CN109417224A - 组装柱形馈电天线孔径区段的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种由多个天线孔径区段组装天线孔径的方法。该方法可以包括相对于第二孔径区段布置第一孔径区段以部分地形成天线孔径。此外，第一孔径区段的重叠部在接缝处与第二孔径区段的互补叠置部重叠。该方法还可以包括将第一孔径区段的重叠部连接到第二孔径区段的叠置部以部分地形成天线孔径。

Description

组装柱形馈电天线孔径区段的方法

优先权

本申请要求于2016年5月10日提交的名称为“组装柱形馈电天线的孔径区段的方法(METHOD TO ASSEMBLE APERTURE SEGMENTS OF A CYLINDRICAL FEED ANTENNA)”、申请号为62/334,231的对应临时专利申请以及于2017年5月9日提交的名称为“组装柱形馈电天线的孔径区段的方法(METHOD TO ASSEMBLE APERTURE SEGMENTS OF A CYLINDRICAL FEEDANTENNA)”、申请号为15/591,018的专利申请的优先权，其全部内容通过引用整体并入本文。

技术领域

本发明的实施例涉及用于无线通讯的天线；更具体地，本发明的组件的实施例涉及孔径区段的组装以产生一种柱形馈电天线孔径。

背景技术

薄膜晶体管(TFT)/液晶(LC)天线孔径可以在单个TFT/LC面板中形成。这要求TFT/LC面板制造中的玻璃基板足够大以容纳整个有源区域、布线、连接区域以及密封区域等。TFT/LC制造设施是高度调谐的机械生产线，可高效运行在设定的吞吐量下，生产线中的所有设备都与此吞吐量相匹配。因此，建造这样一个设施加上布置配套设备的资本支出是非常大的。

遗憾的是，TFT/LC孔径制造利用了现有TFT/LCD制造设备不易适应的一些工艺。也就是说，通过执行这些步骤，制造设施以及生产线等被扰乱，损害了生产线的设定生产量。因此，用单个TFT/LC面板制作天线孔径不仅效率低还降低了制造产量，并且显着提高了所获得的TFT/LC孔径的制造成本。

可能有若干缓解措施可以提高TFT/LC制造操作的效率并降低对其的成本影响。其中一个缓解措施是增加生产线设施和设备，以便在加工步骤中提供TFT/LC孔径所需的制造能力，使得在这些步骤中TFT/LC孔径的吞吐量可与其余设施的吞吐量相匹配。对于最近一代的TFT/LC设施，使用能够将TFT/LC RF孔径制成一体的玻璃基板，这种资本支出将非常大。

资本密集度较低的替代方案是在老一代、未充分利用且大多数不推荐的TFT/LC制造设备上生产TFT/LC RF孔径。由于这种制造设施的未充分利用以及折旧性质，生产线不平衡造成的影响不会像更近一代生产设施中那样昂贵。另外，由于玻璃基板的尺寸更小，所需步骤中的建造容量不是资本密集型的。此外，可以从外部供应商那里获得一些制造操作中的能力。然而，这些老一代制造设施的玻璃基板尺寸不足以在一个玻璃基板上建造TFT/LCRF孔径。

发明内容

附图说明

参照以下附图描述本发明的非限制性和非穷举性实施例，其中除非另有说明否则相同的附图标记在各个示图中指代相同的部分。附图不一定按比例绘制，而是将重点放在说明所描述的原理上。

图1A示出了同轴馈电的一个实施例的俯视图；

图1B示出了具有一个或多个天线元件阵列的孔径，其中天线元件阵列布置在围绕柱形馈电天线的输入馈电的同心环中；

图2示出了一行天线元件的透视图，其包括接地平面和可重新配置的谐振器层；

图3示出了可调谐振器/开槽的一个实施例；

图4示出了物理天线孔径的实施例的截面视图；

图5A至图5D示出了用于创建开槽阵列的不同层的一个实施例；

图6示出了天线系统的另一个实施例，其具有产生输出波的柱形馈电；

图7示出了将单元分组以形成同心正方形(矩形)的示例；

图8示出了将单元分组为八角形的示例；

图9示出了包括虹膜和矩阵驱动电路的小孔径的示例；

图10示出了晶格顺时针螺旋的示例；

图11示出了使用额外螺旋的单元布置的另一示例；

图12示出了选定的螺旋图案，其被重复以填充整个孔径；

图13示出了将柱形馈电孔径区段分割为扇形体的实施例；

图14A和图14B示出了具有施加的矩阵驱动晶格的图13的单个区段；

图15示出了将柱形馈电孔径分割为扇形体的另一个实施例；

图16A和图16B示出了具有应用的矩阵驱动晶格的图15的单个区段；

图17示出了关于天线元件的矩阵驱动电路布置的一个实施例；

图18示出了TFT封装的一个实施例；

图19A和图19B示出了具有奇数个区段的天线孔径的一个示例；

图20示出了天线孔径的相邻区段的协调边缘的一个实施例；

图21示出了其上具有两个基准点的区段的一个实施例；

图22示出了用于将孔径区段组装成单个天线孔径的组装夹具的表面的一个实施例；

图23示出了孔径区段在组装夹具上的布置的一个实施例；

图24示出了部分组装的天线孔径的一个实施例；

图25示出了在夹具上组装然后接合到载体结构的所有区段的一个实施例；

图26示出了用于将孔径区段组装成柱形馈电孔径的方法的一个实施例；

图27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；以及

图28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

公开了平板天线的实施例。该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。在其他实施例中，该天线元件可以包括能够执行本文所讨论的功能的替代微机电结构。在一个实施例中，平板天线是柱形馈电天线，其包括用来唯一地寻址和驱动未在行和列中布置的每个天线元件的矩阵驱动电路。在一个实施例中，元件布置在环中。

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包括联接在一起的多个区段。在实施例中，用重叠(overlap)/叠置(underlap)方法将区段联接在一起以增加将区段连接在一起的接缝的强度。当这些区段联接在一起时，区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为同心的。

在实施例中，下面更详细讨论的区段可以在不能于单个TFT/LC面板上生产天线孔径的制造设备中生产。可以利用较旧的生产和制造设施以更具成本效益的方式来生产区段，然后将区段组装成柱形馈电天线孔径，如下面更详细地讨论的。然而，即使对于能够在没有分割的情况下生产孔径的更大更新的一代生产线，使用随后被组装的区段来制造TFT孔径，然后从较大的玻璃基板上生产单个孔径可能更经济可行。例如，许多区段可以铺设在玻璃基板上，使得区段的数量将大于可以在单片玻璃基板上铺设的全尺寸孔径的区段的相等数量。这种关系对于较大的天线尤其如此，其中使用分割更好地利用玻璃基板的成本超过与由区段组装孔径相关的成本，即使制造设施和/或玻璃基板足够大以生产没有分割的孔径的情况也是如此。

在以下描述中，阐述了许多细节以提供对本发明的更充分的解释。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示出而不是详细地示出，以避免混淆本发明。

以下详细描述的一些部分是根据对计算机存储器内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其他技术人员的手段。这里的算法通常被认为是产生期望结果的自相一致的步骤序列。这些步骤需要物理地操控物理量。通常，尽管不是必须的，这些物理量采用能够被存储、传输、组合、比较以及以其他方式操控的电信号或磁信号形式。主要出于通用的原因，将这些信号称为比特、值、元素、符号、字符、术语以及数字等，有时已经证明这样是方便的。

然而，应该记住所有这些以及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标签。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，利用诸如“处理”或“运算”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电子计算设备的动作和过程，这些计算机系统或类似电子计算机将在计算机系统的寄存器和存储器内表示为物理(电子)量的数据操作和转换成类似地表示为计算机系统存储器或寄存器或其他这种信息存储、传输或显示装置内的物理量的其他数据。

天线系统示例的概述

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，天线系统是在使用用于民用商业卫星通信的Ka频带或Ku频带频率操作的移动平台(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。注意天线系统的实施例也可以在不在移动平台上的地球站(例如，固定或移动式地球站)中使用。

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控制通过单独的天线发射和接收的波束。在一个实施例中，与采用数字信号处理来电形成和控制波束(例如相控阵天线)的天线系统相反，上述的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)由柱形波馈电结构组成的波导结构；(2)作为天线元件一部分的波散射超材料单格(unit cells)阵列；(3)控制结构，用于使用全息原理命令从超材料散射元件形成可调节的辐射场(波束)。

