極が結合される前記基板上の金属層の上に形成される、請求項１３に記載のアンテナ。
【請求項19】
前記電極はパッチ電極であり、前記基板はパッチ基板である、請求項１８に記載のアンテナ。
【請求項20】
前記パッチ電極と前記金属ルーティング線との間の寄生キャパシタンスを低減するために前記パッチ電極と金属ルーティング線との間に誘電体を更に備える、請求項１９に記載のアンテナ。
【請求項21】
前記金属ルーティング線は、前記電極に近接していないときよりも前記電極に近接しているときに幅狭になる、請求項１３に記載のアンテナ。
【請求項22】
対応する前記アイリススロット開口部の上方のエリアの外側にあるエリアにおいて前記駆動トランジスタのドレイン金属層を少なくとも１つの前記ＲＦ放射アンテナ素子の前記電極に接続するためにビアを更に備える、請求項１３に記載のアンテナ。
【請求項23】
アンテナであって、複数のＲＦ放射アンテナ素子と、
前記複数のＲＦ放射アンテナ素子に結合された複数の構造体と、
を備え、
前記各構造体は、前記複数のＲＦ放射アンテナ素子を駆動するよう結合されたストレージキャパシタに結合される駆動トランジスタを有し、前記複数の構造体の各構造体は、複数のドレイン端子を含む、
アンテナ。
【請求項24】
前記駆動トランジスタは、ＴＦＴである、請求項２３に記載のアンテナ。
【請求項25】
前記複数のドレイン端子の１つだけが、ＲＦ放射アンテナ素子の１又は２以上の異なるリング上で前記１又は２以上のＲＦ素子に結合される、実施例２３に記載のアンテナ。
【請求項26】
前記複数の構造体のうちの１つの構造体の前記複数のドレイン端子のうちの１つに結合されたドレイン線は、前記１つの構造体の前記駆動トランジスタに結合されたゲート線に交差する、請求項２３に記載のアンテナ。
【請求項27】
前記複数の構造体のうちの１つの構造体の前記複数のドレイン端子のうちの１つに結合されるドレイン線は、前記１つの構造体の前記駆動トランジスタに結合されたゲート線又はソース線に交差していない、請求項２３に記載のアンテナ。
【請求項28】
前記複数の構造体のうちの１つの構造体の前記複数のドレイン端子のうちの１つに結合されたドレイン線は、前記１つの構造体の前記駆動トランジスタに結合されたソース線と反対の方向で前記１つの構造体から出ている、請求項２３に記載のアンテナ。
【請求項29】
前記複数の構造体のうちの前記構造体は、前記ＲＦ放射アンテナ素子のローカルリングの接線で延びるルーティングと整合される、請求項２３に記載のアンテナ。
【請求項30】
前記ＴＦＴ／ストレージキャパシタ構造体のうちの１又は２以上の構造体のルーティング線用の１又は２以上の接続部は、前記ＲＦ放射アンテナ素子のローカルリングの接線で延びるルーティングと整合される、請求項２９に記載のアンテナ。
【請求項31】
前記ＴＦＴ／ストレージキャパシタ構造体のうちの１又は２以上の構造体のルーティング線用の１又は２以上の接続部は、前記ＲＦ放射アンテナ素子のローカルリングの接線にわたって延びるルーティングと整合される、請求項２９に記載のアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
（関連出願）
本出願は、２０２０年４月２日に出願された米国仮出願第６３／００４，２７４号、２０２０年４月３日に出願された米国仮特許出願第６３／００５，０５６号、及び２０２１年３月３１日に出願された米国非仮出願第１７／２１９，７４５号の継続出願であり、これらの優先権の利益を主張し、これらの全てが全体として引用により本明細書に組み込まれる。
本出願は、２０２０年４月２日に出願された米国仮出願第６３／００４，２７４号、２０２０年４月３日に出願された米国仮特許出願第６３／００５，０５６号、及び２０２１年３月３１日に出願された米国非仮出願第１７／２１９，７４５号の継続出願であり、これらの優先権の利益を主張し、これらの全てが全体として引用により本明細書に組み込まれる。
【0002】
（技術分野）
本発明の実施形態は無線通信に関し、より詳細には、本発明の実施形態は、アンテナ（例えば、衛星アンテナ）における電線又はトレースのルーティングに関する。
本発明の実施形態は無線通信に関し、より詳細には、本発明の実施形態は、アンテナ（例えば、衛星アンテナ）における電線又はトレースのルーティングに関する。
【背景技術】
【0003】
複数の帯域を有する及び／又はＫａ周波数帯域などの高周波数で動作する無線周波数（ＲＦ）メタマテリアルアンテナは、高密度のＲＦアンテナ素子を必要とする。メタマテリアルアンテナの１つのタイプは、液晶（ＬＣ）ベースのＲＦ放射メタマテリアルアンテナ素子を使用する。これらのアンテナ素子は、アクティブマトリクス駆動回路によって制御又は駆動することができる。一部の実施構成においては、１つのトランジスタが、各ＬＣベースのＲＦメタマテリアルアンテナ素子に結合され、トランジスタのゲートに結合された選択信号に電圧を印加することによってアンテナ素子をオン又はオフにするのに用いられる。薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を含む、多くの異なるタイプのトランジスタを用いることができる。この場合、アクティブマトリクスは、ＴＦＴアクティブマトリクスと呼ばれる。
【0004】
アクティブマトリクスは、アドレス及び駆動回路を用いて、各ＬＣベースのＲＦメタマテリアルアンテナ素子を制御する。アンテナ素子の各々が一意的にアドレス指定されるのを確保するために、マトリクスは、導体の行及び列を用いて選択トランジスタの接続を生成する。アンテナ素子の数が大きい場合には、アンテナ素子を制御及び駆動するための導体の行及び列の数により、接続の全てのルーティングが困難になる可能性がある。
【0005】
ＲＦメタマテリアルアンテナは、駆動トランジスタと共にストレージキャパシタを含むことが多い。例えば、駆動トランジスタがＴＦＴであるときに、ＲＦメタマテリアルアンテナは、レイアウトに多くのＴＦＴキャパシタ構造体を配置することになる。ＲＦアンテナ素子がリング状にレイアウトされたときに、これらのＴＦＴ／キャパシタ構造体は、ＲＦアンテナ素子のリング間のスペースの大部分を消費する。このスペースは、ＲＦアンテナ素子に信号を送るために必要とされる。しかしながら、高密度のＲＦアンテナ素子を有するＲＦメタマテリアルアンテナでは、ＲＦアンテナ素子間の利用可能な領域量が減少し、これによって、これらの構造体及び構造体内の駆動トランジスタのソース、ゲート、及びドレイン線などのルーティング線に利用できるスペースの量が減少する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】米国特許出願１４／５５０，１７８号明細書
【特許文献2】米国特許出願１４／６１０，５０２号明細書
【特許文献3】米国出願公開第２０１５／０２３６４１２号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0007】
アンテナのルーティング及びレイアウトが記載される。１つの実施形態において、アンテナは、アイリススロット開口部とアイリススロット開口部を覆う電極とを各々が含む、複数の無線周波数（ＲＦ）放射アンテナ素子と、複数のアンテナ素子に結合された複数の駆動トランジスタと、複数のアンテナ素子のうちの１つのアンテナ素子の電極に各々が結合される複数のストレージキャパシタと、を有するアパーチャを備える。また、アパーチャは、ＲＦ放射アンテナ素子の電極の下方に位置付けられる１つのアンテナ素子の駆動回路トランジスタ、アンテナ素子の電極の下方に位置付けられる１つのアンテナ素子のストレージキャパシタ、及びオーバラップ領域でストレージキャパシタンスを形成するために１つのアンテナ素子に共通電圧を送る共通電圧ルーティングに重なる第１の電圧用の１つのアンテナ素子への金属ルーティングのうちの少なくとも１つを含む。
【0008】
１つの実施形態において、アンテナは、複数の無線周波数（ＲＦ）放射アンテナ素子であって、アイリススロット開口部とアイリススロット開口部を覆う電極とを各々が含む、複数のＲＦ放射アンテナ素子と、複数のＲＦ放射アンテナ素子のうちの１つのＲＦ放射アンテナ素子に結合される複数の駆動トランジスタであって、駆動トランジスタのペア間の１又は２以上の金属ルーティング線が、１又は２以上のＲＦ放射アンテナ素子を通る、複数の駆動トランジスタと、を備える。
【0009】
１つの実施形態において、アンテナは、複数のＲＦ放射アンテナ素子と、複数のＲＦ放射アンテナ素子に結合された複数の構造体と、を備え、各構造体が、複数のアンテナ素子を駆動するように結合されたストレージキャパシタに結合される駆動トランジスタを有し、複数の構造体の各構造体が、複数のドレイン端子を含む。
【0010】
記載された実施形態及びその利点は、添付図面を参照しながら以下の説明を参照することによって最もよく理解することができる。これらの図面は、記載された実施形態の精神及び範囲から逸脱することなく、記載された実施形態に対して当業者が行い得る形態及び詳細の変更をどのようにも限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1A】ＲＦアンテナ素子の既存のストレージキャパシタ構造体の１つの実施形態を示す図である。
【図1B】アンテナ素子及び駆動トランジスタ／ストレージキャパシタ構造体のレイアウトの１つの実施形態を示す図である。
【図1C】ソース金属ルーティングの真下に共通電圧ルーティング線を延ばし且つパッチ電極の下のソース金属と共通電圧金属のオーバラップを用いるレイアウトの別の実施形態を示す図である。
【図2A】電極エリアに位置付けられる駆動トランジスタを備えたアンテナ素子を有するアンテナアパーチャの一部分の１つの実施形態を示す図である。
【図2B】電極エリアに位置付けられる駆動トランジスタ及びストレージキャパシタを備えたアンテナ素子の１つの実施形態を示す図である。
【図2D】駆動トランジスタと電極エリアに移動したストレージキャパシタの一部分の１つの実施形態を示す図である。
【図3A】主軸に沿って平行なルーティングトレースを備えたＲＦ素子の実施例を示す図である。
【図3B】主軸に沿って平行なルーティングトレースを備えたＲＦ素子の１つの実施例を示す図である。
【図3C】ＲＦアンテナ素子における新しい金属層及び追加されたパッシベーション層の使用の１つの実施例を示す図である。
【図4】パッチ電極がアイリススロット開口部の外側に延びる実施例を示す図である。
【図5A】マトリクス駆動制御システムの一部として駆動トランジスタ（例えば、ＴＦＴ）及びストレージキャパシタを包含している構造体の１つの実施形態を示す図である。
【図5B】複数のドレイン接続部を備えた駆動トランジスタ／ストレージキャパシタ構造体の構造を示す図である。
【図5C】反転ドレイン及びゲート位置を有する駆動トランジスタ／ストレージキャパシタ構造体の１つの実施形態を示す図である。
【図5D】回転された駆動トランジスタ／ストレージキャパシタ構造体の１つの実施形態を示す図である。
【図6】円筒状給電アンテナの入力給電部の周りの同心円リングに配置されたアンテナ素子の１又は２以上のアレイを有するアパーチャを示す図である。
【図7】グランドプレーン及び再構成可能な共振器層を含むアンテナ素子の１つの行を示す斜視図である。
【図8A】同調型共振器／スロットの１つの実施形態を示す図である。
【図8B】物理的アンテナアパーチャの１つの実施形態を示す断面図である。
【図9A】スロットに対応する位置を有する第１のアイリス基板層の一部分を示す図である。
【図9B】スロットを包含する第２のアイリス基板層の一部分を示す図である。
【図9C】第２のアイリス基板層の一部分を覆うパッチを示す図である。
【図9D】スロット式アレイの一部分を示す上面図である。
【図10】円筒状給電アンテナ構造の１つの実施形態を示す側面図である。
【図11】射出波を備えたアンテナシステムの別の実施形態を示す図である。
【図12】アンテナ素子に対するマトリクス駆動回路の配置の１つの実施形態を示す図である。
【図13】ＴＦＴパッケージの１つの実施形態を示す図である。
【図14】同時送信及び受信経路を有する通信システムの別の実施形態を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下の説明では、本発明のより完全な解説を提供するために多数の詳細が示されている。しかしながら、本発明がこれらの特定の詳細なしでも実施できることが当業者に明らかであろう。他の事例では、周知の構造及びデバイスは、本発明を曖昧にしないように、詳細にではなくブロック図の形式で図示されている。
【0013】
