CN108713276A - 具有集成玻璃过渡部的宽带rf径向波导馈送部 - Google Patents

Abstract

公开了一种天线及其使用方法。在一个实施例中，天线包括径向波导；孔径，其可操作以响应于由径向波导馈送的RF馈送波来辐射射频(RF)信号；以及射频(RF)扼流圈，其可操作以阻挡RF能量通过波导的外部部分与孔径之间的间隙流失。

Description

具有集成玻璃过渡部的宽带RF径向波导馈送部

相关申请的交叉引用

本专利申请要求于2016年03月01日提交的题为“具有集成玻璃过渡部的宽带RF径向波导馈送部”的序列号为62/302,042的相应临时专利申请的优先权并且通过引用并入。

技术领域

本发明的实施例涉及天线领域；更具体地，本发明的实施例涉及具有射频(RF)扼流圈的天线，该RF扼流圈防止用于激励天线元件的RF馈送波的RF能量激励从天线流失。

背景技术

集成辐射孔径和馈送结构的传统平面天线确保两个子组件之间的物理导电连接，以提供用于直流(DC)控制和功率调节信号以及RF信号的电流返回路径，以防止来自电接口的外来辐射破坏天线的辐射图。这些类型天线中的典型馈送结构往往通过共同的馈送装置或组合的串联/并联装置将RF能量馈送到辐射孔径中，该共同的馈送装置或组合的串联/并联装置在无源相控阵天线情况下提供功率分配以及孔径衰减。这些配电网络往往具有许多RF功率分配器和不连续性，需要使用严格的设计标准以确保整个馈送部的级联性能满足系统的要求。在边缘馈送径向波导馈送部的情况下，功率分布由削弱围绕天线半径的能量的性质决定，但仍然需要使用细致的设计原理来完成稳定的宽带设计。

径向馈送天线的一个实例使用了发射和终止传播波的相对的窄带方法以及层过渡部(layer transition)中的不连续补偿。在发射过程中，四分之一波长开路传输短截线被设计为从轴向的横向电磁(TEM)模式过渡到径向的TEM模式。四分之一波长开路短截线发射根据中心导体的谐振长度从波导模式变换到准辐射模式，就像辐射到自由空间中。发射结构的谐振内在地受频段限制，并且在不增加补偿谐振的其他调谐机制的情况下难以超出20％的带宽。针对标准的超小型版本A(SMA)中央引脚，独立式探针也将发射的平均功率处理能力限制在大约10瓦或以下。在发射器中累积的任何热将仅通过辐射或对流消散，这将由于探针的表面积和波导腔内的气流受到限制。除了发射之外，从底层波导到顶层慢波导的过渡使用了一个电容阶梯部以抵消由180度e-平面弯曲引起的电感。虽然这些方法是波导组件的标准，但为了实现超过30％的带宽，有必要使用较少的频变方法进行模式过渡和不连续补偿。

在其他更大宽带的径向波导结构中，宽带方法一直使用连续锥形过渡，其将一种模式平滑地变换到另一种模式。图1A和图1B示出该馈送方法的示例性馈送部，该方法将连接器的中央引脚附接到与顶层波导壁短接的槽纹过渡部(fluted transition)。虽然这种方法可以实现宽带宽，但制造由于产生这些平滑过渡部的曲线复杂会变得困难。通常必须使用遵循复杂的曲率的车床制造这些过渡部。如果需要进一步的补偿用于匹配目的，则连续曲率仅能提供使过渡加速或减慢的能力，而无法为电容或电感调谐提供额外的特性。此外，层过渡部通常使用倒角完成，这使得设计者只能调整一个旋钮来实现宽带匹配。

基于没有外部金属化层的介电衬底开发LCD/玻璃基辐射孔径防止提供类似于上述传统方法的电附着方法。

在许多传统的相控阵天线中，辐射孔径由机械加工的铝制壳体构成，该壳体既用作辐射元件，又用作整合具有结构刚性和对齐性的热量和气候控制通道的歧管。将铝用于这一功能具有铝对RF和DC具有高导电性，并且易于获得且对机械加工和装配好描述的优点。可选地，一些传统的相控阵利用印刷电路板(PCB)技术减少天线装配中涉及的“触摸劳动”量，同时为工程师提供集成RF路由和集成电路(IC)的设计灵活性。这两种制造技术都提供了很好的方法，利用这些方法，天线的组装可以容易地接地到天线底盘和RF馈送网络。

发明内容

公开了一种天线及其使用方法。在一个实施例中，天线包括径向波导；孔径，其可操作以响应于由径向波导馈送的RF馈送波来辐射射频(RF)信号；以及射频(RF)扼流圈，其可操作以阻止RF能量通过波导的外部部分与孔径之间的空隙流失。

附图说明

根据下面给出的详细描述和本发明的各实施例的附图，将更全面地理解本发明，然而它们不应被视为对本发明的限制，而是仅用于解释和理解本发明。

图1A和图1B示出具有槽纹发射部和倒角180°弯曲的径向天线馈送部的单层径向线槽天线和双层径向线槽天线。

图2和图3示出天线的一个实施例的侧视图，该天线具有阶梯式RF发射部和终端、具有集成的介电过渡部和RF扼流圈的阶梯式180°弯曲。

图4示出夹持机构的一个实施例。

图5示出图2的天线的天线馈送部的RF性能。

图6示出用作RF扼流圈的电磁带隙(EBG)结构的一个实施例。

图7示出具有EBG结构的基于PCB的扼流圈的一个实施例的侧视图。

图8示出具有圆柱馈送部和EBG扼流圈的天线的一个实施例。

图9示出用于提供圆柱波导馈送部的同轴馈送部的一个实施例的俯视图。

图10示出具有一个或多个天线元件阵列的孔径，该天线元件阵列围绕圆柱馈送天线的输入馈送部以同心环放置。

图11示出包括接地面和可重构谐振器层的一行天线元件的透视图。

图12示出可调谐谐振器/槽的一个实施例。

图13示出物理天线孔径的一个实施例的横截面图。

图14A-图14D示出用于生成开槽阵列的不同层的一个实施例。

图15示出圆柱馈送天线结构的一个实施例的侧视图。

图16示出具有出射波的天线系统的另一个实施例。

图17示出矩阵驱动电路相对于天线元件放置的一个实施例。

图18示出TFT封装的一个实施例。

图19是在电视系统中同时执行双重接收的通信系统的一个实施例的框图。

图20是具有同时发送和接收路径的通信系统的另一实施例的框图。

具体实施方式

在下文的描述中，阐述了许多细节以更透彻地解释本发明。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，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地示出，以避免使本发明难以理解。

