TWI662742B - 一種以軟體定義的多層天線 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種多層的，可以軟體控制的天線。一片輻射貼片提供在一片可變介電常數(VDC)板上方。將可變的DC電位提供到該可變介電常數板，以控制該VDC板上不同區域的有效介電常數。RF信號是在一片饋電貼片與一條延遲線之間耦接，且該延遲線將該RF信號耦接到該輻射貼片。該輻射貼片，該VDC板，該延遲線及該饋電貼片是各別提供在該天線的不同材料層，以解除該RF信號與DC信號通道之間的耦接。一個控制器執行軟體程式，以控制施加到該VDC板上的可變DC電位，藉此控制該天線的操作特性。

Description

一種以軟體定義的多層天線
本申請案主張於2016年9月1日申請的美國專利臨時申請案，案號62/382,489，於2016年9月1日申請的美國專利臨時申請案，案號62/382,506，於2016年12月7日申請的美國專利臨時申請案，案號62/431,393，和2017年1月31日申請的美國專利申請案，案號15/421,388的優先權。上述各案的全部說明內容均併入本案做為參考。
在此所描述的發明是關於發射及/或接收無線電的天線，以及用於製造這種天線及其相關饋電網路的方法。該天線可為微帶天線，帶線狀天線或其他形式的天線。
在先前提出的專利申請案中，本發明的發明人已經公開一種天線，可以利用可變的介電常數來控制該天線的特性，從而形成可以軟體定義的天線。關於該天線的詳情可以參考美國專利案號US 7,466,269，其全部揭示內容可以併入本案做為參考。該269專利中所公開的天線已經證明為可操作，並且只要在LCD螢幕上形成天線的輻射元件和饋電線，即可容易的製造完成。因此，本發明人進行更深入的研究，以進一步探討其他製造可以軟體定義的天線的不同可能方法，結果即如本案說明書所述。
以下發明簡述提供作為對本發明數種面向及技術特徵之基本理解。發明簡述並非對本發明之廣泛介紹，也因此並非用來特別指出本發明之關鍵性或是重要元件，也非用來界定本發明之範圍。其唯一目的僅在以簡單之方式展示本發明之數種概念，並作為以下發明詳細說明之前言。
本發明提供對於可變介電常數天線的各種優化與改進。本說明書公開的實施例並提供一種改進的天線陣列，以及製造這種天線陣列的方法。
本發明所公開的不同實施例提供一種天線，該天線具有電容耦接的饋電線，以及其它將饋電網路連接到該輻射元件的裝置，諸如通孔和接近耦接(proximity coupling)。該天線包括一片絕緣基板；設置在該絕緣基板的上方表面上的導電貼片；設置在該絕緣基板的底表面上的接地片，該接地片包括位在其中的開口，該開口配置成從該導電貼片下方與該導電貼片對準；一條具有端部的饋電線，配置成從該開口下方與該開口對準，以便通過該通孔將RF信號以電容形式傳送到該導電貼片。其他的配置方式也可適用在本發明，且以下所示的實施例都是用來提供可選用的解決方案，並提供有關如何最有效地實施本發明系統的提示。
本發明的各個實施例提供可以軟體定義的天線，該天線是使用可變介電質來控制延遲線，從而產生相位及/或頻率的偏移。如果使用相位偏移，則可用於例如改變天線的空間朝向或用於極性控制。本發明所公開的實施例將該天線與共同饋電設計解除耦接，以避免兩者之間產生信號干擾。本發明所公開的實施例進一步將RF與DC電位解除耦接。該天線的各種元件，例如輻射發生器，共同饋電，可變介電質，相位偏移控制線等，都是配置在一個多層天線 結構中的不同材料層中，因此可解除各元件之間的耦接，從而避免產生串音干擾。
本發明所公開的各種技術特徵包括用於將RF信號在輻射元件和饋電線之間耦接的新穎配置；用於控制信號的頻率和相位的配置方式；多層天線；以及製造該天線的方法。
