非圆形中心馈电天线及其使用方法与流程

非圆形中心馈电天线及其使用方法
1.优先权
2.本技术是于2019年4月12日提交的申请号为62/833,508的美国临时专利申请以及于2020年4月9日提交的、题目为“非圆形中心馈电天线及其使用方法(non
‑
circular centre
‑
fed antenna and method of use the same)”的美国非临时16/844,955的延续并要求它们的权益，并且它们通过引用整体并入本文。
技术领域
3.本发明的实施例涉及天线领域；更特别地，本发明的实施例涉及非圆形中心馈电天线。


背景技术：

4.一些现有的天线设计依赖于径向波导模式，其中馈电波从天线孔径的边缘反射到孔径的中心。这些天线具有边缘馈电架构。波被反射，使其向中心传播，从而为实现平坦的孔径分布创造更好的条件。
5.两篇现有技术论文，ando等的“用于12ghz dbs卫星接收的径向线槽天线(radial line slot antenna for 12ghz dbs satellite reception)”和yuan等的“用于高功率微波应用的新型径向线槽天线的设计和实验(design and experiments of a novel radial line slot antenna for high
‑
power microwave applications)”，讨论了各种天线。这两篇论文中描述的天线的局限性在于波束仅以一个静态角度形成。论文中描述的馈电结构是折叠的、双层的，其中第一层接受引脚馈电并将电磁波向外引导到边缘，将波向上弯曲到顶层，顶层然后将其从外围引导到中心，并沿路径激励固定的槽。该槽通常以正交对定向，在发射时提供固定的圆极化，在接收模式中则相反。最后，吸收器终止剩余的能量。
6.因为边缘馈电天线的模式是径向对称的，所以反射结构是径向对称的，从而将孔径形状锁定为圆形。然而，要求使用圆形天线可能会限制天线的尺寸，并且当可用空间不是圆形(例如矩形)时，不能利用大部分的可用空间。


技术实现要素：

7.公开了一种非圆形中心馈电天线及其使用方法。在一个实施例中，一种天线包括：非圆形天线孔径，具有射频(rf)辐射天线元件；以及非径向对称定向耦合器，用于在天线孔径内的中心位置向孔径提供rf馈电波，以使馈电波能够从中心位置向外传播到孔径的边缘。
附图说明
8.通过下面给出的详细描述和本发明的各个实施例的附图，将更全面地理解本发明，然而，这些不应被认为是将本发明限制于特定实施例，而仅是用于解释和理解。
9.图1a至图1c示出了最大化非圆形天线孔径的表面利用率的示例。
10.图2a和图2b示出了设计耦合器的多种方法。
11.图3示出了在矩形孔径中放置天线元件的示例。
12.图4a至图4i示出了示例孔径和与示例孔径相关的模拟结果。
13.图5示出了具有不同尺寸的槽的示例定向耦合器的一部分。
14.图6a示出了天线孔径的传统设计流程。
15.图6b示出了非圆形孔径和平铺架构的设计流程的一个实施例。
16.图6c示出了用于设计孔径的过程的一个实施例的流程图。
17.图7a示出了圆柱形馈电全息径向孔径天线的一个实施例的示意图。
18.图7b示出了包括接地平面和可重构谐振器层的一行天线元件的立体图。
19.图8a示出了可调谐谐振器/槽的一个实施例。
20.图8b示出了物理天线孔径的一个实施例的横截面视图。
21.图9a至图9d示出了用于创建开槽阵列的不同层的一个实施例。
22.图10示出了圆柱形馈电天线结构的一个实施例的侧视图。
23.图11示出了具有出射波的天线系统的另一实施例。
24.图12示出了矩阵驱动电路相对于天线元件的放置的一个实施例。
25.图13示出了tft封装的一个实施例。
26.图14是同时具有发射路径和接收路径的通信系统的一个实施例的框图。
具体实施方式
27.在以下描述中，阐述了许多细节以提供对本发明的更彻底的解释。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践本发明。在其他情况下，众所周知的结构和设备以框图形式而不是详细示出，以避免模糊本发明。
28.概述
29.公开了非圆形中心馈电天线及其制造和使用方法。在一个实施例中，非圆形中心馈电天线包括具有非圆形形状的全息天线。在一个实施例中，全息天线包括全息超表面天线。全息超表面天线可以具有表面散射超材料天线元件。下面更详细地描述这种天线元件的示例。注意的是，本文公开的本发明和技术不限于使用本文公开的天线元件和/或孔径，并且可以适用于许多不同的天线架构和实现方式。
30.描述了用于通信卫星地球站的超材料天线系统的实施例。在一个实施例中，天线系统是在使用用于民用商业卫星通信的某些频率(例如，ka波段频率、ku波段频率等)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)的组件或子系统。注意的是，天线系统的实施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)。在一个实施例中，天线系统使用表面散射超材料技术来形成和操控通过单独的天线进行发射波束和接收波束。在一个实施例中，与采用数字信号处理以电方式形成和操控波束的天线系统(例如相控阵天线)不同，天线系统是模拟系统。在一个实施例中，天线系统包括三个功能子系统：(1)包括波馈电架构的波导结构；(2)波散射超材料天线元件(例如，单位胞元)的阵列；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。
31.在本文描述的非圆形中心馈电天线实施例中，从底部波导到顶部波导耦合功率的
定向耦合器从中心向外朝孔径边缘对孔径进行馈电。相比之下，在边缘馈电天线的情况下，因为波导的形状决定了传播波的相位，因此馈电结构需要圆形。现有技术使用径向对称定向耦合器来为圆形孔径馈电，从而在孔径上保持均匀照明。本文公开的本发明的实施例包括使用非径向对称定向耦合器，该定向耦合器允许为具有非圆形形状(例如，矩形、正方形、六边形、八边形、三角形、椭圆形，等等)的孔径馈电，同时保持均匀的孔径照明。当天线孔径使用中心馈电架构时，波不会被反射，因此形状不再必须是圆形。此外，可以通过在空间上修改定向耦合器耦合系数以非径向对称的方式将功率传输到形状因数(form factor)，这进一步利用了非圆形形状。如果需要，矩形形状可以产生完美平坦的孔径分布，尽管在接受的功率和孔径效率之间存在基本的权衡。
