TWI666823B - 可配置的天線組件 - Google Patents

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TWI666823B
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Abstract

一種天線組件可包含一第一接地面；一可被切換在接地與非接地的狀態之間的第二接地面；以及第一及第二天線層。該第一及第二天線層的每一個可包含藉由複數個相變材料(PCM)開關互連的複數個像素。該些PCM開關係被配置以選擇性地被切換在相位之間，以在該第一及第二天線層內提供複數個天線圖案。

Description

可配置的天線組件
本揭露內容的實施例係大致有關於天線組件，並且更具體而言係有關於可配置的相位陣列天線組件，其可被切換在複數個天線特性(personality)之間。
微波天線可被用在各種的應用中，例如是衛星接收、遙測、軍事通訊、與類似者。印刷電路天線一般是提供低成本、輕重量、低輪廓的結構，其係相對容易來大量製造。這些天線可被設計成陣列並且用於射頻系統，例如是敵我識別(IFF)系統、雷達、電子作戰系統、信號情報系統、視距通訊系統、衛星通訊系統、與類似者。
一種已知的天線組件係提供一靜態天線組件，其無法掃描偏離該天線面的垂直線超過45°，同時維持一個6：1或更大之超寬的頻寬比。再者，螺旋天線對於許多實際的應用而言通常是過大的，並且無法提供極化分集(polarization diversity)。另一種已知的天線組件係提供一個9：1的頻寬比，但是當掃描偏離該天線面的垂直線超過50°時，其一般呈現一非所要的大的電壓駐波比(VSWR)。再者，在一接地面之上的連接的陣列係具有類似的掃描及VSWR限制。此外，片段的(fragmented)天線陣列通常包含可能未被縮放到高的射頻之小特點，亦可能受限於小的掃描體積，因而可能是 效率差的。
一般而言，靜態的設計可以是能夠支援一種系統功能，但是通常無法被使用於多個功能。窄頻帶的天線通常是被設計來只有支援一特定的RF系統，因而無法在沒有很高的困難度下交換以支援其它的系統及頻率。已知的靜態的天線寬頻帶設計及組件通常並不提供一種具有一至少6：1的瞬間頻寬、寬的視野、或是偏離天線面的垂直線高達60°或更大的掃描功能、以及提供選擇性的頻寬與極化分集功能的任意的電流控制之小型的設計。
本揭露內容的某些實施例係提供一種天線單元胞(unit-cell)相位陣列組件，其可包含一第一接地面；一可被切換在接地與非接地的狀態之間的第二接地面；以及一可包含第一及第二天線層的天線陣列。該第一及第二天線層的每一個可包含藉由複數個第一相變材料(PCM)開關互連的複數個像素(或是類似的特點)。該些第一PCM開關係被配置以選擇性地被切換在相位之間，以在該第一及第二天線層內提供複數個天線圖案。該些第一PCM開關係被配置以選擇性地加以切換，以提供多個天線特性。
該第二接地面可包含複數個藉由複數個第二PCM開關互連的板。該些第二PCM開關係選擇性地被啟動及解除啟動，以將該第二接地面切換在該接地與非接地的狀態之間。
該天線組件亦可包含複數個控制線，其係將該第一接地面連接至該第二接地面以及該第一及第二天線層。例如，該些第一PCM開關可以連接至該複數個控制線。
該天線組件亦可包含一被安裝至該第一接地面的饋電柱(feed post)。該第二接地面可以固定到該饋電柱的一部分。該饋電柱可包含一或多個連接至該第一及第二天線層的導體。
該天線組件亦可包含一連接至該第一天線層的第一控制網格(grid)、以及一連接至該第二天線層的第二控制網格。該第一及第二控制網格的每一個可包含一第一組的線路，其係在複數個交叉處與一第二組的線路交叉，該複數個交叉處係在操作上連接至該些第一PCM開關之一個別的第一PCM開關。該些交叉處的每一個可被激勵以將該些第一PCM開關的每一個切換在相位之間。該第一及第二控制網格可被配置為頻率選擇性的。該第一及第二控制網格的每一個亦可包含一或多個以子波長間隔插入的電感器。
該些第一PCM開關的每一個可以由具有第一及第二相位的碲化鍺(GeTe)所形成的。該第一及第二相位中之一是導電的，並且該第一及第二相位的另一個是非導電的。
本揭露內容的某些實施例係提供一種天線組件，其可包含一包含至少一天線層的天線陣列。該天線層可包含藉由複數個第一相變材料(PCM)開關互連的複數個像素。該些第一PCM開關係被配置以選擇性地被切換在相位之間，以在該天線陣列內提供複數個天線圖案以提供多個天線特性。在至少一實施例中，該至少一天線層係包含至少兩個天線層。該天線組件亦可包含一或多個切換的接地面，其可被切換在接地與非接地的狀態之間。
10‧‧‧可配置的天線組件
12‧‧‧第一(基底)接地面
14‧‧‧第二(切換的)接地面
15‧‧‧容積
16‧‧‧天線陣列
18‧‧‧第一天線層
20‧‧‧第二天線層
22‧‧‧天線像素
26‧‧‧匹配層
28‧‧‧控制線
30‧‧‧控制單元
32‧‧‧饋電柱