100‧‧‧天線
105‧‧‧絕緣層
110‧‧‧輻射體/貼片
115‧‧‧延遲饋電線
210‧‧‧輻射元件
215、217、1060‧‧‧饋電線
305、405、505、514、605、614、705、714、805‧‧‧隔板
310、410、810、1010‧‧‧貼片
315、415、515、615、617、715、815、817、915、917‧‧‧延遲線
325、425、525、625、725、825‧‧‧連接
340、440、540、640、740‧‧‧可變介電常數板
341、349、441、541、641、741‧‧‧可變電位
342、442、542、642、742、842‧‧‧上方夾層
343、347、443、447、543、547、643、647‧‧‧電極
344、444；544、644、744‧‧‧可變介電常數材料
346、446、546、646、746‧‧‧底部夾層
350、450、550、650、750、1050‧‧‧背面介電質層
353、453、553、653、653、753、853、1053‧‧‧窗口
355、455、555、655、755‧‧‧面導電接地
360、460、560、660、662、760、762、860‧‧‧饋電貼片
365、465、565、665、765、1065‧‧‧連接器
510、610、710、712、910‧‧‧輻射貼片
512、612‧‧‧諧振貼片
652、752‧‧‧底部介電質層
850、1055‧‧‧接地片
1080‧‧‧絕緣基板
附隨之圖式為本說明書所包含並構成本說明書之一部份。該等圖式例示本發明之實施例，並與發明說明共同解釋並描述本發明之原理。該等圖式之目的在於以圖表之形式描述例示實施例之主要特徵。該等圖式並非用以描述實際實施例之每一特徵或描述所示構件之相對尺寸比例，亦非按照比例描繪。
圖1顯示根據本發明一種實施例的天線的頂視圖；圖2顯示根據本發明另一種實施例的天線的頂視圖，其中每個輻射元件可以由兩條正交的饋電線饋電；圖3A顯示根據本發明一種實施例的單一輻射元件頂視圖，而圖3B顯示圖3A的輻射元件位置上的天線的相關部分的橫截面圖；圖4顯示根據本發明另一實施例的天線在輻射元件的位置處的相關部分的橫截面圖；圖5顯示根據本發明另一實施例，設計用於提供增強頻寬的天線在輻射元件的位置處的相關部分的橫截面圖；圖6A顯示根據本發明另一種實施例的單一輻射元件頂視圖，而圖6B顯示 圖6A的輻射元件位置上的天線的相關部分的橫截面圖；在這種實施例中，每個輻射元件貼片都有兩條遲延線連接，而與圖2所示的實施例類似；而圖6C和6D則顯示在RF導線正下方配置可變介電質層，且該RF導線是由一個AC電壓經由BiasT活化的實施例橫截面圖。這些實施例都是用來提供加強的衝擊導線，並提供兩材料層以供不同的共同饋電網路使用。圖6E顯示一片長方形的貼片，可以用於以兩個不同頻率操作，而圖6F則顯示一個標準的Bias-T電路。
圖7顯示本發明一種實施例，其中用於控制可變介電常數材料的DC電位是施加到延遲線本身，故而不需使用電極；圖8顯示本發明一種具有兩條延遲線連接到單個貼片的實施例，這種設計可使不同的延遲線可以載送不同的極性；而圖8A則顯示圖8所示的實施例的變型實例。
圖9顯示本發明中，該VDC板僅在限定區域中提供VDC材料的實施例；而圖9A顯示圖9所示的實施例的變型實例。
圖10顯示本發明中一種不使用VDC板的實施例。
以下參照附圖說明本發明的天線的數種實施例。不同的實施例或其組合可以提供在不同的應用或實現不同的優點。根據所要實現的結果，可以將本說明書所公開的不同技術特徵全部或部分利用，也可以單獨使用或與其他技術特徵結合使用，從而在需求與限制之間，求得平衡的優點。因此，參考不同的實施例可能會突顯特定的優點，但並不限於所公開的實施例。也就是說，本說明書公開的技術特徵並不限於應用在所描述的實施例，而是可以與其他技術特徵「組合和配合」，並結合在其他實施例中。
