CN109716158A - 包含具有高rf调谐、宽热操作范围及低粘度的射频液晶(rflc)混合物的天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种包含具有改进的性能的射频(RF)液晶(RFLC)混合物的装置。在一个实施例中，改进的性能包括高RF调谐、宽热操作范围以及低粘度。在一个实施例中，该装置包括天线，该天线包括：具有多个天线元件的天线元件阵列，每个天线元件具有液晶(LC)结构，其中LC结构包括以下中的一种或多种的混合物：用质子、氢(H)或杂原子中的至少一个或多个进行侧向官能化。

Description

包含具有高RF调谐、宽热操作范围及低粘度的射频液晶 (RFLC)混合物的天线

相关申请的交叉引用

本专利申请要求于2016年5月20日提交的序列号为62/339,550、题为“具有高RF调谐、宽热操作范围以及低粘度的射频液晶(RFLC)混合物”的临时专利申请的优先权，并通过引用其相关内容并入本文。

技术领域

本发明的实施例涉及具有液晶(LC)的射频(RF)装置的领域；更具体地，本发明的实施例涉及具有适用于超材料调谐天线的高RF调谐和低粘度的射频(RF)装置。

背景技术

最近，已经公开表面散射天线和其他这样的射频装置，其使用基于液晶(LC)的超材料元件作为装置的一部分。在天线的情况下，LC已被用作用于调谐天线元件的天线元件的一部分。这些装置的性能至少部分地取决于所使用的LC。因此，可期望开发具有改善使用它们的装置的性能的性质的LC。

发明内容

公开一种包含具有改进的性能的射频(RF)液晶(RFLC)混合物的装置。在一个实施例中，改进的性能包括高RF调谐、宽热操作范围以及低粘度。在一个实施例中，该装置包括天线，该天线包括：具有多个天线元件的天线元件阵列，并且每个天线元件具有液晶(LC)结构，其中LC结构包括以下中的一种或多种的混合物：

用质子、氢(H)或杂原子中的至少一个或多个进行侧向官能化。

附图说明

从下面给出的详细描述以及本发明的各个实施例的附图将更全面地理解本发明，然而，不应将本发明限制于特定实施例，而是仅用于说明和理解。

图1示出液晶(LC)向列相相对于入射微波辐射的相对方向的表示。

图2A示出基于计算机建模的元网络天线技术单个元件内的磁场方向和浓度的表示。

图2B是典型的元网络天线技术单个元件的图。

图2C示出谐振频率调谐的表示。

图3示出利用简单线性组合模型得出的结合Δη估计的射频(RF)调谐研究的近似结果。

图4-8示出所选LC混合物的热(差示扫描量热法)迹线。

图9示出用于提供圆柱波馈电的同轴馈电的一个实施例的俯视图。

图10示出具有一个或多个放置在围绕圆柱馈电天线的输入馈电的同心环中的天线元件阵列的孔。

图11示出一行包括接地平面和可重构谐振器层的天线元件的透视图。

图12示出可调谐谐振器/狭缝的一个实施例。

图13示出物理天线孔的一个实施例的截面图。

图14A-D示出用于创建狭缝阵列的不同层的一个实施例。

图15示出圆柱形馈电天线结构的一个实施例的侧视图。

图16示出具有输出波的天线系统的另一实施例。

图17示出矩阵驱动电路相对于天线元件的放置的一个实施例。

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

公开一种包括液晶(LC)混合物的射频(RF)装置及其使用方法。在一个实施例中，RF装置可以包括天线、相控阵列或光调制器。在一个实施例中，LC混合物是射频液晶(RFLC)混合物，其包括π-共轭的液晶的(液晶)化合物。在一个实施例中，RFLC是适合用作元网络天线技术的有源元件的混合物。为了在元网络天线技术中有用，RFLC混合物显示出大的电压可调RF介电各向异性(光学Δη≥0.3，RFΔε≥1.33)、可接受的温度稳定性特性、(在-40℃或低于-40℃下的长期储存稳定性，清亮点≥125C)、低RF损耗(Δε/Tanδ≥75)和可接受的粘弹性(γ1/κ3≤15)。

出于本文的目的，“调谐范围”被定义为RF介电常数Δε(RF)的变化量，并且对于光学应用，其被定义为Δn。

在一个实施例中，本文公开的液晶混合物是高双折射率液晶。高双折射率通常在该领域被认为是Δn>0.3。这些可以用于许多应用，包括但不限于：1)天线应用，例如基于谐振元件的全息天线、反射阵列和相控阵；2)空间光调制器，例如LIDAR(光成像检测和测距)中使用的那些。为了使高双折射率液晶在上述应用中有用，它们必须显示快速的转换时间和高调谐范围。

本发明的实施例包括一系列液晶混合物，其中大射频(RF)介电调谐(高双折射率)与低熔点和低转动粘度相结合。在一个实施例中，LC混合物具有低至-63C的熔点和高达135C的清亮点以及～13的转动粘度。这些关键创新使这些材料能够提供快速的转换速度并在低温下操作。一般来说，这是很难实现的，因为通常双折射率的增加伴随着粘度的增加以及高熔点。这些材料使得天线有源元件能够工作，从而能够构造天线阵列。

在一个实施例中，所使用的液晶提供：1)足够的介电调谐(光学Δη≥0.3，RFΔε≥1.33)；2)可接受的弛豫时间(～20ms，γ1/κ3≤15)；3)适当的热性能(在-40℃或低于-40℃下的长期储存稳定性，清亮点≥125℃)；4)合理的RF损耗(Δε/Tanδ≥75)。特性的这种组合是相对独特的。可以单独优化这些特性中的任意一个。然而，同时满足所有要求的材料要困难得多。因此，这些材料(混合物)和设计策略本质上是独特且有价值的。