33‧‧‧中央柱形物
34‧‧‧基底
36‧‧‧金屬板
38‧‧‧開關
39‧‧‧末端
40‧‧‧側邊
42‧‧‧同軸電纜
44‧‧‧末端
45‧‧‧中央導體
46‧‧‧環
48‧‧‧電路板
50‧‧‧開關
52‧‧‧轉換構件
60‧‧‧天線層
62‧‧‧角落
64‧‧‧像素
66、66'‧‧‧開關
68‧‧‧天線圖案
69‧‧‧作用的區域
70‧‧‧中央孔
71‧‧‧解除啟動的區域
72‧‧‧天線圖案
73‧‧‧作用的區域
74‧‧‧天線圖案
75‧‧‧解除啟動的區域
76‧‧‧作用的中間區域
77‧‧‧解除啟動的方形中心
80‧‧‧控制網格
82‧‧‧第一組平行的線路
82'‧‧‧線路
84‧‧‧第二組平行的線路
84'‧‧‧線路
86、86'‧‧‧交叉處
88‧‧‧路徑
90‧‧‧天線組件
92‧‧‧模組化外側的框架
94‧‧‧控制線區段
95‧‧‧切換的接地面
96‧‧‧饋電柱(天線陣列)
100‧‧‧饋電柱
102‧‧‧貫孔
A‧‧‧距離
B‧‧‧厚度
圖1係描繪根據本揭露內容的一實施例之一種可配置的天線組件的俯視立體圖。
圖2係描繪根據本揭露內容的一實施例的一連接至一饋電柱的切換的接地面之部分的俯視立體圖。
圖3係描繪根據本揭露內容的一實施例之一藉由開關連接的切換的接地面的板的俯視立體圖。
圖4係描繪根據本揭露內容的一實施例之一天線組件的側視圖。
圖5係描繪根據本揭露內容的一實施例之一被固定到一接地面的饋電柱的俯視立體圖。
圖6係描繪根據本揭露內容的一實施例之一天線層的俯視平面圖。
圖7係描繪根據本揭露內容的一實施例之一天線層的一天線圖案的俯視平面圖。
圖8係描繪根據本揭露內容的一實施例之一天線層的一天線圖案的俯視平面圖。
圖9係描繪根據本揭露內容的一實施例之一天線層的一天線圖案的俯視平面圖。
圖10係描繪根據本揭露內容的一實施例之一控制網格的俯視平面圖。
圖11係描繪根據本揭露內容的一實施例之一天線組件的俯視立體圖。
圖12係描繪根據本揭露內容的一實施例之一饋電柱的俯視立體圖。
前述的發明內容以及以下的某些實施例的詳細說明在結合 所附的圖式閱讀時，將會更佳的理解。如同在此所用的，以單數形敘述並且冠以該些字"一"或是"一個"之一元件或步驟應該被理解為不排除複數個該元件或步驟，除非另有明確敘明此種排除。再者，對於"一實施例"的參照並不欲被解譯為排除同樣納入所述特點之額外實施例的存在。再者，除非有明確的相反陳述，否則"包括"或"具有"一或複數個具有一特定性質的元件之實施例都可包含額外不具有該性質的元件。
圖1係描繪根據本揭露內容的一實施例之一種可配置的天線組件10的俯視立體圖。該天線組件10可以是在一個多胞的相位陣列中的單一或單元胞。該天線組件10可包含一第一或基底接地面12，其係支承一饋電柱(在圖1中部分被隱蔽)。一第二或切換的接地面14可被固定到該接地面12之上的饋電柱且/或圍繞該饋電柱。如圖所示，該接地面12以及該切換的接地面14的至少部分可以是在一容積15之內，該容積15可以是由一泡綿、介電材料、及/或空氣所形成的。
一天線陣列16係在操作上連接至該切換的接地面14之上的饋電柱。例如，該天線陣列16可包含藉由一電路板分開的第一及第二天線層18及20。或者是，該天線陣列16可包含超過兩個天線層。再者，該天線陣列16或者是可以只包含一天線層。每個天線層18及20可包含複數個天線像素(pixel)22，其係透過開關來連接至其它天線像素22；如同在以下敘述的，該些開關可以是由一種相變材料所形成的。
一匹配層26可被設置在該天線陣列16之上。該匹配層26係被配置以將該天線陣列16匹配至自由空間或空氣。例如，該匹配層26可以是一天線罩(radome)、或是包含一天線罩，其可以是由一種介電材料所 形成的。該天線罩係提供一保護該天線陣列16之結構的不受天氣影響的外殼，並且可以是由最低限度地衰減該天線陣列16所發送或接收的電磁信號之材料所形成的。如圖所示，該匹配層26可被形成為一方塊，其可包含鑽孔的圓柱形或半圓柱形的孔洞，以形成向內彎曲的角落，此係被配置以控制非所要的表面波。然而，該匹配層26可以是各種其它的形狀及尺寸，例如一角錐、球、或類似者。再者，該匹配層可以從多種材料來加以形成。在至少一實施例中，該匹配層26可以不包含該些向內彎曲的角落。該些鑽孔的孔洞可以利用其它形狀及尺寸來加以形成，例如是矩形、三角形、球狀、或類似者。該些鑽孔的孔洞可被設置在除了該些角落以外的不同位置中，並且藉由多個孔洞及形狀來加以形成。或者是，該天線組件10可以不包含該匹配層26。
如圖所示，複數個控制線28係從該接地面12向上、在該切換的接地面14的外部邊界周圍、以及在該天線陣列16的外部邊界周圍延伸。該些控制線28可以在該天線組件10的周圍形成格子。該些控制線28可以是導電的金屬線路，其係被配置以容許電性信號通過其。該些控制線28係被配置以中繼信號，該些信號係將該天線組件內的各種開關切換在通斷位置之間(例如在一相變材料開關的導電及非導電的狀態之間)，以便於將該天線組件10切換在各種的天線圖案之間。
