CN109417226A - 低轮廓通信终端及提供该终端的方法 - Google Patents

Abstract

为卫星通信提供低轮廓终端的技术和机制。在实施例中，通信终端包括天线罩、射频(RF)元件阵列以及设置在两者之间的泡沫层。泡沫层包括第一侧部和与第一侧部相对的第二侧部，其中RF元件阵列和天线罩分别经由第一侧部和第二侧部连接到泡沫层。通信装置提供天线罩和RF元件阵列之间的连续结构。在另一实施例中，第一侧部形成有助于一个或多个天线面板的平坦度的机械加工表面，该天线面板具有设置在其中或其上的RF元件阵列。

Description

低轮廓通信终端及提供该终端的方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年5月24日提交的申请号62/340,986的美国临时申请的权益，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明实施例总体涉及相控阵列天线，更具体但非排他地，涉及天线罩与天线面板的连接。

背景技术

现有的卫星系统以各种方式提供球形天线罩，天线罩中设置有被连接成由万向节带动的天线。天线通常包括安装在支架上的碟形天线(dish)，喇叭天线(horn)指向碟形天线表面。传统的车载地面站(VMES)，甚至那些包括各种相控阵装置的车载地面站，都需要其功能的某些部分的机动化和机械指向。

电子可转向、波束成形天线技术的最近的改进提供了新的车内式，车载式和其他应用的希望，这些应用支持、替换或补充了消费者智能电话和机载蜂窝技术模块的使用。至少出于这个原因，预计对利用电子可转向天线装置的通信终端的空间效率的逐步提高有越来越多的重视。

附图说明

根据附图通过示例而非限制的方式示出了本发明的各种实施例，在附图中：

图1是示出根据实施例的通信装置的元件的截面框图。

图2是示出根据实施例的用于提供天线系统的功能的方法的元素的流程图。

图3A-3C各自是示出根据实施例的制造通信装置的过程的各个阶段的截面图。

图4是示出根据实施例的通信装置的元件的截面图。

图5A示出了用于提供圆柱波导馈电器的同轴馈电器的一个实施例的俯视图。

图5B示出了具有一个或多个天线元件阵列的孔径，天线元件阵列放置在围绕圆柱形馈电天线的输入馈电器的同心环中。

图6示出了包括接地面和可重新配置的谐振器层的一行天线元件的透视图。

图7示出了可调谐谐振器/槽的一个实施例。

图8示出了物理天线孔径的一个实施例的截面视图。

图9A-9D示出了用于创建带槽阵列的不同层的一个实施例。

图10A、10B各自示出了产生输出波的天线系统的各实施例。

图11示出了将单格分组以形成同心正方形(矩形)的示例。

图12示出了将单格成组以形成同心八边形的示例。

图13示出了包括膜片和矩阵驱动电路的小孔径的示例。

图14示出了用于单格放置的晶格螺旋的示例。

图15示出了使用附加螺旋实现更均匀密度的单格放置的示例。

图16示出了被重复以填充整个孔径的选定的螺旋图案。

图17示出了将圆柱形馈电孔径分割成象限的一个实施例。

图18A和18B示出了具有所应用的矩阵驱动晶格的图17的单个分段。

图19示出了将圆柱形馈电孔径分割成象限的另一实施例。

图20A和20B示出了具有所应用的矩阵驱动晶格的图19的单个分段。

图21示出了矩阵驱动电路相对于天线元件放置的一个实施例。

图22示出了TFT封装的一个实施例。

图23A和23B示出了具有奇数个分段的天线孔径的一个示例。

图24是示出根据实施例的通信系统的特征的框图。

具体实施方式

本文描述的实施例以各种方式提供通信终端的紧密集成结构，其包括天线罩和射频(RF)元件阵列之间的连续结构——例如，其中通信装置省略了天线罩和RF元件阵列之间的任何空隙层。在传统的卫星通信系统中，天线罩通过设置在其与天线结构之间的空置体积与天线结构分离。除非另外指出，“天线结构”在本文中指的是用作天线的至少一部分的结构——例如，其中天线结构是整个天线，或者可选地，仅仅是天线的所有元件的子集。

通过集成元件使得孔径和天线罩之间没有空置体积，一些实施例提供了相对低轮廓(即更薄)的通信终端而没有过度牺牲结构完整性。在一些实施例中，天线罩可以在通信终端的制造期间用作载体——例如，其中天线罩用于移动或以其他方式定位以各种方式设置在一个或多个天线面板中或天线面板上的RF元件阵列。天线面板可以，例如包括薄膜晶体管(TFT)段或其他平面天线结构。尽管一些实施例在这方面不受限制，但是一些或所有这样的RF元件可以被设置为结构——在本文中称为“天线孔径”(为了简洁起见，在本文中也称为“孔径”)——例如，设置在输入馈电器周围和/或上方。

图1示出了根据实施例的参与无线通信的通信装置100的特征。通信装置100是包括天线罩、射频(RF)元件阵列和设置在天线罩和RF元件阵列之间的泡沫层的实施例的一个示例。RF元件阵列可以经由泡沫层连接到天线罩——例如，其中通信装置100省略RF元件阵列和天线罩之间的任何间隙层。

一些实施例提供了有助于更有效的制造处理的泡沫层——例如，在与天线罩组装之前或期间改善天线结构的处理和/或保护。可选地或额外地，提供泡沫层——例如代替传统天线设计中典型的间隙层——使得天线罩能够相对靠近天线结构，从而产生卫星通信终端的更薄(z维)的轮廓。

在所示的说明性实施例中，通信装置100包括天线罩110、泡沫层130和包括RF元件阵列的天线结构(例如所示的说明性天线面板140)。尽管“天线罩(radome)”这个词起源于“雷达(radar)”和“圆顶(dome)”的混成词，但是应当理解，各种实施例中的天线罩可以具有各种弯曲或甚至平坦的形状中的任何一种。还应当理解，本文描述的实施例不限于雷达信号的通信，而是可以涉及例如RF卫星通信。

天线罩110可以是将RF通信传播到天线面板140和/或从天线面板140传播的各种结构中的任何一种——例如，天线罩110进一步提供天线面板140的结构和/或环境保护。例如，天线罩110可以包括一种或多种介电材料——例如，包括适用于传统天线罩设计的各种塑料中的任何一种——对RF信号透明或以其它方式透射RF信号。天线罩110可以是，例如不包括任何可渗透(例如泡沫)材料的固体结构。可选地或额外地，在泡沫130上方延伸的天线罩110的至少一部分可以是弯曲的以从平面偏离——例如，偏离至少0.040英寸(并且在一些实施例中偏离至少0.060英寸)。在一个实施例中，天线罩110包括不同介电材料的堆叠层(未示出)——例如，具有被调谐以用于使用天线面板140的通信的信号传播特性轮廓的堆叠层。