32.非圆形天线的使用是有利的，因为不同的应用具有不同的形状因数，并且当孔径尺寸可以匹配形状因数时，通过增加天线增益和方向性来增加天线性能。相比之下，使用圆形天线不会填充可用空间并导致较低的天线增益。因此，本发明的实施例在天线的可用空间是非圆形的情况下是有帮助的，并且可以使天线填充可用空间并具有更好性能。
33.这些技术还允许从子架构创建不同的超级架构。出于本文的目的，这被称为平铺(tiling)。平铺功能提供了更多设计自由度，并开辟了新的天线功能并增强了现有的关键性能指标(kpi)。在一个实施例中，天线孔径包括多个子孔径，这些子孔径平铺用于天线孔径的可用空间，或者平铺比圆形、边缘馈电天线覆盖的可用空间更多的可用空间。本发明的实施例允许在不影响表面利用率(surface utilization)或在区段之间产生大间隙的情况下在天线孔径平铺多个独立的孔径。注意的是，在一个实施例中，通过该概念实现的平铺方法提供了一种减少波导中的最大路径长度并导致瞬时带宽增加的方法。
34.图1a至图1c示出了使用一个或多个矩形天线孔径来增加并潜在地最大化矩形包层的表面利用率的天线孔径的示例。
35.参照图1a，包层(envelope)100填充一个圆形孔径101。矩形包层100可以填充一个半矩形、中心馈电天线孔径102，以增加并且潜在地最大化天线增益。此外，矩形包层100可以填充两个半矩形中心馈电天线子孔径103和104，以最大化天线增益。在一个实施例中，使用两个不同的馈电向天线子孔径103和104馈送馈电波。因此，通过利用天线孔径更充分地填充矩形包层100，可以提高天线增益。
36.图1b示出了类似的表面利用率，但是在这种情况下，表面利用率是针对方形包层的。参照图1b，包层110填充单个圆形、中心馈电孔径111。包层110可以填充有单个矩形孔径，例如单个非圆形、中心馈电孔径112，或可以填充有多个非圆形、中心馈电孔径112，例如四个子孔径(平铺件)113a至113d。在一个实施例中，使用四个不同的馈电向天线孔径113a至113d单独地馈送单独的馈电波。
37.图1c示出了包层120中的四个矩形、非圆形、中心馈电的子孔径(平铺件)121至124。当操作孔径121至124以接收来自一颗或多颗卫星的信号时，每个孔径从每个单独的象限向孔径121至124馈电。在一个实施例中，每个单独的子孔径独立地发射信号。在其他实施例中，子孔径接收(rx)波束从子孔径的中心馈送，而一个发射(tx)波束是从馈电全局中心的中心馈送。这可以通过rx子元件放置方法来实现，同时tx元件在整个孔径上交错。
38.注意的是，在具有填充包层的多个子孔径的情况下，在一个实施例中，在子孔径之间存在吸收器或其他形式的馈电波终端，以确保子孔径之一的馈电波不会对任何相邻的子
孔径造成干扰。在另一个实施例中，不需要这种吸收器或馈电波终端，因为馈电波的功率水平被选择为使得它在从其子孔径的中心传播时耗散，直到它的功率水平使得它不会干扰相邻的子孔径为止。
39.此外，在一个实施例中，当子孔径用于接收信号时，以本领域公知的方式使用波导将所接收的信号进行rf耦合，使得所有通道耦合在一起并馈送到一个rf链(例如，双工器、调制解调器等)。在另一实施例中，每个子孔径都有一个rf链，所有接收到的信号都被转换为中频(if)，然后以本领域公知的方式以if组合这些信号。
40.耦合器设计的一个目标是减少并潜在地最小化从天线孔径中心到孔径边缘的每个轴线上的负载功率。图2a和2b示出了用于为矩形孔径设计耦合器的两种不同方式，其中耦合器的耦合轮廓对于不同轴线是不同的。
41.参照图2a，在0
°
、45
°
和90
°
处有三个不同长度的轴线。为了在每个轴线上实现低负载损耗，每个轴线都需要不同的耦合器轮廓。轴线之间的部分可以离散为楔形部分，也可以根据角度和路径长度进行插值。
42.更具体地，在图2a中，通过将象限/部分分成其耦合是不同的楔形，为非圆形孔径的每个象限或部分设计不同的耦合器。在图2a中，右上象限显示了四个楔形。每个楔形都与已确定的耦合器设计的不同径向线相关联。耦合器设计最初以识别预定数量的半径开始，并且针对每个半径进行耦合器设计。该预定的半径集可包括孔径的部分中的最短半径和最长半径。对于耦合器设计尚未确定的那些其他径向线，待使用的耦合是基于其径向线长度以及预定集中的哪个半径在长度上最接近该径向线的。基于该确定，应用于预定集中的半径的最近的半径(在长度上)的耦合器设计的馈电的地理部分被用于该半径。在一个实施例中，该过程继续确定针对预定半径的耦合器设计中的哪一个设计被应用于孔径的部分中的每条径向线。以这种方式，由于没有径向对称性，耦合率在中心馈电的不同径向线上发生变化。
43.例如，在一个实施例中，对于从中心馈电到孔径边缘的最长路径，耦合器被设计为使得当馈电波沿该路径传播时，与沿着中心馈电到孔径边缘之间的最短路径相比，每长度发生的耦合更少。这样做是为了保持正确的孔径分布和负载功率。在一个实施例中，沿着每条路径的功率传输使得沿着不同路径以更快的速率辐射功率。因此，耦合器被设计成沿着不同的路径耦合是不同的。在一个实施例中，该耦合使得与较短路径相比，在较长路径上节流(或与较长路径相比，在较短路径上不节流)。
44.参照图2b，耦合器设计使用圆形插值(interpolation)，其通过使用耦合器设计已经确定的区域之间的弧将预定耦合器设计应用于象限的其他部分。在某些情况下，可以通过与标准制造技术例如印刷电路板相关的实际公差限制来选择所使用的离散化。
45.在一个实施例中，天线元件的放置不受孔径或子孔径的形状的限制。例如，当天线元件是射频(rf)辐射天线元件时，例如但不限于将成为矩形孔径的一部分的单位胞元，天线元件可以放置在环形、螺旋形、矩形网格或任何其他网格上。图3示出了在矩形孔径(即，对于矩形包层)中的环上的元件的基于环的放置的一个实施例的示例。参照图3，示出了多个放置环301，它们关于具有矩形包层302的天线孔径的中心径向对称。注意的是，靠近孔径中心的环是完整的环，而穿过矩形包层302的边缘处的孔径的边界的环只是部分环。
46.矩形孔径被用作实例研究，以在高频结构模拟器(hfss)中构建全波模拟，以验证
