CN109075443B - 制造软件控制的天线的方法 - Google Patents

Abstract

通过以下步骤来制造天线：使第一电介质条带穿过金属化台，并且在第一电介质条带的顶表面上形成多个辐射贴片并在第一电介质条带的底表面上形成多条延迟线；使第二电介质条带穿过金属化台，并且在第二电介质条带的顶表面上形成公共接地并在第二电介质条带的底表面上形成多条馈电线；使第一电介质条带和第二电介质条带穿过对准材料沉积台，并且沉积对准层；沉积间隔件；在第二电介质条带的顶表面上方或第一电介质条带的底表面上方沉积液晶材料；将第一电介质条带和第二电介质条带粘附在一起以形成多层条带；将多层条带切割成单独的天线。

Description

制造软件控制的天线的方法

相关申请

本申请涉及以下申请并且要求享有以下申请的优先权的权益：2017年8月2日提交的美国临时申请第15/667,584号、2016年9月1日提交的美国临时申请第62/382,489号、2016年9月1日提交的美国临时申请第62/382,506号、2016年12月7日提交的美国临时申请第62/431,393号、2017年1月31日提交的美国专利申请第15/421,388号以及2017年7月19日提交的美国专利申请第15/654,643号，所有这些申请的公开内容通过引用整体并入本文。

技术领域

本公开涉及制造天线的方法，该天线具有形成方向受控的辐射束的辐射元件的阵列。辐射元件的辐射参数可以通过软件来控制。

背景技术

当今通信中的大部分是无线地进行的，或者至少部分路径是无线的。所有无线通信都要求发送侧和接收侧两者上的天线。通常，可以利用全向天线来进行传输中的大部分。在这种天线中，传输功率与距离的立方成反比地下降。因此，为了到达许多用户处，与定向天线相比，传输功率通常相对高。另外，当若干全向天线同时操作时(例如，网吧中的多个设备)，各种传输可能彼此干扰，或者至少降低该环境中的发送和接收质量。信噪比加干扰是任何现代无线网络中的关键措施。

另一个趋势是移动设备由金属(例如，铝)块制成，使得设备主体的大部分可以阻挡RF辐射。因此，天线的放置非常受限。此外，由于移动设备通常使用若干无线通信协议，因此移动设备可能要求若干天线，每个天线设计用于特定协议(例如，WiFi、蓝牙、NFC等)的频率。因为移动设备上的基板面处于高费用，因此在设备内设计和放置这样的天线非常困难。

在先前的公开中，本发明人已经公开了利用可变介电常数来控制天线特性的天线。关于该天线的细节可以在美国专利第7,466,269号中找到，该专利的全部公开内容通过引用并入本文。本公开在'269专利中公开的基本元件上建立，并且提供了用于制造具有进一步的改进和特征的软件控制的天线的方法。

发明内容

包括以下发明内容以便提供对本发明的一些方面和特征的基本理解。该发明内容不是对本发明的广泛综述，并且因此，其并不旨在特别地识别本发明的关键或重要元素或描绘本发明的范围。发明内容的唯一目的是以简化的形式呈现本发明的一些概念，作为下面呈现的更详细描述的前序。

公开了一种软件控制的天线和用于制造软件控制的天线的方法。根据一些实施例，在包括可变介电常数材料的、层的夹层上方印刷或沉积天线阵列。经由软件来控制天线上方的各个点处的可变介电常数材料的值，从而使用软件来改变天线的操作特性。所公开的方法提供了用于制造天线的各种元件和形成天线的层的夹层的方法。这是将可变电介质真实时间延迟相移机制实际上实现为全天线系统的一个实施例，诸如波导馈入可变电介质部分之类的其他选项也是可行的并且可以以类似的方式实现。

层的夹层可以是标准平板显示器或多层电介质基板，其中平板显示器上描绘的图像是利用设计用于改变介电常数的程序进行软件控制的，从而为阵列提供扫描和调谐能力。也就是说，根据阵列的不同贴片或馈电线下的不同像素的电介质属性的特定期望变化来编程不同的图像，从而控制阵列的频率和/或方向性，以及天线的辐射束的方向(即，实现天线的电转向)。

当天线对于用户不可见时(例如，当天线在WiFi热点内时)，阵列可以使用诸如铜、铝等之类的金属导体制成。相反，当天线可见并且平板显示器的可见性重要性时(例如，在移动设备中)，阵列可以使用诸如ITO、AZO等之类的透明导体制成。当然，透明导体也可以用于不可见天线，并且金属导体可以与可见天线一起使用。

所公开的实施例解决的方面是RF向辐射元件的馈电。由于辐射贴片和延迟线是设置在可变介电常数材料上方的，该可变介电常数材料可以在操作期间改变其介电常数的值，因此需要以从介电常数的变化被“屏蔽”的方式来完成将RF信号耦合到贴片和延迟线。

根据所公开的方面，提供了一种用于制造多层天线的方法，该方法包括以下非排序步骤：通过在第一绝缘板的顶表面上形成辐射元件并且在绝缘板的底表面上形成多条对应的延迟线来制造顶基板；通过在第二绝缘板的顶表面上形成公共接地电极并且在第二绝缘板的底表面上形成多条导电馈电线来制造底基板，公共接地电极具有多个开孔；在底基板的顶表面上、在顶基板的底表面上、或者在底基板的顶表面上以及在顶基板的底表面上形成对准层；在对准层的顶上设置绝缘间隔件；将密封层附接在底基板的顶表面或顶基板的底表面的周边上方；使液晶在绝缘间隔件之间流动；以及将底基板附接到顶基板。