商业上使用的大多数液晶不是单分子结构。它们由几种化合物的混合物组成，每种化合物都具有独特的物理和化学特性。因此，采用分子级结构/性质关系来设计具有适当极性和极化性各向异性的单分子结构。同时采用这些相同的结构/性质关系来产生满足所有操作要求的凝聚相(液晶中间相)。

本发明的实施例不仅提供用于可用LC混合物的特定化学“配方”，而且提供一系列一般概念，其可进一步用于产生具有合理设计性能的新混合物。

所提供的特定化学结构可用于多种混合物“配方”中，以调节特定的化学和物理特性。所展示的一般结构/性质关系可用于设计具有显著增强的性能特性的新材料。

在一个实施例中，本文公开的高双折射率液晶在分子水平上产生大的长度/宽度极化率各向异性。在一个实施例中，这通过产生长的、刚性的π电子共轭核(例如，硅烷)来实现。由于强烈的分子间相互作用，这种分子本身(非官能化)具有非常高的熔点。在一个实施例中，为了降低熔点并有利于向列(液晶)相形成，将长碳尾连接到一端。相反，使用极性基团，例如异硫氰酸酯(NCS)、三氟甲氧基(OCF₃)、氰基(CN)、溴化物(Br)或三氟苯基(C₆H₂F₃)来进一步增加双折射率并引入永久偶极子。

这个想法可以通过上面的一般结构(GS 1，GS 2，GS 3和GS 4)来表达。在GS 1，GS2和GS 4的情况下，核心以数量单位m表示。例如，该核可以是侧向官能化的，最常见的是质子、H和/或例如，诸如氟(F)、溴(Br)或氯(Cl)的杂原子。其他基团，例如烷基，诸如甲基(CH₃)乙基(CH2CH3)、丙基(CH2CH2CH3)或甲氧基(OCH3)、乙氧基(OCH2CH3)、丙氧基(OCH2CH3)或三氟甲氧基(OCF3)，也可以在各个R位上引入。这种侧向官能化改变了分子间相互作用，以不利于近晶相形成和/或以改变转动粘度、γ、弹性常数、κ和熔点T_m。作为一般规则，延长核心(增加m)会增加双折射率。在这种情况下，A是如下面结构1-6中所见的饱和碳链，或烷氧基(OC_nH_(2n+i))，或类似官能化的环己基和/或苯基部分。碳链越长，熔点越低。在这种情况下，B是第二烷基或烷氧基链或极性基团，诸如异硫氰酸酯(NCS)、三氟甲氧基(OCF3)、氰基(CN)、溴(Br)或三氟苯基(C₆H₂F₃)。结构GS 3示出互补结构基序，其中Z和Y彼此独立地代表单键或三键。

生成液晶混合物

下面是六种LC化学结构的示例实施例，该LC化学结构可用作天线中的天线元件中的超材料元件。

在上述方案1的六种结构中，液晶混合物含有任意或所有上述结构，其中：D等于CH₂，O，S，Se；R1-R12＝C_nH_(2n+i)，H，F，Cl，SC_nH_(2n+1)，SeC_nH_(2n+1)，Br；X等于NCS，F，Br，CI，H。

方案1中所示作为结构1-6的化合物在室温下都不是液体。为了变成液晶，混合物必须是在有用的操作温度范围内的液体。为了在室温下形成液体，通过称量特定量的每种化合物，将它们混合在一起然后加热直至化合物熔化并混合在一起来制备诸如一般结构GS1、GS 2、GS 3和特定结构1-6所示的那些相似化合物的混合物。合适的混合物将不会在室温下重新固化(凝固)。混合物可以像混合一种含有不同长度碳链(n＝1-7)的特定基础结构一样简单，或者可以像在不同重量百分比下添加许多不同结构一样复杂。

诸如通过1-6和/或GS 1/GS 2示例的那些基础结构不仅在物理性质方面不同，而且它们在双折射率率Δη方面也可不同。因此，含有不同重量百分比的混合物也将具有不同的光学性质。为了本文的目的，可以按如上方法制备基础混合物以具有特定的物理和光学性质。

结构和公共单元的命名

结构1-6都具有共同的子单元。

结构1已知为环己基-苯基。它由环己基环和连接在一起的苯环组成。在左侧，n表示饱和烃尾中存在的碳的数量。碳的数量通常在n＝1和n＝7之间变化：n＝1甲基；n＝2乙基；n＝3丙基；n＝4丁基；n＝5戊基；n＝6己基；n＝7庚基。在一个实施例中，D是碳和两个氢(已经添加额外的碳)，X＝NCS，并且n＝4。在这种情况下，结构编号1被命名为：戊基-环己基苯基异氰酸酯。如果保持相同的基本结构并且D变为氧，则该结构被命名为：丁氧基-环己基苯基异氰酸酯。

结构2在本文中称为二苯乙炔。二苯乙炔基本上是在三键两端的两个苯环。使用与上述相同的命名惯例，在一个实施例中，当D＝CH2和X＝NCS时，则结构编号2命名为：戊基-异硫氰基二苯乙炔。

