CN108321503B - 液晶天线装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种液晶天线装置，包括：一液晶天线单元。该液晶天线单元包括：一第一介质基板，具有一第一表面及一第二表面；一第二介质基板，具有一第三表面及一第四表面，该第一表面与该第三表面相向；一第一辐射体，设置于该第一表面；一第二辐射体，设置于该第三表面；一主辐射体，设置于该第四表面，用以发射一无线信号；一液晶层，位于该第一辐射体与该第二辐射体之间；以及一温度感测器，设置于该第一表面、该第三表面、该第二表面以及该第四表面中的至少一者。

Description

液晶天线装置
技术领域
本发明涉及一种天线装置，且特别是涉及一种液晶天线装置。
背景技术
在液晶天线单元(Liquid-Crystal Antenna Unit)中，利用液晶的双介电系数特性，以电场的强度来控制液晶分子的排列方向，由此产生不同的等效介电系数。
在液晶天线单元的阵列中，利用电信号控制各个液晶天线单元中的液晶分子的排列，改变射频或毫米波系统中各单元的介电系数，用于控制每个天线单元中射频或毫米波信号的相位，经搭配后此液晶天线单元的阵列所辐射出来的波前的前进方向，即为天线辐射方向。
液晶天线的无线通讯可应用在各种交通工具上，如飞机、游艇船只、火车、汽车、机车等，亦或是物联网、自动驾驶、无人载具等。与传统机械式相比，电子式液晶天线具平整、轻薄、反应速度快等优点。
然而，液晶天线应用于交通工具时可能处于各种温度差异极大的环境中，又因为液晶材料的特性对温度变化极为敏感，若不考虑温度对液晶天线的影响的话，液晶天线很有可能失去原本的功能或动作不正常。
发明内容
本发明的目的为提供一种液晶天线装置，能够将液晶天线装置中的液晶材料的温度维持稳定，以确保液晶天线装置能够在不同的温度环境下正确地动作。
本发明提供了一种液晶天线装置，包括：一液晶天线单元。该液晶天线单元包括：一第一介质基板，具有一第一表面及一第二表面；一第二介质基板，具有一第三表面及一第四表面，该第一表面与该第三表面相向；一第一辐射体，设置于该第一表面；一第二辐射体，设置于该第三表面；一主辐射体，设置于该第四表面，用以发射一无线信号；一液晶层，位于该第一辐射体与该第二辐射体之间；以及一温度感测器，设置于该第一表面、该第三表面、该第二表面以及该第四表面中的至少一者。
上述液晶天线装置，还包括：一容置盒，该容置盒的内部放置该液晶天线单元并填入流体；一流动产生器，设置于该容置盒的内部；以及一加热冷却器，设置于该容置盒的内部，用以加热或冷却该流体。
又，上述液晶天线装置，还包括：一天线控制电路，与该第一辐射体及该第二辐射体耦接，控制该无线信号的强度及相位；以及一温度控制电路，根据来自该温度感测器的一感测信号，控制该加热冷却器来加热或冷却该流体。
上述液晶天线装置中该加热冷却器为一热交换器。又，上述液晶天线装置，还包括：一外壳，包覆该容置盒；以及一隔热层，位于该容置盒及该外壳之间。
综上所述，本发明的液晶天线装置利用容置盒来维持液晶材料的温度，确保液晶天线装置能够在不同的温度环境下正确地动作。
附图说明
图1为本发明的实施例1的液晶天线装置的上视示意图；
图2为本发明的实施例1的液晶天线装置的侧视示意图；
图3为本发明的实施例1的液晶天线装置的部分剖视图；
图4为本发明的液晶天线装置中温度感测器的可能的配置方式的示意图；
图5为本发明的实施例2的液晶天线装置的上视示意图；
图6为本发明的实施例2的液晶天线装置的侧视示意图；
图7为本发明的实施例2的液晶天线装置的部分剖视图；
图8为本发明的实施例3的液晶天线装置的侧视示意图。
符号说明
1、2、3 液晶天线装置
10 液晶天线单元阵列
11 液晶天线单元
12、12’温度感测器(温度传感器)
20 容置盒
30 流动产生器
40 加热冷却器
40’热交换器
50 天线控制电路
51 射频或毫米波信号控制电路
52 液晶控制电路
60 温度控制电路