不同的天線圖案可以提供不同的天線特性。每一個天線特性可被定義為頻率、頻寬、極化、功率位準、掃描角度、幾何、波束特徵(寬度、掃描速率與類似者)、及類似者的一獨特的組合。
該天線組件10可以是在操作上連接至一控制單元30。例 如，該控制單元30可以電連接至該些控制線28。例如，該控制單元30係被配置以控制在該複數個天線圖案之間的切換。該控制單元30可以是一或多個計算裝置、或者是包含一或多個計算裝置，其例如是標準的電腦硬體(例如，處理器、電路、記憶體、與類似者)。該控制單元30可以是在操作上例如透過一電纜線或是無線的連線來連接至該天線組件10。選配的是，該控制單元30可以是該天線組件10的一個一體的構件。或者是，該天線組件10可以不包含一個別且獨特的控制單元。
該控制單元30可包含任何用於資料儲存之適當的電腦可讀取的媒體。例如，該控制單元30可包含電腦可讀取的媒體。該電腦可讀取的媒體係被配置以儲存可被該控制單元30解譯的資訊。該資訊可以是資料、或者可以具有例如是軟體應用程式之電腦可執行的指令的形式，其係使得在該控制單元30內的一微處理器或是其它此種控制單元執行某些功能及/或電腦實施的方法。該電腦可讀取的媒體可包含電腦儲存媒體以及通訊媒體。該電腦儲存媒體可包含用任何方法或技術所實施的揮發性及非揮發性媒體、可移除式及非可移除式媒體，以用於例如是電腦可讀取的指令、資料結構、程式模組或其它資料的資訊之儲存。該電腦儲存媒體可包含但不限於RAM、ROM、EPROM、EEPROM、快閃記憶體或是其它固態記憶體技術、CD-ROM、DVD、或是其它光學儲存、磁性卡匣、磁帶、磁碟片儲存或是其它磁性的儲存裝置、或是任何其它可被用來儲存所要的資訊並且可被該控制單元30的構件存取之媒體。
圖2係描繪根據本揭露內容的一實施例之連接至饋電柱32的切換的接地面14的部分俯視立體圖。該饋電柱32係包含從一基底34向 上延伸的一中央柱形物33，該基底34可被支撐在該接地面12(在圖1中所示)之上。一中央孔可以穿過該切換的接地面14來加以形成，因而該切換的接地面14可被固定在該基底34之上的中央柱形物33的周圍。該切換的接地面14可包含複數個互連的金屬板36。
圖3係描繪根據本揭露內容的一實施例之藉由開關38連接的切換的接地面14的板36的俯視立體圖。每個板36可被形成具有一矩形的形狀，其具有平行的末端39以及平行的側邊40。或者是，該些板36可被形成為各種其它的形狀及佈局。
如圖所示，每個板36的末端39係藉由一開關38來連接至一相鄰的板36的一末端39。類似地，每個板36的側邊40係藉由一開關38來連接至一相鄰的板36的一側邊40。再者，開關38係從位在該切換的接地板14的周邊或外側的單元胞邊界之板36的外側的末端39以及外側的側邊40延伸。在該切換的接地板14的周邊的開關38可以連接至個別的控制線28(在圖1中所示)。
每個開關38可以是由一種例如是碲化鍺(GeTe)的相變材料(PCM)所形成的。一種PCM是在不同的溫度熔化及固化。當該PCM從固體改變成液體以及從液體改變成固體時，熱係被吸收或釋放。PCM開關並不需要靜態偏壓來操作。反而，電源只需要在切換期間被施加，以將該PCM開關切換在相位之間。該些相位中之一可以是導電的，而另一狀態可以是非導電的。一般而言，PCM開關係具有兩個在導電度上相差數個數量級之穩定的狀態。切換可以透過該些PCM開關的受控制的加熱及冷卻來加以達成。
參照圖1-3，該些控制線28可被操作以切換該等開關38導通(例如成為一作用或導電的狀態)以及關斷(例如成為一被解除啟動或非導電的狀態)。當該等開關38是關斷時，該切換的接地面14可以是在一非接地的狀態中。然而，當該等開關38例如是透過該些控制線28所中繼的信號而被切換導通時，該切換的接地面14可被切換至一高於該接地板12的接地的狀態。簡言之，藉由切換該等開關38至導通的位置，一接地面可被電性移動、或者是改變至該切換的接地面14的平面。
該切換的接地面14可被配置以調諧該天線組件10，來改善該天線組件10的高頻特性。該切換的接地面14可被切換通斷，以例如選擇性地提供窄頻帶以及高頻帶的接收。若該等開關38的全部都被啟動(例如，被切換導通，其例如是透過當電源在一切換操作期間被施加時的相位改變)，則該切換的接地面14係作用為一固體的金屬片。然而，若該等開關38的全部都被解除啟動，則該切換的接地面14只是提供一網格的板，因而其是在一非接地的狀態中，因而不是顯著地電性存在的。或者是，該些板36可以利用非金屬、電阻性、或類似者的表面材料來加以產生。選配的是，該等開關38的一部分可被啟動，而該等開關38的其餘部分可被解除啟動。
圖4係描繪根據本揭露內容的一實施例之天線組件10的側視圖。為了清楚起見，該些控制線28並未展示在圖4中。該饋電柱32的中央柱形物33係包含複數個同軸電纜42，其可包含由一介電材料所圍繞的中央導體，該介電材料接著可以是由一金屬外套所圍繞，其可以形成一同軸傳輸線。該些中央導體45的上方的末端44係從該饋電柱32的一上方的環46向上地延伸。該些中央導體45係連接至該天線陣列16，以提供RF信令 (signaling)至其。例如，該些中央導體45可以提供從該些同軸電纜42至該天線陣列16的RF路徑。