根据所公开的实施例，使贴片位于在可变介电常数正上方的薄绝缘层正上方使得能够使用可变电介质来改变天线的中心频率。

根据其他方面，提供了一种制造天线的方法，该方法包括以下非排序步骤：设置第一电介质条带的第一滚轴(roller)；设置第二电介质条带的第二滚轴；使第一电介质条带穿过金属化台，并且在第一电介质条带的顶表面上形成多个辐射贴片并在第一电介质条带的底表面上形成多条延迟线；使第二电介质条带穿过金属化台，并且在第二电介质条带的顶表面上形成公共接地并在第二电介质条带的底表面上形成多条馈电线；使第一电介质条带和第二电介质条带穿过对准材料沉积台，并且在第二电介质条带的顶表面上、在第一电介质条带的底表面上、或者在第二电介质条带的顶表面上以及在第一电介质条带的底表面上沉积对准层；在第二电介质条带的顶表面上或者在第一电介质条带的底表面上沉积间隔件；在第二电介质条带的顶表面上或者在第一电介质条带的底表面上沉积液晶材料；将第一电介质条带和第二电介质条带粘附在一起以形成多层条带；以及将多层条带切割成单独的天线。

根据另外的方面，提供了一种用于制造天线的方法，该方法包括以下非排序步骤：获得第一电介质板，并且在第一电介质板上形成多个RF辐射元件和多条馈电线，每条馈电线被配置为将RF辐射传送到辐射元件中的一个辐射元件；获得第二电介质板，并且在第二电介质板上形成公共接地层并在公共接地层中形成多个开孔，每个开孔被配置为与延迟线中的一条延迟线对准；在第二电介质板上形成多条RF馈电线，以便形成协同馈电；在第一电介质板、第二电介质板上或者在第一电介质板和第二电介质板两者上设置对准材料；将第一电介质板和第二电介质板彼此附接，同时设置间隔件，以便限定第一电介质板与第二电介质板之间的空隙；以及将液晶材料注入第一电介质板与第二电介质板之间的空隙中。

附图说明

包含在本说明书中并构成本说明书一部分的附图举例说明了本发明的实施例，并且与说明书一起用于解释和说明本发明的原理。附图旨在以图解方式说明示例性实施例的主要特征。附图不旨在描绘实际实施例的每个特征，也不旨在描绘所描绘的元件的相对尺寸，并且附图未按比例绘制。

图1示出了根据一个实施例的软件控制的天线的横截面。

图2示出了根据一个实施例的软件控制的天线的顶部正视图。

图3示出了根据另一实施例的软件控制的天线的顶部正视图。

图4示出了根据另一实施例的软件控制的天线的顶部正视图。

图5示出了根据又一实施例的软件控制的天线的横截面。

图6示出了根据又一实施例的软件控制的天线的一个辐射元件的横截面。

图7示出了图6的实施例的顶部“透明”视图。

图8示出了根据一个实施例的全向可转向天线。

图9示出了根据利用本文描述的软件定义的天线中的任一个的实施例的方法。

图10是示出如何可以将所公开的实施例中的任一个的天线并入标准IEEE802.11N接入点中的框图。

图11示出了根据一个实施例的用于制造天线的工艺的流程，同时图11A示出了修改后的工艺。

图12示出了根据另一实施例的用于制造天线的工艺的流程。

图13示出了根据又一实施例的用于制造天线的工艺的流程。

图14示出了根据本发明的实施例的用于制造天线的卷对卷(roll-to-roll)工艺。

具体实施方式

具体实施方式以对天线的描述开始，并且然后进行到对用于制造天线的方法的描述。现在将参考附图描述本发明的天线的实施例。不同的实施例或其组合可以用于不同的应用或实现不同的益处。取决于试图实现的结果，本文公开的不同特征可以部分地或最大程度地使用，单独地或与其他特征组合地使用，从而平衡优点与要求和约束。因此，将参考不同的实施例来突出特定益处，但不限于所公开的实施例。也就是说，本文公开的特征不限于对其进行描述的实施例，而是可以与其他特征“混合和匹配”并且并入其他实施例中。

关于天线本身，注意到以下方面。根据所公开的实施例，提供了天线，该天线包括：具有公共接地触点、多个可寻址像素触点以及顶电介质的LCD屏；设置在顶电介质上方的辐射元件的阵列；导电延迟线，每条导电延迟线连接到辐射元件中的一个辐射元件；以及设置在LCD屏下方并且耦合到延迟线的传输馈电。控制器耦合到公共触点和可寻址像素触点中的每个可寻址像素触点，控制器被预编程为激励像素控制触点中的选择性像素控制触点以改变辐射元件的空间方向性。

所公开的实施例还提供了多层天线，该多层天线包括：顶电介质，底电介质，夹在顶电介质与底电介质之间的可变介电常数材料，限定可变介电常数材料内的像素的多个导电电极，公共接地电极，设置在顶电介质上方的至少一个辐射贴片，每个辐射贴片具有耦合到辐射贴片的对应延迟线，设置在底电介质下方的馈电线，以及馈电线与延迟线之间的RF耦合。耦合可以是穿过在公共接地电极中形成的对应窗口的导线。

本发明的实施例提供了无线接入点，该无线接入点包括：收发器；天线阵列，其包括具有公共触点、多个像素控制触点以及顶电介质的LCD屏；设置在顶电介质顶部的辐射元件的阵列；以及多条延迟线，每条延迟线连接到辐射元件中的一个辐射元件；多条馈电线，其一端连接到收发器并且相对的一端连接到延迟线中的一条延迟线；以及控制器，其耦合到公共触点和像素控制触点中的每个像素控制触点，控制器被预编程为激活激励像素控制触点中的选择性像素控制触点，以改变多个辐射元件的空间方向性。

另一方面是用于操作天线的方法，该方法包括：扫描由天线辐射元件形成的辐射锥；使用在扫描期间接收的传输，识别每个始发传输的空间中的特定位置；从始发传输，识别未授权传输的位置；控制天线以向未授权传输的方向呈现零点(null)；以及通过控制天线使辐射锥朝向授权方向转向，与每个授权传输执行定向通信。扫描辐射锥可以通过施加电压以改变在天线的延迟线下呈现的介电常数来执行。可选地，对于每个授权传输，识别发送设备并且确定设备的网络和接入策略，并且将网络和接入策略应用于来自所识别的设备的通信，从而形成“RF防火墙”。