波导结构的示例

图1A示出了用于提供柱形波馈电的同轴馈电的一个实施例的俯视图。参照图1A，同轴馈电包括中心导体和外导体。在一个实施例中，柱形波馈电结构利用从馈电点以柱形方式向外扩展的激励从中心点向天线馈电。也就是说，柱形馈电天线产生向外行进的同心馈电波。即便如此，柱形馈电周围的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，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。

图1B示出了具有一个或多个天线元件阵列的孔径，其中天线元件阵列布置在围绕柱形馈电天线的输入馈电的同心环中。

天线元件

在一个实施例中，天线元件包括一组贴片和开槽天线(单格)。该组单格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一部分，该单格由下导体、介质基片以及嵌入有互补电感电容谐振器(“互补电子LC”或“CELC”)的上导体组成，其中互补电感电容谐振器(“互补电子LC”或“CELC”)蚀刻在上导体中或沉积在上导体上。如本领域技术人员所理解的，CELC中的LC指的是电感-电容，而不是液晶。

在一个实施例中，液晶(LC)设置在散射元件周围的间隙中。液晶封装在每个单格中，并将与开槽相关的下导体和与其贴片相关的上导体分开。液晶的介电常数是构成液晶的分子的方向的函数，并且可以通过调节液晶上的偏压来控制分子的方向(并因此调节介电常数)。在一个实施例中，使用该特性，液晶集成了打开/关闭开关和在打开和关闭之间中间状态，以便将能量从导波传输到CELC。当开关打开时，CELC发射电磁波，就像小型电偶极天线一样。注意，本文的教导不限于具有关于能量传输以二进制方式操作的液晶。

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送中的波矢量成45度角(45°)。注意，可以使用其他定位(例如，以40°角)。元件的这个定位使得能够控制由元件接收或从元件传输/辐射的自由空间波。在一个实施例中，天线元件被布置成具有小于天线工作频率的自由空间波长的元件间间隔。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，为30GHz的10mm自由空间波长的1/4)。

在一个实施例中，如果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幅度激励。相对于馈电波激励将两组元件旋转+/-45度可一次实现两个期望的特征。一组旋转0度且另一组旋转90度将实现垂直的目标，但不是等幅激励的目标。注意，当如上所述以单个结构从两侧向天线元件阵列馈电时，可以使用0度和90度来实现隔离。

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。该电压用于调谐电容或使电容失谐，从而调谐各个元件的谐振频率或使各个元件的谐振频率失谐以实现波束形成。所需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液晶开始受电压以及饱和电压影响的阈值电压描述，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改变。

在一个实施例中，矩阵驱动用于向贴片施加电压，以便与所有其他单元独立地驱动每个单元，而不需要具有用于每个单元的单独的连接(直接驱动)。由于元件密度高，因此矩阵驱动器是单独处理每个单元的最有效方法。

在一个实施例中，用于天线系统的控制结构具有2个主要部件：控制器，其包括用于天线系统的驱动电子器件，位于波散射结构下方；同时矩阵驱动开关阵列以不干扰辐射的方式散布在整个辐射RF阵列中。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成品LCD控制器，其通过调节到每个散射元件的AC偏置信号的幅度来调节每个散射元件的偏置电压。

在一个实施例中，控制器还包含执行软件的微处理器。控制结构还可以包含传感器(例如，GPS接收器、三轴罗盘、3轴加速度计、3轴陀螺仪以及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。

更具体地，控制器控制哪些元件被关闭哪些元件被打开以及在哪个相位和幅度水平处于操作频率。通过施加电压对元件进行选择性失谐以进行频率操作。

为了传输，控制器将电压信号阵列提供给RF贴片以产生调制或控制图案。控制模式使元件转为不同的状态。在一个实施例中，使用多态控制，其中各种元件打开和关闭到不同的电平，进一步近似正弦控制图案，与方波(即，正弦曲线灰度调制图案)相反。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而另一些元件不辐射。通过施加特定的电压电平来实现可变辐射，该电压电平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。

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来解释。如果各个电磁波在自由空间中相遇时具有相同的相位则各个电磁波叠加(相长干涉)，如果各个电磁波在自由空间中相遇时处于相反相位则它们相互抵消(相消干涉)。如果开槽天线中的开槽定位在使得每个连续开槽位于与导波的激励点不同的距离处，则来自该元件的散射波将具有与前一开槽的散射波不同的相位。如果开槽间隔开四分之一的导波长，则每个开槽将散射与前一开槽的散射波具有四分之一相位延迟的波。

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，使得使用全息术的原理理论上可以在距离天线阵列的孔视线加或减90度(90°)的任何方向上指向波束。因此，通过控制哪些超材料单格被打开或关闭(即通过改变打开哪些单元以及关闭哪些单元的图案)，可以产生不同的相长干涉和相消干涉图案，并且天线可以改变主波束的方向。打开和关闭单格所需的时间决定了波束可以从一个位置切换到另一个位置的速度。

在一个实施例中，天线系统为上行天线产生一个可控波束，为下行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解码来自卫星的信号并形成指向卫星的发射波束。在一个实施例中，与采用数字信号处理来电形成和控制波束(例如相控阵天线)的天线系统相反，上述的天线系统是模拟系统。在一个实施例中，天线系统被认为是平面且相对低轮廓的“表面”天线，尤其是与传统的卫星碟型接收器相比时。

图2示出了一行天线元件的透视图，其包括接地层和可重新配置的谐振器层。可重新配置的谐振器层230包括可调谐开槽210的阵列。可调谐开槽210的阵列可以被配置为将天线指向期望的方向。可以通过改变穿过液晶的电压来调谐/调节每个可调谐开槽。

控制模块280联接到可重新配置的谐振器层230，以通过改变图2中的穿过液晶的电压来调制可调谐开槽210的阵列。控制模块280可以包括现场可编程门阵列(“FPGA”)、微处理器、控制器、单芯片系统(SoC)或其他处理逻辑。在一个实施例中，控制模块280包括逻辑电路(例如多路复用器)以驱动可调谐开槽210的阵列。在一个实施例中，控制模块280接收包括要被驱动的可调谐开槽210阵列上的全息衍射图案的规范的数据。可以响应于天线和卫星之间的空间关系产生全息衍射图案，以便全息衍射图案使下行波束在适当的方向上转向以进行通信(如果天线系统执行发送则使上行波束转向)。虽然未在每个图中绘出，但是类似于控制模块280的控制模块可以驱动本公开的附图中描述的每个可调谐开槽阵列。

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，参考波束是馈电波的形式，例如馈电波205(在一些实施例中约为20GHz)。为了将馈电波变换成辐射波束(用于发送或接收目的)，计算期望的RF波束(物体波束)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开槽210的阵列上作为衍射图案，使得馈电波“转向”成期望的RF束(具有期望的形状和方向)。换句话说，遇到全息衍射图案的馈电波“重建”物体波束，物体波束根据通信系统的设计要求形成。全息衍射图案包含每个元件的激发并通过计算，式中w_in作为波导中的波动方程，w_out作为输出波中的波动方程。

图3示出了可调谐振器/开槽210的一个实施例。可调谐开槽210包括虹膜/开槽212，辐射贴片211和设置在虹膜212和贴片211之间的液晶213。在一个实施例中，辐射贴片211与虹膜212共同定位。

图4示出了物理天线孔径的实施例的截面视图。天线孔径包括接地层245和虹膜层233内的金属层236，虹膜层233包括在可重构谐振器层230中。在一个实施例中，图4的天线孔径包括多个图3的可调谐谐振器/开槽210。虹膜/开槽212由金属层236中的开口限定。馈电波，例如图2的馈电波205，可以具有与卫星通信信道兼容的微波频率。馈电波在接地层245和谐振器层230之间传播。

可重新配置的谐振器层230还包括垫片层232和贴片层231。垫片层232设置在贴片层231和虹膜层233之间。注意在一个实施例中间隔件可以代替垫片层232。在一个实施例中，虹膜层233是包括铜层作为金属层236的印刷电路板(“PCB”)。在一个实施例中，虹膜层233是玻璃。虹膜层233可以是其他类型的基板。

可以在铜层中蚀刻开口以形成开槽212。在一个实施例中，虹膜层233通过导电粘结层导电地联接到图4中的另一结构(例如波导)。注意，在一个实施例中，虹膜层不通过导电粘结层导电联接，而是与非导电粘结层接合。

