TW202139519A - 用於孔徑天線之阻抗匹配技術 - Google Patents

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Abstract

針對用於一天線孔徑之阻抗匹配說明一種方法及設備。在一項實施例中，天線包含具有至少一個天線元件陣列可操作以輻射射頻(RF)能量之一天線孔徑、及耦合至該天線孔徑之一整合式複合堆疊結構。該整合式複合堆疊結構包括用以在該天線孔徑與自由空間之間提供阻抗匹配之一廣角阻抗匹配網路，並且還將偶極負載放在天線元件上。

Description

用於孔徑天線之阻抗匹配技術
相關申請案交互參照 本專利申請案主張2016年9月14日提出申請之題為「WAIM RADOME」之相對應臨時性專利申請案第62/394,582號、2016年9月14日提出申請之題為「DIPOLE SUPERSTRATE」之相對應臨時性專利申請案第62/394,587號、以及2016年10月27日提出申請之題為「LIQUID CRYSTAL (LC)-BASED TUNABLE IMPEDANCE MATCH LAYER」之相對應臨時性專利申請案第62/413,909號的優先權，其係以參考方式併入本文。
本發明之實施例係有關於衛星通訊領域；更特別的是，本發明之實施例係有關於一衛星天線中用於提升增益之廣角阻抗匹配結構。
天線增益決定網路涵蓋範圍及速度，因而是衛星通訊系統最重要參數中的其中一個。更具體而言，增益愈大則涵蓋範圍愈好且速度愈高，這在競爭的衛星市場至關重要。在衛星側，天線處的接收功率很低，接收(Rx)波段之天線增益因而會很重要。相較於寬邊狀況，這些角度下出現衰減擴大且天線增益降低的現象，因而對於平板電子掃描天線，這在掃描角下變為更加重要，致使一更高增益值成為一關鍵參數以使天線與衛星之間的連結緊密。增益在Tx波段也很重要，因為更低增益意指需要更多供應到天線之電力才能達到所欲信號強度，這意味著成本更大、溫度更高、熱雜訊更高等。
衛星通訊中使用的一種天線類型為一徑向孔徑槽孔陣列天線。最近，此類徑向槽孔陣列天線的效能改善量有限。已陳述用於與徑向孔徑槽孔陣列天線配合使用之偶極負載，但其使得天線之頻率響應偏移，而且沒有多大改善。亦已將一槽孔偶極概念應用於徑向孔徑槽孔陣列天線以改善天線之指向性，包括用以改善天線(尤其是寬邊處操作之天線)之總體回波損耗效能。
針對用於一天線孔徑之阻抗匹配說明一種方法及設備。在一項實施例中，天線包含具有至少一個天線元件陣列可操作以輻射射頻(RF)能量之一天線孔徑、及耦合至該天線孔徑之一整合式複合堆疊結構。該整合式複合堆疊結構包括用以在該天線孔徑與自由空間之間提供阻抗匹配之一廣角阻抗匹配網路，並且還將偶極負載放在天線元件上。
在以下說明中，提出許多細節是為了更透徹解釋本發明。然而，所屬技術領域中具有通常知識者將會明白，本發明無需這些特定細節也可實踐。在其他例子中，為了避免混淆本發明，眾所周知的結構與裝置是以方塊圖形式來展示，而不是展示細節。
揭示一種天線，其包含一天線孔徑、及耦合至該天線孔徑並且置於該天線孔徑上方之一阻抗匹配網路，以利該天線孔徑與自由空間之間的阻抗匹配。該阻抗匹配網路為一整合式複合堆疊結構之部分，其與天線孔徑之輻射表面機械接觸。在一項實施例中，該整合式複合堆疊結構改善天線孔徑之輻射效率，同時提供廣角阻抗匹配。整合式複合堆疊結構亦改善寬邊處及多掃描角下之天線增益。在一項實施例中，整合式複合堆疊結構包括進行運作以分布射頻(RF)電流之偶極負載，其有效地增加輻射元件之尺寸，藉此提升其效率。在一項實施例中，該複合堆疊結構包括天線之一或多個同質超構表面及天線罩。
在一項實施例中，整合式複合堆疊結構為一寬頻設計，原因在於其針對在相同實體結構上包括接收與傳送輻射天線元件兩者之一天線孔徑，提供效率提升及所揭示之匹配。
更具體而言，在一項實施例中，阻抗匹配網路包括大小經過調整且相對天線元件(例如隔膜)而置之元件以提供一所欲阻抗匹配。在一項實施例中，該等元件包含與天線孔徑中之天線元件對準之一或多個偶極元件，其中該等天線元件可操作以將射頻(RF)能量輻射。在一項實施例中，阻抗匹配網路為一廣角阻抗匹配網路，原因在於其針對從寬邊到極端掃描滾離角之一範圍內所包括之所有掃描角提供阻抗匹配。針對本文中之目的，有別於寬邊(0°)之任何角度都視為一掃描滾離角。在掃描滾離角下，天線之掃描損耗變為大於該角度之純餘弦，使得在一項實施例中，對於更大的掃描滾離角，該掃描損耗變為極為顯著，該等極端掃描滾離角典型為介於50°與75°之間，但可朝向端射角(90°)跑出該範圍。在一項實施例中，掃描滾離角為60°，而在另一實施例中，掃描滾離角為75°。
本文中揭示有若干不同的廣角阻抗匹配網路。在一項實施例中，廣角阻抗匹配網路包含一超構表面層疊。在另一實施例中，廣角阻抗匹配網路包含一廣角阻抗匹配(WAIM)表面層。這些各在下文有更詳細的說明。一超構表面層疊
如上述，一超構表面層疊可當作一廣角阻抗匹配網路用於針對具有天線元件之一天線孔徑提供阻抗匹配。在一項實施例中，該超構表面層疊包含若干超構表面層，其中一超構表面層包含具有一特定金屬圖型用以提供所欲電磁響應之一層。該金屬圖型可以是一印刷圖型。在一項實施例中，超構表面層疊包含位於天線孔徑上面一預定義距離處之數個金屬層與介電層對。在一項實施例中，超構表面層疊改善天線孔徑之增益。
在一項實施例中，超構表面層疊係置於一液晶(LC)式全像徑向孔徑天線上面以改善其增益。針對接收(Rx)與傳送(Tx)頻率兩者之水平與垂直極化兩者，此一超構表面層疊亦增寬所有掃描角(從寬邊到極端角，諸如掃描滾離角)下之動態頻寬。Rx與Tx頻率可以是一波段之部分，舉例如但不限於Ku波段、Ka波段、C波段、X波段、V波段、W波段等。
在一項實施例中，超構表面層疊針對一徑向孔徑在所有掃描角下提供一顯著效能改善。在一項實施例中，天線孔徑包含天線元件，其包括數千個分離之Rx與Tx槽孔輻射器，如彼此交錯之天線元件。此類天線元件包含表面散射天線元件，而且在下文有更詳細的說明。超構表面層疊作為介於天線孔徑與自由空間之間的一強力阻抗匹配網路。再者，該層疊就所有掃描角針對Rx與Tx輻射器兩者提供非常好的阻抗匹配。
在一項實施例中，層疊包含藉由介電層分離之超構表面層(例如發泡板、任何類型之低損耗、介電材料(例如典型為小於0.02正切損耗)，舉例而言例如但不限於封閉胞封閉胞泡沫、開放胞泡沫、蜂巢等)。在一項實施例中，超構表面層包含一基材之一表面上、或一基材各處週期性分布之旋轉偶極元件。在一項實施例中，該基材包含一電路板表面。雖然各超構表面上之偶極屬於一旋轉分布類型，由於結構之亞波長本質，設計程序中仍可有效應用此阻抗表面概念。
在一項實施例中，一超構表面層疊之使用就Rx與Tx波段顯著改善所有掃描角下之天線增益。在一項實施例中，藉由特性化位在各層之阻抗表面值、及基材層(例如PCB、泡沫、上可膠接或印刷金屬圖型之其他材料等)與介電層（例如發泡層）之厚度，所有掃描角(例如從寬邊到70°)可達到高達+3.8 dB之增益改善。在針對海上應用設計之一Ku-ASM天線之一項實施例中，0°至60°為所有掃描角。在一項實施例中，在徑向孔徑頂端上使用本文中所揭示之超構表面層疊，使Rx波段之增益在寬邊角下改善+2 dB並且在60度掃描滾離角下改善+3.8 dB，而Tx波段之增益則在寬邊角下改善+1 dB並且在60度掃描滾離角下改善+3 dB。
圖1A繪示一圓柱形饋伺全像徑向孔徑天線之一項實施例的示意圖。請參照圖1A，天線孔徑具有繞著圓柱形饋伺天線之一輸入饋體102呈同心環而置之天線元件103之一或多個陣列101。在一項實施例中，天線元件103為將RF能量輻射之射頻(RF)共振器。在一項實施例中，天線元件103包含交錯且分布於天線孔徑之整體表面上之Rx與Tx隔膜兩者。此類天線元件之實例在下文有更詳細的說明。請注意，本文中所述之RF共振器可在不包括一圓柱形饋體之天線中使用。
在一項實施例中，該天線包括用於經由輸入饋體102提供一柱面波饋體之一同軸饋體。在一項實施例中，柱面波饋體架構以自饋伺點依照一圓柱形方式向外擴展之一激發，自一中央點饋伺天線。亦即，一圓柱形饋伺天線建立一向外行進之同心饋伺波。即使如此，圓柱形饋體周圍之圓柱形饋體天線之形狀仍可為圓形、正方形或任何形狀。在另一實施例中，一圓柱形饋伺天線建立一向內行進之饋伺波。在此一狀況中，饋伺波大部分自然地來自一圓形結構。
