TWI728376B - 散射空隙儲槽 - Google Patents

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Abstract

一種天線裝置及使用該裝置之方法被揭露。在一個實施例中，該天線包含具有複數個輻射射頻(RF)天線元件的一天線元件陣列，該等輻射射頻天線元件使用其間具有一液晶(LC)之第一及第二基板的部分被形成，該第一基板包含有複數個簾片且該第二基板包含複數個貼片，其中該等貼片的每一個被共同位於在該等複數個簾片中的一簾片上並與該簾片分離，其中LC至少部分地在每一個一 貼片及簾片重疊的重疊區域之間；以及在該等第一與第二基板之間的一儲槽結構以保持LC並包含有圍繞該等RF天線元件的區域，該儲槽結構具有一足夠大的腔以容納該LC的熱膨脹並具有一個或多個無LC區域，其中LC保留在該等複數個輻射RF天線元件的貼片/簾片重疊區域中，即使當額外的LC可進入該等一或多個無LC區域時也是如此。

Description

散射空隙儲槽
優先權
本專利申請案主張對應於2018年6月6日申請之美國臨時專利申請序號第62/681,538號，標題為「SCATTERED VOID RESERVOIR」之優先權，並合併於本文中以供參考。 發明領域
本發明的實施例涉及具有液晶(LC)之射頻(RF)裝置的領域；更具體地說，本發明的實施例涉及使用在一超材料調諧天線中之具有液晶(LC)之射頻(RF)裝置，該天線包括一區域以收集LC或把LC提供給天線的一區域，該區域有天線元件被定位在其中。
發明背景
最近，已經公開了表面散射天線及其他如此的射頻(RF)裝置，它們使用了一種基於液晶(LC)的超材料天線元件作為該裝置的一部分。在天線的情況下，該等LC已被使用作為調諧該天線元件之該等天線元件的一部分。例如，LC被置於兩片玻璃基板之間，該等玻璃基板包含一天線陣列，其使用在LCD領域中所公知之液晶顯示器(LCD)製程。這些玻璃基板使用間隙間格件被間隔開，並使用某種類型的密封劑(例如，粘合劑)在該邊緣處被密封。
現有技術的一些RF天線會在其工作溫度範圍中遭受性能下降的損害，特別是當該溫度朝向該溫度工作範圍的該上端增加時。這乃肇因於隨著該溫度升高在該等RF元件輸出中的一種RF頻率移位。
該RF頻率隨著溫度移位之該等原因中之一係由於該LC的體積膨脹。當該LC佔據由該等玻璃基板、沉積層、該胞元邊界密封、以及被形成於該等玻璃基板上之內部間隔件所形成及限定的一腔時，這個腔的結構會限定在每一個RF天線元件之該等電極間的具體間隙，其將會被該可調電介質LC所佔據。填充有該LC之在該等電極之間該間隙的適當大小對於控制該RF天線元件之該等操作頻率係重要的。
在一溫度範圍內一空LC胞元的體積係由該等玻璃基板之該熱膨脹係數(CTE)、間隙間隔件以及邊緣密封來控制。在一LC胞元中由於溫度變化的該LC體積變化會比該LC胞元本身之該腔體積變化更大，因為該LC的該CVE(體積膨脹係數)比該等LC胞元組件的該CTE要大得多。換句話說，由於該LC之該CVE大小比起該區段或孔徑腔的該體積增加要大，隨著該溫度的增加，在該LC體積中的增加會遠大於該腔體積的增加。由於熱膨脹力係大的，該LC體積增加會迫使該等基板分開，從而導致在該等RF孔徑元件處的該等間隙(被填充有LC的間隙)的大小增加並且使得該等RF天線元件的該諧振頻率移位。
隨著溫度降低，該LC的體積將小於該LC胞元腔體積，從而降低了該LC胞元的該內部壓力。大氣壓力然後將會在該等胞元間隔件上把該玻璃往下推得更緊密，減小了該胞元間隙，如果該等間隔件的該彈性模量使得在該等間隔件上該增加的壓力可以壓縮該等間隔件的話。如果在體積中的差異足夠大，這可能會導致出一些地方，其中該LC體積已經由被溶解在該LC中的殘餘氣體所取代。這種情況的該直接結果可能是在該孔徑中在位置中的空隙，其中該LC的該電介質已經由會影響天線元件性能的殘餘氣體來替換。一旦該胞元充分地升溫，它可能需要一段時間讓這些空隙消失(如果在該等空隙中有足夠的氣體，該氣體可能需要重新溶解來讓該空隙消失)。另外，在該等空隙被形成的該等位置中，可能會有對準缺陷。
對於低溫的情況，一類似的問題可能肇因於處於較低的大氣壓力，諸如在較高海拔處所產生的那些。在這種情況下，施加在該等基板上的該壓力(把該等基板保持在其間隔件上)被降低。可能會導致不均勻性及空隙。
因此，隨著環境溫度及壓力變化而在LC胞元間隙大小的變化以及在LC胞元間隙中非均勻性的增加，對於形成可正常運作之RF天線元件來說會是有問題的。
發明總結
一種天線裝置及使用該裝置之方法被揭露。在一個實施例中，該天線包含具有複數個輻射射頻(RF)天線元件的一天線元件陣列，該等輻射射頻天線元件使用其間具有液晶(LC)之第一及第二基板的部分被形成，該第一基板包含有複數個簾片且該第二基板包含複數個貼片，其中該等貼片的每一個被共同位於在該等複數個簾片中的一簾片上並與該簾片分離，其中LC至少部分地在每一個一貼片及簾片重疊的重疊區域之間；以及在該等第一與第二基板之間的儲槽結構以保持LC並包含有圍繞該等RF天線元件的區域，該儲槽結構具有一足夠大的腔以容納該LC的熱膨脹並且具有一個或多個無LC區域，其中LC保留在該等複數個輻射RF天線元件的貼片/簾片重疊區域中，即使當額外的LC可進入該等一或多個無LC區域時也是如此。
較佳實施例之詳細說明
在以下描述中，許多的細節被闡述以提供本發明之一更為徹底的解釋。然而，對本領域習知技藝者而言將顯而易見的是，可以在沒有這些具體細節的情況下來實踐本發明。在其他的情況下，眾所周知的結構及裝置係以方塊圖形式被展示出而不是詳細地被示出，以避免模糊了本發明。概觀
一種包括一可切換電介質(例如，液晶(LC))的射頻(RF)天線被揭露。在一個實施例中，該RF天線包括複數個RF輻射天線元件(例如，超材料散射天線元件諸如，例如，在下面所描述的)，該等RF輻射天線元件包括該可切換電介質(例如，LC)。相對於現有技術的RF天線結構，使用本文所揭露的該等技術會使得由於變化溫度所產生之該RF天線元件的RF頻率移位被顯著地降低。另外，在一個實施例中，在該可切換電介質(例如，LC)已經被引入到該等RF天線元件的每一個之後，該可切換電介質在該等RF天線元件之該等關鍵操作部件中保持穩定。也就是說，就算由於施加到該RF天線裝置之建構方法或機械、熱或其他的應力因此沒有該可切換電介質的區域(例如，空隙或氣泡)被引入、被形成在周圍或附近、或移動進入該等RF天線元件之該等關鍵操作部件附近的區域中，該RF天線元件操作仍保持穩定。
在一個實施例中，該天線包括一LC儲槽以從在該天線中之輻射射頻(RF)天線元件所在的一區域收集LC及供應LC到該區域。在一個實施例中，這個區域係在該RF活動區域中。在一個實施例中，該LC係在包含有該等RF天線元件的一對基板(例如，玻璃貼片及簾片基板)之間，並且當該LC膨脹時，該LC儲槽從該區域收集LC。在一個實施例中，由於至少一個環境變化(例如，一溫度變化、一壓力變化、等等)，該LC膨脹進入到該LC儲槽中(即，經歷LC膨脹)。使用該LC儲槽有助於降低，並有可能最小化，由於在該天線孔徑中的溫度範圍及壓力範圍影響所形成之空隙形成及LC間隙變化。然而，即使當LC膨脹發生時由於使用該LC儲槽而形成空隙，該等RF天線元件仍然可操作。
圖1A-1C圖示出一天線孔徑的一局部側視圖。該天線孔徑包括具有貼片及簾片對的兩個基板，該等貼片及簾片對由一間隙被分隔開，在該間隙中有LC。該等基板由間隙間隔件被間隔開。
參照圖1A，一貼片玻璃基板101位於一簾片玻璃基板102的上方。簾片金屬(層)103在簾片玻璃基板102上面，並且一簾片/槽孔111被定位於玻璃基板102上面不包括簾片金屬103的該區域中。間隔件108(例如，光間隔件)被定位於在貼片玻璃基板101與簾片玻璃基板102之間的簾片金屬103的頂部上。
粘合劑110把在簾片玻璃基板102上的簾片金屬103附接到在貼片玻璃基板101上的貼片玻璃101並且用作為一邊界密封以包含該LC。請注意，可以透過該天線元件陣列使用粘合劑以把一貼片玻璃基板101與簾片玻璃基板102附接在多個位置處，同時密封該天線孔徑的該邊緣。
一個LC間隙105係在粘合劑110與該等間隔件108之一個之間以及在間隔件108之間，其中LC 107係在LC間隙105中，並表示分開貼片玻璃基板101與簾片玻璃基板102的該距離。
圖1B圖示出當該溫度變化係正向時，圖1A該天線孔徑的一局部視圖。溫度的升高會導致在該等基板之間的該LC膨脹。在接近該邊界密封(例如，粘合劑110)的該等邊緣處，在該等基板間之該間隙LC 105中的距離垂直變化係小的。而且，在間隔件108附近的LC間隙105變寬，從而引起基板101及102中的至少一個不與間隔件108接觸。在一個實施例中，不與間隔件108接觸的該基板係貼片玻璃基板101，而簾片基板102保持與間隔件108接觸。在該貼片/簾片重疊處的LC間隙105也變得更寬，從而引起在該RF元件之該諧振頻率中的一移位。然而，隨著該LC體積膨脹增加變大，LC間隙105係以一種不均勻的方式做增加。
在低溫的情況下，在該胞元之孔徑部分中該腔將比該LC體積減小緩慢得多。圖1C圖示出當該溫度變化為負向時圖1A的該部分天線孔徑。在這種情況下，在間隔件108附近的該LC間隙105比在間隔件108之間的該LC間隙寬，從而使得該基板(例如，玻璃基板101)在間隔件108上變成棚狀。這也可能會導致在該RF元件處的一諧振頻率移位。
為了避免與在溫度及/或壓力中正負變化相關聯的該等問題，在一個實施例中，一LC儲槽被包括在該孔徑中。在一個實施例中，該儲槽的性質將是，當該LC體積比該腔體積大時，該儲槽會接納來自該LC胞元腔之該「品質區域」處的該過量LC體積。在一個實施例中，該品質區域係被限定為在圖3A及3B中之該RF活動區(或區域)之該孔徑的該區域。也就是說，在該天線陣列的一區段中，有其中RF天線元件所在的區域以其他區域，被稱為RF非活動區，其中沒有RF天線元件，並且其中沒有RF天線元件所在的一區域被使用作為該LC儲槽。在相反的情況下，當該LC體積小於該腔體積時，該儲槽將把LC供應到該LC胞元腔的該品質區域。這要求在每一種情況下，該儲槽(位於該品質區域之外)當升溫時吸收該多餘的LC，並在冷卻時提供該額外的LC。