贴片层231也可以是包括金属作为辐射贴片211的PCB。在一个实施例中，垫片层232包括间隔物239，间隔物239提供机械阻隔以限定金属层236和贴片211之间的尺寸。在一个实施例中，间隔物为75微米，但也可以使用其他尺寸(例如3至200mm)。如上所述，在一个实施例中，图4的天线孔径包括多个可调谐振器/开槽，例如可调谐谐振器/开槽210包括图3的贴片211、液晶213以及虹膜212。液晶213的腔室由间隔物239、虹膜层233以及金属层236限定。当腔室填充有液晶时，可以将贴片层231层压到间隔物239上以密封谐振器层230内的液晶。

可以调制贴片层231和虹膜层233之间的电压以调整贴片和开槽之间的间隙中的液晶(例如可调谐振器/开槽210)。调节穿过液晶213的电压会改变开槽的电容(例如，可调谐振器/开槽210)。因此，可以通过改变电容来改变开槽(例如，可调谐振器/开槽210)的电抗。开槽210的谐振频率也根据等式变化，其中f是开槽210的谐振频率，L和C分别是开槽210的电感和电容。开槽210的谐振频率影响从传播通过波导的馈电波205辐射的能量。作为示例，如果馈电波205是20GHz，则开槽210的谐振频率可以被调整(通过改变电容)到17GHz，使得开槽210基本上没有耦合来自馈电波205的能量。或者，可以将开槽210的谐振频率调节到20GHz，使得开槽210耦合来自馈电波205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进制的(完全辐射或根本不辐射)，但是随着在多值范围内的电压变化，电抗以及因此开槽210的谐振频率的全灰度控制是可能的。因此，可以精细地控制从每个开槽210辐射的能量，从而可以通过可调开槽的阵列形成详细的全息衍射图案。

在一个实施例中，一行中的可调谐开槽彼此间距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开槽与相邻行中最近的可调谐开槽间距λ/2，因此，不同行中的共同定向的可调谐开槽间距λ/4，但是其他间距也是可能的(例如，λ/5，λ/6.3)。在另一个实施例中，一行中的每个可调谐开槽与相邻行中最近的可调谐开槽间距λ/3。

本发明的实施例对于市场的多孔径需求使用可重新配置的超材料技术，例如在2014年11月21日提交的名称为“来自可操纵的柱形馈电全息天线动态极化和耦合控制(Dynamic Polarization and Coupling Control from a Steerable Cylindrically FedHolographic Antenna)”的美国专利申请No.14/550,178中和2015年1月30日提交的名称为“可重新配置天线的脊状波导馈电结构(Ridged Waveguide Feed Structures forReconfigurable Antenna)”的美国专利申请No.14/610,502中描述的。

图5A至图5D示出了用于创建开槽阵列的不同层的一个实施例。注意，在该示例中，天线阵列具有两种不同类型的天线元件，其用于两种不同类型的频带。图5A示出了第一虹膜板层的一部分，其具有与开槽对应的位置。参照图5A，圆圈是虹膜基底底侧金属化部中的开放区域/开槽，并且用于控制元件与馈源(馈电波)的耦合。请注意，此层是可选的层，并未在所有设计中使用。图5B示出了包含开槽的第二虹膜板层的一部分。图5C示出了第二虹膜板层的一部分上的贴片。图5D示出了开槽阵列的一部分的俯视图。

图6示出了天线系统的另一个实施例，其具有产生输出波的柱形馈电。参照图6，接地层602基本上平行于RF阵列616，在它们之间具有介电层612(例如塑料层等)。RF吸收器619(例如电阻器)将接地层602和RF阵列616联接在一起。在一个实施例中，介电层612具有2至4的介电常数。在一个实施例中，RF阵列616包括结合图2至图4描述的天线元件。同轴引脚601(例如，50Ω)馈送天线。

在操作中，馈电波通过同轴销601馈送并且同心地向外行进并且与RF阵列616的元件相互作用。

在其他实施例中，馈电波从边缘馈送，并与RF阵列616的元件相互作用。在2014年11月21日提交的名称为“来自可控柱形馈电全息天线的动态极化和联接控制(DynamicPolarization and Coupling Control from a Steerable Cylindrically FedHolographic Antenna)”的美国专利申请No.14/550,178中讨论了这种边缘馈电天线孔径的一个例子。

图6的天线中的柱形馈电将天线的扫描角度提高为高于其他现有技术天线。在一个实施例中，天线系统具有从所有方向的孔视线起的七十五度的扫描角度，而不是正或负四十五度方位角(±45°Az)和正负二十五度仰角(±25°E1)的扫描角度。与由许多单独的辐射器组成的任何波束形成天线一样，整体天线增益取决于组成元件的增益，组成元件本身是角度相关的。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瞄准孔而减小。在偏离孔视线75度处，预计有约6dB的显着增益降低。

单元布置

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布置在柱形馈电天线孔径上。单元的布置包括用于矩阵驱动的晶体管的布置。图17示出了关于天线元件的矩阵驱动电路布置的一个实施例。参照图17，行控制器1701分别经由行选择信号Row1和Row2联接到晶体管1711和晶体管1712，并且列控制器1702经由列选择信号Column1与晶体管1711和晶体管1712联接。晶体管1711还经由与贴片1731的连接而联接到天线元件1721，而晶体管1712经由到贴片1732的连接而联接到天线元件1722。

在单格被布置在非规则网格中的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，将单元布置在同心环上，并且将每个单元连接到布置在该单元旁边并用作分别驱动每个单元的开关的晶体管。在第二步骤中，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，但是单元布置在环上，因此没有系统的方法为每个晶体管分配唯一的地址。这种映射问题导致非常复杂的电路覆盖所有晶体管，并导致用以完成布线的物理迹线数量的显着增加。由于单元的高密度，这些迹线由于耦合效应而干扰天线的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可商购的布局工具来实现。

在一个实施例中，在布置单元和晶体管之前预定矩阵驱动电路。这确保了驱动所有单元所需的最少数量的迹线，每个单元具有唯一的地址。该策略降低了驱动电路的复杂性并简化了布线，从而改善了天线的RF性能。

更具体地，在一种方法中，在第一步骤中，将单元布置在由行和列组成的规则矩形网格上，所述行和列描述每个单元的唯一地址。在第二步骤中，将单元格分组并转换为同心圆，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。这种转换的目标不仅是将单元放在环上，而且还要保持单元之间的距离和环之间的距离在整个孔上保持恒定。为了实现这一目标，有几种方法可以对细胞进行分组。

图7示出了将单元分组以形成同心正方形(矩形)的示例。参照图7，正方形701至正方形703显示在行和列的网格700上。注意这些是正方形的示例而不是用以创建图7右侧的单元布置的所有正方形。然后，通过数学保角映射过程，每个正方形例如正方形701至正方形703被变换成环，例如天线元件的环711至环713。例如，外环711是左侧的外部正方形701的变形。

变换后的单元的密度由除了前一个正方形之外下一个较大的正方形包含的单元数量确定。在一个实施例中，使用正方形使附加天线元件的数量ΔN在下一个较大的正方形上为8个附加单元。在一个实施例中，该数量对于整个孔径是恒定的。在一个实施例中，单元间距1(CP1：环与环距离)与单元间距2(CP2：沿环的单元与单元的距离)的比率由下式给出：

因此，CP2是CP1的函数(反之亦然)。然后，图7中的示例的单元间距比率为：

这意味着CP1大于CP2。

在一个实施例中，为了执行变换，在每个正方形上选择起始点，例如正方形701上的起始点721，并且将与该起始点相关联的天线元件布置在其对应环的一个位置上，例如环711上的起点731。例如，x轴或y轴可以用作起始点。此后，在正方形上选择从起始点沿一个方向(顺时针或逆时针)前进的下一个元件，并且该元件布置在环上的沿着正方形中使用的相同方向(顺时针或逆时针)行进的下一个位置。重复该过程，直到所有天线元件的位置已经被分配了在环上的位置。对所有正方形重复整个正方形到环形变换过程。

然而，根据分析研究和布线约束，优选应用大于CP1的CP2。为实现此目的，使用图8中所示的第二策略。参照图8，相对于网格800，单元最初被分组为八边形，例如八边形801至八边形803。通过将单元分组为八边形，附加天线元件的数量ΔN等于4，这给出了比率：