アンテナ（例えば、衛星アンテナ）において、電線又はトレースをルーティングするために利用可能なエリアを増やす技術が開示される。「線」及び「トレース」という語は、本明細書全体で同義的に用いられる。１つの実施形態において、アンテナは、マトリクス駆動回路の一部である薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）によって駆動される無線周波数（ＲＦ）メタマテリアルアンテナ素子を有する。このようなアンテナの実施例（例えば、液晶（ＬＣ）ベースのメタマテリアルＲＦ放射アンテナ素子を有する電気的に誘導可能なアンテナなど）を以下に詳しく説明するが、本明細書で説明する技術は、このようなアンテナに制限されず、他のタイプの駆動機構及び／又は駆動トランジスタによって制御される他のタイプのアンテナ素子（例えば、バラクターベースのアンテナ素子、ＭＥＭベースのアンテナ素子など）を備えた他のアンテナに用いることができる。
【0014】
１つの実施形態において、電線（トレース）をルーティングするのに利用可能なエリアは、ＲＦアンテナの性能を低下させないように、駆動トランジスタによって駆動されるＲＦメタマテリアルアンテナのストレージキャパシタを、ＲＦ素子によって占められるエリア（すなわち、ＲＦ素子エリア）などのレイアウトの以前利用できなかったか又は禁じられていたエリアに配置することによって増大する。１つの実施形態において、これは、ＲＦアンテナ素子用のストレージキャパシタンスの一部としてＲＦアンテナ素子のストレージキャパシタから電極（例えば、パッチ電極）までのルーティング線を用いることによって達成される。これは、ルーティングに利用可能なエリアを増大させる。１つの実施形態において、ルーティング線は、電圧ルーティング線が重なり合うように上又は下に交互に電圧ルーティング線を延ばすことによってＲＦアンテナ素子用のストレージキャパシタンスの一部として用いられる。この電圧ルーティング線のオーバラップは、追加のキャパシタンスを生成させる。１つの実施形態において、１つの電圧ルーティング線を、別の電圧ルーティング線の中心を覆うように位置決めすることができる。１つの実施形態において、アンテナ素子用の駆動トランジスタ（例えば、ＴＦＴ）のドレインからのドレイン金属線が、共通電圧（Ｖｃｏｍ）ルーティング線に重なる（例えば、共通電圧ルーティング線の上、下である）。オーバラップは、ルーティングトレースの全長に延びる必要はない。設計プロセスにおいて、単位長当たり生成することができるキャパシタンスの量を計算して次に所望のキャパシタンス値に達するようにオーバラップの長さを計算することができる。１つの実施形態において、重なり合う電圧ルーティング線が、アンテナアパーチャの基板（例えば、パッチ基板）上にルーティングされ、誘電体（例えば、パッシベーション層）などの１又は２以上の材料の層によって互いに分離される。
【0015】
別の実施形態において、電線（トレース）をルーティングするのに利用できるエリアは、位置決めされるＲＦアンテナ素子の電極の下にストレージキャパシタの一部又は全部を配置することによって増大し、アイリススロット開口部の動作を制御する。１つの実施形態において、電極は、アイリス／パッチのペアのパッチ電極である。別の実施形態において、電極は、同調型誘電デバイスである。
【0016】
１つの実施形態において、電線（トレース）をルーティングするのに利用可能なエリアは、ルーティングに利用可能なエリアを増やすために電極（例えば、パッチ電極）の下にＲＦアンテナ素子の駆動トランジスタ（例えば、ＴＦＴ）を配置することによって増加する。
【0017】
これらの技術を用いた結果、ストレージキャパシタ構造体が、ストレージキャパシタのために以前は使用されていなかったスペースに配置され、ストレージキャパシタのサイズが低減され、これによってこれらのエリアにおけるルーティングのためのスペースが広くなる。
【0018】
１つの実施形態において、アンテナは、複数の無線周波数（ＲＦ）放射アンテナ素子を有するアンテナアパーチャを含む。複数のＲＦ放射アンテナ素子の各アンテナ素子は、アイリススロット開口部とアイリススロット開口部を覆う電極とを含む。１つの実施形態において、アンテナアパーチャは、複数の駆動トランジスタ（例えば、マトリクス駆動トランジスタなど）と複数のアンテナ素子に結合された複数のストレージキャパシタとを含む。各ストレージキャパシタは、アンテナ素子の１つの電極に結合される。１つの実施形態において、アパーチャはまた、以下の１又は２以上を含む。
（１）１つのアンテナ素子用の駆動トランジスタが、アンテナ素子の電極（例えば、パッチ電極など）の下方に位置付けられる、
（２）１つのアンテナ素子用のストレージキャパシタが、アンテナ素子の電極の下方に位置付けられる、
（３）第１の電圧用の１つのアンテナ素子への金属ルーティングが、オーバラップ領域において、第２の電圧を１つのアンテナ素子に向ける第２の電圧ルーティング（例えば、共通電圧ルーティングなど）に重なり、２つが重なり合ったときに、ストレージキャパシタンスを形成する。
（１）１つのアンテナ素子用の駆動トランジスタが、アンテナ素子の電極（例えば、パッチ電極など）の下方に位置付けられる、
（２）１つのアンテナ素子用のストレージキャパシタが、アンテナ素子の電極の下方に位置付けられる、
（３）第１の電圧用の１つのアンテナ素子への金属ルーティングが、オーバラップ領域において、第２の電圧を１つのアンテナ素子に向ける第２の電圧ルーティング（例えば、共通電圧ルーティングなど）に重なり、２つが重なり合ったときに、ストレージキャパシタンスを形成する。
【0019】
図１Ａは、ＲＦアンテナ素子の既存のストレージキャパシティ構造体の１つの実施形態を示す。図１Ａを参照すると、駆動トランジスタ／キャパシタ構造体は、ストレージキャパシタ１０１及びトランジスタ（例えば、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）など）１０２を包含する。１つの実施形態において、ストレージキャパシタ１０１及びトランジスタ１０２は、ソースルーティング層上の金属トレースを介して接続される。共通電圧（Ｖｃｏｍ）ルーティング１０３が、ストレージキャパシタ１０１及びトランジスタ１０２に結合される。アンテナ素子は、トランジスタ／キャパシタ構造体に結合され、アイリススロット開口部１０５とアイリススロット開口部１０５を横断するように位置決めされるパッチ電極１０６（例えば、パッチ金属）とを含む。ドレイン金属ルーティング線１０４は、ストレージキャパシタ１０１に結合されたトランジスタ１０２のドレインに、同様に１又は２以上のビア１１１を用いてパッチ電極１０６に結合される。１つの実施形態において、ソース及びドレインの両方が、同じ金属層上にパターン配列され、ソース線が、ＴＦＴソース端子を駆動集積回路に接続し、ドレイン線が、ＴＦＴドレイン端子をストレージキャパシタ及びパッチに接続する。
【0020】
図１Ｂは、アンテナ素子と駆動トランジスタ／ストレージキャパシタ構造体のレイアウトの１つの実施形態を示す。図示した配列は、２つが重なり合うようにドレイン金属ルーティング線の真下にＶｃｏｍルーティング線を延ばすことによって追加のキャパシタンスを提供する。１つの実施形態において、これらは、これらの金属層の間のパッシベーション層によって分離される。１つの実施形態において、誘電体が、パッシベーション層として用いられる。１つの実施形態において、２つの電極間の分離の量は、例えば、限定ではないが、誘電体の処理能力、誘電体特性、ＴＦＴアレイサイズ、ＴＦＴアレイリフレッシュ頻度などの複数の事柄に依存する。０．１～０．３ｕｍの厚さの誘電層がＬＣＤに一般的に用いられる点に留意されたい。この配列によって提供される追加のキャパシタンスは、Ｖｃｏｍルーティング線とドレイン金属ルーティング線が重なり合わない場合よりも駆動トランジスタ／ストレージキャパシタ構造体のストレージキャパシタを小さくできる。
【0021】
図１Ｂを参照すると、駆動トランジスタ／ストレージキャパシタ構造体は、ストレージキャパシタ１１５及びトランジスタ１０２を含む。１つの実施形態において、トランジスタ１０２は、ＴＦＴである。しかしながら、代替えの実施形態において、トランジスタ１０２は、別のタイプの駆動トランジスタである。電圧ルーティング線を重ね合わせることによって生じるキャパシタンスによって、ストレージキャパシタ１１５は、前のストレージキャパシタエリア１１２として図１Ｂに外形が示される図１Ａのストレージキャパシタ１０１よりも小さくなる。
【0022】
駆動トランジスタ／ストレージキャパシタ構造体は、Ｖｃｏｍルーティング線１１３に結合される。Ｖｃｏｍルーティング線１１３は、ドレイン金属ルーティング線１０４の真下を延びる金属トレースであり、ドレイン金属線１０４を辿り、１又は２以上のビア１１１を用いてパッチ電極１０６への接続部に続く。従って、Ｖｃｏｍルーティング線１１３は、駆動トランジスタ／ストレージキャパシタ構造体からのドレイン金属ルーティング線１０４に重なり合い、パッチ電極（例えば、パッチ金属）１０６に接続する。代替えの実施形態において、Ｖｃｏｍ金属ルーティング線１１３は、ドレイン金属ルーティング線１０４の上方にある。上述のように、電圧ルーティング線の重なり部分が、追加のキャパシタンスを提供し、ストレージキャパシタ１１５を図１Ａに示したような従来のストレージキャパシタンスよりも小さくできることを意味する。
【0023】
図１Ｃは、ドレイン金属ルーティングの真下にＶｃｏｍルーティング線を延ばすことによって更にドレイン金属とパッチ電極の真下のＶｃｏｍ金属との間の追加のキャパシタンスを形成することによって更なるキャパシタンスを提供する別の配列を示す。
【0024】
図１Ｃを参照すると、駆動トランジスタ／ストレージキャパシタ構造体は、キャパシタ１１６及びトランジスタ１０２（例えば、ＴＦＴ）を含む。電圧ルーティング線を重ね合わせてＶｃｏｍ金属と電極１０６の下のドレイン金属との間のキャパシタンスを形成することによって提供される追加のキャパシタンスのために、ストレージキャパシタ１１６を、外形が前のストレージキャパシタエリア１１２として示される図１Ａのストレージキャパシタ１０１より小さくすることができる。
【0025】
駆動トランジスタ／ストレージキャパシタ構造体は、Ｖｃｏｍルーティング線１１３に結合される。Ｖｃｏｍ金属１１３は、図１Ｂのようにドレイン金属１０４に重なり、両方がパッチ電極１０６に続く。ドレイン金属ルーティング線１０４は、１又は２以上のビア１２０を用いてパッチ電極１０６に結合される。
【0026】
ドレイン金属ルーティング線１０４は、ドレイン金属１２２に接続される。ドレイン金属１２２は、パッチ電極１０６に接続するドレイン金属のエリアより大きい。１つの実施形態において、Ｖｃｏｍ金属１２１は、ドレイン金属１２２より大きく、ドレイン金属１２２の側面を超えて延長し、Ｖｃｏｍ金属１２１とドレイン金属１２２の間のキャパシタンスを形成する。そうだとしても、ドレイン金属１２２及びＶｃｏｍ金属１２１は、ほんの小さなエリアを占めることによってキャパシタンスを形成することになる。この場合、キャパシタンスは極めて小さくなる。所望のキャパシタンスを取得するために、ＴＦＴアレイパラメータが構成され、ＴＦＴアレイパラメータは、例えば、設計に応じて１０ｘ１０ｕｍから６００ｘ６００ｕｍまでのどれにもすることができる。１つの実施形態において、Ｖｃｏｍ金属１２１とドレイン金属１２２の間の重なりのサイズ（例えば、幅）は、電極の外側ではなく電極の下方で大きい。Ｖｃｏｍ金属１２１とドレイン金属１２２の重なりによるパッチ電極１０６の下のキャパシタンスは、共通電圧金属層１２１とドレイン金属層１２２の一方又は両方のサイズを調整することによって調節することができる。
【0027】
１つの実施形態において、１つのアンテナ素子用の駆動トランジスタ（例えば、ＴＦＴ）は、アンテナ素子の電極（例えば、パッチ電極）の下方に位置付けられ、１つのアンテナ素子のストレージキャパシタは、電極エリアの外側に留まる。すなわち、直接マトリクス駆動制御システムの一部であるＴＦＴなどを備えたアンテナ素子を制御するのに用いられるトランジスタは、パッチ電極エリアの中に配置される。これは、ルーティングに利用可能なエリアを増加させる。
【0028】
図２Ａは、電極エリア（例えば、パッチ電極エリア）に位置付けられる駆動トランジスタを備えたアンテナ素子を有するアンテナアパーチャの一部分の１つの実施形態を示す。図２Ａを参照すると、ストレージキャパシタ２０１は、ビア２０４を用いてドレイン金属ルーティング線２１０を経由してパッチ電極２０６に結合される。トランジスタ２０２（例えば、ＴＦＴ）は、アイリススロット開口部２０５を覆って位置決めされるパッチ電極２０６によって占められるエリアに配置される。
【0029】
１つの実施形態において、パッチ電極２０６は、パッチ及びパッチ基板を有するパッチ構造体の一部であり、トランジスタ２０２は、パッチ電極２０６の真下に形成され、パッチ基板とパッチ基板に取り付けられたパッチ金属層との間に存在する。
【0030】
トランジスタ２０２は、アンテナ素子用の駆動トランジスタの次の行の電極接続部２１１及びアンテナ素子用の駆動トランジスタの前の行の電極接続部２１２に結合される。
【0031】