在一項實施例中，天線元件103包含隔膜，並且圖1A之孔徑天線係用於產生藉由將出自一圓柱形饋伺波之激發用於透過可調液晶(LC)材料輻射隔膜來定型之一主波束。在一項實施例中，天線可受激發以在所欲掃描角下輻射一水平或垂直極化電場。
在一項實施例中，該阻抗匹配網路包含具有藉由至少一個介電層彼此分離之若干超構表面層的一超構表面堆疊結構，其中該等超構表面層各包含複數個偶極元件，並且各偶極元件相對天線陣列101中之一個天線元件(例如隔膜)對準。超構表面層之數量包含1、2、3、4、5等，並且係以針對天線孔徑所欲之阻抗匹配為基礎。
在一項實施例中，各偶極元件相對一個天線元件之一軸旋轉。在一項實施例中，該天線元件陣列包含與複數個傳送槽孔輻射器交錯之複數個接收槽孔輻射器，以及該複數個偶極元件位在該複數個接收槽孔輻射器上面並且與之對準。請注意，在一項實施例中，各Rx天線元件(例如接收槽孔輻射器)有至少一個偶極元件。在替代實施例中，不是所有Rx天線元件(例如接收槽孔輻射器)上面都具有偶極元件。在一項實施例中，傳送槽孔輻射器上面不具有一偶極元件。在一項實施例中，該複數個偶極元件各與其對應接收槽孔輻射器之極化對準。在一項實施例中，該複數個偶極元件各相對其對應接收槽孔輻射器(天線元件)垂直。
圖1B繪示要離天線孔徑110正確距離或高度置放於天線之頂端處之層疊幾何形狀之一項實施例。請參照圖1B，該層疊包含藉由介電層(例如泡沫或其他低損耗低介電材料)分離之N個超構表面。層疊係置放於天線頂端上而使得超構表面之偶極元件相對在天線元件之Tx隔膜頂端上沒有偶極元件之天線元件之Rx隔膜對準。
舉一例來說，在圖1B中，所示包括偶極元件之前兩個超構表面層(超構表面1與2)之一子集係置於Rx天線元件上方。亦即，所示為具有下層Rx天線元件之兩個超構表面層之放大截面的俯視圖。在一項實施例中，偶極元件為印刷或按其他方式製作於一基材上之金屬條，而且各層上的偶極元件大小相同。然而，不同層或相同層上之偶極元件可大小不同。偶極元件係基於針對Rx天線元件(例如Rx隔膜)之大小探尋之所欲阻抗匹配而調整大小。在一項實施例中，偶極元件為180密耳 x 30密耳之一金屬結構。在一項實施例中，該金屬為銅。然而，該金屬可以是其他類型之高傳導金屬或合金，舉例而言例如但不限於鋁、銀、金等。
所示兩個偶極元件111係使用具有不同或相同高度之介電層以不同距離與天線元件112分離。在一項實施例中，介電層之高度為Rx/Tx天線元件之操作頻率之一函數。亦即，該等超構表面層之介電層高度係基於操作該複數個接收槽孔輻射器之接收槽孔輻射器的一衛星譜帶頻率、及操作該複數個傳送槽孔輻射器之傳送槽孔輻射器的一衛星譜帶頻率所選擇。在一項實施例中，介電層之高度係使得頻率愈大(且從而波長愈小)則介電層之尺寸愈小。在一項實施例中，偶極元件111其中一者係位在離天線元件112 (一Rx隔膜)一高度h0 處，而另一者係位在離天線元件112一高度h0 +h1 處。在一項實施例中，h0 為40 +/- 5密耳且h1 為60 +/- 5密耳，使得第二超構表面層離天線孔徑100 +/- 5密耳。
由於層疊(諸如圖1B所示之層疊)中超構表面層之亞波長本質，可將其視為等效表面阻抗。圖1C展示天線孔徑頂端上層疊之等效傳輸線模型，指出如何將其用於阻抗匹配分析。在一項實施例中，具有偶極元件之超構表面係藉由層疊中之等效表面阻抗(Zs)來建模。請注意，層疊之層數、厚度、及材料性質係經選擇以在所有掃描角下、及針對兩正交線性極化(水平與垂直)，提升、且潛在極大化Rx與Tx波段兩者之效能。如圖1C所示，層疊使天線阻抗與自由空間阻抗(η = 377歐姆)匹配。因此，天線與自由空間之間的傳輸係數增大，其意味著能夠輻射至自由空間之電力更多。因此，層疊大幅提升天線之輻射效率。
層疊因易於製造而有助益。在一項實施例中，超構表面層包含在基材上印刷有偶極元件之一薄基材(例如厚度達5密耳)。該基材可包含若干不同材料。在一項實施例中，基材包含一印刷電路板(PCB)。替代地，基材可包含一發泡層或任何低損耗介電材料，舉例而言例如熱塑膜(例如聚亞醯胺)、薄片(例如鐵佛龍、聚酯、聚乙烯等)。在一項實施例中，基材具有1至4 (例如3.5)之一介電常數k，其為介電層(但此非屬必要)之介電常數。在一項實施例中，超構表面層、以及使該等超構表面層分離並且使層疊與天線孔徑分離之介電層係結合在一起。在一項實施例中，超構表面層、以及使該等超構表面層分離並且使層疊與天線孔徑分離之介電層係使用一黏附劑(例如一壓敏黏附劑(PSA)、b-階段環氧化物、受施配黏附劑類似物(例如一環氧化物或丙烯酸系黏附劑)、或薄且低損耗之任何黏附劑)結合或膠接在一起。在另一實施例中，藉由施加熱及壓力將低介電層(例如一封閉胞材料泡沫)熔融至超構表面層。在又另一實施例中，傳導層係直接熔融至低介電層(例如泡沫)，並且直接受蝕刻，因而排除基材及黏附劑。
在一項實施例中，超構表面層件之諸層係使用超構表面上之基準彼此對準。一旦對準，層疊便結合在一起並且附接至一天線罩。請注意，在一項實施例中，該天線罩不僅提供一環境包殼，還對天線提供結構穩定性。之後，具有層疊之天線罩係使用基準與天線孔徑之天線元件對準，並且係附接至天線孔徑。
圖2A及2B在針對不同掃描角(即0、30、45及60度)所產生之一史密斯圖上，就Rx波段繪示天線之反射係數。圖2A展示本身沒有一層疊之天線的結果，其指出相當差的阻抗匹配。當天線頂端上包括超構表面層疊時，曲線更加接近史密斯圖之中心，如圖2B所示，意味著阻抗匹配在所有掃描角下顯著獲得改善。
圖3A及3B繪示一天線在兩個掃描角(即寬邊(0°)及極端掃描角(60°)下就Rx與Tx頻帶兩者所測得之增益。圖3A及3B示範藉由在天線頂端上使用本文中所述之層疊，使增益大幅改善。於Rx處，增益在寬邊及60°掃描角下分別改善高達+2dB及+3dB。於Tx處，增益在寬邊及60°掃描角下分別改善+1dB及+3dB。因此，層疊於Rx與Tx頻帶顯著改善所有掃描角下之天線效能。這大幅提升網路涵蓋範圍、頻寬及速度。再者，超構表面層疊提升天線之輻射效率，並且改善增益及降低雜訊溫度，藉此使衛星天線之增益對雜訊溫度(G/T)又更高。
請注意，針對增益改善及阻抗匹配目的，所揭示之層疊可應用於許多類型之電子束掃描天線，舉例而言例如但不限於相位陣列或漏溢波天線。層疊因設計之寬頻本質，亦可用於頻率掃描雷達天線。
因此，已揭示一超構表面層疊，其包括可調阻抗匹配層，用以調諧一孔徑天線(例如一圓柱形饋伺全像徑向孔徑天線)之磁性與電氣響應兩者。WAIM 天線罩
在另一實施例中，阻抗匹配網路包含位在天線孔徑(例如一圓柱形饋伺全像徑向孔徑天線)上面之一廣角阻抗匹配(WAIM)表面層，用以針對水平極化電場(H-pol E-field)狀況改善傾斜掃描角下之天線增益。換句話說，本發明之實施例包括一WAIM層與一圓柱形饋伺全像徑向孔徑天線之一組合。更具體而言，當波束指向斜角時，徑向孔徑漏溢波天線之H-pol增益顯著衰減。使用本文中所揭示之WAIM層，得以大幅改善增益。
圖4A繪示圓柱形饋伺全像天線的一示意圖，使得主波束係針對具有輻射隔膜之天線元件使用適當的激發分布來定型。圖1A中展示此類之一項實例。具有隔膜之天線元件在下文有更詳細的說明。當隔膜受激發而使得在掃描滾離角(例如60°)下輻射H-pol E-field時，輻射效能顯著劣化。
圖4B針對一天線孔徑與自由空間之間的阻抗匹配，繪示一WAIM層之一項實施例。請參照圖4B，一非常薄WAIM層402具有一金屬圖型，並且係置放於天線表面上面。在一項實施例中，該圖型具有週期性；然而，這並非必要，而且可使用一非週期性圖型。在一項實施例中，該WAIM層為上有印刷或製作一金屬圖型之2密耳厚基材。WAIM結構的設計旨在改善掃描滾離角下之H-pol E-field波束效能。
在滾離掃描角下，針對H-pol，圓柱形饋伺全像天線與自由空間之間的不匹配很顯著。E-field狀況。結果是，天線輻射特性在那些角度下大幅衰減。在一項實施例中，WAIM層包括環狀元件。由於WAIM層之元件之環狀，其對H pol起反應。環體之主軸平行於磁場時之E-field。結果是，WAIM層作為一阻抗匹配電路，以使得具有WAIM之天線在滾離掃描角下有效率地輻射更多電力。