图1示出了根据一个实施例的软件控制的天线的横截面。在图1中，具有可变介电常数材料的多层天线通过具有可变介电常数(VDC)材料来构成，例如，液晶105夹在顶电介质115与底电介质110之间。液晶通过从电压电势源130向期望的触点120施加电压来控制，期望的触点120限定多层天线的像素。在这种意义上，触点120形成可寻址的触点，使得处理器能够对每个触点进行单独寻址。电压电势源的地电势耦合到底公共接地电极125。天线包括辐射元件的阵列，例如，经由延迟线140互连的贴片135。贴片135和延迟线140设置在顶电介质115上。

在一个示例中，电介质110和115中的任一个或两者由

(FR-4印刷电路板)或基于PTFE的材料制成，并且延迟线140、辐射贴片135和/或公共接地电极125可以是在Rogers上形成的导体。可以使用PTFE(聚四氟乙烯或

)、PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)或其他低损耗材料，而不是使用Rogers。

本发明人已经发现，如果可以从多层天线下方提供RF馈电，则可以实现改进的结果。实际上已经发现，如果RF馈电从公共接地底电极125下方耦合，则可以实现优异的结果。如发明人所指出的，在公共接地下方提供馈电线有助于将RF馈电与延迟线和施加到VDC层的DC或AC电压隔离。图1示出了从层下方以及公共接地电极125下方提供的馈电的实施例。如图1所示，RF Tx/Rx(收发器)150的接地侧耦合到公共接地电极125。然而，信号侧连接到馈电电极155，馈电电极155设置在电介质110的底部。耦合可以通过例如连接到同轴连接器160的同轴电缆162实现。在该实施例中，通孔在整个夹层结构中形成，包括公共接地电极125、顶电介质115和底电介质110以及VDC层105中的孔或窗口，使得馈电电极155能够连接到延迟线140。通过使用这种布置，源130的信号与Tx/Rx 150的RF信号绝缘或解耦，并且材料105的介电常数的变化不影响在馈电电极155中行进的信号，而是仅影响在延迟线140和辐射贴片135中行进的信号。

使用软件，可以通过向相关像素施加电压来改变贴片135正下方区域中的可变介电常数材料的值，从而控制贴片的频率匹配。类似地，可以控制施加到延迟线140下的像素的电压以改变阵列的空间方向性或信号的旋转极性。任一种动作只作用于行进通过相关部分(即，辐射贴片135或延迟线140)的信号，而不作用于在馈电电极155上行进的信号。这些不需要是像素，并且可以是如人们希望地限定的区域。

因此，根据该实施例，提供了多层天线，该多层包括：顶电介质，底电介质，夹在顶电介质与底电介质之间的可变介电常数材料，限定可变介电常数材料内的像素的多个导电电极，公共接地电极，设置在顶电介质上方的至少一个辐射贴片，每个辐射贴片具有耦合到该辐射贴片的对应延迟线，设置在底电介质下方的馈电线，以及馈电线与延迟线之间的RF耦合。耦合可以是穿过在公共接地电极125中形成的对应窗口的导线。

这在图2中可以更清楚地看出，图2是延迟线240设置在顶电介质215上的2×2辐射元件235的阵列的顶视图。图2的实施例的横截面类似于图1的实施例的横截面，除了在由圆圈265标记的位置中设置单个通孔，并且对设置在电介质210(在该视图中不可见)下方的馈电电极进行接触。在该实施例中，选择单个接触通孔位于阵列和馈电线的对称几何中心。在图2的特定示例中，通孔位置提供180°旋转对称性；然而，可以使用其他旋转对称性，例如，30°、90°等。

当通孔设置在几何中心处时，信号均匀地传播通过所有阵列元件。然后可以通过向各个像素施加电压以改变像素位置处液晶的取向来控制天线的操作特性。例如，当向位于所有贴片235正下方的像素施加相同的电压时，贴片235的谐振频率可以改变，从而改变天线的工作频率。另一方面，通过在延迟线下施加不同的电势，可以使所得到的辐射锥转向，从而使天线指向空间中的特定位置或扫描天线，而无需物理地移动天线。也就是说，延迟线下的介电常数的变化导致该延迟线中的信号传播的延迟，从而导致辐射信号的相移。

图3中呈现了另一特征，其中延迟线形成为曲折的导线，以便使得能够对延迟线进行更宽范围的控制，尤其是当贴片紧密堆积在一起时在紧凑的基板面中。图3的天线在某种程度上类似于图2的天线，除了每条延迟线340形成为曲折的线，使得其长度覆盖更多像素。因此，通过延迟线的长度，更多像素可用于控制介电常数。

在前面的实施例中，所有延迟线连接在一起并且从单个馈电点馈电。然而，这不是必需的。例如，在图4的实施例中，曲折延迟线中的每条曲折延迟线具有对应的馈电点465，其通过对应的耦合来耦合到馈电线。在这种布置中，来自辐射贴片的信号的累积在天线的夹层结构下方完成，例如，通过使所有馈电线互连。因此，在该实施例中，提供了多层天线，该多层天线包括：顶电介质，底电介质，夹在顶电介质与底电介质之间的可变介电常数材料，限定可变介电常数材料内的像素的多个导电电极，公共接地电极，设置在顶电介质上方的至少一个辐射元件，每个辐射元件具有：耦合到辐射贴片的对应延迟线，设置在底电介质下方的对应馈电线，以及馈电线与延迟线之间的对应RF耦合。

图5是根据又一实施例的天线的横截面。图5的实施例类似于图1的实施例，除了辐射贴片535和延迟线540设置在天线的多层结构的不同层级上。具体地，覆盖绝缘层517设置在顶电介质515上方。覆盖绝缘层517可以是玻璃、PET、Rogers、PTFE等。延迟线540设置在顶电介质515与覆盖绝缘层517之间。辐射贴片535设置在覆盖绝缘层517上方。孔设置在覆盖绝缘层517中，使得触点519可以将延迟线540电连接到其相应的辐射贴片535。