１つの実施形態において、駆動トランジスタとストレージキャパシタの両方は、電極エリア（例えば、パッチ電極エリア）に移動する。図２Ｂは、電極エリア（例えば、パッチ電極エリア）に位置付けられた駆動トランジスタ及びストレージキャパシタを備えたアンテナ素子の１つの実施形態を示す。図２Ｂを参照すると、パッチ電極２０６は、アイリススロット開口部２０５を覆って位置決めされる。駆動トランジスタ２２２（例えば、ＴＦＴ）は、ストレージキャパシタ２２１と共にパッチ電極２０６のエリアの中にある。１つの実施形態において、駆動トランジスタ２２２とストレージキャパシタ２２１の両方は、パッチ電極２０６の下方に位置付けられる。１つの実施形態において、パッチ電極２０６は、パッチ及びパッチ基板を有するパッチ構造体の一部であり、駆動トランジスタ２２２及びストレージキャパシタ２２１が、パッチ電極２０６の真下に形成され、パッチ基板とパッチ基板に取り付けられたパッチ金属層との間に存在する。
【0032】
Ｖｃｏｍ金属２２５は、ストレージキャパシタ２２１に結合される。ドレイン金属２２６は、ビア２１４を用いてストレージキャパシタ２２１をパッチ電極２０６に結合する。
【0033】
トランジスタ２２２とパッチ電極２０６は、パッシベーション層（図２Ｂには図示せず）を用いて分離される。図２Ｃは、図２Ｂの片側断面図である。電気的接続部２１１は、トランジスタ２２２用のソース電極及びゲート電極を含む。ソース電極は、図２Ｃのパッシベーション２４５と２４６の間にあり、パッシベーション層２４５は、ゲート絶縁層である。１つの実施形態において、トランジスタ２２２のアクティブ領域（例えば、ａ‐Ｓｉ）は、図２Ｃには示されていないが、パッシベーション層２４５と２４６の間に入ることになる。パッシベーション層２４５は、パッチ電極２０６からトランジスタ２２２（例えば、ＴＦＴ）に関係する層を分離する誘電体である。
【0034】
１つの実施形態において、１つのアンテナ素子用の駆動トランジスタ及び第１のストレージキャパシタは、アンテナ素子の電極の下側に位置付けられ、アンテナ素子用の第２のストレージキャパシタは、アンテナ素子の電極の外側に位置付けられる。第１の及び第２のストレージキャパシタは、駆動トランジスタのキャパシタンスを提供する。
【0035】
図２Ｄは、電極エリア（例えば、パッチ電極エリア）の中に移動する駆動トランジスタとストレージキャパシタの一部との１つの実施形態を示す。図２Ｄを参照すると、ストレージキャパシタ２ ２３１は、ドレイン金属２１０を介して、アイリススロット開口部２０５を覆って位置決めされるパッチ電極２０６に結合される。駆動トランジスタ２２２（例えば、ＴＦＴ）及びストレージキャパシタ１ ２２１は、パッチ電極２０６のエリアに位置付けられる。１つの実施形態において、パッチ電極２０６は、パッチ及びパッチ基板を有するパッチ構造体の一部であり、駆動トランジスタ２２２及びストレージキャパシタ１ ２２１は、パッチ電極２０６の真下に形成され且つパッチ基板とパッチ基板に取り付けられたパッチ金属層との間に存在し、ストレージキャパシタ２ ２６１は、パッチ電極２０６のエリアの外側にある。
【0036】
Ｖｃｏｍ金属２２５は、ストレージキャパシタ１ ２２１に結合され、ドレイン金属２２６は、１又は２以上のビア２１４を用いてパッチ電極２０６に結合される。またＶｃｏｍ金属２２５は、アンテナ素子用の駆動トランジスタの次の行のＶｃｏｍとの電気的接続部２３１及びアンテナ素子用の駆動トランジスタの前の行のＶｃｏｍとの電気的接続部２３２に結合される。トランジスタ２２２は、アンテナ素子用の駆動トランジスタの次の行のソース及びゲートとの電気的接続部２１１及びアンテナ素子用の駆動トランジスタの前の行のソース及びゲートとの電気的接続部２１２に結合される。
【0037】
本明細書で説明する技術は、性能の劣化を招くことなくＲＦ素子を通るトレースのルーティングを可能にする構造体を生成することによって、トレースのルーティングに以前は使用されていなかったスペースを使用する。１つの実施形態において、平行ルーティングトレースを用いて、ＲＦアンテナ性能を劣化させることなく電気的トレースをルーティングするのに他の利用できるエリアを増やすことができる。
【0038】
１つの実施形態において、電気的トレースをルーティングするのに利用できるエリアは、ＲＦアンテナ性能を劣化させることなく、ＲＦアンテナ素子エリアなどの以前は利用できなかったか又は禁じられていたエリアであったアンテナ（例えばＲＦメタマテリアルアンテナ）における個々のＲＦアンテナ素子に用いられるエリアを再割り当てすることによって増える。換言すると、トレースのルーティングに以前は使用されていなかったスペースは、ＲＦ素子を通るトレースのルーティングを可能にする構造体を生成することによって用いることができる。
【0039】
例えば、電気的トレースをルーティングするのに利用できるエリアは、以下の１又は２以上によって増える。
（１）ＲＦ素子の主軸に沿ってＲＦアンテナ素子を通るルーティングトレース構造体を配置する、
（２）例えば、寄生キャパシタンスの金属層間の距離を増す、及び／又は寄生キャパシタンスの誘電体の誘電率を変えることによって、ルーティング構造体を備えたパッチ電極の寄生キャパシタンスを低減する、
（３）ルーティングを可能にするためにパッチ電極との接続部を変える、及び／又は
（４）ＲＦ素子を介したルーティングを支援するために追加の金属層を追加する。
（１）ＲＦ素子の主軸に沿ってＲＦアンテナ素子を通るルーティングトレース構造体を配置する、
（２）例えば、寄生キャパシタンスの金属層間の距離を増す、及び／又は寄生キャパシタンスの誘電体の誘電率を変えることによって、ルーティング構造体を備えたパッチ電極の寄生キャパシタンスを低減する、
（３）ルーティングを可能にするためにパッチ電極との接続部を変える、及び／又は
（４）ＲＦ素子を介したルーティングを支援するために追加の金属層を追加する。
【0040】
図３Ａ及び３Ｂは、主軸に沿った平行ルーティングトレースを備えたＲＦ素子の例を示す。１つの実施形態において、主軸は、アイリススロット開口部を通る軸である。１つの実施形態において、トレースは、主軸に対して対称である。１つの実施形態において、トレースは、ゲート金属層にある。代替えの実施形態において、トレースは、ソース金属層にあるか又はゲート金属層とソース金属層の両方にある。
【0041】
図３Ａを参照すると、アイリススロット開口部３０１は、アイリススロット開口部３０１の長い部分に沿って延びる軸３１０を有する。ルーティングトレース３１２は、駆動トランジスタ（例えば、ＴＦＴ）の間をアイリス開口部３０１の長軸に平行に延びるルーティングを提供する。これは、１又は２以上のビア３０４を用いてパッチ電極に結合されるドレイン金属電圧のルーティング３１１を阻害しない。
【0042】
図３Ｂは、図３Ａの平行ルーティングトレースを備えたＲＦ素子の断面図を表す。断面図は、図３Ａに示されるＡ－Ａ’軸に沿って切り取られている。図３Ｂを参照すると、パッチ電極３０２は、パッシベーション層３３２及びパッシベーション層３３３及び３３４によって囲まれるように図示されている。パッシベーション層３３３と３３４の間には、１又は２以上のビア３０４（図３Ａに図示）を用いてパッチ電極３０２にドレイン電圧を送るパッチへのルーティング３１１がある。トランジスタの間のルーティング線３１２と共にパッシベーション層３３３及び３３４は、パッチガラス３２０に取り付けられる。すなわち、異なるアンテナ素子の駆動トランジスタ間に延びるルーティング線３１２は、パッチガラス３２０に取り付けられ、パッチガラス３２０とパッチ電極３０２の間に位置付けられる。１つの実施形態において、１又は２以上のルーティング線３１２は、少なくとも１つのＲＦ素子の主軸に対して対称である平行金属ルーティング線を含む。１つの実施形態において、ルーティング３１２及び３１１は、キャパシタの電極であり、パッシベーション層３３４は、電極を分離する誘電体である。
【0043】
また図３Ｂには、アイリスガラス３２１に取り付けられたアイリス金属３２２を有するアイリスガラス３２１が示されている。アイリス金属３２２は、パッシベーション層３３０及び３３１によって覆われている。
【0044】
代替えの実施形態において、アンテナ素子は、パッチの代わりにアイリススロット開口部３０１を覆う同調形誘電デバイスを含む。このような場合、ルーティング３１２は、アンテナアパーチャにおける他のアンテナ素子を制御又は駆動するトランジスタ（例えば、ＰＭＯＳ、ＧａＡｓなど）の間にある。
【0045】
１つの実施形態において、ルーティングパッシベーションの層の厚み及び誘電率を変えて、ルーティング線３１２及びパッチ電極３０２などのルーティング線間の寄生キャパシタンスを低減することができる。１つの実施形態において、パッシベーション層３３３と３３４の厚みを増やす（例えば、５～１０ミクロン）と、寄生キャパシタンスは低減する。１つの実施形態において、パッシベーションの誘電率が下がる（例えば、０．２～０．３）と、寄生キャパシタンスが低減する。また、材料を、二酸化ケイ素、酸窒化ケイ素、有機物（ポリイミド）などに変えることもできる。
【0046】
１つの実施形態において、新しい金属層は、パッチガラスとゲート金属層の間に追加される。更にまた、新しいパッシベーション層が、新しい金属層とゲート金属層との間に追加される。この増えたパッシベーション層スタックが、パッチ電極とルーティング線との間の寄生キャパシティを低減する。
【0047】
図３Ｃは、新しい金属層及び追加されたパッシベーション層を用いる例を示す。アンテナ素子の駆動トランジスタ（例えば、ＴＦＴ）の間のルーティング３４０は、新しい金属層の上で発生する。ルーティング３４０のための新しい金属層及びパッシベーション層（３３５）は、ゲート金属層（図３Ｂの３１２）の下に追加される。新しいパッシベーション層３３５は、ＴＦＴの間のルーティングのためのルーティング層３４０を覆って示されているが、ルーティングパッシベーション層３３３及びパッシベーション層３３４は、パッシベーション層３３５の上部にある。新しいパッシベーション層３３５は、パッチ電極３０２と金属ルーティング線の間の誘電体として動作し、パッチ電極３０２と金属ルーティング線との間の寄生キャパシタンスを低減する。
【0048】
１つの実施形態において、パッチ電極は、アイリススロット開口部の外側に延びて、ビアを動かしてドレイン金属をアイリススロット開口部のエリアの外側のパッチ電極に結合することができる。１つの実施形態において、ルーティング線のトレース幅をパッチ電極のエリアで薄くして、寄生キャパシタンスを低減する。アンテナ素子の動作に有害な影響を与える場合には抵抗を増やさないように薄層化を行うことができる。
【0049】
図４は、パッチ電極がアイリススロット開口部の外側に延びる実施例を示している。図４を参照すると、パッチ電極４０３は、パッチ電極４０３にルーティング３１１を結合するビア４０２まで過去のアイリススロット開口部３０１を延ばす延長部を含む。パッチ電極３０２用のエリアの外側のビア４０２を動かすことで、寄生キャパシタンスを低減する。
【0050】
１つの実施形態において、駆動トランジスタ／ストレージキャパシタ構造体との間の電線ルーティングは、図１Ａ－１Ｃの設計と比較して修正される。１つの実施形態において、修正は、駆動トランジスタボックス（例えば、ＴＦＴ）を伴い、且つ構造体のゲート、ソース、Ｖｃｏｍ及びドレインルーティングの配置を拡張するための付近のＲＦアンテナ素子の位置及び回転に基づく。このような設計は、ソース及びゲート線が駆動トランジスタボックス（トランジスタ及び必要な場合はストレージキャパシタに確保されたエリア）に入って出る方向、トランジスタボックス内のＴＦＴの位置及び回転、及びトランジスタボックスからのドレインの出口の方向によって、当技術の現在の状態とは異なる。１つの実施形態において、トランジスタボックスは、ローカルＲＦ素子幾何形状に対して接続位置を改善し、場合によっては最適化するために回転される。
【0051】
１つの実施形態において、駆動トランジスタ／ストレージキャパシタ構造体からのドレインルーティングは、構造体から複数の方向に出る。１つの実施形態において、駆動トランジスタ／ストレージキャパシタ構造体からのドレインルーティングは、アンテナ素子の異なるリング状のＲＦ素子を接続するために出る。アンテナリングの例を以下に詳しく説明する。リングは、大きな半径又は小さな半径を有するリングとすることができる。
【0052】
１つの実施形態において、ドレイン線は、ゲート線に交差して、何らかの寄生キャパシタンスを加えることができる。１つの実施形態において、駆動トランジスタ／ストレージキャパシタ構造体からのドレインルーティングは、ソース線と反対側の構造体から出る。１つの実施形態において、ドレイン位置をどの位置に接続するかを選択するためにアルゴリズムが用いられる。
【0053】
図５Ａは、マトリクス駆動制御システムの一部として駆動トランジスタ（ＴＦＴ）及びストレージキャパシタを包含している構造体の１つの実施形態を示す。図５Ａを参照すると、トランジスタ５１０（例えば、ＴＦＴ）は、下部プレート５２０及び上部プレート５２１を含むストレージキャパシタ５００と共に位置付けられる。ゲート５０１及びソース５０２は、トランジスタ５１０及びストレージキャパシタ５００に結合される。１つの実施形態において、ストレージキャパシタ５００は、ドレイン端子５０３を含む。ストレージキャパシタ５００は、Ｖｃｏｍ５３０に結合される。