在一個實施例中，為了使該儲槽為有效的，在該腔之該孔徑品質區域中的該LC間隙被控制。在該較高溫度的情況下，該LC的該體積膨脹將傾向於把該等基板推開，以一種不受控制且不均勻的方式來增加該間隙。
為了以間隔件控制該間隙，該等兩個基板在它們的間隔件上被連接在一起。這可在該腔內內部地完成或在該腔之外外部地完成。更具體地說，在一個實施例中，該LC胞元被形成在為該胞元外部與該胞元內部之間具有一壓力差。這是由於在壓力下形成該胞元間隙、壓縮該等間隔件及在該等間隔件之間的該等間隙、形成一密封、以及然後釋放該外部壓力，其接下來導致在該腔中的LC體積會略小於該腔所持有的體積，如果沒有施加外部壓力的話。在該胞元外部與該胞元內部之間該產生的壓力差把該等基板保持在該等間隔件上。或者，可以在把該等基板粘合在一起的同時形成該胞元間隙。利用在該等RF元件之間該可用的空間，這可以使用在該等元件之間的粘合劑點來完成，不同於使用一LCD，其中沒有可用於像這一種結構的空間。在這種情況下的優點在於，利用把該等基板連接在一起的該粘合劑，在LC膨脹期間該間隙改變的可能性較小，該LC不會比該等基板被推開更快地流入到該儲槽。當該等基板使用粘合劑被連接在一起時，在該孔徑中的間隔件被使用來控制該間隙。在一個實施例中，在該裝配加工之前粘合劑被施加到該等基板的一個或兩個之上。在裝配期間，該等兩個基板與該等內部間隔件保持接觸，同時該粘合劑固化把該等基板連接在一起。這將確保當該LC的體積膨脹超過該腔積膨脹時，該等兩個基板在該孔徑品質區域中保持連接在一起。在該品質區域之外不需要粘合劑來把該等基板連接在一起。超過填充在該孔徑區域中之該間隙所需的該LC會流入該品質區域之外的該LC儲槽，而不是把該等基板推開。
因此，在該正向溫度變化的情況下，該儲槽提供了該過量LC(肇因於LC膨脹)的一去處，而在該負向溫度變化的情況下，該儲槽把LC提供給該腔的該孔徑部分，其有助於防止空隙的形成。
在一個實施例中，該儲槽以這樣的一種方式被設計以使得該儲槽體積可以容易地擴大及收縮大小，以回應於在該胞元內小的壓力變化。在該高溫的情況下，由於該LC的體積超過該腔的總體積(因為該孔徑區域中的該LC間隙相對於該LC體積係慢慢地增加)，該儲槽接納該過量LC而不會顯著地增加在該胞元內部的該壓力。在另一種情況下，隨著該溫度降低，該儲槽以如此的一種方式被把LC提供給該孔徑使得在該胞元中的該壓力不會急劇下降。(該LC係一流體，由在一相對固定的腔中之壓縮或膨脹所引起的壓力變化可能會很大)。
有幾種方法可以實現這一目標。這些包括在該品質區域外部的該區域中建立一儲槽結構並且在該儲槽結構中包括有一氣泡。在該孔徑品質區域之外部的該區域中建立一儲槽結構
在一個實施例中，該儲槽結構具有該等以下可被使用來建構一儲槽之特徵的一或多個。請注意，該儲槽所需的體積及可用來把該儲槽放置在其中的該區域也是在其設計中的考慮因素，但可由本領域的習知技藝者基於該天線陣列之其餘部分的該設計來被確定。
在一個實施例中，該孔徑品質區域外部該等玻璃基板(例如，簾片、貼片、或兩者)的一或多個具有一減少的厚度。換句話說，選擇性地減薄在該儲槽區域中該(等)玻璃(基板)被執行。在一個實施例中，把該玻璃減薄一半。例如，在該玻璃基板厚度為700微米的情況下，在該孔徑品質區域外部之該玻璃基板的該厚度被減小到350微米。這導致玻璃基板可以更容易地回應於由於膨脹/收縮的內部壓力變化來向內或向外地彎曲。請注意並不要求該等基板的一或多個被減薄一半；也可以使用其他的減薄量。
在一個實施例中，該位置、大小、楊氏(Young)模量(彈性模量)、以及該等間隔件的該彈性常數影響該LC該儲槽的該操作。該等間隔件可以是一光間隔件(例如，一聚合物間隔件)。例如，在該儲槽區域中的該等間隔件被改變為具有比在該天線元件之品質區域(相對於在該孔徑品質區域中的該等間隔件)一較低的彈性常數，使得在這些區域中的該天線元件腔可以更容易地回應壓力變化來改變體積。在一個實施例中，在該天線元件區域中的該彈性常數為約108 N/m而在該品質區域外之該區域中的該彈性常數約為105 至106 N/m。請注意，這些只是實例，該彈性常數可能取決於多種因素，包括但不侷限於該儲槽幾何形狀、基板材料常數、間隔件材料常數、等等。
在另一實施例中，在該儲槽區域中的該間隔件密度被降低。雖然密度的任何降低都改善了性能，但在一個實施例中，在該儲槽區域中的密度被降低了75％。請注意，在其他實施例中，由於取決於該間隔件材料、該間隔件大小、等等，這些數字會有變化。
在又一個實施例中，在該儲槽區域中該等間隔件被縮短。這縮短量取決於其對與體積的影響。藉由縮短該等間隔件所產生的體積越大越好。這種考慮因素需要得到平衡，以防止該等兩個基板(以及建立在它們上面的該等結構)接觸。在一個實施例中，該間隔件高度被減少80％。請注意，也可以使用其他的減少量。例如，在一個實施例中，儲槽間隔件被形成在不包含該簾片金屬層的一區域中。更具體地說，在一個實施例中，該簾片金屬層為2um厚。在這種情況下，在該RF活動區域之外，對這種金屬的需求係由波導考慮所控制的(例如，不能有通過其RF會洩漏的孔)，而該胞元間隙大概係2.7um。如果在這些區域中簾片金屬從該等儲槽區域被移除，則在這些區域中該可用的體積可能會在厚度中增加2um。
在又另一實施例中，該中間反向壓力準位被使用來密封在該儲槽區域中的該LC胞元，其係一密封工序的一部份。在該密封工序中，在該胞元中有LC，而在該邊界密封中有一開口。在一個實施例中，該LC係藉由真空填充來被放置。但是，這不是必需的，該LC可以使用其他眾所周知的技術來被放置。該胞元被加壓以從該胞元移除LC。因此，在該LC儲槽中的該LC量由該加壓過程來被控制。因此，該反向加壓密封工序使用一種機制來向該區段之選定的區域施加壓力。
在一個實施例中，包含有RF天線元件的該天線區段以如此的一種方式被填充及密封使得在填充之後，該儲槽處於一中間體積狀態，在該中間體積狀態下，該儲槽不是完全充滿而且不是完全空的。在該中間體積，該儲槽能夠接收及供應LC。天線區段被組合以形成該整個天線陣列。有關天線區段之更多的資訊，請參閱美國專利第9,887,455號，標題為「Aperture Segmentation of a Cylindrical Feed Antenna」的美國專利。
圖2A圖示出在熱膨脹期間控制在基板之間的該間隙，該等形成該等天線元件。參照圖2A，位於在光間隔件201之間的粘合點202用以把貼片玻璃基板231及簾片基板232連接在一起。這使得該過量的LC 220能夠流入LC儲槽210，當該溫度變化大於零時，該LC儲槽210在該等基板之間的該區域處經歷膨脹。在一個實施例中，該等粘合劑點202包含一粘性液體紫外(UV)粘合劑。在一個實施例中，LC儲槽210所在之在該等基板之間的該間隙係由於在該區域中在該等基板之間缺少粘合劑以及在該位置處之該等基板的一薄化所致。
圖2B圖示出形成在光間隔件201之間的該等粘合劑點202，粘合劑點202把形成該等天線元件的該等基板連接在一起以在熱收縮期間控制該間隙。在這種情況下，當該溫度變化小於零時，LC儲槽210提供LC 220。在一個實施例中，LC儲槽210所在之在該等基板之間的該間隙係由於在LC儲槽的該區域中在該等基板之間缺少光間隔件以及在該位置處之該等基板的一薄化所致。這也可以藉由在LC儲槽210的該區域中具有較短的光間隔件來實現，使得在LC儲槽210的該區域中該等基板朝向彼此的移動被限制為該較短光隔離器的該高度。藉由使用在光間隔件201之間所形成的該等粘合劑點202，當該溫度變化小於零時，在熱收縮期間防止了隆起及可能的空隙形成。
因此，包含LC儲槽210之該等基板的該區域充當進行打開及關閉的一彈簧狀隔膜，從而致使該LC進入及離開LC儲槽210。以這種方式，在熱膨脹期間該等兩個基板不被推開。
圖3A圖示出在一天線陣列區段的一個實施例中有可能的儲槽放置位置。參照圖3A，來自一分段之RF天線孔徑的該分段包括由一RF活動區域邊界303所界定的一RF活動區域302。該RF品質區域302係其中該等天線元件(例如，如下面會更詳細描述的表面散射超材料天線元件)所在的地方。在一個實施例中，在RF活動區域302之外之該區段的區域301係放置一儲槽的區域。在一個實施例中，邊界可約束在一區段中該RF儲槽的大小及/或約束該LC流動的地方。在一個實施例中，該LC儲槽與在該品質區域中的該LC保持恆定的液壓接觸。
請注意，在該孔徑之該區段中可以存在多於一個LC儲槽，使得該LC可以基於在溫度及/或壓力中的該變化而膨脹進入到在該區段中的多個位置或從該區段中的多個位置流出。選擇性的氣泡技術
在一個實施例中，一或多個氣體氣泡被包括在該LC儲槽中。每一個氣泡表示一空隙區域，因為它係在該LC胞元之內的一區域，其中有可壓縮性(而不是不可壓縮的，像是LC、玻璃、金屬、等等)。換言之，該LC儲槽包括一可壓縮介質。該可壓縮係部分係由於在該區域中不存在LC以及有氣泡出現。在一個實施例中，該氣體係處於一低於大氣壓力的壓力下。請注意，在該空隙中的該壓力越高，製造一足夠大小儲槽所需的體積就越大。
如上面所討論的，該LC儲槽與在該品質區域中的該LC有恆定的液壓接觸。也就是說，在該儲槽存空間與在該天線之該活動區域中的該LC之間存在一連續或恆定的液壓或流體接觸。
在一個實施例中，該氣泡係不與LC相互作用的一惰性氣體。例如，可以使用氮氣或氬氣。一惰性氣體氣泡的體積可回應於很小的壓力變化而膨脹及收縮。藉由控制該氣泡之該形成的位置，並確保該氣泡保持在該所欲的位置上，LC移進及移出由該氣泡所佔據之該LC儲槽係在一溫度範圍內被控制，從而使得部分的該氣泡體積充當該LC的一儲槽。
在一個實施例中，當在該填充工序期間形成一氣泡時，一氣泡的該組成及位置被控制。如果在該填充工序中引入一惰性氣體，在脫氣之後但在填充之前，一旦該LC密封該填充開口，在該胞元內的該背景氣體(惰性氣體)將被捕獲。在一個實施例中，在填充之前之該胞元體積、在該LC中該惰性氣體的溶解度、以及在該填充腔中該惰性氣體的該分壓將控制在填充完成之後該剩餘氣泡的大小。如果該氣泡被形成為一真空，則在一個實施例中，該殘餘氣體的組成不那麼重要。此外，如果具有該等RF天線元件並且一起形成該陣列之該等天線區段被垂直地定向，並且該膠合線被適當地塑形，則該氣泡的最終位置將處於最高點。