这导致CP2>CP1。

通过最初选择起始点，可以以与上面参照图7所述相同的方式执行根据图8的从八边形到用于单元布置的同心环的转变。

注意，关于图7和图8公开的单元布置具有许多特征。这些特征包括：

1)在整个孔径上的恒定CP1/Cp2(注意，在一个实施例中，在孔径上基本恒定(例如，90％恒定)的天线仍将起作用)；

2)CP2是CP1的函数；

3)随着与中心定位天线馈电的环距增加，每个环的天线元件数量不断增加；

4)所有单元都连接到矩阵的行和列；

5)所有单元都有唯一的地址；

6)将单元置于同心环上；并且

7)存在旋转对称性，因为四个扇形体是相同的并且可以旋转1/4楔形以构建阵列。这有利于分割。

注意，虽然给出了两种形状，但是可以使用其他形状。其他增量是可能的(例如6个增量)。

图9示出了包括虹膜和矩阵驱动电路的小孔径的示例。行迹线901和列迹线902分别表示行连接和列连接。这些线描述了矩阵驱动网络而不是物理迹线(因为物理迹线可能必须围绕天线元件或其部分按路线行进)。每对虹膜旁边的正方形是晶体管。

图9还示出了使用双晶体管的单元布置技术的可能性，其中每个部件驱动PCB阵列中的两个单元。在这种情况下，一个分立装置封装包含两个晶体管，每个晶体管驱动一个单元。

在一个实施例中，TFT封装用于实现矩阵驱动中的布置和唯一寻址。图18示出了TFT封装的一个实施例。参照图18，示出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，行迹线和列迹线以90°角交叉，以使行迹线和列迹线之间的联接减少并有可能最小化。在一个实施例中，行迹线和列迹线在不同的层上。

图7至图9中所示的建议的单元布置的另一个重要特征是布局为重复图案，其中布局的每四分之一区域与其他的四分之一区域相同。这允许阵列的子部分围绕中心天线馈电的位置沿旋转方向重复，这又允许将孔径分割成子孔径。如下面更详细地讨论的，这有助于通过使得整个天线孔径能够由子孔径组装来制造天线孔径。

在另一个实施例中，矩阵驱动电路和柱形馈电天线上的单元布置以不同的方式完成。为了在柱形馈电天线上实现矩阵驱动电路，通过沿旋转方向重复阵列的子部分来实现布局。该实施例还允许改变可用于照明渐变的单元密度，以改善RF性能。

在该替代方法中，单元和晶体管基于由螺旋形迹线形成的晶格在柱形馈电天线孔径上布置。图10示出了这样的晶格顺时针螺旋的示例，例如螺旋1001至螺旋1003，其在顺时针方向上弯曲，以及示出了例如螺旋1011-1013的螺旋，其在顺时针方向或在相反方向上弯曲。螺旋的不同方向导致顺时针和逆时针螺旋之间的交叉。得到的晶格提供由逆时针迹线和顺时针迹线的交点给出的唯一地址，因此可以用作矩阵驱动点阵。此外，交叉点可以分组在同心环上，这对于柱形馈电天线的RF性能至关重要。

与上面讨论的柱形馈电天线孔径上的单元布置方式不同，上面关于图10讨论的方式提供了单元的不均匀分布。如图10所示，单元之间的距离随着同心环半径的增加而增加。在一个实施例中，变化的密度被用作在天线阵列控制器的控制下结合照明渐变的方法。

由于单元的大小和它们之间所需的用于迹线的空间，单元密度不能超过一定数量。在一个实施例中，基于操作频率，距离是λ/5。如上所述，可以使用其他距离。为了避免靠近中心的密度过高，或者换句话说为了避免靠近边缘处过于稀疏，随着连续同心环的半径增加可以将额外的螺旋添加到初始螺旋中。图11示出了使用额外螺旋来实现更均匀密度的单元布置的示例。参照图11，随着连续同心环半径的增加，将例如附加螺旋1101的额外的螺旋添加到例如螺旋1102的初始螺旋中。根据分析模拟，该方法提供了RF性能，其收敛了完全均匀的单元分布的性能。注意，由于渐变元件密度，该设计提供了比上述一些实施例更好的旁波瓣行为。

使用螺旋进行单元布置的另一个优点是旋转对称性和可重复的图案，这可以简化布线工作并降低制造成本。图12示出了选定的螺旋图案，其被重复以填充整个孔径。

注意，关于图10至图12公开的单元布置具有许多特征。这些特征包括：

1)CP1/CP2不在整个孔径上；

2)CP2是CP1的函数；

3)随着与中心定位的天线馈电的环距增加，每个环的天线元件数量没有增加；

4)所有单元都连接到矩阵的行和列；

5)所有单元都有唯一的地址；

6)将细胞置于同心环上；并且

7)存在旋转对称性(如上所述)。

因此，上面结合图10至图12描述的单元布置实施例具有与上面结合图7至图9描述的单元布置实施例相似的许多特征。

孔径分割

在一个实施例中，通过将多个天线元件区段(例如，子孔径)组合在一起来创建单个天线孔径。这要求对天线元件阵列进行分段，并且分割理想地需要天线的可重复的覆盖区图案。在一个实施例中，柱形馈电天线阵列分段的发生使得由于每个辐射元件的不同旋转角度，天线覆盖区不以直线和行内方式提供可重复的图案。这里讨论的分割方法的一个目标是提供分割而不损害天线的辐射性能。本文讨论的分割方法的另一个目的是保持沿着接合孔径的接缝的机械强度，以确保子孔径区段之间的平面性和连续性，并且在组装的区段之间以高精度保持配准。本文讨论的分割方法的另一个目的是密封接缝周围的区域，以保护孔径区段的内部工作免受环境暴露和/或损坏。

虽然本文描述的分割技术集中于改进并使具有矩形形状的工业标准基板的表面利用有可能最大化，但是分割方法不限于这种基板形状。

在一个实施例中，柱形馈电天线的分割以四个区段的组合实现其中天线元件布置在同心和闭合环上的图案的方式执行。该方面对于保持柱形馈电天线的所得孔径的RF性能是重要的。此外，通过以下面更详细讨论的方式接合四个区段，可以在接合的孔径之间保持天线元件的平面性和连续性，以保持RF性能。此外，在一个实施例中，每个区段需要单独的矩阵驱动电路。

图13示出了将柱形馈电孔径分割成扇形体。参照图13，区段1301至区段1304是相同的扇形体，其被组合以构建圆形天线孔径1310。区段1301至区段1304中的每一个区段上的天线元件布置在环的部分中，当区段1301至区段1304组合时，环的部分形成同心并封闭的环。

在一个实施例中，利用重叠方法使得每个区段(例如，区段1301至区段1304中的每一个区段)在组合到单个天线孔径中时参与提供相邻区段之间的两个接缝(例如，接缝1305)。将区段1301至区段1304接合在一起以形成全孔径的潜在问题之一是在孔径1310上形成连续的导电虹膜平面，以防止RF从接缝处泄漏并帮助减轻旁波瓣。

因此，在一个实施例中，用于组合区段1301至区段1304的重叠方法利用在区段的第一接缝上的重叠贴片玻璃与叠置虹膜玻璃，以及在区段的第二接缝上的叠置贴片玻璃与重叠虹膜玻璃。图20示出了天线孔径相邻段的协调边缘的一个实施例。当观察将有助于与区段2002的侧面形成接缝的区段2001的侧面时，区段2001的贴片玻璃2020-1在重叠部区域2050中延伸超过导电粘合剂密封件2010-1的外侧边缘，而区段2001的虹膜玻璃2030-1在区段2001的导电粘合剂密封件2010-1之后结束。区段2002的侧面与区段2001的侧面互补，区段2002的补片玻璃2020-2在区段2002的导电粘合剂密封件2010-2之后结束，区段2002的虹膜玻璃2030-2延伸出而超过区段2002的导电粘合剂密封件2010-2的外边缘。这在创建接缝时沿着要接合的区段的每个边缘产生互补的重叠玻璃片和叠置玻璃片。