【0054】
１つの実施形態において、アンテナは、複数のＲＦ放射アンテナ素子（例えば、メタマテリアルアンテナ素子）と複数のＲＦ放射アンテナ素子に結合された複数の構造体とを含む。各構造体は、複数のアンテナ素子を駆動するためにストレージキャパシタに結合された駆動トランジスタ（例えば、ＴＦＴ）を有する。１つの実施形態において、複数の構造体の各構造体は、複数のドレイン端子を含む。
【0055】
図５Ｂは、複数のドレイン接続部を備えた駆動トランジスタ／ストレージキャパシタ構造体の構造を示す。図５Ｂを参照すると、ゲート５０１及びソース５０２は、トランジスタ５１０（例えば、ＴＦＴなど）及びストレージキャパシタ５００に結合される。１つの実施形態において、ストレージキャパシタ５００は、ストレージキャパシタ５００から出る３つのドレイン端子５４０を含む。ドレイン端子５４０のドレイン端子の各々は、ＲＦアンテナ素子に結合することができる。ストレージキャパシタ５００は、Ｖｃｏｍ５３０に結合される。
【0056】
１つの実施形態において、駆動トランジスタ／ストレージキャパシタ構造体では、ゲート金属線及びソース金属線の位置が交換され、ドレイン線がストレージキャパシタからゲート及びＶｃｏｍ金属線の左に出るようになる。１つの実施形態において、これは、ドレイン線をソース金属線に交差させることなく起こる。
【0057】
図５Ｃは、反転ドレイン及びゲート位置を有する駆動トランジスタ／ストレージキャパシタ構造体の１つの実施形態を示す。図５Ｃを参照すると、ドレイン端子５５３は、ゲート信号５５１の左に位置付けられ、ドレイン上の電圧がゲート信号に交差しないようになる。これは、アンテナ素子及びゲート及びソース線のレイアウトに応じて複数の構成をルーティングに使用できるようにする。
【0058】
ルーティング線の配置に基づいて、ＲＦアンテナ素子用のストレージキャパシタを回転することが有利になる。これは、ルーティングを簡素化することができる。１つの実施形態において、駆動トランジスタ／ストレージキャパシタ構造体は、好ましいルーティング方向を受け入れやすくするため且つルーティング配置アルゴリズムを簡素化するために上述の図の位置と比較して回転される。１つの実施形態において、駆動トランジスタ／ストレージキャパシタ構造体のルーティング線用の１又は２以上の接続位置は、素子のローカルリングの接線にわたって延びるルーティングと整合されるよう回転される。１つの実施形態において、駆動トランジスタ／ストレージキャパシタ構造体のルーティング線のための１又は２以上の接続部は、素子のローカルリングの接線にわたって延びるルーティングと整合されるよう回転される。
【0059】
図５Ｄは、回転された駆動トランジスタ／ストレージキャパシタ構造体の１つの実施形態を示す。図５Ｄを参照すると、ストレージキャパシタ５００は、位置が前の駆動トランジスタ５７０の方向及び次の駆動トランジスタ５７１の方向に回転されることを除いて、図５Ａのストレージキャパシタと同じである。この場合、ドレイン５０３は、次のＲＦアンテナ素子の方向にある。この次のＲＦ素子は、ストレージキャパシタ５００に対応するアンテナ素子の隣りのアンテナ素子のリングに存在できる。リングは、ストレージキャパシタ５００に関連付けられるアンテナ素子のリングより大きな半径を有することができるか、又はストレージキャパシタ５００に関連付けられるアンテナ素子のリングより小さな半径を有するリングとすることができる。
【0060】
ゲート５０１及びソース５０２も示されている。
【0061】
複数の端子位置を有するＴＦＴボックスを用いる例示的アルゴリズム
１つの実施形態において、プロセスは、ローカルエリアにあらゆる駆動トランジスタ素子（例えば、ＴＦＴ）用の駆動トランジスタ／ストレージキャパシタ構造体を配置するためのＲＦ素子の端に十分なスペースがないエリアを探す。１つの実施形態において、これは、駆動トランジスタ／ストレージキャパシタ構造体を置くために次に小さな半径リング又は次に大きな半径リングにスペースがあるかどうか決定するためチェックすることによって達成される。スペースがある場合、論理は、駆動トランジスタ／ストレージキャパシタ構造体を置いて、駆動トランジスタ（例えば、ＴＦＴ素子）に接続するためのドレイン端子を選ぶ。
１つの実施形態において、プロセスは、ローカルエリアにあらゆる駆動トランジスタ素子（例えば、ＴＦＴ）用の駆動トランジスタ／ストレージキャパシタ構造体を配置するためのＲＦ素子の端に十分なスペースがないエリアを探す。１つの実施形態において、これは、駆動トランジスタ／ストレージキャパシタ構造体を置くために次に小さな半径リング又は次に大きな半径リングにスペースがあるかどうか決定するためチェックすることによって達成される。スペースがある場合、論理は、駆動トランジスタ／ストレージキャパシタ構造体を置いて、駆動トランジスタ（例えば、ＴＦＴ素子）に接続するためのドレイン端子を選ぶ。
【0062】
ミラー画像（現在の駆動トランジスタ／ストレージキャパシタ構造体からの）を用いる例示的アルゴリズム
１つの実施形態において、プロセスは、アンテナ素子の２つのリング間のルーティングの難しさを比較する。１つの実施形態において、この比較は、例えば、最適駆動トランジスタ／ストレージキャパシタ構造体が、右にルーティングすることができる多くのドレイン又は左にルーティングすることができる多くのドレインを有するかどうか、測定することによって行われる。１つの実施形態において、リングの最適ルーティングが、ミラー画像構造体を用いることである場合、ゲート金属及びドレインのためのルーティングの位置は、使用される駆動トランジスタ／ストレージキャパシタ構造体のミラー画像である。
１つの実施形態において、プロセスは、アンテナ素子の２つのリング間のルーティングの難しさを比較する。１つの実施形態において、この比較は、例えば、最適駆動トランジスタ／ストレージキャパシタ構造体が、右にルーティングすることができる多くのドレイン又は左にルーティングすることができる多くのドレインを有するかどうか、測定することによって行われる。１つの実施形態において、リングの最適ルーティングが、ミラー画像構造体を用いることである場合、ゲート金属及びドレインのためのルーティングの位置は、使用される駆動トランジスタ／ストレージキャパシタ構造体のミラー画像である。
【0063】
駆動トランジスタ／ストレージキャパシタ構造体の回転された配置を用いる例示的アルゴリズム
リング上のＲＦ素子の配置により、１つの実施形態においては、リング間のルーティングが、レイアウト全体を通して方向を変える。１つの実施形態において、単一の固定方位によって現在の駆動トランジスタ／ストレージキャパシタ構造体を接続するために、ルーティングにおける複数のベンドが要求されることができる。１つの実施形態において、回転方式で駆動トランジスタ／ストレージキャパシタ構造体を配置するためのアルゴリズムは、ルーティング及びＲＦ素子のローカル方向を見るステップ及び駆動トランジスタ／ストレージキャパシタ構造体の回転を計算するステップを含み、駆動トランジスタ／ストレージキャパシタ構造体を隣接する駆動トランジスタ／ストレージキャパシタ構造体及び目標ＲＦ素子に接続するのに必要なルーティングの長さを低減し、更には場合によっては最小にする。
リング上のＲＦ素子の配置により、１つの実施形態においては、リング間のルーティングが、レイアウト全体を通して方向を変える。１つの実施形態において、単一の固定方位によって現在の駆動トランジスタ／ストレージキャパシタ構造体を接続するために、ルーティングにおける複数のベンドが要求されることができる。１つの実施形態において、回転方式で駆動トランジスタ／ストレージキャパシタ構造体を配置するためのアルゴリズムは、ルーティング及びＲＦ素子のローカル方向を見るステップ及び駆動トランジスタ／ストレージキャパシタ構造体の回転を計算するステップを含み、駆動トランジスタ／ストレージキャパシタ構造体を隣接する駆動トランジスタ／ストレージキャパシタ構造体及び目標ＲＦ素子に接続するのに必要なルーティングの長さを低減し、更には場合によっては最小にする。
【0064】
アンテナ実施形態の実施例
上述した技術は、平面アンテナに用いることができる。このような平面アンテナの実施形態を開示する。平面アンテナは、アンテナアパーチャ上にアンテナ素子の１又は２以上のアレイを含む。１つの実施形態において、アンテナ素子は、液晶セルを含む。１つの実施形態において、平面アンテナは、行及び列に配置されていないアンテナ素子の各々を一意的にアドレス指定し且つ駆動するためのマトリクス駆動回路を含む円筒状給電アンテナである。１つの実施形態において、素子は、リング状に配置される。
上述した技術は、平面アンテナに用いることができる。このような平面アンテナの実施形態を開示する。平面アンテナは、アンテナアパーチャ上にアンテナ素子の１又は２以上のアレイを含む。１つの実施形態において、アンテナ素子は、液晶セルを含む。１つの実施形態において、平面アンテナは、行及び列に配置されていないアンテナ素子の各々を一意的にアドレス指定し且つ駆動するためのマトリクス駆動回路を含む円筒状給電アンテナである。１つの実施形態において、素子は、リング状に配置される。
【0065】
１つの実施形態において、アンテナ素子の１又は２以上のアレイを有するアンテナアパーチャは、共に結合された複数のセグメントから構成される。セグメントの組み合わせは、共に結合されたときに、アンテナ素子の閉じた同心円リングを形成する。１つの実施形態において、同心円リングは、アンテナ給電部に対して同心円上にある。
【0066】
アンテナシステムの例
１つの実施形態において、平面アンテナは、メタマテリアルアンテナシステムの一部である。通信衛星地上局のメタマテリアルアンテナシステムの実施形態を説明する。１つの実施形態において、アンテナシステムは、商用衛星通信用のＫａ帯域又はＫｕ帯域周波数の何れかを用いて動作するモバイルプラットフォーム（例えば、航空、海上、陸上など）上で動作する衛星地上局（ＥＳ）の構成要素又はサブシステムである。アンテナシステムの実施形態はまた、モバイルプラットフォーム上にない地上局（例えば、固定又は可搬型地上局）でも使用できることに留意されたい。
１つの実施形態において、平面アンテナは、メタマテリアルアンテナシステムの一部である。通信衛星地上局のメタマテリアルアンテナシステムの実施形態を説明する。１つの実施形態において、アンテナシステムは、商用衛星通信用のＫａ帯域又はＫｕ帯域周波数の何れかを用いて動作するモバイルプラットフォーム（例えば、航空、海上、陸上など）上で動作する衛星地上局（ＥＳ）の構成要素又はサブシステムである。アンテナシステムの実施形態はまた、モバイルプラットフォーム上にない地上局（例えば、固定又は可搬型地上局）でも使用できることに留意されたい。
【0067】
１つの実施形態において、アンテナシステムは、別々のアンテナを介して送信及び受信ビームを形成し誘導するために表面散乱メタマテリアル技術を用いる。
【0068】
１つの実施形態において、アンテナシステムは、３つの機能的サブシステム、すなわち、（１）円筒波給電アーキテクチャからなる導波路構造、（２）アンテナ素子の一部である波散乱メタマテリアル単位セルのアレイ、（３）ホログラフィ原理を用いてメタマテリアル散乱素子からの調整可能な放射場（ビーム）の形成を命令する制御構造から構成される。
【0069】
アンテナ素子
図６は、円筒状給電ホログラフィック放射アパーチャアンテナの１つの実施形態の略図を示す。図６に関して、アンテナアパーチャは、円筒状給電アンテナの入力給電部６０２の周りに同心円リング状に配置されたアンテナ素子６０３の１又は２以上のアレイ６０１を有する。１つの実施形態において、アンテナ素子６０３は、ＲＦエネルギーを放射する無線周波数（ＲＦ）共振器である。１つの実施形態において、アンテナ素子（６０３）は、アンテナアパーチャの表面全体にインターリーブ及び分配されるＲｘ及びＴｘアイリスの両方を含む。このようなアンテナ素子の例を、以下に詳しく説明する。本明細書におけるＲＦ共振器は、円筒状給電部を含まないアンテナに用いることができる点に留意されたい。
図６は、円筒状給電ホログラフィック放射アパーチャアンテナの１つの実施形態の略図を示す。図６に関して、アンテナアパーチャは、円筒状給電アンテナの入力給電部６０２の周りに同心円リング状に配置されたアンテナ素子６０３の１又は２以上のアレイ６０１を有する。１つの実施形態において、アンテナ素子６０３は、ＲＦエネルギーを放射する無線周波数（ＲＦ）共振器である。１つの実施形態において、アンテナ素子（６０３）は、アンテナアパーチャの表面全体にインターリーブ及び分配されるＲｘ及びＴｘアイリスの両方を含む。このようなアンテナ素子の例を、以下に詳しく説明する。本明細書におけるＲＦ共振器は、円筒状給電部を含まないアンテナに用いることができる点に留意されたい。