本文公开的内容包括一种射频(RF)发射部和RF扼流圈组件，该RF扼流圈组件提供在宽频率范围内将RF功率分配边缘馈电径向波导中的能力。在一个实施例中，RF扼流圈组件允许玻璃基辐射孔联接到径向波导，而在波导外部范围内没有物理直流(DC)电连接。在一个实施例中，因为RF能量在辐射孔和波导的外部边缘基本上被捕获到天线内，所以使用RF扼流圈允许在宽的RF频率范围内利用径向边缘馈送波导将RF波馈送到圆形辐射孔径。在可选实施例中，辐射孔径可以是除玻璃之外包括但不限于蓝宝石、熔融硅、石英等的衬底。该孔径可以包括液晶显示器(LCD)。

在一个实施例中，RF扼流圈组件包括一个或多个槽。在一个实施例中，该槽包括铣(机械加工)槽。该槽可以用作四分之一波变换器。在另一实施例中，RF扼流圈组件包括电磁带隙(EBG)扼流圈。EBG扼流圈可以是基于印刷电路板(PCB)的EBG扼流圈。

本文还公开了可以并入天线的宽带发射部和终端部特征。

示例实施例

在一个实施例中，公开了一种天线，该天线包括径向波导；孔径，其可操作以响应于由径向波导馈送的RF馈送波来辐射射频(RF)信号；以及射频(RF)扼流圈，其可操作以阻挡RF能量通过波导的外部部分与孔径之间的空隙流失。在一个实施例中，波导和孔径之间没有物理电连接。在这种情况下，波导和孔径可以用夹持机构保持在波导和孔径外侧上的适当位置。即便如此，波导和孔径之间也没有导电连接。在一个实施例中，滑移面位于邻近空隙并且促进波导和/或辐射孔径的潜在移动。

在一个实施例中，波导包括金属并且孔径包括玻璃或液晶显示器(LCD)衬底，并且波导和孔径的热膨胀系数不同。因为波导和孔径具有不同的热膨胀系数，所以在天线的操作期间，可能产生使它们以不同的速率膨胀的热，这导致它们相对彼此布置以使位置改变，从而防止波导和辐射孔径相互连接。

在一个实施例中，RF扼流圈包括在空隙中的波导外部部分中的一个或多个槽，每个槽用于阻挡频段的RF能量。在一个实施例中，槽是波导外部部分中的一对环的部分。该环处于辐射RF能量的孔径的有源区域之外。

在另一实施例中，RF扼流圈包括电磁带隙(EBG)结构。在一个实施例中，EBG结构包括具有一个或多个通孔的衬底。在一个实施例中，衬底包括具有一个或多个导电贴片的印刷电路板(PCB)，并且一个或多个通孔镀有导电材料。在一个实施例中，PCB通过导电粘合剂附接到波导。要注意的是，在一个实施例中，由于带宽窄而不需要通孔。

在一个实施例中，孔径具有天线元件的开槽阵列，其中开槽阵列包括：多个槽；多个贴片，其中每个贴片共同位于多个槽中的一个槽上方并与多个槽中的一个槽分离，从而形成贴片/槽对，基于施加到该对中的贴片上的电压接通或断开每个贴片/槽对。在一个实施例中，天线元件被控制并一同操作以形成用于全息波束操控的频段的波束。

图2和图3示出具有RF扼流圈组件的天线的一个实施例的侧视图。如图2和3所示，天线200包括径向波导201、由具有天线元件(未示出)的衬底或玻璃层(面板)202组成的孔径、接地面203、介电(或其他层)过渡部204、RF发射部(馈送部)205和终端206。要注意的是，虽然在一个实施例中玻璃层202包括两个玻璃层，但在其他实施例中，辐射孔径仅包括一个玻璃层或仅具有一个层的其他衬底。可选地，辐射孔径可以包括多于两个的一起工作以辐射RF能量(例如波束)的层。

在一个实施例中，由具有天线元件的玻璃层(衬底)202组成的孔径可操作以响应于从RF发射部205馈送的RF馈送波以辐射射频(RF)信号，该RF馈送波从RF发射器205的中央位置沿着径向波导201围绕接地面203(用作波导板)和180°层过渡部210途经玻璃层202行进到位于天线200顶部的辐射孔径。利用RF能量，玻璃层202的天线元件辐射RF能量。在一个实施例中，玻璃层响应于来自馈送波的RF能量而辐射的RF能量是波束的形式。

在一个实施例中，玻璃层(或其他衬底)202利用商业电视制造技术来制造，并且在最外层处不具有导电金属。这种在辐射孔径的外层缺少导电介质防止了子组件之间的物理电连接，而无需对子组件进行进一步的侵入式处理。为了提供形成辐射孔径的玻璃层202和将馈送波馈送到玻璃层202的波导201之间连接，制作等效的RF连接以防止来自连接缝的辐射。这就是RF扼流圈组件202的目的。也就是说，RF扼流圈组件220可操作以阻挡RF能量从波导201的外部部分和形成辐射孔径的玻璃层202之间的空隙流失。另外，玻璃层202和波导201的馈电结构材料的热膨胀系数的差异需要中间的低摩擦表面以确保天线介质的自由平面扩展。

由于形成辐射孔径和波导壳体的玻璃层202由具有热膨胀系数不同的不同材料制成，因此在波导201的壳体的范围内进行了一些调节以当温度变化时考虑物理运动。考虑到玻璃层202和波导201壳体的自由移动而在物理上不会损坏任一结构，玻璃层202并非永久地粘合到波导201。在一个实施例中，玻璃层202通过夹持型特征与波导201机械地保持紧密接触。也就是说，考虑到它们的热膨胀系数的差异，为了使玻璃层202保持在相对于波导201大致适当位置，加入夹持机构。图4示出这种夹持机构的一个示例。如图4所示，夹持机构401联接到天线罩，该天线罩位于玻璃层202和波导201上方。

在一个实施例中，使夹具与玻璃层202(即泡沫、附加薄膜或两者)隔离的材料在夹持特征下方。在孔径和馈送部之间添加具有较低摩擦阻力的中间材料以用作滑移面。滑移面可使玻璃横向移动。在一个实施例中，如上文所述，这对于层之间的热膨胀或热失配有用。图2示出滑移面位置211的示例。

在一个实施例中，该材料本质上是薄膜，并且是塑料材料，例如丙烯酸、乙酸盐或聚碳酸酯，并且附接到玻璃的下侧或波导201壳体的顶部。除了缓冲玻璃层202以及为波导201提供滑动面之外，当被附接到玻璃时薄板材料还为玻璃提供了一些额外的结构支撑和抗划伤性。可以使用粘合剂进行附接。

在一个实施例中，设计径向馈送部使得每个单独的部件可以在大带宽，即>50％下操作。组成馈送部的构成组件是：RF发射部205、180°层过渡部210、终端206、中间接地面203(波导板)、介电过渡部204的介电负载以及RF扼流圈组件220。

