CN108075224A - 天线、通信系统和通信方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及天线、通信系统和通信方法。天线包括离子交换材料和耦合至通信电路的至少一个聚合物构件。至少一个聚合物构件被配置为响应于接收到偏置电压而与离子交换材料相互作用以改变至少一个聚合物构件的电导率。

Description

天线、通信系统和通信方法
技术领域
本公开总体上涉及可重构的聚合物天线。
背景技术
天线具有对应的工作频率(例如谐振频率)以接收和发送通信信号。天线的工作频率基于天线的尺寸(例如，大小和形状)。例如，较长的天线通常具有较低的工作频率(例如，较长的波长)。电子装置可包括多个天线以使得能够在不同的工作频率下工作。例如，电子装置(例如，蜂窝电话或路由器)可包括用于在第一频带(例如，长期演进(LTE)频带)中发送和接收信号的第一天线以及在第二频带(例如，电气和电子工程师协会(IEEE)802.11频带或第三代(3G)无线频带)中发送和接收信号的第二天线。
为实现电子装置的小型化，可重构的天线可用来通过改变天线的物理特性，诸如天线的大小或形状，使得单个天线能够在多个频率下工作(例如，发送和接收)。例如，可重构天线(例如，机械可重构的天线)可通过使用嵌入式开关、通过拉伸或通过移动导电流体来改变长度。然而，与多天线布置相比，机械可重构的天线会更大并且成本更高。
发明内容
在具体实施方式中，天线包括离子交换材料(ion exchange material)和耦合至通信电路的至少一个聚合物构件(polymer member)。至少一个聚合物构件被配置为响应于接收偏置电压而与离子交换材料相互作用以改变至少一个聚合物构件的电导率。
在另一具体实施方式中，通信系统包括通信电路、偏置电压源和天线。天线包括离子交换材料和耦合至通信电路的至少一个聚合物构件。至少一个聚合物构件被配置为响应于接收到来自偏置电压源的偏置电压与离子交换材料相互作用以改变至少一个聚合物构件的电导率。
在另一具体实施方式中，通信方法包括向至少一个聚合物构件施加偏置电压以改变至少一个聚合物构件的电导率。该方法还包括在施加偏置电压时经由至少一个聚合物构件发送或接收通信信号。
附图说明
图1为示出包括电可重构的聚合物天线的通信系统的示例的框图；
图2为示出一个或多个电可重构的聚合物天线的示例的图示；
图3为示出电可重构的聚合物天线的示例构造的图示；
图4为示出包括电可重构的聚合物天线的示例电路的图示；
图5为操作包括电可重构聚合物天线的通信系统的方法的示例的流程图；以及
图6为包括具有电可重构的聚合物天线的通信系统的航行器的示例性实施方式的框图。
具体实施方式
本文中公开的实施方式涉及可重构的聚合物天线(例如，电可重构的聚合物天线)。示例性电可重构的聚合物天线包括耦合至离子交换材料的至少一个聚合物构件。至少一个聚合物构件包括导电聚合物，诸如聚苯胺、聚(3,4-乙烯二氧噻吩(3,4-ethylenedioxythiophene))(PEDOT)、聚(3,4-亚丙二氧基吡咯(3,4-propylenedioxypyrrole))(聚(ProDOP))。导电聚合物本质上可以是导电的或具有半导体属性，并且导电聚合物可具有可调节的电特性。至少一个聚合物构件被耦合至提供偏置电压的偏置电压源。在一些实施方式中，至少一个聚合物构件经由一个或多个开关耦合至偏置电压源。除此之外或另选地，偏置电压源可以是可调节的(例如，可配置为输出多个不同的偏置电压)。例如，偏置电压源可输出具有不同极性、不同幅度或两者的偏置电压。
至少一个聚合物构件响应于接收到偏置电压可在第一电导率和第二电导率之间切换。例如，至少一个聚合物构件可响应于接收到第一偏置电压(例如，正偏置电压)而是导电的，并且可响应于接收到第二偏置电压(例如，负偏置电压)而是不导电的。为了说明，将第一偏置电压施加到至少一个聚合物构件可使聚合物氧化(例如，使聚合物失去至离子交换材料的电子)以改变至少一个聚合物构件的电导率。当处于氧化状态时，至少一个聚合物构件可以是导电的。将第二偏置电压施加到至少一个聚合物构件可还原聚合物(例如，使聚合物从离子交换材料获得电子)以改变至少一个聚合物构件的电导率。当处于还原状态时，至少一个聚合物构件可为不导电的(例如，绝缘的)。离子交换材料取决于偏置电压的极性为离子供体(ion donor)或者为离子受体(ion acceptor)。
通过改变偏置电压，电可重构的聚合物天线的一个或多个聚合物构件可以被激活(例如，变为导电)或去激活(例如，变得不导电)。改变一个或多个聚合物构件的电导率可以被用于改变电可重构的聚合物天线的工作频率。例如，通过在不同时间激活不同长度的聚合物构件，可改变电可重构的聚合物天线的工作频率。作为另一示例，通过激活彼此耦合的例如串联的一个或多个聚合物构件，可调节电可重构的聚合物天线的活性部分(例如，活化的聚合物构件)的长度和/或大小和/或形状，从而致使电可重构的聚合物天线的工作频率改变。因此，与使用尺寸或大小变化来机械重构天线以改变工作频率相比，电可重构的聚合物天线响应于施加到电可重构的聚合物天线的电压或电压变化而可重构(例如，可切换的)。与机械可重构天线相比，电可重构的聚合物天线使用较少的空间并且具有更少或没有移动部件。此外，与机械可重构的天线相比，电可重构的聚合物天线可使用更少的能量来重构(例如，改变工作频率)。电可重构的聚合物天线可比机械可重构的天线更快地改变工作频率(例如，重构)或在工作频率之间切换。由于电可重构的聚合物天线使用更少的空间和更少的能量，电可重构的聚合物天线可实现可重构天线的小型化。