【0070】
１つの実施形態において、アンテナは、入力給電部６０２を介して円筒波給電部を提供するのに用いられる同軸給電部を含む。１つの実施形態において、円筒波給電アーキテクチャは、給電ポイントから円筒状に外向きに広がる励起によって中心ポイントからアンテナに給電する。すなわち、円筒状給電アンテナは、外向きに進む同心円状給電波を生成する。それでも、円筒状給電部の周りの円筒状給電アンテナの形状は、円形、正方形、又は何らかの形状とすることができる。別の実施形態において、円筒状給電アンテナは、内向きに進む給電波を生成する。このような場合、円形構造から生じる給電波が最も自然である。
【0071】
１つの実施形態において、アンテナ素子６０３は、アイリスを含み、更に図６のアパーチャアンテナは、同調型液晶（ＬＣ）材料を介してアイリスに放射する円筒状給電波からの励起を用いることによって形成される主ビームを生成するのに用いられる。１つの実施形態において、アンテナを励起して、所望の走査角度で水平又は垂直偏波電界を放射することができる。
【0072】
１つの実施形態において、アンテナ素子は、パッチアンテナのグループを含む。このパッチアンテナのグループは、散乱メタマテリアル素子のアレイを含む。１つの実施形態において、アンテナシステムの各散乱素子は、下部導体、誘電体基板、及び上部導体からなる単位セルの一部であり、上部導体は、上部導体にエッチングされるか又は堆積される相補的電気誘導型容量性共振器（「相補型電気ＬＣ」又は「ＣＥＬＣ」）を組み込んでいる。当業者によって理解されるように、ＣＥＬＣの関連におけるＬＣは、液晶とは異なり、インダクタンス・キャパシタンスを意味する。
【0073】
１つの実施形態において、液晶（ＬＣ）は、散乱素子の周りのギャップに配置される。このＬＣは、上述の直接駆動型実施形態によって駆動される。１つの実施形態において、液晶は、各単位セルに封入されて、スロットに関連付けられる下部導体をスロットのパッチに関連付けられる上部導体から分離する。液晶は、液晶を構成する分子の配向の関数である誘電率を有し、分子の配向（従って、誘電率）は、液晶の両端のバイアス電圧を調整することによって制御することができる。１つの実施形態において、液晶は、この特性を利用して、誘導波からＣＥＬＣへのエネルギー伝達のためのオン／オフスイッチを組み込む。スイッチオンになると、ＣＥＬＣは、電気的に小さなダイポールアンテナのように電磁波を放射する。本明細書における教示は、エネルギー伝達に関して２値的に動作する液晶を有することに限定されない点に留意されたい。
【0074】
１つの実施形態において、このアンテナシステムの給電幾何形状は、アンテナ素子を給電波における波ベクトルに対して４５度（４５°）の角度に位置決めすることを可能にする。他の位置（例えば、４０°）を利用できる点に留意されたい。この素子の位置により、素子が受け取った又は素子から送信／放射される自由空間波の制御が可能となる。１つの実施形態において、アンテナ素子は、アンテナの動作周波数の自由空間波長よりも小さい素子間隔で配列される。例えば、１波長当たりに４つの散乱素子が存在する場合には、３０ＧＨｚの送信アンテナにおける素子は、約２．５ｍｍ（すなわち、３０ＧＨｚの１０ｍｍ自由空間波長の１／４）である。
【0075】
１つの実施形態において、素子の２つのセットは、互いに垂直であり、同じ同調状態に制御された場合に等しい振幅の励起を同時に有する。これら素子のセットを給電波励起に対して＋／－４５度回転させると、両方の所望の特徴を同時に達成する。一方のセットを０度回転させ、他方を９０度回転させると、垂直目標は達成されるが、等振幅励起の目標は達成されないことになる。０度及び９０度は、単一の構造でのアンテナ素子のアレイが２つの側から給電されるときに、分離を達成するのに使用できることに留意されたい。
【0076】
各単位セルからの放射出力の量は、コントローラを使用してパッチに電圧（ＬＣチャネルの両端の電位）を印加することによって制御される。各パッチへのトレースは、パッチアンテナに電圧を供給するのに使用される。この電圧は、静電容量及びひいては個々の素子の共振周波数を同調又は離調させて、ビーム形成を実現するのに使用される。必要な電圧は、使用される液晶混合物に依存する。液晶混合物の電圧同調特性は、液晶が電圧の影響を受け始める閾値電圧値と、それ以上に電圧を高めても液晶での大きな同調が生じなくなる飽和電圧とによって、主として説明される。これらの２つの特性パラメータは、異なる液晶混合物については変化することができる。
【0077】
１つの実施形態において、上記で論じたように、マトリクス駆動回路は、セルごとに別個の接続（直接駆動）を有することなく各セルを他の全てのセルとは別個に駆動するために、パッチに電圧を印加するのに使用される。素子の密度が高いので、マトリクス駆動回路は、各セルを個別にアドレス指定する効率的な方法である。
【0078】
１つの実施形態において、アンテナシステム用の制御構造は、２つの主要構成要素を含み、アンテナシステム用のアンテナアレイコントローラ（駆動電子機器を含む）は、波散乱構造の下方に存在し、マトリクス駆動スイッチングアレイは、放射を妨害しないように、放射ＲＦアレイ全体にわたって散在する。１つの実施形態において、アンテナシステム用の駆動電子機器は、各散乱素子へのＡＣバイアス信号の振幅又はデューティサイクルを調整することによって、この素子に対するバイアス電圧を調整する、商用テレビジョン機器で使用される商用既製ＬＣＤ制御装置を含む。
【0079】
１つの実施形態において、アンテナアレイコントローラはまた、ソフトウェアを実行するマイクロプロセッサを含有する。制御構造はまた、プロセッサに位置及び向き情報を提供するセンサ（例えば、ＧＰＳ受信機、３軸コンパス、３軸加速度計、３軸ジャイロ、３軸磁力計など）を組み込むこともできる。位置及び向き情報は、地上局内の及び／又はアンテナシステムの一部でなくてもよい他のシステムによってプロセッサに提供することができる。
【0080】
より詳細には、アンテナアレイコントローラは、動作周波数においてどの位相レベル及び振幅レベルで、どの素子をオフにしてオンにするかを制御する。これらの素子は、電圧の印加によって周波数動作に対して選択的に離調される。
【0081】
送信については、コントローラが、ＲＦパッチに一連の電圧信号を供給して、変調又は制御パターンを生成する。制御パターンにより、素子が異なる状態に同調するようになる。１つの実施形態において、多状態制御が使用され、この多状態制御では、様々な素子が異なるレベルにオン及びオフされ、矩形波（すなわち、正弦波グレイシェード変調パターン）ではなく、正弦波制御パターンに更に近づく。１つの実施形態において、一部の素子が放射し、一部の素子が放射しないのではなく、一部の素子が他の素子よりも強力に放射する。可変放射は、特定の電圧レベルを印加することによって達成され、これにより液晶誘電率を様々な量に調整し、素子を可変的に離調させて一部の素子に他の素子よりも多く放射させるようにする。
【0082】
メタマテリアル素子アレイによる集束ビームの生成は、増加的干渉及び減殺的干渉の現象によって説明することができる。個々の電磁波は、これらの電磁波が自由空間で交わったときに同相を有する場合には合算（増加的干渉）され、これらの電磁波が自由空間で交わったときに、これらの電磁波が逆位相にある場合には、電磁波は互いに打ち消し合う（減殺的干渉）。スロット式アンテナにおけるスロットが、各連続するスロットが誘導波の励起点から異なる距離に位置するように位置決めされた場合には、この素子からの散乱波は、前のスロットの散乱波と異なる位相を有するようになる。スロットが、誘導波長の４分の１の間隔を置いて配置される場合には、各スロットは、前のスロットから４分の１位相遅延を有して波を散乱させることになる。
【0083】
アレイを使用すると、生成できる増加的干渉及び減殺的干渉のパターン数を増加させることができるので、理論的には、ホログラフィの原理を使用して、アンテナアレイのボアサイトからプラスマイナス９０度（９０°）のあらゆる方向にビームを向けることができるようになる。従って、どのメタマテリアル単位セルをオンにするか又はオフにするかを制御することによって（すなわち、どのセルをオンにし、どのセルをオフにするかについてのパターンを変更することによって）、異なる増加的干渉及び減殺的干渉パターンを生成でき、アンテナは、メインビームの方向を変えることができる。単位セルをオン及びオフにするのに必要な時間は、ビームが１つの位置から別の位置に切り替わることができる速度を決定付ける。
【0084】
１つの実施形態において、アンテナシステムは、アップリンクアンテナ用の１つの誘導可能なビームと、ダウンリンクアンテナ用の１つの誘導可能なビームとを生成する。１つの実施形態において、アンテナシステムは、メタマテリアル技術を用いて、ビームを受信し、衛星からの信号を復号し、及び衛星に向けられる送信ビームを形成する。１つの実施形態において、アンテナシステムは、デジタル信号処理を利用してビームを電気的に形成し誘導するアンテナシステム（フェーズドアレイアンテナなど）とは対照的に、アナログシステムである。１つの実施形態において、アンテナシステムは、特に、従来のディッシュ型衛星受信機と比較したときに、平面で比較的薄型である「表面」アンテナとみなされる。
【0085】
図７は、グランドプレーン及び再構成可能な共振器層を含むアンテナ素子の１つの行の斜視図を示している。再構成可能共振器層１２３０は、同調型スロット１２１０のアレイを含む。同調型スロット１２１０のアレイは、アンテナを所望の方向に向けるように構成することができる。同調型スロットの各々は、液晶の両端の電圧を変化させることによって同調／調整することができる。
【0086】
制御モジュール１２８０は、再構成可能共振器層１２３０に結合され、図８Ａにおける液晶の両端の電圧を変化させることによって同調型スロット１２１０のアレイを変調する。制御モジュール１２８０は、フィールドプログラマブルゲートアレイ（「ＦＰＧＡ」）、マイクロプロセッサ、コントローラ、システムオンチップ（ＳｏＣ）、又は他の処理論理回路を含むことができる。１つの実施形態において、制御モジュール１２８０は、同調型スロット１２１０のアレイを駆動するための論理回路（例えば、マルチプレクサ）を含む。１つの実施形態において、制御モジュール１２８０は、同調型スロット１２１０のアレイ上に駆動されるホログラフィック回折パターンに関する仕様を含むデータを受け取る。ホログラフィック回折パターンは、アンテナと衛星との間の空間関係に応答して生成され、ホログラフィック回折パターンが、ダウンリンクビーム（及びアンテナシステムが送信を行う場合には、アップリンクビーム）を通信に好適な方向に誘導することができる。各図には図示されていいないが、制御モジュール１２８０と同様の制御モジュールは、本開示の図に記載された同調型スロットの各アレイを駆動することができる。
【0087】
無線周波数（「ＲＦ」）ホログラフィもまた、ＲＦ基準ビームがＲＦホログラフィック回折パターンに遭遇したときに、所望のＲＦビームを生成できる類似の技術を用いて実施可能である。衛星通信の場合には、基準ビームは、給電波１２０５などの給電波の形態である（幾つかの実施形態において、約２０ＧＨｚ）。給電波を放射ビームに変換するために（送信又は受信の何れかの目的で）、所望のＲＦビーム（目標ビーム）と給電波（基準ビーム）との間の干渉パターンが計算される。干渉パターンは、給電波が、所望のＲＦビーム（所望の形状及び方向を有する）に「誘導される」ように、同調型スロット１２１０のアレイ上に回折パターンとして駆動される。換言すると、ホログラフィック回折パターンに遭遇した給電波は、通信システムの設計要件に従って形成される目標ビームを「再構成」する。ホログラフィック回折パターンは、各素子の励起を包含し、導波路における波動方程式としてのｗin及び射出波上の波動方程式としてのｗoutを用いて、ｗhologram＝ｗin
*ｗoutによって計算される。
【0088】
図８Ａは、同調型共振器／スロット１２１０の１つの実施形態を示している。同調型スロット１２１０は、アイリス／スロット１２１２、放射パッチ１２１１、及びアイリス１２１２とパッチ１２１１との間に配置された液晶１２１３を含む。１つの実施形態において、放射パッチ１２１１は、アイリス１２１２と同じ場所に配置される。
【0089】
図８Ｂは、物理的アンテナアパーチャの１つの実施形態の断面図を示している。アンテナアパーチャは、グランドプレーン１２４５と、再構成可能共振器層１２３０に含まれるアイリス層１２３２内の金属層１２３６とを含む。１つの実施形態において、図８Ｂのアンテナアパーチャは、図８Ａの複数の同調型共振器／スロット１２１０を含む。アイリス／スロット１２１２は、金属層１２３６の開口部によって定められる。図８Ａの給電波１２０５などの給電波は、衛星通信チャネルに適合するマイクロ波周波数を有することができる。給電波は、グランドプレーン１２４５と共振器層１２３０との間を伝播する。