结构3是结构1和2的组合。其在本文中称为环己基-二苯乙炔。在一个实施例中，D＝CH2且X＝NCS。在这种情况下，结构3被命名为：戊基-异硫氰基环己基-二苯乙炔。

结构4在本文中称为苯基-二苯乙炔。将苯环加入到基础结构中。在一个实施例中，D＝CH2且X＝NCS。在这种情况下，结构4被命名为：戊基-异硫氰基苯基-二苯乙炔。

结构5在本文中称为苯基-双-二苯乙炔。它在苯基和另一个苯环之间具有两个三键。在一个实施例中，D＝CH2且X＝NCS。在这种情况下，结构5被命名为：戊基-异硫氰基苯基-双二苯乙炔。

结构6在本文中称为三联苯，其中三个苯环连接在一起。在一个实施例中，D＝CH2且X＝NCS。在这种情况下，结构6被命名为：戊基-异硫氰基三联苯。

以下方案2说明用于本文公开的天线的另一组混合物。每种混合物包括使用NCS端基。

LC单分子和混合物测试结果

表1：所收集的与从方案2中选取的LC单体对应的热数据

表2：混合物百分比和调谐结果(调谐以GHz给出作为Δf)

如上所述，通过以不同的重量百分比组合许多特有的基础结构(LC单体)来制备有用的液晶混合物。方案2说明为这项工作合成制备的LC单体库。表1示出方案2中所示的LC单体的热性质。术语“熔化”用于表示熔点，即化合物从结晶固体变为液体的温度。术语“凝固”表示凝固点，即冷却后以10C/分钟的线性速率再次出现凝固的温度。双折射率Δn显示可用。清亮点表示向列相变为各向同性的温度(并且在外观上明显地从乳状变为清晰)。从表1来看，最低熔点LC单体，4TOLCl在44.4C熔化。这显著高于室温(～19C)。同样，最高清亮点显示为111.7o。

表2示出使用该化合物库制备的各种混合物。本文给出每种化合物的重量百分比，并给出所产生的热性能和调谐性能。

通过表2来看可以进一步说明，可以使用方案2中所示的LC单体库制备混合物，其在低至-64℃凝固，并且在高达153℃清亮。这些值可与迄今报道的最宽的向列温度范围相当。

图1和2A-C示出与元网络天线技术相关的调谐的概念。根据一个实施例，根据单个元件(构成基于元网络元件阵列的天线中的许多元件之一)来最好地说明该概念。向列相液晶混合物，例如本文所讨论的那些，嵌入在元网络天线技术单个元件中。图1示出LC向列相相对于入射微波辐射的相对方向的表示。在施加电场时，LC改变其方向并因此通过其Δn产生对应于图1中给出的等式的Δf。该Δf确定天线技术的操作。

图2A示出基于计算机建模的元网络天线技术单个元件内的磁场方向和浓度的表示。图2B是典型的元网络天线技术单个元件的图片。图2C示出表2和3中称为A的谐振频率调谐的表示。

图3示出利用简单线性组合模型得出的结合Δn估计的RF调谐研究的近似结果。利用线性组合分析绘制13.1和13.2，13.1和13.2的Δn可分别估计为0.37和0.34。根据它们的平均调谐结果绘制它，显而易见的是，为了在～1.85GHz调谐，必须达到～0.4的Δn。

如前所述，增加Δn的最简单方法是增加最高Δn混合物组分的量(在这种情况下，TFNCST1)。然而，除非重新配制全部的混合物，否则该溶液不能保持良好的热性能。例如，13.1显示表2中给出的混合物的最大Δn，但它也显示最窄的向列温度范围。为了解决这个问题，对几种新的混合物进行了研究。迄今为止最成功的混合物是13.8。该混合物的估计Δn为～0.39～0.4。13.8显示极宽的向列温度范围，具有特别高的清亮点。这伴随着粘度稍微增加；然而，这种增加并不显著。为了解决这个问题，可以增加5CHBT的量而不会减少Δn。在-20℃下进行的体积测试表明，在该温度下13.8似乎保持相当稳定。

微波损耗和调谐测量

表3：在13.17GHz测量的所选LC混合物的垂直的，ε'perp和平行的，ε'para，Δε(13GHz)以及损耗角正切的介电常数

注意，在本文所示混合物的情况下，当Δε(Δn)增加时，RF损耗也增加。但是，在13.8的情况下，这种损耗对于元网络天线技术仍然是可接受的。

图4-8示出所选LC混合物的热(差示扫描量热法)迹线。这些值对应于表2中给出的值。

上述LC可以包括在具有以下特性的天线实施例中。

天线实施例的示例

上述技术可以与平板天线一起使用。本文公开这种平板天线的实施例。平板天线包括天线孔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格。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放置在行和列中的每个天线元件。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包括联接在一起的多个部分。当联接在一起时，这些部分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同心。

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。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，天线系统是在利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)的部件或子系统。注意的是，天线系统的实施例还可以用于不在移动平台(例如，固定或可移动地球站)上的地球站中。

在一个实施例中，天线系统利用表面散射超材料技术，通过单独的天线来形成和控制发射和接收波束。在一个实施例中，天线系统是模拟系统，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。

在一个实施例中，天线系统包括三个功能子系统：(1)由圆柱形波馈电结构组成的波导结构；(2)作为天线元件的一部分的波散射超材料单位单元格阵列；以及(3)利用全息原理控制从超材料散射元件形成可调节的辐射场(波束)的控制结构，