天线罩110可以形成通信装置100的外表面112——例如，其中天线罩110形成或者是围绕天线面板140延伸的底盘、壳体或其他围合结构(enclosure)的一部分。这种围合结构可以由各种塑料、金属和/或其他材料，例如适用于传统通信终端设计的材料中的一种或多种的任何一种形成。在这样的实施例中，天线面板140可以直接或间接地设置在合围结构的下部(如示出的说明性支撑结构150所示)。支撑结构150可以包括或可选地，设置在包括天线面板140的天线的下方。例如，可将RF馈电器结构(未示出)连接成操作一些或所有RF元件——例如，其中RF馈电器结构是天线面板140的部件，设置在支撑结构150中或设置在天线面板140和支撑结构150之间。

天线面板140可以提供电子可转向(例如波束形成)天线的一些或全部功能。例如，天线面板140可以包括基板——例如，包括石英、玻璃、聚酰亚胺、印刷电路板等——其中超材料、薄膜晶体管(TFT)和/或在基板中或基板上以各种方式形成的其他结构被配置成执行RF信号传输和/或接收的元件阵列。一些或所有这样的结构可以，例如从传统的平板阵列体系结构改造而来，本文不对此详述，以避免使各实施例的某些特征难以理解。虽然一些实施例在这方面不受限制，但是天线面板140可以是彼此组合形成天线孔径的多个基板中的一个。然而，其他实施例不限于特定的将天线面板140用于提供电子可转向天线功能的RF阵列技术。

如图1所示，可通过粘合剂120将泡沫130连接到天线罩110的与侧部112相对的侧部114。例如，泡沫130可包括侧部134和与侧部134相对的另一侧部132，其中泡沫130通过侧部132粘附到天线罩110的侧部114，并且其中泡沫130进一步通过侧部134——直接或间接地——连接到天线面板140。虽然一些实施例在这方面不受限制，但是侧部134可以形成泡沫130的机械加工表面。例如，泡沫130的制造可包括用机床切割(例如刮削)、研磨和/或其他处理以移除泡沫材料以形成侧部134。在这样的实施例中，侧部134的机械加工表面可包括这种机械加工的微小脊、凹槽和/或其他标记。

泡沫130可以包括介电常数在1.0到1.25范围内的各种材料中的任何一种——例如，至少用于高达10GHz的信号。例如，泡沫130可包括来自德国埃森的赢创工业股份公司(Evonik Industries Aktiengesellschaft)的31HF泡沫或任何其他各种泡沫。

粘合剂120可包括各种材料中的任何一种，以在天线罩110与天线面板140或任何可有助于与天线面板140连接的中间结构(未示出)之间形成粘合剂粘合。在一个实施例中，粘合剂120包括各种压敏粘合剂(PSA)材料中的任何一种——例如，包括一种或多种苯乙烯共聚物、丙烯酸树脂和/或从常规PSA产品改造的其它材料。可选地或额外地，粘合剂120可包括一种或多种响应于热、紫外线辐射、空气和/或类似物而固化的材料——例如，其中粘合剂120由两部分环氧树脂粘合剂混合物形成，该粘合剂混合物刚好在泡沫130和天线罩110粘合之前沉积。

从侧部114延伸到天线面板140的通信装置100的结构可以省略任何间隙层并形成连续的材料堆叠。在不同的实施例中，这种堆叠的一种或多种材料可以形成各种平坦或弯曲表面中的任何一种，并且不限于图1中个别地示出的说明性平坦侧部。

在一个实施例中，泡沫130在侧部134处与天线面板140邻接或作为最靠近天线面板140的结构——例如，不同于可以将泡沫130和天线面板140彼此连接的任何粘合剂(未示出)。在其他实施例中，一个或多个其他结构可以设置在泡沫130和天线面板140之间。作为说明而非限制，通信装置100还可包括促进大角度波束方向和/或其他信号传播特性的一个或多个结构层。在一些实施例中，通信装置100还包括泡沫130和天线面板140之间的一个或多个附加泡沫层。这样的一个或多个附加泡沫层可以，例如包括形成至少一个机械加工表面的泡沫层。

泡沫130在侧部132、134之间可以稍薄——例如，与侧部112、114之间的天线罩110的厚度相比。例如，泡沫130的平均厚度可以等于或小于0.060英寸(例如，其中这样的平均厚度等于或小于0.040英寸，并且在一些实施例中，等于或小于0.030英寸)。

图2示出了根据实施例的用于提供电子可转向天线的通信功能的方法200的特征。方法200是提供诸如通信装置100的那些结构的实施例的一个示例。本文参考图3A-3C描述方法200以说明各实施例的某些特征，图3A-3C示出了根据一个示例实施例的制造通信终端的加工阶段300-307的顺序。然而，在其他实施例中，可以执行方法200以提供除了(或不同于)阶段300-307中所示的那些结构之外的各种结构中的任一种。

在所示的示例性实施例中，方法200包括在210形成设置在天线罩上的第一泡沫层。在210形成之后，第一泡沫层可包括第一侧部和相对的第二侧部(例如，分别为侧部134和侧部132)。在210形成泡沫层可包括在天线罩上沉积泡沫材料——例如，其中泡沫材料固化以将其自身粘附到天线罩，或者其中先前固化的泡沫材料通过粘合剂与天线罩结合。例如，方法200可以进一步包括用压敏粘合剂材料将第一泡沫层的第二侧部粘附到天线罩。在一些实施例中，在210形成泡沫层包括在天线罩上沉积之后机械加工泡沫材料，以在第一泡沫层的第一侧部形成第一机械加工表面。

现在参看图3A，可以使用压敏粘合剂330将天线罩310粘附(在阶段300)到泡沫材料320上——例如，其中泡沫材料320和粘合剂330设置在天线罩310的侧部312上。虽然一些实施例在这方面不受限制，但是天线罩310可以在其中形成一个或多个凹槽、孔和/或其他结构(例如所示的说明性通孔314)，以便于与通信终端的一个或多个其他结构连接。此外，尽管侧部312被示出为弯曲的，但是在各种实施例中，天线罩310可以替代地形成一个或多个平坦侧部。

如阶段301所示，泡沫材料320的侧部322可以用加工刀具316切割或以其他方式加工——例如，(在阶段302)这样的加工形成所得泡沫层320'的机械加工表面322'。可以执行这种加工以减小泡沫厚度和/或由于侧部322不平坦、弯曲或其他不平坦的表面。为了提供对尺寸、平坦度、对齐度和/或其他特征的精确控制，在这种加工和/或其他处理期间，可以将天线罩310固定到加工台340上。这种固定可由在侧部322的加工期间抵抗剪切力的夹紧、真空或其他机构提供，同时限制在天线罩310上施加弯曲力。

方法200可以进一步包括，在220，将电子可转向天线面板经由第一侧连接到第一泡沫层，同时将第一泡沫层粘附到天线罩。在220的连接可以，例如包括将天线罩和第一泡沫层定位到底座结构上，同时将天线面板设置到底座结构上。在这样的实施例中，定位可以包括使支座的表面与底座结构邻接，其中支座连接到天线罩并从天线罩延伸。