电可重构的聚合物天线可包含在柔性电路中，并且至少一个聚合物构件可以比与机械可重构天线的天线材料(例如金属)更柔顺、更有弹性并且更耐变形。另外，由于聚合物通常比非聚合物天线中使用的导电金属(例如，铜、银、金、铂等)便宜，所以与非聚合物天线相比，可降低电可重构的聚合物天线的成本。与固定天线相比，电可重构的聚合物天线能够在多个频率(例如，多个频带)下工作。另外，电可重构的聚合物天线可减小通信系统或电子装置的大小。例如，电可重构的聚合物天线和通信电路可替代多个天线，每个天线具有专用通信电路，诸如收发器。
图1示出了包括电可重构的聚合物天线(本文称为“ERP天线”)的通信系统100的示例。通信系统100能够发送具有多个频率的通信信号、接收具有多个频率的通信信号或两者。通信系统100包括离子交换材料102、至少一个聚合物构件104、偏置电压源106和通信电路108。图1中的通信系统100还包括一个或多个开关110和控制器112。通信系统100(或其一部分)可包含在柔性电路中。作为示例性的非限制性示例，离子交换材料102和至少一个聚合物构件104可包含在柔性基板上。在具体实施方式中，通信系统100被整合至航行器上或其内部。在此类实施方式中，ERP天线(例如，离子交换材料102和至少一个聚合物构件104)可包含在耦合至航行器的外部的补贴件(applique)中。
离子交换材料102包括移动离子并且被配置为与至少一个聚合物构件104交换离子以氧化和还原(例如，获得电子)至少一个聚合物构件104。离子交换材料102可包括或对应于电解质溶液、离子液体(例如，在室温下以熔融状态存在的有机盐)、离子凝胶或聚合物离子介质(polymer ionic medium)。作为示例性的非限制性示例，离子交换材料102包括1-乙基-3-甲基咪唑双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺(EMI-IM)。在具体实施方式中，离子交换材料102被耦合至一个或多个非反应性材料层或被其密封。在一些实施方式中，非反应性材料包括非反应性聚合物，诸如聚偏二氟乙烯(PVDF)。
至少一个聚合物构件104被耦合至离子交换材料102。例如，至少一个聚合物构件104的至少一部分与离子交换材料102电接触或连接。为了说明，离子交换材料102的离子(例如，阳离子、阴离子或两者)流向至少一个聚合物构件104以与至少一个聚合物构件104(例如，经历氧化或还原)相互作用。参考图2进一步描述至少一个聚合物构件104和离子交换材料102之间的示例性耦合。至少一个聚合物构件104可包括导电聚合物，诸如固有导电聚合物(ICP)。作为示例性的非限制性示例，导电聚合物包括聚苯胺、PEDOT和聚(ProDOP)。
ERP天线包括离子交换材料102和至少一个聚合物构件104。ERP天线可对应于单极天线、偶极天线、阵列天线、环形天线、孔径天线或其组合。在具体实施方式中，ERP天线包含在天线阵列中。
在一些实施方式中，至少一个聚合物构件104包括多个聚合物构件。在具体实施方式中，至少一个聚合物构件104包括第一聚合物构件122、第二聚合物构件124和第三聚合物构件126。在其他实施方式中，ERP天线可包括多于三个或少于三个聚合物构件。至少一个聚合物构件104的每个聚合物构件可具有不同的物理构型。例如，一种聚合物构件的大小、形状或两者可不同于另一聚合物构件。为了说明，如图1所示，第一聚合物构件122比第二聚合物构件124长并且比第三聚合物构件126短。在其他实施方式中，聚合物构件122、124、126中的每一个可具有相同的长度和不同的形状。作为示例性的非限制性示例，聚合物构件122、124、126的形状可包括或对应于环、线圈、六边形或螺旋形。为了说明，第一聚合物构件122可以是直的并且第二聚合物构件124可以是盘绕的或弯曲的。多个聚合物构件的不同形状可对应于不同类型的天线。例如，第一聚合物构件122可以是具有第一形状的单极天线并且第二聚合物构件124可以是具有第二形状的偶极天线或环形天线。
除此之外或另选地，至少一个聚合物构件104的一个或多个聚合物构件可包括不同的材料。例如，所制成的第一聚合物构件122包括第一聚合物，并且第二聚合物构件124可包括不同于第一聚合物的第二聚合物。作为具体的示例性非限制性示例，第一聚合物可为聚苯胺并且第二聚合物可为PEDOT或聚(ProDOP)。
偏置电压源106被耦合至至少一个聚合物构件104。偏置电压源106可包括或对应于直流(DC)偏置电压源。偏置电压源106被配置为产生(或输出)施加到至少一个聚合物构件104的一个或多个偏置电压。例如，偏置电压源106可同时输出两个偏置电压：第一偏置电压(例如，+1伏(V))和第二偏置电压(例如，-1V)电压。在其他实施方式中，偏置电压源106可被配置为输出两个以上的偏置电压。
在一些实施方式中，偏置电压源106被配置为调节偏置电压幅度。例如，偏置电压源106可被配置为将第一偏置电压(例如，+1V)调节为第三偏置电压(例如，3V、5V等)。在此实施方式中，控制器112可被耦合至偏置电压源106，并且可被配置为调节由偏置电压源106输出的偏置电压的幅度、极性或两者。此外，偏置电压源106可调节或调谐偏置电压以优化或调谐至少一个聚合物构件104。为了说明，偏置电压源106可将第一偏置电压(例如，+1V)调节为第四偏置电压(例如，+1.1V)以将至少一个聚合物构件104优化或调谐到第一通信频率。
将偏置电压施加到至少一个聚合物构件104可促使离子交换材料102和至少一个聚合物构件104交换离子(例如，经历氧化或还原)。参见图1所示的框150，其示出了通过向第一聚合物构件122施加偏置电压而引起的特定聚苯胺(例如，绿宝石盐160和白蛋白盐170)的示例性氧化还原反应的示例性描述。在框150中，响应于接收到第一偏置电压，第一聚合物构件122被流向绿宝石盐160的离子交换材料102的自由基阳离子氧化。在框150中，响应于接收到第二偏置电压，第一聚合物构件122通过流向白蛋白盐170的离子交换材料102的自由基阴离子还原。在框150中，“n”表示聚合度。