在一个实施例中，导电粘合剂密封件2010-1和2012-2分别在区段2001和区段2002的层之间提供导电连接。为了实现每个区段的虹膜和贴片(例如区段2001)之间的导电连接，在各个区段的组装期间，有在虹膜2030-1和贴片2020-1之间建立电连接的能力的导电粘合剂密封件2010-1被首先布置在虹膜金属2022-1和贴片金属2032-1之间。因为每个区段是相同构造的(例如，天线孔径的相同扇形体)，所以区段2002在重叠部区域2050周围类似且互补(例如，导电粘合剂密封件2010-1在贴片金属层2022-2和虹膜金属层2033-2之间形成导电连接)。另外，如本文更详细讨论的在组装期间，区段2001的虹膜金属层2032-1通过粘合密封件2012与区段2002的贴片金属层2022-2接合，粘合剂密封件2012在重叠部区域2050中形成接合区段的物理连接。在一个实施例中，粘合剂密封件2012是导电粘合剂密封。在粘合剂密封件2012是导电的实施例中，粘合剂密封件2012可以使用TFT制造领域的普通技术人员众所周知的任何导电粘合剂形成，例如导电环氧树脂、各向异性导电粘合剂以及薄膜等。此外，在一个实施例中，粘合剂密封件的导电性质在不同的区段的虹膜金属层(例如，虹膜金属层2032-1和虹膜金属层2032-2)之间产生相接的接地层，并且当所有区段接合时在所有区段的虹膜金属层上产生连续的接地层。在另一个实施例中，粘合剂密封件是非导电粘合剂密封件。在一个实施例中，当粘合剂不导电时，在区段2001和区段2002之间的接缝处形成RF扼流圈，其防止在区段接合时形成的接缝处的RF泄漏。

在实施例中，钝化层，例如分别在贴片金属层2022-1和贴片金属层2022-2上的钝化层2024-1和钝化层2024-2，以及分别在虹膜金属层2032-1和虹膜金属层2032-2上的钝化层2034-1和钝化层2034-2，可以提供保护材料的光涂层，其保护每个区段的贴片金属层和虹膜金属层免受腐蚀或其他环境因素的影响。在实施例中，当以上述方式制造四个相同的孔径扇形体(例如，区段1301至区段1304)并且在组件中边对边布置时，在重叠部区域2050中形成接缝区域，在接缝区域处区段(例如，区段2001)的一个边缘的贴片玻璃金属(例如，2022-1)将与的相邻区段(例如，区段2002)的虹膜玻璃金属(例如，2032-2)重叠。类似地，在所示区段的另一侧将发生互补重叠。

然后，在实施例中，在将区段组装成全孔径期间，将粘合剂密封件2012布置在区段之间的贴片和虹膜的重叠部区域2050中，如下所述。在实施例中，粘合剂密封件2012将区段2001和2002接合在一起，例如通过形成粘结部。在其他实施例中，可以使用用于接合区段的其他技术，例如焊接、钎焊以及直接接触等。

如上所述，在一个实施例中粘合剂密封件2012可以是导电的，但是在其他实施例中粘合剂密封件2012是不导电的。在任一实施例中，可选地应用于区段2002的虹膜区域或区段2001的贴片区域或应用于两者的粘合剂密封件2012可以在组装过程期间将区段2001与区段2002接合，该组装过程将每个区段，例如四个区段中的每一个，组合以产生天线孔径1310，其中每个区段是柱形馈电天线孔的相同扇形体。

在图20所示的实施例中，其中区段具有互补的贴片和虹膜重叠部和叠置部，当区段接合在一起形成重叠部区域时，获得改进的物理连接。改进的物理连接具有增加的强度，以确保区段相对于彼此保持其位置和平面度。此外，在区段之间以高精度保持连续性和配准性，以确保RF的质量。在所示实施例中，接缝区处的重叠部进一步保护了区段的金属边缘免受环境影响。

在实施例中，可以使用与本文的讨论一致的替代重叠布置。例如，使用不同组的区段，比如在每个接缝区上具有重叠部的第一组和在每个接缝区上具有叠置部的第二组，其中金属层和钝化层在重叠部/叠置部区域中延伸经过区段导电密封件，如此处所讨论的。使用两组不同孔径区段的这种布置具有易于组装的优点，但是其缺点是具有两种类型的区段，这些区段可能需要针对每种区段类型的不同组装过程。

作为图13中所示的这种分割方法的结果，一旦区段1301至区段1304被组装，区段1301至区段1304之间的接缝在中心处相遇并且从天线孔的中心到边缘径向地移动。这种配置是有利的，因为柱形馈电的产生的电流径向传播并且径向接缝对传播的波具有低的寄生影响。

如图13所示，作为LCD工业标准的矩形基板也可用于实现孔径。图14A和图14B示出了图13的单个区段具有施加的矩阵驱动晶格。矩阵驱动晶格为每个晶体管分配唯一的地址。参照图14A和图14B，列连接器1401和行连接器1402联接以驱动晶格线。图14B还示出了联接到晶格线的虹膜。

从图13中可以明显看出，如果使用非方形基板，则不能填充基板表面的较大面积。为了在非正方形基板上更有效地使用可用表面，在另一个实施例中，这些区段位于矩形板上，但是利用更多的板空间以用于天线阵列的分段部分。图15中示出了这种实施例的一个示例。参照图15，通过组合区段1501至区段1504产生天线孔径，区段1501至区段1504包括基板(例如，板)，其中包括天线阵列的一部分。虽然每个区段不表示圆形的扇形体，但是四个区段1501至1504的组合封闭了元件在其上布置的环。也就是，当区段1501至区段1504组合时，区段1501至区段1504中的每一个区段上的天线元件布置在环的部分中，形成同心并封闭的环。在一个实施例中，将基板组合并引入开放区域1505。开放区域1505是位于中心的天线馈电所在的位置并包括在天线中。此外，区段1501至区段1504中的每一区段可以利用上面关于图20讨论的重叠方法，使得区段1501至区段1504的互补侧在接合时改善天线孔径的接缝区处的连接。

当存在开放区域时，天线馈电联接到其余区段，因为馈电来自底部，并且开放区域可以由一块金属封闭以防止来自开放区域的辐射。也可以使用终端引脚。

以这种方式使用基板允许更有效地使用可用表面区域并且导致增加的孔径。

类似于图13、图14A以及图14B中所示的实施例，该实施例允许使用单元布置策略来获得矩阵驱动晶格以用唯一地址覆盖每个单元。图16A和图16B示出了图15的单个区段具有所应用的矩阵驱动点阵。矩阵驱动晶格为每个晶体管分配唯一的地址。参照图16A和图16B，列连接器1601和行连接器1602联接以驱动晶格线。图16B还示出了虹膜。

对于上述两种方式，可以基于最近公开的方式来执行单元布置，该方式允许在系统和预定义的晶格中生成矩阵驱动电路，如上所述。

虽然上述天线阵列的分割分为四个区段，但这不是必需的。阵列可以被划分为奇数个区段，例如，三个区段或五个区段。图19A和图19B示出了具有奇数个区段的天线孔径的一个示例。参照图19A，存在三个区段，即区段1901至区段1903，其未被组合。参照图19B，三个区段，即区段1901至区段1903，当组合时，形成天线孔径。这些布置是不利的，因为所有区段的接缝不会以直线一直穿过孔径。然而，它们确实减轻了旁波瓣。

天线孔径区段的组装

在一个实施例中，诸如在相应于每个区段的接缝区域的相对侧上具有重叠部/叠置部和重叠部/叠置部的区段1301至区段1304的区段被接合在一起以形成天线孔径(例如，孔径1310)。为了确保天线孔径的RF性能，当将每个区段相对于孔径图案原点布置时以及当沿着区段的接缝区将不同区段彼此布置和粘结时，需要高精度。此外，孔径区段之间的粘结部需要具有高机械强度以确保所得天线孔径的区段之间的连续性和平面性。

在一个实施例中，在将区段组装成天线孔径期间，利用基准点将区段与RF元件对准。如此处所讨论的，基准点是用作孔径图案原点的参考点的物体或标记。在一个实施例中，基准点用于使区段与孔径图案原点对准，并且当在组装夹具(例如固定台或其他工作表面)上时相对于其他区段对准。图21示出了具有两个基准点2102的区段2101，例如天线孔径的扇形体(例如，区段1301)。在一个实施例中，区段2101由两个基准点2102构成。如此处所讨论的，由于每个构造的区段是相同的，因此每个区段具有两个基准点(例如，基准点2102)。在一个实施例中，基准点2102的位置可以在孔径区段的RF元件的区域之外。此外，基准点2102使用与RF元件相同的过程布置，例如在TFT玻璃的制造期间。在实施例中，基准点2102位于相对于RF元件的布置以及相对于孔径图案原点2103的已知位置。在实施例中，孔径图案原点不需要位于区段2101上。尽管示出了两个基准点2102，但是也可以使用与本文的讨论一致的任何数量的大于2的基准点。