如圖所示，該切換的接地面14係和該接地面12分開一距離A。就此而論，當該切換的接地面14例如是藉由該等改變相位的開關38而被啟動時，至該天線陣列16的有效接地面係被向上移動該距離A。
如上所提到的，該天線陣列16可包含一上方的天線層18以及一下方的天線陣列20。該些天線層18及20可以藉由一具有厚度B的電路板48來和彼此分開。就此而論，該些天線層18及20係和彼此偏置該距離B。每個天線層18及20的天線像素22可以藉由例如是PCM開關的開關50來加以互連。或者是，該等開關50可以是其它類型的RF開關，例如是MEMS、pin-二極體、或類似者。
圖5係描繪根據本揭露內容的一實施例之被固定至該接地面12的饋電柱32的俯視立體圖。每個導體45的上方的末端44可以連接至一導電的轉換構件52。該轉換構件52係提供從該些導體45至該天線陣列16(未顯示在圖5中)的轉換。如圖所示，該轉換構件52可被形成為平的三角形。然而，該些轉換構件52可以是各種其它的形狀及尺寸，例如是矩形、圓形、與類似者。再者，該些轉換構件52可以是一或多個像素、或是包含一或多個像素，例如在該些天線層18及20(在圖1及4中所示)內之像素的任一個。
圖6係描繪根據本揭露內容的一實施例之一天線層60的俯視平面圖。在圖1及4中所示的天線層18及20的每一個可被形成為該天線層60。該天線層60係被形成為一具有向內彎曲的角落62的方形，其可以 匹配該匹配層26。然而，該天線層60可以是由各種其它的形狀及尺寸所形成的。例如，該天線層60可以不包含向內彎曲的角落62、也不匹配該匹配層26的特點。再者，例如，該天線層60可以被替代地形成一圓形、三角形、梯形、與類似者。
類似於上述的切換的接地面14的板，該天線層60係包含複數個藉由開關66互連的像素64。該些像素64可以是在尺寸、形狀以及分布上類似的。或者是，該像素64可以是在尺寸、形狀及/或分布上非均勻的。該等開關66可以是由一種例如是GeTe的PCM所形成的。該等開關66'可以是在該天線層60的外側邊界。該等開關66'可以延伸超過該天線層60的單元胞邊界，以提供連接至一相鄰的單元胞天線組件。包含開關66'的開關66可以透過該些控制線28及/或藉由該些轉換構件52的中央導體45接收到的控制及電源信號，而選擇性地被啟動(例如，切換至一導電的狀態)以及解除啟動(例如，切換至一非導電的狀態)。該等開關66可被啟動或解除啟動以形成天線像素之一所要的天線圖案。例如，全部的開關66可被啟動，以形成像素的一具有該天線層60的形狀之天線圖案。某些開關66可被解除啟動，以形成一具有一不同的形狀之天線圖案。
圖7係描繪根據本揭露內容的一實施例之天線層60的一天線圖案68的俯視平面圖。如圖所示，在一中央孔70周圍的內部開關可被啟動以形成像素的作用的區域69，而外部的開關可被解除啟動以形成像素的解除啟動的區域71，此係產生一個十字形天線圖案68。在圖1及4中所示的天線層18及20的一或兩者可加以操作，以形成該十字形圖案68。
圖8係描繪根據本揭露內容的一實施例之天線層60的一天 線圖案72的俯視平面圖。內部的開關可被啟動以形成像素的作用的區域73，而外部的開關係被解除啟動以形成像素的一解除啟動的區域75，以形成該方形天線圖案72。在圖1及4中所示的天線層18及20的一或兩者可加以操作，以形成該方形圖案68。
圖9係描繪根據本揭露內容的一實施例之天線層60的一天線圖案74的俯視平面圖。中間的開關可被啟動，而內部及外部的開關係被解除啟動，以形成藉由一解除啟動的方形中心77以及像素的一作用的中間區域76所界定的天線圖案74，該中間區域76可以透過一作用的線的像素(未顯示在圖9中)來連接至該饋電柱。在圖1及4中所示的天線層18及20的一或兩者可加以操作，以形成該方形圖案68。
參照圖6-9，該等開關66可以選擇性地被啟動及解除啟動，以形成各種的天線圖案。將瞭解到的是，在圖7-9中所示的天線圖案並不一定是最佳的天線配置或圖案。而是，圖7-9僅僅是被展示為各種的天線圖案如何可以透過本揭露內容的實施例來形成的例子。在圖1及4中所示的每個天線層18及20可以具有一個別且不同的天線圖案、或是相同的天線圖案。同樣地，在圖7-9中所示的圖案僅僅是例子而已。將瞭解到的是，各種的天線圖案可以透過啟動及解除啟動在該天線層60內的某些開關66來加以達成。當該等開關66被電性地啟動時，被啟動的開關66以及連接至其的像素64係形成各種的天線圖案。相對地，被解除啟動的開關66以及連接至其的像素64一般不是一操作的天線的部分。簡言之，被解除啟動的開關66以及連接至其的像素64並未電性地存在。每個開關66可以選擇性地被啟動及解除啟動，以提供一可配置的動態的天線圖案。該作用的天線圖案或形 狀可以藉由在任何給定的時間被啟動的特定開關66所界定。