通信电路108被耦合至至少一个聚合物构件104。通信电路108包括被配置为实现无线通信的一个或多个部件，诸如一个或多个收发器、一个或多个滤波器、一个或多个放大器、一个或多个混频器、一个或多个调制器、一个或多个解调器、一个或多个转换器等。收发器可包括一个或多个发射器和一个或多个接收器。通信电路108可包含在诸如移动电话、便携式计算装置、无线路由器等的无线通信装置中。在一些实施方式中，通信系统100包括多个通信电路。在一个具体实施方式中，多个通信电路中的每个通信电路被耦合至至少一个聚合物构件的不同聚合物构件。
一个或多个开关110被耦合至至少一个聚合物构件104和偏置电压源106，以使得至少一个聚合物构件104可与偏置电压源106选择性地耦合(例如，耦合和去耦)。作为示例性的非限制性示例，一个或多个开关110可包括或对应于交换网络或置换网络。一个或多个开关110可包括一个或多个开关元件(例如，继电器)。作为示例性的非限制性示例，一个或多个开关110包括一个或多个晶体管。一个或多个开关110被配置为将偏置电压源106输出的偏置电压选择性地提供给至少一个聚合物构件104。例如，一个或多个开关110从控制器112接收一个或多个控制信号，并响应于一个或多个控制信号，向第一聚合物构件122提供第一偏置电压并且可向第二聚合物构件124和第三聚合物构件126提供第二偏置电压。响应于指示去激活的控制信号，一个或多个开关110可将一个或多个聚合物构件与偏置电压隔离。
控制器112耦合至一个或多个开关110并且被配置为基于通信频率设置来控制一个或多个开关110。通信频率设置可由用户输入，或者可由控制器112基于电子装置的操作设置来确定。例如，控制器112可从电子装置的另一部件(例如，处理器)接收操作设置，或者可基于一个或多个参数或条件来确定操作设置。作为示例性的非限制性示例，操作设置可包括或对应于通信信号的类型(例如，窄带通信信号、多频带通信信号、宽带通信信号)、多信道装置的信道(例如，2.4GHz(GHz)信道或5.8GHz信道)或蜂窝网络(例如，长期演进(LTE)、第四代无线(4G)、第三代无线(3G)等)的频带。在具体实施方式中，操作设置与通信协议，诸如IEEE通信协议或蜂窝协议(例如，LTE协议、全球移动通信系统(GSM)协议或码分多址(CDMA)协议等)相关联。
在操作期间，控制器112可接收或确定第一操作设置。控制器112可向一个或多个开关110发送(或调节)一个或多个控制信号。响应于一个或多个控制信号，一个或多个开关110向第一聚合物构件122提供(例如，从偏置电压源106传送)第一偏置电压(例如，+1V)。另外，响应于一个或多个控制信号，一个或多个开关110向第二聚合物构件124和第三聚合物构件126提供第二偏置电压(例如，-1V)。第一偏置电压将第一聚合物构件122的电导率改变为第一电导率，使得第一聚合物构件122处于导电状态。将第一聚合物构件122置于导电状态激活第一聚合物构件122以发送或接收与第一频率范围相关联的第一通信信号。当第一偏置电压被施加到第一聚合物构件122时，第一通信信号可由第一聚合物构件122接收并且被中继到通信电路108以进行处理。除此之外或另选地，在将第一偏置电压施加到第一聚合物构件122时，通信电路108可产生第一通信信号并且可经由第一聚合物构件122发送第一通信信号。
另外，第二偏置电压将第二聚合物构件124和第三聚合物构件126的电导率改变为第二电导率，使得第二聚合物构件124和第三聚合物构件126处于非导电(例如，绝缘)状态。第一电导率可大于第二电导率。第二偏置电压去激活第二聚合物构件124和第三聚合物构件126。当第二偏置电压被施加到第二聚合物构件124和第三聚合物构件126时，第二聚合物构件124和第三聚合物构件126不能发送或接收通信信号。尽管被描述为对应于导电状态和非导电状态，但是在其他实施方式中，第一电导率和第二电导率可对应于其他状态(例如，部分导电状态)或不同程度的电导率。
在发送或接收到第一通信信号之后，控制器112可接收或确定第二操作设置。作为示例性的非限制性示例，第二操作设置可由用户输入。控制器112可向一个或多个开关110发送(或调节)一个或多个控制信号。响应于一个或多个控制信号，一个或多个开关110向第三聚合物构件126提供第一偏置电压(例如，+1V)，并向第一聚合物构件122和第二聚合物构件124提供第二偏置电压(例如，-1V)。第一偏置电压改变第三聚合物构件126的电导率。为了说明，第一偏置电压激活第三聚合物构件126以发送或接收与第二频率范围相关联的第二通信信号。当第一偏置电压被施加到第三聚合物构件126时，第二通信信号可由第三聚合物构件126接收并且被中继到通信电路108以进行处理。除此之外或另选地，当第一偏置电压被施加到第三聚合物构件126时，通信电路108可产生第二通信信号并经由第三聚合物构件126发送第二通信信号。
另外，第二偏置电压可将第一聚合物构件122、第二聚合物构件124或两者的电导率改变为非导电(例如，绝缘)状态。第二偏置电压去激活第一聚合物构件122和第二聚合物构件124。当第二偏置电压被施加到第一聚合物构件122和第二聚合物构件124时，第一聚合物构件122和第二聚合物构件124不能发送或接收通信信号。
至少一个聚合物构件104的响应速率(例如，在导电状态与非导电状态之间的切换速率)可为几毫秒。由于至少一个聚合物构件104的响应速率，至少一个聚合物构件104可在处于导电状态时接收用于发送高频通信信号(例如，兆赫兹信号)的大电压(例如，大于偏置电压)交流电(AC)信号而无需切换到非导电状态。为了说明，由于大电压AC信号的频率比至少一个聚合物构件104的响应速率大(例如，更快)，所以大电压AC信号的临时负极性可能不会改变至少一个聚合物构件104的电导率。为了说明，当将大电压AC信号施加到至少一个聚合物构件104时，至少一个聚合物构件104可能不能足够快地响应(例如，在大电压AC信号具有负极性时，绿宝石盐160可能不会还原为白蛋白盐170)，使得大电压AC信号不会使至少一个聚合物构件104在导电状态和非导电状态之间切换。