圖l顯示根據本發明一種實施例的天線100的頂視圖。通常而言，該天線是一種多層結構的天線，而包括貼片層，實時延遲層，開槽接地層和共用饋電層，均將在以下更詳細描述。在一些情況下還可以添加附加層，以提供多種的極性，更寬的頻寬等等優點。該天線的各種元件可以印刷或沉積的方式，形成在絕緣基板上。
如圖1所示，該特定示例中的天線包括4×4輻射體陣列110。當然，輻射體的數量與幾何形狀與配置，可以使用各種不同的設計。本說明書選擇採用4×4元件的正方形排列，只是作為一個例示。在該例示中，每個輻射體110都是提供(例如以沉積，粘附或印刷等方式)在絕緣層105的上方表面上的導電貼片，並且具有一條延遲饋電線115，以實際連接的方式，或以電容耦接的方式，連接到該輻射體110，一如以下進一步的說明。每條延遲饋電線115是用來將RF信號提供給其對應的貼片110的導體。通過控制位於延遲饋電線下方的可變介電質層，可以對RF信號進行操縱，例如使信號延遲，改變頻率，改變相位等。通過控制所有延遲導線，就可以根據需要使陣列指向不同的方向，從而提供一個掃描陣列。
在圖1中，每個元件僅從一條饋電線饋入信號。然而，在圖2所示的實施例中，每個輻射元件210則可以由例如具有不同極性的兩條正交饋電線215和217饋送。本文提供的描述適用於上述兩種以及其他任何類似的架構。
圖1和圖2所示的天線的結構和操作可從以下參照圖3A和圖3B，並參照圖8所說明的天線結構和操作，更清楚的理解。圖3A顯示單一輻射元件310的頂視圖，而圖3B則顯示在圖3A的輻射元件310所在位置處的天線的相關部分的橫截面。圖8提供了適用於本說明書所描述的所有實施例，包括圖3A和圖 3B的實施例的頂部「透明」視圖。因此，在研究本發明所公開的任何實施例時，讀者還應參考圖8，以獲得更清楚的理解。
頂部介電質隔板305通常為介電質(絕緣)板或介電質片的形式，並且可以由例如玻璃，PET等製成。輻射貼片310形成在隔板305上，例如以粘附導電膜，濺鍍，印刷等方式形成。在介電質隔板305中，在每片貼片所在位置上形成通孔，並且填充例如銅的導電材料，以形成連接325，該連接325以實際連接及電連接的方式連接到輻射貼片310。延遲線315形成在介電質隔板305的底表面(或形成在上方夾層342的頂表面)上，並且以實際連接及電連接的方式，連接到連接325。也就是說，從該延遲線315通過連接325到輻射貼片310，形成直流電連接。如圖3A所示，該延遲線315是曲折的導電線，並且可以形成任何形狀以提供足夠的長度，用來產生期望的延遲，從而使RF(射頻)信號產生期望的相位偏移。
延遲線315的延遲值取決於具有可變介電常數材料344的可變介電常數(VDC)板340。雖然有各種方式可以用來建構適用於本實施例的天線所使用的VDC板340，本實施例中所示的VDC板340只是用來簡略的表達適用於本發明的一種實例。在本實施例所顯示的VDC板340是顯示成由上方夾層342(例如，玻璃PET等)、可變介電常數材料344(例如，扭轉向列型液晶層)以及底部夾層346所組成。在其它實施例中則可以省略夾層342和344中的一層或兩層。或者，也可以使用諸如環氧樹脂的黏著劑或玻璃珠等代替夾層342及/或344。
在本發明一些實施方案中，在例如使用扭轉向列型液晶層時，該VDC板340還可包括一層對準層，可以沉積及/或膠合到隔板305的底部上，或者形成在該上方夾層342之上。該對準層可以是一層薄層材料，例如基於聚酰亞 胺的PVA，經以磨擦處理或UV固化，以便使位在該限制性基板的邊緣的LC的分子朝向一致。