【0090】
再構成可能共振器層１２３０はまた、ガスケット層１２３３及びパッチ層１２３１を含む。ガスケット層１２３３は、パッチ層１２３１とアイリス層１２３２の間に配置される。１つの実施形態において、スペーサは、ガスケット層１２３３と置き換えることができることに留意されたい。１つの実施形態において、アイリス層１２３２は、金属層１２３６として銅層を含むプリント回路基板（「ＰＣＢ」）である。１つの実施形態において、アイリス層１２３２はガラスである。アイリス層１２３２は、他のタイプの基板とすることができる。
【0091】
開口部は、銅層内でエッチングされてスロット１２１２を形成することができる。１つの実施形態において、アイリス層１２３２は、導電性接合層によって、図８Ｂにおける別の構造（例えば、導波路）に導電的に結合される。１つの実施形態において、アイリス層は、導電性接合層によって導電的に結合されるものではなく、その代わりに、非導電性接合層と相互連結することに留意されたい。
【0092】
また、パッチ層１２３１は、放射パッチ１２１１として金属を含むＰＣＢとすることができる。１つの実施形態において、ガスケット層１２３３は、金属層１２３６とパッチ１２１１との間の寸法を定める機械的離隔部をもたらすスペーサ１２３９を含む。１つの実施形態において、スペーサは７５ミクロンであるが、他のサイズ（例えば３から２００ｍｍ）が使用できる。上述したように、１つの実施形態において、図８Ｂのアンテナアパーチャは、図８Ａのパッチ１２１１、液晶１２１３、及びアイリス１２１２を含む同調型共振器／スロット１２１０などの複数の同調型共振器／スロットを含む。液晶１２１３Ａ用のチャンバは、スペーサ１２３９、アイリス層１２３２、及び金属層１２３６によって定められる。チャンバが、液晶で充填された場合には、パッチ層１２３１は、スペーサ１２３９上に積層されて、共振器層１２３０内に液晶をシールすることができる。
【0093】
パッチ層１２３１とアイリス層１２３２との間の電圧は、パッチとスロット（例えば、同調型共振器／スロット１２１０）との間のギャップ内の液晶を同調するように変調することができる。液晶１２１３の両端の電圧を調整すると、スロット（例えば、同調型共振器／スロット１２１０）の静電容量が変化する。従って、スロット（例えば、同調型共振器／スロット１２１０）のリアクタンスは、静電容量を変化させることによって変えることができる。また、スロット１２１０の共振周波数は、次式：
に従って変化し、ここで、ｆは、スロット１２１０の共振周波数であり、Ｌ及びＣは、それぞれ、スロット１２１０のインダクタンス及び静電容量である。スロット１２１０の共振周波数は、導波路を通って伝播する給電波１２０５から放射されるエネルギーに影響を与える。一例として、給電波１２０５が２０ＧＨｚである場合には、スロット１２１０の共振周波数は、１７ＧＨｚに調整（静電容量を調整することによって）されて、スロット１２１０が、給電波１２０５からのエネルギーを実質的に結合しないようにすることができる。或いは、スロット１２１０の共振周波数は、２０ＧＨｚに調整されて、スロット１２１０が、給電波１２０５からのエネルギーを結合し、このエネルギーを自由空間に放射するようにすることができる。所与の実施例は、２値的（完全に放射するか、又は全く放射しない）であるが、リアクタンス及び従ってスロット１２１０の共振周波数の完全なグレイスケール制御は、多値範囲にわたる電圧変化を用いて実施可能である。従って、各スロット１２１０から放射されるエネルギーを精密に制御して、同調型スロットのアレイによって詳細なホログラフィック回折パターンを形成できるようになる。
【数1】
【0094】
１つの実施形態において、行における同調型スロットは、互いにλ／５だけ離間している。他の間隔を使用することもできる。１つの実施形態において、行における各同調型スロットは、隣接する行における最も近い同調型スロットからλ／２だけ離間しており、従って、異なる行における共通して配向された同調型スロットは、λ／４だけ離間しているが、他の間隔（例えば、λ／５、λ／６．３）も可能である。別の実施形態において、行における各同調型スロットは、隣接する行における最も近い同調型スロットからλ／３だけ離間している。
【0095】
本発明の実施形態は、２０１４年１１月２１日に出願された「誘導可能な円筒状給電ホログラフィックアンテナからの偏波及び結合の動的制御」という名称の米国特許出願１４／５５０，１７８号明細書、及び２０１５年１月３０日に出願された「再構成可能アンテナのためのリッジ型導波路給電構造」という名称の米国特許出願１４／６１０，５０２号明細書に記載されているような再構成可能なメタマテリアル技術を用いる。
【0096】
図９Ａ－９Ｄは、スロット式アレイを形成する様々な層の１つの実施形態を示している。アンテナアレイは、図６に示されている例示的なリングのようなリング状に位置決めされたアンテナ素子を含む。この実施例では、アンテナアレイは、２つの異なるタイプの周波数帯域に使用される２つの異なるタイプのアンテナ素子を有することに留意されたい。
【0097】
図９Ａは、スロットに対応する位置を有する第１のアイリス基板層の一部を示している。図９Ａを参照すると、円は、アイリス基板の下部側におけるメタライゼーション内の空き領域／スロットであり、給電部（給電波）への素子の結合を制御するためのものである。この層は、任意選択の層であり、全ての設計で使用される訳ではない点に留意されたい。図９Ｂは、スロットを含む第２のアイリス基板層の一部を示している。図９Ｃは、第２のアイリス基板層の一部を覆うパッチを示している。図９Ｄは、スロット式アレイの一部の上面図を示している。
【0098】
図１０は、円筒状給電アンテナ構造の１つの実施形態の側面図を示している。アンテナは、二重層給電構造（すなわち、２つの層の給電構造）を使用して内向き進行波を生成する。１つの実施形態において、アンテナは、円形の外形を含むが、このことは必須ではない。すなわち、非円形の内向き進行構造を使用することができる。１つの実施形態において、図１０のアンテナ構造は、例えば、２０１４年１１月２１日に出願された「誘導可能円筒状給電ホログラフィックアンテナからの偏波及び結合の動的制御」という名称の米国出願公開第２０１５／０２３６４１２号に記載されるような同軸給電部を含む。
【0099】
図１０を参照すると、同軸ピン１６０１は、アンテナの下側レベルで場を励起するのに使用される。１つの実施形態において、同軸ピン１６０１は、容易に入手できる５０Ω同軸ピンである。同軸ピン１６０１は、導電性グランドプレーン１６０２であるアンテナ構造の下部に結合（例えば、ボルト締め）される。
【0100】
内部導体である間隙導体１６０３は、導電性グランドプレーン１６０２から離隔される。１つの実施形態において、導電性グランドプレーン１６０２及び間隙導体１６０３は互いに平行である。１つの実施形態において、グランドプレーン１６０２と間隙導体１６０３との間の距離は、０．１インチ～０．１５インチである。別の実施形態において、この距離はλ／２とすることができ、ここでλは、動作周波数での進行波の波長である。
【0101】
グランドプレーン１６０２は、スペーサ１６０４を介して間隙導体１６０３から離隔される。１つの実施形態において、スペーサ１６０４は、発泡体又は空気状スペーサである。１つの実施形態において、スペーサ１６０４は、プラスチックスペーサを含む。
【0102】
間隙導体１６０３の上部には、誘電体層１６０５がある。１つの実施形態において、誘電体層１６０５はプラスチックである。誘電体層１６０５の目的は、自由空間速度に対して進行波を減速することである。１つの実施形態において、誘電体層１６０５は、自由空間に対して３０％進行波を減速する。１つの実施形態において、ビーム形成に好適な屈折率の範囲は、１．２～１．８であり、自由空間は、定義上、１に等しい屈折率を有する。例えば、プラスチックなどの他の誘電スペーサ材料を用いて、この効果を達成することができる。所望の波動減速効果を達成する限り、プラスチック以外の材料を使用できる点に留意されたい。或いは、例えば機械加工又はリソグラフィにより定めることができる周期的サブ波長金属構造などの分散構造を有する材料を誘電体層１６０５として使用することができる。
【0103】
ＲＦアレイ１６０６は誘電体層１６０５の上部にある。１つの実施形態において、間隙導体１６０３とＲＦアレイ１６０６との間の距離は、０．１～０．１５インチである。別の実施形態において、この距離はλeff／２とすることができ、ここでλeffは設計周波数での媒体中の有効波長である。
【0104】
アンテナは、側面１６０７及び１６０８を含む。側面１６０７及び１６０８は、同軸ピン１６０１からの進行波給電が反射によって間隙導体１６０３の下方の領域（スペーサ層）から間隙導体１６０３の上方の領域（誘電体層）に伝播するような角度が付けられる。１つの実施形態において、側部１６０７及び１６０８の角度は４５度の角度である。代替えの実施形態において、側部１６０７及び１６０８は、反射を達成するために連続した半径に置き換えることができる。図１０は、４５度の角度を有する角度付き側部を示しているが、下部給電レベルから上部給電レベルへの信号伝播を達成する他の角度を使用することができる。すなわち、下部給電の有効波長が、上部給電の有効波長とは一般的に異なることを考慮すると、理想的な４５度の角度からの何らかの偏差を使用して、下部給電レベルから上部給電レベルへの伝送を助けることができる。例えば、別の実施形態において、４５度の角度は、単一の段部に置き換えらえる。アンテナの一端上の段部は、誘電体層、間隙導体、及びスペーサ層を一周する。同じ２つの段部が、これらの層の他方の端部に存在する。
【0105】
動作中、給電波が同軸ピン１６０１から供給されると、この給電波は、グランドプレーン１６０２と間隙導体１６０３との間の領域で同軸ピン１６０１から同心円状に外向きに進む。同心円状射出波は、側部１６０７及び１６０８により反射され、間隙導体１６０３とＲＦアレイ１６０６との間の領域で内向きに進む。円形外周の縁部（エッジ）からの反射は、この波を同相に留まらせる（すなわち、この反射は、同相反射である）。進行波は、誘電体層１６０５によって減速する。この時点で、進行波は、ＲＦアレイ１６０６の素子との相互作用及び励起を開始して、所望の散乱を取得する。
【0106】
進行波を終了させるために、アンテナの幾何学的中心で終端部１６０９がアンテナに含まれる。１つの実施形態において、終端部１６０９は、ピン終端（例えば、５０Ωピン）を含む。別の実施形態において、終端部１６０９は、未使用エネルギーを終端させて、アンテナの給電構造を通る当該未使用エネルギーが反射して戻るのを阻止するＲＦ吸収体を含む。これらは、ＲＦアレイ１６０６の上部で使用することができる。
【0107】
図１１は、アンテナシステムの別の実施形態を射出波と共に示している。図１１を参照すると、２つのグランドプレーン１６１０、１６１１は、互いに実質的に平行であり、グランドプレーンの間に誘電体層１６１２（例えば、プラスチック層など）を有している。ＲＦ吸収体１６１９（例えば、抵抗器）は、２つのグランドプレーン１６１０及び１６１１を共に結合する。同軸ピン１６１５（例えば、５０Ω）は、アンテナに給電する。ＲＦアレイ１６１６は、誘電体層１６１２及びグランドプレーン１６１０の上部に存在する。
【0108】
動作中、給電波は、同軸ピン１６１５を介して供給され、同心円状外向きに進んでＲＦアレイ１６１６の素子と相互作用をする。
【0109】
図１０及び１１の両方のアンテナにおける円筒状給電部は、アンテナのサービス角度を改善する。１つの実施形態において、アンテナシステムは、プラス又はマイナス４５度の方位角（±４５° Ａｚ）、及びプラス又はマイナス２５度の仰角（±２５° ＥＩ）からなるサービス角度の代わりに、全方向でボアサイトから７５度（７５°）のサービス角度を有する。多数の個々の放射体から構成された何らかのビーム形成アンテナと同様に、全体のアンテナ利得は、それ自体が角度に依存するものである構成素子の利得に依存する。一般的な放射素子が使用される場合には、全体のアンテナ利得は、典型的には、ビームがボアサイトから離れて向けられるにつれて減少する。ボアサイトから７５度外れたところでは、約６ｄＢの有意な利得低下が予期される。
【0110】
円筒状給電部を有するアンテナの実施形態は、１又は２以上の問題を解決する。これらは、共通分割器ネットワークを用いて給電されるアンテナと比較して給電構造を飛躍的に簡素化し、及び従って全体で必要とされるアンテナ及びアンテナ給電量を低減するステップと、より粗い制御（全てを単純なバイナリ制御にまで拡張すること）で高ビーム性能を維持することによって製造及び制御誤差に対する感度を低下させるステップと、円筒状に配向された給電波が遠距離場において空間的に多様なサイドローブをもたらすので、直線的給電部と比較してより有利なサイドローブパターンを与えるステップと、偏波器を必要とせずに、左旋円偏波、右旋円偏波及び直線偏波を可能にすることを含めて偏波が動的であることを可能にするステップと、を含む。