70 外壳
80 真空隔热层
101 第一介质基板
1011 第一介质基板的上表面
1012 第一介质基板的下表面
102 第二介质基板
1021 第二介质基板的下表面
1022 第二介质基板的上表面
111 第一辐射体
112 第二辐射体
112a 馈入区
113 主辐射体
114 液晶层
121 下电极
122 上电极
F 流体
具体实施方式
以下的说明提供了许多不同的实施例、或是例子，用来实施本发明的不同特征。以下特定例子所描述的元件和排列方式，仅用来精简地表达本发明，其仅作为例子，而并非用以限制本发明。例如，第一特征在一第二特征上或上方的结构的描述包括了第一和第二特征之间直接接触，或是以另一特征设置于第一和第二特征之间，以致于第一和第二特征并不是直接接触。
此外，本说明书于不同的例子中沿用了相同的元件标号及/或文字。前述的沿用仅为了简化以及明确，并不表示于不同的实施例以及设定之间必定有关联。
本说明书的第一以及第二等词汇，仅作为清楚解释的目的，并非用以对应于以及限制专利范围。此外，第一特征以及第二特征等词汇，并非限定是相同或是不同的特征。
在此使用的空间上相关的词汇，例如上方或下方等，仅用以简易描述附图上的一元件或一特征相对于另一元件或特征的关系。除了附图上描述的方位外，包括于不同的方位使用或是操作的装置。
附图中的形状、尺寸、以及厚度可能为了清楚说明的目的而未依照比例绘制或是被简化，仅提供说明之用。
图1显示有关于本发明的实施例1的液晶天线装置1的上视示意图。图2显示有关于本发明的实施例1的液晶天线装置1的侧视示意图。图3显示有关于本发明的实施例1的液晶天线装置1的部分剖视图。液晶天线装置1包括液晶天线单元阵列10、容置盒20、流动产生器30、加热冷却器40、天线控制电路50、温度控制电路60。
液晶天线单元阵列10由多个液晶天线单元11所组成。每一个液晶天线单元11具有如图3所示的剖视图。液晶天线单元11主要由第一介质基板101、第二介质基板102、第一辐射体111、第二辐射体112、主辐射体113、液晶层114所组成。
第一介质基板101是一平板状结构，其材质可为玻璃。第一辐射体111形成于第一介质基板101的上表面1011(相当于权利要求的第一表面)，在图3的剖视图当中是不连续的多个突起，但在图1的上视图中为一个螺旋状的图案，用以产生射频或毫米波信号。第二介质基板102同样是一平板状结构，且材质可为玻璃。第二辐射体112设置于第二介质基板102的面向第一介质基板101的下表面1021(相当于权利要求的第三表面)。第二辐射体112具有一馈入区112a。主辐射体113形成于第二介质基板102的上表面1022(相当于权利要求的第四表面)，换言之，主辐射体113与第二辐射体112形成于第二介质基板102的相反侧。主辐射体113用以发射一无线信号。液晶层114被密封于第一辐射体111与第二辐射体112之间的空间。
通过上述构造，第一辐射体111由天线控制电路50馈入一射频或毫米波信号，该射频或毫米波信号会通过液晶层114并经由第二辐射体112的馈入区112a而馈入至主辐射体113。主辐射体将此射频或毫米波信号做为无线信号发射出去。
液晶层114中的液晶分子会受到形成在第一介质基板101的上表面1011的电极(未图示)与形成在第二介质基板102的下表面1021的电极(未图示)之间的电场的控制而改变其排列方向。根据液晶分子的双介电系数特性，液晶分子的排列方向能够改变液晶层114的相位差，由此控制射频或毫米波信号的相位。
然而，由于液晶层114中的液晶分子容易受到温度影响而改变其介电系数，若液晶分子的温度偏离工作温度太远，可能会导致液晶天线无法正常工作。对此，本发明将液晶天线单元阵列10配置于一容置盒20当中。容置盒的材料会选择介电损耗低(例如，tanδ<0.01)以及隔热性佳(例如，热传导率k<0.05W/(m.K))的材料，以降低对无线信号(电磁波信号)的干扰，并且减低外部环境温度的影响。容置盒20内填入流体F。流体F可以是气体或液体，具有低粘滞性(例如，粘度η<0.01)，以做为良好的热对流媒体。