在一個實施例中，該氣泡被放置並處在一特定位置上。在一個實施例中，這個的完成係藉由迫使該氣泡形成一位置，在這個位置(相對於所有其他的位置)係於所有條件下該系統之最低可能能量狀態的地方。在一個實施例中，藉由採取若干步驟來創建這個狀態。可以使該氣泡位置成為一地方，其使得該氣泡表面面積被顯著減小或甚至被最小化。降低該狀態能量的另一種方法會是降低在這個位置處該等基板表面的該表面能量，使得該LC不希望潤濕在這個區域中的該等基板。因此，為了使該氣泡在其他地方移動或重新形成，藉由迫使LC進入這個低表面能量區域以把該氣泡移出其位置以及在已經被LC佔據之一區域中重新形成該氣泡的該能量障礙及預算必須被克服。最後，如果該氣泡被放置在重力的最高點附近，在該天線的正常定位內，還可以對該(等)氣泡移動產生一障礙。
圖4A圖示出一天線陣列區段401，其從底部被供應LC以使惰性氣體氣泡402最後位於區段401的該上方角落中。可替代地，天線陣列區段401可以以一種方式被填充使得該最遠點(氣泡402所駐留的地方)被最後填充。請注意，如果在一更為水平的位置被填充以迫使氣泡402駐留在一特定的位置處，則區段401可被傾斜。有關區段之更多的資訊，請參閱美國專利第9,887,455號，標題為「Aperture Segmentation of a Cylindrical Feed Antenna」的美國專利。
圖4B-D圖示出基於溫度，在三種不同狀態中的氣泡。參考圖4C，當在室溫時，氣泡402具有一特定的大小。如在圖4B中所示，該LC流動離開氣泡402，使得當在溫度中的該變化小於零時在該LC儲槽中在LC體積中的該變化係小於零。如在圖4D中所示，LC流向氣泡402，使得當在溫度中的該變化大於零時在該LC儲槽中在LC體積中的該變化係大於零。
在一個實施例中，在由該簾片金屬所形成的該腔中小氣泡被形成。在這種情況下，空隙被穩定在該等簾片中。對於在該RF活動區域外的儲槽，在具有穩定空隙之該RF扼流圈特徵外部之該簾片層中的許多小特徵係形成該儲槽的另一種方式。LC 儲槽實現方式的一實例
在一個實施例中，該天線孔徑內部之可能溫度的預計範圍係從20o C至70o C。在這種情況下，當溫度在20o C至70o C的範圍內時，在(一起構成該天線孔徑之多個區段中的)一個天線孔徑區段中的該LC被預期會體積膨脹，具有一估計的總LC體積將等於4.00E+11 um3 。因此，該LC儲槽需要容納在50o C溫度中的一變化，其在50o C溫度中的變化上產生在體積中的變化等於1.31E+10 um3 。此外，在一個實施例中，在該天線孔徑區段的該LC具有一體積膨脹係數(CVE)，其係每一溫度體積百分比變化的一種量度，或(ΔV/V)/ΔT等於0.000657 in3 /in3 /°C。
考慮到這一點，在一個實施例中，如果該天線孔徑係使用RF孔徑區段被建構，則該LC儲槽被建構成用來補償RF孔徑區段的一熱體積膨脹1.31E+11 um3 ，同時具有以下特徵： a. 限制在該RF元件陣列(例如，表面散射超材料天線元件的陣列，諸如，例如，但不侷限於下面將更詳細地描述的那些)之該區域中在該貼片與簾片金屬之間該間隙的該熱膨脹； b. 在整個溫度範圍內保持該胞元間隙的一致性；以及 c. 在該熱膨脹過程中保持該等基板與該等間隔件的接觸，該熱膨脹過程是由於在該天線孔徑內的溫度升高所引起的。
請注意，在一個實施例中，該天線孔徑在該RF孔徑區段中使用加熱器。因為在RF孔徑使用加熱器，該LC儲槽的設計更側重於升高的溫度補償，而較少在冷溫度補償。有關於天線分段以及被組合成為一孔徑陣列(例如，形成一個天線陣列的四個孔徑區段)之孔徑區段之更多的資訊，其可以與本文所描述之LC儲槽實施例一致，請參閱美國專利第9,887,455號，標題為「Aperture Segmentation of a Cylindrical Feed Antenna」的美國專利。
有鑑於上面考慮的該LC儲槽結構，在一個實施例中，該天線孔徑係以在該天線孔徑區段之該RF天線元件陣列區域中被連接在一起的該等貼片及簾片基板來實現。在一個實施例中，使用一粘合劑把這些基板連接在一起，或以其他公知的機制把這些基板連接在一起。該天線孔徑的實施例還包括在該區段中的一特徵，即可以充當在該區段中用於LC的一匯點或源點，以有助於針對一次液滴填充的體積補償，以及在非室溫之其他溫度下用於區段操作之LC的熱膨脹或收縮。也就是說，在一次液滴填充中，在該天線孔徑外邊界附近的該邊界密封中沒有開口。在其上被放置有該邊界密封粘合劑的一個基板(例如，簾片玻璃基板、貼片玻璃基板)被放置在底部，該頂部基板被放置在該底部基板上方，對準，抽真空，該等兩個基板放置在彼此的頂部上，被壓在一起，並在該邊界密封粘合劑固化的同時被保持放置。因此，在該等間隔件上的該壓力部分取決於在該等基板之間的該LC量。另外，一天線孔徑區段之最後的LC間隙取決於被放置在該等基板之間該適當LC量的一衍生。在該胞元最終腔體積之實際體積中的任何誤差(相對於放到該區段腔內該LC的該體積)改變了該LC間隙。如果一儲槽位於該區段內，則該LC的作用會被減小或消除，使得該等間隔件會控制該LC間隙。這意味著該LC間隙現在是在該區段腔體積中任何誤差大小之一不敏感的函數。
此外，該天線孔徑的該實施例包括使得該LC能夠重複地移入及移出該儲槽的一結構。
圖5圖示出一LC儲槽結構的一個實施例。參考圖5，一LC儲槽區域600被定位於該外部扼流圈邊界610外部之該天線元件陣列的該外圍。外部扼流圈邊界係該天線元件陣列外部的區域，其包括一RF扼流圈，該RF扼流圈被使用來大量地減少及/或消除從該天線孔徑洩漏的RF輻射。具有一RF扼流圈之一天線孔徑的實例被描述在2017年2月24日所提交之美國專利申請案第No.20170256865號，標題為「Broadband RF Radial Waveguide Feed with Integrated Glass Transition」中。
在一個實施例中，簾片玻璃基板604係薄的(例如，350um)，並且當貼片玻璃基板603與簾片玻璃基板604的支撐被寬地間隔開(例如，0.5到1 mm)時，會在低壓力下變形(例如，14.7 psi)。
在一個實施例中，有可能在這個區域中沒有貼片金屬。如在圖5中所示，儲槽600不包含諸如RF天線元件601之該貼片金屬的貼片金屬。
一些間隔件係所欲的，以保持該等基板分開。在一個實施例中，間隔件630使貼片玻璃基板603及簾片玻璃基板604保持分開。這密度取決於供應商的材料選擇、尺寸、等等。該等間隔件在製造期間在該基板上被形成。這些可藉由一沉積及圖案化一層材料來被形成。在一個實施例中，該等間隔件與該下方的層兼容，使得它們會粘附到在它們下方的該層。它們可以是金屬、無機電介質、可光圖案化之有機的、等等的材料。
使用一高度0.5um的間隔件及變形貼片玻璃基板603以及簾片玻璃基板604，該區段在壓力下被密封(例如，0.25 atm至4.0 atm或更高， 等等)，其中簾片玻璃基板604是在該天線元件陣列的區域中被變形到0.5um的間隙高度。在密封之後，該壓力將是會在大氣壓力。在一個實施例中，這些區域被放置來避免在該簾片金屬與該貼片上信號之間的串音。
使用圖5的該組配，儲槽600具有從「滿的」至2.7um之「空的」一間隙差。
如上方所討論的，在一個實施例中，需要積儲一1.31 E+10(um3 )的LC體積所需的該面積為大約50cm2 或更多。
Figure 108119512-A0304-0001
這假設儲槽的該等邊緣不會產生顯著的面積開銷，在該LC儲槽區域中的該等玻璃基板(貼片或簾片玻璃基板)沒有「彎曲」，並且該等玻璃基板的變形對在附近結構中的間隙有最小的影響。
在一個實施例中，如果該簾片金屬(例如，銅)不被包括在該儲槽區域中(例如，從該儲槽區域移除)，則可以減小該LC儲槽的大小。在本實施例中，儲槽的該等邊緣不會產生顯著的面積開銷，在該LC儲槽區域中的該等玻璃基板(貼片或簾片玻璃基板)沒有「彎曲」，並且該等玻璃基板的變形對在附近結構中的間隙有最小的影響。而且，在本實施例中，使用一高度1.0 um的間隔件及該等簾片及貼片玻璃基板的變形，該天線孔徑區段在壓力下被密封其中該玻璃基板在圖3A中所示的區域中被變形到1.0 um的一間隙高度。利用該天線的上述特徵並且不允許該玻璃基板有正常位置的「彎曲」(例如，20um彎曲)，被包括在該天線孔徑中的一LC儲槽，其間隙從5.2um之「滿的」至「空的」不等。
本實施例的一個好處是，由於不必在儲槽區域中有簾片金屬，與其他貼片玻璃佈線的潛在串音可被避免。
在一包括有簾片層移除之儲槽中，積儲1.31 E+10(um3 )之LC體積所需的面積大約是25cm2 或更大的面積，以容納這樣的結構。
Figure 108119512-A0304-0002
在一替代的實施例中，該LC儲槽係由玻璃基板的變形來產生。在一個這樣的實施例中，簾片及貼片玻璃基板偏轉其中一個或兩者使之足以形成一凹坑，其中該凹坑的深度和寬度產生所需的儲槽區域。
在一個實施例中，為了要實現所需的儲槽，偏轉參數被計算出。更具體地說，使用用於偏轉一圓形板的方程式，在一分佈載荷下結合用於貼片玻璃的該應力-應變曲線，提供足夠偏轉的該載荷被計算出，使得在載荷釋放後可保持所欲的凹坑深度。而且，該流體靜力學證明，在一給定溫度下來自液晶流動的載荷被證實足以彈性足夠地來彈性地偏轉凹坑以保持恆定的胞元間隙。因此，藉由使用這些計算，實現該儲槽所需要的深度剖面的壓印力可被確定。
在一個實施例中，在一天線孔徑區段有多於一個的儲槽。在一個實施例中，這些結構係被分佈在該扼流圈邊界之外的間隔之外。在本實施例中，該LC能夠流動進入最接近其最低流動阻力原始路徑之該區域的該儲槽。圖3B圖示出了這樣的一實例。請注意，該扼流圈可防止RF從該徑向饋入天線的該末端來洩漏。如果該簾片金屬(例如，銅)被圖案化，則該簾片金屬的移除係以一種不影響該簾片金屬作為波導之一部分之功能的方式來進行的。參照圖3B，在該RF活動區域邊界333之外部的一環是係扼流圈邊界334。在一個實施例中，如果簾片金屬被移除以增加LC儲槽體積，則該簾片金屬只在該扼流圈邊界之外被移除。