在一个实施例中，RF发射部205具有从输入(共)轴向模式(传播方向穿过导体)到径向模式(RF波的传播方向从导体的边缘朝其中心传播)的阶梯过渡。该种过渡将输入引脚短接到电容阶梯部，其补偿探针电感，然后阻抗逐步跳出到径向波导201的全高度(fullheight)。过渡所需的阶梯部数量与所需的操作带宽以及发射部的初始阻抗和波导的最终阻抗之间的差值有关。例如，在一个实施例中，对于10％的带宽变化，使用了一阶梯过渡部；对于20％的带宽变化，使用了两阶梯过渡部；而对于50％的带宽变化，使用了三(或更多)阶梯过渡部。

使引脚短接到接地面203(波导201的顶板)通过将产生的热量从RF发射部205的中央引脚传导到波导201的壳体中实现更高的操作功率水平，波导201在一个实施例中是金属(例如铝、铜、黄铜、黄金等)。通过控制阶梯式RF发射部205和波导201的壳体底部之间的空隙，并且击穿阻抗阶梯部处的尖锐边缘，降低了介电击穿的所有风险。

以与针对存在慢波介电材料时增加的阻抗补偿相同的方式设计RF发射部205的顶部终端过渡部。通过使用离散阶梯部设计阻抗过渡部，使用三轴计算机数字控制(CNC)端密耳可以容易地制造RF发射部205。

在一个实施例中，以与发射部和终端设计类似的方式完成180°层过渡部210。在一个实施例中，使用了倒角或单个阶梯部补偿90度弯曲的电感。在另一个实施例中，多个阶梯部被使用并且可以单独调谐以实现宽带匹配。在一个实施例中，顶部波导的慢波介电过渡部204被置于顶部90度弯曲处，从而增加了整个180度过渡部的不对称性。可以通过增加顶部和底部过渡阶梯部的不对称性来补偿这种介电存在。

通过将RF扼流圈组件220添加到馈送波导/玻璃接合部实现等效的RF接地连接，使得预期频段内的RF能量从RF扼流圈组件220接合部反射而不会辐射到自由空间中，并且反过来与传播馈送信号建设性地相加。在一个实施例中，这些扼流圈基于传统的波导扼流圈法兰，其有助于确保高功率应用的稳定RF连接。这种扼流圈还可以基于如下文进一步详细描述的电磁带隙(EBG)结构。可以串联地增加多个RF扼流圈，以提供在同时发射和接收频段使用的宽带扼流圈。

在一个实施例中，RF扼流圈组件220包括波导式扼流圈，其具有集成到波导201中的一个或多个槽或通道。图2和3示出两个槽。需要注意的是，在一个实施例中，由于波导201是径向的，因此槽实际上是处于波导201顶部内部的环。在一个实施例中，槽被设计成放置在距RF馈送结(即波导201内部部分的最外边缘，其中馈送波通过该边缘，如图2中的内边缘250所示传播)内部四分之一波长的奇数倍(例如1/4、3/4、5/4等)处。在一个实施例中，扼流通道也处于波长深度的四分之一处，使得反射功率在扼流通道的顶部同相。在一个实施例中，扼流圈组件的总相位长度反过来会与传播的馈送信号异相，这使(例如在槽的顶部和底部之间的)扼流圈组件具有电短路的等效RF性能。该电短路等效性保持了馈送结构壁的连续性，而不需要物理电连接。

需要注意的是，两个扼流槽(通道)可用于馈送波的每个频段。例如，两个扼流槽可以用于一个接收频段，而另外两个槽用于不同的接收频段或发射频段。例如，发射频段和接收频段可以分别是Ka发送频段和Ka接收频段。又例如，两个接收频段可以是Ka频段和Ku频段，或者进行通信的任何频段。槽的间距与上述相同。也就是说，槽将被设计成放置在距RF馈送结内部(例如内部边缘250)的四分之一波长的奇数倍(例如1/4、3/4、5/4等)处以产生低阻抗短路。在一个实施例中，1/4λ深的槽具有用于高阻抗的宽度(其中λ是要被阻挡的频率)。虽然每个槽在一个频率上谐振(以阻挡该频率的能量)，但是扼流圈可能会阻挡一个频段。例如，当槽在ku频段的一个频率处谐振时，扼流圈覆盖整个ku频段。

图5示出图2中的馈送部的RF性能。如图5所示，对于超过50％的带宽，输入回波损耗优于10dB。

在可选实施例中，天线可包括基于电磁带隙(EBG)材料的扼流圈。

在一个实施例中，基于电磁带隙(EBG)材料的扼流圈被设计成防挡在特定频段传播的单格(unit cell)。可以组合针对单独频段设计的单格以提供多频段操作或宽带操作。图6和图7示出EBG单格扼流圈的示例。如图6所示，单格600包括具有多个通孔，例如通孔602A-602D的印刷电路板(PCB)601。可能根据PCB板的厚度和通孔的尺寸必须进行调整通孔间距。可选地，可以使用特氟隆、玻璃纤维或其他材料代替PCB。

在一个实施例中，通孔602A-602D未被填充并且电镀导电镀层，例如铜、铝等。可以在导电镀层上沉积另一种材料，例如n用于保护。在另一可选实施例中，通孔602A-602D填充有材料，例如环氧树脂。

通孔602A-602D中的每一个都具有分别电镀或附接在其上的导电贴片，例如贴片603A-603D。贴片及其通孔用作看起来像一个短路的LC谐振器。需要注意的是，贴片不是必需的，并且在其他实施例中不使用贴片。

如图所示，四个通孔602A-602D用作两个频段的RF扼流圈。在一个实施例中，通孔602A和602C用作发射频段的RF扼流圈，而通孔602B和602D用作接收频段的RF扼流圈。需要注意的是，两组两个通孔都可用于接收频段或都用于发射频段。

最高频率EBG结构最接近波导接头放置，以确保接头处的阻抗失配不会在整个频段上破坏性地增加基础波导模式。图7示出附接到波导的图6的EBG结构的侧视图。如图7所示，在一个实施例中，PCB 601使用粘合剂联接到波导。需要注意的是，第一通孔例如通孔602A与波导的侧部对齐。在一个实施例中，通孔602A是发射频段的扼流圈的部分。因此，存在PCB 601在波导的内侧壁上的轻微悬垂。

在一个实施例中，一个或多个垫可以处于EBG单格和用作辐射孔径的玻璃层或衬底之间。

图8示出具有EBG扼流圈，例如图7中所示的扼流圈的圆柱馈送部。

在一个实施例中，使用了无通孔板并且(因为不需要导电胶)所以无通孔板使组件简化。

需要注意的是，虽然上述公开讨论了基于没有外部金属化层的介电衬底的玻璃基或LCD基辐射孔径，但是基于具有外部金属化层的介电衬底的其他辐射孔径仍然受益于该组装方法。

天线实施例的示例

上述技术可以用于平板天线。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，天线元件包括液晶单元。在一个实施例中，平板天线是圆柱馈送天线，其包括矩阵驱动电路以唯一地访问并且驱动未以行和列放置的天线元件中的每一个。需要注意的是，馈送部不一定是圆形的。在一个实施例中，元件放置在环中。