图6示出了根据多层天线的另一实施例的一个辐射元件的位置处的横截面。该结构可以根据需要针对多个辐射元件重复以形成阵列。从以下对图6的描述中通过进一步参考图7(图7是顶部“透明”视图)可以更好地理解该实施例的结构和操作。图6示出了辐射元件635的位置处天线的相关部分的横截面。图7提供了顶部“透明”视图，其适用于本文描述的所有实施例，包括图6的实施例。因此，在研究本文公开的实施例中的任何实施例时，读者还应参考图7以更好地理解。

覆盖绝缘层617通常以电介质(绝缘)板或电介质片的形式，并且可以由例如玻璃、PET、PTFE、Rogers等制成。辐射贴片635在覆盖绝缘层635上方通过例如粘附导电膜、溅射、印刷等形成。在每个贴片位置处，在覆盖绝缘层617中形成通孔并且填充诸如铜之类的导电材料以形成触点619，触点619物理地且电地连接到辐射贴片635。延迟线640在覆盖绝缘层617的底表面上(或顶电介质615的顶表面上，其用作上部粘结剂)形成，并且物理地且电地连接到触点619。也就是说，通过触点619，从延迟线640到辐射贴片635存在连续的DC电连接。如上面的实施例所示，延迟线640可以是曲折的导线并且可以呈现任何形状以便具有足够长度来产生期望的延迟，从而在RF信号中导致期望的相移。

延迟线640中的延迟由具有可变介电常数材料605的可变介电常数(VDC)板602控制。虽然用于构造VDC板602的任何方式可以适用于与天线的实施例一起使用，但是在特定实施例中作为简写，VDC板602示出为由上部粘结剂615(例如，玻璃PET等)、可变介电常数材料605(例如，扭曲向列液晶层)以及底部粘结剂610构成。在其他实施例中，可以省略粘结剂层615和610中的一个或两个。可替代地，可以使用诸如环氧树脂或玻璃珠隔离物之类的粘合物来代替粘结剂层615和/或610。

在一些实施例中，例如，当使用扭曲向列液晶层时，VDC板602还包括可以沉积和/或胶合到覆盖绝缘层617的底部上或者在上部粘结剂615上形成的对准层。对准层可以是诸如聚酰亚胺基PVA之类的薄的材料层，其利用UV摩擦或固化，以便使LC的分子在限制基板的边缘处对准。

可以通过跨VDC板602施加DC电势来控制VDC板602的有效介电常数。为此目的，形成电极并且使电极连接到可控电压电势。存在形成电极的各种布置，并且在图6的布置中示出了一个示例，其中两个电极620一个接一个地设置——其中两个电极限定像素。作为一个示例，电极620中的一个示出为连接到可变电压电势641，而另一个电极620连接到地。作为一种替代方案，以虚线示出，另一电极620还可以连接到可变电势649。因此，通过改变可变电势641和/或可变电势649的输出电压，可以改变电极620附近VDC材料的介电常数，从而改变在延迟线640上行进的RF信号。改变可变电势641和/或可变电势649的输出电压可以使用控制器Ctl来完成，该控制器运行使得控制器输出适当的控制信号以设定可变电势641和/或可变电势649的适当输出电压的软件。因此，可以使用软件来控制天线的性能和特性——因此是软件控制的天线。

此时应该澄清，在本说明书中，术语“地”的使用既指代通常可接受的地电势(即，地面电势)，也指代公共或参考电势(其可以是设定电势或浮动电势)。类似地，虽然在附图中使用了针对地的符号，但是该符号可互换地用作表示地面电势或公共电势的简写。因此，无论何时在本文中使用术语“地”，其中包括可以是设定电势或浮动电势的术语公共电势或参考电势。

与所有RF天线一样，接收和发送是对称的，使得对一个的描述同样适用于另一个。在本说明书中，可以更容易解释发送，但接收是相同的，只是在相反的方向上。

在发送模式下，经由连接器660(例如，同轴电缆连接器)将RF信号施加到馈电线655。如图6所示，在该实施例中，在馈电线655与延迟线640之间没有电DC连接。然而，在该公开的实施例中，层被设计为使得在馈电线655与延迟线640之间设置RF短路。如图6所示，公共接地电极625在背平面绝缘体(或电介质)612的顶表面或底部粘结剂610的底表面上形成。公共接地电极625通常是覆盖天线阵列的整个区域的一层导体。在每个RF馈电位置处，窗口(DC断口)623设置在公共接地电极625中。RF信号经由窗口623从馈电线655行进，并且电容性地耦合到延迟线640。在接收期间发生相反的情况。因此，在延迟线640与馈电线655之间形成DC开路和RF短路。

在一个示例中，背平面绝缘体612由

(FR-4印刷电路板)制成，并且馈电线655可以是在Rogers上形成的导线。可以使用PTFE(聚四氟乙烯或

)或其他低损耗材料，而不是使用Rogers。

为了进一步理解所公开实施例的RF短路(也称为虚拟扼流圈)设计，参考图7。应当注意，附图中的类似元素具有相同的附图标记，除了以不同的系列，例如，在图7中使用7xx系列。另外，图7示出了其中两条延迟线740连接到单个辐射贴片735使得每条延迟线可以例如以不同的极化携带不同信号的实施例。关于延迟线中的一条延迟线进行以下说明，因为另一条延迟线可以具有类似的构造。

在图7中，辐射贴片735通过触点719电DC连接到延迟线740。因此，在该实施例中，RF信号直接经由触点719从延迟线740传输到辐射贴片735。然而，馈电线755与延迟线740之间没有DC连接；而是RF信号电容性地耦合在馈电线755与延迟线740之间。这通过公共接地电极725中的开孔完成。如图6所示，VDC板602位于延迟线640下方，但是在图7中未示出，以便简化附图以更好地理解RF短路特征。公共接地电极725部分地由阴影线标记来表示，同样示出了窗口(DC断口)723。因此，在图7的示例中，RF路径是辐射贴片735到触点719到延迟线740，电容性地通过窗口723到馈电线755。