參照圖1及6-9，透過兩個天線層18及20的使用，該兩個天線層的重疊區域可以形成平行板的電容器。在某些頻率，該接地面12可能會作用為一電感器。電感係利用電容來加以對抗。該天線組件10的電容可藉由該些重疊的天線層18及20而被增大，藉此降低該電感。如同所指出的，該天線組件10可以選配地包含超過兩個天線層。
圖10係描繪根據本揭露內容的一實施例之控制網格80的俯視平面圖。一例如是該控制網格80的控制網格可被設置在圖1及2中所示的每個天線層18及20之下。或者是，該控制網格80可被設置在每個天線層18及20之上、或是在其之內。該控制網格80可以電耦接至圖1中所示的控制線28，且/或電耦接至圖4中所示的導體45。
該控制網格80係包含一第一組平行的線路82以及一垂直於該第一組平行的線路82之第二組平行的線路84。該些平行的線路82係在交叉處86交叉該些平行的線路84。每個交叉處86可以鄰接在一天線層內的一開關、或者是靠近一開關。例如，每個開關可以和一個別的交叉處86相關的。該些線路82及84的數目及間隔可以對應於在一特定的天線層內之開關的數目，因而每個開關可以和一不同的交叉處86相關的。
如同在圖10中所示，若電壓被施加至一線路84'，同時線路82'是接地時，則交叉處86'係被激勵。就此而論，和該交叉處86'相關的特定開關係被切換至一被啟動或解除啟動的狀態。該些個別的線路82及84可以用此種方式選擇性地被激勵及接地，以選擇性地啟動及解除啟動特定的開關。例如，當該交叉處86'被啟動時，一靠近該交叉處86'的PCM開關係進 行一狀態改變。電流係在該路徑88上，從該線路84'流向該交叉處86'，並且透過該線路82'流向接地。以此種方式，每個開關並不需要連接至一個別不同的控制線，藉此降低在該天線組件10內的控制線密度。再者，一旦特定的開關是透過交叉處被激勵來加以切換後，該開關可以保持在該特定的狀態，而不需進一步的能量被供應至該交叉處。
該控制網格80可以利用頻率選擇性的控制線來提供控制信號。一頻率選擇性的控制線可以藉由在子波長間隔下插入電感器於其中來加以形成。該些電感器的尺寸可被製作成在切換控制頻率(例如約20MHz)下具有低阻抗，並且在操作頻率(例如介於2-12GHz之間)下具有高阻抗。在低頻下，例如是路徑88的控制路徑係提供一連續的導電線路。在高頻下，該路徑係提供一組斷開的子波長浮接的金屬貼片(patch)，其對於一高頻輻射波而言為隱形的。以此種方式，該路徑可以在低頻下被啟動，並且在高頻下被斷連，因而不會干擾到該天線組件的操作。
如上所提到的，該等開關可以是PCM開關。就此而論，該控制網格80可以操作來供應電源至該些交叉處86，以定址特定的開關來將其切換導通或關斷。該些PCM開關並不需要靜態偏壓來用於操作。PCM開關係具有在導電度上差異數個數量級的兩個穩定的狀態。切換可以透過該些PCM開關之受控制的加熱及冷卻來加以達成。和該交叉處86'相關的開關是被定址以進行一狀態改變的元件。該等開關可以依序地加以改變至不同的狀態，以形成一天線圖案。
一例如是該控制網格80的控制網格亦可被設置在該切換的接地面14(在圖1-3中所示)的下面、之上、或是之內。就此而論，該些交叉 處86可以和該等開關38相關，以便於將該等開關38改變在導通及關斷狀態之間。
圖11係描繪根據本揭露內容的一實施例之一種天線組件90的俯視立體圖。該天線組件90可包含上述的構件。該天線組件90可包含複數個具有控制線區段94之模組化外側的介電質或泡綿框架92。每個模組化外側的框架92可以連接至另一模組化外側的框架92，以形成該天線組件90的一單元胞外側的邊界。一切換的接地面95可以藉由一饋電柱96以及一模組化外側的框架92來加以支承。
如圖所示，一天線陣列96可以不包含中央空隙(void)或孔。上述的天線層的任一個都可包含中央像素，而無形成穿過其或是介於其之間的中央空隙。
圖12係描繪根據本揭露內容的一實施例之一饋電柱100的俯視立體圖。在此實施例中，該饋電柱100係利用印刷電路板的製造技術來加以形成。該饋電柱100可包含複數個可穿過電路板(未顯示)設置的貫孔102。於是，一天線組件可以利用複數個透過該些貫孔102以和彼此通訊的電路板來加以形成。
參照圖1-12，本揭露內容的實施例係提供一種可配置的天線組件，其可被調適以用於寬的頻寬通訊，例如具有至少一4：1的比例。本揭露內容的實施例係提供一種可配置的適配的天線組件，其可以選擇性地切換在多個天線圖案及特性之間。本揭露內容的實施例例如可以掃描在偏離該天線的面的垂直線45°的角度，並且提供雙重且可分開的RF極化功能。
該天線組件可被重新配置以提供在窄頻寬(例如，100MHz) 的RF效能特性，其具有在例如是45°、60°、與類似者的角度掃描的能力。已經發現到該天線組件之可重新配置的本質係容許操作在超寬的頻寬(例如，一個6：1頻寬比)、或是窄到100MHz之相鄰的較小的頻帶調諧。該天線組件可被重新配置以提供在被配置以用於寬頻帶操作的第一天線圖案、以及被配置以用於窄頻帶操作的第二天線圖案之間的多個特性。