波导结构的示例

图9示出用于提供圆柱形波馈电的同轴馈电的一个实施例的俯视图。参照图9，同轴馈电器包括中心导体和外导体。在一个实施例中，圆柱形波馈电结构以励磁的方式从中心的点馈电天线，其中励磁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行进的同心馈电波。即便如此，圆柱形馈电周围的圆柱形馈电天线的形状可以是圆形的、方形的或任意形状。在另一实施例中，圆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10示出具有一个或多个放置在围绕圆柱馈电天线的输入馈电的同心环中的天线元件阵列的孔。

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都是单元格的一部分，该单元格由下导体、介电基板和嵌入互补电感电容谐振器(“互补电LC”或“CELC”)的上导体组成，其中互补电感电容谐振器蚀刻或沉积在上导体上。如本领域技术人员所理解的，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。该LC由上述实施例的驱动器直接驱动。在一个实施例中，液晶封装在每个单元格中，并将与狭缝相关联的下导体与上导体分开，上导体与其贴片相关联。液晶的介电常数是包含液晶的分子的取向的函数，并且可以通过调节液晶上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，利用该特性，液晶集成通/断开关，用于将能量从导波传输到CELC。当接通时，CELC会像电小型偶极天线一样发射电磁波。注意的是，本文的教导不限于具有相对于能量传输以二元方式操作的液晶。

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电中的波矢量成45度角(45°)。注意的是，可以使用其他位置(例如，以40°角)。元件的这个位置使得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，天线元件布置成具有小于天线操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振幅励磁。相对于馈电波励磁将它们转动+/-45°，则一次实现两个期望的特性。一组转动0°，另一组转动90°将达到垂直目标，但不是达到等幅励磁目标。注意的是，当从两侧以单个结构馈电天线元件阵列时，可以使用0°和90°来实现隔离。

通过使用控制器向贴片施加电压(跨LC通道的电势)来控制来自每个单元格的辐射功率的量。每个贴片的迹线用于向贴片天线提供电压。该电压用于调整或去谐电容，从而使各个元件的谐振频率共振实现波束形成。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和饱和电压影响的阈值电压描述，高于该阈值电压，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，这两个特性参数可以改变。

在一个实施例中，如上所述，矩阵驱动器用于向贴片施加电压，以便与所有其他单元格分开地驱动每个单元格，而不需要为每个单元格提供单独的连接(直接驱动)。由于元件密度高，矩阵驱动器是单独处理每个单元格的有效方法。

在一个实施例中，用于天线系统的控制结构具有两个主要部件：天线阵列控制器，其包括用于天线系统的驱动电子器件，位于波散射结构下方，和矩阵驱动转换阵列，其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器件包括商用电视设备中使用的商用现成LCD控制器，其通过调节到该元件的AC偏置信号的振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含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的其他系统提供给处理器和/或可以不是天线系统的一部分。

更具体地，天线阵列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处的相位和振幅水平。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，控制器向RF贴片提供电压信号阵列以产生调制或控制模式。控制模式使元件转向不同的状态。在一个实施例中，使用多态控制，其中各种元件接通和断开到不同的电平，进一步近似正弦控制模式，与方波(即，正弦曲线灰度调制模式)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。

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来解释。如果单个电磁波在自由空间中相遇时具有相同的相位，则它们相加(相长干涉)，而如果它们在自由空间中相遇时处于相反相位，则相互抵消(相消干涉)。如果狭缝天线中的狭缝定位成使得每个连续狭缝位于与导波的励磁点不同的距离处，则来自该元件的散射波将的相位与前一狭缝的散射波的相位不同。如果狭缝间隔开四分之一的引导波长，则每个狭缝将散射具有距前一狭缝的四分之一相位延迟的波。

使用阵列，利用全息术的原理，可以增加可以产生的相长干涉和相消干涉的模式的数量，使得理论上可以在距离天线阵列的孔视线加或减90度(90°)的任意方向上指向波束。因此，通过控制哪些超材料单元格被接通或关闭(即，通过改变那些被接通的单元格以及被断开的单元格的模式)，可以产生不同的相长干涉和相消干涉模式，并且天线可以改变波束的方向。接通和断开单元格所需的时间决定了波束从一个位置转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，为下行链路天线产生一个可控波束。在一个实施例中，天线系统利用超材料技术来接收波束并解码来自卫星的信号以及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，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。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，尤其是与传统的卫星天线接收器相比时。

图11示出一行包括接地平面和可重构谐振器层的天线元件的透视图。可重构谐振器层1230包括可调谐狭缝1210的阵列。可调谐狭缝1210的阵列可以被配置为将天线指向期望的方向。每个可调谐狭缝可以通过改变液晶上的电压来进行调谐/调节。

控制模块1280联接到可重构谐振器层1230，以通过改变图11中的液晶上的电压来调制可调谐狭缝1210的阵列。控制模块1280可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包括用于驱动可调谐狭缝1210阵列的逻辑电路(例如，多路复用器)。在一个实施例中，控制模块1280接收包括要驱动到可调谐狭缝阵列上的全息衍射模式的说明的数据。全息衍射模式可以响应于天线和卫星之间的空间关系而产生，使得全息衍射模式在适当的通信方向上控制下行链路波束(以及如果天线系统执行发射，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的附图中描述的每个可调狭缝阵列。

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全息衍射模式时可以产生期望的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1205(在一些实施例中约为20GHz)。为了将馈电波变换成辐射波束(用于传输或接收的目的)，在期望的RF波束(物体波束)和馈电波(参考波束)之间计算干涉模式。在可调谐狭缝1210的阵列上驱动干涉模式作为衍射模式，使得馈电波“转向”成期望的RF波束(具有期望的形状和方向)。换句话说，遇到全息衍射模式的馈电波“重构”物体波束，其根据通信系统的设计要求形成。全息衍射模式包含每个元件的励磁，并且通过计算，其中w_in为波导中的波动方程，w_out为输出波中的波动方程。