为了高效地耦合RF信号，窗口723的长度(表示为“L”)应设定为在馈电线755中行进的RF信号的波长的大约一半，即λ/2。窗口的宽度(表示为“W”)应设定为波长的大约十分之一，即λ/10。另外，为了高效地耦合RF信号，馈电线755延伸大约四分之一波λ/4，超出窗口723的边缘，如D指示的。类似地，延迟线740的末端(与触点719相对的端部)延伸四分之一波λ/4，超出窗口723的边缘，如E指示的。注意，示出了距离D比距离E长，因为在馈电线755中行进的RF信号具有比在延迟线740中行进的信号长的波长。

总结至此的公开内容，根据所公开的实施例，提供了天线，该天线包括：具有公共接地触点、多个可寻址像素触点以及顶电介质的LCD屏；设置在顶电介质上方的辐射元件的阵列；导电延迟线，每条导电延迟线连接到辐射元件中的一个辐射元件；以及设置在LCD屏下方并且耦合到延迟线的传输馈电。控制器耦合到公共触点和可寻址像素触点中的每个可寻址像素触点，控制器被预编程为激励像素控制触点中的选择性像素控制触点以改变辐射元件的空间方向性。

上面公开的实施例还提供了多层天线，该多层天线包括：顶电介质，底电介质，夹在顶电介质与底电介质之间的可变介电常数材料，限定可变介电常数材料内的像素的多个导电电极，公共接地电极，设置在顶电介质上方的至少一个辐射贴片，每个辐射贴片具有耦合到辐射贴片的对应延迟线，设置在底电介质下方的馈电线，以及馈电线与延迟线之间的RF耦合。耦合可以是穿过在公共接地电极中形成的对应窗口的导线。

本发明的实施例提供了无线接入点，该无线接入点包括：收发器；天线阵列，其包括具有公共触点、多个像素控制触点以及顶电介质的LCD屏；设置在顶电介质顶部的辐射元件的阵列；以及多条延迟线，每条延迟线连接到辐射元件中的一个辐射元件；多条馈电线，其一端连接到收发器并且相对的一端连接到延迟线中的一条延迟线；以及控制器，其耦合到公共触点和像素控制触点中的每个像素控制触点，控制器被预编程为激活激励像素控制触点中的选择性像素控制触点，以改变多个辐射元件的空间方向性。

另一方面是用于操作天线的方法，该方法包括：扫描由天线辐射元件形成的辐射锥；使用在扫描期间接收的传输，识别每个始发传输的空间中的特定位置；从始发传输，识别未授权传输的位置；控制天线以向未授权传输的方向呈现零点；以及通过控制天线使辐射锥朝向授权方向转向，与每个授权传输执行定向通信。扫描辐射锥可以通过施加电压以改变在天线的延迟线下呈现的介电常数来执行。可选地，对于每个授权传输，识别发送设备并且确定设备的网络和接入策略，并且将网络和接入策略应用于来自所识别的设备的通信，从而形成“RF防火墙”。

应当注意，在本公开中，每次对波长λ的参考指示在相关介质中行进的波长，因为波长可以根据天线的设计和施加于天线内的可变电介质物质的DC电势随着其在天线的各种介质中行进而改变。

图8示出了可以使用公开的实施例中的任一个构造的全向可转向天线。天线包括四个侧面或小平面，其中每个侧面包括2×4的辐射元件835的阵列，其经由延迟线840互连。可以使用本文公开的实施例中的任一个来完成小平面中的每个小平面的结构，包括辐射元件835、延迟线840和馈电线。通过控制延迟线中的每条延迟线下的介电常数，每个小平面的辐射锥可以在空间中转向；因此，通过控制所有四个小平面，天线可以选择性地在天线周围的任何方向上发送和接收。例如，可以使天线转向以与用户A和B执行定向通信，但是朝向未授权用户C呈现零点，从而防止用户C侵入系统。

在根据所公开的实施例构造天线时，可以通过简单地使用LCD来实现可变介电常数夹层。当然，在LCD不可见的应用中(例如，WiFi接入点、基站等)，LCD可以是仅黑白的(即，可以省略滤色器层)。另外，可以省去标准LCD的照明和偏振元件，因为这些元件不会有助于天线阵列的频率匹配或空间扫描。另外，如果天线不可见，则贴片和馈电线可以由诸如铜和铝之类的固态金属制成。当天线可见时，贴片和馈电线可以由诸如ITO、AZO等之类的透明导体制成。

在这个意义上，本发明的一个实施例可以表征为提供天线，该天线包括：具有公共接地触点、多个可寻址像素触点以及顶电介质的LCD屏；设置在顶电介质上方的辐射元件的阵列；导电延迟线，每条导电延迟线连接到辐射元件中的一个辐射元件；以及设置在LCD屏下方并且耦合到延迟线的传输馈电。控制器耦合到公共触点和可寻址像素触点中的每个可寻址像素触点，控制器被预编程为激励像素控制触点中的选择性像素控制触点以改变辐射元件的空间方向性。

使用软件控制来扫描平面天线阵列，可以在空间中实现二维扫描。因此，例如，这种阵列可以用作平面卫星TV天线。天线可以放置在屋顶上，使得其从街道级别不可见。由于可以使用软件来电控制阵列的空间方向性，因此天线不需要像传统的碟形天线那样机械地瞄准卫星。相反，通过改变施加到可变电介质层的电极的电压(即，当使用LCD时改变投影在LCD屏上的图像)来电地扫描天线直到实现最佳接收，可以捕获卫星。