因此，在一個實施例中，該LC儲槽被建構在一陣列中的一RF不活動區域中，其中沒有連續的接地平面(由於簾片金屬的移除)來實例化一波導(例如，圖10的該波導)(例如，在定義在該RF天線元件陣列下方之該波導的該柱面邊界之外)。換句話說，該簾片金屬被移除之該LC儲槽的該部分係在該天線孔徑的區域中，該區域不在含有該等天線元件之該RF活動區域下方之該波導的上方。在一個實施例中，這些區域係在該扼流圈之外。在另一個實施例中，該LC儲槽的一部分，其中在這個邊界之內的該部分具有簾片金屬，而在該邊界之外的該部分已移除該簾片金屬。
在一替代的天線實現方式中，具有一中央饋入式的設計，諸如，例如，在圖11中，一RF吸收器，而不是一扼流圈結構，被使用在該天線陣列的該邊界處。在這一種情況下，該LC儲槽位於包含該等天線元件之天線陣列之該活動區域之外的該區域中。一種具有一或多個空隙的儲槽
雖然由於上述LC體積膨脹降低相對溫度的該RF頻率移位提供了在該RF孔徑邊界密封內之LC的一空的空間(一空隙/氣泡區域)，以容納在膨脹期間該LC體積增加，並且相反地，當溫度降低時在LC體積的一收縮期間提供LC的一來源，通常上述空的空間(空隙-氣泡)不在該RF天線品質區域內或在該等RF天線元件內。
然而，在一個實施例中，該LC儲槽，包括有這樣的空隙或氣泡，被包括在該RF天線品質區域中(或至少包括該RF天線品質區域的所有或部分)，並可能甚至是在一或多個RF天線元件之內。圖6A圖示出具有天線元件680之一天線孔徑的一部分，該天線元件680具有在天線元件680周圍及內部的LC 682。在一個實施例中，LC 682係在包括彼此重疊之貼片及簾片的兩個基板之間。LC 682的一些係在該貼片/簾片重疊區域內。一或多個空隙區域或氣泡681可被定位於RF天線功能或品質區域內，使得空隙區域或氣泡681被定位於天線元件680的該等一或多個中。事實上，一空隙區域681可以延伸到該貼片/簾片重疊區域的附近。然而，只要該貼片/簾片重疊區域也包含LC，則該天線元件係以一穩定的方式操作。因此，如本文所揭露的，存在RF天線元件結構，一旦該LC已經被放置在一天線元件的該貼片/簾片重疊區域之間，其中該LC體積足夠大且足夠穩定的情況下，儘管在一RF元件的一些部分附近或在一RF元件的某些部分中形成氣泡-空隙，或者甚至空隙-氣泡移動進入到與該等RF天線元件之該貼片/簾片重疊區域相鄰的區域中，仍然可以正常工作。無論該空隙-氣泡的該入侵是否已經是施加到該RF天線裝置之建構方法或機械、熱或其他應力的結果，都是如此。
這種類型裝置的優點是多方面的。一個優點係該等空隙可被放置在該RF天線功能區域中，使得該LC不需要遠行就可以進入該等儲槽區域。這改善了溫度補償的時間響應並減輕了在溫度快速升高的期間對LC背壓的顧慮。其次，只要該LC最初在該等貼片與簾片元件之間被潤濕，就可以大大地簡化把空隙-氣泡放入到該孔徑或區段中的該工序。該LC僅需要在該初始步驟中被放置來覆蓋該等RF天線元件。在此步驟之後，由於該LC將穩定地保留在貼片與簾片元件之間，因此無需特別注意該空隙-氣泡位置，因為它可移動到該最低能量位置。這允許在該等天線元件周圍的該LC儲槽將會是未充滿的，因為僅需要把一較小量的LC放置在該貼片/簾片重疊區域中以使該天線元件操作。只要該簾片/貼片重疊的該LC潤濕被維持(即，只要該LC處於該簾片/貼片重疊區域中)就可以消除諸如潤濕結構、液晶容納結構、及把該氣泡-空隙放置在該RF品質區域之外特定位置中的結構、以及產生這種結構所需之該等加工步驟之特殊特徵的建構。
更具體地說，在本文所揭露之該等輻射RF天線元件中，LC被置於在位於兩個平行基板上面之上方與下方電極之間(例如，該等貼片及簾片金屬電極)，其中該等RF天線元件的該大小、在該等RF元件之間的該實體空間(該等元件的密度)及該等元件的該拓撲結構(形成該等RF天線元件之該等金屬及介電質層的厚度)，與LCD顯示器的該等像素(圖像元件)非常不同。在RF天線元件之間之該等大區域中的該品質區域中可能存在一空隙/氣泡而不影響RF元件性能。
此外，只要該RF天線元件本身的該貼片/簾片重疊區域被LC佔據並且在該等重疊金屬層之間的該區域不會沒有LC，則一空隙-氣泡可存在於該RF天線元件本身內，而不會影響該性能。這是因為從該RF天線元件的該接通狀態到該斷開狀態之電容(以及因此該RF頻率)的變化幾乎完全來自在該等重疊電極之間該LC的切換。如果該RF元件完全浸沒在LC中，由於在該等貼片與簾片電極之間的邊緣區域中的LC切換，將會有一少量額外的電容，但這並不大到足以顯著地移位該頻率。
一旦該LC在該簾片/貼片重疊區域內被潤濕，在RF天線元件之間或在RF天線元件內、接近或沿著該RF天線元件之該等貼片/簾片重疊區域的邊緣形成空隙/氣泡是可能的。在該等空隙-氣泡的該初始形成之後，這種空的空間的形成可導致LC在該RF孔徑內的移動，特別是為了要容納LC體積膨脹。例如，可能在熱力學上有利於LC進入在該RF孔徑/區段內一空隙-氣泡區域的一淨移動，從而在其他地方產生一空隙/氣泡。該所得空隙的位置可以是圍繞一RF天線元件或在該RF天線元件之內。
此外，LC/空隙-氣泡移動可以由該LC的膨脹及收縮來被輔助，或者由該LC的膨脹及收縮來被產生，該LC膨脹及收縮係由在該RF孔徑/區段上的機械力、等等來動作。只要LC保留在該RF天線之該等貼片/簾片重疊區域之內，LC進入及離開其他地方的空隙/氣泡區域的移動對該等RF天線元件的該適當功能的影響最小。
在一個實施例中，該RF天線元件的該拓撲及結構，伴隨潤濕力量，被使用來穩定在該貼片/簾片重疊區域內的該LC體積。在一個實施例中，一旦該LC被沉積在RF元件的該等簾片與貼片部分之間的該重疊區域內，在該重疊區域中的該LC係處於能量最小狀態，具有一大的活化能量障礙，需克服才能把該LC移出該重疊區域之外。
與一LCD像素相比，在一個實施例中，該RF天線元件所要求之該等貼片及簾片電極的該等金屬層厚度比在一LCD中該等相應層更厚上至少十倍。在一個實施例中，該等貼片/簾片電極的該厚度係高達數個微米的厚度。而且，在這些電極上的該等電介質鈍化厚度比在一LCD中相對較薄(例如，一小於0.2um的厚度)；因此，該等鈍化層平坦化在該等金屬邊緣處之該等步階的能力可以忽略不計。
隨著LC體積(並且相應地，空隙-氣泡)在區段的該RF活動區域內移動，由該等貼片及簾片金屬層之該拓撲所形成的該等邊緣使得能夠把該液晶/空隙-氣泡介面接觸線釘扎在該等貼片及簾片層邊緣中之一或多個處。這抵抗了LC移動到該RF天線元件的該貼片/簾片重疊之外。藉由在該貼片/簾片重疊區域中在該等貼片與簾片表面之間的較小間隙來增加該阻力。流動阻力將與間隙高度成反比，並且在該貼片/簾片重疊區域中該間隙高度將被減少高達33％(或甚至50％)。
在一個實施例中，接觸線釘扎來自在該等簾片及貼片金屬邊緣處該等潤濕角的該等能量。在一個實施例中，接觸線釘扎來自在該等簾片及貼片金屬邊緣上面該LC-聚酰亞胺(PI)層-空隙介面處之該等潤濕角的該等能量。把LC移出該貼片/簾片重疊區域所需的能量係克服在該簾片/金屬重疊區域邊緣處之該接觸邊緣釘扎障礙所需該能量的一函數。因此，該等貼片及簾片金屬邊緣提供一能量障礙給來自該簾片/金屬重疊區域的該LC移動。
圖6B圖示出被使用來形成一天線孔徑之天線元件的兩個基板的一貼片/簾片重疊區域的一個實施例。參照圖6B，一簾片基板690具有在其上製造的一簾片金屬層691。簾片金屬層691係該天線元件的一電極。一貼片基板692具有在其上製造的貼片金屬層693。LC 694位於簾片基板690與貼片基板692之間，包括在簾片金屬層691及貼片金屬層693與其他區域重疊的該重疊區域中。貼片金屬層693及簾片金屬層691中的任一或兩者可具有一聚酰亞胺(PI)層及/或一氮化矽(SiNx )層被製造(例如，沉積)在或以其他方式被附接到它們的頂部。
一後退LC前沿699對應於該LC，其從該天線元件後退進入到可包含一個或多個空隙並且如以上所述補償LC膨脹的一儲槽中。後退LC前沿699具有與簾片基板690的一低接觸角696。在後退LC前沿699與貼片金屬層693之間出現相同或相似的低接觸角。簾片金屬層691及貼片金屬層693兩者具有角度分別為697及698的邊緣。在一個實施例中，這些角度至少為25° 。在一個實施例中，這些角度最大是90o 。簾片金屬層691及貼片金屬層693中至少一個之該等邊緣的該角度產生一大的潤濕角。如圖所示，簾片金屬層691及貼片金屬層693致使接觸角695呈現通常小於90度的值，使得任何不連續性要求該LC改變其前沿的形狀以繼續移動。這需要能量，並且這就是能夠釘扎該LC的能量障礙。因此，在一RF天線元件貼片/簾片重疊區域中發生接觸線釘扎以在簾片金屬層691與貼片金屬層693之間保持LC 694。也就是說，該液晶被釘扎，因為若要沿著金屬層691進一步移動將需要這個潤濕角被維持沿著金屬層691的該傾斜表面。更具體地說，該接觸角主要是該材料-該表面(PI)以及該LC的一特性。它是在該表面張力與這些材料間的該等潤濕力之間平衡的一結果。使用於這些類型對準層的該等材料通常是低接觸角-遠小於90°。該等LC引腳因為進一步移動經過簾片金屬層691的該等邊緣(例如，一銅蝕刻邊緣)將產生一大的潤濕角，這在能量上是不利的：動力學上不利的-需要克服一能量障礙以使該LC進一步移動。因此，如果沒有能量的投入，該LC將不會移動超過這一邊緣。該潤濕角度可以變化很大，但仍然會有大的角度增加，並因此在能量上不利。
該低LC/貼片金屬(具有PI)潤濕角，與該貼片及簾片邊緣拓撲之該陡角的該組合形成足夠大的能量障礙以穩定在該等貼片/簾片重疊區域內的該LC體積對上空隙-氣泡移動進入到到該重疊區域中。在一個實施例中，藉由降低該LC-PI-空隙潤濕角並增加該等貼片及簾片金屬邊緣(由該金屬蝕刻工序所產生)之該錐角(例如，角度697及698)的該陡度以及該貼片金屬層693及簾片金屬層691的該步階厚度，來增強穩定性。在一個實施例中，該步階厚度由該貼片及簾片金屬厚度來被確定。在一個實施例中，該步階厚度可以高達數個微米。在一個實施例中，該錐角的該陡度大約為25度。