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联接在一起的多个段构成。当联接在一起时，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送部同心。

天线系统示例概述

在一个实施例中，平板天线是超材料天线系统的部分。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，天线系统是在移动平台(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，卫星地球站使用Ka频段或Ku频段频率进行民用商业卫星通信。需要注意的是，天线系统的实施例也可用在不在移动平台(例如固定或可移动地球站)上的地球站中。

在一个实施例中，天线系统使用表面散射超材料技术以通过单独的天线形成和操控发射和接收的波束。在一个实施例中，天线系统是模拟系统，其与采用数字信号处理以电形成和操控波束的天线系统(例如相控阵天线)相反。

在一个实施例中，天线系统包括三个功能子系统：(1)包括圆柱波馈送构架的波导结构；(2)作为天线元件部分的波散射超材料单格阵列；(3)使用全息原理命令由超材料散射元件形成可调节辐射场(波束)的控制结构。

波导结构示例

图9示出用于提供圆柱波馈送部的同轴馈送部的一个实施例的俯视图。如图9所示，同轴馈送部包括中央导体和外部导体。在一个实施例中，圆柱波馈送构架利用激励部从中央点向天线馈送，其中激励部从馈送点以圆柱形方式向外扩展。也就是说，圆柱馈送天线产生向外行进的同心馈送波。即便如此，圆柱馈送部周围的圆柱馈送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，圆柱馈送天线产生向内传播的馈送波。在这种情况下，馈送波最自然地来自圆形结构。

图10示出具有一个或多个天线元件阵列的孔径，该天线元件阵列围绕圆柱馈送天线的输入馈送部以同心环放置。

天线元件

在一个实施例中，天线元件包括一组贴片天线。该组贴片天线包括散射超材料元件阵列。在一个实施例中，天线系统中的每个散射元件是单格的部分，该单格包括下导体、介电衬底和嵌入互补电感电容谐振器(“互补电LC”或“CELC”)的上导体，该互补电感电容谐振器被蚀刻或沉积在上导体上。

在一个实施例中，液晶(LC)被设置在散射元件周围的空隙中。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格中，并使与槽关联的下导体与同其贴片关联的上导体分开。液晶具有介电常数，其是包含液晶的分子的取向函数，并且可以通过调节液晶的偏压电压来控制分子的取向(并因此调节介电常数)。在一个实施例中，使用该特性，液晶集成了用于将能从导波传输到CELC的接通/断开开关。当接通时，CELC像电小偶极天线一样发射电磁波。需要注意的是，本文的教导不限于以二元方式传输能量来操作的液晶。

在一个实施例中，这个天线系统的馈送部几何结构允许将天线元件定位在于波馈送中的波的向量成45度角(45°)的角度处。需要注意的是，可以使用其他位置(例如成40°角)。元件的这个位置能够控制自元件产生或从其接收或传输/辐射的自由空间波。在一个实施例中，以小于天线的操作频率的自由空间波长的元件间间隔布置天线元件。例如，如果每个波长具有四个散射元件，则30GHz发射天线中的元件有有约2.5mm(即30GHz的10mm自由空间波长的1/4)。

在一个实施例中，如果两组元件被控制成相同的调谐状态，则两组元件彼此垂直并且同时具有等幅激励。使两组元件相对于馈送波激励旋转+/-45度会一次实现两个期望的特征。使一组旋转0度而另一组旋转90度会实现垂直目标，而不是等幅激励目标。需要注意的是，当从两侧部馈送单结构中的天线元件阵列时，可以使用0度和90度实现隔离。

通过向贴片施加电压(LC通道的电势)使用控制器来控制每个单格的辐射功率量。每个贴片的迹线用于向贴片天线提供电压。电压用于调谐或失谐电容，从而调谐各个元件的谐振频率以形成波束。所需的电压取决于所用的液晶混合物。液晶混合物的电压调谐特性主要由阈值电压决定，在阈值电压下液晶开始受电压和饱和电压影响的，高于该阈值电压，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变化。在一个实施例中，如上文所述，矩阵驱动器用于向贴片施加电压，以便驱动与所有其他格分开的每个格，而不需要单独连接每个格(直接驱动)。由于元件密度高，矩阵驱动器是单独访问每个格的有效方法。

在一个实施例中，天线系统的控制结构具有2个主要部件：天线阵列控制器，其包括用于天线系统的驱动电子设备，处于波散射结构下方，而矩阵驱动开关阵列散布在辐射RF阵列中，以这种方式不干扰辐射。在一个实施例中，用于天线系统的驱动电子设备包括商用电视设备中使用的商用现货LCD控制器，其通过调节到该元件的AC偏置信号的波幅或占空比来调节每个散射元件的偏置电压。

在一个实施例中，天线阵列控制器还包括执行软件的微处理器。控制结构还可以包括传感器(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和/或可以不是天线系统一部分的其他系统提供给处理器。

更具体地，天线阵列控制器在操作频率下控制关闭哪些元件以及开启哪些元件以及相位和振幅电平。通过电压施加选择性地失谐元件用于频率操作。

对于发射，控制器将电压信号阵列提供给RF贴片以创建调制或控制模式。控制模式使元件变成不同的状态。在一个实施例中，与方波(即正弦灰度调制模式)相反，使用多态控制，在多态控制中在不同的电平下接通和断开各种元件，进一步接近于正弦控制模式。在一个实施例中，一些元件比其他元件辐射更强，而不是一些元件辐射，一些元件不辐射。可变辐射通过施加特定的电压电平实现，这将液晶介电常数调节到不同的量，从而可变地使元件失谐并使一些元件比其他元件辐射更多。

由元件的超材料阵列产生聚焦波束可以通过相长干涉和相消干涉的现象解释。如果各个电磁波具有相同的相位，则当它们在自由空间中相遇时它们叠加(相长干涉)；如果各个电磁波具有相反的相位，则当它们在自由空间中相遇时它们相消(相消干涉)。如果定位开槽天线中的槽使得每个连续槽被定位在距导波的激励点的不同距离处，则来自该元件的散射波将具有与前一个槽的散射波不同的相位。如果槽被间隔开四分之一的引导波长，则每个槽将散射距前一槽具有四分之一相位延迟的波。

使用该阵列，能够增加可以产生的相长干涉和相消干涉的模式的数量，使得理论上可以使用全息术原理在与天线阵列的视轴成±90度(90°)的任何方向上指向波束。因此，通过控制接通或断开哪些超材料单格(即通过改变接通哪些单格以及断开哪些单格的模式)，可以产生不同的相长干涉和相消干涉模式，并且天线可以改变主波束的方向。接通和断开单格所需的时间决定了波束从一个位置变换到另一个位置的速度。