中心馈电矩形孔径概念。一个目标是创建一种分析建模方法，其演示非圆形孔径的交易空间(trade space)。使用14英寸
×
25英寸的尺寸创建hfss全波模拟，以比较和验证分析建模框架。
47.图4a示出了矩形天线孔径的示例。参照图4a，天线孔径401具有14英寸
×
25英寸的形状因数。距孔径401的中心的最小尺寸为7英寸，而距孔径401的中心的最大尺寸为13.9英寸。7英寸至13.9英寸之间的距离大约通过0.4英寸进行离散。总共创建了10种不同的耦合器设计。此设计的目标是实现向天线的高功率传输。为了保持沿每个径向路径(例如，路径1
‑
4)的高功率传输，沿不同路径以更快的速率辐射功率，从而产生不同的孔径分布轮廓。注意的是，可以实现替代设计，以牺牲功率传输为代价，更多地关注孔径分布平坦度。
48.图4b示出了最大功率传输设计的较短长度导致那些区域中的较高辐射。这在图4c所示的热图图像中得到了进一步说明。注意的是，在该示例中，矩形孔径401的阵列锥度效率仍然相对较高～0.35db。
49.耦合器表面上的耦合系数可以可视化。有10种不同的径向耦合器设计，它们在空间上离散为矩形表面。这在图4d中示出。
50.图4e示出了方形孔径的示例，出于比较的目的，其示出了更均匀的孔径分布。如图4e所示孔径分布更均匀。
51.耦合器被建立在hfss模型中，并执行全波模拟以测量传输到天线的功率和孔径分布。通过使用薄片阻抗作为顶部导轨(top guide)表面上的辐射器来模拟1/4孔径，减少模拟时间。图4f示出了hfss模型，模拟结果表明孔径分布与分析预测非常匹配，并且接受的功率为90％。图4g示出了1/4孔径分布的分析预测。图4h示出了hfss1/4孔径分布模拟结果。图4i示出了hfss1/4孔径分布模拟结果，显示了径向模式保持。
52.在一个实施例中，本文公开的用于定向耦合器的技术使用一些与一些中心馈电定向耦合器相同的基本组件，唯一的区别在于定向耦合器现在包含以非径向对称的方式变化的特征。图5示出了通过检查使用1/4孔径hfss模拟的定向耦合器槽的示例。
53.本文公开的技术为设计架构开辟了一种不同的方式。图6a和图6b分别显示了传统架构设计方法和新架构设计方法之间的示例。参照图6a，示出了基于一个或多个输入创建圆形天线孔径的传统设计流程。这里的设计约束是瞬时带宽(ibw)、系统噪声温度增益(g/t)、系统旁瓣电平(sll)和天线孔径的可用空间。
54.如图6b所示，从非圆形孔径和平铺架构设计流程的角度来看，接收相同的输入并且所得设计可以是单个孔径设计611、具有多个子孔径的子孔径设计612或多子孔径613，其中子孔径是单个基板(单玻璃孔径)的一部分(而不是分开的单个天线)。这些设计中的任意一个都可以是考虑到输入的设计过程的结果，最终确定正在开发的一个或多个孔径的形状和尺寸614。
55.图6c示出了示例设计流程。参照图6c，考虑到与形状因数相关联的空间，将来自形状因数620的区域和与孔径分布和接受的功率相关联的目标621结合使用。这些用于创建离散耦合器设计622的数量。离散化之后，选择耦合元件623。在一个实施例中，元件有两种常见的实现方式，即槽和环。接下来，使用离散化设计，利用耦合元件沿着整个表面构造定向耦合器(624)。在一个实施例中，该构造基于如上所述的最近邻或插值。
56.天线实施例的示例
57.上述技术可以与平板天线一起使用。公开了这种平板天线的实施例。平板天线包括天线孔径上的一个或多个天线元件阵列。在一个实施例中，天线元件包括液晶胞元。在一个实施例中，平板天线是圆柱形馈电天线，其包括矩阵驱动电路以唯一地寻址和驱动未放置在行和列中的每个天线元件。在一个实施例中，元件被放置在环中。
58.在一个实施例中，具有一个或多个天线元件阵列的天线孔径由耦合在一起的多个段组成。当段耦合在一起时，段的组合形成天线元件的闭合同心环。在一个实施例中，同心环相对于天线馈电同心。
59.天线系统的示例
60.在一个实施例中，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实施例。在一个实施例中，天线系统是使用用于民用商业卫星通信的ka波段频率或ku波段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)的组件或子系统。注意的是，天线系统的实施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)。
61.在一个实施例中，天线系统使用表面散射超材料技术来形成和操控通过单独的天线发射波束和接收波束。在一个实施例中，天线系统是模拟系统，与采用数字信号处理以电方式形成和操控波束的天线系统(例如相控阵天线)不同。
62.在一个实施例中，天线系统由三个功能子系统组成：(1)包括圆柱形波馈电架构的波导结构；(2)作为天线元件一部分的波散射超材料单位胞元的阵列；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。
63.天线元件
64.图7a示出了圆柱形馈电全息径向孔径天线的一个实施例的示意图。参照图7a，天线孔径具有一个或多个天线元件603的一个或多个阵列601，这些天线元件603被放置在围绕圆柱形馈电天线的输入馈电602的同心环中。在一个实施例中，天线元件603是辐射rf能量的射频(rf)谐振器。在一个实施例中，天线元件603包括在天线孔径的整个表面上交错和分布的rx虹膜和tx虹膜。下面更详细地描述这种天线元件的示例。注意的是，本文描述的rf谐振器可以用在不包括圆柱形馈电的天线中。
65.在一个实施例中，天线包括同轴馈电，用于通过输入馈电602提供圆柱形波馈电。在一个实施例中，圆柱形波馈电架构从中心点向天线馈送激励，该激励以圆柱方式从馈电点向外扩散。也就是说，圆柱形馈电天线会产生向外行进的同心馈电波。即便如此，围绕圆柱形馈电的圆柱形馈电天线的形状可以是圆形、方形或任何形状。在另一个实施例中，圆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圆形结构。
66.在一个实施例中，天线元件603包括虹膜，并且图7a的孔径天线用于产生主波束，用于通过可调谐液晶(lc)材料辐射虹膜，该主波束是通过使用来自圆柱形馈电波的激励而成形的。在一个实施例中，可以激励天线以期望的扫描角度辐射水平或垂直极化的电场。