在实施例中，在组装过程期间，利用相对于图案原点具有已知距离和方向的多组基准点(例如，四组，每个区段/扇形体各两个基准点)，每个区段可以与其他区段精确对准并且相对于最终的天线孔径精确对准。在一个实施例中，利用具有用于每个孔径区段和孔径图案原点的相应基准点图案的组件夹具来布置和组装孔径区段。图22示出了用于将孔径区段组装成单个天线孔径的组件夹具2201的表面的一个实施例。

在一个实施例中，组装夹具2201表面足够大以组装所有区段(例如，孔径区段1301至区段1304)以产生完整的天线孔径。在实施例中，组装夹具2201包含对应于上面在图21中讨论的每个区段上的基准点的多组基准点(例如，基准点组2202-1到基准点组2202-4)。每个区段的基准点组2202-1到基准点组2202-4，例如每个段的两个基准点，相对于孔径图案原点2203布置在夹具2201上。例如，每组基准点2202-1至2202-4相对于孔径图案原点2203被机加工或以其他方式永久地标记在组装夹具2201的表面上。通过相对于图案原点机加工基准点，可以在组件2201的表面上以相对于彼此以及相对于图案原点布置、粘结和组装孔径区段所需的精度来标记位置，如本文所讨论的。在实施例中，使用基准点设定，区段可以相对于图案原点在0.050英寸的范围内对准。此外，一旦区段相对于彼此布置，区段之间的间隙范围将在0.002英寸的范围内。因此，可以以高精度执行区段相对于彼此以及相对于孔图案原点的布置。

在实施例中，基准点2102可以是透明或半透明的，或者可选地，围绕基准点2102的区段2101的区域可以是透明的或半透明的，使得基准点2101可以手动或以自动方式与组件2201的基准点光学对准。在所有区段处于适当位置之后，基于基准点相对于孔径图案原点的对准，所有区段可以保持就位同时区段彼此粘附，和/或粘附至另一个对象，例如载体、RF结构、接地金属或非金属保护器以及天线罩结构或其他结构。

区段布置

图23示出了孔径区段2301在组装夹具2302上的布置的一个实施例。在一个实施例中，使用用户控制的或自动化的拾取和布置系统(例如，自主机器人、用户控制的机器人组装设备以及用户操作的载体等)，一次一个地将区段(例如，四个孔径扇形体中的每一个)布置在夹具2302上。然而，两个或更多个区段可以同时布置在夹具2302上。

在一个实施例中，使用可伸缩区段布置销(未示出)将区段2306粗略地布置在夹具2302上。在将所有区段布置在其粗略位置之后，一次移动一个区段以将区段上的基准点对于夹具上的对应基准点进行排列，例如将区段基准点2306与夹具基准点2307对准。这种对准可以使用放大来完成，例如自相机或眼环(eye loop)进行对准。

在对准之后，可以使用真空来保持区段对准，而其他区段移动成它们各自对准。在一个实施例中，施加到一个或多个区段边缘的重叠部区域的粘合剂密封件在对准之前施加，因此每个区段在将与其接合的区段上方对准，并且在使用基准点2306和基准点2307在实现对准时下降到相邻区段上。对准确保了区段2301适当地定位到孔径图案原点2304以及每个区段相对于彼此定位。

图24示出了部分组装的天线孔径的一个实施例。部分组装的天线区段包括使用夹具2450上的基准点组2410对准所布置的区段2401。此外，区段2402也已经使用夹具2450上的基准点组2412对准，并且使用上面讨论的重叠部/叠置部方法在接缝区2403处接合。也就是说，每个区段的部分延伸超过接缝区2403进入另一个区段，使得在接缝处形成的重叠部/叠置部区增加了区段2401和区段2402之间连接的机械强度。此外，RF元件2422的一部分示出为在区段(例如，跨接缝区2403)之间的整体径向节距上，并且直到RF元件2420的最后一环。如本文所讨论的，在实施例中，RF元件2422相对于孔图案原点2424形成同心环。

在一个实施例中，可以使用真空将一个或多个区段保持在夹具2450上的适当位置，例如使用基准点2410对准的区段2401，而使用基准点2412将不是通过真空保持的区段(例如区段2402)移动到位，然后在真空下放置以将其保持在适当位置。在实施例中，夹具2450的一个或多个真空独立地保持区段，以允许逐个对齐。当所有区段都在正确的位置时，它们都可以被各自的真空保持。

在实施例中，通过将前三个布置的区段(例如，天线孔的前三个扇形体)粗略对准，使用基准点组实现相对于彼此以及孔径图案原点的高度精确对准，来如上所述的布置前三个布置的区段，然后通过真空保持到组装夹具。然而，由于孔径区段的每个边缘的重叠部/叠置部，第四区段和最终孔径区段不能简单地移动到位，因为这样的移动将导致粘合剂密封件的涂抹和/或各种孔径区段层(例如，金属层)的刮擦。因此，在一个实施例中，当最终区段相对于其基准点组移动到位时，在夹具2450中产生负空间2455，使得最终区段可以在移动到位的同时成角度(例如，将叠置部边缘降入负空间)，然后平整最终区段，使叠置部边缘向上，并且重叠部区域向下，与其相邻的区段边缘接触。在实施例中，负空间2455可以是夹具2450的表面中的凹陷、切口以及机加工凹部等。

图25示出了组装在夹具上然后连接到结构的所有区段的一个实施例。如上所述，区段2504被连接，并且在组装夹具2502上保持就位达最小持续时间，以确保施加到区段接缝区域的粘合剂已经凝固。在一个实施例中，持续时间可以是直到粘合剂完全凝固的最小时间。在另一个实施例中，粘合剂不需要完全凝固，但应设置成确保生坯强度以确保在区段2504随后移动到和/或连接到结构2506期间区段保持彼此共面。

在实施例中，在经过一段时间之后，将结构2506(例如载体结构、RF结构、天线罩组件以及电磁保护剂等)布置在区段2504上。在实施例中，结构2506包括机械对准特征2508，这使得结构2506能够在具有对应的固定对准特征2510的区段2504上方对准。例如，对准特征2508可以是机械对准特征，例如销、螺钉等，当区段连接到结构2506时，所述机械对准特征将结构连接并固定到区段组装夹具2502上。

在一个实施例中，区段2504进一步粘结到结构2506上。在一个实施例中，在将区段2504布置在组装夹具2502上并形成RF孔径之后，将它们保持就位，例如使用上面讨论的独立真空。尽管未示出，但在结构2506的一侧上是真空端口、粘合剂或拾取接合区段的一些其他方法。然后，一旦降低，区段2504就被保持在结构2506上，例如通过粘结到结构的粘合剂(例如，压敏粘合剂)。当结构2506和区段2504之间的粘结完成时，保持每个区段的各个真空被排气，使得结构2506可以在附加有区段2504的情况下被拾取。孔段的接缝之间的粘结强度确保了这些区段保持彼此配准并且与孔图案原点配准(例如，保持柱形RF孔径的区段的平面性和定位)，这又保持载体中的机械对准特征2508(例如，稳定地维持在结构2506中)的配准。

该结构2506可以移动进而对准另一个结构，例如另一个RF结构、天线罩结构或波导，并集成到下面更详细讨论的系统之一中。

图26示出了用于将孔段区组装成柱形馈电孔径的方法2600的一个实施例。在一个实施例中，该方法可以由自动系统执行，该自动系统可以在没有人为干预的情况下执行本文所讨论的操作。在另一个实施例中，该方法利用用户控制的机械执行，例如用于处理区段的拾取和布置系统、用于对准和布置区段的用户控制的机器人、用于排列基准点的光学系统以及其他系统。在又一个实施例中，自主组装系统和用户控制的组装系统的组合可以用在下面讨论的组装方法中。

通过在布置孔径区段之前混合粘合剂开始组装过程(块2602)。在一个实施例中，粘合剂是具有选定固化时间的时间敏感粘合剂。在一个实施例中，所选择的固化时间对应于将用于将孔径区段布置在其在组装夹具上相应的最终位置的时间。此外，时间敏感粘合剂可以是上面讨论的粘合剂，其在实施方案中是导电的或不导电的。此外，混合可以例如通过轨道混合器进行足够的时间以确保组分在整个粘合剂化合物中的均匀分布。然后，例如通过能够将给定体积的粘合剂精确地施加到给定区域的分配机器人，将混合的时间敏感粘合剂分配到每个孔径区段的接缝区的叠置部(块2604)。