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且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接收波束并且解码来自卫星的信号，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，其与采用数字信号处理以电形成和操控波束(例如相控阵天线)的天线系统相反。在一个实施例中，天线系统被认为是平面的且相对低轮廓的“表面”天线，尤其当与传统的卫星天线接收器相比时。

图11示出包括接地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。可以通过改变上行液晶的电压来调谐/调节每个可调谐槽。

控制模块1280被联接到可重构谐振器层1230以通过改变上行图11中的液晶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包括逻辑电路(例如多路复用器)以驱动可调谐槽1210的阵列。在一个实施例中，控制模块1280接收包括待被驱动到可调谐槽1210的阵列上的全息衍射图的规范的数据。可以响应于天线和卫星之间的空间关系产生全息衍射图，使得全息衍射图在适当的通信方向上控制下行链路波束(并且如果天线系统执行发送操作则控制上行链路波束)。虽然未在每个图中绘出，但是类似于控制模块1280的控制模块可以驱动本公开附图中描述的每个可调谐槽阵列。

射频(“RF”)全息术也可以使用类似技术，其中当RF参考波束遇到RF全息衍射图案时可以产生期望的RF波束。在卫星通信的情况下，参考波束是馈送波，例如馈送波1205(在一些实施例中约为20GHz)的形式。为了将馈送波变换成辐射波束(为了发送或接收目的)，在期望的RF波束(目标波束)和馈送波(参考波束)之间计算干涉图案。干涉图被驱动到可调谐槽1210的阵列上作为衍射图案，使得馈送波被“操控”成期望的RF波束(具有期望的波形和方向)。换言之，遇到全息衍射图案的馈送波“重建”根据通信系统的设计要求形成的目标波束。全息衍射图案包括每个元件的激励并且由计算，其中w_in为波导中的波动方程而w_out是出射波上的波动方程。

图12示出可调谐谐振器/槽1210的一个实施例。可调谐槽1210包括光阑(iris)/槽1212、辐射贴片1211和设置在光阑1212和贴片1211之间的液晶1213。在一个实施例中，辐射贴片1211与光阑1212共置。

图13示出物理天线孔径的一个实施例的横截面图。天线孔径包括接地面1245和在光阑层1233内的金属层1236，光阑层1233包括在可重构谐振器层1230中。在一个实施例中，图13的天线孔径包括图12的多个可调谐谐振器/槽1210。光阑/槽1212由金属层1236中的开口限定。馈送波，例如图11的馈送波1205可具有与卫星通信信道兼容的微波频率。馈送波在接地面1245和谐振器层1230之间传播。

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和光阑层1233下方。需要注意的是，在一个实施例中，间隔部可以代替垫片层1232。在一个实施例中，光阑层1233是包括铜层作为金属层1236的印刷电路板(“PCB”)。在一个实施例中，光阑层1233是玻璃。光阑层1233可以是其他类型的衬底。

可以在铜层中蚀刻开口以形成槽1212。在一个实施例中，光阑层1233通过导电粘合层导电地联接到图13中的另一结构(例如波导)。需要注意的是，在实施例中，光阑层不通过导电粘合层导电偶联，而是与非导电粘合层接合。

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包括间隔部1239，其提供机械支柱以限定金属层1236和贴片1211之间尺寸。在一个实施例中，间隔部为75微米，但也可以使用其他尺寸(例如3-200mm)。如上文所述，在一个实施例中，图13的天线孔径包括多个可调谐谐振器/槽，例如包括图12的贴片1211、液晶1213和光阑1212的可调谐谐振器/槽1210。液晶1213的室由间隔部1239、光阑层1233和金属层1236限定。当室填充有液晶时，贴片层1231可被层压到间隔部1239上以密封谐振器层1230内的液晶。

可以调制贴片层1231和光阑层1233之间的电压以调谐贴片和槽(例如可调谐谐振器/槽1210)之间的空隙中的液晶。调节液晶1213的电压改变槽(例如可调谐谐振器/槽1210)的电容。因此，可以通过改变电容来改变槽(可调谐谐振器/槽1210)的电抗。槽1210的谐振频率也根据方程变化，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送波1205辐射的能。作为示例，如果馈送波1205是20GHz，则可以(通过改变电容)将槽1210的谐振频率调节到17GHz，使得槽1210基本上不联接来自馈送波1205的能。或者，可以将槽1210的谐振频率调节到20GHz，使得槽1210联接来自馈送波1205的能并将该能量辐射到自由空间中。尽管给出的示例是电抗的二元的(完全辐射或根本不辐射)全灰度控制，但是在多值范围的电压变化可能产生槽1210的谐振频率。因此，可以精细地控制从每个槽1210辐射的能，使得可以通过可调谐槽的阵列形成详细的全息衍射图案。

在一个实施例中，一行中的可调谐槽彼此隔开λ/5。可以使用其他间距。在一个实施例中，一行中的每个可调谐槽与相邻行中最近的可调谐槽隔开λ/2，因此，不同行中的共同定向的可调谐槽隔开λ/4，但是其他间距(例如λ/5、λ/6.3)也是可行的。在另一个实施例中，一行中的每个可调谐槽与相邻行中最近的可调谐槽隔开λ/3。

实施例使用了可重构超材料技术，例如于2014年11月21日提交的题为为“可操控圆柱馈送全息天线的动态极化和联接控制(Dynamic Polarization and CouplingControl from a Steerable Cylindrically Fed Holographic Antenna)”的申请号为14/550,178的美国专利申请以及于2015年1月30日提交的题为为“用于可重构天线的脊状波导馈电结构(Ridged Waveguide Feed Structures for Reconfigurable Antenna)”的申请号14/610,502为的美国专利申请所描述的可重构超材料技术。

图14A-图14D示出用于生成开槽阵列的不同层的一个实施例。天线阵列包括定位于环，例如图10所示的示例环中的天线元件。需要注意的是，在该示例中天线阵列具有用于两种不同类型的频段的两种不同类型的天线元件。

图14A示出位置对应于槽的第一光阑板层的一部分。参照图14A，圆圈是光阑衬底的底侧部中的金属化部分中的敞口区域/槽，并且用于控制元件与馈送部(馈送波)的联接。需要注意的是，该层是可选层且并未在所有设计中使用。图14B示出包括槽的第二光阑板层的一部分。图14C示出第二光阑板层的一部分上的贴片。图14D示出开槽阵列的一部分的俯视图。

图15示出圆柱馈送天线结构的一个实施例的侧视图。天线使用双层馈送结构(即馈送结构中的两个层)产生向内行进波。在一个实施例中，天线包括圆形的外形，但不是必需的。也就是说，可以使用非圆形内行进结构。在一个实施例中，图15中的天线结构包括图9的同轴馈送部。