如上所述，該天線組件可包含例如是該天線層18及20的兩個天線層，其例如可被用來形成一連接的雙極陣列，其具有在該些連接的天線層下面的電容性雙極狀的饋電。該些連接的像素及饋電層例如可以利用雙層電路板來加以產生。該電路板可被置放在一具有在其之下以及在其之上的泡綿介電層的接地面之上。來自該下方的雙極狀的饋電之一差動饋電可以電容性耦接至一連接的雙極元件層。
每個天線層可包含複數個像素。該些像素係容許有藉由具有變化的形狀及尺寸的天線圖案所產生的多個特性，該些天線圖案可被用來調諧該天線組件至特定的頻率、極化以及掃描角度。該些像素可以利用RF相容的開關來加以互連，該些開關可以是由相變材料所形成的。該等開關的命令及控制可以透過例如那些用在高密度的相變式記憶體系統之定址的線方案的使用來加以達成。
已經發現到本揭露內容的實施例係提供可以容許有寬頻的瞬間頻寬之天線組件。該天線組件可被切換至一窄的部分的頻寬(例如100MHz)，以提供比在一寬頻調諧所可能者更佳的RF效能。
本揭露內容的實施例係提供天線組件，其中在該些像素之間的例如是開關的連接的導通/關斷狀態可以選擇性地被啟動及解除啟動，以 提供廣泛而多樣的天線圖案。該些不同的天線圖案可以針對於各種原因而被使用，例如一般是靜態陣列組件所不可能的不同任務、操作情節、以及掃描或視野功能。
本揭露內容的實施例例如可被使用於通訊、電子作戰、雷達以及SIGNIT應用之一種多功能及/或共用的天線配置。本揭露內容的實施例係提供寬的頻寬覆蓋以及極化分集，以容許具有任意極化的信號的發送及接收，其係包含但不限於線性、圓形、以及傾斜極化的信號。
本揭露內容的某些實施例係提供天線組件，其可包含PCM開關、頻率選擇性的控制線、以及像素化的天線層。該些天線組件可以選擇性地被配置在複數個天線圖案之間。
本揭露內容的實施例係提供天線組件，其可以呈現多個天線特性。每一個天線特性可以是頻率、頻寬、極化、功率位準、掃描角度、幾何、波束特徵(寬度、掃描速率與類似者)、以及類似者的一獨特的組合。
儘管各種的空間及方向性術語，例如是頂端、底部、下方、中間、橫向、水平、垂直、前面與類似者可被用來描述本揭露內容的實施例，但所了解的是此種術語僅僅是相關在圖式中所展示的方位而被使用。該些方位可被反轉、旋轉、或者是改變，使得一上方的部分變成是一下方的部分並且反之亦然，水平的變成是垂直的，與類似者。
再者，本揭露內容係包括根據以下的條款(clause)的實施例：
條款1：一種天線組件，其係包括：一第一接地面；一可被切換在接地與非接地的狀態之間的第二接地面；以及第一及第二天線層，其中該第一及第二天線層的每一個係包含藉由複數個第一相變材料(PCM) 開關互連的複數個像素，並且其中該複數個第一PCM開關係被配置以選擇性地被切換在相位之間，以在該第一及第二天線層內提供複數個天線圖案。
條款2：如條款1的天線組件，其中該複數個第一PCM開關係被配置以選擇性地加以切換，以提供多個天線特性。
條款3：如條款1的天線組件，其中該第二接地面係包含藉由複數個第二PCM開關互連的複數個板，並且其中該複數個第二PCM開關係選擇性地被啟動及解除啟動，以將該第二接地面切換在該接地與非接地的狀態之間。
條款4：如條款1的天線組件，其進一步包括複數個控制線，其係將該第一接地面連接至該第二接地面以及該第一及第二天線層。
條款5：如條款4的天線組件，其中該複數個第一PCM開關係連接至該複數個控制線。
條款6：如條款1的天線組件，其進一步包括一被安裝至該第一接地面的饋電柱，其中該第二接地面係固定到該饋電柱的一部分。
條款7：如條款6的天線組件，其中該饋電柱係包括一或多個連接至該第一及第二天線層的導體。
條款8：如條款1的天線組件，其進一步包括：一連接至該第一天線層的第一控制網格；以及一連接至該第二天線層的第二控制網格，其中該第一及第二控制網格的每一個係包括一第一組線路，其係在複數個交叉處與一第二組線路交叉，該複數個交叉處是在操作上連接至該複數個第一PCM開關的一個別的第一PCM開關，並且其中該複數個交叉處的每一個可被激勵以將該複數個第一PCM開關的每一個切換在相位之間。
條款9：如條款8的天線組件，其中該第一及第二控制網格係被配置為頻率選擇性的。
條款10：如條款8的天線組件，其中該第一及第二控制網格的每一個進一步包括一或多個以子波長間隔插入的電感器。
條款11：如條款1的天線組件，其中該複數個第一PCM開關的每一個是由具有第一及第二相位的碲化鍺(GeTe)所形成的，其中該第一及第二相位中之一是導電的，並且該第一及第二相位的另一個是非導電的。
條款12：一種天線組件，其係包括：一包含至少一天線層的天線陣列，其中該至少一天線層係包含藉由複數個第一相變材料(PCM)開關互連的複數個像素，並且其中該複數個第一PCM開關係被配置以選擇性地被切換在相位之間，以在該天線陣列內提供複數個天線圖案以提供多個天線特性。
條款13：如條款12的天線組件，其中該至少一天線層係包含至少兩個天線層。
條款14：如條款12的天線組件，其進一步包括一切換的接地面，其可被切換在接地與非接地的狀態之間。