在一些实施方式中，通信系统100包括第二偏置电压源。在此实施方式中，在偏置电压源106提供第一偏置电压(例如，+1V)和第二偏置电压(例如，-1V)时，第二偏置电压源可提供第三偏置电压(例如，+3V)。在一些实施方式中，偏置电压源106对应于浮置电源(例如，未接地电源)。在其他实施方式中，偏置电压源106接地。除此之外或另选地，至少一个聚合物构件104可浮置或接地。除此之外或另选地，通信电路108的一个或多个部件被耦合接地。
在一些实施方式中，至少一个聚合物构件104可包括被布置为或对应于电极的多个聚合物构件。例如，第一聚合物构件122可响应于第一偏置电压作为阴极起作用，以及第二聚合物构件124、第三聚合物构件126或两者可响应于第二偏置电压作为阳极起作用。
此外，聚合物构件可在电路中或柔性电路中作为开关(例如，继电器)起作用。为了说明，第一聚合物构件122可被配置为在允许电流流动的导电状态和禁止电流流动的非导电状态之间切换。在具体实施方式中，聚合物构件在非聚合物可重构的天线中作为嵌入式开关起作用。例如，第一聚合物构件122可被耦合至非聚合物可重构天线的两个金属部分(例如，金属迹线)。施加偏置电压可将两个金属部分一起与第一聚合物构件122电耦合并改变非聚合物可重构天线的有效长度(例如导电长度)。
与机械可重构天线相比，通信系统100的ERP天线提供了优点。例如，ERP天线可包含在柔性电路中，以及至少一个聚合物构件可比金属天线部件更具柔性、更具弹性和更耐变形。此外，由于聚合物比在非聚合物天线中使用的导电金属(例如，铜、银、金、铂等)更便宜，所以ERP天线可具有比金属天线更低的材料成本。与机械可重构天线相比，ERP天线利用的空间较小并且可具有较少的移动部件。另外，与机械可重构的天线相比，ERP天线可使用更少的能量来重构(例如，改变工作频率)。此外，ERP天线可比机械可重构的天线更快地改变工作频率(例如，重构)或在工作频率之间切换。
图2示出了ERP天线构造的示例图。在图2中，示出了离子交换材料的三个示例性构造202、204、206和总体上标示为200的聚合物构件。在第一构造202中，第一聚合物构件122和第二聚合物构件124被耦合(例如电耦合)到离子交换材料102。如图2所示，聚合物构件122和124中的每者的一部分与单层离子交换材料102的一侧耦合。
在第二构造204中，第一聚合物构件122和第二聚合物构件124被离子交换材料102密封。离子交换材料102还被耦合至非活性材料(诸如PVDF)的两个层223、224(或由其密封)。与第一构造202相比，第二构造204在聚合物构件122和124与离子交换材料102之间具有更大的表面接触面积。因此，与第一构造202相比，第二构造204在聚合物构件122和124的氧化或还原期间提供了在离子交换材料102与聚合物构件122和124之间交换的更多表面积电磁离子(或离子)。因此，与第一构造202相比，第二构造204中的聚合物构件122和124可在导电状态和非导电状态(或其他导电状态)之间更快地切换、可更导电或两者。
在第三构造206中，第一聚合物构件122和第二聚合物构件124被耦合至离子交换材料102的第一层和离子交换材料234的第二层(并位于它们之间)。尽管第一聚合物构件122和第二聚合物构件124被示为具有圆形(或椭圆形)横截面和直线形状，但是在其他实施方式中，一个或多个聚合物构件122、124可具有不同的横截面形状(例如，扁平、矩形等)、可具有不同的形状(线圈、六边形等)、可具有不同的尺寸(例如，宽度或长度)或其组合。与第一构造202相比，第三构造206在聚合物构件122和124的氧化或还原期间为在离子交换材料102、234的层和聚合物构件122和124之间进行交换的电子(或离子)提供更多的表面积，并且与第二构造204相比，可更便宜并且制造不那么复杂。
另外，构造202、204、206中的一个或多个可包括一个或多个附加层，诸如如第三构造206中所示的保护层242(例如，涂层)、粘合剂层244或两者。保护层242被配置为保护聚合物构件122、124和离子交换材料102、234并使其与其它部件、环境条件或两者隔离。如第三构造2中06所示，保护层242与离子交换材料102的第一层接触。在其他实施方式中，保护层242可与聚合物构件122、124或非反应性材料层(例如层222、224)接触。如第三构造206所示，粘合剂层242与离子交换材料234的第二层接触。在其他实施方式中，粘合剂层242可与聚合物构件122、124或非反应性材料层(例如层222、224)接触。粘合剂层244可被配置为经由表面张力(例如，粘合剂层244的分子的分子间力的表面张力)、静电(例如，静电粘附力或静电附着力)或粘合剂材料与表面(例如，交通工具或结构的表面)耦合或粘附。
构造202、204、206可通过喷镀、蒸发涂层、化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、打印(例如，3D打印)等来制造。在构造202、204、206通过打印制造的此实施方式中，打印机(例如，3D打印机)可在一次或多次沉积材料以形成聚合物构件122、124、离子交换材料102、234的层、非反应性材料的层222、224、保护层242或粘合剂层244中的一个或多个。在具体实施方式中，构造202、204、206可作为补贴件来制造。例如，构造202、204、206可包括保护层242或粘合剂层244中的一个或多个。补贴件为柔性的并且可符合补贴件所耦合至的表面的形状。补贴件可包括或对应于共形天线(conformal antenna)并且可被耦合至诸如航行器的交通工具。