例如，现在参看图3B所示的阶段303，另一粘合剂324(例如，包括相同的粘合剂330的一种或多种的粘合剂材料)可设置在泡沫层320'上以形成将被直接或间接地安装到包括RF元件阵列的一个或多个天线结构上的第一组件。如阶段304所示，第一组件可从加工台340移除、倒置，然后对准并与例如定位并固定在对准台390上的一个或多个天线面板360接触。对准台390可以是部分平坦的，至少达到所需制造公差的某个最小阈值。可多选地或额外地，对准台390可以在其中形成一个或多个孔、柱和/或其他对准结构，以便相对于在阶段303形成的第一组件对准一个或多个天线面板360。

作为说明而非限制，如阶段305所示，多个对准结构(例如包括示出的说明性柱350)可以各种方式延伸贯穿布置了一个或多个天线面板360的层面——例如，其中一些或全部的这种对准结构围绕一个或多个天线面板360的周边以各种方式定位。在所示的示例性实施例中，柱350的功能可以促进至少在一些通孔314和对准台390的对应的孔(或其他基准结构)之间的x-y平面对准。可选地或额外地，柱350可以用作支座，以限制一个或多个结构随后可以与一个或多个天线面板360成z轴接近的程度。在这样的实施例中，柱350中的一些或全部可以各种方式与天线罩310环氧化、螺纹连接和/或以其他方式贴附。

现在参看图3C，在阶段305形成的第二组件(包括第一组件、一个或多个天线面板360和柱350)可以从对准台390移除并且与将被包括在通信终端中的一个或多个其他结构连接。作为说明而非限制，第二组件可在阶段306与底座392(例如提供支撑结构150)和邻接的侧壁结构380对准。

在所示的示例性实施例中，底座392包括螺纹孔，以便于将第二组件与其连接。如阶段307所示，螺钉370可以各种方式插入天线罩310中的各个孔314中，每个螺钉370与底座392的螺纹孔连接。底座392可以包括或以其他方式容纳各种附加或替代结构中的任一种，以便于与第二组件直接或间接连接。在这样的实施例中，柱350可以各种方式与底座392的表面邻接，由此柱350确保在至少一些最小所需的z轴距离(d1)上保持在一个或多个天线面板360和底座392的所述表面之间。虽然以各种方式示出了邻接底座392的各平坦表面区域，但是一个或多个柱350可替代地邻接底座392的各凹陷表面——例如，其中底座392形成与柱350结合以便于第二组件相对于底座392三维对齐和定位的孔和/或其他特征。

距离d1可以允许足够的空间来容纳一个或多个结构(例如包括所示的说明性RF馈电器结构362)。例如，距离d1可以确保使用螺钉370施加的压力不会导致一个或多个面板360、RF馈电器结构362和/或在底座392和天线罩310之间的其他结构的损坏。可选地或额外地，泡沫层320'(和/或设置在一个或多个天线面板360上的其他泡沫层)的可变形性可通过使压缩应力分布在更宽的面积上来减轻结构损坏。在一些实施例中，底座392本身包括RF馈电器结构362和/或其他天线结构。

阶段300-306所示的加工仅仅是天线罩和天线通过包括泡沫材料的连续结构相对于彼此固定的实施例的一个示例，其中提供支座以便于至少一些天线结构相对于为该天线结构提供结构支撑的其他结构的正确定位。这种其他结构可以连接到天线，或者可选地，可以是或者包括附加的天线结构。

在利用支座结构时，一些实施例在天线罩310的底部和底座392的顶部之间的垂直距离上适应底座392平面上的变化。例如，支座可以放置在围绕一个或多个天线面板360的周边的多个位置处，支座固定在适当位置使得支座的各底面处于与底座392的顶面相同的平面中。支座的这种定位可以减轻可能由天线罩310紧固到底座392而引起的天线罩310的倾斜和翘曲。因此，可以防止或减少一个或多个天线面板360上的应力。这种支座定位可以确保孔径(由一个或多个天线面板360形成)的膜片金属平面与RF馈电器的材料的各种其他平面平行。可选地或额外地，支座可有助于改善膜片金属平面在RF馈电器或其他下层结构上方的z轴(高度)定位——例如，尽管空气间隙位于膜片下方。

在一些实施例中，220处的连接包括经由一个或多个其他结构将天线面板连接到第一泡沫层。例如，这样的一个或多个其他结构可以包括经由第一侧部以各种方式连接到第一泡沫层的层，其中连接电子可转向天线面板包括经由这些层将电子可转向天线面板连接到第一泡沫层。这些层可以促进信号成型、波束定向和/或类似。

虽然一些实施例在这方面不受限制，但是方法200可以附加地或替代地包括例如由在210的成形和在220的连接提供的通信装置的操作。例如，方法200可以包括在230与天线面板一同参与经由天线罩和第一泡沫层传播的信号的通信。

图4示出了根据另一实施例的用于提供电子可转向天线的功能的通信装置450的特征。通信装置450可以包括通信装置100的一些或所有特征——例如，其中根据方法200的处理提供通信装置450的功能。

通信装置450是RF元件仅间接连接到泡沫层(并且进而连接到天线罩)的实施例的另一示例——例如，其中通信装置450省略RF元件和泡沫层之间的任何间隙层。在所示的说明性实施例中，通信装置450包括天线罩460、泡沫层462和天线面板474，天线板474具有以各种方式设置在其中或其上的各RF元件(未示出)。天线罩460可以包括彼此组合提供调谐信号传播特性的介电材料的堆叠层。

天线面板474可以设置在RF馈电器结构476上方，RF馈电器结构476又由底座478支撑——例如，RF馈电器结构476进一步将信号传播到天线面板474和/或从天线面板474传播信号。在所示的说明性实施例中，设置在天线面板474和泡沫层462之间的堆叠包括泡沫层466和例如有助于大角度波束定向和/或其他信号传播特性的其他层464、468。然而，在各种实施例中，这种堆叠可包括更多、更少和/或不同分层结构的各种其他设置中的任何一种。扣钩480和/或其他紧固件硬件可以连接到底座478，其中扣钩480将天线罩460固定到泡沫层462、堆叠、天线面板474和RF馈电器结构476上。在其他实施例中，底座478本身包括RF馈电器结构476和/或其他天线结构。

本文公开了平板天线的实施例。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，平板天线是圆柱形馈电天线，其包括矩阵驱动电路以唯一地寻址和驱动未以行和列放置的天线元件中的每一个。在一个实施例中，元件成环放置。

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连接在一起的多个分段。当连接在一起时，这些分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器同心。

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。

以下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，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。

在一个实施例中，平板天线是超材料天线系统的一部分。本文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(Earth Station，ES)的组件或子系统，移动平台使用Ka频带或Ku频带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形成和操控通过单独的天线发射和接收的波束。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(例如相控阵天线)的天线系统相反。

在一个实施例中，天线系统包括三个功能子系统：(1)包括圆柱形波导馈电构架的波导结构；(2)作为天线元件一部分的波散射超材料单格；(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。