图12示出可调谐谐振器/狭缝1210的一个实施例。可调谐狭缝1210包括虹膜/狭缝1212、辐射贴片1211、以及设置在虹膜1212和贴片1211之间的液晶1213。在一个实施例中，辐射贴片1211与虹膜1212位于同一地点。

图13示出物理天线孔的一个实施例的截面图。天线孔包括接地平面1245和包括在可重构谐振器层1230中的虹膜层1233内的金属层1236。在一个实施例中，图13的天线孔包括图12的多个可调谐谐振器/狭缝1210。光圈/狭缝1212由金属层1236中的开口限定。馈电波，例如图11的馈电波1205，可具有与卫星通信信道兼容的微波频率。馈电波在接地平面1245和谐振器层1230之间传播。

可重构谐振器层1230还包括垫圈层1232和贴片层1231。垫圈层1232设置在贴片层1231和虹膜层1233下方。注意的是，在一个实施例中，间隔物可以代替垫圈层1232。在一个实施例中，虹膜层1233是包括作为金属层1236的铜层的印刷电路板(“PCB”)。在一个实施例中，虹膜层1233是玻璃。虹膜层1233可以是其他类型的基板。

可以在铜层中蚀刻开口以形成狭缝1212。在一个实施例中，虹膜层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)。注意的是，在一个实施例中，虹膜层不通过导电粘合层导电联接，而是与非导电粘合层接合。

贴片层1231还可以是包括作为辐射贴片1211的金属的PCB。在一个实施例中，垫圈层1232包括间隔物1239，其提供机械支座以限定金属层1236和贴片1211之间的尺寸。在一个实施例中，间隔物为75微米，但是也可以使用其他尺寸(例如，3-200mm)。如上所述，在一个实施例中，图13的天线孔包括多个可调谐谐振器/狭缝，例如可调谐谐振器/狭缝1210，其包括图12的贴片1211、液晶1213和虹膜1212。用于液晶的腔室1213是由间隔物1239、虹膜层1233和金属层1236限定。当腔室填充有液晶时，可以将贴片层1231层压到间隔物1239上以密封谐振器层1230内的液晶。

可以调制贴片层1231和虹膜层1233之间的电压以调整贴片和狭缝(例如，可调谐谐振器/狭缝1210)之间的间隙中的液晶。调整液晶1213上的电压会改变狭缝(例如，可调谐谐振器/狭缝1210)的电容。因此，可以通过改变电容来改变狭缝(例如，可调谐谐振器/狭缝1210)的电抗。狭缝1210的谐振频率也根据等式变化，其中f是狭缝1210的谐振频率，L和C分别是狭缝1210的电感和电容。狭缝1210的谐振频率影响通过通过波导传播的馈电波1205辐射的能量。作为示例，如果馈电波1205是20GHz，则可以将狭缝1210的谐振频率(通过改变电容)调节到17GHz，使得狭缝1210基本上不联接来自馈电波1205的能量。或者，可以将狭缝1210的谐振频率调整到20GHz，使得狭缝1210联接来自馈电波1205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)，但是通过在多值范围内改变电压，对于电抗的全灰度控制以及狭缝1210的谐振频率控制因此是可行的。因此，可以精确地控制从每个狭缝1210辐射的能量，从而可以通过可调狭缝的阵列形成详细的全息衍射模式。

在一个实施例中，行中的可调谐狭缝彼此间隔λ/5。可以使用其他间隔。在一个实施例中，行中的每个可调谐狭缝与相邻行中最近的可调谐狭缝间隔λ/2，因此，不同行中的共同定向的可调谐狭缝间隔λ/4，但是其他间距也是可以的(例如，λ/5，λ/6.3)。在另一实施例中，行中的每个可调谐狭缝与相邻行中最近的可调谐狭缝间隔λ/3。

实施例使用可重构超材料技术，诸如2014年11月21日提交的申请号为14/550,178、题为“来自可操纵的圆柱形馈电全息天线的动态极化和联接控制”的美国专利申请以及于2015年1月30日提交的申请号为14/610,502、题为“用于可重构天线的脊状波导馈电结构”的美国专利申请中所描述的。

图14A-D示出用于创建狭缝阵列的不同层的一个实施例。天线阵列包括位于环中的天线元件，例如图10中所示的示例环。注意的是，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14A示出具有与狭缝对应的位置的第一虹膜板层的一部分。参照图14A，圆圈是虹膜基底底侧金属化部分中的开口区域/狭缝，并且用于控制元件与馈电(馈电波)的联接。注意的是，该层是可选层，并不是在所有设计中都使用。图14B示出包含狭缝的第二虹膜板层的一部分。图14C示出第二虹膜板层的一部分上的贴片。图14D示出狭缝阵列的一部分的俯视图。

图15示出圆柱形馈电天线结构的一个实施例的侧视图。天线利用双层馈电结构(即，两层馈电结构)产生向内行波。在一个实施例中，天线包括圆形外形，但这不是必需的。也就是说，可以使用非圆形向内行进结构。在一个实施例中，图15中的天线结构包括图9的同轴馈电。

参照图15，同轴引脚1601用于激发天线低电平上的磁场。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联接(例如，用螺栓连接)到是导电接地平面1602的天线结构的底部。