然后将孔径区段粗略地定位在组装夹具上(处理块2606)。在一个实施例中，组装夹具可包括销、开槽、边缘等，其用于为每个区段提供起始位置。在一个实施例中，诸如用户控制机器人或自主控制机器人的拾取和布置装置可将区段布置在其组装夹具上的粗略位置。

然后，基于孔径区段基准与组装夹具基准的对准，将前三个孔径区段布置在组装夹具上的最终位置(块2608)。在一个实施例中，如上所述，每个区段具有用于与另一个区段的互补边缘接合的第一边缘，其中第一边缘具有重叠的贴片玻璃和导电材料(例如，金属层)以及虹膜和导电材料(例如，金属层)，贴片玻璃和导电材料延伸超过粘结片段的贴片和虹膜的导电粘合剂密封件，虹膜和导电材料刚刚延伸经过将贴片粘结到虹膜上的导电粘合剂密封件。重叠部导致区段的一部分延伸超过由接合时的两个区段形成的接缝(例如，通过将第一区段边缘的重叠部区域与延伸超出其他区段接缝区的重叠部区域接合)。在进行区段连接的每个接缝之间形成重叠部区域，从而提高区段之间连接的机械强度。此外，由于重叠部区域由导电材料构成，因此虹膜金属平面在一侧被引出到重叠部区域中，并且在重叠部区域的另一侧，虹膜平面被引出到边界密封下方。也就是说，连接穿过导电边界密封到贴片玻璃上的金属平面，然后金属平面被设置在虹膜金属平面上以形成重叠部的另一部分。

在一个实施例中，由于区段的重叠性质，并且由于每个区段是相同的，因此通过将最终孔径区段的叠置部旋转并移动到组装夹具的负空间中来将最终区段布置在孔径中然后进入平面和基准点对准(块2610)。如上所述，孔径区段的移动和布置就位可以通过自动化组装系统、用户控制组装系统或不同组装系统的组合来执行。

在一个实施例中，组装方法的块2606至块2610可以针对每个孔径区段同时或几乎同时执行。在该实施例中，每个孔径区段布置在夹具组件的表面上。在一个实施例中，布置的孔径区段的粗略定位包括将每个孔径区段布置在旋转位置，使得每个孔径区段的叠置部被布置在近似的最终位置，其中每个孔径区段的重叠部抬升到夹具组件的表面上方。在该实施例中，然后每个孔径区段同时或接近同时旋转和对准，使得每个区段的重叠部降低到具有相邻孔径区段的相应叠置部的重叠部区域中。如本文所讨论的，孔径区段在它们各自的最终位置中的对准是基于每个孔径区段的基准点与夹具组件的表面上的对应基准点标记的对准。

在任一实施例中，在布置和对准之后，所有孔径区段然后保持就位，直到时间敏感粘合剂已经凝固(块2612)。在一个实施例中，将真空单独地施加到每个区段以将区段保持在组装夹具上的适当位置。此外，可以将另外的真空施加到组装的RF孔径区段的表面，该另外的真空在组装的RF孔径区段的表面上施加均匀且一致的压力。在实施例中，施加到区段和表面的真空确保了区段之间相对于孔图案原点以及相对于孔径区段的径向同心RF元件的对准。此外，接缝区由粘合剂密封，以确保免受外部和环境因素的影响。最后，粘合和重叠结构确保了区段层之间的电连接。

然后，在时间敏感粘合剂凝固之后，可以将保护盖与组装的孔径区段接合(块2614)。如上所述，保护盖可以是载体、ESD缓解结构(例如，一层或多层保护和绝缘泡沫、护罩、真空袋等)、天线罩结构、RF结构或者保护结构的组合。此外，保护盖可以通过粘合剂、机械紧固件或其他方法连接。然后可以通过移动保护盖来移动完全形成的柱形RF孔径(块2616)。

示例系统实施例

在一个实施例中，形成孔径的组合区段可以用在与机顶盒结合操作的电视系统中。例如，在双接收天线的情况下，利用一个或多个形成的孔径的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，组合的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，而另一个子阵列被控制以接收另一个不同频率和/或极化的信号。频率或极化的这些差异表示电视系统接收的不同频道。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，以同时接收多个频道。

图27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27，天线2701包括两个空间交错的天线孔径，它们可独立地在如上所述的不同的频率和/或极化处同时进行双重接收。注意，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，包括两个交错的开槽阵列的天线2701联接到双工器2730。联接可以包括一个或多个馈电网络，其接收来自两个开槽阵列的元件的信号以产生馈送到双工器2730的两个信号。在一个实施例中，双工器2730是可商购的双工器(例如，来自A1Microwave的PB1081型WA Ku频带情景双工器)。

双工器2730联接到一对低噪声阻断转换器(LNB)2726和2727，其以本领域众所周知的方式执行噪声滤波功能、降频转换功能以及放大功能。在一个实施例中，LNB 2726和2727位于室外单元(ODU)中。在另一实施例中，LNB 2726和2727被集成到天线设备中。LNB2726和2727联接到机顶盒2702，机顶盒2702联接到电视2703。

机顶盒2702包括一对模数转换器(ADC)2721和2722，它们联接到LNB 2726和2727，以将从双工器2730输出的两个信号转换成数字格式。

一旦转换成数字格式，信号由解调器2723解调并由解码器2724解码，以获得接收波上的编码数据。然后将解码的数据发送到控制器2725，控制器2725将解码的数据发送到电视2703。

控制器2750控制天线2701，天线2701包括单个组合物理孔径上的两个天线孔径的交错开槽阵列元件。

全双工通信系统的一个示例

在另一个实施例中，根据本文的讨论创建的一个或多个孔径可以用在全双工通信系统中。图28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。虽然仅示出了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发送路径和/或多于一个接收路径。

参照图28，天线2801包括两个空间交织的天线阵列，其可独立操作以在如上所述的不同频率下同时发送和接收。在一个实施例中，天线2801联接到双工器2845。联接可以通过一个或多个馈电网络实现。在一个实施例中，在径向馈电天线的情况下，双工器2845组合两个信号，并且天线2801和双工器2845之间的连接是可以承载两个频率的单个宽带馈电网络。

双工器2845联接到低噪声阻断转换器(LNB)2827，其以本领域众所周知的方式执行噪声滤波功能和降频转换和放大功能。在一个实施例中，LNB 2827位于室外单元(ODU)中。在另一实施例中，LNB 2827集成到天线设备中。LNB 2827联接到调制解调器2860，调制解调器2860联接到计算系统2840(例如，计算机系统以及调制解调器等)。

调制解调器2860包括模数转换器(ADC)2822，其联接到LNB 2827，以将从双工器2845输出的接收信号转换为数字格式。一旦转换成数字格式，信号由解调器2823解调并由解码器2824解码，以获得接收波上的编码数据。然后将解码的数据发送到控制器2825，控制器2825将其发送到计算系统2840。

调制解调器2860还包括编码器2830，编码器2830对要从计算系统2840发送的数据进行编码。编码数据由调制器2831调制，然后由数模转换器(DAC)2832转换为模拟。然后，模拟信号由BUC(升频转换器和高通放大器)2833滤波，并提供给双工器2845的一个端口。在一个实施例中，BUC 2833处于室外单元(ODU)中。

以本领域众所周知的方式操作的双工器2845将发射信号提供给天线2801以进行传输。

控制器2850控制天线2801，天线2801包括单个组合物理孔径上的两个天线元件阵列。

注意，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以及车辆通信(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其他技术人员的手段。这里的算法通常被认为是产生期望结果的自相一致的步骤序列。这些步骤需要物理地操控物理量。通常，尽管不是必须的，这些物理量采用能够被存储、传输、组合、比较以及以其他方式操控的电信号或磁信号的形式。主要出于通用的原因，将这些信号称为比特、值、元素、符号、字符、术语以及数字等，有时已经证明这样是方便的。

然而，应该记住所有这些以及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标签。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，利用诸如“处理”或“运算”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电子计算设备的动作和过程，计算机系统或类似电子计算设备将在计算机系统的寄存器和存储器内表示为物理(电子)量的数据操作并转换成类似地表示为计算机系统存储器或寄存器或其他信息存储、传输或显示装置内的物理量的其他数据。

本发明还涉及用于执行本文操作的设备。该设备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启动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、磁卡或光学卡，或适用于存储电子指令的任何类型的介质，并且每个介质都联接到计算机系统总线。