請注意，WAIM層之金屬圖型中元件之形狀係經選擇以取得所欲之阻抗匹配。在一項實施例中，該等元件具有一環狀圖型。在一項實施例中，該等環狀元件為一裂環共振器(SRR)。這些未封閉環內有一個間隙，以使得其未形成一全圓。圖4C繪示一裂環共振器之一實例。在一項實施例中，環狀元件之厚度、大小及位置為經選擇用以取得使天線孔徑與自由空間匹配所需阻抗之因子。亦即，藉由選擇厚度、大小及位置，可取得滾離下具有最優效能之所欲阻抗匹配，並且對其他角度與極化效能之影響可很小。請注意，環狀元件不需要與天線孔徑之共振天線孔徑對準，正如超構表面層疊。在一項實施例中，該等環狀元件具有一週期性。在一項實施例中，環狀元件之週期性約為80密耳 +/- 10 密耳。
WAIM層經由一介電層(例如泡沫或任何種類之低損耗、低介電係數材料等)與天線孔徑分離。在一項實施例中，介電發泡層具有140密耳 +/- 10密耳之一高度，並且具有接近1至1.05之一介電常數，以及WAIM係印刷於具有典型高達5密耳(例如2密耳)之一厚度及約為4 (例如3.5)之介電常數的一介電層上。對於更高頻率，WAIM可印刷於低介電性電路板材料(例如5密耳至10密耳)上，並且不用一發泡間隔物而直接置放於天線孔徑頂端上。
WAIM層可用在其他類型的圓柱形饋伺電子束掃描天線中，舉例而言例如但不限於相位陣列天線、漏溢波天線等，用以針對H-pol改善波束效能。掃描滾離角下之E-field。由於規模可調性特徵的關係，亦可將其用於不同頻帶(例如Ka波段、Ku波段、C波段、X波段、V波段、W波段、等)。
請注意，各特定天線類型具有其自有的輻射特性，端視饋伺機制及操作概念而定。因此，一WAIM層之用以配合任何特定類型之天線工作的設計是不同的。在一項實施例中，具有最佳化幾何形狀之一裂環共振器(SRR) WAIM層的設計旨在與圓柱形饋伺全像天線配合用於解決一H-pol掃描滾離問題。偶極超基板
所述為藉由使用一偶極圖型化超基板，用以變更頻率響應(下移共振頻率)、及用以改善全像超構表面天線輻射效率之一種方法及設備。這使得繞著一隔膜之負載電容增大，其導致共振頻率下移至所欲值，亦降低基本單元胞中之歐姆損耗，並且改善天線之輻射效率，以及容許超構表面天線(舉例而言例如以上在圖1A中所述之天線)之後建頻率可重新組配性。請注意，在一項實施例中，偶極基材係與本文中所述之廣角阻抗匹配網路搭配使用。當偶極超基板使天線之頻帶下移至所欲者時，廣角阻抗匹配在所有掃描角下就所欲波段改善輻射效率。換句話說，當偶極超基板與廣角阻抗匹配網路(例如圖1A中所示)配合使用時，偶極超基板調整運作之頻帶，同時藉由阻抗匹配網路使輻射效率獲得改善。
超構表面天線可包括蒙受顯著歐姆損耗之有損可調材料。此外，由於例如製造限制或任何其他實際理由，其可能未在期望頻帶運作。然而，在一項實施例中，一寄生元件係當作一天線元件之單元胞(例如一液晶(LC)式胞元)之基本設計之一部分用於幫助使運作之頻帶下移，其亦降低歐姆損耗並且增強此類天線結構中之輻射功率。
在一項實施例中，輻射孔徑(位在任何廣角阻抗匹配網路下面)頂端上包括圖型化有偶極元件之一超基板，用以調整運作之頻帶，同時廣角阻抗匹配網路改善所有掃描角下之輻射效率。在一項實施例中，此偶極圖型化超基板藉由相對一天線元件之槽孔調整相對角度來控制橢圓極化天線之軸比，而且這針對所有極化及掃描角保持成立。
偶極圖型化基材之實施例具有以下一或多個優點。一個優點在於容許一超構表面天線之後建頻率可重新組配性，同時改善天線之輻射效率及動態頻寬。偶極元件在單元胞附近之存在性裝載該單元胞，並且幫助使該單元胞之頻率位移。此特定特徵幫助在可變共振頻率下操作單元胞並從而控制可調頻寬，其進而幫助改善天線之動態頻寬。
在一項實施例中，偶極元件之實體結構包括印刷於一介電材料上、並且離共振器位移某一距離之所欲電氣尺寸之一金屬條，以利如圖5A所示之規定效能。該等尺寸及距離包括偶極元件之長度及高度，係經選擇而得以避免干擾天線元件之一特性，諸如Rx天線元件之Rx隔膜之共振。在另一實施例中，該等尺寸及距離係經選擇以避免干擾天線元件之一特性，諸如天線元件之Rx及Tx隔膜之共振。
請參照圖5A，一偶極元件501係位在一介電材料503 (例如一發泡層)上，以及係置於一天線元件之隔膜502上面並且與之垂直。一玻璃層504係介於隔膜接地與介電層503之間。偶極元件501包含一矩形金屬條。該實體結構不受限於矩形條，並且可呈具有所欲電氣尺寸之任何可能形狀以提供所需頻移。
在一項實施例中，由於天線之切換速度要求，需要具有非常薄之單元胞幾何形狀。舉例而言，在一項實施例中，貼片與隔膜接地之間的距離典型為1微米至10微米(例如3微米)。在此類情況中，該貼近必須非常接近隔膜接地，並且該貼片對輻射功率之貢獻因該貼片貼近(典型為數微米)該隔膜接地而非常有限。特別的是，在共振下，以歐姆損耗為主，導致輻射效率不良。此類狀況中用以改善共振附近之輻射功率/改善輻射功率或附近之共振的一種方式為將充分匹配之阻抗之一寄生元件用於單元胞，其有助於使單元胞附近之強共振電流分歧，藉此降低單元胞之歐姆損耗。寄生元件之使用具有兩個優點，一者幫助降低單元胞還有天線之陣列環境中之歐姆損耗，一匹配良好之偶極元件藉由降低內部耦合使該等單元胞彼此間之互耦合減弱以有助於天線上更受控制之孔徑分布。圖5B繪示具有一偶極元件及沒有一偶極元件之一單元胞中歐姆損耗之一曲線圖。
在一項實施例中，使用單元胞上之多個寄生元件，其中該等寄生元件呈布置於該單元胞之多個介電層上之堆疊幾何形狀。另一可能實施例包括位在單元胞上之多個共面寄生元件。圖6A及6B繪示此類布置結構之一些實例。
一槽孔偶極元件對超構表面天線之應用增強輻射特性，尤其是改善相對有損且在頂端上沒有一寄生偶極之胞元的輻射效率。天線之輻射效率亦針對各種掃描角出現增強。同樣地，偶極可當作一輔助，用於在一後建程序之後使運作之頻帶移位，並且亦藉由相對各單元胞調整該/該等偶極之相對方位來控制天線之極化。液晶(LC) 式可調阻抗匹配層
天線之輻射特性可取決於掃描角、操作頻率、及輻射場之極化而大幅變更。天線孔徑上面之磁性及電氣阻抗匹配層可分別影響天線之磁性及電氣響應。結果是，使阻抗層可調而同時或各別針對磁性或電氣狀況提供用以調適天線阻抗(或效能)之強大能力。同樣地，有時取決於情況或規格，天線輻射特性應該在其使用時予以調適。
在一項實施例中，阻抗匹配超構表面層將液晶(LC)材料當作調諧組件用於在不同掃描角下調諧輻射效能。更具體而言，在一項實施例中，調諧係藉由在各胞元元件處使用LC材料來進行，以使得藉由以電子方式改變LC之介電常數，可調適各元件之電磁特性，因而調適該層之等效表面阻抗。一或多個阻抗匹配層中包括LC材料。舉例而言，在由諸環狀元件所組成之一可調WAIM超構表面中，於各環體元件處合併LC材料以在極端掃描滾離角下針對水平極化電場輻射調諧天線之磁性響應。舉另一例而言，LC式可調電氣偶極之一表面層可用於控制天線之電氣響應。
在一項實施例中，一LC式可調阻抗匹配層係用在圓柱形饋伺全像徑向孔徑頂端上。在一項實施例中，阻抗匹配層為廣角阻抗匹配(WAIM)層或一偶極網版層或兩者之一組合。藉由調諧這些層，可同時或各別調諧天線之磁性及電氣響應。
在一項實施例中，可調阻抗匹配層為由諸週期性可調輻射元件(例如偶極、環體等)所組成之網版層，使得藉由這些元件，可藉由改變超構表面之等效表面阻抗，在不同掃描角就一相當寬頻之頻率範圍調適天線之磁性及電氣頻率響應。因此，可調阻抗匹配層能夠在不同掃描角及頻帶下進行原位微調以使天線之效能獲得改善。
圖15繪示一天線孔徑(例如一多波段圓柱形饋伺全像天線等)上方具有可調LC組件之一非常薄阻抗匹配層之一項實例。在一項實施例中，可以是一PCB之阻抗匹配層具有介於2密耳與60密耳之間的一厚度。在一多波段圓柱形饋伺全像天線之狀況中，主波束係藉由將適當的激發分布用於輻射隔膜來定型，而且隔膜可受激發而在所欲掃描角下輻射水平或垂直極化電場。
在一項實施例中，阻抗匹配層為一個層件。在一項實施例中，LC式可調阻抗匹配層為單純薄層，其可輕易地印刷於任何印刷電路板(PCB)或其他基材上。然而，阻抗匹配層不必然為一個層件。在另一實施例中，阻抗匹配層為數層之一層疊，使得藉由使用可調LC材料，可透過一等效表面阻抗變化來調諧對應層之磁性或電氣響應。
在一項實施例中，特定金屬圖型包含一或多個環體，諸如圖16A及16B中所示之環體。請參照圖16A，環體1601為一單塊。圖16B中之環體包含兩個部分，各部分之一端重疊。這兩個部分可位在LC材料之對立側邊上，LC材料介於這兩端之重疊區域之間。替代地，在另一實施例中，可使用一週期性偶極。在一項實施例中，該等環體係由金屬或任何種類之高傳導材料所構成。