由于移动设备的激增，诸如WiFi接入点之类的常规接入点被加载干扰传输。具体地，由于标准接入点使用全向天线，因此接入点在所有方向上发送和接收。因此，在传输中，接入点必须使用高能量，因为对于全向天线而言发送的能量与距离的立方成反比地下降。此外，接入点的传输增加多个移动设备(智能电话、平板电脑、笔记本电脑)的干扰，其中的每个移动设备使用干扰其他人的设备的全向天线。

使用图8中所示的实施例，可以制造向特定方向接收和发送的接入点。也就是说，在发送到特定设备之前，可以改变VDC板的电极的电压，使得天线瞄准目标设备。由于传输是高频的，并且由于天线可以被电扫描，因此每次天线发送到相对于接入点位于不同空间位置处的不同移动设备时，天线可以被重定向。

此外，如图8所示，可以使用多个阵列，每个阵列单独控制，因为VDC板上的每个像素可以单独控制。此外，虽然在图8中四个单独的阵列放置在四个单独的小平面上，但是可以进行其他布置，例如，三角形的三个小平面、五边形的五个小平面等。以这种方式，每个阵列指向专用空间区域并且阵列一起覆盖接入点周围的360。

另外，本文描述的软件定义的天线系统在应用策略、安全方案和对诸如WiFi接入点之类的无线通信的接入时可以提供显著的优点。例如，由于可以扫描天线以覆盖360°，因此天线提供了动态地创建用户环境、干扰信号和入侵者的3D地图的能力。通过恰当地操作阵列的相控阵列扫描能力，系统可以在空间中识别并隔离未授权的用户(例如，入侵者)，探查其特性，并且决定通过在空间中创建然后可以跟踪的零点并防止入侵者到达网络来消除其连接到网络的能力。在某种意义上，这在波端口级别创建无线防火墙。另外，可选地，系统可以在天线周围的空间中的每个位置识别每个被批准的用户(例如，使用MAC地址)，并且确定何种网络和接入策略特权适用于特定用户。例如，不同的网络和接入策略将适用于公司的员工而不是访客。然后，系统可以基于Tx/Rx的空间中的位置来应用网络和接入策略。由于软件定义的天线能够通过形成定向波束和零点来扫描和跟踪用户，因此可以针对每个识别的用户维护网络和接入策略。

图9示出了根据利用本文描述的软件定义的天线中的任一个的实施例的用于操作天线的方法。在开始之后，系统通过例如施加电压以改变在天线的延迟线下呈现的介电常数来扫描天线。使用在扫描期间接收的传输，系统识别每个始发传输的特定空间位置。然后，系统从一组所识别的传输中识别未授权传输的位置。然后，系统控制天线向未授权方向呈现零点。然后，系统通过控制天线形成指向授权方向的波束来利用每个授权传输执行定向通信。可选地，如虚线所示，对于每个用户，系统识别发送设备并确定该设备的网络和接入策略。然后，系统将网络和接入策略应用于来自所识别的设备的通信。

图10是示出如何可以将所公开的实施例中的任一个的天线并入标准IEEE802.11N接入点中的框图。标准接入点的结构和元件在本领域中是公知的，并且在这里不需要解释。在图10的示例中，标准天线由软件定义的天线代替。另外，微处理器(MPU)被编程为提供所要求的电压以使天线转向或改变辐射贴片的谐振频率。

在这个意义上，本发明的实施例可以表征为提供无线接入点，该无线接入点包括：收发器；天线阵列，其包括具有公共触点、多个像素控制触点以及顶电介质的LCD屏；设置在顶电介质顶部的辐射元件的阵列；以及多条延迟线，每条延迟线连接到辐射元件中的一个辐射元件；多条馈电线，其一端连接到收发器并且相对的一端连接到延迟线中的一条延迟线；以及控制器，其耦合到公共触点和像素控制触点中的每个像素控制触点，控制器被预编程为激活激励像素控制触点中的选择性像素控制触点，以改变多个辐射元件的空间方向性。

本公开现在转向提供根据所公开的实施例的用于制造天线的方法。如所指出的，所公开的实施例利用各种绝缘板或基板，其可以是PCB材料、

玻璃、

(可从Evonik Industries AG(Essen，Germany)获得)等。为简洁起见，这些基板将在以下描述中称为顶基板和底基板。在图11中，顶基板1101可以与例如图6的覆盖绝缘层617相比较，而底基板1103可以与图6的背平面电介质612相比较。

在图11的步骤1100处，通过在顶表面上形成辐射元件1135并且在基板1102的底表面上形成延迟线1140来制造顶基板。欧姆接触1119可以将延迟线1140连接到辐射元件1135。可替代地，延迟线1140和辐射元件1135可以电容性地跨基板1102连接。另外，在该实施例中，省略了用于激活液晶像素的电极。相反，激活线1121在顶基板的底表面上形成并且连接到延迟线。激活线连接到偏压T，以将其信号与RF信号分开。

具体地，图11中的标注示出了标准偏压T电路。RF+DC节点耦合到延迟线1140。DC节点对应于用于控制液晶的状态的可变电压电势的输出。RF节点对应于协同馈电的馈电线1155。如图11所示，RF节点经由电容器C耦合到电路。然而，如本文所解释的，所公开的实施例中的RF信号已经电容性地耦合到延迟线，使得可以省略电容器C。因此，通过将电感器I并入天线的DC侧，创建改进的偏压T电路。

在步骤1105中，通过在顶表面上形成接地平面1125来制造底基板1103，其中适当的开孔1123策略性地定位以允许RF信号通过其传输。另外，协同馈电的导线1155在底基板1103的底表面上制造。

在步骤1110处，在底基板1103的顶表面、顶基板1102的底表面或两者上形成对准层1104。可以通过沉积对准材料(例如，聚酰亚胺)并且修改对准材料以用作液晶的对准层来形成对准层。可以通过在期望的对准方向上摩擦，在对准方向上形成划痕或UV固化来实现该修改。描述在假设对准层1104至少在底基板1103的顶表面上形成的情况下继续进行。