該LC的傾向要保留在該貼片/簾片重疊區域內係熱力學及毛細力量的一結果。在該貼片/簾片重疊區域中捕獲LC會發生，因為該等基板的該等表面能量以及該基板-LC介面設定該LC之最低位能接觸角。越過一邊緣，例如與該貼片金屬層693相關聯的該邊緣，將需要改變該接觸角，而這受到該LC表面張力的抵抗。因此，該後退LC前沿699已經在流動，在不連續處被停止。
因此，在一個實施例中，本文所揭露的一天線具有一天線元件陣列及一儲槽結構來保持LC。該天線元件陣列具有複數個輻射射頻(RF)天線元件，該等輻射射頻(RF)天線元件係使用在其間有LC之第一及第二基板的部分被形成，其中該第一基板包含複數個簾片以及該第二基板包含複數個貼片，其中該等貼片的每一個被共同位於在該等複數個簾片中的一簾片上並與其分離，其中LC至少部分地在每一個一貼片及簾片重疊的重疊區域之間。在該等第一及第二基板之間的該儲槽結構具有圍繞該等RF天線元件的區域，並且具有一足夠大的腔以容納該LC的熱膨脹以及一或多個無LC區域，其中LC保留在該等複數個輻射RF天線元件的貼片/簾片重疊區域中即使當額外的LC可由於接觸線釘扎而進入該等一或多個無LC區域空隙時也是如此。因此，該等天線元件的該等結構致使該LC保持在該貼片/簾片重疊區域中。
在一個實施例中，在該貼片/簾片重疊中該LC之進一步的穩定被完成。在一個實施例中，這種穩定的完成係藉由改善在該RF天線元件內該LC的該潤濕來實現。在該實施例中，藉由從該RF天線元件之該貼片金屬/簾片玻璃重疊部分中的該貼片金屬移除該等PI及SiNx 層來改善在這個區域中LC的潤濕。雖然該等PI及SiNx 層在該貼片金屬/簾片金屬重疊區域中係重要的，但在該RF天線元件的該貼片金屬/簾片玻璃重疊部分中並不是這種情況。與SiNx 及PI相比，金屬層具有非常高的表面能量。藉由從該RF天線元件的該貼片金屬/簾片玻璃重疊部分移除這些SiNx 及PI對準層並暴露該頂部貼片金屬，對該RF天線元件的該貼片金屬/簾片玻璃重疊部分的潤濕將被大大地增加(具一位能減小)，從而呈現一更大的能量障礙來把LC移出該貼片/簾片金屬重疊區域之外。
圖7A及7B圖示出一RF元件及其具有改善LC穩定性的橫截面。參照圖7A，一RF元件701被展示，其具有一貼片702及一簾片703。包含LC的一電介質開口704暴露出一高表面能量層。
圖7B係穿透貼片702(基於在圖7A中的該線)圖7A之該RF元件701的一橫截面。參照圖7B，貼片基板710包括被製造在其上的一貼片金屬層(電極)711，而簾片基板712包括被製造在其上的一簾片金屬層(電極)713。LC 714係在貼片基板710與簾片基板712之間。
貼片金屬層711包括被製造在它之一部分上的一氮化矽(SiNX )層716及一PI對準層715。在一個實施例中，該氮化矽(SiNx )PI對準層也位於該簾片金屬層上。然而，貼片金屬層711的一暴露部分717未被氮化矽(SiNx )層716及PI對準層715來覆蓋，因此被暴露。在一個實施例中，氮化矽(SiNX )層716及PI對準層715被製造在貼片金屬層711的該整個表面上，然後氮化矽(SiNx )層716及PI對準層715的一部份被移除(例如，被蝕刻)以暴露貼片金屬層711。
被暴露的貼片金屬層717改善在該RF天線元件內之LC 714的潤濕，因為相比於氮化矽(SiNx)層716及PI對準層715，被暴露的貼片金屬層717具有非常高的表面能量。藉由從該RF天線元件的該貼片金屬/簾片玻璃重疊部分移除氮化矽(SiNx)層716及PI對準層715並暴露出貼片金屬層711的該頂端，對該等RF天線元件的該貼片金屬/簾片重疊區域的該潤濕被增加並產生一更大的能量障礙來把LC移出該貼片/簾片金屬重疊區域之外。
因此，在一個實施例中，在該等RF元件之該簾片/貼片重疊區域內LC穩定化的發生係藉由添加在該簾片/貼片重疊區域附近的結構，但是在該等RF重疊區域本身之外，以及藉由包括有高表面能量材料的潤濕結構和諸如接觸線釘扎結構的實體結構。天線實施例的實例
以上所描述的該LC儲槽可被使用在許多天線實施例中，包括有，但不侷限於，平板天線。這種平板天線的實施例被揭露。該等平板天線包括在一天線孔徑上的一或多個天線元件陣列。在一個實施例中，該等天線元件包括液晶胞元。在一個實施例中，該平板天線係一柱面饋入天線，其包括矩陣驅動電路以唯一地定址及驅動未被放置在行及列中之該等天線元件的每一個。在一個實施例中，該等元件被放置成環狀。
在一個實施例中，具有該等一或多個天線元件陣列的該天線孔徑包含有耦合在一起的多個區段。當被耦合在一起時，這些區段的該組合形成天線元件的閉合同心環。在一個實施例中，該等同心環相對於該天線饋入係同心的。天線系統的實施例
在一個實施例中，該平板天線係一超材料天線系統的一部分。用於通信衛星地站之一超材料天線系統的實施例被描述。在一個實施例中，該天線系統係在一移動平台(例如，航空、海上、陸地、等等)上操作之一衛星地站(ES)的一組件或子系統，其使用Ka頻帶或Ku頻帶頻率來操作，用於民用商業衛星通信。請注意，該天線系統的實施例也可被使用在不是移動平台(例如，固定或可移動地站)上的地站中。
在一個實施例中，該天線系統使用表面散射超材料技術並透過各別的天線來形成及操縱發射及接收波束。在一個實施例中，該天等線系統係類比系統，不同於採用數位信號處理來電氣形成及操縱波束的天線系統(諸如相控陣列天線)。
在一個實施例中，該天線系統係由三個功能子系統所構成：(1)一波導結構，其包括有一柱面波饋入結構；(2)作為天線元件一部分的一波散射超材料單元胞元陣列；(3)一控制結構以命令使用全息原理從該超材料散射元件形成一可調整的輻射場(波束)。 天線元件
圖8A圖示出一柱面饋入全息徑向孔徑天線之一個實施例的一示意圖。參照圖8A，該天線孔徑具有一或多個天線元件653的陣列651被放置在圍繞該柱面饋入天線之一輸入饋入652四周的同心環。在一個實施例中，天線元件653係輻射出RF能量的射頻(RF)諧振器。在一個實施例中，天線元件653包含Rx和Tx簾片兩者，它們被交錯並分佈在該天線孔徑的該整個表面上。這種天線元件的實例會在下面做更詳細地描述。注意，這裡所描述的RF諧振器可被使用在不包括一柱面饋入的天線之中。
在一個實施例中，該天線包括被使用來經由輸入饋入652提供一柱面波饋入的一同軸饋入。在一個實施例中，該柱面波饋入結構從一中心點饋入該天線，其具有一激勵從該饋入點以一柱面方式向外擴展。也就是說，一柱面饋入天線產生一向外行進的同心饋入波。即便如此，在該柱面饋入四周圍之該柱面饋入天線的該形狀可以是圓形、方形或任何形狀。在另一個實施例中，一柱面饋入天線產生一向內行進的饋入波。在這種情況下，該饋入波最自然地是來自一圓形結構。
在一個實施例中，天線元件653包含簾片並且圖8A之該孔徑天線被使用來產生一主波束，其藉由使用來自一柱面饋入波的激勵來塑型，用於透過一可調液晶(LC)材料來輻射簾片。在一個實施例中，該天線可被激發以在所欲掃描角度輻射一水平或垂直極化的電場。
在一個實施例中，該等天線元件包含一群貼片天線。這群貼片天線包含一散射超材料元件陣列。在一個實施例中，在該天線系統中的每一個散射元件係一單元胞元的一部分，該單元胞元由一下導體、一介電基板以及一上導體所構成，其中該上導體嵌入有一蝕刻入或沉積在該上導體的互補電感電容諧振器(「互補電LC」或「CELC」)。如本領域的習知技藝者將理解的，在CELC的環境中，LC指的是電感-電容，而不是液晶。
在一個實施例中，一液晶(LC)被設置在該散射元件周圍的該間隙中。這個LC係由上述該等直接驅動實施例所驅動。在一個實施例中，液晶被封裝在每個單元胞元中，並把與一槽孔相關聯的該下導體與與其貼片相關聯的一上導體分開。液晶有一介電常數，該介電常數係包含有該液晶之該等分子之方向的一函數，並且該等分子的該方向(並因此該介電常數)可以藉由調節橫跨該液晶上的該偏壓來被控制。使用該特性，在一個實施例中，該液晶整合了用於把能量從該導波傳輸到該CELC的一開啟/關閉開關。當開關被開啟時，該CELC會像一小型電偶極天線一樣發出一電磁波。注意，本文的該等教導不侷限於具有相對於能量傳輸係以一種二元方式進行操作的一液晶。
在一個實施例中，這個天線系統的該饋入幾何形狀允許該等天線元件將被定位在相對於在該波饋入中的該波向量四十五度(45°)角處。注意，可以使用其他位置(例如，在40o 角)。該等元件的這個位置使得能夠控制由該等元件接收或傳輸/輻射的該自由空間波。在一個實施例中，該等天線元件被佈置成具有小於該天線操作頻率之一自由空間波長的一元件間間隔。例如，如果每個波長有四個散射元件，則在該30 GHz發射天線中的該等元件將近似為2.5 mm(即，30 GHz之該10 mm自由空間波長的1/4)。
在一個實施例中，該等兩組元件係彼此垂直的，並且如果被控制為相同的調諧狀態，會同時具有相等的振幅激勵。相對於該饋入波激勵把它們旋轉+/-45度，會一次實現兩個期望的特徵。旋轉一組0度且旋轉另一組90度將實現該垂直目標，但不是該等幅激勵目標。請注意，當從兩側以一單一結構饋入該天線元件陣列時，可以使用0度及90度來實現隔離。
來自每一個單元胞元的該輻射功率量係藉由使用一控制器把一電壓施加到該貼片(橫跨該LC通道的電位)來控制的。對每一個貼片的跡線被使用來向該貼片天線提供該電壓。該電壓被使用來調諧或失諧該電容，從而調諧或失諧各個元件的該諧振頻率以實現波束成形。該所需的電壓取決於正被使用的該液晶混合物。液晶混合物的該電壓調諧特性主要係由該液晶開始受該電壓及該飽和電壓影響的一臨界電壓來描述，高於該臨界電壓，該電壓的增加不會引起在該液晶中大的調諧。對於不同的液晶混合物，這兩個特徵參數可以改變。
在一個實施例中，如以上所討論的，一矩陣驅動器被使用來把電壓施加到該等貼片以把每一個胞元與所有其他的胞元分開來驅動，而不必有針對每一個胞元的各別連接(直接驅動)。由於元件的該高密度，該矩陣驅動器係單獨處理每一個胞元之一有效的方法。