請注意，可調阻抗匹配層可在所有類型之電子束掃描天線中用於針對極化、頻帶及掃描角調諧天線輻射特性。天線實施例之實例
上述技巧可配合平板天線使用。所揭示為此類平板天線之實施例。平板天線包括位在天線孔徑上之一或多個天線元件陣列。在一項實施例中，該等天線元件包含液晶胞元。在一項實施例中，平板天線為一圓柱形饋伺天線，其包括矩陣驅動電路系統，用以獨特地定址並且驅動非置放於列與行中之天線元件之各者。在一項實施例中，該等元件係置放於環體中。
在一項實施例中，具有一或多個天線元件陣列之天線孔徑包含耦合在一起之多個部段。當耦合在一起時，該等部段之組合形成天線元件之封閉同心環。在一項實施例中，該等同心環相對天線饋體呈同心。天線系統之實例
在一項實施例中，平板天線為一超穎材料天線系統之部分。所述為用於通訊衛星通訊地面電台之一超穎材料天線系統之實施例。在一項實施例中，天線系統為針對民商用衛星通訊使用Ka波段頻率或Ku波段頻率運作之一行動平台(例如航空、海上、陸地等)上運作之一衛星地面電台(ES)之一組件或子系統。請注意，該天線系統之實施例亦可用於不位在行動平台上之地面電台(例如固定式或可運輸地面電台)中。
在一項實施例中，天線系統使用表面散射超穎材料技術以透過不同天線形成與轉向傳送及接收波束。在一項實施例中，相較於運用數位信號處理使波束電氣形成並且轉向之天線系統(例如相位陣列天線)，此等天線系統為類比系統。
在一項實施例中，天線系統包含三個功能子系統：(1)由一柱面波饋體架構所組成之一波導結構；(2)屬於天線元件之部分之一波散射超穎材料單元胞陣列；以及(3)用以使用全像原理自超穎材料散射元件命令形成一可調整輻射場(波束)之一控制結構。 天線元件
在一項實施例中，此等天線元件包含一組補綴天線。此組補綴天線包含一散射超穎材料元件陣列。在一項實施例中，此天線系統中的各散射元件為由一下導體、一介電基材及一上導體所組成之一單元胞之部分，此上導體將一互補式電感性-電容性共振器(「互補式電氣LC」或「CELC」)嵌入，此共振器係蝕刻於此上導體內或沉積於此上導體上。如所屬技術領域中具有通常知識者將瞭解的是，CELC背景下之LC意指為電感-電容，與液晶截然不同。
在一項實施例中，於該散射元件周圍之間隙中設置一液晶(LC)。此LC係藉由上述直接驅動實施例來驅動。在一項實施例中，液晶乃包封於各單元胞內，並且使得與一槽孔相關聯之下導體、及與其貼片相關聯之上導體分離。液晶具有以包含此液晶之分子的方位為函數之一介電係數，並且此等分子之方位(從而還有此介電係數)可藉由調整跨此液晶之偏壓來控制。在一項實施例中，使用此性質，此液晶整合一接通/斷開開關以供自導波傳送能量至此CELC之用。若切換為接通，此CELC發射與一電氣小型偶極天線相似之一電磁波。請注意，本文中的教示並不受限於具有依照與能量傳送有關之一二元方式運作之一液晶。
在一項實施例中，此天線系統之饋體幾何形狀容許此等天線元件與波饋體(wave feed)中波的向量呈四十五度(45°)角定位。請注意，可使用其他定位(例如呈40°角)。此等元件之此定位能夠控制由此等元件所接收或傳送/輻射自此等元件之自由空間。在一項實施例中，此等天線元件係布置成具有比此天線之運作頻率之一自由空間波長更小的一元件間間距。舉例而言，若每個波長有四個散射元件，則30 GHz傳送天線中的元件大約會是2.5 mm (即30 GHz之10 mm自由空間波長的1/4)。
在一項實施例中，這兩組元件彼此垂直，並且若受控制成相同調諧狀態，則同時具有等振幅激發。相對於饋伺波激發將其旋轉+/-45度可一次達成兩所欲特徵。一者旋轉0度而另一者旋轉90度會達到垂直目標，但達不到等振幅激發目標。請注意，從兩側將此天線元件陣列饋伺到單一結構內時，0與90度可用於達成隔離。
出自各單元胞之輻射電量乃使用一控制器藉由對貼片施加一電壓(跨LC通道之電位)來控制。連至各貼片之走線係用於對此補綴天線提供此電壓。此電壓是用於調諧或解調電容，從而還有個別元件之共振頻率以實現波束形成。所需電壓取決於所用的液晶混合物。液晶之電壓調諧特性主要是藉由一臨界電壓來描述，此液晶於此臨界電壓開始受到此電壓影響，於高於此臨界電壓之飽和電壓，此電壓之升高不會造成液晶中出現重大調諧現象。這兩項特性參數會因液晶混合物不同而改變。
在一項實施例中，如上述，一矩陣驅動係用於對此等貼片施加電壓，以便將各胞元各別驅離所有其他胞元，但各胞元不需具有一單獨連接(直接驅動)。由於元件密度高，此矩陣驅動是用以個別定址各胞元之一有效率方式。
在一項實施例中，此天線系統之控制結構具有2個主要組件：天線陣列該控制器，其包括用於該天線系統之驅動電子元件係低於波散射結構，而此矩陣驅動切換矩陣是以不干涉此輻射之一方式散置於此輻射RF陣列各處。在一項實施例中，用於此天線系統之驅動電子元件包含商用電視家電中使用的商用現成LCD控制，其對於各散射元件藉由調整送至此元件之一AC偏壓信號之振幅或工作週期來調整偏壓。
在一項實施例中，該天線陣列控制器亦含有執行軟體之一微處理器。此控制結構亦可將感測器(例如一GPS接收器、一三軸羅盤、一3軸加速計、3軸陀螺儀、3軸磁力計等)併入以對此處理器提供位置與方位資訊。該位置與方位資訊可藉由地面電台中的其他系統予以提供至該處理器，及/或可以不是該天線系統之部分。
更具體而言，該天線陣列控制器控制哪些元件關閉、及開啟的那些元件、以及操作頻率下之相位與振幅位準。此等元件是藉由電壓施加針對頻率運作予以選擇性解調。
對於傳送，一控制器對此等RF貼片供應一電壓信號陣列以建立一調變、或控制型樣。此控制型樣造成此等元件轉成不同狀態。在一項實施例中，使用多狀態控制，其中各個元件開啟及關閉至不同位準，進一步逼近一正弦控制型樣，與一方波截然不同(即一正弦灰色陰影調變型樣)。在一項實施例中，有些元件比其他元件輻射更強烈，而不是某些元件輻射而有些不輻射。可變輻射是藉由施加特定電壓位準來達成，其將液晶介電係數調整成不同量，藉此以可變方式解調元件，並且造成一些元件比其他元件有更多輻射。
一聚焦波束藉由超穎材料元件陣列的產生情況可藉由建設性與破壞性干涉之現象來說明。個別電磁波在自由空間遇合時若具有相同相位則加成(建設性干涉)，並且波在自由空間遇合時若相位相反則彼此抵消(破壞性干涉)。若一開槽天線中的槽孔係定位成使得各接續槽孔係定位於離該導波之激發點一不同距離處，則出自此元件的散射波將會具有一與前一個槽孔之散射波不同的相位。若此等槽孔相隔一導波長之四分之一，則各槽孔將會離前一個槽孔四分之一相位延遲散射一波。
使用此陣列，可增加可產生之建設性與破壞性干涉的型樣數量，以使得波束理論上可使用全像術的原理，順著偏離此天線陣列之視軸加或減九十度(90°)的任何方向指向。因此，藉由控制超穎材料單元胞哪些開啟而哪些關閉(亦即，藉由變更哪些胞元開啟及哪些胞元關閉的型樣)，可產生一不同型樣之建設性與破壞性干涉，並且此天線可改變此主波束之方向。將此等單元胞開啟與關閉所需的時間規定此波束可從一位置切換至另一位置所用的速度。
在一項實施例中，此天線系統產生用於上行鏈路天線之一條可轉波束、以及用於下行鏈路天線之一條可轉波束。在一項實施例中，此天線系統使用超穎材料技術接收波束，並且解碼來自衛星之信號，而且還形成朝向此衛星引導的傳送波束。在一項實施例中，相較於運用數位信號處理使波束電氣形成並且轉向之天線系統(例如相位陣列天線)，此等天線系統為類比系統。在一項實施例中，此天線系統乃視為一「表面」天線，其外形為平面型並且較低，與習知的衛星碟型接收器比較時尤其明顯。
圖7繪示包括一接地平面與一可重新組配共振器層之一列天線元件的一透視圖。可重新組配共振器層1230包括一可調式槽孔1210之一陣列。可調式槽孔1210之陣列可被組配用以順著一所欲方向將此天線指向。此等可調式槽孔各可藉由改變跨此液晶之一電壓來調諧/調整。
在圖8A中，控制模組1280係耦合至可重新組配共振器層1230以藉由改變跨此液晶之此電壓來調變可調式槽孔1210之陣列。控制模組1280可包括一可現場規劃閘陣列(FPGA)、一微處理器、一控制器、系統單晶片(SoC)、或其他處理邏輯。在一項實施例中，控制模組1280包括用以驅動可調式槽孔1210之陣列的邏輯電路系統(例如多工器)。在一項實施例中，控制模組1280接收包括關於將一全像繞射型樣驅動到可調式槽孔1210之陣列上之規格的資料。可回應於此天線與一衛星之間的一空間關係而產生此全像繞射型樣，以使得此全像繞射型樣順著適用於通訊的方向將此等下行鏈路波束轉向(並且，若此天線系統進行傳送，則使上行鏈路波束轉向)。各圖中沒有繪示的是，類似於控制模組1280之一控制模組可驅動本揭露之圖中所述的各可調式槽孔之陣列。