参照图15，同轴引脚1601用于激励天线的低层上的场(field)。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(例如用螺栓连接)联接到作为导电接地面1602的天线结构的底部。

作为内部导体的间隙导体1603与导电接地面1602分开。在一个实施例中，导电接地面1602和间隙导体1603彼此平行。在一个实施例中，接地面1602和间隙导体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是在操作频率下行进波的波长。

接地面1602通过间隔部1604与间隙导体1603分开。在一个实施例中，间隔部1604是泡沫或类似空气的间隔物。在一个实施例中，间隔部1604包括塑料间隔部。

介电层1605位于间隙导体1603的顶部。在一个实施例中，介电层1605是塑料。介电层1605的目的是使行进波相对于自由空间速度变慢。在一个实施例中，介电层1605使行进波相对于自由空间变慢30％。在一个实施例中，适合于波束形成的折射率范围是1.2-1.8，其中自由空间被定义具有等于1的折射率。可以使用其他介电间隔部材料，例如塑料实现这种效果。需要注意的是，只要能实现期望的波变慢效果，可以使用除塑料之外的材料。可选地，具有分布结构的材料可以用作介电部1605，例如可以加工或光刻界定的周期性亚波长金属结构。

RF阵列1606位于介电部1605的顶部。在一个实施例中，间隙导体1603和RF阵列606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_eff/2，其中λ_eff是设计频率下介质中的有效波长。

天线包括侧部1607和1608。侧部1607和1608成角度以使来自同轴引脚1601馈送的行进波通过反射从间隙导体1603下方的区域(间隔层)传播到间隙导体1603上方的区域(介电层)。在一个实施例中，侧部1607和1608的角度为45°角。在可选实施例中，侧部1607和1608可以用连续半径代替以实现反射。虽然图15示出具有45度角的倾斜的侧部，但是可以使用实现从低层馈送到高层馈电的信号传输的其他角度。也就是说，假设下馈送部中的有效波长大致上不同于上馈送部中的有效波长，则可以使用与理想的45°角有一些偏差的角度帮助从低馈送层传输到高馈送层。例如，在另一个实施例中，使用了单个阶梯部替代45°角。天线一端的阶梯部围绕介电层、间隙导体和间隔层。两个相同的阶梯部位于这些层的另一端。

在操作中，当馈送波从同轴引脚1601被馈送时，波从同轴引脚1601同心地向外行进于接地面1602和间隙导体1603之间的区域中。同心出射波被侧部1607和1608反射并向内行进在间隙导体1603和RF阵列1606之间的区域中。从自圆形外围的反射使该波保持同相(即它是同相反射)。行进波被介电层1605变慢。此时，行进波开始与RF阵列1606中的元件相互作用和激励以获得期望的散射。

为了终止行进波，天线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吸波器，其终止未使用的能以防止未使用的能反射回来穿过天线的馈电结构。这些元件可以在RF阵列1606的顶部使用。

图16示出具有出射波的天线系统的另一个实施例。如图16所示，两个接地面1610和1611基本上彼此平行，在接地面之间设有介电层1612(例如塑料层等)。RF吸波器1619(例如电阻器)将两个接地面1610和1611联接在一起。同轴引脚1615(例如50Ω)向天线馈送。RF阵列1616处于介电层1612和接地面1611的顶部。

在操作中，馈送波通过同轴引脚1615馈送并且同心地向外行进且与RF阵列1616的元件相互作用。

图15和图16的两个天线中的圆柱馈送部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75度(75°)的服务角度，来代替正负四十五度方位角(±45°Az)和正负二十五度仰角(±25°E1)的服务角度。与由许多单独的辐射器组成的天线一样，整体天线增益取决于构成元件的增益，其本身是与角度相关。当使用共同的辐射元件时，整体天线增益通常随着波束进一步远离视轴而减小。在距视轴75度处，预计增益显著降低约6dB。

具有圆柱馈送部的天线的实施例解决了一个或多个问题。与使用协同分配器网络馈送的天线相比，这些大大简化了馈送结构，从而降低总的所需天线和天线馈送容积；通过更简略的控制(一直扩展到简单二进制控制)保持高波束性能，降低了对制造的敏感度和控制误差；与直线馈送相比，由于圆柱定向的馈送波导致了远场中空间上不同的侧瓣，因此提供了更有利的侧瓣图案；并且允许极化是动态的，包括允许左旋圆、右旋圆和线性极化而不需要极化器。

波散射元件阵列

图15的RF阵列1606和图16的RF阵列1616包括波散射子系统，该子系统包括用作辐射器的一组贴片天线(即散射器)。该组贴片天线包括散射超材料元件阵列。

在一个实施例中，天线系统中的每个散射元件是单格一部分，该单格包括下导体、介电衬底和嵌入互补电感应电容谐振器(“互补电LC”或“CELC”)的上导体，该补偿电感电容谐振器蚀刻或沉积在上导体上。

在一个实施例中，液晶(LC)被注入到散射元件周围的空隙中。液晶被封装在每个单格中，并使与槽关联的下导体和与其贴片关联的上导体分开。液晶具有介电常数，其是构成液晶的分子的取向函数，并且分子的取向(并因此控制介电常数)可以通过调节液晶的偏压来控制。使用该特性，液晶用作将能从导波传输到CELC的接通/断开开关。当接通时，CELC像电小偶极天线一样发射电磁波。

控制LC的厚度增加波束切换速度。下导体和上导体之间的空隙(液晶厚度)减少百分之五十(50％)导致速度增加四倍。在另一个实施例中，液晶的厚度导致约为十四毫秒(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以改善响应性，从而可以满足7毫秒(7ms)的要求。

CELC元件响应于平行CELC元件的平面并垂直于CELC空隙补充足物施加的磁场。当电压被施加到超材料散射单格中的液晶时，导波的磁场分量引起CELC的磁激励，CELC反过来产生与导波相同频率的电磁波。

由单个CELC产生的电磁波的相位可以通过在导波向量上CELC的位置来选择。每个单元产生相位与平行于CELC的导波相同的波。因为CELC小于波长，所以当出射波在其通过CELC下方时，具有与导波的相位相同的相位。

在一个实施例中，该天线系统的圆柱馈送几何结构允许CELC元件与波馈送中的波的向量成45度(45°)的角度处。元件的这个位置能够控制自元件产生或从其接收的自由空间波的极化。在一个实施例中，CELC以小于天线的操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发射天线中的元件有有约2.5mm(即30GHz的10mm自由空间波长的1/4)。

在一个实施例中，CELC用贴片天线来实现，该贴片天线包括共同位于槽之上的贴片，槽和贴片之间具有液晶。在这方面，超材料天线就像开槽(散射)波导。对于开槽波导，出射波的相位取决于槽相对于导波的位置。