图3示出了ERP天线的示例构造300。ERP天线的构造300可包含在诸如图1的通信系统100的通信系统中。在图3中，基板302包括位于四个聚合物构件122、124、126、328之间的两个离子交换材料102、234。离子交换材料102(例如第一离子交换材料)位于第一聚合物构件122和第二聚合物构件124之间。第二离子交换材料234位于第三聚合物构件126和第四聚合物构件328之间。作为示例性的非限制性示例，基板302可包括或对应于柔性印刷电路板。在其他实施方式中，基板302可包括不止两种的离子交换材料或少于两种的离子交换材料。除此之外或另选地，基板302可包括更多的聚合物构件或更少的聚合物构件。
聚合物构件122、124、126、328被配置为从偏置电压源106接收偏置电压并且无线地发送和接收通信信号。聚合物构件122、124、126、328从在第一位置(例如，如图3所示的顶端)的偏置电压源106接收偏置电压(例如，DC信号)，并且被配置为将接收到的通信信号发送给在第二位置(例如，如图3所示的底端)的通信电路108和接收从通信电路108发送的通信信号(例如，AC信号)。
如图3中所示，偏置电压源106将四条线342、344、346、348上的偏置电压输出给聚合物构件122、124、126、328。在其他实施方式中，偏置电压源106可输出不止四条线或少于四条线的电压，并且线电压由开关，诸如不止图1的一个或多个开关110控制。
在操作期间，偏置电压源106经由线路342、348向第一聚合物构件122和第四聚合物构件328提供第一偏置电压(例如，正偏置电压)，以及经由线路344、346向第二聚合物构件124和第三聚合物构件126提供第二偏置电压(例如，负偏置电压)。第一偏置电压致使第一聚合物构件122和第四聚合物构件328被氧化并处于导电状态。第二偏置电压致使第二聚合物构件124和第三聚合物构件126被还原并处于非导电(例如绝缘)状态。当第二聚合物构件124和第三聚合物构件126处于绝缘状态时，第二聚合物构件124和第三聚合物构件126不发送或接收通信信号。
偏置电压源106或偏置电压源与聚合物构件122、124、126、328之间的切换装置被配置为切换提供给聚合物构件122、124、126、328中的一个或多个的偏置电压，以实现发送和接收通信信号。为了说明，为实现通信信号的发送、接收或两者，偏置电压源106经由线路342、348向第一聚合物构件122和第四聚合物构件328提供第二偏置电压(例如，负偏置电压)，以及经由线路344、346向第二聚合物构件124和第三聚合物构件126提供第一偏置电压(例如，正偏置电压)。第二偏置电压致使第一聚合物构件122和第四聚合物构件328被还原并处于非导电(例如，绝缘)状态。第一偏置电压致使第二聚合物构件124和第三聚合物构件126被氧化并处于导电状态。当第二聚合物构件124和第三聚合物构件126处于导电状态时，第二聚合物构件124和第三聚合物构件126能够发送和/或接收通信信号。作为示例性的非限制性示例，第二聚合物构件124可发送通信信号，以及第三聚合物构件126可接收通信信号。作为另一示例，第二聚合物构件124可发送和/或接收具有第一频率的第一通信信号，以及第三聚合物构件126可发送和/或接收具有第二频率的第二通信信号。
尽管聚合物构件122、124、126、328在图3中被示为相同的大小，但是在其他实施方式中，聚合物构件122、124、126、328中的一个或多个具有不同的大小(例如，长度)。例如，聚合物构件122、124可比聚合物构件126、328更短，以能够发送和/或接收具有不同频率的信号。在此实施方式中，偏置电压源106可向聚合物构件122、124、126、328中的一个或多个提供不同幅度的偏置电压。例如，偏置电压源106可向聚合物构件126、328提供更高幅度的偏置电压。构造300可通过喷镀、蒸发涂层、化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、打印(例如，3D打印)等制造。如参考图2所述，构造300可被制造作为补贴件。
图4示出了包括示例ERP天线的电路400的示例。电路400可包含在通信系统，诸如图1的通信系统100中。电路400包括可选择性地彼此耦合的多个聚合物构件。在图4中，第一聚合物构件122可与第二聚合物构件124选择性地耦合。为了说明，电路400包括被配置为使第二聚合物构件124与第一聚合物构件122去耦的第一开关412和第二开关414。如图4所示，第一开关412和第二开关414为单极双掷开关(例如，三路开关)。在其他实施方式中，可使用其他类型的开关(例如，晶体管、三位置开关、双极双掷开关等)和/或可使用不止两个的开关或者少于两个的开关。除此之外或另选地，电路400可包括彼此并联耦合的多个聚合物构件。开关412、414由控制器(未示出)控制，诸如图1的控制器112。
在操作期间，开关412、414可处于如第一图402所示的第一位置。当开关412、414处于第一位置时，偏置电压源106可向第一聚合物构件122提供偏置电压，并且可不向第二聚合物构件124提供偏置电压。如参考图1所述，响应于接收到第一偏置电压，第一聚合物构件122可变换为导电状态。如参考图1所述，当第一聚合物构件122接收第一偏置电压时，第一聚合物构件122能够发送和/或接收第一通信信号。第一通信信号与第一通信频带或类型(诸如Wi-Fi频带)相关联。
电路400可在第一频带(例如，Wi-Fi频带)和第二频带(例如，LTE频带)之间变换。控制器激活开关412、414从第一位置(如第一图402所示)到第二位置(如第二图404所示)，以将第二聚合物构件124连接到偏置电压源106并将第一聚合物构件122和第二聚合物构件134串联连接。当开关412、414处于第二位置时，偏置电压源106可向第一聚合物构件122和第二聚合物构件124提供偏置电压。如参考图1所述，响应于接收到第一偏置电压(或第二偏置电压)，第一聚合物构件122和第二聚合物构件123可变换为导电状态。