可以通過在VDC板340上施加DC電位來控制VDC板340的有效介電常數。為此目的可以形成電極，並將電極連接到可控的電壓電位。形成該電極的方式或配置有多種可能性，本發明將在所公開的實施例中舉出幾種實例。在圖3B所示的配置中，是提供兩個電極343和347，一個位在該上方夾層342的底表面上，另一個位在該底部夾層346的上表面上。作為一種示例，圖中顯示電極347是連接到可變電壓電位341，而電極343連接到地電位。虛線所示的是一種替代方案，顯示電極343也可以連接到可變電位349。因此，只要改變可變電位341及/或可變電位349的輸出電壓，就可以改變電極343和347附近的VDC材料的介電常數，從而改變在延遲線315上行進的RF信號。改變可變電位341及/或可變電位349的輸出電壓的方法包括使用控制器Ct1來控制，該控制器執行軟體，使得控制器可以輸出適當的控制信號，以將可變電位341及/或可變電位349的輸出電壓設置成適當值。利用這種方式就可以使用軟體來控制天線的性能和特性，故而可稱為以軟體控制的天線。
在此應特別說明的是，在本說明書中所稱的「地電位」是指一般所稱的地電位，即大地電位，但也可以是共用電位或參考電位，可以是設定的電位或浮動的電位。與此類似，雖然在圖式中使用了地電位符號，但是該符號也可以用來表示大地電位或共用電位。因此，在本說明書中所稱的接地、地電位，都是包含共用電位、參考電位的意義，該電位可為設定電位或浮動電位。
所有的RF天線都一樣，接收和發送都是對稱的。因此，對於兩者之一的描述也同樣適用於另一者。在本專利說明書中，主要的說明內容是針對發送，但是相同的說明也適用在接收，只是兩者方向相反而已。
在發送模式中，RF信號是經由連接器365(例如同軸電纜連接器)施加到饋電貼片360。如圖3B所示，饋電貼片360和延遲線315之間沒有直流電連接。然而，在本發明所公開的實施例中，這些材料層是設計成使得在饋電貼片360和延遲線315之間提供RF短路(RF short)。如圖3B所示，背面導電接地(或共用電位)355形成在背面絕緣體(或介電質)350的頂表面或底部夾層346的底表面上。背面導電接地355通常是導體層，涵蓋該天線陣列的整個區域。在背面導電接地355中的每個RF饋電位置上提供一個窗口(DC開路)353。RF信號從饋電貼片360行進，經由窗口353，並且耦接到延遲線315。接收時信號行進方向則相反。因此，在延遲線315和饋電貼片360之間形成DC開路和RF短路。
在本發明的一種實施例中，該背面絕緣體350是以羅傑斯(Rogers®--FR-4印刷電路板)製成，且該饋電貼片360可為形成在該羅傑斯上的導線。如不使用羅傑斯，則可以使用PTFE(聚四氟乙烯或Teflon®)或其他低損耗材料。
為了進一步理解本發明所公開的實施例中的RF短路(也稱為「虛擬抗流器」)設計，請參考圖8。應該注意的是，在本說明書的附圖中，相似的元件會使用相同的元件符號標示，但開頭的號碼會有不同。例如，在圖8中的元件都是8開頭。此外，圖8顯示本發明一種具有兩條延遲線連接到單個貼片810的實施例，這種設計可使每條延遲線可以載送不同的信號，亦即不同的極性。以下將對延遲線中的一條進行說明，至於另一條遲延線則可具有相似的結構。
在圖8中，輻射貼片810經由連接825直流電連接到延遲線815(另一個饋電線的延遲線則標示成817)。因此，在本實施例中，RF信號是通過連 接825直接從延遲線815傳送到輻射貼片810。不過，在饋電貼片860和延遲線815之間並沒有形成直流電連接，而是使RF信號在饋電貼片860和延遲線815之間形成電容耦接。這種電容耦接是通過接地片850中的開口達成。在圖3B中顯示VDC板340是位於延遲線315下方，但是在圖8中並未顯示，以便簡化繪圖而提供對該RF短路的技術特徵更清楚的了解。背面接地片850部分由陰影線表示，圖中也顯示窗口(DC開路)853。因此，在圖8的示例中，RF路徑是由輻射貼片810到連接825，再到延遲線815，以電容形式通過窗口850，到達饋電貼片860。