67.在一个实施例中，天线元件包括一组贴片天线。这组贴片天线包括散射超材料元件的阵列。在一个实施例中，天线系统中的每个散射元件都是单位胞元的一部分，单位胞元由下部导体、介电基板和嵌入互补电感电容谐振器(“互补电lc”或“celc”)的上部导体组成，互补电感电容谐振器蚀刻或沉积在上部导体上。如本领域技术人员将理解的，celc上下文中的lc指的是电感
‑
电容，而不是液晶。
68.在一个实施例中，液晶(lc)设置在散射元件周围的间隙中。该lc由上述直接驱动实施例驱动。在一个实施例中，液晶被封装在每个单位胞元中，并且将与槽相关联的下部导体和与其贴片相关联的上部导体分隔开。液晶的介电常数是构成液晶的分子取向的函数，分子的取向(以及介电常数)可以通过调节液晶两端的偏置电压来控制。在一个实施例中，使用这一特性，液晶集成了用于将能量从导波传输到celc的接通/断开开关。当接通时，celc会像小型电偶极天线一样发射电磁波。注意的是，本文的教导不限于具有在能量传输方面以二元方式工作的液晶。
69.在一个实施例中，该天线系统的馈电几何结构允许天线元件定位成与波馈电中的波矢量成四十五度(45
°
)角的位置。注意的是，可以使用其他位置(例如，40
°
角)。元件的这个位置能够控制被元件接收或从元件发射/辐射的自由空间波。在一个实施例中，天线元件以小于天线的工作频率的自由空间波长的元件间间距布置。例如，如果每个波长有四个散射元件，则30ghz发射天线中的元件将约为2.5mm(即，30ghz的10mm自由空间波长的1/4)。
70.在一个实施例中，如果两组元件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的振幅激励。将它们相对于馈电波激励旋转 /
‑
45度，可以同时实现两个所需的特征。将一组旋转0度，另一组旋转90度将达到垂直目标，但不能达到等幅激励目标。注意的是，当从两侧向单个结构中的天线元件阵列馈电时，可以使用0度和90度来实现隔离。
71.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胞元的辐射功率的量。每个贴片的迹线用于为贴片天线提供电压。电压用于调谐电容或使电容失谐，从而调谐单个元件的谐振频率以实现波束形成。所需的电压取决于所使用的液晶混合物。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和饱和电压来描述，高于该电压则电压的增加不会引起液晶的大调谐。对于不同的液晶混合物，这两个特征参数可以改变。
72.在一个实施例中，如上所述，矩阵驱动用于向贴片施加电压，以便将每个胞元与所有其他胞元单独地驱动，而无需针对每个胞元进行单独连接(直接驱动)。由于元件的高密度，矩阵驱动是单独寻址每个胞元的有效方式。
73.在一个实施例中，用于天线系统的控制结构具有2个主要组件：用于天线系统包括驱动电子器件的天线阵列控制器位于波散射结构下方，而矩阵驱动开关阵列以不干扰辐射的方式散布在整个辐射射频阵列中。在一个实施例中，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，其通过调节每个散射元件的ac偏置信号的幅度或占空比来调整该散射元件的偏置电压。
74.在一个实施例中，天线阵列控制器还包含运行软件的微处理器。控制结构还可以结合传感器(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)以向处理器提供位置和方向信息。位置和方向信息可以由地球站中的其他系统和/或可以不是天线系统的一部分的其他系统提供给处理器。
75.更具体地，天线阵列控制器控制哪些元件被关闭和那些元件被打开以及在工作频率下的相位和幅度水平。通过施加电压，这些元件被选择性地失谐以进行频率操作。
76.对于传输，控制器向rf贴片提供一系列电压信号以创建调制或控制图案。控制图案使元件变成不同的状态。在一个实施例中，使用多状态控制，其中各个元件被打开和关闭
到不同的电平，进一步近似于正弦控制图案，而不是方波(即，正弦灰度调制图案)。在一个实施例中，一些元件比其他元件辐射的更强，而不是一些元件辐射而一些不辐射。可变辐射是通过施加特定电压电平来实现的，该电压电平将液晶介电常数调整为不同的量，从而使元件可变地失谐，并导致某些元件比其他元件辐射的更多。
77.超材料元件阵列产生的聚焦波束可以通过相长干涉和相消干涉的现象来解释。如果单独的电磁波在自由空间相遇时具有相同的相位，则它们相加(相长干涉)，如果电磁波在自由空间中相遇时具有相反的相位，则它们会相互抵消(相消干涉)。如果开槽天线中的槽被定位为使得每个连续的槽与导波的激励点的距离不同，那么来自该元件的散射波将与前一槽的散射波具有不同的相位。如果槽间隔开导波波长的四分之一，则每个槽将散射与前一槽的散射波具有四分之一相位延迟的波。
78.使用该阵列，可以增加可以产生的相长干涉和相消干涉的图案的数量，以便可以在理论上使用全息原理将波束指向天线阵列视轴正负九十度(90
°
)的任何方向。因此，通过控制打开或关闭哪些超材料单位胞元(即，通过改变哪些胞元打开和哪些单元关闭的图案)，可以产生不同的相长和相消干涉图案，并且天线可以改变主波束的方向。打开和关闭单位胞元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。
79.在一个实施例中，天线系统为上行链路天线产生一个可控波束，并为下行链路天线产生一个可控波束。在一个实施例中，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。在一个实施例中，天线系统是模拟系统，与采用数字信号处理以电方式形成和控制波束的天线系统(例如相控阵天线)形成对比。在一个实施例中，天线系统被认为是“表面”天线，“表面”天线是平面的和相对低轮廓的，尤其是在与常规的卫星碟形接收器相比时。
80.图7b示出了包括接地平面和可重构谐振器层的一行天线元件的透视图。可重构谐振器层1230包括可调谐槽1210的阵列。可调谐槽1210的阵列可以被配置为将天线指向期望的方向。可通过改变液晶两端的电压来调谐/调整每个可调谐槽。