由于第一聚合物构件122和第二聚合物构件124处于导电状态并且串联耦合，所以ERP的有效长度增加并且ERP的工作频率可能改变(例如，减小)。如参考图1所述，当第一聚合物构件122和第二聚合物构件124接收到第一偏置电压(或第二偏置电压)时，所耦合的聚合物构件122、124能够发送和/或接收第二通信信号。第二通信信号与第二通信频带或类型(例如，LTE频带)相关联。
在一些实施方式中，开关412、414可被实现为聚合物构件(例如，聚合物开关)，并且可响应于从偏置电压源106或另一偏置电压源接收到偏置电压而在第一位置和第二位置之间切换。在具体实施方式中，聚合物构件122、124可用金属天线构件代替，以及聚合物开关可用于将第二金属天线构件选择性地耦合至第一金属天线构件以在第一频带和第二频带之间改变。此外，聚合物开关可在柔性电路或非金属电路中被用作金属开关的替代物，并且可提供比金属开关更大的灵活性。
如参考图2所描述的，电路400(或其一部分)可被制造作为补贴件。例如，多个聚合物构件122、124中的一个或多个可在补贴件层上形成或作为补贴件的层形成。通过重构电路400在第一频带和第二频带之间切换，与没有关闭天线或电路来处理不止一个频带的电路相比，电路400可降低功耗。
图5示出了操作包括ERP天线的通信系统的方法500。可由图1的通信系统100或图1的控制器112执行方法500。方法500包括在502中向至少一个聚合物构件施加偏置电压以改变至少一个聚合物构件的电导率。偏置电压可由偏置电压源产生并提供。偏置电压源可包括或对应于图1的偏置电压源106，以及离子交换材料可包括或对应于图1的离子交换材料102。
至少一个聚合物构件可包括或对应于图1的至少一个聚合物构件104。在一些实施方式中，至少一个聚合物构件包括多个聚合物构件，其包括第一聚合物构件和第二聚合物构件。例如，第一聚合物构件可包括或对应于图1的聚合物构件122，以及第二聚合物构件可包括或对应于图1的聚合物构件124。在一些示例中，第一聚合物构件与第一通信频率范围相关联，以及第二聚合物构件与第二通信频率范围相关联。如参考图1所述，为了说明，第一通信频率范围和第二通信频率范围可对应于窄带频率范围、多频带频率范围、宽带频率范围、2.4GHz信道、5.8GHz信道或蜂窝频带(例如，LTE 4G、3G等)。在具体实施方式中，第一通信频率范围与IEEE 802.11通信协议相关联，以及第二通信频率范围与蜂窝通信协议(例如，LTE、GSM、CDMA等)相关联。
方法500进一步包括在504中在施加偏置电压时经由至少一个聚合物构件发送或接收通信信号。如上所述，将偏置电压施加到至少一个聚合物构件可激活至少一个聚合物构件，使得至少一个聚合物构件能够发送或接收通信信号。在一些示例中，通信系统包括通信电路，诸如上面参考图1所述的通信电路108。如上面参考图1所述，通信电路可发送和/或接收通信信号。
如上面参考图1所述，可将偏置电压施加到至少一个聚合物构件。为了说明，通信系统可包括一个或多个开关，诸如图1的一个或多个开关110，并且可包括控制器，诸如图1的控制器112。控制器可被耦合至一个或多个开关，以及一个或多个开关可被耦合至偏置电压源。如上面参考图1所述，控制器可向一个或多个开关发送控制信号以将偏置电压施加到至少一个聚合物构件。
在至少一个聚合物构件包括第一聚合物构件和第二聚合物构件的一些实施方式中，方法500进一步包括选择第一通信频率并将对应的偏置电压施加到第一聚合物构件以将第一聚合物构件配置为在第一个通信频率工作。例如，如上面参考图1所述，控制器112可选择第一通信频率。将第一偏置电压施加到第一聚合物构件可改变第一聚合物构件的电导率，诸如从第一状态(例如，不导电或较弱的导电状态)改变为第二状态(例如，导电状态或更强的导电状态)。
方法500还可包括将第二偏置电压施加到至少一个聚合物构件的第二聚合物构件以改变第二聚合物构件的电导率。例如，如上面参考图1所述，将第二偏置电压施加到第二聚合物构件可将第二聚合物构件的电导率改变为非导电状态(或不怎么导电的状态)。除了经由第一聚合物构件发送或接收通信信号之外，方法500进一步包括经由第二聚合物构件发送或接收第二通信信号。第二通信信号具有不同于与通信信号相关联的第一频率范围的第二频率范围。例如，第一频率范围可与IEEE 802.11通信协议相关联以及第二频率范围可与蜂窝通信协议相关联。通过利用ERP天线来发送或接收通信信号，与利用多个天线或机械可重构的天线来发送或接收通信信号的电子装置相比，可减小电子装置的大小。
在一些实施方式中，方法500进一步包括激活至少一个开关，其中，响应于激活至少一个开关，至少一个聚合物构件的第一聚合物构件与至少一个聚合物构件的第二聚合物构件串联耦合。至少一个开关可包括或对应于图4的开关412、图4的开关414或两者。如参考图4所述，在激活至少一个开关之后，至少一个聚合物构件的有效长度可比在激活至少一个开关之前的至少一个聚合物构件的有效长度更长。
参考图6，其为航行器600(例如，飞机或无人驾驶飞机(drone))的示例性实施例的框图。如图6所示，航行器600包括机身618、内部622、天线602和多个系统620。系统620可包括推进系统624、电气系统626、液压系统630、环境系统628和通信系统660中的一个或多个。任何数量的其他系统可包含在航行器600中。通信系统660包括图1的偏置电压源106、通信电路108、一个或多个开关110和控制器112。通信系统660可包括天线602，或者天线602可与通信系统660分离。天线602包括图1的离子交换材料102和至少一个聚合物构件104。天线602可作为补贴件安装或耦合至航行器600。在此实施方式中，天线602可包括柔性基板并且可对应于保形天线。保形天线可被耦合至航行器600的弯曲外表面。如上面参考图1至图5所描述的，天线602、偏置电压源106、通信电路108、一个或多个开关110和控制器112被配置为发送或接收一个或多个通信信号。例如，控制器112可被配置为执行存储在存储器中的计算机可执行指令(例如，一个或多个指令的程序)。在执行时，指令使得控制器112执行方法500的一个或多个操作。