在一個實施例中，用於該天線系統的該控制結構具有二個主要組件：該天線陣列控制器，其包括驅動電子器件，用於該天線系統，係在(諸如在本文中所描述之表面散射天線元件的)該波散射結構下方，同時該矩陣驅動開關陣列以一種不干擾該輻射的方式被散佈在該整個輻射RF陣列中。在一個實施例中，用於該天線系統的該等驅動電子器件包含被使用在商用電視家電中的商用現成LCD控制器，其藉由調整到該元件之一AC偏壓信號的該振幅或工作週期來調整每一個散射元件的該偏壓。
在一個實施例中，該天線陣列控制器還包含執行該軟體的一微處理器。該控制結構還可以包括感測器(例如，一GPS接收器、一個三軸羅盤、一個三軸加速度計、一個三軸陀螺儀、一個三軸磁力計、等等)以向該處理器提供位置及方向資訊。該位置及方向資訊可由在該地站及/或可以不是該天線系統之一部分中的其他系統提供給該處理器。
更具體地說，天線陣列控制器控制那些元件被關閉那些元件被開通，以及在該操作頻率處的那一個相位及振幅準位。藉由施加電壓對該等元件進行選擇性地失諧以進行頻率操作。
為了傳輸，一控制器提供一電壓信號陣列給該等RF貼片來建立一調變，或控制模式。該控制模式致使該等元件被轉移到不同的狀態。在一個實施例中，使用多態控制，其中各種元件被開通及關閉到不同的準位，進一步近似一正弦的控制模式，而不是一方波(即，一正弦曲線灰度調變模式)。在一個實施例中，一些元件比其他元件更強地輻射，而不是一些元件輻射而一些元件不輻射。藉由施加特定的電壓準位來實現可變輻射，該電壓準位把該液晶介電常數調整到不同的量，從而可變地使元件失諧並致使一些元件比其他元件輻射得更多。
藉由該超材料元件陣列一聚焦波束的產生可以藉由建設性及破壞性干涉的現象來進行說明。如果當它們在自由空間中相遇時具有相同的相位則各個電磁波加總(建設性干涉)；並且如果它們在自由空間中相遇時它們處於相反的相位則波相互抵消(破壞性干涉)。如果在一開槽天線中的該等槽孔被定位成使得每一個連續槽孔被定位在與該導波之該激勵點的一不同距離處，則來自該元件的該散射波將具有與前一槽孔之該散射波有一不同的相位。如果該等槽孔被間隔分開一導波長的四分之一，則每個槽孔將散射出具有距前一槽孔四分之一相位延遲的一波。
使用該陣列，可被產生之建設性及破壞性干涉的該模式數量可被增加，使得理論上波束可被指向在從該天線陣列的該視軸加上或減去九十度(90°)任何的方向中，使用該全息術的原理。因此，藉由控制哪些超材料單元胞元被開啟或關閉(即，藉由改變哪些胞元被開啟及哪些胞元被關閉的該模式)，建設性及破壞性干涉之一不同模式可被產生，並且該天線可以改變該主波束的該方向。開啟及關閉該等單元胞元所需要的該時間指定了該波束可從一個位置切換到另一個位置的該速度。
在一個實施例中，該天線系統產生用於該上行鏈路天線的一個可控波束以及用於該下行鏈路天線的一個可控波束。在一個實施例中，該天線系統使用超材料技術來形成接收波束並解碼來自衛星的信號並以形成被指向該衛星的發射波束。在一個實施例中，該等天線系統係類比系統，不同於採用數位信號處理來電氣形成及操縱波束(例如相控陣列天線)的天線系統。在一個實施例中，該天線系統被認為係平面且相對低階設定的一「表面」天線，尤其是與傳統的衛星碟型接收器相比時。
圖8B圖示出包括一接地面及一可重新組配諧振器層之天線元件之一個列的一透視圖。可重新組配諧振器層1230包括可調諧槽孔1210的一陣列。可調諧槽孔1210的該陣列可被組配來把該天線指向一所欲的方向。該等可調諧槽孔的每一個可以藉由改變橫跨該液晶兩端的一電壓來被調諧/調整。
控制模組或控制器1280被耦合到可重新組配諧振器層1230以藉由改變橫跨在圖8A中該液晶兩端的該電壓來調變該可調諧槽孔1210之陣列。控制模組1280可以包括一現場可規劃閘陣列(「FPGA」)、一微處理器、一控制器、系統單晶片(SoC)、或其他的處理邏輯。在一個實施例中，控制模組1280包括邏輯電路(例如，多工器)以驅動可調諧槽孔1210的該陣列。在一個實施例中，控制模組1280接收包括將被驅動到該可調諧槽孔1210之陣列上之一全息衍射模式之規範的資料。響應於在該天線與一衛星之間的一空間關係該等全息衍射模式可被產生，使得該全息衍射模式在該適當的通信方向中控制該下行鏈路波束(以及上行鏈路波束，如果該天線系統執行發射的話)。雖然沒有在每一個圖中被繪製，類似於控制模組1280的一控制模組可以驅動本發明之該等附圖所描述的每一個可調諧槽孔陣列。
射頻(「RF」)全息術也可以使用類似技術，其中當一RF參考波束遇到一RF全息衍射模式時可以產生一所欲的RF波束。在衛星通信的情況下，該參考波束係一饋入波的形式，諸如饋入波1205(在一些實施例中約為20 GHz)。為了把一饋入波變換為一輻射波束(用於發射或接收目的)，在該所欲的RF波束(該目標波束)與該饋入波(該參考波束)之間一干涉模式被計算。該干涉模式被驅動到該可調諧槽孔1210陣列上作為一衍射模式，使得該饋入波「轉向」成該所欲的RF波束(具有該所欲的形狀及方向)。換句話說，遭遇該全息衍射模式的該饋入波「重建」該目標波束，其根據該通信系統的設計要求被形成。該全息衍射模式包含每一個元件的該激發並由
Figure 02_image001
被計算出，其中
Figure 02_image003
為在該波導中的該波方程式而
Figure 02_image005
為在該輸出波上的該波方程式。
圖8C圖示出一可調諧振器/槽孔1210的一個實施例。可調諧槽孔1210包括一簾片/槽孔1212、一輻射貼片1211、以及被設置在簾片1212及貼片1211之間的一液晶1213。在一個實施例中，輻射貼片1211與簾片1212位於同一地點。
圖8D圖示出一實體天線孔徑之一個實施例的一橫截面圖。該天線孔徑包括接地平面1245、以及在簾片層1233的一金屬層1236，其被包括在一可重新組配諧振層1230中。在一個實施例中，圖8D的該天線孔徑包括複數個圖8C的可調諧振器/槽孔1210。簾片/槽孔1212由在金屬層1236中的開口來被限定。一饋入波，諸於如圖8C的饋入波1205，可具有與衛星通信通道兼容的一微波頻率。該饋入波在接地平面1245與諧振器層1230之間傳播。
可重新組配諧振層1230還包括墊片層1232及貼片層1231。墊片層1232被設置在貼片層1231與簾片層1233之間。請注意，在一個實施例中，一間隔件可以代替墊片層1232。在一個實施例中，簾片層1233係一印刷電路板(「PCB」)，其包括一銅層作為金屬層1236。在一個實施例中，簾片層1233係玻璃。簾片層1233可以是其他類型的基板。
開口可以在該銅層中被蝕刻以形成槽孔1212。在一個實施例中，簾片層1233藉由一導電接合層被導電地耦合到在圖8D中的另一個結構(例如，一波導)。請注意，在一個實施例中，該簾片層並不藉由一導電接合層被導電地耦合，而是與一非導電接合層做介接。
貼片層1231也可以是一PCB，其包括金屬作為輻射貼片1211。在一個實施例中，墊片層1232包括間隔件1239，其提供一機械支座以限定在金屬層1236與1211貼片之間的尺寸。在一個實施例中，該等間隔件為75微米，但也可以使用其他的尺寸(例如，3-200 mm)。如在以上所描述的，在一個實施例中，圖8D的該天線孔徑包括多個可調諧振器/槽孔，諸如包括圖8C之貼片1211、液晶1213、以及簾片1212之可調諧振器/槽孔1210。用於液晶1213的該腔室係由間隔件1239、簾片層1233以及金屬層1236來被限定。當該腔室被填充有液晶時，可以把貼片層1231層壓到間隔件1239上以把液晶密封在諧振器層1230之中。
在貼片層1231與簾片層1233之間的一電壓可被調變以調諧在該貼片與該等槽孔(例如，可調諧振器/槽孔1210)之間該間隙中的該液晶。調整橫跨液晶1213兩端的該電壓會改變一槽孔(例如，可調諧振器/槽孔1210)的該電容。因此，可以藉由改變該電容來改變一槽孔(例如，可調諧振器/槽孔1210)的該電抗。槽孔1210的諧振頻率也會根據等式
Figure 02_image007
做改變，其中f 係槽孔1210的該諧振頻率而L及C分別係槽孔1210的電感及電容。槽孔1210的該諧振頻率影響傳播經過波該導之饋入波1205所輻射的該能量。作為一實例，如果饋入波1205係20 GHz，則可以把一槽孔1210的諧振頻率(藉由改變電容)調整到17 GHz，使得該槽孔1210基本上不耦合來自饋入波1205的能量。或者，一槽孔1210的該諧振頻率可被調整為20 GHz使得該槽孔1210耦合來自饋入波1205的能量並把該能量輻射到自由空間中。儘管該等給出的實例係二元的(完全輻射或根本不輻射)，但是使用一種多值範圍內的電壓變異，該電抗的全灰階控制並因此槽孔1210之該諧振頻率的全灰階控制是有可能的。因此，可精細地控制從每一個槽孔1210所輻射出的能量，使得詳細的全息衍射模式可由該可調諧槽孔陣列來形成。
在一個實施例中，在一列中的可調諧槽孔被彼此隔開λ/5。其他的間距可被使用。在一個實施例中，在一列中每一個可調諧槽孔與在一相鄰列中最接近的該可調諧槽孔間隔λ/2，因此，在不同列中共同定向的可調諧槽孔被間隔λ/4，但是其他間距也是可能的(例如，λ/5，λ/6.3)。在另一個實施例中，在一列中的每一個可調諧槽孔與在一相鄰列中最接近的該可調諧槽孔被間隔λ/3。
實施例使用可重新組配的超材料技術，諸如在2014年11月21所提交之美國專利申請第14/550,178號，標題為「Dynamic Polarization and Coupling Control from a Steerable Cylindrically Fed Holographic Antenna」以及在2015年1月30日所提交之美國專利申請第14/610,502號，標題為「Ridged Waveguide Feed Structures for Reconfigurable Antenna」中所描述的。
圖9A-D圖示出了用於創建該開槽陣列之該等不同層的一個實施例。該天線陣列包括被定位在環中的天線元件，諸如在圖8A中所展示的該等實例環。注意，在該實例中，該天線陣列具有兩種不同類型的天線元件，它們被使用於兩種不同的頻帶類型。