81.控制模块1280耦合到可重构谐振器层1230，以通过改变图8a中的液晶两端的电压来调制可调谐槽1210的阵列。控制模块1280可以包括现场可编程门阵列(“fpga”)、微处理器、控制器、片上系统(soc)或其他处理逻辑。在一个实施例中，控制模块1280包括用于驱动可调谐槽1210的阵列的逻辑电路(例如，多路复用器)。在一个实施例中，控制模块1280接收数据，该数据包括将被驱动到可调谐槽1210的阵列上的全息衍射图案的规格。可以响应于天线和卫星之间的空间关系来生成全息衍射图案，使得全息衍射图案在适当的方向上控制下行链路波束以进行通信(如果天线系统执行发射，则控制上行链路波束)。尽管未在每一个附图中绘制，但是类似于控制模块1280的控制模块可以驱动本公开的图中描述的每个可调谐槽的阵列。
82.使用类似的技术也可以实现射频(“rf”)全息术，其中当rf参考波束遇到rf全息衍射图案时可以产生所需的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1205(在一些实施例中大约为20ghz)。为了将馈电波转换为辐射波束(用于发射或接收目的)，需要计算所需的rf波束(目标波束)和馈电波(参考波束)之间的干涉图案。干涉图案被驱动到可调谐槽1210的阵列上作为衍射图案，使得馈电波被“控制”到期望的rf波束(具有期望的形状和方向)中。换句话说，馈电波遇到全息衍射图案“重构”了目标波束，这是根
据通信系统的设计要求形成的。全息衍射图案包含每个元件的激励，并由计算，其中w
in
为波导中的波动方程，w
out
为出射波上的波动方程。
83.图8a示出了可调谐谐振器/槽1210的一个实施例。可调谐槽1210包括虹膜/槽1212、辐射贴片1211以及布置在虹膜1212和贴片1211之间的液晶1213。在一个实施例中，辐射贴片1211与虹膜(iris)1212共同定位。
84.图8b示出了物理天线孔径的一个实施例的横截面视图。天线孔径包括接地平面1245和虹膜层1233内的金属层1236，虹膜层1233包括在可重构谐振器层1230中。在一个实施例中，图8b的天线孔径包括图8a的多个可调谐谐振器/槽1210。虹膜/槽1212由金属层1236中的开口限定。馈电波，例如图8a的馈电波1205，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1245和谐振器层1230之间传播。
85.可重构谐振器层1230还包括垫片层1232和贴片层1231。垫片层1232设置在贴片层1231和虹膜层1233之间。注意的是，在一个实施例中，间隔物可以代替垫片层1232。在一个实施例中，虹膜层1233是包括作为金属层1236的铜层的印刷电路板(“pcb”)。在一个实施例中，虹膜层1233是玻璃。虹膜层1233可以是其他类型的基板。
86.可以在铜层中蚀刻开口以形成槽1212。在一个实施例中，虹膜层1233通过导电接合层以导电方式联接到图8b中的另一结构(例如，波导)。注意的是，在实施例中，虹膜层不通过导电接合层以导电方式联接，而是与非导电接合层接合。
87.贴片层1231也可以是包括金属作为辐射贴片1211的pcb。在一个实施例中，垫片层1232包括提供机械间隔以限定金属层1236和贴片1211之间的尺寸的间隔物1239。在一个实施例中，间隔物是75微米，但也可以使用其他尺寸(例如，3
‑
200mm)。如上所述，在一个实施例中，图8b的天线孔径包括多个可调谐谐振器/槽，例如可调谐谐振器/槽1210，其包括图8a的贴片1211、液晶1213和虹膜1212。用于液晶1213的腔室由间隔物1239、虹膜层1233和金属层1236限定。当腔室填充有液晶时，贴片层1231可以层压到间隔物1239上以将液晶密封在谐振器层1230内。
88.可以调制贴片层1231和虹膜层1233之间的电压以调谐贴片和槽(例如，可调谐振器/槽1210)之间的间隙中的液晶。调节液晶1213两端的电压会改变槽(例如，可调谐谐振器/槽1210)的电容。因此，可以通过改变电容而改变槽(例如，可调谐振器/槽1210)的电抗。槽1210的谐振频率也根据等式变化，其中f是槽1210的谐振频率，l和c分别是槽1210的电感和电容。槽1210的谐振频率影响从通过波导传播的馈电波1205辐射的能量。作为示例，如果馈电波1205是20ghz，则槽1210的谐振频率可以被调整(通过改变电容)到17ghz，使得槽1210基本上不耦合来自馈电波1205的能量。或者，谐振频率槽1210的频率可被调整到20ghz，使得槽1210耦合来自馈电波1205的能量并将该能量辐射到自由空间中。尽管给出的示例是二元的(完全辐射或根本不辐射)，但电抗的全灰度控制以及因此槽1210的谐振频率在多值范围内具有电压变化是可能的。因此，可以精细地控制从每个槽1210辐射的能量，从而可以通过可调谐槽的阵列形成详细的全息衍射图案。
89.在一个实施例中，行中的可调谐槽彼此间隔λ/5。可以使用其他间距。在一个实施例中，行中的每个可调谐槽与相邻行中最近的可调谐槽间隔λ/2，因此，不同行中共同定向的可调谐槽间隔λ/4，尽管其他间距(例如，λ/5、λ/6.3)也是可能的。在另一个实施例中，行
中的每个可调谐槽与相邻行中最近的可调谐槽间隔λ/3。
90.实施例使用可重构超材料技术，例如于2014年11月21日提交的申请号为14/550,178、题目为“来自可控圆柱形馈电全息天线的动态极化和耦合控制(dynamic polarizationand coupling control froma steerable cylindrily fed holographic antenna)”的美国专利申请，以及于2015年1月30日提交的申请号为14/610,502、题目为“用于可重构天线的脊状波导馈电结构(ridged waveguide feed structures for reconfigurable antenna)”的美国专利申请中所描述的。
91.图9a至图9d示出了用于创建开槽阵列的不同层的一个实施例。天线阵列包括放置在环中的天线元件，例如图1a中所示的示例环。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，用于两种不同类型的频带。