條款15：如條款14的天線組件，其中該切換的接地面係包含藉由複數個第二PCM開關互連的複數個板，並且其中該複數個第二PCM開關係選擇性地被啟動及解除啟動，以切換該第二平面在該接地與非接地的狀態之間。
條款16：如條款12的天線組件，其進一步包括複數個連接至該天線陣列的控制線。
條款17：如條款12的天線組件，其進一步包括：至少一連接至該至少一天線層的控制網格，其中該控制網格係包括一第一組線路，其係在複數個交叉處與一第二組線路交叉，該複數個交叉處係在操作上連接至該複數個第一PCM開關的一個別的第一PCM開關，並且其中該複數個交叉處的每一個可被激勵，以將該複數個第一PCM開關的每一個切換在相位之間。
條款18：如條款17的天線組件，其中該控制網格係被配置為頻率選擇性的，並且進一步包括一或多個以子波長間隔被插入的電感器。
條款19：如條款12的天線組件，其中該複數個第一PCM開關的每一個是由具有第一及第二相位的碲化鍺(GeTe)所形成的，其中該第一及第二相位中之一是導電的，並且該第一及第二相位的另一個是非導電的。
條款20：一種天線單元胞相位陣列組件，其係包括：一第一接地面；一可被切換在接地與非接地的狀態之間的第二接地面，其中該第二接地面係包含藉由複數個第一相變材料(PCM)開關互連的複數個板，並且其中該複數個第一PCM開關係選擇性地被啟動及解除啟動，以將該第二接地面切換在該接地與非接地的狀態之間；一包括第一及第二天線層的天線陣列，其中該第一及第二天線層的每一個係包含藉由複數個第二PCM開關互連的複數個像素，並且其中該複數個第二PCM開關係被配置以選擇性地加以切換在第一及第二相位之間，以在該第一及第二天線層內提供複數個天線圖案以提供多個天線特性，其中該第一及第二相位中之一是導電的，並且該第一及第二相位的另一個是非導電的；第一及第二控制網格係 分別連接至該第一及第二天線層，其中該第一及第二控制網格的每一個係包括一第一組線路，其係在複數個交叉處與一第二組線路交叉，該複數個交叉處係在操作上連接至該複數個第二PCM開關的一個別的第二PCM開關，其中該複數個交叉處的每一個可被激勵以將該複數個第二PCM開關的每一個切換在相位之間，其中該第一及第二控制網格係被配置為頻率選擇性的，並且其中該第一及第二控制網格的每一個進一步包括一或多個以子波長間隔插入的電感器；一被安裝至該第一接地面的饋電柱，其中該第二接地面係固定到該饋電柱的一部分，其中該饋電柱係包括一或多個連接至該第一及第二天線層的導體；以及複數個控制線，其係將該第一接地面連接至該第二接地面以及該天線陣列，其中該複數個第一PCM開關係連接至該複數個控制線。
將瞭解到的是，以上的說明係欲為舉例說明的，而非限制性的。例如，上述的實施例(及/或其特點)可以彼此組合地被使用。此外，可以做成許多修改以將一特定的情況或材料調適到本揭露內容的各種實施例的教示，而不脫離其範疇。儘管在此所述的材料的尺寸及類型係欲界定本揭露內容的各種實施例的參數，但是該些實施例絕非限制性的，而是範例實施例。在檢視以上的說明之後，許多其它實施例對於具有此項技術中的技能者而言將會是明顯的。因此，本揭露內容的各種實施例的範疇應該參考所附的申請專利範圍、以及此些申請專利範圍被授予的等同項的完整範疇來加以決定。在所附的申請專利範圍中，該些術語"包含"以及"其中"係被使用作為該些個別的術語"包括"以及"其中"的普通中文的等同物。再者，該些術語"第一"、"第二"以及"第三"等等係僅僅被使用作為標籤，因而並不欲對 於其物體施加數字上的要求。再者，以下的申請專利範圍的限制並非是以手段功能用語的格式撰寫，因而並不欲根據第35號美國法典第112條第(f)款來加以解譯，除非此種申請專利範圍的限制是明確地使用該措辭"用於…的手段(裝置)"而且接著是沒有進一步結構的功能陳述。
此書面說明係使用例子來揭示本揭露內容的包含最佳模式的各種實施例，並且亦使得任何熟習此項技術者能夠實施本揭露內容的各種實施例，其包含製造及利用任何裝置或系統以及執行任何所納入的方法。本揭露內容的各種實施例之可授予專利的範疇係藉由申請專利範圍所界定，並且可包含熟習此項技術者所思及的其它例子。若該些例子具有並未不同於申請專利範圍的字義語言之結構的元件、或是若該些例子包含具有與申請專利範圍的字義語言為非實質性差異之等同的結構的元件，則此種其它例子係欲為落入申請專利範圍的範疇內。

Claims (19)

  1. 一種天線組件，其係包括：一第一接地面；該第一接地面支承一饋電柱；一第二接地面，其被固定到該第一接地面之上的該饋電柱且/或圍繞該饋電柱，該第二接地面包含藉由開關連接之複數個互連的金屬板，該第二接地面被配置而可以在該等開關的全部都被啟動時的接地狀態與該等開關的全部都被解除啟動時的非接地狀態之間進行切換；以及第一及第二天線層，其中該第一及第二天線層的每一個係包含複數個第一相變材料(PCM)開關，並且其中該複數個第一PCM開關係被配置以選擇性地加以切換，以在該第一及第二天線層內提供複數個天線圖案。
  2. 如申請專利範圍第1項之天線組件，其中該複數個第一PCM開關係被配置以選擇性地加以切換，以提供多個天線特性。