射頻(RF)全像術也可使用類比技術來達成，其中一所欲RF波束可在一RF參考波束遭遇一RF全像繞射型樣時產生。以衛星通訊來說明，此參考波束的形式為一饋伺波，例如饋伺波1205 (在一些實施例中大約為20 GHz)。若要將饋伺波轉換成一輻射波束(目的為傳送或接收)，於此所欲RF波束(此物件波束)與此饋伺波(此參考波束)之間計算一干涉型樣。將此干涉型樣驅動到可調式槽孔1210之陣列上當作一繞射型樣，以使得此饋伺波「轉向」到此所欲RF波束內(具有所欲形狀與方向)。換句話說，遭遇此全像繞射型樣之此饋伺波「重構」此物件波束，其乃根據此通訊系統之設計要求所形成。此全像繞射型樣含有各元件之激發，並且係藉由w_hologram=w_in^* w_out來計算，其中w_in為波導中的波方程式，而w_out為出射波上的波方程式。
圖8B繪示一可調式共振器/槽孔1210之一項實施例。可調式槽孔1210包括一隔膜/槽孔1212、一輻射貼片1211、以及設置於隔膜1212與貼片1211之間的液晶1213。在一項實施例中，輻射貼片1211係與隔膜1212共置。
圖8B繪示一實體天線孔徑之一項實施例的一截面圖。此天線孔徑包括接地平面1245、以及位在隔膜層1233內之一金屬層1236，其乃包括於可重新組配共振器層1230內。在一項實施例中，圖8B之天線孔徑包括圖8A之複數個可調式共振器/槽孔1210。隔膜/槽孔1212乃藉由金屬層1236中的開口所界定。一饋伺波(諸如圖8A之饋伺波1205)可具有與衛星通訊通道相容之一微波頻率。此饋伺波於接地平面1245與共振器層1230之間傳播。
可重新組配共振器層1230亦包括墊片層1232及貼片層1231。墊片層1232係設置於貼片層1231與隔膜層1233之間。請注意，在一項實施例中，一間隔物可取代墊片層1232。在一項實施例中，隔膜層1233可以是一印刷電路板(PCB)，其包括當作金屬層1236之一銅層。在一項實施例中，隔膜層1233為玻璃。隔膜層1233可以是其他類型之基材。
可在此銅層中蝕刻開口以形成槽孔1212。在一項實施例中，隔膜層1233係藉由一傳導接合層傳導性耦合至圖8B中之另一結構(例如一波導)。請注意，在一實施例中，此隔膜層未藉由一傳導接合層來傳導性耦合，而是與一非傳導性接合層介接。
貼片層1231也可以是一PCB，其包括當作輻射貼片1211之金屬。在一項實施例中，墊片層1232包括間隔物1239，其提供一機械性間隙器以界定金屬層1236與貼片1211之間的尺寸。在一項實施例中，此等間隔物為75微米，但可以使用其他尺寸(例如3 mm至200 mm)。如上述，在一項實施例中，圖8B之天線孔徑包括多個可調式共振器/槽孔，例如可調式共振器/槽孔1210包括圖8A之貼片1211、液晶1213、及隔膜1212。用於液晶1213之腔室係藉由間隔物1239、隔膜層1233及金屬層1236來界定。以液晶填充此腔室時，可將貼片層1231層壓到間隔物1239上以將液晶密封於共振器層1230內。
可調變介於貼片層1231與隔膜層1233之間的一電壓以調諧介於此貼片與此等槽孔(例如可調式共振器/槽孔1210)之間的間隙中之液晶。調整跨液晶1213的電壓會改變槽孔(例如可調式共振器/槽孔1210)之電容。因此，一槽孔(例如可調式共振器/槽孔1210)的電抗可藉由變更此電容來改變。槽孔1210的共振頻率亦根據方程式f = 1/(2π√LC)而改變，其中f為槽孔1210的共振頻率，而L與C分別為槽孔1210的電感與電容。槽孔1210的共振頻率影響穿過此波導傳播之饋伺波1205輻射出去的能量。舉一例來說，若饋伺波1205為20 GHz，槽孔1210的共振頻率可(藉由改變此電容)調整至17 GHz，以使得槽孔1210實質沒有耦合出自饋伺波1205的能量。或者，槽孔1210的共振頻率可調整至20 GHz，以使得槽孔1210耦合出自饋伺波1205的能量，並且將此能量輻射到自由空間內。雖然上述實例屬於二元(完全輻射或完全不輻射)，憑藉一多值範圍內的電壓變異量，有可能進行槽孔1210之電抗，從而還有共振頻率的灰階控制。因此，可精細控制各槽孔1210輻射出去的能量，以使得詳細的全像繞射型樣可藉由此可調式槽孔陣列來形成。
在一項實施例中，一列中的可調式槽孔彼此相隔λ/5。可使用其他間距。在一項實施例中，一列中的各可調式槽孔與一相鄰列中最靠近的可調式槽孔相隔λ/2，而不同列中同方位之可調式槽孔因此相隔λ/4，但其他間距是有可能的(例如λ/5、λ/6.3)。在另一實施例中，一列中的各可調式槽孔與一相鄰列中最靠近的可調式槽孔相隔λ/3。
實施例使用諸如2014年11月21提出申請之題為「Dynamic Polarization and Coupling Control from a Steerable Cylindrically Fed Holographic Antenna」的美國專利申請案第14/550,178號、以及2015年1月30日提出申請之題為「Ridged Waveguide Feed Structures for Reconfigurable Antenna」的美國專利申請案第14/610,502號中所述的可重新組配超穎材料技術。
圖9A至9D繪示用於建立此開槽陣列之不同層的一項實施例。該天線陣列包括置於環體(諸如圖1A所示之例示性環體)中之天線元件。請注意，在這項實例中，天線陣列具有兩種不同類型之天線元件，其係用於兩種不同類型之頻帶。
圖9A繪示具有與此等槽孔相對應之位置的第一隔膜板之一部分。請參照圖9A，圓圈為隔膜基材底側金屬化中的開放區域/槽孔，並且係用於控制元件連至饋體(饋伺波)的耦合。請注意，此層為一任選層，並不是所有設計都有用到。圖9B繪示含有槽孔之第二隔膜板層之一部分。圖9C繪示此第二隔膜板層之一部分上方之貼片。圖9D繪示開槽陣列之一部分的俯視圖。
圖10繪示一圓柱形饋伺天線結構之一項實施例的一側視圖。該天線使用一雙層饋體結構(即一饋體結構之兩層)來產生一向內行進波。在一項實施例中，該天線包括一圓形外狀，但這並非必要。也就是說，可使用非圓形向內行進結構。在一項實施例中，圖10中之天線結構包括一同軸饋體，舉例而言例如2014年11月21日提出申請之題為「Dynamic Polarization and Coupling Control from a Steerable Cylindrically Fed Holographic Antenna」之美國公開案第2015/0236412號中所述者。
請參照圖10，一同軸針腳1601係用於激發天線之下階上的場域。在一項實施例中，同軸針腳1601為輕易可得之一50Ω同軸針腳。同軸針腳1601係耦合(例如螺栓連接)至天線結構之底端，其為傳導性接地平面1602。
與傳導性接地平面1602分開的是填隙式導體1603，其為一內部導體。在一項實施例中，傳導性接地平面1602與填隙式導體1603彼此平行。在一項實施例中，接地平面1602與填隙式導體1603之間的距離為0.1”至0.15”。在另一實施例中，此距離可以是λ/2，其中λ為操作頻率下行進波之波長。
接地平面1602經由一間隔物1604與填隙式導體1603分開。在一項實施例中，間隔物1604為一似泡沫或空氣之間隔物。在一項實施例中，間隔物1604包含一塑膠間隔物。
位在填隙式導體1603頂端上的是介電層1605。在一項實施例中，介電層1605為塑膠。介電層1605之用途是用來減緩行進波相對於自由空間之速度。在一項實施例中，介電層1605使行進波相對於自由空間減緩30%。在一項實施例中，適用於波束形成之折射率範圍是1.2至1.8，其中自由空間依照定義具有等於1之一折射率。可將舉例如塑膠之其他介電間隔物材料用於達成此功效。請注意，有別於塑膠之材料只要達到所欲波速減緩功效都可予以使用。替代地，具有分散式結構之一材料可當作介電質1605使用，舉例如可加工或微影界定之週期性亞波長金屬性結構。
一RF陣列1606位在介電質1605頂端上。在一項實施例中，填隙式導體1603與RF陣列1606之間的距離為0.1”至0.15”。在另一實施例中，此距離可以是λeff /2，其中λeff 為設計頻率下介質中之有效波長。