92.图9a示出了第一虹膜板层的一部分，其位置与槽的位置相对应。参照图9a，圆圈是虹膜基板底侧的金属中的开放区域/槽，并用于控制元件与馈电(馈电波)的耦合。注意的是，该层是可选层，并非在所有设计中都使用。图9b示出了包含槽的第二虹膜板层的一部分。图9c示出了第二虹膜板层的一部分上的贴片。图9d示出了开槽阵列的一部分的俯视图。
93.图10示出了圆柱形馈电天线结构的一个实施例的侧视图。天线使用双层馈电结构(即两层馈电结构)产生向内的行波。在一个实施例中，天线包括圆形外形，但这不是必需的。也就是说，可以使用非圆形的内行结构。在一个实施例中，图10中的天线结构包括同轴馈电，例如在2014年11月21日提交的、公开号为2015/0236412、题目为“来自可控圆柱馈电全息天线的动态极化和耦合控制(dynamic polarizationand coupling control froma steerable cylindrily fed holographic antenna)”的美国专利文件中描述的同轴馈电。
94.参照图10，同轴引脚1601用于激励天线的较低电平的场。在一个实施例中，同轴引脚1601是容易获得的50ω同轴引脚。同轴引脚1601联接(例如，螺栓连接)到天线结构的底部，该底部是传导接地平面1602。
95.作为内部导体的间隙导体1603与传导接地平面1602间隔开。在一个实施例中，传导接地平面1602和间隙导体1603彼此平行。在一个实施例中，接地平面1602与间隙导体1603之间的距离为0.1
‑
0.15”。在另一个实施例中，该距离可以是λ/2，其中λ是工作频率下的行波波长。
96.接地平面1602通过间隔物1604与间隙导体1603分隔开。在一个实施例中，间隔物1604是泡沫或类似空气的间隔物。在一个实施例中，间隔物1604包括塑料间隔物。
97.在间隙导体1603的顶部上是介电层1605。在一个实施例中，介电层1605是塑料的。介电层1605的目的是使行波相对于自由空间速度减慢。在一个实施例中，介电层1605使行波相对于自由空间减慢30％。在一个实施例中，适用于波束形成的折射率范围为1.2
‑
1.8，其中根据定义，自由空间的折射率等于1。其他介电间隔材料，例如塑料，可以用来达到这个效果。注意的是，可以使用塑料以外的材料，只要它们能达到所需的波缓效果。可选地，具有分布式结构的材料可以用作介电层1605，例如可以机械加工或光刻定义的周期性亚波长金属结构。
98.rf阵列1606位于介电层1605的顶部。在一个实施例中，间隙导体1603和rf阵列1606之间的距离是0.1
‑
0.15”。在另一个实施例中，该距离可以是λ
eff
/2，其中λ
eff
是设计频率下介质中的有效波长。
99.天线包括侧面1607和1608。侧面1607和1608成角度以使从同轴引脚1601馈送的行波通过反射从间隙导体1603(间隔层)下方的区域传播到间隙导体1603(介电层)的上方的区域。在一个实施例中，侧面1607和1608的角度为45
°
角。在替代实施例中，侧面1607和1608可以用连续半径代替以实现反射。虽然图10显示了具有45度角的斜面，但也可以使用其他角度来完成从低电平馈电到高电平馈电的信号传输。也就是说，考虑到下馈电中的有效波长通常与上馈电中的不同，可以使用距理想的45
°
角的一些偏差来帮助从下馈电电平传输到上馈电电平。例如，在另一个实施例中，45
°
角由单个阶梯部代替。天线一端的阶梯部围绕介电层、间隙导体和间隔物层。相同的两个阶梯部位于这些层的另一端。
100.在操作中，当馈电波从同轴引脚1601馈入时，波在接地平面1602和间隙导体1603之间的区域中从同轴引脚1601以同心定向向外传播。同心出射波被侧面1607和1608反射，并且在间隙导体1603和rf阵列1606之间的区域中向内传播。来自圆形周边边缘的反射导致波保持同相(即，它是同相反射)。行波被介电层1605减慢。此时，行波开始与rf阵列1606中的元件相互作用并激励以获得期望的散射。
101.为了终止行波，在天线的几何中心处包括终端1609。在一个实施例中，终端1609包括引脚终端(例如，50ω引脚)。在另一个实施例中，终端1609包括rf吸收器，其终止未使用的能量以防止未使用的能量通过天线的馈电结构反射回去。这些可以用在rf阵列1606的顶部。
102.图11示出了具有出射波的天线系统的另一个实施例。参照图11，两个接地平面1610和1611基本上彼此平行，在接地平面之间具有介电层1612(例如，塑料层等)。rf吸收器1619(例如，电阻器)将两个地平面1610和1611联接在一起。同轴引脚1615(例如50ω)向天线馈电。rf阵列1616位于介电层1612和接地平面1611的顶部。
103.在操作中，馈电波通过同轴引脚1615馈入并且同心地向外传播并且与rf阵列1616的元件相互作用。
104.图10和图11的天线中的圆柱形馈电改善了天线的服务角度。在一个实施例中，天线系统在所有方向上具有距视轴(bore sight)七十五度的服务角度，而不是正负四十五度方位角(
±
45
°
az)和正负二十五度仰角(
±
25
°
el)的服务角度。与任何由许多独立辐射器组成的波束形成天线一样，整体天线增益取决于组成元件的增益，而组成元件本身与角度有关。当使用普通辐射元件时，整体天线增益通常会随着波束远离视轴指向而降低。在偏离视轴75度时，预计增益会显著下降约6db。
105.具有圆柱形馈电的天线的实施例解决了一个或多个问题。其中包括：与使用协同分配器网络馈电的天线相比，大大简化了馈电结构，从而减少了所需的总的天线和天线馈电量；通过更简略的控制(一直扩展到简单的二元控制)来保持高波束性能，从而降低对制造和控制错误的敏感度；与直线馈电相比，提供更有利的旁瓣模式，因为圆柱形取向的馈电波导致远场中空间上不同的旁瓣；并且允许极化是动态的，包括允许左旋圆极化、右旋圆极化和线性极化，同时不需要极化器。
106.波散射元件阵列
107.图10的rf阵列1606和图11的rf阵列1616包括波散射子系统，该波散射子系统包括用作辐射器的一组贴片天线(例如，散射器)。这组贴片天线包括散射超材料元件阵列。
108.在一个实施例中，天线系统中的每个散射元件是单位胞元的一部分，该单位胞元
由下部导体、介电基板和上部导体组成，该上部导体嵌入了蚀刻在或沉积在上导体上的互补电感
‑
电容谐振器(“互补电lc”或“celc”)。