為了有效耦接RF信號，窗口853的長度(表示為L)應設置成在該饋電貼片860中行進的RF信號的波長的大約一半，即λ/2。該窗口的寬度(以W表示)應設置為波長的十分之一，即λ/10。另外，為了有效耦接RF信號，饋電貼片860應延伸超過窗口853的邊緣達大約四分之一波長λ/4，如圖中D所示。與此類似，延遲線815的端部(與連接825相反側的端部)應延伸超過窗口853的邊緣達四分之一波長λ/4，如圖中E所示。應請注意，長度D顯示成長於長度E，是因為在饋電貼片860中行進的RF信號的波長比在延遲線815中行進的信號波長更長。
另請注意，在本說明書中所稱的波長λ，都是表示在相關介質中行進的波長，而該波長在天線中的不同介質中傳播時，可能會根據天線的設計以及施加到該可變介質物質的DC電位不同而改變。
如上所述，在圖8所示的實施例中，存在該延遲線與該輻射貼片之間的RF信號路徑，是經過一個電阻，亦即實際的導電連接。另一方面，圖8A顯示一種變化例，在該實例中延遲線和輻射貼片之間的RF信號路徑是電容性的耦接，亦即在延遲線和輻射貼片之間並不存在實際的導電連接。如圖8A及 其放大圖所示，耦接貼片810'是製作在輻射貼片810旁邊。連接825使延遲線815和耦接貼片810'之間形成實際的導電連接。RF信號在輻射貼片810和耦接貼片810'之間的耦接是通過兩者之間的短介電空間S以電容形式耦接。空間S可以單純只是空氣，也可使用其他的介電質材料填充。雖然在圖8A中僅顯示延遲線815電容耦接到輻射貼片810，但該圖僅是為了說明方便而繪製。應當理解的是，延遲線815和817都可以電容耦接到輻射貼片810。
圖4顯示結構與圖3B的結構相似的另一種實施例。在圖4中，用於將DC電位施加到可變介電常數材料444的配置與圖3B不同。在圖4中，兩個電極443和447是並排設置，而不是設在材料層444兩側。電極443和447可以形成在底部夾層446的頂表面上。除上述差異之外，圖4所示的天線的結構和操作都類似於圖3B所示。
圖5顯示設計用於提供增大的頻寬的一種實施例。圖5的天線的一般結構可以同於本發明提供的任何實施例，但不同之處在於提供形成隔板514形式的另一個介電質層，設置在該輻射貼片510上。如此即可在隔板514的頂面上形成一條諧振路徑512。諧振貼片512具有與輻射貼片510相同的形狀，但面積較大，亦即，如果形成矩形，則是具有較大的寬度和較大的長度，如果形成正方形，則具有較長的邊。RF信號在輻射貼片510和諧振貼片512之間，形成穿過隔板514的電容耦接。這種配置可以提供比僅使用輻射貼片510更大的頻寬。
圖6A和6B顯示本發明另一種實施例，具有兩條延遲線連接到一片貼片的天線，結構類似於圖2所示。在圖中所示的實施例中，不同的延遲線可以不同的極性發射信號。底部介電質層652將兩片饋電貼片660和662分隔，各別耦接信號到延遲線615和617中的一條。兩片饋電貼片660和662彼此正交朝 向。信號的耦接是通過導電接地655中的窗口653以電容形式達成，與此前所述的實施例相同。在圖6B中僅顯示一個窗口653，因為另一窗口設置在另一平面中，無法在該橫截面圖中顯示。但是在圖8中就可以看到該兩個窗口的配置。