容置盒20内还配置了流动产生器30及加热冷却器40。流动产生器30使流体F在容置盒20内不断地流动循环，让整个容置盒20内达到均匀的温度。加热冷却器40则用来对流体F加热或冷却，当液晶层114的温度过低时，加热流体F并通过流动产生器30使流体流过液晶天线单元10来降温；反之，当液晶层114的温度过高时，则冷却流体F并通过流动产生器30使流体流过液晶天线单元10来加温。由此，容置盒20内可维持恒温或者是在特定的温度范围内。
在本实施例1当中，虽然流动产生器30及加热冷却器40以一组为例，但本发明并不限定于此，例如也可以在液晶盒20内的不同的位置配置多组，来达成分区控温的效果。
因此在上述将液晶天线装置1当中，还需要设置温度感测器12，来随时监控感测液晶层40的温度。如图1所示，多个温度感测器12分别配置在液晶天线单元阵列10的不同位置，用来精细地感测各个区域的温度变化。又，如图3所示，温度感测器12是一种电容式感应器，包括下电极121及上电极122。下电极121设置于第一介质基板101的上表面1011，上电极122设置于第二介质基板102的下表面1021，与下电极121相对，温度感测器12可感测出两电极之间的电容值，进而推得两电极之间的介电系数。由于液晶材料的介电系数是温度的函数，因此也可进一步推得液晶材料的温度。
透过以上的方式，即可随时感测液晶层114的温度，并即时进行控温的操作。需要注意的是，在上述实施例1当中，温度感测器12是电容式感应器，但温度感测器12也可以是其他种形式的温度感测器。图4显示本发明的液晶天线装置中温度感测器的可能的配置方式的示意图。如图4所示，温度感测器除了设置于第一介质基板101的上表面1011及第二介质基板102的下表面1021的电容式的温度感测器12外，也可以是设置在第一介质基板101的下表面1012(相当于权利要求的第二表面)，或者是设置在第二介质基板102的上表面1022的电阻式的温度感测器12’。这种电阻式的温度感测器12’例如热敏电阻。无论使用哪一种形式的温度感测器，都能够达成感测液晶层114的温度的效果。
又，液晶天线装置1中的天线控制电路50会连接并提供信号到第1辐射体111及第二辐射体112，用于控制该无线信号的强度及相位。天线控制电路50包括射频或毫米波信号控制电路51与液晶控制电路52。射频或毫米波信号控制电路51使该第一辐射体及该第二辐射体产生射频或毫米波信号，并可调控该射频或毫米波信号的强度。液晶控制电路52输出电位差至第1辐射体111及第二辐射体112中的电极部分，以电场来控制液晶层114中的液晶分子的排列方向，来调整射频或毫米波信号的相位。
液晶天线装置1中的温度控制电路60连接至各个温度感测器12与加热冷却器40。温度控制电路60根据温度感测器20所传送而来的感测信号，获得目前液晶层114的温度，并判断该温度是否需要调节，若温度过高，则送出控制信号驱动加热冷却器40，使其冷却流体F；反之，若温度过低，则送出控制信号驱动加热冷却器40，使其加热流体F。
在本实施例1中，天线控制电路50与温度控制电路60均设置于容置盒20的外部，且配置在第一介质基板101延伸出容置盒20外的上表面1011上，但天线控制电路50与温度控制电路60也可以配置在容置盒20外的其他任意的位置。另外，天线控制电路50与温度控制电路60也可整合成单一控制芯片。
根据上述的实施例，将液晶天线单元阵列10设置于容置盒20中，并且进一步以流动产生器30、加热冷却器40、流体F来维持容置盒20内的温度，由此确保液晶天线装置1能够在不同的温度环境下正确地动作。