109.在一个实施例中，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胞元中，并将与槽相关联的下部导体和与其贴片相关联的上部导体分隔开。液晶的介电常数是构成液晶的分子取向的函数，分子的取向(以及介电常数)可以通过调节液晶两端的偏置电压来控制。利用这一特性，液晶充当将能量从导波传输到celc的接通/断开开关。当接通时，celc会像电小型偶极天线一样发射电磁波。
110.控制lc的厚度增加波束切换速度。下部导体和上部导体之间的间隙(液晶的厚度)减少百分之五十(50％)会导致速度增加四倍。在另一个实施例中，液晶的厚度导致约十四毫秒(14ms)的波束切换速度。在一个实施例中，以本领域公知的方式掺杂lc以提高响应性，从而可以满足七毫秒(7ms)的要求。
111.celc元件响应于平行于celc元件的平面且垂直于celc间隙补体施加的磁场。当对超材料散射单位胞元中的液晶施加电压时，导波的磁场分量会感应出celc的磁激励，进而产生与导波频率相同的电磁波。
112.单个celc产生的电磁波的相位可以通过celc在导波矢量上的位置来选择。每个胞元产生与平行于celc的导波同相的波。因为celc小于波长，所以输出波在其通过celc下方时具有与导波的相位相同的相位。
113.在一个实施例中，该天线系统的圆柱形馈电几何形状允许celc元件与波馈电中的波矢量成四十五度(45
°
)角定位。元件的这个位置能够控制由元件产生或接收的自由空间波的极化。在一个实施例中，celc以小于天线的工作频率的自由空间波长的元件间间距布置。例如，如果每个波长有四个散射元件，则30ghz发射天线中的元件将约为2.5mm(即，30ghz的10mm自由空间波长的1/4)。
114.在一个实施例中，celc利用贴片天线来实现，该贴片天线包括共同位于槽上方的贴片以及两者之间有液晶。在这方面，超材料天线的作用类似于开槽(散射)波导。利用开槽波导时，输出波的相位取决于槽相对于导波的位置。
115.胞元放置
116.在一个实施例中，天线元件以允许系统矩阵驱动电路的方式放置在圆柱形馈电天线孔径上。胞元的放置包括用于矩阵驱动的晶体管的放置。图12示出了矩阵驱动电路相对于天线元件的放置的一个实施例。参照图12，行控制器1701分别通过行选择信号row1和row2联接到晶体管1711和1712，列控制器1702通过列选择信号column1联接到晶体管1711和1712。晶体管1711还通过与贴片的连接件1731而联接到天线元件1721，而晶体管1712通过与贴片的连接件1732而联接到天线元件1722。
117.在单位胞元放置在非规则网格中的圆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，将胞元放置在同心环上，并且每个胞元都连接到放置在胞元旁边并充当开关以分别驱动每个胞元的晶体管。在第二步骤中，构建矩阵驱动电路，以便按照矩阵驱动方法的要求将每个晶体管与唯一的地址连接起来。因为矩阵驱动电路是由行迹线和列迹线(类似于lcd)构建的，但胞元放置在环上，所以没有系统的方法来为每个晶体管分配唯一的地址。这种映射问题导致覆盖所有晶体管的电路非常复杂，并导致完成布线的物理迹线数量显著增加。由于胞元密度高，这些迹线会由于耦合效应而干扰天
线的射频性能。此外，由于迹线的复杂性和高封装密度，迹线的布线无法通过市面上的布局工具来完成。
118.在一个实施例中，在放置胞元和晶体管之前预定义矩阵驱动电路。这确保了驱动所有胞元所需的迹线的数量最少，每个胞元都有唯一的地址。这种策略降低了驱动电路的复杂性并简化了布线，从而提高了天线的rf性能。
119.更具体地，在一种方法中，在第一步骤中，将胞元放置在由描述每个胞元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，胞元被分组并转换为同心圆，同时保持它们的地址以及与第一步骤中定义的行和列的连接。这种转换的目标不仅是将胞元放在环上，而且也要在整个孔径上保持胞元之间的距离和环之间的距离恒定。为了实现这个目标，有几种方法可以对胞元进行分组。
120.在一个实施例中，tft封装用于在矩阵驱动器中实现放置和唯一寻址。图13示出了tft封装的一个实施例。参照图13，显示了具有输入和输出端口的tft和保持电容器1803。有两个输入端口连接到迹线1801，两个输出端口连接到迹线1802，以使用行和列将tft连接在一起。在一个实施例中，行和列迹线以90
°
角交叉，以减少并可能最小化行和列迹线之间的耦合。在一个实施例中，行迹线和列迹线在不同的层上。
121.全双工通信系统的示例
122.在另一个实施例中，组合天线孔径用于全双工通信系统。图14是同时具有发射路径和接收路径的通信系统的另一个实施例的框图。虽然仅示出了一条发射路径和一条接收路径，但是通信系统可以包括一条以上发射路径和/或一条以上接收路径。
123.参照图14，天线1401包括两个空间交错的天线阵列，它们可独立操作以如上所述以不同频率同时发射和接收。在一个实施例中，天线1401联接到双工器1445。联接可以通过一个或多个馈电网络进行。在一个实施例中，在径向馈电天线的情况下，双工器1445组合两个信号并且天线1401和双工器1445之间的连接是可以承载两个频率的单个宽带馈电网络。
124.双工器1445联接到低噪声降频器(lnb)1427，其以本领域公知的方式执行噪声过滤功能以及降频转换和放大功能。在一个实施例中，lnb 1427在室外单元(odu)中。在另一个实施例中，lnb1427被集成到天线设备中。lnb 1427联接到调制解调器1460，调制解调器1460联接到计算系统1440(例如，计算机系统、调制解调器等)。
125.调制解调器1460包括联接到lnb 1427的模数转换器(adc)1422，以将从双工器1445输出的接收信号转换成数字格式。转换为数字格式之后，该信号由解调器1423解调并由解码器1424解码以获得关于接收波的编码数据。然后，将经解码的数据发送到控制器1425，控制器1425将其发送到计算系统1440。
126.调制解调器1460还包括编码器1430，其对从计算系统1440传输的数据进行编码。编码数据由调制器1431调制，然后由数模转换器(dac)1432转换为模拟信号。然后，模拟信号由buc(升频转换器和高通放大器)1433滤波并提供给双工器1445的一个端口。在一个实施例中，buc 1433在室外单元(odu)中。