【0111】
波散乱素子のアレイ
図１０のＲＦアレイ１６０６及び図１１のＲＦアレイ１６１６は、放射体として動作する１つのグループのパッチアンテナ（すなわち、散乱体）を含む波散乱サブシステムを含む。このパッチアンテナのグループは、散乱メタマテリアル素子のアレイを含む。
図１０のＲＦアレイ１６０６及び図１１のＲＦアレイ１６１６は、放射体として動作する１つのグループのパッチアンテナ（すなわち、散乱体）を含む波散乱サブシステムを含む。このパッチアンテナのグループは、散乱メタマテリアル素子のアレイを含む。
【0112】
１つの実施形態において、アンテナシステムにおける各散乱素子は、下部導体と、誘電体基板と、相補的電気誘導容量性共振器（「相補型電気ＬＣ」又は「ＣＥＬＣ」）を組み込んだ上部導体とからなる単位セルの一部であり、相補的電気誘導型容量性共振器は、上部導体にエッチング又は堆積される。
【0113】
１つの実施形態において、液晶（ＬＣ）が散乱素子の周りのギャップに注入される。液晶は、各単位セルに封入され、スロットに関連付けられる下部導体をパッチに関連付けられる上部導体から分離する。液晶は、この液晶を構成する分子の配向の関数である誘電率を有し、分子の配向（従って、誘電率）は、液晶の両端のバイアス電圧を調整することによって制御することができる。この特性を利用して、液晶は、誘導波からＣＥＬＣへのエネルギー伝達のためのオン／オフスイッチとして動作する。スイッチオンにされたときに、ＣＥＬＣは、電気的に小さなダイポールアンテナのように電磁波を放射する。
【0114】
ＬＣの厚みを制御することにより、ビームスイッチング速度が上がる。下部導体と上部導体との間のギャップ（液晶の厚み）が５０パーセント（５０％）減少すると、速度が４倍に増大する。別の実施形態において、液晶の厚みは、約１４ミリ秒（１４ｍｓ）のビームスイッチング速度を結果として生じる。１つの実施形態において、ＬＣは、応答性が向上するように当技術分野で周知の方法でドープされ、７ミリ秒（７ｍｓ）要件を満足させることができる。
【0115】
ＣＥＬＣ素子は、ＣＥＬＣ素子の面に平行で且つＣＥＬＣギャップ補完物に垂直に印加される磁界に応答する。電圧がメタマテリアル散乱単位セルの液晶に印加されたときに、誘導波の磁界成分がＣＥＬＣの磁気励起を誘導し、その結果、誘導波と同じ周波数の電磁波が生成される。
【0116】
単一のＣＥＬＣによって生成される電磁波の位相は、誘導波のベクトル上のＣＥＬＣの位置によって選択することができる。各セルは、ＣＥＬＣと平行な誘導波と同相の波を生成する。ＣＥＬＣは、波長よりも小さいので、出力波は、誘導波がＣＥＬＣの下を通過するときにこの誘導波の位相と同じ位相を有する。
【0117】
１つの実施形態において、このアンテナシステムの円筒状給電幾何形状は、ＣＥＬＣ素子を、給電波における波のベクトルに対して４５度（４５°）の角度で位置決めされるようにできる。この素子の位置により、素子から生成されるか又は素子によって受け取られる自由空間波の偏波の制御が可能になる。１つの実施形態において、ＣＥＬＣは、アンテナの動作周波数の自由空間波長よりも小さい素子間隔で配列される。例えば、１波長当たりに４つの散乱素子が存在する場合、３０ＧＨｚの送信アンテナの素子は、約２．５ｍｍ（すなわち、３０ＧＨｚの１０ｍｍ自由空間波長の１／４）となる。
【0118】
１つの実施形態において、ＣＥＬＣは、スロットを覆って同一場所に位置付けられたパッチとスロットとパッチの間に液晶を含むパッチアンテナによって実施される。これに関して、メタマテリアルアンテナは、スロット（散乱）導波路のように動作する。スロット導波路に関しては、出力波の位相は、誘導波に対するスロットの位置に依存する。
【0119】
セルの配置
１つの実施形態において、アンテナ素子は、系統的マトリクス駆動回路を可能にする方法で円筒状給電アンテナのアパーチャ上に配置される。セルの配置は、マトリクス駆動用のトランジスタの配置を含む。図１２は、アンテナ素子に対するマトリクス駆動回路の配置の１つの実施形態を示している。図１２を参照すると、行コントローラ１７０１は、行選択信号Ｒｏｗ１（行１）及びＲｏｗ２（行２）それぞれを介してトランジスタ１７１１、１７１２に結合され、列コントローラ１７０２は、列選択信号Ｃｏｌｕｍｎ１（列１）を介してトランジスタ１７１１及び１７１２に結合される。また、トランジスタ１７１１は、パッチへの接続１７３１を介してアンテナ素子１７２１に結合され、トランジスタ１７１２は、パッチへの接続１７３２を介してアンテナ素子１７２２に結合される。
１つの実施形態において、アンテナ素子は、系統的マトリクス駆動回路を可能にする方法で円筒状給電アンテナのアパーチャ上に配置される。セルの配置は、マトリクス駆動用のトランジスタの配置を含む。図１２は、アンテナ素子に対するマトリクス駆動回路の配置の１つの実施形態を示している。図１２を参照すると、行コントローラ１７０１は、行選択信号Ｒｏｗ１（行１）及びＲｏｗ２（行２）それぞれを介してトランジスタ１７１１、１７１２に結合され、列コントローラ１７０２は、列選択信号Ｃｏｌｕｍｎ１（列１）を介してトランジスタ１７１１及び１７１２に結合される。また、トランジスタ１７１１は、パッチへの接続１７３１を介してアンテナ素子１７２１に結合され、トランジスタ１７１２は、パッチへの接続１７３２を介してアンテナ素子１７２２に結合される。
【0120】
単位セルが非正規グリッド内に配置された円筒状給電アンテナ上でマトリクス駆動回路を実現する最初の手法では、２つのステップが実行される。第１のステップでは、セルが同心リング上に配置され、セルの各々は、セルの傍らに配置されたトランジスタに接続され、このトランジスタが、各セルを別々に駆動するスイッチとして動作する。第２のステップでは、マトリクス駆動回路は、このマトリクス駆動手法が必要とするときにあらゆるトランジスタを一意のアドレスで接続するように構築される。マトリクス駆動回路は、行と列のトレースによって構築される（ＬＣＤと同様）が、セルはリング状に配置されるので、各トランジスタに一意のアドレスを割り当てる系統的方法は存在しない。このマッピング問題は、全てのトランジスタをカバーするために極めて複雑な回路を生じさせ、ルーティングを達成する物理的トレースの数を著しく増加させることになる。セルが高密度であるので、これらのトレースは、カップリング効果に起因してアンテナのＲＦ性能を妨げる。また、トレースが複雑であり実装密度が高いことに起因して、トレースのルーティングは、商業的に入手可能なレイアウトツールによって行うことができない。
【0121】
１つの実施形態において、マトリクス駆動回路は、セル及びトランジスタが配置される前に事前に定められる。これは、各々が一意のアドレスを有する全てのセルを駆動するのに必要な最小数のトレースが確保される。この方式は、駆動回路の複雑性を軽減してルーティングを簡素化し、これによってアンテナのＲＦ性能が向上する。
【0122】
より詳細には、１つの方式では、第１のステップにおいて、セルは、各セルの一意のアドレスを表す行及び列から構成された正方形グリッド上に配置される。第２のステップにおいて、セルは、セルのアドレス、及び第１のステップで定められた行及び列への接続を維持すると同時に、グループ化され且つ同心円に変換される。この変換の目的は、セルをリング上に配置するだけでなく、アパーチャ全体にわたってセル間の距離及びリング間の距離を一定に保つことである。この目的を達成するために、セルをグループ化する幾つかの方法が存在する。
【0123】
１つの実施形態において、ＴＦＴパッケージは、マトリクス駆動回路における配置及び一意のアドレス指定を可能にするのに用いられる。図１３は、ＴＦＴパッケージの１つの実施形態を示している。図１３を参照すると、入力及び出力ポートを備えたＴＦＴ及び保持キャパシタ１８０３が示されている。トレース１８０１に接続された２つの入力ポートと、トレース１８０２に接続された２つの出力ポートとがあり、行及び列を用いてＴＦＴを共に接続する。１つの実施形態において、行のトレース及び列のトレースは、９０°の角度で交差して、行のトレースと列のトレースとの間の結合が低減され、場合によっては最小となることができる。１つの実施形態において、行のトレース及び列のトレースは、様々な層上に存在する。
【0124】
全二重通信システムの例
別の実施形態において、複合アンテナアパーチャは、全二重通信システムで用いられる。図１４は、同時送信及び受信経路を有する通信システムの別の実施形態のブロック図である。１つの送信経路及び１つの受信経路のみが示されているが、通信システムは、２以上の送信経路及び／又は２以上の受信経路を含むことができる。
別の実施形態において、複合アンテナアパーチャは、全二重通信システムで用いられる。図１４は、同時送信及び受信経路を有する通信システムの別の実施形態のブロック図である。１つの送信経路及び１つの受信経路のみが示されているが、通信システムは、２以上の送信経路及び／又は２以上の受信経路を含むことができる。
【0125】
図１４を参照すると、アンテナ１４０１は、上述のように異なる周波数で同時に送信及び受信するように独立して動作可能な２つの空間的に交互配置されたアンテナアレイを含む。１つの実施形態において、アンテナ１４０１は、ダイプレクサ１４４５に結合される。この結合は、１又は２以上の給電ネットワークによるものとすることができる。１つの実施形態において、放射状給電アンテナの場合、ダイプレクサ１４４５は、２つの信号を組み合わせるものであり、アンテナ１４０１とダイプレクサ１４４５の間の接続は、両方の周波数を搬送できる単一の広帯域給電ネットワークである。
【0126】
ダイプレクサ１４４５は、低ノイズブロックダウンコンバータ（ＬＮＢ）１４２７に結合され、このＬＮＢは、当技術分野において周知の方法でノイズフィルタリング機能、ダウンコンバート機能、及び増幅機能を実行する。１つの実施形態において、ＬＮＢ１４２７は、室外ユニット（ＯＤＵ）に存在する。別の実施形態において、ＬＮＢ１４２７は、アンテナ装置に組み込まれる。ＬＮＢ１４２７は、コンピューティングシステム１４４０（例えば、コンピュータシステム、モデムなど）に結合されたモデム１４６０に結合される。
【0127】
モデム１４６０は、アナログ‐デジタルコンバータ（ＡＤＣ）１４２２を含み、このＡＤＣは、ＬＮＢ１４２７に結合されて、ダイプレクサ１４４５から出力された受信信号をデジタル形式に変換する。デジタル形式に変換された状態で、信号は、復調器１４２３によって復調され、更に復号器１４２４によって復号され、受信波上の符号化されたデータが得られる。次に、復号されたデータは、コントローラ１４２５に送られ、このコントローラが、このデータをコンピューティングシステム１４４０に送る。
【0128】
モデム１４６０はまた、コンピューティングシステム１４４０から送信されるデータを符号化する符号器１４３０を含む。符号化されたデータは、変調器１４３１によって変調され、次にデジタル‐アナログコンバータ（ＤＡＣ）１４３２によってアナログに変換される。次に、アナログ信号は、ＢＵＣ（アップコンバート及び高域増幅器）１４３３によってフィルタリングされ、ダイプレクサ１４４５の１つのポートに供給される。１つの実施形態において、ＢＵＣ１４３３は、室外ユニット（ＯＤＵ）に存在する。
【0129】
当技術分野において周知の方法で動作するダイプレクサ１４４５は、伝送のため送信信号をアンテナ１４０１に供給する。
【0130】
コントローラ１４５０は、単一の複合物理的アパーチャ上のアンテナ素子の２つのアレイを含むアンテナ１４０１を制御する。
【0131】
通信システムは、上述のコンバイナ／アービターを含むよう修正されるであろう。このような場合、コンバイナ／アービターはモデムの後であるがＢＵＣ及びＬＮＢの前にある。
【0132】
図１４に示された全二重通信システムは、限定ではないが、インターネット通信、車両通信（ソフトウェア更新を含む）などを含む幾つかの用途があることに留意されたい。
【0133】
本明細書に記載されている例示的な実施形態が複数ある。
【0134】
本明細書に記載されている例示的な実施形態が複数ある。
【0135】
実施例１は、アイリススロット開口部とアイリススロット開口部を覆う電極とを各々が含む複数の無線周波数（ＲＦ）放射アンテナ素子と、複数のＲＦ放射アンテナ素子に結合された複数の駆動トランジスタと、複数のアンテナ素子のうちの１つのＲＦ放射アンテナ素子の電極に各々が結合された複数のストレージキャパシタと、を有するアパーチャを備えたアンテナであって、アパーチャは、ＲＦ放射アンテナ素子の電極の下方に位置付けられた１つのＲＦ放射アンテナ素子用の駆動トランジスタ、ＲＦ放射アンテナ素子の電極の下方に位置付けられた１つのアンテナ素子用のストレージキャパシタと、及びオーバラップ領域において、ストレージキャパシタンスを形成するために１つのＲＦ放射アンテナ素子に共通電圧を送る共通電圧ルーティングに重なる第１の電圧用の１つのＲＦ放射アンテナ素子への金属ルーティングのうちの少なくとも１つを含む、アンテナである。
【0136】