本文呈现的算法和显示并非固有地与任何特定计算机或其他装置相关。各种通用系统可以与根据本文的教导的程序一起使用，或者也可能证实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构。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；光学存储介质；闪存装置等等。

尽管在阅读了前面的描述之后，本发明的许多改变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，通过图示的方式示出和描述的任何特定的实施例绝不是以任何方式被视为限制。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 (31)

1.一种由多个天线孔径区段组装天线孔径的方法，包括：

相对于第二孔径区段布置第一孔径区段以部分地形成所述天线孔径，其中所述第一孔径区段的重叠部与所述第二孔径区段的互补叠置部在接缝处重叠；以及

将所述第一孔径区段的所述重叠部连接到所述第二孔径区段的所述叠置部以部分地形成所述天线孔径。

2.根据权利要求1所述的方法，其中在所述第一孔径区段与所述第二孔径区段相邻布置以部分地形成所述天线孔径时形成的重叠部区域中，所述第一孔径区段的贴片的导体与所述第二孔径区段的虹膜的导体重叠。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述第一孔径区段的所述重叠部包括贴片玻璃和在所述贴片玻璃下面的贴片金属，其中所述贴片玻璃和所述贴片金属中的每一个延伸超过将所述贴片与所述第一孔径区段的虹膜接合的导电密封件，

其中，所述第二孔径区段的所述互补叠置部包括虹膜玻璃和在所述虹膜玻璃上方的虹膜金属，其中所述虹膜玻璃和所述虹膜金属中的每一个延伸超过将所述虹膜与所述第二孔径区段的贴片接合的导电密封件；并且

其中，当所述第一孔径区段与所述第二孔径区段相邻布置以部分地形成所述天线孔径时，所述第一孔径区段的所述贴片金属与所述第二孔径区段的所述虹膜金属在所述重叠部区域中重叠。

4.根据权利要求1所述的方法，其中将所述第一孔径区段相对于所述第二孔径区段布置进一步包括：

将所述第一孔径区段布置在夹具组件的表面上的初步位置；

将所述第一孔径区段上的基准点标记与所述夹具组件的所述表面上的相应基准点标记对准，以将所述第一孔径区段布置在相对于所述天线孔径的最终位置；

将所述第一孔径区段降低到所述夹具组件的所述表面上；并且

在其他孔径区段在所述夹具组件上布置并对准的同时，将所述第一孔径区段保持在所述最终位置。

5.根据权利要求4所述的方法，其中使用所述夹具组件的可伸缩销将所述第一孔径区段布置在所述初步位置。

6.根据权利要求4所述的方法，其中使用光学系统将所述第一孔径区段上的所述基准点标记与所述夹具组件的所述表面上的对应基准点标记对准。

7.根据权利要求4所述的方法，其中所述第一孔径区段上的所述基准点标记是透明或半透明的。

8.权利要求4所述的方法，进一步包括：

除了最后一个孔径区段之外，重复布置、对准以及保持所述天线孔径的每个孔径区段；

将所述最后一个孔径区段与相应的一组夹具组件基准点粗略对准；

将所述最后一个孔径区段的叠置部部分移动并旋转到所述夹具组件的负空间中，其中所述负空间与所述最后一个孔径区段将连接至的孔径区段的所述重叠部下面的区域对应；并且

当所述移动和旋转导致所述最后一个孔径区段的基准点与所述夹具组件的相应基准点对准时，将所述最后一个孔径区段降低到所述夹具组件的所述表面。

9.权利要求1所述的方法，进一步包括：

将所述天线孔径的每个孔径区段布置在所述夹具组件的表面上，其中所述每个孔径区段处于旋转位置，使得所述每个孔径区段的叠置部布置在所述孔径区段的近似最终位置，并且重叠部被升高到所述夹具组件的上方；

将所述每个孔径区段旋转到最终位置并在所述最终位置对准，其中所述旋转和对准降低每个区段的所述重叠部以与相邻孔径区段的相应叠置部形成重叠部区域，并且其中所述对准是基于将所述每个孔径的基准点标记与所述夹具组件的所述表面上的相应基准点标记对准；并

将每个孔径区段保持在所述最终位置中。

10.根据权利要求9所述的方法，其中对于所有孔径区段，同时或几乎同时地执行所述布置、旋转和对准。

11.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一孔区段的所述重叠部用施加到所述第二孔区段的所述叠置部的粘合剂粘结，并且其中所述粘合剂在所述接缝处充当所述天线孔径的外部与所述天线孔径的内部之间的屏障。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述粘合剂是非导电粘合剂。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述非导电粘合剂形成防止所述接缝处的射频(RF)泄漏的扼流圈。

14.根据权利要求11所述的方法，其中所述粘合剂是导电粘合剂。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述导电粘合剂在接合的孔径区段的虹膜金属层之间产生连续的接地层。

16.根据权利要求11所述的方法，其中所述粘合剂是时间敏感粘合剂，所述时间敏感粘合剂在预定时间长度之后形成粘结部，并且其中所有孔径区段的布置在所述预定时间之前完成。

17.权利要求16所述的方法，进一步包括：

当所述时间敏感粘合剂固化时，将所有孔径区段保持在所述夹具组件上；并且

在保持所述孔径区段的同时，对所述孔径区段的表面施加一致且均匀的压力。

18.权利要求16所述的方法，进一步包括：

在经过所述预定时间长度之后，将保护结构接合到所述天线孔径的表面。

19.根据权利要求18所述的方法，其中所述保护结构包括载体结构、射频(RF)结构或天线罩结构中的一种。

20.根据权利要求16所述的方法，其中所述预定时间长度包括足以使所述时间敏感粘合剂完全固化的时间长度。

21.根据权利要求16所述的方法，其中所述预定时间长度包括足以确保所述第一孔径区段与所述第二孔径区段之间的所述粘结部的稳定性的时间长度，并且所述预定时间长度小于足以使所述时间敏感性粘合剂完全固化的时间长度。

22.根据权利要求1所述的方法，其中所述天线孔径是由四个相同的孔径区段扇形体形成的柱形射频(RF)天线孔径。

23.一种设备，包括：

天线孔径的第一孔径区段；以及

所述天线孔径的第二孔径区段，其中所述第一孔径区段包括重叠部，所述重叠部与所述第二孔径区段的互补叠置部在接缝处重叠并接合以部分地形成所述天线孔径。

24.根据权利要求23所述的设备，其中在所述第一孔径区段与所述第二孔径区段相邻布置以部分地形成所述天线孔径时形成的重叠部区域中，所述第一孔径区段的贴片的导体与所述第二孔径区段的虹膜的导体重叠。

25.根据权利要求24所述的设备，其中所述第一孔径区段的所述重叠部包括贴片玻璃和在所述贴片玻璃下面的贴片金属，其中所述贴片玻璃和所述贴片金属中的每一个延伸超过将所述贴片与所述第一孔径区段的层接合的导电密封件，

其中，所述第二孔径区段的所述互补叠置部包括虹膜玻璃和在所述虹膜玻璃上方的虹膜金属，其中所述虹膜玻璃和所述虹膜金属中的每一个延伸超过将所述虹膜与所述二孔径区段的贴片接合的导电密封件；并且

其中，当所述第一孔径区段与所述第二孔径区段相邻布置以部分地形成所述天线孔径时，所述第一孔径区段的所述贴片金属与所述第二孔径区段的所述虹膜金属在所述重叠部区域中重叠。

26.根据权利要求23所述的设备，进一步包括：

施加到所述第二孔径区段的所述叠置部的粘合剂，所述粘合剂在固化时将所述第一孔径区段粘结到所述第二孔径区段，并且其中所述粘合剂在所述第一孔径区段粘结到所述第二孔径区段时形成的接缝处充当所述天线孔径的外部和所述天线孔径的内部之间的屏障。

27.根据权利要求26所述的设备，其中所述粘合剂是导电粘合剂。

28.根据权利要求27所述的设备，其中所述导电粘合剂在接合的孔径区段的虹膜层之间产生连续的接地层。

29.根据权利要求26所述的设备，其中所述粘合剂是非导电粘合剂。

30.根据权利要求29所述的设备，其中所述非导电粘合剂形成防止所述接缝处的射频(RF)泄漏的扼流圈。

31.根据权利要求23所述的设备，其中所述天线孔径是由四个相同的孔径区段扇形体形成的柱形射频(RF)天线孔径。