127.以本领域公知的方式操作的双工器1445向天线1401提供发射信号以供发射。
128.控制器1450控制天线1401，天线1401包括单个组合物理孔径上的两个天线元件阵列。
129.通信系统将被修改以包括上述组合器/仲裁器。在这种情况下，组合器/仲裁器在
调制解调器之后但在buc和lnb之前。
130.注意的是，图14所示的全双工通信系统具有多种应用，包括但不限于互联网通信、车辆通信(包括软件更新)等。
131.本文描述了多个示例实施例。
132.示例1是一种天线，包括：非圆形天线孔径，具有射频(rf)辐射天线元件；以及非径向对称定向耦合器，用于在天线孔径内的中心位置向孔径提供rf馈电波，以使馈电波能够从中心位置向外传播到孔径的边缘。
133.示例2是示例1的天线，其可以可选地包括：定向耦合器被配置为具有带有不同耦合的天线孔径的离散部分。
134.示例3是示例1的天线，其可以可选地包括：定向耦合器，被配置为基于天线孔径内的径向长度具有不同的耦合。
135.示例4是示例1的天线，其可以可选地包括：定向耦合器，被配置为使功率沿着不同的径向路径以不同的速率辐射。
136.示例5是示例1的天线，其可以可选地包括：天线孔径，包括超表面，并且rf辐射天线元件是表面散射超材料天线元件。
137.示例6是示例1的天线，其可以可选地包括：在孔径边缘处保持均匀孔径照明而没有反射。
138.示例7是示例1的天线，其可以可选地包括：天线孔径具有矩形、六边形、八边形或其他非径向对称形状。
139.示例8是示例1的天线，其可以可选地包括：天线孔径包括全息超表面天线孔径。
140.示例9是示例1的天线，其可以可选地包括：rf辐射天线元件相对于中心位置径向定位。
141.示例10是示例9的天线，其可以可选地包括：将rf辐射天线元件放置在相对于中心位置的环或螺旋上，或者环或螺旋的部分上。
142.示例11是一种天线，包括：天线孔径，具有平铺空间的多个非圆形子孔径，其中多个子孔径的瞬时带宽大于覆盖该空间的单个孔径的瞬时带宽；以及多个非径向对称定向耦合器，用于在所述每个子孔径天线孔径内的中心位置向多个子孔径中的每一个提供rf馈电波，以使馈电波能够从中心位置向外传播到孔径的边缘。
143.示例12是示例11的天线，其可以可选地包括：天线孔径包括超表面并且rf辐射天线元件是表面散射超材料天线元件。
144.示例13是示例11的天线，其可以可选地包括：在孔径边缘处保持均匀的孔径照明而没有反射。
145.示例14是示例11的天线，其可以可选地包括：天线孔径具有矩形、六边形、八边形或其他非径向对称形状。
146.示例15是示例11的天线，其可以可选地包括：天线孔径包括全息超表面天线孔径。
147.示例16是示例11的天线，其可以可选地包括：天线孔径包括相对于中心位置径向定位的rf辐射天线元件。
148.示例17是示例16的天线，其可以可选地包括：rf辐射天线元件被放置在相对于中心位置的环或螺旋上或者环或螺旋的部分上。
149.示例18是示例11的天线，其可以可选地包括：孔径包括多个基板，该多个基板包括贴片/槽对中的槽和贴片，其中多个基板中的一个或多个是多个子孔径的两个或多个子孔径的一部分。
150.示例19是示例11的天线，其可以可选地包括：多个基板中的每一个都包括玻璃层。
151.示例20是一种天线，包括：非圆形天线孔径，包括具有射频(rf)辐射天线元件的超表面，该射频(rf)辐射天线元件包括表面散射超材料天线元件；以及非径向对称定向耦合器，用于在天线孔径内的中心位置向孔径提供rf馈电波，以使馈电波能够从中心位置向外传播到孔径的边缘，其中定向耦合器被配置为具有带有不同耦合的天线孔径的离散部分。
152.以上详细描述的一些部分是根据对计算机存储器内的数据位的操作的算法和符号表示来呈现的。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的其他技术人员的手段。在这里，算法通常被认为是取得所需结果的自洽步骤序列。这些步骤是需要对物理量进行物理操作的步骤。通常，尽管不一定，这些物理量采用能够存储、传输、组合、比较和以其他方式处理的电或磁信号的形式。有时，主要是出于常用的原因，将这些信号称为位、值、元素、符号、字符、术语、数字等已被证明是方便的。
153.然而，应该记住，所有这些和类似的术语都与适当的物理量相关联，并且仅仅是应用于这些量的方便的标签。除非从以下讨论中清楚地另有说明，否则应理解，在整个描述中，使用诸如“处理”或“运算”或“计算”或“确定”或“显示”等术语的讨论是指计算机系统或类似电子计算设备的操作和过程，用于将在计算机系统的寄存器和存储器中表示为物理(电子)量的数据处理和转换为在计算机系统存储器或寄存器或其他此类信息存储、传输或显示设备中类似地表示为物理量的其他数据。
154.本发明还涉及用于执行本文的操作的装置。该装置可以为所需目的而专门构造，或者它可以包括由存储在计算机中的计算机程序选择性地激活或重新配置的通用计算机。这种计算机程序可以存储在诸如但不限于以下的计算机可读存储介质中：包括软盘、光盘、cd
‑
rom和磁光盘的任何类型的磁盘，只读存储器(rom))，随机存取存储器(ram)，eprom，eeprom，磁卡或光卡，或适合存储电子指令并且每个都联接到计算机系统总线的任何类型的介质。
155.此处呈现的算法和显示与任何特定计算机或其他装置没有固有的相关性。各种通用系统可以与根据本文的教导的程序一起使用，或者构造更专用的装置来执行所需的方法步骤可以证明是方便的。各种这些系统所需的结构将从下面的描述中显现出来。此外，本发明没有参照任何特定的编程语言进行描述。应当理解，可以使用多种编程语言来实现如本文所述的本发明的教导。
156.机器可读介质包括用于以机器(例如，计算机)可读的形式存储或传输信息的任何机制。例如，机器可读介质包括只读存储器(“rom”)；随机存取存储器(“ram”)；磁盘存储介质；光存储介质；闪速存储设备；等等。
157.尽管阅读了上述描述之后，本发明的许多改变和修改对本领域普通技术人员来说无疑将变得显而易见，但是应当理解，通过说明的方式示出和描述的任何特定实施是不旨在被认为是限制性的。因此，对各个实施例的细节的引用并不意在限制权利要求的范围，权利要求本身仅陈述被认为对本发明必不可少的那些特征。