天線包括側邊1607與1608。側邊1607與1608的夾角造成出自同軸針腳1601之一行進波饋體自填隙式導體1603 (間隔層)下面之區域傳播至填隙式導體1603 (介電層)上面之區域。在一項實施例中，側邊1607與1608之夾角為45°角。在一替代實施例中，側邊1607與1608可用一連續半徑來替換以達成反射。儘管圖10展示具有45度夾角之有夾角之側邊，仍可使用完成自下階饋體至上階饋體之信號傳輸的其他夾角。也就是說，假定下饋體中之有效波長與在上饋體中大致將會不同，可使用與理想45°角之某偏差來輔助自下至上饋體階之傳輸。舉例而言，在另一實施例中，以單一節距替換45°角。天線之一端上之節距繞著介電層、填隙式導體及間隔層。相同的兩個節距位處這些層之其他端。
運作時，當從同軸針腳1601饋入一饋伺波時，波在介於接地平面1602與填隙式導體1603之間的區域中自同軸針腳1601起採向外同心方位行進。同心出射波受側邊1607與1608反射，並且在介於填隙式導體1603與RF陣列1606之間的區域中向內行進。起於圓形周邊之邊緣的反射造成波維持同相(亦即其為一同相反射)。行進波藉由介電層1605減緩。於此時點，行進波開始與RF陣列1606中之元件互動及激發以取得所欲散射。
若要終止行進波，天線中在天線之幾何中心處包括一終端1609。在一項實施例中，終端1609包含一針腳終端(例如一50Ω針腳)。在另一實施例中，終端1609包含終止未用能量之一RF吸收器，以防止該未用能量透過天線之饋體結構反射回去。這些可在RF陣列1606頂端處予以使用。
圖11繪示具有一出射波之天線系統的另一實施例。請參照圖11，兩個接地平面1610與1611彼此與介於諸接地平面之間的一介電層1612 (例如一塑膠層等)實質平行。RF吸收器1619 (例如電阻器)將這兩個接地平面1610與1611耦合在一起。一同軸針腳1615 (例如50Ω)饋伺此天線。一RF陣列1616位在介電層1612及接地平面1611頂端上。
運作時，一饋伺波係穿過同軸針腳1615來饋伺，以及同心向外行進，並且與RF陣列1616之元件互動。
圖10與11之兩天線中之圓柱形饋體改善天線之服務角。在一項實施例中，此天線系統具有順著所有方向偏離視軸七十五度(75°)的服務角，而不是加或減四十五度方位角(±45° Az)、以及加或減二十五度仰角(±25° El)的服務角。正如包含許多個別輻射器的任何波束形成天線，總體天線增益取決於本身具有角度相依性之構成元件的增益。使用共同輻射元件時，總體天線增益典型為隨著波束偏離視軸指向而降低。偏離視軸75度時，期望的顯著增益衰減為約6 dB。
具有一圓柱形饋體之天線之實施例解決一或多個問題。這些包括相較於以一集體分壓器網路(corporate divider network)饋伺之天線大幅簡化饋體結構，並且因此減少全體需要的天線與天線饋體體積；利用更粗調之控制(延伸所有方式至單純的二進位控制)藉由維持高波束效能降低對製造與控制誤差之靈敏度；相較於直線饋體給予一更有助益的旁瓣圖型，因為圓柱形導向饋伺波在遠場中導致空間分集之旁瓣；以及容許極化呈現動態，包括容許左旋圓形、右旋圓形、及線性極化，但不需要一極化器。 波散射元件陣列
圖10之RF陣列1606及圖11之RF陣列1616包括一波散射子系統，其包括當作輻射器之一組補綴天線(即散射體)。此組補綴天線包含一散射超穎材料元件陣列。
在一項實施例中，此天線系統中的各散射元件為由一下導體、一介電基材及一上導體所組成之一單元胞之部分，此上導體將一互補式電感性-電容性共振器(「互補式電氣LC」或「CELC」)嵌入，此共振器係蝕刻於此上導體內或沉積於此上導體上。
在一項實施例中，於該散射元件周圍之間隙中注入一液晶(LC)。液晶乃包封於各單元胞內，並且使得與一槽孔相關聯之下導體、及與其貼片相關聯之上導體分離。液晶具有以包含此液晶之分子的方位為函數之一介電係數，並且此等分子之方位(從而還有此介電係數)可藉由調整跨此液晶之偏壓來控制。使用此性質，此液晶當作一接通/斷開開關以供自導波傳送能量至此CELC之用。若切換為接通，此CELC發射與一電氣小型偶極天線相似之一電磁波。
控制此LC的厚度會提升波束切換速度。下與上導體之間的間隙(液晶的厚度)縮減百分之五十(50%)導致速度提升四倍。在另一實施例中，此液晶的厚度導致大約十四毫秒(14 ms)的一波束切換速度。在一項實施例中，此LC是以所屬技術領域中眾所周知之一方式來摻雜以改善響應度，因此可符合一七毫秒(7 ms)要求。
CELC元件對平行於CELC元件之平面且垂直於CELC間隙補體所施加之一磁場作出回應。對超穎材料散射單元胞中之液晶施加一電壓時，導波之磁場組件誘發CELC之一激磁，其進而如該導波在相同頻率內產生一電磁波。
可在導波之向量上藉由CELC之定位來選擇由單一CELC所產生之電磁波的相位。各胞元產生與平行於CELC之導波同相之一波。因為CELC小於波長，輸出波因為在CELC下方通過，具有與導波之相位相同之相位。
在一項實施例中，此天線系統之圓柱形饋體幾何形狀容許此等CELC元件與波饋體中波的向量呈四十五度(45°)角定位。此等元件之此定位能夠控制產生自此等元件或由其所接收之自由空間波的極化。在一項實施例中，此等CELC係布置成具有比此天線之運作頻率之一自由空間波長更小的一元件間間距。舉例而言，若每個波長有四個散射元件，則30 GHz傳送天線中的元件大約會是2.5 mm (即30 GHz之10 mm自由空間波長的1/4)。
在一項實施例中，此等CELC是用包括一貼片之補綴天線來實施，該貼片與液晶共置於一槽孔上方，該液晶介於這兩者之間。在這方面，超穎材料天線作用像是一開槽(散射)波導。憑藉一開槽波導，輸出波之相位取決於槽孔與導波相關之位置。 胞元置放
在一項實施例中，依照容許系統性矩陣驅動電路之一方式在圓柱形饋體天線孔徑上置放天線元件。胞元之置放包括針對矩陣驅動置放電晶體。圖12繪示相對天線元件置放矩陣驅動電路系統之一項實施例。請參照圖12，列控制器1701乃分別經由列選擇信號Row1及Row2耦合至電晶體1711及1712，並且行控制器1702乃經由行選擇信號Column1耦合至電晶體1711及1712。電晶體1711亦經由對貼片1731之連接耦合至天線元件1721，而電晶體1712則經由對貼片1732之連接耦合至天線元件1722。
在非規則網格中置放有單元胞之圓柱形饋體天線上落實矩陣驅動電路系統之初始作法中，進行兩個步驟。在第一步驟中，將胞元置放於同心環上，以及將各該胞元連接至一電晶體，其乃置放於胞元旁邊、並且當作用以單獨驅動各胞元之一開關。在第二步驟中，建置矩陣驅動電路系統，以便視矩陣驅動作法所需，將每個電晶體與一唯一位址連接。因為矩陣驅動電路是由列與行走線(類似於LCD)所建置，但胞元乃置放於環體上，因此沒有用以對各電晶體指定一唯一位址之系統性方式。此映射問題導致用以涵蓋所有電晶體之電路系統非常複雜，並且導致用以完成路由安排之實體走線數量顯著增加。由於胞元密度高，那些走線因耦合效應而干擾天線之RF效能。同樣地，由於走線複雜度及高填裝密度的關係，走線之路由安排無法藉由市售布局工具來完成。
在一項實施例中，置放胞元與電晶體之前，先預定義矩陣驅動電路系統。這確保驅動所有胞元所需之走線數量最少，各胞元具有一唯一位址。此策略降低驅動電路系統之複雜度，並且簡化路由安排，其隨後改善天線之RF效能。
更具體而言，在一種作法中，於第一步驟中，胞元乃置放於由描述各胞元唯一位址之諸列與諸行所組成之一規則矩形網格上。在第二步驟中，將胞元分組並且轉換成同心圓，同時維持其對該等列與行之位址及連接，如第一步驟中所定義。此轉換之一目標不僅是要將胞元放到環體上，還要使諸胞元之間的距離、及諸環體之間的距離在整體孔徑上方保持固定。為了完成此目標，有數種用以將胞元分組之方式。
在一項實施例中，一TFT封裝體乃用於在矩陣驅動中實現置放與唯一定址。圖13繪示一TFT封裝體之一項實施例。請參照圖13，所示為具有輸入與輸出埠之一TFT及一保持電容器1803。有兩個連接至走線1801之輸入埠、兩個連接至走線1802之輸出埠，用以使用列與行將該等TFT連接在一起。在一項實施例中，列與行走線交叉90°角以使該等列與行走線之間的耦合降低，並且可能降到最低。在一項實施例中，列與行走線乃位在不同層上。一全雙工通訊系統之一實例
在另一實施例中，此等組合式天線孔徑係用於一全雙工通訊系統中。圖14為具有同時傳送與接收路徑之一通訊系統之另一實施例的一方塊圖。儘管所示僅一條傳送路徑與一條接收路徑，此通訊系統仍可包括超過一條傳送路徑及/或超過一條接收路徑。