本文所述的说明旨在提供对各个实施方式的结构的一般理解。这些说明并不旨在用作使用本文所述的结构或方法的装置和系统的所有元件和特征的完整描述。在阅读本公开之后，许多其他实施方式对于本领域技术人员而言是显而易见的。可从本公开中利用和导出其他实施方式，使得可在不脱离本公开的范围的情况下进行结构和逻辑替换和改变。例如，方法操作可以以与附图中所示不同的顺序执行，或者可省略一个或多个方法操作。因此，本公开和附图被认为是示例性的而非限制性的。
在以下条款中反映了实施例的其它示例。
1.一种天线，包括：离子交换材料；以及耦合至通信电路的至少一个聚合物构件，其中，所述至少一个聚合物构件被配置为响应于接收到偏置电压而与所述离子交换材料进行相互作用以改变所述至少一个聚合物构件的电导率。
2.根据条款1所述的天线，其中，所述至少一个聚合物构件响应于第一偏置电压具有第一电导率并且响应于第二偏置电压具有第二电导率，并且其中，所述第一电导率大于所述第二电导率。
3.根据条款2所述的天线，其中，所述第一电导率与导电状态相关联，并且其中，所述第二电导率与非导电状态相关联。
4.根据条款1至3中任一项所述的天线，其中，所述至少一个聚合物构件包括包含聚苯胺、聚(3,4-乙烯二氧噻吩)(PEDOT)或聚(3,4-亚丙二氧基吡咯))(聚(ProDOP))中的至少一个的材料。
5.根据条款1至4中任一项所述的天线，其中，所述至少一个聚合物构件包括包含第一聚合物构件和第二聚合物构件的多个聚合物构件，其中，所述第一聚合物构件具有第一长度并且所述第二聚合物构件具有第二长度，所述第二长度不同于第一长度。
6.根据条款1至5中任一项所述的天线，其中，所述离子交换材料包括聚合物离子介质，其中，所述离子交换材料包括两个离子交换层，并且其中，所述至少一个聚合物构件位于所述两个离子交换层之间。
7.根据条款1至6中任一项所述的天线，其中，所述离子交换材料包括1-乙基-3-甲基咪唑双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺(EMI-IM)，并且进一步包括与所述离子交换材料耦合或将离子交换材料密封的聚偏二氟乙烯(PVDF)层。
8.根据条款1至7中任一项所述的天线，其中，所述至少一个聚合物构件经由一个或多个开关与偏置电压源选择性地耦合。
9.根据条款1至8中任一项所述的天线，进一步包括包含所述离子交换材料和所述至少一个聚合物构件的补贴件。
10.根据条款1至9中任一项所述的天线，其中，所述至少一个聚合物构件包括多个聚合物构件，所述多个聚合物构件包括能够经由两个或两个以上的开关串联耦合的第一聚合物构件和第二聚合物构件。
11.一种通信系统，包括：通信电路；偏置电压源；以及天线，所述天线包括：离子交换材料；以及耦合至通信电路的至少一个聚合物构件，其中，所述至少一个聚合物构件被配置为响应于接收到偏置电压而与所述离子交换材料进行相互作用以改变所述至少一个聚合物构件的电导率。
12.根据条款11所述的通信系统，进一步包括所述天线的阵列，所述天线的阵列包括所述天线，其中，所述天线的阵列中的每个天线基于从所述偏置电压源接收对应的偏置电压而能够在导电状态与非导电状态之间进行切换。
13.根据条款11或12中任一项所述的通信系统，其中，所述至少一个聚合物构件包括多个聚合物构件，并且其中，所述偏置电压源被配置为向所述多个聚合物构件的每个聚合物构件输出对应的偏置电压以改变所述多个聚合物构件的每个聚合物构件的电导率。
14.根据条款11至13中任一项所述的通信系统，进一步包括：耦合至所述至少一个聚合物构件和所述偏置电压源的一个或多个开关；以及耦合至所述一个或多个开关并被配置为基于通信频率设置来控制所述一个或多个开关的控制器，其中，所述一个或多个开关响应于来自所述控制器的一个或多个控制信号，将所述偏置电压从偏置电压源传递到所述至少一个聚合物构件。
15.根据条款14所述的通信系统，其中，所述至少一个聚合物构件包括多个聚合物构件，所述多个聚合物构件包括第一聚合物构件和第二聚酯构件，其中，所述第一聚合物构件被耦合至所述偏置电压源，并且其中，所述第二聚合物构件经由一个或多个开关能够与所述第一聚合物构件和所述偏置电压源选择性地耦合。
16.根据条款11至15中任一项所述的通信系统，其中，所述通信电路、所述偏置电压源和所述天线被整合在航行器上，并且其中，所述天线包含在耦合至所述航行器的外表面的补贴件中。
17.根据条款11至16中任一项所述的通信系统，进一步包括包含所述天线的柔性电路，其中，所述天线包括单极天线、偶极天线、阵列天线、环形天线或孔径天线中的至少一个。
18.一种方法，包括：向至少一个聚合物构件施加偏置电压以改变所述至少一个聚合物构件的电导率；并且在施加所述偏置电压时经由所述至少一个聚合物构件发送或接收通信信号。
19.根据条款18所述的方法，其中，所述至少一个聚合物构件包括多个聚合物构件，所述多个聚合物构件包括第一聚合物构件和第二聚合物构件，其中，所述第一聚合物构件与第一通信频率相关联，其中，所述第二聚合物构件与第二通信频率相关联，并且进一步包括：选择所述第一通信频率；以及将对应的偏置电压施加到所述第一聚合物构件以将所述第一聚合物构件配置为以所述第一通信频率工作。
20.根据条款18或19中任一项所述的方法，其中，将所述偏置电压施加到所述至少一个聚合物构件包括向所述至少一个聚合物构件的第一聚合物构件施加第一偏置电压，并且进一步包括将第二偏置电压施加到所述至少一个聚合物构件的第二聚合物构件以改变所述第二聚合物构件的电导率。