间隙导体1603与导电接地平面1602分开，其是内部导体。在一个实施例中，导电接地平面1602和间隙导体1603彼此平行。在一个实施例中，接地平面1602和间隙导体1603之间的距离是0.1-0.15〞。在另一实施例中，该距离可以是λ/2，其中λ是操作频率下行波的波长。

接地平面1602经由间隔物1604与间隙导体1603分离。在一个实施例中，间隔物1604是泡沫或类似空气的间隔物。在一个实施例中，间隔物1604包括塑料间隔物。

在间隙导体1603的上部是介电层1605。在一个实施例中，介电层1605是塑料。介电层1605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1605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。可以用其他介电间隔物材料，例如塑料，来达到这个效果。注意的是，可以使用除塑料之外的材料，只要它们实现期望的波减速效果即可。替代地，具有分布结构的材料可以用作电介质1605，例如可以进行机械加工或光刻限定的周期性次波长金属结构。

RF阵列1606位于电介质1605的上部。在一个实施例中，间隙导体1603和RF阵列1606之间的距离是0.1-0.15〞。在另一实施例中，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。

天线包括侧面1607和1608。侧面1607和1608成角度以使来自同轴引脚1601的行波馈电通过反射从间隙导体1603(间隔层)下方的区域传播到间隙导体1603上方的区域(介电层)。在一个实施例中，侧面1607和1608的角度为45°角。在替代实施例中，侧面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°角的成角度的侧面，但是也可以使用实现从较低水平馈电到较高水平馈电的信号传输的其他角度。也就是说，假设下部馈电中的有效波长总体与上部馈电中的有效波长不同，则可以利用与理想45°角的一些偏差来辅助从下部馈电水平到上部馈电水平的传输。例如，在另一实施例中，45°角用单个步骤代替。天线一端的台阶围绕介电层、导体间隙和间隔层。相同的两个步骤位于这些层的另一端。

在操作中，当从同轴引脚1601馈入馈电波时，波在接地平面1602和间隙导体1603之间的区域中从同轴引脚1601同心地向外行进。同心地输出波被侧面1607反射并在间隙导体1603和RF阵列1606之间的区域中向内行进。来自圆周边缘的反射使得波保持同相(即，它是同相反射)。行波被介电层1605减慢。此时，行波开始与RF阵列1606中的元件相互作用和激发，以获得所需的散射。

为了终止行波，终端1609包括在天线的几何中心处的天线中。在一个实施例中，终端1609包括引脚终端(例如，50Ω引脚)。在另一实施例中，终端1609包括RF吸收器，RF吸收器终止未利用的能量以防止未利用的能量通过天线的馈电结构反射回来。这些可以用在RF阵列1606的上部。

图16示出具有输出波的天线系统的另一实施例。参照图16，两个接地平面1610和1611大体上彼此平行，在接地平面1610和1611之间具有介电层1612(例如，塑料层等)。RF吸收器1619(例如，电阻器)将两个接地平面1610和1611联接在一起。同轴引脚1615(例如，50Ω)对天线进行馈电。RF阵列1616位于介电层1612和接地平面1611的上部。

在操作中，馈电波通过同轴引脚1615馈入并且同心地向外行进并且与RF阵列1616的元件相互作用。

图15和16的两个天线中的圆柱形馈电改善了天线的使用角度。在一个实施例中，天线系统沿所有方向从孔视线具有七十五度(75°)的使用角度，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°El)的使用角度。与形成由许多单独的辐射器组成的天线的任意波束一样，整体天线增益取决于组成元件的增益，它们本身是随角度变化的。当使用普通的辐射元件时，天线的整体增益通常随着波束进一步指向更远的孔视线而降低。在距孔视野75度处，预计增益显著降低约6dB。

具有圆柱形馈电的天线的实施例解决了一个或多个问题。与使用共同分频器网络馈电的天线相比，其包括显著简化馈电结构，并因此减少了天线总需求和天线馈电量；通过较粗略的控制保持高波束性能，降低对制造和控制误差的敏感度(扩展到到简单的二元控制)；与直线馈电相比，提供了更有利的旁瓣模式，这是因为圆柱定向的馈电波导致远场中的空间多样化的旁瓣；以及允许偏振是动态的，包括允许左旋圆形、右旋圆形和线性偏振，同时不需要偏振器。

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，其包括用作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元格的一部分，该单元格由下导体、介电基板和嵌入互补电感电容谐振器(“互补电LC”或“CELC”)的上导体组成，其中互补电感电容谐振器蚀刻或沉积在上导体上。

在一个实施例中，将液晶(LC)注入散射元件周围的间隙中。液晶封装在每个单元格中，并将与狭缝相关联的下导体与上导体分开，上导体与其贴片相关联。液晶的介电常数是包含液晶的分子的取向的函数，并且可以通过调节液晶上的偏压来控制分子的取向(并因此调节介电常数)。利用这种特性，液晶起到通/断开关的作用，用于将能量从导波传递到CELC。当接通时，CELC会像电小型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。在另一实施例中，液晶的厚度导致波束切换速度约为十四毫秒(14毫秒)。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，从而可以达到7毫秒(7ms)的要求。

CELC元件响应于平行于CELC元件的平面并垂直于CELC间隙补充而施加的磁场。当在超材料散射单元格中向液晶施加电压时，导波的磁场分量引起CELC的磁励磁，CELC又产生与导波相同频率的电磁波。