图5A示出了用于提供圆柱波导馈电器的同轴馈电器的一个实施例的俯视图。图5A中所示的同轴馈电器结构可以，例如提供本文所描述的天线面板140或其他天线结构的功能。参看图5A，同轴馈电器包括中心导体和外导体。在一个实施例中，圆柱形波导馈电构架从中心点向天线馈电，其中激励从馈电点以圆柱形方式向外扩展。也就是说，圆柱形馈电天线产生向外传播的同心馈电波。即便如此，圆柱形馈电器周围的圆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，圆柱形馈电天线产生向内传播的馈电波。在这种情况下，馈电波最自然地来自圆形结构。

图5B示出了具有一个或多个天线元件阵列的孔径，天线元件阵列放置在围绕圆柱形馈电天线的输入馈电器的同心环中。

在一个实施例中，天线元件包括一组贴片和槽式天线(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，该单格包括下导体、介电基板和上导体，上导体嵌入了蚀刻或沉积在上导体上的补偿电感电容谐振器(Complementary Electric Inductive-Capacitive Resonator，“补偿电LC”或“CELC”)。如本领域技术人员能理解的，在CELC的背景下，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，并将与槽关联的下导体和与槽的贴片关联的上导体分开。液晶的介电常数是包含液晶的分子的取向函数，并且可以通过调节液晶两端的偏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，液晶使用该特性集成了用于将能量从导波传输到CELC的通/断(on/off)开关以及在导通和断开之间的中间状态。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进行操作的液晶。

在一个实施例中，该天线系统的馈电器几何结构使得天线元件与波导馈电器的波导矢量成45度角(45°)。需要注意的是，可以使用其他定位(例如成40°角)。元件的这个位置能够控制由元件接收或传输/辐射的自由空间波。在一个实施例中，天线元件被设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波幅激励。相对于馈电波激励将它们旋转+/-45度，则一次实现两个期望的特征。将一组旋转0度，另一组旋转90度则实现垂直目标，而不是等幅激励目标。需要注意的是，如上所述，当从两侧向单结构中的天线元件阵列馈电时，可以使用0度和90度实现隔离。

每个单格的辐射功率量通过使用控制器向贴片(跨LC通道电势)施加电压来控制。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液晶开始受电压和饱和电压影响的阈值电压决定，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，矩阵驱动器用于向贴片施加电压，以便将每个单格与所有其他单格分开来驱动，而不需要单独连接每个单格(直接驱动)。由于元件密度高，矩阵驱动器是单独寻址每个单格的最有效的方法。

在一个实施例中，天线系统的控制结构具有2个主要部件：控制器，其包括用于天线系统的驱动电子设备，位于波散射结构下方，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，控制器控制关闭哪些元件以及打开哪些元件以及在操作频率下的相位和振幅电平。通过施加电压对元件进行频率操作的选择性失谐。

对于传输，控制器向RF贴片提供电压信号阵列以创建调制或控制模式。控制模式使元件转换到不同的状态。在一个实施例中，与方波(即正弦灰度调制模式)相反，使用了各种元件接通和断开到不同的电平的多态控制进一步估算(approximating)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而一些元件不辐射。可变辐射通过施加特定的电压电平实现，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。

由元件的超材料阵列产生的聚焦波束可以通过相长干涉和相消干涉的现象解释。如果单个的电磁波在自由空间中相遇时具有相同的相位，则将它们相加(相长干涉)，并且如果它们在自由空间中相遇时相位相反，则将它们相互抵消(相消干涉)。如果槽型天线中的槽被定位成使得每个连续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槽的散射波不同的相位。如果槽间隔开四分之一的引导波长，则每个槽将散射具有距前一槽的四分之一相位延迟的波。

使用该阵列能增加可以产生的相长干涉和相消干涉的模式数量，从而理论上可以使用全息术原理在距离天线阵列的瞄准线增加或减少九十度(90°)的任何方向上指向波束。因此，通过控制哪些超材料单格接通或断开(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6示出了括接地面和可重新配置的谐振器层的一行天线元件的透视图。图6中所示的电线元件的设置可以，例如提供本文所描述的天线面板140或其他天线结构的功能。可重新配置的谐振器层630包括可调谐槽610的阵列。可调谐槽610的阵列可以被配置为将天线指向期望的方向。可以通过改变液晶两端的电压来调谐/调节每个可调谐槽。

控制模块680与可重新配置的谐振器层630连接，以通过改变图6中的液晶两端的电压来调制可调谐槽610的阵列。控制模块680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680包括逻辑电路(例如多路复用器)以驱动可调谐槽610的阵列。在一个实施例中，控制模块680接收包括要被驱动到可调谐槽610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680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参考波束遭遇(encounter)RF全息衍射图时可以产生期望的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605(在一些实施例中约为20GHz)。为了将馈电波变换成辐射波束(为了发送或接收目的)，在期望的RF波束(目标体束)和馈电波(参考波束)之间计算干涉图。干涉图被驱动到可调谐槽610的阵列上作为衍射图，使得馈电波被“控制(steered)”成期望的RF波束(具有期望的波形和方向)。换言之，遭遇到全息衍射图的馈电波“重建”根据通信系统的设计要求形成的目标波束。全息衍射图包括每个元件的激励并且由w_hologram＝w_in^*w_out计算，其中w_in为波导中的波动方程而w_out是输出波上的波动方程。

图7示出了可调谐谐振器/槽610的一个实施例。可调谐槽610包括膜片(iris)/槽612、辐射贴片611和设置在膜片612和贴片611之间的液晶613。在一个实施例中，辐射贴片611与膜片612协同定位。

图8示出了根据本公开的实施例的物理天线孔径的截面图。天线孔径包括接地面645和膜片层633内的金属层636，膜片层1233包括在可重新配置的谐振器层630中。在一个实施例中，图8的天线孔径包括多个图7的可调谐谐振器/槽610。膜片/槽612由金属层636中的开口限定。馈电波，例如图6的馈电波605，可以具有与卫星通信信道兼容的微波频率。馈电波在接地面645和谐振器层630之间传播。

可重新配置的谐振器层630还包括垫片层632和贴片层631。垫片层632设置在贴片层631和膜片层633之间。需要注意的是，在一个实施例中，间隔部可以代替垫片层632。在一个实施例中，膜片层633是包括铜层作为金属层636的印刷电路板(“PCB”)。在一个实施例中，膜片层633是玻璃。膜片层633可以是其他类型的基板。

可以在铜层中蚀刻开口以形成槽612。在一个实施例中，膜片层633通过导电粘合层与图8中的另一结构(例如RF馈电器结构)导电地连接。需要注意的是，在一个实施例中，膜片层不通过导电粘合层导电连接，而是与非导电粘合层接合。

贴片层631也可以是包括金属作为辐射贴片611的PCB。在一个实施例中，垫片层632包括提供机械支座以限定金属层636和贴片611之间尺寸的间隔部639。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8的天线孔径包括多个可调谐谐振器/槽，例如包括图7的贴片611、液晶613和膜片612的可调谐谐振器/槽610。液晶613的腔室由间隔部639、膜片层633和金属层636限定。当腔室填充有液晶时，可以将贴片层631层压到间隔部639上以密封谐振器层630内的液晶。