在步骤1115处，将间隔件1106放置在对准层1104的顶上，如上面指出的，在这种情况下假设是底电介质1103的顶表面。在该实施例中，间隔件是玻璃或氧化锆球。在一个实施例中，使用粘合物将球粘附到对准层1104。在一个实施例中，使用例如UV可固化环氧树脂将球粘附到对准层1104，在这种情况下，在放置间隔件之后，底基板1103暴露于UV辐射以固化粘合物并且将间隔件固定在其位置。

在步骤1120处，将坝或密封件1107放置在底基板1103的顶表面上。密封件1107可以是硅珠或环氧树脂珠、预成型的密封剂材料框架等。密封件包围要被液晶占据的区域，并且防止液晶从形成天线的夹层中溢出。在步骤1125处，使液晶1165流到底基板1103的顶表面上。此后，在步骤1130处，将顶基板和底基板放在一起以形成天线的多层夹层。取决于所使用的各种粘合物和密封剂，整个夹层可以暴露于UV辐射以进行固化。

图11A示出了修改后的方法，其中工艺流程类似于图11的工艺流程，除了不是使用连接到延迟线的激活线来激活液晶，而是在顶基板的底表面上形成电极1620并且电势线1121和地线1121'附接到电极，从而限定像素。

图12示出了另一种用于制造天线的方法。在图12中，步骤1200至1220与图11的步骤1100至1120相同。然而，在图12中，在步骤1225中，将顶基板和底基板放在一起以形成天线的多层夹层。然后在步骤1230中，使用注入器1170将液晶注入由顶基板和底基板限定并且由密封件1107界定的空隙中。注入可以通过注入孔进行，在注入液晶之后该注入孔密封。

图13示出了又一实施例，其中使用不同类型的间隔件，或者使用间隔件-密封层组合。在图13中，步骤1300至1310与图11的步骤1100至1110相同。然而，在图13中，在步骤1315中，使用间隔件或间隔件-密封层组合。在一个示例中，间隔件1317以使用电介质材料的网格的形式，例如，图13中的顶部标注所示。间隔件单独地形成为任何期望形状的网格，例如，线条、正方形、蜂窝形等，然后将间隔件放置在对准层1104的顶上。在一个特定实施例中，在网格的侧壁上设置孔1309，以允许液晶流动并且使液晶材料在由网格1317生成的所有空间之间均匀分布。如第二标注的顶视图所示，间隔件1317可以在其周边包含密封件1307，使得将间隔件-密封件组合附接在对准层1104的顶部是一步，而不是如前面的实施例中所示的两步。

在步骤1325中，使用注入器1372将液晶注入到网格1317上，并且在步骤1330中，将两个基板放在一起以形成天线的多层夹层。可替代地，与图12的实施例一样，底基板和顶基板可以首先彼此附接，并且然后通过稍后密封的专用注入孔注入液晶。

图14示出了根据本发明的实施例的制造天线的卷对卷方法。在图14中，供应卷1401提供连续的柔性绝缘材料条带，例如，PET、聚合物纳米复合材料、

(可从DuPont获得)、

低损耗电介质(可从Emerson&Cuming of Laird PLC(London，England)获得)等。绝缘条带1402穿过第一金属化台1470，其中辐射贴片在绝缘条带的顶表面上形成。本文描述的金属化台中的任一个可以是任何具有金属印刷能力的台，例如，微转印、丝网印刷、喷墨印刷、柔版印刷、纳米压印光刻(NIL)等。

绝缘条带连续到第二金属化台1472，其中绝缘条带的底部印有延迟线。取决于设计，如上面指示的，绝缘条带的底部还可以印有连接到延迟线的激活线或者印有电极和连接到电极的激活线。在这方面，延迟线与电极的显著不同之处在于延迟线是曲折线的形式，而电极是正方形或者圆形的形式。

同时，供应卷1411'提供连续的绝缘材料条带，例如，PET。绝缘条带1403穿过金属化台1474，其中接地层在绝缘条带1403的顶表面上形成。接地层包括对应于延迟线中的每条延迟线的开孔。然后使绝缘条带1403穿过金属化台1406，其中协同馈电的馈电线在绝缘条带1403的底表面上形成。

如在另一实施例中指出的，需要形成至少一个对准层以对准液晶。为了完整起见，在图14中，两个绝缘条带都示为设置有对准层。具体地，沉积系统1408在顶绝缘条带1402的底表面上并且在底绝缘条带1403的顶表面上提供对准材料。然后，洗涤器1409对对准材料的表面执行摩擦或刮擦，以便提供对准。可替代地，UV辐射可以用于形成对准。因此，为了示出两种选项，图14示出了在顶绝缘条带1402的对准层上操作的洗涤器1409，同时UV源1411操作以在底绝缘条带1403上执行对准。然而，应认识到，这些方法中的任何方法可以单独使用或组合使用。

接下来，在台1412中，将间隔件附接到底绝缘条带1403的顶表面。间隔件附接在对准层的顶部上。如果使用可辐射固化的粘合物将间隔件粘附到底绝缘条带上，则在台1412的下游设置辐射源(例如，UV源)1414。在下一台1416中，将液晶倾倒至底绝缘条带的顶表面上。在台1418中，将两个绝缘条带放在一起并且使用例如UV固化来固化。在台1420中，使用刀来分离单独创建的天线。

注意，如果图14的图示在水平轴上翻转，则可以执行相同的工艺，除了间隔件和液晶材料将沉积在顶绝缘条带1402的底表面上。

上面描述了各种实施例，其中关于特定特征和元件描述了每个实施例。然而，应该理解，来自一个实施例的特征和元件可以与其他实施例的其他特征和元件结合地使用，并且该描述旨在覆盖这些可能性，但是不是所有的排列都明确描述，以便避免混乱。

另外，本文使用的关于连接和耦合的术语遵循以下惯例：连接意味着一个部分直接连接到另一个部分，而耦合意味着在两个部分之间可以存在中间元件。另外，应该理解，DC连接类似于DC短路，其中一个导体物理地接触另一个导体以使得DC电流能够流动。然而，RF耦合不一定要求两个导体物理地接触。有效的示例是两个电容器板，其中DC电流不能通过其传输，但是可以传输AC和RF。