21.根据条款20所述的方法，其中，所述通信信号与第一频率范围相关联并且经由所述第一聚合物构件被发送或接收，并且进一步包括经由所述第二聚合物构件发送或接收第二通信信号，其中，所述第二通信信号与不同于所述第一频率范围的第二频率范围相关联。
22.根据条款21所述的方法，其中，所述通信信号对应于第一通信协议，并且其中，所述第二通信信号对应于第二通信协议。
23.根据条款18至22中任一项所述的方法，进一步包括激活至少一个开关，其中，响应于激活所述至少一个开关，所述至少一个聚合物构件的第一聚合物构件与所述至少一个聚合物构件的第二聚合物构件串联耦合，并且其中，在激活所述至少一个开关之后的所述至少一个聚合物构件的有效长度大于在激活所述至少一个开关之前的所述至少一个聚合物构件的有效长度。
此外，尽管本文中已经说明和描述了具体的实例，但是应理解，设计成实现相同或相似结果的任何后续布置可代替所示的具体实施方式。本公开旨在涵盖各种实施方式中的任何和所有随后的适配或变化。上述实施方式的组合以及本文中未具体描述的其他实施方式对于在阅读本说明书后的本领域技术人员将是显而易见的。
基于本公开的摘要不会用于解释或限制权利要求的范围或含义的理解来提交摘要。另外，在前面的具体实施方式中，出于简化本公开的目的，各种特征可被组合在一起或在单个实施方式中描述。上述示例说明但不限制本公开。还应理解，根据本公开的原理，许多修改和变化是可能的。如附属权利要求所反映的，所要求保护的主题可涉及少于所公开的任何示例的所有特征。因此，本公开的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (15)

1.一种天线，包括：
离子交换材料；以及
至少一个聚合物构件，耦合至通信电路，其中，所述至少一个聚合物构件被配置为响应于接收到偏置电压而与所述离子交换材料相互作用以改变所述至少一个聚合物构件的电导率。
2.根据权利要求1所述的天线，其中，所述至少一个聚合物构件响应于第一偏置电压具有第一电导率并且响应于第二偏置电压具有第二电导率，并且其中，所述第一电导率大于所述第二电导率，并且其中，所述第一电导率与导电状态相关联，并且其中，所述第二电导率与非导电状态相关联。
3.根据权利要求1所述的天线，其中，所述至少一个聚合物构件包括包含聚苯胺、聚(3,4-乙烯二氧噻吩)(PEDOT)或聚(3,4-亚丙二氧基吡咯))(聚(ProDOP))中的至少一种的材料，并且其中，所述离子交换材料包含1-乙基-3-甲基咪唑双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺(EMI-IM)并且进一步包括耦合至所述离子交换材料或密封所述离子交换材料的聚偏二氟乙烯(PVDF)的层。
4.根据权利要求1所述的天线，其中，所述至少一个聚合物构件包括包含第一聚合物构件和第二聚合物构件的多个聚合物构件，其中，所述第一聚合物构件具有第一长度并且所述第二聚合物构件具有第二长度，所述第二长度不同于所述第一长度。
5.根据权利要求1所述的天线，其中，所述离子交换材料包括聚合物离子介质，其中，所述离子交换材料包括两个离子交换层，并且其中，所述至少一个聚合物构件位于所述两个离子交换层之间。
6.根据权利要求1所述的天线，其中，所述至少一个聚合物构件能够经由一个或多个开关与偏置电压源选择性地耦合。
7.根据权利要求1所述的天线，进一步包括补贴件，所述补贴件包括所述离子交换材料和所述至少一个聚合物构件。
8.根据权利要求1所述的天线，其中，所述至少一个聚合物构件包括多个聚合物构件，所述多个聚合物构件包括能够经由两个或两个以上开关串联耦合的第一聚合物构件和第二聚合物构件。
9.一种通信系统，包括：
通信电路；
偏置电压源；以及
根据权利要求1至8中任一项所述的天线。
10.根据权利要求9所述的通信系统，进一步包括所述天线的阵列，所述天线的阵列包括所述天线，其中，所述天线的阵列中的每个天线能够基于从所述偏置电压源接收对应的偏置电压在导电状态与非导电状态之间切换。
11.根据权利要求9所述的通信系统，其中，所述至少一个聚合物构件包括多个聚合物构件，并且其中，所述偏置电压源被配置为向所述多个聚合物构件中的每个聚合物构件输出对应的偏置电压以改变所述多个聚合物构件中的每个聚合物构件的电导率。
12.根据权利要求9所述的通信系统，进一步包括：
一个或多个开关，耦合至所述至少一个聚合物构件和所述偏置电压源；以及
控制器，耦合至所述一个或多个开关并且被配置为基于通信频率设置来控制所述一个或多个开关，其中，所述一个或多个开关响应于来自所述控制器的一个或多个控制信号将来自所述偏置电压源的偏置电压传递到所述至少一个聚合物构件。
13.根据权利要求9所述的通信系统，其中，所述通信电路、所述偏置电压源和所述天线被整合在航行器上，并且其中，所述天线包含在耦合至所述航行器的外表面的补贴件中。
14.一种通信方法，包括：
将偏置电压施加到根据权利要求1至8中任一项所述天线的所述至少一个聚合物构件以改变所述至少一个聚合物构件的电导率；并且
在施加所述偏置电压时经由所述至少一个聚合物构件发送或接收通信信号。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述至少一个聚合物构件包括多个聚合物构件，所述多个聚合物构件包括第一聚合物构件和第二聚合物构件，其中，所述第一聚合物构件与第一通信频率相关联，其中，所述第二聚合物构件与第二通信频率相关联，并且所述方法进一步包括：
选择所述第一通信频率；并且
将对应的偏置电压施加到所述第一聚合物构件以将所述第一聚合物构件配置为以所述第一通信频率工作。
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