可以调制贴片层631和膜片层633之间的电压以调谐贴片和槽(例如可调谐谐振器/槽610)之间的间隙中的液晶。调节液晶613两端的电压会改变槽(例如可调谐谐振器/槽610)的电容。因此，可以通过改变电容来改变槽(可调谐谐振器/槽610)的电抗。槽610的谐振频率也根据方程f＝1/(2π√LC)变化，其中f是槽610的谐振频率，L和C分别是槽610的电感和电容。槽610的谐振频率影响从通过RF馈电器结构传播的馈电波605辐射的能量。作为示例，如果馈电波605是20GHz，则可以将槽610的谐振频率(通过改变电容)调节到17GHz，使得槽610基本上不耦合来自馈电波605的能量。或者，可以将槽610的谐振频率调节到20GHz，使得槽610耦合来自馈电波605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元的(完全辐射或根本不辐射)，但是有了多值范围内的电压变化，电抗以及进一步槽610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槽610辐射的能量，从而可以通过可调谐槽的阵列形成详细的全息衍射图。

在一个实施例中，一行中的可调谐槽彼此间隔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间隔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λ/3。

本发明的实施例使用了可重新配置的超材料技术，例如于2014年11月21日提交的名称为“可控制圆柱形馈电全息天线的动态极化和连接控制(Dynamic Polarization andCoupling Control from a Steerable Cylindrically Fed Holographic Antenna)”的美国专利申请号14/550,178以及于2015年1月30日提交的名称为“用于可重新配置天线的脊状波导馈电结构(Ridged Waveguide Feed Structures for Reconfigurable Antenna)”的美国专利申请号14/610,502所描述的，以满足市场的多孔径需求。

图9A-9D示出了用于创建带槽阵列的不同层的一个实施例。以各种方式在图9A-9D中展示的一些或全部阵列可以，例如提供本文所描述的天线面板140或其他天线结构的功能。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带的两种不同类型的天线元件。图9A示出了具有与槽对应的位置的第一膜片板层的一部分。参看图9A，圆圈是膜片基板底侧金属化部分中的开口区域/槽，用于控制元件与馈电器(馈电波)的连接。需要注意的是，该层是可选层且并未在所有设计中使用。图9B示出了带槽的第二膜片板层的一部分。图9C示出了第二膜片板层的一部分上的贴片。图9D示出了带槽阵列的一部分的俯视图。

图10A示出了圆柱形馈电天线结构的一个实施例的侧视图。如10A中所示的结构可以，例如提供本文所描述的天线面板140或其他天线结构的功能。天线使用双层馈电结构(即馈电结构中的两个层)产生向内行波。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结构。在一个实施例中，图10A的天线结构包括图5的同轴馈电器。

参看图10A，同轴引脚1001用于激励天线的低电平的场。在一个实施例中，同轴引脚1001是容易获得的50Ω同轴引脚。同轴引脚1001与作为导电接地面1002的天线结构的底部连接(例如用螺栓连接)。

作为内部导体的隙导体1003与导电接地面1002分开。在一个实施例中，导电接地面1002和间隙导体1003彼此平行。在一个实施例中，接地面1002和间隙导体1003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是在操作频率下的行波的波长。

接地面1002通过间隔部1004与间隙导体1003分开。在一个实施例中，间隔部1004是泡沫或类似空气的间隔物。在一个实施例中，间隔部1004包括塑料间隔物。

介电层1005位于间隙导体1003的顶部。在一个实施例中，介电层1005是塑料。图10A示出了馈电波发射到其内的介电材料的示例。介电层1005的目的是相对于自由空间速度减慢行波。在一个实施例中，介电层1005相对于自由空间使行波减慢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，其中自由空间根据定义具有等于1的折射率。可以使用其他介电间隔物材料，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减速效果，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层1005，例如可以加工或光刻限定的周期性亚波长金属结构。

RF阵列1006位于介电层1005的顶部。在一个实施例中，间隙导体1003和RF阵列1006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1007和1008。侧部1007和1008成角度以使来自同轴引脚1001的行波馈电通过反射从间隙导体1003(间隔层)下方的区域传播到间隙导体1003(介电层)上方的区域。在一个实施例中，侧部1007和1008的角度为45°角。在一个可选实施例中，侧部1007和1008可以用连续半径代替以实现反射。虽然图10A示出了具有45度角的成角度的侧部，但是可以使用实现从低电平馈电到高电平馈电的信号传输的其他角度。也就是说，假设低电平馈电中的有效波长通常会不同于高电平馈电中的有效波长，则可以使用与理想的45°角有一些偏差的角度辅助从低电平到高电平馈电的传输。

在操作中，当从同轴引脚1001馈送馈电波时，波从位于接地面1002和间隙导体1003之间的区域中的同轴引脚1001同心地向外传播。同心输出的波被侧部1007和1008反射并在间隙导体1003和RF阵列1006之间的区域中向内行进。从自圆周长边缘反射使得波保持同相(即它是同相反射)。行波被介电层1005减慢。此时，行波开始与RF阵列1006中的元件相互作用和激励以获得期望的散射。

为了终止行波，在天线的几何中心处的天线中包括终端1009。在一个实施例中，终端1009包括引脚终端(例如50Ω引脚)。在另一个实施例中，终端1009包括消除未使用的能量的RF吸波器，以防止未使用的能量通过天线的馈电结构反射回来。这些元件可以用在RF阵列1006的顶部。

图10B示出了具有输出波的天线系统的另一个实施例。图10B的天线系统可以，例如提供本文所描述的天线面板140或其他天线结构的功能。参看图10B，接地面1010可以基本上平行于介电层1012(例如塑料层等)。RF吸收器1019(例如电阻器)将接地面1010连接到设置在介电层1012上的RF阵列1016。同轴引脚1015(例如50Ω)向天线馈电。

在操作中，馈电波通过同轴引脚1015馈送并同心地向外行进且与RF阵列1016的元件相互作用。

图10A和10B的两个天线中的圆柱形馈电器改善了天线的使用角度。在一个实施例中，天线系统在所有方向上的瞄准线的服务角度为75度(75°)，而不是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组成元件的增益，组成元件本身是与角度相关的。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线而减小。在远离瞄准线75度处，预计增益显著降低约6dB。

具有圆柱形馈电器的天线的实施例解决了一个或多个问题。这些问题包括，与使用企业分频器网络馈电的天线相比，显着简化了馈电结构，因此减少了所需的总天线和天线馈电量；通过较粗略的控制(一直延伸到简单的二元控制)保持高波束性能，降低了对制造和控制误差的敏感度；由于圆柱定向的馈电波导致了远场中的空间多样化的旁瓣，因此与直线馈电相比提供了更有利的波瓣图；并且使得偏振是动态的，包括允许左旋圆、右旋圆和线性偏振而不需要偏振片。

图10A的RF阵列1006和图10B的RF阵列1016包括波散射子系统，该子系统包括充当辐射器的一组贴片天线(即散射体)。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、介电基板和上导体，上导体嵌入了蚀刻或沉积在上导体上的补偿电感电容谐振器(“补偿电LC”或“CELC”)。