  3. 如申請專利範圍第1項之天線組件，其中該第二接地面係包含藉由複數個第二PCM開關互連的複數個板，並且其中該複數個第二PCM開關係選擇性地被啟動及解除啟動，以將該第二接地面切換在該接地與非接地的狀態之間。
  4. 如申請專利範圍第1項之天線組件，其進一步包括複數個控制線，其係將該第一接地面連接至該第二接地面以及該第一及第二天線層。
  5. 如申請專利範圍第4項之天線組件，其中該複數個第一PCM開關係連接至該複數個控制線。
  6. 如申請專利範圍第1項之天線組件，其進一步包括該饋電柱被安裝至該第一接地面，其中該第二接地面係固定到該饋電柱的一部分。
  7. 如申請專利範圍第6項之天線組件，其中該饋電柱係包括一或多個連接至該第一及第二天線層的導體。
  8. 如申請專利範圍第1項之天線組件，其進一步包括：一連接至該第一天線層的第一控制網格；以及一連接至該第二天線層的第二控制網格，其中該第一及第二控制網格的每一個係包括一第一組線路，其係在複數個交叉處與一第二組線路交叉，該複數個交叉處係在操作上連接至該複數個第一PCM開關的一個別的第一PCM開關，並且其中該複數個交叉處的每一個被配置以被激勵，以將該複數個第一PCM開關的每一個切換在相位之間。
  9. 如申請專利範圍第8項之天線組件，其中該第一及第二控制網格係被配置為頻率選擇性的。
  10. 如申請專利範圍第8項之天線組件，其中該第一及第二控制網格的每一個進一步包括一或多個以子波長間隔插入的電感器。
  11. 如申請專利範圍第1項之天線組件，其中該複數個第一PCM開關的每一個是由具有第一及第二相位的碲化鍺(GeTe)所形成的，其中該第一及第二相位中之一是導電的，並且該第一及第二相位的另一個是非導電的。
  12. 一種天線組件，其係包括：一天線陣列，其包含至少一天線層，其中該至少一天線層包含複數個第一相變材料(PCM)開關，並且其中該複數個第一PCM開關係被配置以選擇性地加以切換，以在該天線陣列內提供多個天線特性；以及至少一控制網格，其連接至該至少一天線層，其中該控制網格包括一第一組線路，其係在複數個交叉處與一第二組線路交叉，該複數個交叉處係在操作上連接至該複數個第一PCM開關的一個別的第一PCM開關，並且其中該複數個交叉處的每一個被配置以被激勵，以將該複數個第一PCM開關的每一個切換在相位之間。
  13. 如申請專利範圍第12項之天線組件，其中該至少一天線層包含至少二天線層。
  14. 如申請專利範圍第12項之天線組件，其進一步包括一切換的接地面，其被配置以被切換在接地與非接地的狀態之間。
  15. 如申請專利範圍第14項之天線組件，其中該切換的接地面包含藉由複數個第二PCM開關互連的複數個板，並且其中該複數個第二PCM開關係選擇性地被啟動及解除啟動，以將該第二接地面切換在該接地與非接地的狀態之間。
  16. 如申請專利範圍第12項之天線組件，其進一步包括複數個控制線，其連接至該天線陣列。
  17. 如申請專利範圍第12項之天線組件，其中該控制網格係被配置為頻率選擇性的，並且其進一步包括一或多個以子波長間隔插入的電感器。
  18. 如申請專利範圍第12項之天線組件，其中該複數個第一PCM開關的每一個是由具有第一及第二相位的碲化鍺(GeTe)所形成的，其中該第一及第二相位中之一是導電的，並且該第一及第二相位的另一個是非導電的。
  19. 一種天線單元胞相位天線組件，其包括：一第一接地面；一第二接地面，其被配置以被切換在接地與非接地的狀態之間，其中該第二接地面係包含藉由複數個第二PCM開關互連的複數個板，並且其中該複數個第二PCM開關係選擇性地被啟動及解除啟動，以將該第二接地面切換在該接地與非接地的狀態之間；一天線陣列，其包括第一及第二天線層，其中該第一及第二天線層的每一個係包含複數個第一相變材料(PCM)開關，並且其中該複數個第一PCM開關係被配置以選擇性地在第一及第二相位之間加以切換，以提供多個天線特性，其中該第一及第二相位中之一是導電的，並且該第一及第二相位的另一個是非導電的；第一及第二控制網格，其分別連接至該第一及第二天線層，其中該第一及第二控制網格的每一個係包括一第一組線路，其係在複數個交叉處與一第二組線路交叉，該複數個交叉處係在操作上連接至該複數個第二PCM開關的一個別的第二PCM開關，其中該複數個交叉處的每一個係被配置為可被激勵，以切換該複數個第二PCM開關的每一個，其中該第一及第二控制網格係被配置為頻率選擇性的，並且其中該第一及第二控制網格的每一個進一步包括一或多個以子波長間隔插入的電感器；一饋電柱，其被安裝至該第一接地面，其中該第二接地面係固定到該饋電柱的一部分，其中該饋電柱係包括一或多個連接至該第一及第二天線層的導體；以及複數個控制線，其係將該第一接地面連接至該第二接地面以及該天線陣列，其中該複數個第一PCM開關係連接至該複數個控制線。
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