格放置

在一个实施例中，天线元件以考虑到系统矩阵驱动电路的方式放置在圆柱馈送天线孔径上。格的放置包括矩阵驱动的晶体管的放置。图17示出矩阵驱动电路相对于天线元件放置的一个实施例。如图17所示，行控制器1701经由行选择信号Row1和Row2分别联接到晶体管1711和1712，并且列控制器1702经由列选择信号Column1联接到晶体管1711和1712。晶体管1711还通过与贴片的连接1731联接到天线元件1721，而晶体管1712通过与贴片的连接1732联接到天线元件1722。

在圆柱馈送天线上实现矩阵驱动电路的初始方法中，其中格放置在非规则格网中，执行两个步骤。在第一步中，格放置在同心环上，并且每个格连接到放置在格旁的晶体管，并且用作分别驱动每个格的开关。在第二步中，构建矩阵驱动电路，以便在矩阵驱动方法需要时将每个晶体管与唯一地址连接起来。由于矩阵驱动电路由行和列迹线(类似于LCD)构建，但是格放置在环上，因此没有系统的方法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，并且导致物理迹线数量显着增加以完成布线。由于格的高密度，这些迹线会因为联接效应干扰天线的RF性能。而且，由于迹线的复杂性和高封装密度，迹线的布线不能通过商业上可用的布局工具来实现。

在一个实施例中，在放置格和晶体管之前预先定义了矩阵驱动电路。这确保了驱动所有格所需的最少数量的迹线，其中每个格具有唯一的地址。该策略降低了驱动电路的复杂性并简化了布线，从而提高天线的RF性能。

更具体地，在一种方法中，在第一步中，格放置在由描述每个单元的唯一地址的行和列组成的规则的矩形格网上。在第二步中，格被分组并转换成同心圆，同时保持它们的地址以及与第一步中定义的行和列的连接。这种转换的目的不仅是将格放在环上，而且还要保持格之间的距离和环之间的距离在整个孔径上保持恒定。为了实现这一目标，有几种方法对格进行分组。

在一个实施例中，使用了TFT封装以在矩阵驱动器中实现放置和唯一寻址。图18示出TFT封装的一个实施例。参照图18，其示出具有输入和输出端口的TFT和保持电容器1803。存在连接到迹线1801的两个输入口且连接到迹线1802的两个输出口，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联接。在一个实施例中，行和列迹线在不同的层上。

示例性系统实施例

在一个实施例中，组合天线孔径用于与机顶盒一起操作的电视系统中。例如，在双接收天线的情况下，由天线接收的卫星信号被提供给电视系统的机顶盒(例如DirecTV接收器)。更具体地，组合天线操作能够同时接收两个不同频率和/或极化的RF信号。也就是说，控制元件的一个子阵列以接收一个频率和/或极化的RF信号，而控制另一个子阵列以接收另一个不同频率和/或极化的信号。这些频率或极化上的差异表示电视系统正在接收的不同频道。类似地，可以针对两个不同的波束位置控制两个天线阵列，以从两个不同的位置(例如两个不同的卫星)接收频道，从而同时接收多个频道。

图19是在电视系统中同时执行双重接收的通信系统的一个实施例的框图。参照图19，天线1401包括两个空间交错的天线孔径，天线孔径可独立操作以同时执行不同频率和/或极化的双接收，如上文所述。需要注意的是，虽然仅提到了两个空间交错的天线操作，但是TV系统可以具有多于两个的天线孔径(例如3个、4个、5个等天线孔径)。

在一个实施例中，包括其两个交错的开槽阵列的天线1401联接到双工器1430。联接可以包括一个或多个馈送网络，其从两个开槽阵列的元件接收信号以产生两个馈送到双工器1430的信号。在一个实施例中，双工器1430是市售的双工器(例如来自A1Microwave的PB1081WA型Ku-band情景双工器)。

双工器1430联接一对低噪声降频变频器(LNB)1426和1427以本领域公知的方式执行噪声过滤功能、降频变换功能和放大功能。在一个实施例中，LNB 1426和1427位于室外单元(ODU)中。在另一实施例中，LNB 1426和1427被集成到天线设备中。LNB 1426和1427联接到机顶盒1402，机顶盒1402联接到电视1403。

机顶盒1402包括一对模数转换器(ADC)1421和1422，其联接到LNB 1426和1427以将来自双工器1430的两个信号输出转换成数字格式。

一旦转换成数字格式，信号则由解调器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，解码的数据被发送到控制器1425，控制器1425将数据发送到电视1403。

控制器1450控制天线1401，包括单个组合物理孔径上的两个天线孔径的交错带槽阵列元件。

全双工通信系统示例

在另一实施例中，组合天线孔径用于全双工通信系统中。图20是具有同时发送和接收路径的通信系统的另一实施例的框图。虽然仅示出一个发送路径和一个接收路径，但是通信系统可以包括多于一个的发送路径和/或多于一个的接收路径。

参照图20，天线1401包括两个空间交错的天线阵列，其可独立地操作以在不同的频率下同时发送和接收，如上文所述。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送网络。在一个实施例中，在径向馈送天线的情况下，双工器1445将两个信号组合，并且天线1401和双工器1445之间的连接是可以携带两个频率的单个宽带馈送网络。

双工器1445联接到低噪声降频变频器(LNB)1427，以本领域公知的方式执行噪声过滤功能、降频变换和放大功能。在一个实施例中，LNB 1427在室外单元(ODU)中。在另一实施例中，LNB 1427被集成到天线装置中。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)。

调制解调器1460包括与LNB 1427偶联的模数转换器(ADC)1422，以将从双工器1445输出的接收信号转换为数字格式。一旦转换成数字格式，信号则由解调器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，解码的数据被发送到控制器1425，控制器1425将数据发送到计算系统1440。

调制解调器1460还包括编码器1430，其对要从计算系统1440发送的数据进行编码。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。

以本领域公知的方式操作的双工器1445向天线1401提供发射信号用于发射。

控制器1450控制天线1401，其包括单个组合物理孔径上的两个天线元件阵列。

需要注意的是，图20中所示的全双工通信系统具有许多应用，包括但不限于互联网通信、车辆通信(包括软件更新)等。

以上详细描述的一些部分是根据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最有效地将他们工作的实质传达给本领域其他技术人员的手段。这里的算法通常被认为是取得期望结果的自相一致的步骤序列。这些步骤是需要物理量的物理操作的步骤。通常，尽管不是必须的，这些量采用能够被存储、传输、组合、比较和以其他方式操作的电信号或磁信号的形式。有时主要出于通用的原因，已经证明将这些信号称为比特、值、元素、符号、字符、术语、数字等是方便的。