可以通过CELC在导波矢量上的位置来选择由单个CELC产生的电磁波的相位。每个单元格产生与平行于CELC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，其与导波的相位具有相同的相位。

在一个实施例中，该天线系统的圆柱形馈电几何结构允许CELC元件定位成与波馈电中的波矢量成45度角(45°)。元件的这个位置使得能够控制由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布置成具有小于天线操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，CELC用贴片天线实现，贴片天线包括共同位于狭缝上的贴片，在两者之间具有液晶。在这方面，超材料天线的作用类似于狭缝(散射)波导。在有狭缝波导的情况下，输出波的相位取决于狭缝相对于导波的位置。

单元格放置

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放置在圆柱形馈电天线孔上。单元格的放置包括放置用于矩阵驱动的晶体管。图17示出矩阵驱动电路相对于天线元件的放置的一个实施例。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经由与贴片1731的连接还联接到天线元件1721，而晶体管1712经由与贴片1732的连接而联接到天线元件1722。

在实现单元格放置在非规则网格中的圆柱形馈电天线上的矩阵驱动电路的初始方法中，执行两个步骤。在第一步中，将单元格放置在同心环上，并且将每个单元格连接到放置在单元格旁边的晶体管，并用作开关以分别驱动每个单元格。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，但是单元格放置在环上，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，并导致完成布线的物理迹线数量的显著增加。由于单元的密度高，这些迹线由于联接效应而干扰天线的RF性能。而且，由于迹线的复杂性以及高封装密度，迹线的布线不能通过商用的布局工具来实现。

在一个实施例中，在放置单元格和晶体管之前预先确定矩阵驱动电路。这确保了驱动所有单元格所需的最少量的迹线，每个单元格具有唯一的地址。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，将单元格格放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格的唯一地址。在第二步中，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格放在环上，而且还要保持单元格之间的距离以及环与环之间的距离在整个孔上保持恒定。为了实现这一目标，有几种可以对单元格进行分组的方法。

在一个实施例中，TFT封装用于实现矩阵驱动器中的放置和唯一寻址。图18示出TFT封装的一个实施例。参照图18，示出具有输入端口和输出端口的TFT和保持电容器1803。有两个连接到迹线1801的输入端口，两个连接到迹线1802以使用行和列将TFT连接在一起的输出端口。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。

示例系统实施例

在一个实施例中，组合的天线孔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，元件的一个子阵列被控制接收一个频率和/或极化的RF信号，而另一个子阵列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)接收信道，从而同时接收多个信道。

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，这些天线孔可独立操作以在如上所述的不同频率和/或极化下同时执行双接收。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(例如，3个、4个、5个等天线孔)。

在一个实施例中，包括其两个交错的狭缝阵列的天线1401联接到双工器1430。联接可以包括一个或多个馈电网络，其接收来自两个狭缝阵列的元件的信号以产生馈电到双工器1430的两个信号。在一个实施例中，双工器1430是可商购的双工器(例如，来自Al微波的型号PB 1081WA Ku波带连续双工器)。

双工器1430联接到一对高频头降频变频器(LNB)1426和1427，其以本领域公知的方式执行噪声滤波功能、降频转换功能和放大。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，它们联接到LNB 1426和1427，以将从双工器1430输出的两个信号转换成数字格式。

一旦转换为数字格式，信号由解调器1423解调并由解码器1424解码以获得接收波上的编码数据。然后将解码数据发送到控制器1425，控制器1425将其发送到电视1403。

控制器1450控制天线1401，其包括单个组合的物理孔上的两个天线孔的交错狭缝阵列元件。

全双工通信系统的示例

在另一实施例中，组合的天线孔用于全双工通信系统中。图20是同时具有传输路径和接收路径的通信系统的另一实施例的框图。虽然仅示出一个传输路径和一个接收路径，但是通信系统可以包括多于一个传输路径和/或多于一个接收路径。

参照图20，如上所述，天线1401包括两个空间交错的天线阵列，其可独立操作以在不同频率下同时传输和接收。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电网络。在一个实施例中，在径向馈电天线的情况下，双工器1445结合两个信号，并且天线1401和双工器1445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1445联接到高频头降频变频器(LNB)1427，其以本领域公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 1427位于室外单元(ODU)中。在另一实施例中，LNB 1427集成到天线设备中。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包括模数转换器(ADC)1422，其联接到LNB 1427，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，信号由解调器1423解调并由解码器1424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1425，控制器1425将其发送到计算系统1440。

调制解调器1460还包括编码器1430，其编码要从计算系统1440传输的数据。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。然后模拟信号通过BUC(升变频和高通放大器)1433进行滤波，并将其提供给双工器1445的一个端口。在一个实施例中，BUC 1433位于室外单元(ODU)中。

以本领域公知的方式操作的双工器1445向天线1401提供传输信号以进行传输。

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

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。

上面的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最有效地将他们工作的内容传达给本领域其他技术人员的方法。本文的算法通常被认为是得到期望结果的自相一致的步骤序列。这些步骤是需要物理操纵物理量的步骤。通常，这些量采用能够被存储、传输、组合、比较和以其他方式操纵的电信号或磁信号的形式，但不是必须的。事实证明，有时将这些信号称为比特、值、元件、符号、字符、术语、数字等是很方便的，这主要是出于通用的原因。

然而，应该记住的是，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，否则应当理解的是，在整个说明书中，利用诸如“处理”或“电脑运算”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装置的行动和过程，其将在计算机系统的寄存器和存储器内表示为物理(电子)量的数据操纵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、传输装置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激活或重构的通用计算机。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：包括软盘、光盘、CD-ROM和磁光盘的盘的任意类型，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意类型的介质，并且每个都联接到计算机系统总线。