在一个实施例中，液晶(LC)被注入到散射元件周围的间隙中。液晶封装在每个单格中，并将与槽关联的下导体和与槽的贴片关联的上导体分开。液晶的介电常数是包含液晶的分子的取向函数，并且可以通过调节液晶两端的偏压来控制分子的取向(并因此调节介电常数)。液晶使用该特性起到了将能量从导波传输到CELC的on/off开关的作用。当接通时，CELC像电小偶极天线一样发射电磁波。

控制LC的厚度增加了波束切换速度。下导体和上导体之间的间隙(液晶厚度)减少百分之五十(50％)使得速度增加四倍。在另一个实施例中，液晶的厚度使得波束切换速度约为十四毫秒(14ms)。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元件响应于平行施加到CELC元件的平面并垂直于CELC间隙补偿的磁场。当向超材料散射单格中的液晶施加电压时，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CELC在导波矢量上的位置来选择。每个单格产生与CELC平行的导波同相的波。因为CELC小于波长，所以当输出波通过CELC下方时，输出波与导波具有相同的相位。

在一个实施例中，该天线系统的圆柱形馈电器几何结构使得CELC元件与波导馈电器的波导矢量成45度角(45°)。元件的这个位置能够控制从元件产生或由元件接收的自由空间波的极化。在一个实施例中，CELC被设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用包括协同地定位到槽上且两者之间具有液晶的贴片的贴片天线实现。在这方面，超材料天线的作用类似于带槽(散射)波导。对于带槽波导，输出波的相位取决于槽相对于导波的位置。

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形馈电天线孔径上。单格的放置包括矩阵驱动的晶体管的放置。图21示出了矩阵驱动电路相对于天线元件放置的一个实施例。参看图21，行控制器2101经由行选择信号Row1和Row2分别与晶体管2111和2112连接，并且列控制器2102经由列选择信号Column1与晶体管2111和2112连接。晶体管2111还通过与贴片2131的连接与天线元件2121连接，而晶体管2112通过与贴片2132的连接与天线元件2122连接。

在圆柱形馈电器天线上实现矩阵驱动电路的初始方法中，其中单格放置在非规则网格中，执行了两个步骤。在第一步中，将单格放置在同心环上，并且将每个单格与放置在单格旁的晶体管连接，并用作开关以分别驱动每个单格。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，但是单格放置在环上，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，并导致物理迹线数量显着增加以完成布线。由于单格的高密度，这些迹线会因为耦合效应干扰天线的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，在放置单格和晶体管之前预先定义了矩阵驱动电路。这确保了驱动所有单格所需的最少数量的迹线，其中每个单格具有唯一的地址。该策略降低了驱动电路的复杂性并简化了布线，从而改善了天线的RF性能。

更具体地，在一种方法中，在第一步中，将单格放置在由描述每个单格的唯一地址的行和列组成的规则的矩形网格上。在第二步中，将单格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单格放在环上，而且还要保持单格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，有几种方法对细胞进行分组。

图11示出了将单格分组以形成同心正方形(矩形)的示例。参看图11，正方形1101-1103在行和列的网格1100上示出。需要注意的是，这些是正方形的例子，而不是所有在图11的右侧创建单格布局的正方形。然后，通过数学保形映射过程，每个正方形，例如正方形1101-1103，被转换成环，例如天线元件的环1111-1113。例如，外环1111是左侧外部正方形1101的变形。

转换后单格的密度由除了前一个正方形之外的下一个较大的正方形包括的单格数确定。在一个实施例中，使用正方形导致附加天线元件的数量ΔN在下一个较大的正方形上为8个附加单格。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：环到环的距离)与单元间距2(CP2：沿着环的单格到单格的距离)的比率由下式给出：

CP1/CP2＝ΔN/2π

因此，CP2是CP1的函数(反之亦然)。图11中示例的单元间距的比率就是

CP1/CP2＝8/2π＝1.2732

这意味着CP1大于CP2。

在一个实施例中，为了执行变换，选择每个正方形上的起始点，例如正方形1101上的起始点1121，并且将与该起始点相关联的天线元件放置在其对应环的一个位置上，例如环1111上的起始点1131。例如，x轴或y轴可以用作起始点。此后，选择从起始点沿一个方向(顺时针或逆时针)前进的正方形上的下一个元件，并且将该元件沿在正方形中使用过的相同的方向(顺时针或逆时针)放置在环上的下一个位置。重复该过程直到所有天线元件分配到了在环上的位置。对所有正方形重复整个正方形到环形变换过程。

然而，根据分析研究和路由约束，优选应用大于CP1的CP2。为实现此目的，使用了图12中所示的第二策略。参看图12，单格最初相对于网格1200被分组为八边形，例如八边形1201-1203。通过将网格分组为八边形，附加天线元件的数量ΔN等于4，这给出了比率：

CP1/CP2＝4/2π＝0.6366

这导致CP2>CP1。

根据图12的用于单格放置的从八边形到的同心环的转换可以与上文参考图11所述相同的方式通过最初选择起始点执行。

需要注意的是，结合图11和12公开的单格布局可以提供许多特征中的任何一个。这些特征可以包括例如对于整个孔径恒定的CP1/CP2(尽管例如对于孔径90％恒定的CP1/CP2仍然可以起作用)。另一个这样的特征是CP2是CP1的函数。还有另一个特征是随着与定位在中心的天线馈电器的环距增加，每个环的天线元件数量不断增加。还有另一个特征是单格可以连接到矩阵的行和列——例如，其中所有单格具有唯一的地址。可选地或额外地，单格可以放置在同心环上。还有另一个特征是可能存在旋转对称性，因为四个象限是相同的并且可以旋转1/4楔形以构建阵列。例如，这种旋转对称对于分段的实施例可能是有益的。需要注意的是，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13示出了包括膜片和矩阵驱动电路的小孔径的示例。行迹线1301和列迹线1302分别表示行连接和列连接。这些线描述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路由)。每对膜片旁边的正方形是晶体管。

图13还示出了用于使用双晶体管的单格放置技术的潜力，其中每个元件驱动PCB阵列中的两个单格。在这种情况下，一个分立器件封装包括两个晶体管且每个晶体管驱动一个单格。

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22示出了TFT封装的一个实施例。参看图22，其示出了具有输入和输出端口的TFT和保持电容器2203。有两个输入端口连接到迹线2201且两个输出端口连接到迹线2202，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90°角交叉，以减少并可能最小化行和列迹线之间的连接。在一个实施例中，行和列迹线在不同的层上。

图11-13中所示的所提出的单格放置的另一个重要特征是布局是重复图案，其中布局的每个四分之一与其他布局相同。这使得阵列的子部分围绕中心天线馈电器的位置旋转地重复，这反过来使得孔径被分割成子孔径。这有助于制造天线孔径。

在另一个实施例中，在圆柱形馈电天线上的矩阵驱动电路和单格放置以不同的方式完成。通过旋转地重复阵列的子部分实现布局以在圆柱形馈电天线上实现矩阵驱动电路。该实施例还允许改变可用于逐渐减小照射的单格密度，以改善RF性能。