然而应该记住，所有这些和类似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标记。除非从以下讨论中明确说明，否则应当理解，在整个说明书中，使用诸如“处理”或“计算”或“确定”或“显示”等术语的讨论指的是计算机系统或类似的电子计算设备的动作和处理，该计算机系统或类似的电子计算设备操控在计算机系统的寄存器和存储器中以物理(电子)量表示的数据并将其转换成与在计算机系统存储器或寄存器或其他诸如信息存储、传输或显示装置中以物理量表示的其他数据类似的数据。

本发明还涉及用于执行本文操作的装置。该装置可以为所需目的而专门建造，或者其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。这样的计算机程序可以存储在计算机可读存储介质中，例如但不限于任何类型的磁盘，包括软盘、光盘、CD-ROM和磁光盘，只读存储器(ROM)，随机存取存储器(RAM)，EPROM，EEPROM，磁卡或光卡，或适用于存储电子指令的任何类型的介质，并且每个介质都与计算机系统的总线连接。

本文给出的算法和显示并非固有地与任意特定计算机或其他装置相关。各种通用系统可以根据本文的教导与程序一起使用，或者可以证明构造更专用的装置以执行所需的方法步骤是方便的。各种这些系统所需的结构将从下面的描述中看出。另外，没有参考任何特定的编程语言描述本发明。应当理解，可以使用各种编程语言来实现如本文所述的本发明的教导。

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；闪存设备等等。

尽管在阅读了前面的描述之后，本发明的许多变形和修改对于本领域普通技术人员来说无疑将变得显而易见，但是应该理解，通过举例的方式示出和描述的任何特定实施例绝无意被视为限制。因此，对各种实施例的细节的参考并不旨在限制权利要求的范围，权利要求本身仅叙述被认为是对本发明必不可少的那些特征。

Claims (28)

1.一种天线，包括：

径向波导；

孔径，其可操作以响应于由所述径向波导馈送的射频馈送波以辐射射频(RF)信号；以及

射频(RF)扼流圈，其可操作以阻挡RF能量从所述波导的外部部分和所述孔径之间的间隙流失。

2.根据权利要求1所述的天线，其中所述波导和所述孔径之间没有导电连接。

3.根据权利要求1所述的天线，进一步包括位于邻近所述间隙的滑动面。

4.根据权利要求1所述的天线，其中所述波导包括金属并且所述孔径包括玻璃或液晶显示器(LCD)衬底，并且所述波导和所述孔径的热膨胀系数不同。

5.根据权利要求1所述的天线，其中，所述RF扼流圈包括在所述间隙中的波导的外部部分中的一个或多个槽，所述一个或多个槽中的每一个用于阻挡频段的RF能量。

6.根据权利要求5所述的天线，其中所述一个或多个槽是所述波导的外部部分中的一对环的部分。

7.根据权利要求1所述的天线，其中所述RF扼流圈包括电磁带隙(EBG)结构。

8.根据权利要求7所述的天线，其中所述EBG结构包括具有一个或多个通孔的衬底。

9.根据权利要求8所述的天线，其中所述衬底包括具有一个或多个导电焊盘的印刷电路板(PCB)，并且所述一个或多个通孔镀有导电材料。

10.根据权利要求9所述的天线，其中所述PCB通过导电粘合剂附接到所述波导。

11.根据权利要求1所述的天线，其中，所述孔径具有天线元件的开槽阵列，其中，所述开槽阵列包括：

多个槽；

多个贴片，其中所述贴片中的每一个共同位于所述多个槽中的一个槽上方并所述多个槽中的一个槽之分离，从而形成贴片/槽对，基于施加到所述对中的贴片上的电压接通或断开每个贴片/槽对。

12.根据权利要求11所述的天线，其中所述天线元件被控制并一同操作以形成针对频段的波束以用于全息波束操控频段。

13.一种天线，包括：

径向波导；

孔径，其可操作成具有多个天线元件以响应于由所述径向波导馈送的RF馈送波以辐射射频(RF)信号；以及

天线馈送部，其联接到所述波导以将所述馈送波馈送到所述波导中；

层，其在所述波导和所述孔径之间以从所述层的外边缘馈送所述多个天线元件，所述馈送波围绕所述层行进；以及

射频(RF)扼流圈，其用于阻挡RF能量从所述波导的外部部分和所述孔径之间的间隙流失。

14.根据权利要求13所述的天线，其中所述层包括接地层和介电层中的至少一个。

15.根据权利要求13所述的天线，其中所述波导和所述孔径之间没有导电连接。

16.根据权利要求13所述的天线，进一步包括位于邻近所述间隙的滑动面。

17.根据权利要求13所述的天线，其中所述波导包括金属并且所述孔径包括玻璃或液晶显示器(LCD)衬底，并且所述波导和所述孔的热膨胀系数不同。

18.根据权利要求13所述的天线，其中所述RF扼流圈包括在所述间隙中的波导外部部分中的一个或多个槽，所述一个或多个槽中的每一个用于阻挡频段的RF能量。

19.根据权利要求18所述的天线，其中所述一个或多个槽是所述波导外部部分中的一对环的部分。

20.根据权利要求13所述的天线，其中所述RF扼流圈包括电磁带隙(EBG)结构。

21.根据权利要求20所述的天线，其中所述EBG结构包括具有一个或多个通孔的衬底。

22.根据权利要求21所述的天线，其中所述衬底包括具有一个或多个导电焊盘的印刷电路板(PCB)，并且所述一个或多个通孔镀有导电材料。

23.根据权利要求22所述的天线，其中所述PCB通过导电粘合剂附接到所述波导。

24.根据权利要求13所述的天线，其中，所述孔径具有天线元件的开槽阵列，其中，所述开槽阵列包括：

多个槽；

多个贴片，其中所述贴片中的每一个共同位于所述多个槽中的一个槽上方并与所述多个槽中的一个槽分离，从而形成贴片/槽对，每个贴片/槽对基于施加到所述对中的贴片上的电压接通或断开每个贴片/槽对。

25.根据权利要求24所述的天线，其中液晶处于所述多个槽中的每个槽和所述多个贴片中与每个槽相关联的贴片之间。

26.根据权利要求25所述的天线，进一步包括控制器，其应用控制接通或断开哪个贴片/槽对的控制模式，由此产生波束。

27.根据权利要求13所述的天线，其中所述天线元件被控制并一同操作以形成用于全息波束操控的频段的波束。

28.一种天线，包括：

径向波导；

孔径，其可操作以响应于由所述径向波导馈送的射频RF馈送波以辐射射频(RF)信号，其中所述孔径具有天线元件的开槽阵列，其中所述开槽阵列包括：

多个槽；

多个贴片，其中所述贴片中的每一个共同位于所述多个槽中的一个槽上方并与所述多个槽中的一个槽分离，从而形成贴片/槽对，基于施加到所述对中的贴片上的电压接通或断开每个贴片/槽对；

射频扼流圈，其可操作以阻挡RF能量从所述波导的外部部分和所述孔径之间的间隙流失；并且

其中，所述波导和所述孔径之间没有导电连接。