圖6C顯示具有兩條正交的饋電線的另一種實施例。在該特定示例中，一條饋電線是用於發送，另一條則用於接收。雖然圖中也顯示具有該幅射貼片610與該諧振貼片612的實施方式，但是這兩個元件並非必要的元件；顯示出來的目的是使圖6C能與圖6B的顯示一致。在圖6C的具體實施例中，饋電貼片660是設置在背面介電質650的底面，並經由連接器665耦接到傳輸線。來自傳輸線665的信號從饋電貼片660通過形成在該導電接地655上的窗口653，電容耦接到輻射貼片610。在該底部介電質層652的底面提供一個具有窗口653'的第二導電接地655'。在該第二導電接地655'的下方提供一個第二底部介電質層652'，並在該第二底部介電質層652，的底部提供饋電貼片662。在該實施例中，饋電貼片662是用於接收信號。在本發明的一種實施例中，該輻射貼片610形成方形，使得發送和接收可以相同的頻率進行，但可以具有不同的極性及/或相位。在本發明的另一種實施例中，該輻射貼片610形成長方形(參見圖6E)。在這種設計下，發送和接收可以在不同的頻率下進行，並可以具有相同或不同的極性及/或相位。
圖6D顯示本發明另一種實施例，其中一個饋電貼片用於發送，另一個用於接收。然而，在圖6D中，對於VDC材料的控制是通過將DC電位饋送到延遲線615的方式完成。這種方式可以例如使用一種改進的Bias-T配置來完成。具體而言，圖6F即顯示一種標準的Bias-T電路。圖中的RF+DC節點對應於該延遲線615。DC節點對應於該可變電壓電位641的輸出。RF節點對應於該饋電貼片660和662。如圖6F所示，RF節點是經由電容C耦接到電路。然而，如 本說明書所述，在本發明所公開的實施例中，該RF信號已經是電容耦接到延遲線的信號。因此，電容C即可予以省略。據此，通過將電感器I併入該天線的直流側，即可創作出一種改進的Bias-T電路。
圖6D中所顯示的另一種變化是省略了夾層。這種做法可以適用在其他任何實施例。如圖6D所示，VDC材料644是夾置在隔板605和背面介電質650之間，並具有導電接地655。在本發明的一種實施例中，可以將玻璃珠(如點線所示)散布在該VDC材料644內，以在隔板605與具有導電接地655的背面介電質650之間，保持適當的間隔。當然，在使用夾層時也可以使用玻璃珠。
圖7顯示本發明另一種實施例，其中用於控制可變介電常數材料的DC電位是施加到延遲線本身，因而不需使用電極。可使用Bias-T以分離RF和DC信號。也就是說，這種設計可以省略兩個電極，例如電極343和347。反之，也可將可變電壓電位供應器741的輸出直接連接到延遲線715，在延遲線715和背面導電接地755之間建立直流電位。在這種設計下，該延遲線即具有兩種功能：用來接受直流電壓電位以改變VDC材料744的介電常數，以及將RF信號電容耦接到饋電貼片760和762。
從本發明實施例的說明可以理解，利用以下的共同元件可以建構出多種天線，該共同元件包括：絕緣隔板；設置在該絕緣隔板上的至少一個輻射配置，其中每個輻射配置包括設置在該絕緣隔板的頂表面上的導電貼片，設置在該絕緣隔板的底表面上的延遲線，以及由導電材料製成的電連接，該電連接並用來在該導電貼片和該延遲線之間提供通過該絕緣隔板中的窗口的直流電連接；可變介電常數(VDC)板；背面絕緣體；設置在該背面絕緣體的頂表面上的背面導電接地；以及用於該至少一個輻射配置中的每一個的RF耦接配置，該RF耦接配置包括形成在該背面導電接地中的窗口，以及配置在該背面絕緣體 的底表面上，並對該窗口形成重疊朝向的導電RF饋電貼片。在本發明一些實施例中，另提供電極以便控制在VDC板的選定區域處的介電常數，而在另一些實施例中，則以延遲線達成該目的。在本發明一些實施例中，該導電貼片是用於耦接來自空氣的RF信號，而在其他實施例中，則是使用該導電貼片將RF能量耦接到另一片較大的，用於耦接來自空氣的RF信號的導電貼片。貼片的大小可以根據所需的射頻波長決定。也可根據該射頻波長優化RF耦接，其方式為選用適合的窗口，延遲線和饋電貼片的尺寸來達成。