圖9A圖示出了該第一簾片板層的一部分，具有對應於該等槽孔的位置。參見圖9A，該等圓圈係在該簾片基板之該底側中在該金屬化中的開放區域/槽孔，並係用於控制元件與該饋源(該饋入波)的該耦合。請注意，此層是係一可選擇層，並未在所有的設計中被使用。圖9B圖示出包含槽孔之該第二簾片板層的一部分。圖9C圖示出該第二簾片板層之一部分上的貼片。圖9D圖示出該開槽陣列之一部分的一俯視圖。
圖10圖示出一柱面饋入天線結構之一個實施例的一側視圖。該天線使用一雙層饋入結構(即，一饋入結構的兩層)產生一向內行進波。在一個實施例中，該天線包括一圓形外形，但這不是必需的。也就是說，可以使用非圓形向內行進的結構。在一個實施例中，在圖10中的該天線結構包括一同軸饋入，諸如，例如，在2014年11月21所提交之美國專利申請第2015/0236412號，標題為「Dynamic Polarization and Coupling Control from a Steerable Cylindrically Fed Holographic Antenna」中所描述的。
參考圖10，一同軸引腳1601被使用來激發在該天線底層上的場。在一個實施例中，同軸引腳1601係一容易購得之一50Ω同軸引腳。同軸引腳1601被耦合(例如，被螺栓連接)到該天線結構的底部，其係導電接地平面1602。
與導電接地平面1602分開的係間隙導體1603，其係一內部導體。在一個實施例中，導電接地平面1602及間隙導體1603彼此平行。在一個實施例中，在接地平面1602與間隙導體1603之間的該距離為0.1-0.15’’。在另一個實施例中，該距離可以是λ/2，其中λ係在該操作頻率下該行進波的該波長。
接地平面1602藉由一間隔件1604與間隙導體1603分開。在一個實施例中，間隔件1604係一泡沫或空氣式的間隔件。在一個實施例中，間隔件1604包含一塑料間隔件。
在間隙導體1603的頂部上係一介電層1605。在一個實施例中，介電層1605係塑料。介電層1605的目的係相對於自由空間的速度來減慢該行進波。在一個實施例中，介電層1605相對於自由空間使得行進波減慢30％。在一個實施例中，適合於波束成形的折射率範圍係1.2-1.8，其中自由空間根據定義具有等於1的折射率。其他介電間隔件材料，諸如，例如，塑料，可被使用來達到這個效果。注意，非塑料的材料可被使用，只要它們實現所欲的波速減速效果即可。或者，具有分佈式結構的一材料可被使用作為電介質1605，諸如，例如，可被加工或被光刻限定之周期性的子波長金屬結構可被使用。
一RF陣列1606位於電介質1605的頂部上。在一個實施例中，在間隙導體1603與RF-陣列1606之間的該距離是0.1-0.15’’。在另一個實施例中，該距離可以是
Figure 02_image009
，其中
Figure 02_image011
係在該設計頻率下在該媒體中的該有效波長。
該天線包括側面1607及1608。側面1607及1608被形成角度以致使從同軸引腳饋入1601的一行進波經由反射從間隙導體1603下方的該區域(該間隔件層)傳播到在間隙導體1603上方的該區域(該介電層)。在一個實施例中，側面1607及1608的該角度為45°角。在一替代的實施例中，側面1607及1608可以用一連續的半徑來代替以實現該反射。雖然圖10顯示了角度化側面為45度的角度，但達成從較低層饋入到較高層饋入之信號傳輸的其他角度可被使用。也就是說，假設在該較低饋入中的該有效波長通常與在較高饋入中的該有效波長不同，則可以使用與該理想45°角度的一些偏差來輔助從該較低到該較高饋入層的該傳輸。例如，在另一個實施例中，該等45°角使用一單一步階來代替。在該天線之一端上的該等步階圍繞該介電層、該間隙導體、以及該間隔件層。該相同的兩個步階位於這些層的其他端。
在操作中，當一饋入波從同軸引腳1601被饋入，該波在接地平面1602與間隙導體1603之間的該區域中從同軸引腳1601同心定向地向外行進。該同心傳出的波由側面1607及1608被反射並在間隙導體1603與RF陣列1606之間的區域中向內行進。從該圓周邊緣的該反射使得該波保持同相(即，它係一同相反射)。該行進波被介電層1605減慢。此時，該行進波開始與在RF陣列1606中的元件互動及激勵，以獲得該所欲的散射。
為了終止該行進波，一終端1609被包括在天線中，位於該天線的幾何中心。在一個實施例中，終端1609包含一引腳終端(例如，一50Ω的引腳)。在另一個實施例中，終端1609包含一RF吸收器，其終止未使用的能量以防止該未使用的能量透過該天線的該饋入結構反射回來。這些可被使用在RF陣列1606的頂部上。
圖11圖示出具有一輸出波之該天線系統的另一實施例。參照圖11，兩個接地平面1610及1611基本上彼此平行，在接地平面之間具有一介電層1612(例如，一塑料層、等等)。RF吸收器1619(例如，電阻器)把兩個接地平面1610及1611耦合在一起。一同軸引腳1615(例如，50Ω)饋入該天線。一RF陣列1616位於介電層1612及接地平面1611的頂部上。
在操作中，一饋入波透過同軸引腳1615被饋入並同心地向外行進且與RF陣列1616的該等元件互動。
在圖10及11該等兩個天線的該柱面饋入改善了該天線的該服務角。不是正負四十五度方位角(±45° Az)及正負二十五度仰角(±25° E1)的服務角，在一個實施例中，該天線系統在各個方向中具有離該視軸七十五度(75°)的一服務角。與由許多各別輻射器所組成之任何波束成形天線一樣，該整體天線增益取決於該等組成元件的該增益，該等組成元件本身係角度相關的。當使用共同的輻射元件時，該整體天線增益通常會隨著該波束指向進一步離開視軸而減小。在離開視軸75度處，預計會有約6dB的顯著增益降低。
具有一柱面饋入之該天線的實施例解決一或多個問題。與使用一集體分配器網路饋入的天線相比，這些包括顯著地簡化了該饋入結構，從而減少了總體所需天線及天線饋入量；藉由較為粗糙的控制(一直延伸到簡單的二元控制)來保持高波束性能，從而降低對製造及控制誤差的敏感度；與直線饋入相比，提供了一更有利的旁瓣模式，因為該柱面定向的饋入波可導致在該遠場中的空間多樣化旁瓣；並允許極化可以是動態的，包括允許左旋圓形、右旋圓形、以及線性極化，同時不需要一極化器。 波散射元件陣列
圖10的RF陣列1606及圖11的RF陣列1616包括一波散射子系統，該波散射子系統包括充當輻射器的一組貼片天線(即，散射器)。該組貼片天線包含一散射超材料元件陣列。
在一個實施例中，在該天線系統中的每一個散射元件係一單元胞元的一部分，該單元胞元由一下導體、一介電基板以及一上導體所構成，其中該上導體嵌入有一蝕刻入或沉積在該上導體的互補電感電容諧振器(「互補電LC」或「CELC」)。
在一個實施例中，一液晶(LC)被注入在該散射元件周圍的該間隙中。液晶被封裝在每一個單元胞元中，並把與一槽孔相關聯的該下導體與與其貼片相關聯的一上導體分隔開。液晶有一介電常數，該介電常數係包含有該液晶之該等分子方向的一函數，並且該等分子的該方向(並因而該介電常數)可以藉由調節橫跨該液晶上的該偏壓來被控制。使用該特性，該液晶作用為用於把能量從該導波傳輸到該CELC的一開/關開關。當開關被開啟時，該CELC會像一小型電偶極天線一樣發出一電磁波。
控制該LC的該厚度增加了該波束切換速度。在該下導體與上導體之間該間隙(該液晶的該厚度)減少百分之五十(50％)會導致速度增加四倍。在另一個實施例中，該液晶的該厚度導致一波束切換速度大約為十四毫秒(14 ms)。在一個實施例中，該LC係以本領域之一公知的方式被摻雜以提高響應性，使得可以滿足7毫秒(7 ms)的要求。
該CELC元件響應一磁場，該磁場被施加平行於該CELC元件之該平面並垂直於該CELC間隙補體。當一電壓被施加到在該超材料散射單元胞元中的該液晶時，該導波的該磁場分量會引起該CELC的一磁激勵，CELC接下來又產生與該導波頻率相同的一電磁波。
由一單一CELC所產生之該電磁波的相位可以藉由該CELC在該導波之該向量上的該位置來被選擇。每一個胞元產生與平行於該CELC之該導波同相的一波。因為該等CELC小於該波長，所以當該輸出波通過該CELC下方時，該輸出波具有與該導波相同的相位。
在一個實施例中，這個天線系統的該柱面饋入幾何允許該等CELC元件將被定位在相對於在該波饋入中的該波向量四十五度(45°)角處。該等元件的這個位置使得能夠控制從該等元件產生或由該等元件接收的該自由空間波之極化。在一個實施例中，該等CELC元件被佈置成具有小於該天線操作頻率之一自由空間波長的一元件間間隔。例如，如果每個波長有四個散射元件，則在該30 GHz發射天線中的該等元件將近似為2.5 mm(即，30 GHz之該10 mm自由空間波長的1/4)。
在一個實施例中，該等CELC用貼片天線來實現，該等貼片天線包括被共同定位在一槽孔之上的一貼片，在該等兩者之間具有液晶。在這方面，該超材料天線作用類似於一開槽(散射)波導。對於一開槽波導，該輸出波的該相位取決於該槽孔相對於該導波的該位置。 胞元放置
在一個實施例中，該等天線元件以一種允許一系統式矩陣驅動電路的方式被放置在該柱面饋入天線孔徑。該等胞元的放置包括用於該矩陣驅動之該等電晶體的放置。圖12圖示出該矩陣驅動電路相對於天線元件之該放置的一個實施例。參考圖12，列控制器1701分別經由列選擇信號列1及列2被耦合到電晶體1711及1712，並且行控制器1702經由行選擇信號行1被耦合到電晶體1711及1712。電晶體1711還經由連接到貼片1731被耦合到天線元件1721，而電晶體1712經由連接到貼片1732被耦合到天線元件1722。
在一初始的方法中，在柱面饋入天線上實現矩陣驅動電路，其中單元胞元被放置在一非規則的網格中，兩個步驟被執行。在第一步驟中，把該等胞元放置在同心環上，並且該等胞元的每一個被連接到被放置在該胞元旁邊的一電晶體，並作用為一開關以分別地驅動每一個胞元。在該第二步驟中，構建該矩陣驅動電路以便如該矩陣驅動方法所要求的把每一個電晶體連接到一唯一的位址。由於該矩陣驅動電路由行及列跡線(類似於LCD)被建構，但是該等胞元被放置在環上，因此沒有系統的方法可為每一個電晶體分配唯一的位址。這種映射問題導致需非常複雜的電路來覆蓋所有的電晶體，並導致需顯著增加實體跡線的數量才能完成該佈線。由於胞元的高密度，這些跡線由於耦合效應會干擾該天線的該RF性能。而且，由於跡線的複雜性及高封裝密度，該等跡線的該佈線無法藉由商業上可用的佈局工具來被完成。