請參照圖14，天線1401包括可獨立運作用來如上述，以不同頻率同時傳送與接收之兩個空間交插式天線陣列。在一項實施例中，天線1401係耦合至雙工器1445。此耦合可藉由一或多個饋伺網路來進行。在一項實施例中，以一徑向饋伺天線來說明，雙工器1445組合兩個信號，並且介於天線1401與雙工器1445之間的連接為可攜載兩頻率之單一寬波段饋伺網路。
雙工器1445係耦合至一低雜訊阻斷降頻器(LNB) 1427，其依照所屬技術領域中眾所周知的一種方式進行一雜訊濾波功能、以及一降頻轉換與放大功能。在一項實施例中，LNB 1427處於一室外機(ODU)中。在另一實施例中，LNB 1427係整合到此天線設備內。LNB 1427係耦合至一數據機1460，其係耦合至運算系統1440 (例如一電腦系統、數據機等)。
數據機1460包括一類比數位轉換器(ADC) 1422，其係耦合至LNB 1427，用來將輸出自雙工器1445之已接收信號轉換成數位格式。一旦轉換成數位格式，此等信號便藉由解調變器1423來解調變，並且藉由解碼器1424來解碼以取得已接收波上的已編碼資料。接著將已解碼資料發送至控制器1425，其將此已解碼資料發送至運算系統1440。
數據機1460亦包括一編碼器1430，其將待傳送自運算系統1440之資料編碼。此已編碼資料乃藉由調變器1431來調變，然後藉由數位類比轉換器(DAC) 1432轉換成類比。此類比信號接著藉由一BUC (升頻轉換與高通放大器) 1433來濾波，並予以提供至雙工器1445之一個連接埠。在一項實施例中，BUC 1433處於一室外機(ODU)中。
依照所屬技術領域中眾所周知之一種方式運作的雙工器1445對天線1401提供此傳送信號以供傳送之用。
控制器1450控制天線1401，其在此單一組合式實體孔徑上包括兩個天線元件陣列。
該通訊系統將經修改以包括上述組合器/仲裁器。在此一狀況中，該組合器/仲裁器位在該數據機之後但位在該等BUC與LNB之前。
請注意，圖14所示的全雙工通訊系統具有若干應用，包括但不限於網際網路通訊、車載通訊(包括軟體更新)等。
以上詳細說明有些部分是依據一電腦記憶體內資料位元上運作之演算法與符號表示型態來介紹。這些演算說明與表示型態為資料處理領域中具有通常知識者用來最有效傳達其工作內容予所屬技術領域中具有通常知識者的手段。在這裡，並且大致上，一演算法係視為導致一所欲結果之一自相一致的步驟序列。此等步驟為需要對物理量進行實體操縱的那些步驟。這些量採取的形式通常，但非必要，為能夠被儲存、轉移、組合、比較、以及按其他方式操縱的電氣或磁性信號。將這些信號稱為位元、值、元件、符號、字元、用語、數字、或類似者，有時原則上是為了常見用法，這是可以便利證實的。
然而，應記住的是，這些與類似用語全都與適當的物理量相關聯，而且只是套用到這些量的便利標示。除非具體敍述，否則如以下論述顯而易見，據了解，在整篇說明中，利用諸如「處理」或「運算」或「計算」或「判定」或「顯示」等用語或類似者的論述意指為一電腦系統、或類似電子運算裝置之動作與程序，其操縱並且將此電腦系統之暫存器與記憶體內表示為物理(電子)量的資料轉換成此等電腦系統記憶體或暫存器或其他此類資訊儲存器、傳輸或顯示裝置內以類似方式表示為物理量的其他資料。
本發明亦有關於用於進行本文所述運作的設備。此設備可為了所需目的而特別建構，或其可包含藉由一通用電腦中所儲存之一電腦程式來選擇性啟動或重新組配的該電腦。此一電腦程式可儲存於一電腦可讀儲存媒體中，例如，但不限於包括軟式磁片、光碟、CD-ROM及磁-光碟等之任何類型的碟片、唯讀記憶體(ROM)、隨機存取記憶體(RAM)、EPROM、EEPROM、磁卡或光卡、或任何類型之適用於儲存電子指令的媒體，並且各耦合至一電腦系統匯流排。
本文中介紹的演算法與顯示並非固有地與任何特定電腦或其他設備有關。可根據本文中的教示配合程式使用各種通用系統，或經證實具有便利性，可建構更專業的設備來進行所需的方法步驟。用於各種這些系統所需的結構將在下文的說明中呈現。另外，本發明並非參照任何特定程式規劃語言作說明。將了解的是，可使用各種程式規劃語言來實施如本文中所述本發明之教示。
一機器可讀媒體包括用於以可藉由一機器(例如一電腦)讀取之形式儲存或傳送資訊的任何機制。舉例而言，一機器可讀媒體包括唯讀記憶體(ROM)；隨機存取記憶體(RAM)；磁碟儲存媒體；光學儲存媒體；快閃記憶體裝置等。
儘管本發明之許多更改與修改對於所屬技術領域中具有通常知識者在閱讀完前述說明後將無庸置疑地變為顯而易見，仍要瞭解的是，以例示方式展示並且說明之任何特定實施例絕非意欲視為限制。因此，對各種實施例之細節的參照非意欲用來限制申請專利範圍的範疇，請求項本身僅詳述對本發明視為具有重要性的那些特徵。
由上述討論，將可理解，本發明可以多種實施例形式體現，該等實施例包含但不限於下列：
實施例1：一種天線，其包含：具有至少一個天線元件陣列可操作以輻射射頻(RF)能量之一天線孔徑；以及耦合至該天線孔徑之一整合式複合堆疊結構，該整合式複合堆疊結構包括用以在該天線孔徑與自由空間之間提供阻抗匹配之一廣角阻抗匹配網路，並且該整合式複合堆疊結構係用以將偶極負載放在天線元件上。
實施例2：如實施例1之天線，其中該阻抗匹配網路改善該天線之輻射效率。
實施例3：如實施例1之天線，其中該陣列中之該等偶極負載元件提升天線元件輻射效率，並且使其共振頻率響應下移。
實施例4：如實施例1之天線，其中該阻抗匹配網路針對從一寬邊角至一掃描滾離角之一範圍內所包括之所有掃描角提供阻抗匹配。
實施例5：如實施例1之天線，其中該阻抗匹配網路包含具有藉由至少一個介電層彼此分離之N個超構表面層的一超構表面堆疊結構，該N個超構表面層各包含複數個偶極元件，其中該複數個偶極元件之各偶極元件相對該複數個天線元件之一個天線元件對準，其中N為一整數。
實施例6：如實施例5之天線，其中該各偶極元件相對該一個天線元件之一軸旋轉。
實施例7：如實施例6之天線，其中該天線元件陣列包含與複數個傳送槽孔輻射器交錯之複數個接收槽孔輻射器，以及該複數個偶極元件位在該複數個接收槽孔輻射器及該複數個傳送槽孔輻射器其中一者或兩者中之槽孔輻射器上面並且與之對準。
實施例8：如實施例7之天線，其中該複數個偶極元件各與其對應接收槽孔輻射器之極化對準。
實施例9：如實施例8之天線，其中該複數個偶極元件各相對其對應接收槽孔輻射器垂直。
實施例10：如實施例5之天線，其中N為2或3。
實施例11：如實施例5之天線，其中該N個層對其中至少一者之該介電層包含一發泡層。
實施例12：如實施例5之天線，其中該N個超構表面層之介電層高度係基於一衛星譜帶頻率所選擇，該複數個接收槽孔輻射器之接收槽孔輻射器在該衛星譜帶頻率下操作。
實施例13：如實施例1之天線，其中該阻抗匹配網路包含在該天線孔徑上面具有一金屬圖型之一阻抗匹配層。
實施例14：如實施例13之天線，其中該金屬圖型包含大小經過調整用以針對該天線孔徑與自由空間之間的阻抗匹配提供一阻抗之一週期性元件圖型。
實施例15：如實施例14之天線，其中該週期性元件圖型包含裂環共振器。
實施例16：如實施例13之天線，其中該金屬圖型包含與該天線孔徑所產生之一極化電場起反應之元件。
實施例17：如實施例13之天線，其中該阻抗匹配網路更包含介於該天線孔徑與該阻抗匹配層之間的一介電層。
實施例18：如實施例17之天線，其中該介電層包含一發泡層。
實施例19：如實施例1之天線，其更包含位在該複數個天線元件頂端上之複數個偶極元件。
實施例20：如實施例19之天線，其中該複數個偶極元件為該天線孔徑頂端上一偶極圖型化超基板之部分。
實施例21：如實施例19之天線，其更包含印刷於一介電材料上並且偏離該天線孔徑一距離之一金屬層，該金屬層包括複數個偶極元件。
實施例22：如實施例19之天線，其中該複數個偶極元件各可操作以裝載該複數個天線元件其中一者之一單元胞。
實施例23：如實施例19之天線，其中該複數個偶極元件各可操作以偏移該複數個天線元件其中一或多者之一單元胞之運作的一頻帶。
實施例24：如實施例1之天線，其中該阻抗匹配層包含可調輻射元件。
實施例25：如實施例24之天線，其中該可調輻射元件包含環狀偶極。
實施例26：如實施例1之天線，其中該天線孔徑為一圓柱形饋伺全像徑向天線孔徑。
實施例27：如實施例1之天線，其中該至少一個天線元件陣列各受控制以使用全像波束成形產生一波束。