VDC板可以區分成含VDC材料的各別像素。VDC板可以使用平面顯示螢幕的LCD面板。可以根據電極或延遲線的覆蓋面積組成VDC像素群。在本發明其他實施例中，VDC材料僅提供在由電極或延遲線控制的區域中。圖9顯示本發明的一種實施例，其中VDC板940僅在限定區域中提供VDC材料。圖中顯示提供VDC材料的區域(VDC區域)942位在延遲線915下方，且VDC區域944是位在延遲線917下方。每個VDC區域可以是一個連續的VDC材料區域，但也可以是劃分成像素。為了易於生產，可以使VDC板940的整個區域都包括VDC材料的像素。圖9A顯示從延遲線915經過耦接貼片910'到輻射貼片910的電容耦接，其方式類似於圖8A所示，其餘部分則與圖9所示相同。
即使是不需要相位及/或頻率的變化，也可以利用本發明所公開的特徵形成天線。圖10顯示本發明一種不使用VDC板的實施例。在圖10的實施例中，該天線包括絕緣基板1080，且導電貼片1010設置在絕緣基板1080的頂表面上。接地片1055設置在絕緣基板1080的底表面上，該接地片1055中形成一個通孔1053。將該開口配置成對準該導電貼片1010下方。饋電線1060的端部配置成位在該開口1053下方，以通過開口1053將RF信號以電容形式傳輸到導電貼片 1010。背面介電質設置在該接地片1055和該饋電線1060之間。連接器1065用於向饋電線1060發送/從饋電線1060接收RF信號。
以上的說明描述了多種本發明實施例，其中對個別實施例的說明分別描述某些技術特徵和組成元件。然而應當理解的是，使用在一個實施例中的技術特徵和元件，都可以與其他實施例中的其他技術特徵和元件一起使用，並且對於實施例的說明目的只是在涵蓋可能的實施方式；雖然並非明確描述所有的組合，但原因是為了避免雜亂。
本發明基本上提供一種多層的，可以軟體控制的天線。該天線包括一片絕緣材料板以及絕緣材料板上的輻射貼片。延遲線設置在絕緣材料板的底面上，且延遲線的一個端部RF耦接到輻射貼片。該電耦接可以是實際的導電接觸，也可以通過接近耦接，而在其間沒有實際的導電連接。在延遲線下方提供可變介電常數(VDC)板。在VDC板的底部設有一片接地片，該接地片在材料中包括一個開口，該開口配置成對準該輻射貼片的下方。在接地片下方設有饋電線，饋電線具有一個端部，該端部配置在該開口的下方，對準該開口，以通過該開口將RF信號以電容形式傳輸到導電貼片。在饋電線和接地片之間提供電氣隔離。例如，可以在饋電線和接地片之間設置背面介電質板。在本發明一些實施例中提供了第二饋電線，可以將RF信號通過設置在接地片中的另一個開口，或者通過第二個分離的接地片，耦接到該延遲線。
為了獲得增大的頻寬，可以在該輻射貼片上提供諧振貼片。在本發明的一種實施例中，可以在該輻射貼片和該諧振貼片之間提供絕緣隔板。在本發明一些實施例中將電極設置在該VDC板中。電極耦合到可變電壓電位源，該可變電壓電位源可連接到一個控制器。在本發明其它實施例中，是以將DC電位施加到該延遲線的方式控制VDC板。對該延遲線施加DC電位的方式可以使 用經修改的Biat-T電路來實現，其中的饋電線，接地板，VDC板和延遲線形成Bias-T電路的RF支路。其DC支路可以通過中介電感器耦合到延遲線(參見圖6D)。
應當理解的是，本說明書所描述的程序和技術並非必然與任何特定裝置相關，並且可以通過各種元件的任何合適的組合來實現。此外，可以根據本說明書的教導，使用各種類型的通用設備達成本發明。本發明已經根據具體的實施例描述如上，但說明內容無論如何都只是在說明，而不是用來限制本發明。本領域技術人員都可理解，許多不同的組合方式都可適用於實施本發明。
此外，只要閱讀本件專利說明書並實踐說明書所記載的發明，本發明的其他實施方式對於此行業人士即屬顯而易見，而能推知。因此，本專利說明書及其實施例的說明，目的僅是示例，不得用以限制本發明之範圍。本發明的真實範圍應由以下的申請專利範圍所規範。