应当理解，本文描述的工艺和技术并非固有地与任何特定装置相关，并且可以通过任何合适的组件组合来实现。此外，根据本文描述的教导，可以使用各种类型的通用设备。已经关于特定示例描述了本发明，这些示例在所有方面都旨在是说明性的而不是限制性的。本领域技术人员将认识到，许多不同的组合将适用于实践本发明。

此外，考虑到本文公开的本发明的说明书和实践，本发明的其他实现方式对于本领域技术人员而言是显而易见的。所描述的实施例的各种方面和/或组件可以单独使用或以任何组合使用。旨在使说明书和示例仅被认为是示例性的，其中本发明的真实范围和精神由所附权利要求指示。

Claims (20)

1.一种用于制造多层天线的方法，包括以下非排序步骤：

通过在第一绝缘板的顶表面上形成辐射元件并且在所述绝缘板的底表面上形成多条对应的延迟线来制造顶基板；

通过在第二绝缘板的顶表面上形成公共接地电极并且在所述第二绝缘板的底表面上形成多条导电馈电线来制造底基板，所述公共接地电极具有多个开孔；

在所述底基板的顶表面上、在所述顶基板的底表面上、或者在所述底基板的顶表面上以及在所述顶基板的底表面上形成对准层；

在所述对准层的顶上设置绝缘间隔件；

将密封层附接在所述底基板的顶表面或所述顶基板的底表面的周边上方；

使液晶在所述绝缘间隔件之间流动；以及

将所述底基板附接到所述顶基板。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，设置绝缘间隔件包括放置多个绝缘球体。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，设置绝缘间隔件包括将多个绝缘球体粘附到所述对准层。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，设置绝缘间隔件包括形成由绝缘材料制成的网格，并且将所述网格放置在所述对准层上方。

5.根据权利要求4所述的方法，还包括：在所述网格中形成流动孔，以使得所述液晶能够在所述网格的元件之间流动。

6.根据权利要求4所述的方法，还包括：将所述密封层附接在所述网格的周边上方。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，使液晶在所述绝缘间隔件之间流动包括：在将所述底基板附接到所述顶基板的步骤之后，注入所述液晶。

8.根据权利要求5所述的方法，其中，使液晶在所述绝缘间隔件之间流动包括：在将所述底基板附接到所述顶基板的步骤之后，通过专用注入孔注入所述液晶。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，制造顶基板还包括形成多条激活线，每条激活线连接到所述延迟线中的一条延迟线。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，制造顶基板还包括在所述顶基板的底表面上形成多个电极，并且形成多条激活线，每条激活线连接到所述电极中的一个电极。

11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一绝缘板包括PCB材料、聚四氟乙烯(PTFE)、玻璃或聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)中的一个。

12.一种制造天线的方法，包括以下非排序步骤：

设置第一电介质条带的第一滚轴；

设置第二电介质条带的第二滚轴；

使所述第一电介质条带穿过金属化台，并且在所述第一电介质条带的顶表面上形成多个辐射贴片并在所述第一电介质条带的底表面上形成多条延迟线；

使所述第二电介质条带穿过金属化台，并且在所述第二电介质条带的顶表面上形成公共接地并在所述第二电介质条带的底表面上形成多条馈电线；

使所述第一电介质条带和所述第二电介质条带穿过对准材料沉积台，并且在所述第二电介质条带的顶表面上、在所述第一电介质条带的底表面上、或者在所述第二电介质条带的顶表面上以及在所述第一电介质条带的底表面上沉积对准层；

在所述第二电介质条带的顶表面上或者在所述第一电介质条带的底表面上沉积间隔件；

在所述第二电介质条带的顶表面上或者在所述第一电介质条带的底表面上沉积液晶材料；

将所述第一电介质条带和所述第二电介质条带粘附在一起以形成多层条带；

将所述多层条带切割成单独的天线。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，形成多个辐射贴片，形成多条延迟线，形成公共接地，以及形成多条馈电线包括以下中的一个：微转印、丝网印刷、喷墨印刷、柔版印刷、纳米压印光刻(NIL)。

14.根据权利要求12所述的方法，还包括形成多条激活线，每条激活线耦合到所述延迟线中的一条延迟线。

15.根据权利要求12所述的方法，还包括形成多个电极和多条激活线，每条激活线耦合到所述电极中的一个电极。

16.根据权利要求12所述的方法，其中，沉积间隔件包括将多个珠粘附到所述第一电介质条带或所述第二电介质条带上。

17.一种用于制造天线的方法，包括以下非排序步骤：

获得第一电介质板，并且在所述第一电介质板上形成多个RF辐射元件和多条延迟线，每条延迟线被配置为将RF辐射传送到所述辐射元件中的一个辐射元件；

获得第二电介质板，并且在所述第二电介质板上形成公共接地层并在所述公共接地层中形成多个开孔，每个开孔被配置为与所述多条延迟线中的一条延迟线对准；

在所述第二电介质板上形成多条RF馈电线，以便形成协同馈电；

在所述第一电介质板、所述第二电介质板上或者在所述第一电介质板和所述第二电介质板两者上设置对准材料；

将所述第一电介质板和所述第二电介质板彼此附接，同时设置间隔件，以便限定所述第一电介质板与所述第二电介质板之间的空隙；

将液晶材料注入所述第一电介质板与所述第二电介质板之间的所述空隙中。

18.根据权利要求17所述的方法，还包括在所述第一电介质板上形成多个电极，并且形成多条激活线，每条激活线连接到所述电极中的一个电极。

19.根据权利要求17所述的方法，还包括形成多条激活线，每条激活线连接到所述延迟线中的一条延迟线。

20.根据权利要求17所述的方法，其中，设置间隔件包括设置由电介质材料制成的网格。

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