実施例２は、電極がパッチを含む、ことを任意選択的に含むことができる実施例１のアンテナである。
【0137】
実施例３は、金属ルーティングが、複数のストレージキャパシタのうちの１つのストレージキャパシタを電極に結合するドレイン金属ルーティングを含む、ことを任意選択的に含むことができる実施例１のアンテナである。
【0138】
実施例４は、ドレイン金属ルーティングが共通電圧ルーティングの上方又は下方にある、ことを任意選択的に含むことができる実施例３のアンテナである。
【0139】
実施例５は、オーバラップ領域がストレージキャパシタの第２のキャパシタンスと組み合わせて１つのアンテナ素子のキャパシタンスを提供する第１のキャパシタンスを提供し、ドレイン金属層の幅及び共通電圧ルーティングの幅の一方又は両方が、第１のキャパシタンスを取得するよう設定される、ことを任意選択的に含むことができる実施例３のアンテナである。
【0140】
実施例６は、オーバラップエリアの幅が、電極の外側よりも電極の下方で大きい、ことを任意選択的に含むことができる実施例１のアンテナである。
【0141】
実施例７は、１つのＲＦ放射アンテナ素子用の駆動トランジスタが、１つのＲＦ放射アンテナ素子用のストレージキャパシタと共にＲＦ放射アンテナ素子の電極の下方に位置付けられる、ことを任意選択的に含むことができる実施例１のアンテナである。
【0142】
実施例８は、１つのＲＦ放射アンテナ素子用の駆動トランジスタがＲＦ放射アンテナ素子の電極の下方に位置付けられ、１つのＲＦ放射アンテナ素子用のストレージキャパシタが、ＲＦ放射アンテナ素子の電極の外側に位置付けられる、ことを任意選択的に含むことができる実施例１のアンテナである。
【0143】
実施例９は、１つのＲＦ放射アンテナ素子用の駆動トランジスタが、ＲＦ放射アンテナ素子の電極の下方に位置付けられ、１つのＲＦ放射アンテナ素子用の第１のストレージキャパシタが、ＲＦ放射アンテナ素子の電極の下方に位置付けられ、１つのＲＦ放射アンテナ素子用の第２のストレージキャパシタが、ＲＦ放射アンテナ素子の電極の外側に位置付けられる、ことを任意選択的に含むことができる実施例１のアンテナである。
【0144】
実施例１０は、電極がパッチ及びパッチ基板を有するパッチ構造体の一部であり、更にストレージキャパシタが、電極の真下に形成され、パッチ構造体のパッチ金属層とパッチ基板との間に存在する、ことを任意選択的に含むことができる実施例１のアンテナである。
【0145】
実施例１１は、パッチの下方のキャパシタンスが、共通電圧金属層を調整することによって調節される、ことを任意選択的に含むことができる実施例１０のアンテナである。
【0146】
実施例１２は、電極が、パッチ及びパッチ基板を有するパッチ構造体の一部であり、更に駆動トランジスタがＴＦＴを含み、少なくとも１つのＴＦＴが、パッチ構造体の真下に形成され、パッチ構造体のパッチ金属層とパッチ基板との間に存在する、ことを任意選択的に含むことができる実施例１のアンテナである。
【0147】
実施例１３は、複数の無線周波数（ＲＦ）放射アンテナ素子であって、アイリススロット開口部とアイリススロット開口部を覆う電極とを各々が含む複数の無線周波数（ＲＦ）放射アンテナ素子と、複数のアンテナ素子のうちの１つのアンテナ素子に各々が結合される複数の駆動トランジスタであって、駆動トランジスタのペア間の１又は２以上の金属ルーティング線が、１又は２以上のＲＦ放射アンテナ素子を通る、複数の駆動トランジスタと、を備えるアンテナである。
【0148】
実施例１４は、各駆動トランジスタが、駆動トランジスタのソース及びゲートにそれぞれ結合されたドレイン及びゲート金属線を有し、ドレイン金属線が、ＲＦ放射アンテナ素子の電極に結合され、１又は２以上の金属ルーティング線が、ソース金属線及びゲート金属線のうちの１又は２以上を含む、ことを任意選択的に含むことができる実施例１３のアンテナである。
【0149】
実施例１５は、１又は２以上の金属ルーティング線が、共通電圧ルーティングを含む、ことを任意選択的に含むことができる実施例１３のアンテナである。
【0150】
実施例１６は、１又は２以上の金属ルーティング線が、少なくとも１つのＲＦ放射アンテナ素子の主軸に沿っている、ことを任意選択的に含むことができる実施例１３のアンテナである。
【0151】
実施例１７は、１又は２以上の金属ルーティング線が、少なくとも１つのＲＦ素子の主軸に対して対称である平行ルーティング線を含む、ことを任意選択的に含むことができる実施例１６のアンテナである。
【0152】
実施例１８は、１又は２以上の金属ルーティング線の一部が、電極と基板との間で電極が結合される基板上の金属層の上に形成される、ことを任意選択的に含むことができる実施例１３のアンテナである。
【0153】
実施例１９は、電極がパッチ電極であり、基板がパッチ基板である、ことを任意選択的に含むことができる実施例１８のアンテナである。
【0154】
実施例２０は、パッチ電極と金属ルーティング線との間の寄生キャパシタンスを低減するためにパッチ電極と金属ルーティング線との間に誘電体を任意選択的に含むことができる実施例１のアンテナである。
【0155】
実施例２１は、金属ルーティング線は、電極に近接していないときよりも電極に近接しているときに幅狭になる、ことを任意選択的に含むことができる実施例１３のアンテナである。
【0156】
実施例２２は、対応するアイリススロット開口部の上方のエリアの外側にあるエリアにおいて駆動トランジスタのドレイン金属層を少なくとも１つのＲＦ放射アンテナ素子の電極に接続するために任意選択的にビアを含むことができる実施例１３のアンテナである。
【0157】
実施例２３は、複数のＲＦ放射アンテナ素子と、複数のＲＦ放射アンテナ素子に結合された複数の構造体とを備え、各構造体が、複数のアンテナ素子を駆動するように結合されたストレージキャパシタに結合される駆動トランジスタを有し、複数の構造体の各構造体が、複数のドレイン端子を含む、アンテナである。
【0158】
実施例２４は、駆動トランジスタがＴＦＴである、ことを任意選択的に含むことができる実施例２３のアンテナである。
【0159】
実施例２５は、複数のドレイン端子の１つだけが、ＲＦアンテナ素子の１又は２以上の異なるリング上で１又は２以上のＲＦ素子に結合される、ことを任意選択的に含むことができる実施例２３のアンテナである。
【0160】
実施例２６は、複数の構造体のうちの１つの構造体の複数のドレイン端子のうちの１つに結合されたドレイン線が、１つの構造体の駆動トランジスタに結合されたゲート線に交差する、ことを任意選択的に含むことができる実施例２３のアンテナである。
【0161】
実施例２７は、複数の構造体のうちの１つの構造体の複数のドレイン端子のうちの１つに結合されるドレイン線が、１つの構造体の駆動トランジスタに結合されたゲート線又はソース線に交差していない、ことを任意選択的に含むことができる実施例２３のアンテナである。
【0162】
実施例２８は、複数の構造体のうちの１つの構造体の複数のドレイン端子のうちの１つに結合されたドレイン線が、１つの構造体の駆動トランジスタに結合されたソース線と反対の方向で１つの構造体から出ている、ことを任意選択的に含むことができる実施例２３のアンテナである。
【0163】
実施例２９は、複数の構造体のうちの構造体が、ＲＦ放射アンテナ素子のローカルリングの接線で延びるルーティングと整合される、ことを任意選択的に含むことができる実施例２３のアンテナである。
【0164】
実施例３０は、ＴＦＴ／ストレージキャパシタ構造体のうちの１又は２以上の構造体のルーティング線の１又は２以上の接続部が、ＲＦ放射アンテナ素子のローカルリングの接線で延びるルーティングと整合される、ことを任意選択的に含むことができる実施例２９のアンテナである。
【0165】
実施例３１は、ＴＦＴ／ストレージキャパシタ構造体のうちの１又は２以上の構造体のルーティング線用の１又は２以上の接続部が、ＲＦ放射アンテナ素子のローカルリングの接線にわたって延びるルーティングと整合される、ことを任意選択的に含むことができる実施例２９のアンテナである。
【0166】
上記の詳細な説明の幾つかの部分は、コンピュータメモリ内のデータビットに対する演算のアルゴリズム及び記号表現の観点で提示されている。これらのアルゴリズム的記述及び表現は、データ処理技術分野の当業者により、自らの作業の内容を他の当業者に最も効果的に伝えるために使用される手段である。アルゴリズムは、ここでは一般的に、望ましい結果に至る自己矛盾のない一連のステップであると考えられる。これらのステップは、物理量の物理的操作を必要とするものである。必須ではないが、通常は、これらの量は、格納、転送、結合、比較、及び他の操作が可能な電気信号又は磁気信号の形式を取る。これらの信号をビット、値、要素、記号、符号、用語、又は数字などとして示すことは、主として共通使用という理由でときに好都合であることが判明している。
【0167】
しかしながら、これらの及び類似の用語は、全て適切な物理量に関連付けられるものとし、且つこれらの量に付与される有利なラベルに過ぎないことを念頭に置くべきである。以下の説明から明らかなように他に具体的に明記されない限り、説明全体を通して、「処理する」又は「コンピュータ計算する」又は「計算する」又は「決定する」又は「表示する」などのような用語を利用する説明は、コンピュータシステムのレジスタ及びメモリ内の物理的な（電子的な）量として表されるデータをそのコンピュータシステムのメモリ又はレジスタ又は他のそのような情報ストレージ、送信又は表示デバイス内の物理量として同様に表される別のデータに操作及び変換するコンピュータシステム又は類似の電子コンピュータデバイスのアクション及びプロセスを指すことを理解すべきである。
【0168】
本発明はまた、本明細書の動作を実行するための装置に関する。この装置は、必要とされる目的のために特別に構成することができ、又はコンピュータに格納されたコンピュータプログラムによって選択的に起動又は再構成される汎用コンピュータを含むことができる。このようなコンピュータプログラムは、限定ではないが、フロッピーディスク、光学ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、及び磁気光学ディスクを含むあらゆるタイプのディスク、読取り専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、磁気又は光カード、又は電子命令の格納に適するあらゆるタイプの媒体のようなコンピュータ可読ストレージ媒体に格納することができ、各々がコンピュータシステムバスに結合される。
【0169】
本明細書に提示したアルゴリズム及び表示は、何れの特定のコンピュータ又は他の装置にも本質的に関係付けられるものではない。様々な汎用システムを本明細書の教示によるプログラムと共に使用することができるか、又は必要とされる方法ステップを実行するより特殊化された装置を構成することが便利であることが証明されている場合がある。多種多様なこれらのシステムに必要とされる構造は、以下の説明から明らかであろう。これに加えて、本発明は、何れの特定のプログラミング言語に関連しても説明されていない。多種多様なプログラミング言語を使用して、本明細書に説明した本発明の教示を実施することができることが理解されるであろう。
【0170】
機械可読媒体は、機械（例えば、コンピュータ）によって可読の形態の情報を格納又は送信するための何れかの機構を含む。例えば、機械可読媒体は、読取り専用メモリ（「ＲＯＭ」）、ランダムアクセスメモリ（「ＲＡＭ」）、磁気ディスクストレージ媒体、光学ストレージ媒体、フラッシュメモリデバイスなどを含む。
【0171】
本発明の多くの改変及び修正が前述の説明を読んだ後で疑いなく当業者に明らかになるであろうが、例証によって図示及び説明された何れの特定の実施形態も限定として捉えられるものではない点を理解されたい。従って、様々な実施形態の詳細事項への言及は、本発明にとって基本的なものとしてみなされる特徴のみを記載する請求項の範囲を制限するものではない。
【符号の説明】
【0172】
１０１ ストレージキャパシタ
１０２ トランジスタ（例えば、ＴＦＴ）
１０３ Ｖｃｏｍ
１０４ ドレイン金属
１０５ アイリススロット開口部
１０６ パッチ電極（金属）
１１１ パッチ金属へのビアドレイン金属
１０２ トランジスタ（例えば、ＴＦＴ）
１０３ Ｖｃｏｍ
１０４ ドレイン金属
１０５ アイリススロット開口部
１０６ パッチ電極（金属）
１１１ パッチ金属へのビアドレイン金属
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図2D】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図5D】
【図6】
【図7】
【図8A】
【図8B】
【図9A】
【図9B】
【図9C】
【図9D】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【国際調査報告】