在该替代方法中，在圆柱形馈电天线孔径上的单格和晶体管的放置基于由螺旋形迹线形成的晶格。图14示出了这样的晶格顺时针螺旋的例子，例如沿顺时针方向弯曲的螺旋1401-1403，以及沿顺时针方向或相反方向弯曲的螺旋，例如螺旋1411-1413。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叉点给出的唯一地址，因此可以用作矩阵驱动晶格。此外，交叉点可以分组在同心环上，这对于圆柱形馈电天线的RF性能至关重要。

与上文讨论的在圆柱形馈电天线孔径上放置单格的方法不同，上文结合图14讨论的方法提供了单格的不均匀分布。如图14所示，单格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的控制器的控制下结合逐渐减小照射的方法。

由于单格的尺寸和它们之间所需的用于迹线的空间，单格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密，或者换言之，为了避免靠近边缘的单格不足，可以随着连续同心环的半径增加而将额外的螺旋添加到初始螺旋中。图15示出了使用附加螺旋实现更均匀密度的单格放置的示例。参看图15，随着连续同心环的半径增加，诸如附加螺旋1501的附加螺旋被添加到初始螺旋，例如螺旋1502。根据分析仿真，该方法提供了收敛了完全均匀的单格分布的性能的RF性能。需要注意的是，由于逐渐减小的元件密度，该设计提供了比上述一些实施例更好的旁瓣特性。

使用螺旋进行单格放置的另一个优点是可以简化布线工作并降低制造成本的旋转对称性和可重复的图案。图16示出了重复以填充整个孔径的螺旋的选定图案。需要注意的是，结合图14-16公开的单格布置具有许多特征。一个这样的特征是CP1/CP2在整个孔径上不是恒定的。另一个特征是CP2可以是CP1的函数。还有另一个特征是，随着与定位在中心的天线馈电器的环距增加，每个环的天线元件的数量可能不会增加。还有另一个特征是一些或所有单格可能不连接到矩阵的行和列。其他这样的特征是一些或所有单格可以具有唯一的地址，单格可以位于同心环上和/或可以具有旋转对称性。因此，上文结合图14-16描述的单格放置实施例具有许多与上文结合图11-13描述的单格放置实施例类似的特征。图11-16中以各种方式示出的一些或所有单格布置可以，例如提供本文所描述的天线面板140或其他天线结构的功能。

在一个实施例中，通过将多个天线元件段结合在一起来创建天线孔径。这要求对天线元件阵列进行分段，并且分段理想地需要天线的可重复的覆盖图案。在一个实施例中，进行圆柱形馈电天线阵列的分段使得由于每个辐射元件的不同旋转角度，天线覆盖不以直线和串联方式提供可重复的图案。本文公开的分段方法的一个目标是提供分割而不损害天线的辐射性能。

虽然本文描述的分段技术聚焦在改进并且可能最大化具有矩形形状的工业标准基板的表面的利用，但是该分段方法不限于这种基板形状。

在一个实施例中，圆柱形馈电天线的分段以四个分段的组合实现天线元件放置在同心且闭合的环上的图案的方式执行。这方面对于维持RF性能很重要。此外，在一个实施例中，每个分段需要单独的矩阵驱动电路。

图17示出了将圆柱形馈电孔径分割成象限。参看图17，分段1701-1704是相同的被组合以构建圆形天线孔径的象限。分段1701-1704中的每一个上的天线元件放置在当分段1701-1704组合时形成同心环和闭环的环的部分中。分段将被安装或层压到载体上以进行组合。在另一个实施例中，分段的重叠边缘用于将分段组合在一起。在这种情况下，在一个实施例中，跨过边缘建立了导电键合以防止RF泄漏。需要注意的是，元件类型不受分段的影响。

作为图17中所示的这种分段方法的结果，分段1701-1704之间的接缝在中心处相遇并且从天线孔径的中心到边缘径向地行进。这种配置是有利的，因为产生的圆柱形馈电器的电流径向传播并且径向接缝对传播波具有较小的寄生冲击(parasitic impact)。

如图17所示，作为LCD工业中的标准，矩形基板也可用于实现孔径。图18A和18B示出了具有所应用的矩阵驱动晶格的图17的单个分段。矩阵驱动晶格为每个晶体管分配唯一的地址。参看图18A和18B，连接列连接器1801和行连接器1802以驱动晶格线。图18B还示出了连接到晶格线的膜片。

从图17中可以明显看出，如果使用非正方形基板，则不能填充大面积的基板表面。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，分段位于矩形板上，但是利用了更多的板空间用于天线阵列的分段部分。图19中示出了这种实施例的一个例子。参看图19，天线孔径通过组合分段1901-1904产生，天线孔径包括基板(例如板)，基板包括天线阵列的一部分。虽然每个分段不表示圆形象限，但是四个分段1901-1904的组合闭合了放置有元件的环。也就是说，区段1901-1904中的每一个上的天线元件放置在当组合区段1901-1904时形成同心和闭合环的环的部分上。在一个实施例中，基板以滑动瓷砖的方式组合，使得非正方形板的较长边引入称为开放区域1905的矩形禁区。开放区域1905是位于中心的天线馈电器所在的位置并包括在天线中。

由于馈电来自底部，因此当存在开放区域时，天线馈电器连接到剩余的分段，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。也可以使用终端销。以这种方式使用基板能更有效地使用可用表面区域并导致孔径直径增大。

与图17、18A和18B中所示的实施例相似，该实施例允许使用单格放置策略以获得矩阵驱动晶格从而用唯一地址覆盖每个单格。图20A和20B示出了具有所应用的矩阵驱动晶格的图19的单个分段。矩阵驱动晶格为每个晶体管分配唯一的地址。参看图20A和20B，连接列连接器2001和行连接器2002以驱动晶格线。图20B还示出了膜片。图17、18A、18B、19、20A和20B中以各种方式示出的一些或所有结构可以，例如提供本文所述的天线面板140或其他天线结构的功能。

对于上述两种方法，可以基于最近公开的方法来执行单格放置，该方法允许在系统和预定义的晶格中生成矩阵驱动电路，如上文所述。

虽然上述天线阵列的分段分为四个分段，但这不是必需的。阵列可以被划分为奇数个分段，例如，三个分段或五个分段。图23A和23B示出了具有奇数个分段的天线孔径的一个示例。图23A和23B中以各种方式示出的一些或所有分段结构可以，例如提供本文所述的天线板140或其他天线结构的功能。参看图23A，存在三个未组合的分段2301-2303。参看图23B，当组合时，三个分段2301-2303形成天线孔径。这些设置不是有利的，因为所有分段的接缝不会以直线一直穿过孔径。然而，它们确实减轻了旁瓣。

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。

图24是根据实施例的具有发送和接收路径的通信系统的框图。图24的通信系统可以包括通信装置100、450之一的特征和/或例如，阶段300-307中所示的特征。虽然示出了一个发送路径和一个接收路径，但是通信系统可以仅包括接收路径和发送路径中的一个，或者可选地，可以包括多于一个发送路径和/或多于一个接收路径。