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设备相关。根据本文的教导，各种通用系统可以与程序一起使用，或者可以证明构造更专业的设备来执行所需的方法步骤是很方便的。各种这些系统所需的结构将从下面的描述中显而易见。另外，没有参考任何特定的编程语言描述本发明。应当理解的是，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意机制。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，但是应该理解的是，通过图示的方式示出和描述的任何特定实施例是绝不意图被视为限制。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性。

Claims (29)

1.一种天线，包括：

具有多个天线元件的天线元件阵列，每个天线元件具有液晶(LC)结构，其中，所述LC结构包括以下中的一种或多种的混合物：

用质子、氢(H)或杂原子中的至少一个或多个进行侧向官能化。

2.根据权利要求1所述的天线，其中，所述杂原子包括选自氟(F)、溴(Br)或氯(Cl)中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的天线，其中，Rx、Ry和Rz包含一个或多个烷基。

4.根据权利要求3所述的天线，其中，所述一个或多个烷基包括选自甲基(CH3)乙基(CH2CH3)、丙基(CH2CH2CH3)或甲氧基(OCH3)、乙氧基(OCH2CH3)、丙氧基(OCH2CH3)或三氟甲氧基(OCF3)中的一个或多个。

5.根据权利要求1所述的天线，其中，A是饱和碳链、烷氧基(OC_nH_(2n+i))、环己基或苯基部分。

6.根据权利要求1所述的天线，其中，B是第二烷基、烷氧基链或极性基团。

7.根据权利要求6所述的天线，其中，所述极性基团包括杂原子、氰基(CN)、或异硫氰酸酯(NCS)、三氟甲氧基(OCF₃)、氰基(CN)、溴(Br)或三氟苯基(C₆H₂F₃)。

8.根据权利要求1所述的天线，其中，所述混合物包括以下中的一个或多个：

其中，D等于CH₂，O，S或Se；R1-R12等于C_nH_(2n+i)，H，F，Cl，SC_nH_(2n+1)，SeC_nH_(2n+1)或Br；X等于NCS，F，Br，CI或H，以及n是整数。

9.根据权利要求8所述的天线，其中，n等于1到7。

10.根据权利要求8所述的天线，其中，在结构1中，D是碳和两个氢，X等于NCS，并且n等于4。

11.根据权利要求8所述的天线，其中，在结构1中，D是氧和两个氢，X等于NCS，并且n等于4。

12.根据权利要求8所述的天线，其中，在结构2中，D等于并且X等于NCS。

13.根据权利要求8所述的天线，其中，在结构3中，D等于并且X等于NCS。

14.根据权利要求8所述的天线，其中，在结构4中，D等于并且X等于NCS。

15.根据权利要求8所述的天线，其中，在结构5中，D等于并且X等于NCS。

16.根据权利要求8所述的天线，其中，在结构6中，D等于并且X等于NCS。

17.根据权利要求1所述的天线，进一步包括：

天线馈电，用于输入从所述馈电同心传播的馈电波；

多个狭缝；

多个贴片，其中，所述贴片中的每一个使用所述LC单元格共同定位在所述多个狭缝中的狭缝上并与所述多个狭缝中的狭缝分离，并形成贴片/狭缝对，每个贴片/狭缝对基于施加由控制模式指定的对中的贴片的电压被断开或接通。

18.根据权利要求1所述的天线，其中，所述天线元件一起被控制并可操作以形成用于频带的波束，以用于全息波束控制。

19.根据权利要求1所述的天线，其中，所述天线元件是包括多个狭缝的可调谐狭缝形阵列的一部分，并且其中每个狭缝被调谐以在给定频率下提供所需的散射，并且其中所述可调谐狭缝形阵列中的元件定位在一个或多个环中。

20.一种天线，包括：

具有多个天线元件的天线元件阵列，每个天线元件具有液晶(LC)结构，其中所述LC结构包括两种或更多种以下化合物的混合物：

21.根据权利要求20所述的天线，其中，所述混合物至少包括7种化合物。

22.根据权利要求20所述的天线，其中，所述混合物至少包括8种化合物。

23.根据权利要求20所述的天线，其中，所述混合物至少包括9种化合物。

24.根据权利要求20所述的天线，其中，所述混合物至少包括11.7h、11.7i和11.7h。

25.根据权利要求24所述的天线，其中，所述混合物进一步至少包括111.7n和111.7o。

26.根据权利要求24所述的天线，其中，所述混合物还至少包括4TOLCl或FNCST1。

27.根据权利要求20所述的天线，进一步包括：

天线馈电，用于输入从所述馈电同心传播的馈电波；

多个狭缝；

多个贴片，其中，所述贴片中的每一个使用所述LC单元格共同定位在所述多个狭缝中的狭缝上并与所述多个狭缝中的狭缝分离，并形成贴片/狭缝对，每个贴片/狭缝对基于施加由控制模式指定的对中的贴片的电压被断开或接通。

28.根据权利要求20所述的天线，其中，所述天线元件一起被控制并可操作以形成用于频带的波束，以用于全息波束控制。

29.根据权利要求20所述的天线，其中，所述天线元件是包括多个狭缝的可调谐狭缝形阵列的一部分，并且其中每个狭缝被调谐以在给定频率下提供所需的散射，并且其中所述可调谐狭缝形阵列中的元件定位在一个或多个环中。