Claims (20)

  1. 一種天線，該天線包括：一片絕緣材料板；一片導電貼片，提供在該絕緣材料板的頂部表面上；一片接地片，設在該絕緣材料板的下方，該接地片在其材料中包括一個開口，該開口配置在該導電貼片的下方，對準該導電貼片；及一條饋電線，該饋電線具有一個端部，該端部配置在該開口的下方，對準該開口，用以和該導電貼片形成DC開路和RF短路，而將RF信號通過該開口電容耦接到該導電貼片，其中在該饋電線與該導電貼片之間並無直流電連接。
  2. 如申請專利範圍第1項的天線，另包含一條延遲線，提供在該導電貼片下方，並經由一個連接，連接到該貼片。
  3. 如申請專利範圍第2項的天線，另包含一個可變介電常數(VDC)層，提供在該貼片與該接地片之間。
  4. 如申請專利範圍第3項的天線，其中該可變介電常數層包含液晶。
  5. 如申請專利範圍第3項的天線，另包含電極以及一個直流導線，連接到該電極。
  6. 如申請專利範圍第5項的天線，其中該開口的長度L約為在該饋電線上行進的RF信號的波長的一半。
  7. 如申請專利範圍第6項的天線，其中該開口的寬度W約為在該饋電線上行進的RF信號的波長的十分之一。
  8. 如申請專利範圍第7項的天線，其中該饋電線的該端部延伸超過該開口達一距離D，該距離D約為在該饋電線上行進的RF信號的波長的一半。
  9. 如申請專利範圍第7項的天線，其中該饋電線的該端部延伸超過該開口達一距離E，該距離E約為在該延遲線上行進的RF信號的波長的一半。
  10. 如申請專利範圍第2項的天線，另包含一條直流導線，連接到該延遲線。
  11. 如申請專利範圍第3項的天線，其中該可變介電常數層包括可變介電常數材料的像素。
  12. 如申請專利範圍第3項的天線，其中該可變介電常數層包括一個上方夾層，一個下方夾層，以及夾設在該上方夾層與該下方夾層之間的可變介電常數材料層。
  13. 如申請專利範圍第3項的天線，另包含一個介電質覆蓋層，提供在該導電貼片上方，以及一片輻射貼片，提供在該介電覆蓋層上方，並與該導電貼片對準。
  14. 如申請專利範圍第13項的天線，其中該輻射貼片尺寸大於該導電貼片。
  15. 一種天線，該天線包括：一片絕緣隔板；設置在該絕緣隔板上的至少一個輻射配置，其中每個輻射配置包括：設置在該絕緣隔板的頂表面上的導電貼片，至少一條設置在該絕緣隔板的底表面上的延遲線，以及對應於該延遲線，並由導電材料製成的連接，該連接並用來在該導電貼片和該延遲線之間提供通過該絕緣隔板中形成的窗口的直流；一片可變介電常數(VDC)板，提供在絕緣隔板下方；一片背面絕緣體，提供在VDC板下方；設置在該背面絕緣體的頂表面上的背面導電接地；以及用於該至少一個輻射配置中的每一個的RF耦接配置，該RF耦接配置包括形成在該背面導電接地中的開口，以及配置在該背面絕緣體的底表面上，並對該開口形成重疊朝向的導電RF饋電貼片，使該導電貼片與各延遲線形成DC開路和RF短路，而將RF信號通過該開口電容耦接到各延遲線，其中在該RF饋電貼片與各該延遲線之間並無直流電連接。
  16. 如申請專利範圍第15項的天線，另包含電極，建置成用以控制在該VDC板的選定區域處的介電常數。
  17. 如申請專利範圍第15項的天線，其中該背面絕緣體包含一種Rogers或PTFE材料。
  18. 如申請專利範圍第15項的天線，其中該絕緣隔板包含PET。
  19. 如申請專利範圍第15項的天線，另包含第二RF饋電貼片，朝向與該RF饋電貼片正交的方向，並重疊朝向一第二開口，該第二開口設置在該背面導電接地中。
  20. 如申請專利範圍第15項的天線，其中該延遲線包含一條彎曲的導電線。
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