参看图24，天线2401包括一个或多个天线面板，用于发送和接收卫星通信——例如，同时以不同的单独频率。在一个实施例中，天线2401与双工器2445连接。可以通过一个或多个馈电网络连接。在径向馈电天线的情况下，双工器2445可将两个信号组合——例如，其中天线2401和双工器2445之间的连接包括可以承载两个频率的单个宽带馈电网络。

双工器2445可连接到低噪声块下变频器(LNB)2427以执行噪声滤波功能和下变频以及放大功能——例如，包括从本领域已知技术的改造的操作。在一个实施例中，LNB 2427在室外单元(ODU)中。在另一实施例中，LNB 2427被集成到天线装置中。LNB 2427可连接到调制解调器2460，调制解调器2460可进一步连接到计算系统2440(例如计算机系统、调制解调器等)。计算系统2440是可以向用户提供某些基于输入的输出，和/或一些输入的硬件的一个示例，该输入确定——与天线2401通信的信号。例如，计算系统2440可以包括或连接到显示装置，该显示装置基于经由天线2401的信号通信生成显示。

调制解调器2460可包括可连接到LNB 2427的模数转换器(ADC)2422，以将从双工器2445输出的接收信号转换为数字格式。一旦转换成数字格式，信号可由解调器2423解调并由解码器2424解码以获得接收波上的编码数据。然后可将解码的数据发送到控制器2425，控制器1425将其发送到计算系统2440。

调制解调器2460可额外或可选地包括对要从计算系统2440发送的数据进行编码的编码器2430。编码数据可由调制器2431调制，然后由数模转换器(DAC)2432转换为模拟信号。然后，模拟信号可由BUC(上变频和高通放大器)2433滤波，并提供给双工器2445的一个端口。在一个实施例中，BUC 2433在室外单元(ODU)中。双工器2445可以支持从传统互连技术改造的操作以将发送信号提供给天线2401进行传输。

控制器2450可以控制天线2401，包括控制器2450发送信号以配置一个或多个天线元件的波束控制、波束成形，频率调谐和/或其他操作特性。需要注意的是，图24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。

本文描述了用于提供卫星通信机制的技术和体系结构。在上述描述中，出于解释的目的，阐述了许多具体细节以便提供对某些实施例的透彻理解。然而，对于本领域技术人员将会显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践某些实施例。在其他情况下，结构和装置以框图形式示出，以避免使描述难以理解。

说明书中对“一个实施例”或“实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。在说明书中各处出现的短语“在一个实施例中”不一定都指的是同一实施例。

本文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计算机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签。除非从本文的讨论中明确说明，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。

一些实施例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非瞬时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、磁光盘、只读存储器(ROM)、诸如动态RAM(DRAM)的随机存取存储器(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何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本文的描述中看出。另外，没有结合任何特定的编程语言描述一些实施例。应当理解，可以使用各种编程语言来实现如本文所述的这些实施例的教导。

除了本文描述的内容之外，在不脱离其范围的情况下，可以对所公开的实施例及其实现方式进行各种修改。因此，本文的图示和示例应该被解释为说明性的而非限制性的意义。应该仅通过参考下面的权利要求来衡量本发明的范围。

Claims (16)

1.一种设备，包括：

天线罩；

第一泡沫层，包括第一侧部和与所述第一侧部相对的第二侧部，其中所述第一泡沫层经由所述第二侧部粘附到所述天线罩；以及

电子可转向天线面板，经由所述第一侧部连接到所述第一泡沫层；所述电子可转向天线面板被配置成参与待穿过所述天线罩且穿过所述第一泡沫层的信号的通信。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一侧部形成所述第一泡沫层的第一机械加工表面。

3.根据权利要求1所述的设备，还包括：

设置在所述天线面板和所述第一泡沫层之间的第二泡沫层，其中，所述第二泡沫层的侧部形成第二机械加工表面。

4.根据权利要求1所述的设备，还包括：

支撑所述天线面板的底座结构，其中所述天线面板设置在所述底座结构和所述天线罩之间；以及

连接到所述天线罩的支座，其中所述支座从所述天线罩延伸并与所述底座结构的表面邻接。

5.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一泡沫层通过压敏粘合剂材料粘附到所述天线罩。

6.一种方法，包括：

形成设置在天线罩上的第一泡沫层，所述第一泡沫层包括第一侧部和与所述第一侧部相对的第二侧部；以及

当所述第一泡沫层粘附到所述天线罩时，经由所述第一侧部将电子可转向天线面板连接到所述第一泡沫层。

7.根据权利要求6所述的方法，其中形成所述第一泡沫层包括：

在天线罩上沉积泡沫材料；以及

在沉积后，机械加工所述泡沫材料以形成位于所述第一泡沫层的第一侧部的第一机械加工表面。

8.根据权利要求6所述的方法，还包括：

形成经由第一泡沫层连接到所述天线罩的第二泡沫层，其中所述第二泡沫层的侧部形成第二机械加工表面，且其中连接电子可转向天线面板包括经由所述第二机械加工表面将所述电子可转向天线面板连接到所述第一泡沫层。

9.根据权利要求6所述的方法，其中连接电子可转向天线面板包括当所述天线面板设置在底座结构上时，将所述天线罩和所述第一泡沫层定位到所述底座结构上；所述定位包括将支座的表面与所述底座结构邻接，其中所述支座连接到所述天线罩并从所述天线罩延伸。

10.根据权利要求6所述的方法，还包括使用压敏粘合剂材料将所述第二侧部粘附到所述天线罩。

11.根据权利要求6所述的方法，还包括使用压敏粘合剂材料将所述第二侧部粘附到所述天线罩。

12.一种系统，包括

通信装置，包括：

天线罩；

第一泡沫层，包括第一侧部和与所述第一侧部相对的第二侧部，其中所述第一泡沫层经由所述第二侧部粘附到所述天线罩；以及

电子可转向天线面板，经由所述第一侧部连接到所述第一泡沫层；所述电子可转向天线面板被配置成参与待穿过所述天线罩且穿过所述第一泡沫层的信号的通信；以及

显示装置，连接到所述通信装置，所述显示装置基于信号的通信显示图像。

13.根据权利要求12所述的设备，其中所述第一侧部形成所述第一泡沫层的第一机械加工表面。

14.根据权利要求12所述的系统，所述通信装置还包括：

设置在所述天线面板和所述第一泡沫层之间的第二泡沫层，其中，所述第二泡沫层的侧部形成第二机械加工表面。

15.根据权利要求12所述的系统，所述通信装置还包括：

支撑所述天线面板的底座结构，其中所述天线面板设置在所述底座结构和所述天线罩之间；以及

连接到所述天线罩的支座，其中所述支座从所述天线罩延伸并与所述底座结构的表面邻接。

16.根据权利要求12所述的系统，其中所述第一泡沫层通过压敏粘合剂材料粘附到所述天线罩。