實施例28：一種天線，其包含：具有至少一個天線元件陣列可操作以輻射射頻(RF)能量之一天線孔徑；以及耦合至該天線孔徑之一整合式複合堆疊結構，該整合式複合堆疊結構包括用以在該天線孔徑與自由空間之間提供阻抗匹配之一廣角阻抗匹配網路，並且其中該整合式複合堆疊結構係用以將偶極負載放在天線元件上，以及再者，其中該阻抗匹配網路針對從一寬邊角至一掃描滾離角之一範圍內所包括之所有掃描角提供阻抗匹配，其中該阻抗匹配網路包含具有藉由至少一個介電層彼此分離之N個超構表面層的一超構表面堆疊結構，該N個超構表面層各包含複數個偶極元件，其中該複數個偶極元件之各偶極元件相對該複數個天線元件之一個天線元件對準，其中N為一整數。
實施例29：如實施例28之天線，其中該天線元件陣列包含與複數個傳送槽孔輻射器交錯之複數個接收槽孔輻射器，以及該複數個偶極元件位在該複數個接收槽孔輻射器及該複數個傳送槽孔輻射器其中一者或兩者中之槽孔輻射器上面並且與之對準。
實施例30：如實施例29之天線，其中該複數個偶極元件各與其對應接收槽孔輻射器之極化對準。
實施例31：一種天線，其包含：具有至少一個天線元件陣列可操作以輻射射頻(RF)能量之一天線孔徑；以及耦合至該天線孔徑之一整合式複合堆疊結構，該整合式複合堆疊結構包括用以在該天線孔徑與自由空間之間提供阻抗匹配之一廣角阻抗匹配網路，並且其中該整合式複合堆疊結構係用以使用該複數個天線元件頂端上之複數個偶極元件將偶極負載放在天線元件上，其中該複數個偶極元件各可操作以偏移該複數個天線元件其中一或多者之一單元胞之運作的一頻帶，以及再者，其中該阻抗匹配網路針對從一寬邊角至一掃描滾離角之一範圍內所包括之所有掃描角提供阻抗匹配。
實施例32：如實施例31之天線，其中該複數個偶極元件為該天線孔徑頂端上一偶極圖型化超基板之部分。
實施例33：如實施例31之天線，其更包含印刷於一介電材料上並且偏離該天線孔徑一距離之一金屬層，該金屬層包括複數個偶極元件，以及其中該複數個偶極元件各可操作以裝載該複數個天線元件其中一者之一單元胞。
101:陣列 102:輸入饋體 103、112、1721、1722:天線元件 110:天線孔徑 111、501:偶極元件 402:WAIM層 502、1212:隔膜 503:介電材料 504:玻璃層 1205:饋伺波 1210:可調式槽孔 1211:輻射貼片 1213:液晶 1230:可重新組配共振器層 1231:貼片層 1232:墊片層 1233:隔膜層 1236:金屬層 1239、1604:間隔物 1245、1602、1610、1611、1602:接地平面 1280:控制模組 1601、1615:同軸針腳 1603、1603:填隙式導體 1605、1612:介電層 1606、1616:RF陣列 1607、1608:側邊 1609:終端 1619:RF吸收器 1701:列控制器 1702:行控制器 1711、1712:電晶體 1731、1732:貼片 1801、1802:走線 1803:保持電容器 1401:天線 1422:類比數位轉換器 1423:解調變器 1424:解碼器 1425:控制器 1427:低雜訊阻斷降頻器 1430:編碼器 1431:調變器 1432:數位類比轉換器 1433:BUC 1440:運算系統 1445:雙工器 1450:控制器 1460:數據機 1601:環體
經由下文提供的詳細說明且經由本發明各項實施例的附圖將會更完整理解本發明，然而，此詳細說明與此等附圖不應該拿來將本發明限制於特定實施例，而應該只是用於解釋與理解。 圖1A繪示具有接收(Rx)與傳送(Tx)槽孔輻射器之一全像徑向孔徑天線之一項實施例。 圖1B繪示位於天線頂端處之一超構表面層疊之一項實施例(子集中展示兩層超構表面之一實例)。 圖1C繪示天線頂端上圖1B之層疊之一傳輸線模型以利數值/解析碼分析。 圖2A及2B分別針對本文中所揭示沒有一超構表面層疊之一天線、及具有一超構表面層疊之一天線，繪示一史密斯圖上不同角度下之一反射係數。 圖3A及3B分別繪示一超構表面層疊之一實施例就接收與傳送頻帶在0與60度掃描角下對Ku波段液晶(LC)式全像徑向孔徑天線之增益所造成的影響。 圖4A及4B分別繪示天線上面一圓柱形饋伺全像徑向孔徑天線、及一廣角阻抗匹配(WAIM)表面之一項實施例的一示意圖。 圖4C繪示一裂環共振器之一實例。 圖5A繪示與一天線元件之一隔膜對準之一偶極元件之一實例。 圖5B繪示具有一偶極元件及沒有一偶極元件之一單元胞中歐姆損耗之一曲線圖。 圖6A及6B繪示一單元胞上多個共面寄生元件之實例。 圖7繪示包括一接地平面與一可重新組配共振器層之一列天線元件的一透視圖。 圖8A繪示一可調式共振器/槽孔之一項實施例。 圖8B繪示一實體天線孔徑之一項實施例的一截面圖。 圖9A至9D繪示用於建立此開槽陣列之不同層的一項實施例。 圖10繪示一圓柱形饋伺天線結構之一項實施例的一側視圖。 圖11繪示具有一出射波之天線系統的另一實施例。 圖12繪示相對天線元件置放矩陣驅動電路系統之一項實施例。 圖13繪示一TFT封裝體之一項實施例。 圖14為具有同時傳送與接收路徑之一通訊系統之另一實施例的一方塊圖。 圖15繪示在一天線孔徑上方具有可調LC組件之一非常薄阻抗匹配層的一項實例。 圖16A及16B繪示在一金屬圖型中用於阻抗匹配之環體的實例。
110:天線孔徑
111:偶極元件
112:天線元件

Claims (20)

  1. 一種天線，其包含： 一天線孔徑，其具有可操作以輻射射頻(RF)能量之至少一個天線元件陣列，其中該天線元件陣列包含多個槽孔輻射器；以及 一廣角阻抗匹配結構，其耦合至該天線孔徑並組配來在該天線孔徑與自由空間之間提供阻抗匹配，其中該廣角阻抗匹配結構包含多個偶極元件。
  2. 如請求項1之天線，其中該廣角阻抗匹配結構層包含一印刷層，其包括該等多個偶極元件。
  3. 如請求項2之天線，其中該印刷層包含一基板，而偶極元件被印刷於該基板上。
  4. 如請求項3之天線，其中該基板包含一印刷電路板(PCB)。
  5. 如請求項4之天線，其中該等多個偶極元件係組配來增加天線元件輻射效率並使天線元件共振頻率響應下移。
  6. 如請求項4之天線，其中該廣角阻抗匹配結構係組配來為在從一寬邊角至一掃描滾離角之一範圍內包括的所有掃描角提供阻抗匹配。
  7. 如請求項1之天線，其中該阻抗匹配結構包含一超構表面層，該超構表面層包含該等多個偶極元件。
  8. 如請求項1之天線，其中該天線元件陣列包含與多個傳送槽孔輻射器交錯的多個接收槽孔輻射器，以及該等多個偶極元件係在該等多個接收槽孔輻射器與該等多個傳送槽孔輻射器之一者或兩者中的槽孔輻射器上方。
  9. 如請求項1之天線，其中該廣角阻抗匹配結構包含在該天線孔徑上方具有一金屬圖型的一阻抗匹配層。
  10. 如請求項9之天線，其中該金屬圖型包含一週期性元件圖型，其組配來提供用於該天線孔徑與自由空間之間的阻抗匹配之一阻抗。
  11. 如請求項10之天線，其中該週期性元件圖型包含裂環共振器。
  12. 如請求項9之天線，其中該金屬圖型包含與由該天線孔徑產生之一極化電場反應的元件。
  13. 如請求項11之天線，其中該等多個偶極元件為該該天線孔徑頂端上一偶極圖型化超基板的部分。
  14. 如請求項1之天線，其中該廣角阻抗匹配結構包含可調輻射元件。
  15. 如請求項14之天線，其中該等可調輻射元件包含環狀偶極。
  16. 如請求項1之天線，其中該天線孔徑為一圓柱形饋伺全像徑向天線孔徑，且該至少一個天線元件陣列之各者被控制以使用全像波束成形產生一波束。
  17. 一種天線，其包含： 一天線孔徑，其具有可操作以輻射射頻(RF)能量之至少一個天線元件陣列，其中該天線元件陣列包含多個槽孔輻射器；以及 一廣角阻抗匹配結構，其耦合至該天線孔徑並包含具有多個印刷元件之一PCB以在該天線孔徑與自由空間之間提供阻抗匹配。
  18. 如請求項17之天線，其中該等多個偶極元件係組配來增加天線元件輻射效率並使天線元件共振頻率響應下移。
  19. 如請求項17之天線，其中該廣角阻抗匹配結構係組配來為在從一寬邊角至一掃描滾離角之一範圍內包括的所有掃描角提供阻抗匹配。
  20. 如請求項17之天線，其中具有多個印刷元件之該PCB包含一金屬圖型。
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