图5显示有关于本发明的实施例2的液晶天线装置2的上视示意图。图6显示有关于本发明的实施例2的液晶天线装置2的侧视示意图。图7显示有关于本发明的实施例2的液晶天线装置2的部分剖视图。实施例2的液晶天线装置2的组成元件与实施例1的液晶天线装置1相同，同样由液晶天线单元阵列10、容置盒20、流动产生器30、加热冷却器40、天线控制电路50、温度控制电路60所组成。然而，与实施例1不同的是，在实施例2中，天线控制电路50及温度控制电路60设置于容置盒20的内部。除此之外，实施例2的动作、效果以及各种可替代的变形都与实施例1相同。
图8显示有关于本发明的实施例3的液晶天线装置3的侧视示意图。实施例3中的液晶天线装置3与实施例1的液晶天线装置1相同，同样具有液晶天线单元阵列10、容置盒20、流动产生器30、加热冷却器40、天线控制电路50、温度控制电路60。然而，为了进一步确保容置盒20的隔热效果，液晶天线装置3还包括一层外壳70来包裹住容置盒20，而在容置盒20与外壳70之间抽真空，形成真空隔热层80，以进一步降低热传导及热对流的影响。值得一提的是，加热冷却器40可以是一种热交换器40’，一端在容置盒20内，另一端延伸到外壳70之外。热交换器40’利用其内部的冷媒在容置盒20内及外部环境之间循环流动，进行热交换，来调节容置盒20内的流体F的温度。热交换器40’的种类并没有限定，如板式、管壳式、管式热交换器等。另外，容置盒20与外壳70之间的隔热层也不一定要是真空，也可以是填入其他隔热效果佳的材料的隔热层。
根据上述各实施例，本发明能够维持液晶天线装置中的液晶材料的温度，确保液晶天线装置能够在不同的温度环境下正确地动作。
上述已公开的特征能以任何适当方式与一或多个已公开的实施例相互组合、修饰、置换或转用，并不限定于特定的实施例。
本发明虽然以上公开了各种实施例，然而其仅为范例参考而非用以限定本发明的范围，任何熟悉此项技术者，在不脱离本发明的精神和范围内，可做些许的更动与润饰。因此上述实施例并非用以限定本发明的范围，本发明的保护范围当以附上的权利要求所界定的为准。

Claims (9)

1.一种液晶天线装置，其特征在于包括：
液晶天线单元，该液晶天线单元包括：
第一介质基板，具有一第一表面及一第二表面；
第二介质基板，具有一第三表面及一第四表面，该第一表面与该第三表面相向；
第一辐射体，设置于该第一表面；
第二辐射体，设置于该第三表面；
主辐射体，设置于该第四表面，用以发射一无线信号；
液晶层，位于该第一辐射体与该第二辐射体之间；
温度感测器，设置于该第一表面、该第三表面、该第二表面以及该第四表面中的至少一者；
容置盒，该容置盒的内部放置该液晶天线单元并填入流体；
流动产生器，设置于该容置盒的内部；以及
加热冷却器，设置于该容置盒的内部，用以加热或冷却该流体。
2.如权利要求1所述的液晶天线装置，其特征在于，该温度感测器为一热敏电阻，设置于该第二表面以及该第四表面中的至少一者。
3.如权利要求1所述的液晶天线装置，其特征在于，该温度感测器为一电容感应器，包括:
第一电极，设置于该第一表面；以及
第二电极，设置于该第三表面的与该第一电极相向的位置。
4.如权利要求1所述的液晶天线装置，其特征在于还包括：
天线控制电路，与该第一辐射体及该第二辐射体耦接，控制该无线信号的强度及相位；以及
温度控制电路，根据来自该温度感测器的一感测信号，控制该加热冷却器来加热或冷却该流体。
5.如权利要求4所述的液晶天线装置，其特征在于，该天线控制电路包括：
射频或毫米波信号控制电路，控制该第一辐射体及该第二辐射体产生该无线信号；以及
液晶控制电路，控制该液晶层中的液晶分子的排列方向，来改变该无线信号的相位。
6.如权利要求4所述的液晶天线装置，其特征在于，该天线控制电路及该温度控制电路设置于该容置盒内。
7.如权利要求4所述的液晶天线装置，其特征在于，该天线控制电路及该温度控制电路设置于该容置盒外。
8.如权利要求1所述的液晶天线装置，其特征在于，该加热冷却器为一热交换器。
9.如权利要求1所述的液晶天线装置，其特征在于还包括：
外壳，包覆该容置盒；以及
隔热层，位于该容置盒及该外壳之间。
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