在一個實施例中，該矩陣驅動電路在該等胞元及電晶體被放置之被前預先定義。這確保了要驅動所有胞元所需之一最少數量的跡線，每一個胞元具有唯一的位址。這個策略降低了該驅動電路的複雜性並簡化了該佈線，從而改善了該天線的該RF性能。
更具體地說，在一種方法中，在該第一步驟中，該等胞元被放置在描述每一個胞元該唯一位址之行及列所構成的一規則的矩形網格上。在該第二步驟中，該等胞元被分組並被轉換為同心圓，同時保持它們的位址以及如在該第一步驟中所定義之與該等行及列的連接。這種轉換的目的不僅要把該等胞元放置在環上，而且還要在整個孔徑上使得在胞元之間的距離以及在環之間的距離保持恆定。為了實現這一目標，有幾種方法可以對該等胞元進行分組。
在一個實施例中，一TFT封裝被使用來啟用在該矩陣驅動中的放置及唯一定址。圖13圖示出一TFT封裝的一個實施例。參考圖13，一TFT及一保持電容器1803被展示出具有輸入和輸出埠。有兩個輸入埠被連接到跡線1801及兩個輸出埠被連接到跡線1802以使用該等行及列把該等TFT連接在一起。在一個實施例中，該等行及列跡線以90°角交叉以減少並可能最小化在該等行及列跡線之間的該耦合。在一個實施例中，該等行及列跡線係在不同的層上。一全雙工通信系統的一實例
在另一個實施例中，該組合的天線孔徑被使用在一全雙工通信系統中。圖14係具有同時發射及接收路徑之一通信系統實施例的方塊圖。雖然僅圖示出一個發射路徑及一個接收路徑，但是該通信系統可以包括多於一個發射路徑及/或多於一個接收路徑。
參考圖14，天線1401包括兩個空間交錯的天線陣列，其獨立地可操作來如以上所述的在不同的頻率上同時地發射及接收。在一個實施例中，天線1401被耦合到雙工器1445。該耦合可以係藉由一或多個饋入網路。在一個實施例中，在一徑向饋入天線的情況下，雙工器1445結合該等兩個信號，並且在天線1401與雙工器1445之間的該連接係可同時承載兩個頻率的一單一寬頻饋入網路。
雙工器1445被耦合到一低雜訊阻斷轉換器(LNB)1427，其以本領域之一公知的方式來執行一雜訊濾波功能及一降頻以及一放大功能。在一個實施例中，LNB 1427係位於一室外單元(ODU)中。在另一實施例中，LNB 1427被整合到該天線裝置中。LNB 1427被耦合到一調變解調器1460，該調變解調器1460被耦合到運算系統1440(例如，一電腦系統、調變解調器、等等)。
調變解調器1460包括一個類比到數位轉換器(ADC)1422，其被耦合到LNB 1427，以把輸出自雙工器1445之該接收到的信號轉換成數位格式。一旦轉換成數位格式，該信號由解調器1423解調並由解碼器1424來解碼，以獲得在該接收波上該經編碼的資料。然後把該解碼的資料傳送到控制器1425，控制器1425把其傳送到運算系統1440。
調變解調器1460還包括一編碼器1430，其編碼將從運算系統1440被發射的資料。該經編碼的資料由調變器1431調變，然後由數位到類比轉換器(DAC)1432被轉換為類比信號。然後該類比信號藉由一BUC(向上變頻及高通放大器)1433被濾波，並被提供給雙工器1445的一個埠。在一個實施例中，BUC 1433係位於一室外單元(ODU)中。
雙工器1445以本領域之一公知的方式來操作，提供該發射信號給天線1401以用於傳輸。
控制器1450控制天線1401，該天線包括在該單一組合的實體孔徑上之該等兩個天線元件陣列。
該通信系統可被修改以包括上述之該組合器/仲裁器。在這一種情況下，該組合器/仲裁器係在調變解調器之後但是在該BUC及LNB之前。
請注意，在圖14中所示的該全雙工通信系統具有許多的應用，包括但不侷限於，網際網路通信、車輛通信(包括軟體更新)、等等。
在本文中描述了多個示例實施例。
實例1係一種天線，其包含有：一具有複數個輻射射頻(RF)天線元件的天線元件陣列，該等輻射RF天線元件使用其間具有一液晶(LC)之第一及第二基板的部分被形成，該第一基板包含有複數個簾片及該第二基板包含複數個貼片，其中該等貼片的每一個被共同位於在該等複數個簾片中的一簾片上並與該簾片分離，其中LC至少部分地在每一個一貼片及簾片重疊之重疊區域之間；以及在該等第一與第二基板之間的一儲槽結構以保持LC並包含有圍繞該等RF天線元件的區域，該儲槽結構具有一足夠大的腔以容納該LC的熱膨脹並具有一個或多個無LC區域，其中LC保留在該等複數個輻射RF天線元件的貼片/簾片重疊區域中，即使當額外的LC可進入該等一或多個無LC區域時也是如此。
實例2係實例1的該天線，其可以任選地包括當最初潤濕的LC進入該等複數個輻射RF元件之該等貼片/簾片重疊區域中時，該等一或多個無LC區域被產生。
實例3係實例1的該天線，其可以任選地包括一或多個RF天線元件的天線元件結構致使LC保留在該等複數個輻射RF元件之每一個的每一個貼片/簾片重疊區域中。
實例4係實例3的該天線，其可以任選地包括該等天線元件結構致使該LC的接觸線釘扎在每一個貼片/簾片重疊區域處之每一個貼片及簾片的一或多個邊緣。
實例5係實例4的該天線，其可以任選地包括該接觸線釘扎係至少部分地由於在貼片及簾片金屬層處之潤濕角的一遞增。
實例6係實例4的該天線，其可以任選地包括接觸線釘扎發生在該貼片及簾片的該等一或多個邊緣處，其中一金屬層的一錐角具有一預先決定的陡度，以產生致使在該每一個貼片/簾片重疊區域處形成一能量障礙的一潤濕角。
實例7係實例6的該天線，其可以任選地包括該錐角至少為25o 。
實例8係實例6的該天線，其可以任選地包括每一個貼片/簾片重疊區域包括一貼片金屬層及一簾片金屬層的一重疊，除了在該貼片/簾片重疊區域的一中間區域之外，該貼片金屬層具有層疊在該貼片金屬層的頂部上之一或多個另外的材料。
實例9係實例1的該天線，其可以任選地包括該等一或多個無LC區域中的至少一個係在一天線元件內。
實例10係實例1的該天線，其可以任選地包括該儲槽結構由於LC膨脹收集該LC。
實例11係實例10的該天線，其可任選地包括該等環境變化包括在壓力或溫度中的一變化。
實例12係實例1的該天線，其可以任選地包括每一個貼片/槽孔對係由施加一電壓到在該對中的該貼片來控制，該對係由一控制模式來指定以控制該等複數個輻射RF天線元件的輻射RF天線元件，用以形成用於使用在全息波束控制之該頻帶的一波束。
實例13係一種天線，其包含有：一具有複數個輻射射頻(RF)天線元件的天線元件陣列，該等輻射RF天線元件使用其間具有一液晶(LC)之第一及第二基板的部分被形成，該第一基板包含有複數個簾片及該第二基板包含複數個貼片，其中該等貼片的每一個被共同位於在該等複數個簾片中的一簾片上並與該簾片分離，其中LC至少部分地在每一個一貼片及簾片重疊的重疊區域之間；以及在該等第一與第二基板之間的一儲槽結構以由於LC擴展而收集LC並包含有圍繞該等RF天線元件的區域，該儲槽結構具有一足夠大的腔以容納該LC的熱膨脹並具有一個或多個無LC區域，其中一或多個RF天線元件的天線元件結構致使該LC的一部分保留在該等複數個輻射RF元件之每一個的每一個貼片/簾片重疊區域中，即使當額外的LC可進入該等一或多個無LC區域時也是如此。
實例14係實例13的該天線，其可以任選地包括當最初潤濕的LC進入該等複數個輻射RF元件之該等貼片/簾片重疊區域中時，該等一或多個無LC區域被產生。
實例15係實例13的該天線，其可以任選地包括該等天線元件結構致使該LC的接觸線釘扎在每一個貼片/簾片重疊區域處之每一個貼片及簾片的一或多個邊緣。
實例16係實例15的該天線，其可以任選地包括該接觸線釘扎係至少部分地由於在貼片及簾片金屬層處之潤濕角的一遞增。
實例17係實例15的該天線，其可以任選地包括接觸線釘扎發生在該貼片及簾片的該等一或多個邊緣處，其中一金屬層的一錐角具有一預先決定的陡度，以產生致使在該每一個貼片/簾片重疊區域處形成一能量障礙的一潤濕角。
實例18係實例17的該天線，其可以任選地包括該錐角至少為25o 。
實例19係實例17的該天線，其可以任選地包括每一個貼片/簾片重疊區域包括一貼片金屬層及一簾片金屬層的一重疊，除了在該貼片/簾片重疊區域的一中間區域之外，該貼片金屬層具有層疊在該貼片金屬層的頂部上之一或多個另外的材料。
實例20係實例13的該天線，其可以任選地包括該等一或多個無LC區域中的至少一個係在一天線元件內。
以上詳細描述的一些部分係以在一電腦記憶體內之資料位元上進行操作之演算法及符號表示來被呈現。這些演算法描述及表示係資料處理領域的技術人員使用來最有效地把他們工作的實質傳達給本領域之其他技術人員的措施。本文中一演算法通常被認為係導致一所欲結果之一自相一致的步驟序列。該等步驟係需要實體操縱實體量的那些。通常，儘管不是必須的，這些實體量採用能夠被儲存、傳輸、組合、比較、和以其他方式操縱之電氣信號或磁信號的形式。事實證明有時候，主要係出於通用的原因，會把這些信號稱為位元、數值、元素、符號、字元、項、數字、等等。
然而，應被記住的是，所有這些及類似的術語都將與該等適當的實體量相關聯，並且僅為適用於這些量的方便標記。除非從以下的討論中被明確地說明，否則應被理解的是，在整個說明書中，利用諸如「處理」或「運算」或「計算」或「確定」或「顯示」等等術語的討論係指一電腦系統或類似電子運算裝置的該動作及程序，其把在該電腦系統之暫存器及記憶體內被表示為實體(電子)量的資料操縱及轉換成為在該電腦系統記憶體或暫存器或其他此類資訊儲存器、傳輸或顯示裝置內被類似表示為實體量的其他資料。
本發明還涉及用於執行本文之該等操作的裝置。這個裝置可為該等所需的目的被特別地建構，或者它可包含一通用電腦，該通用電腦可由儲存在其中之一電腦程式被選擇性地啟動或重新組配。這樣的一電腦程式可被儲存在一電腦可讀取儲存媒體中，諸如，但不侷限於任何類型的碟，包括軟碟、光碟、CD-ROM、以及磁光碟，唯讀記憶體(ROM)、隨機存取記憶體(RAM)、EPROM、EEPROM、磁卡或光卡、或適用於儲存電子指令之任何類型的媒體，並且每一個被耦合到一電腦系統匯流排。
本文中所呈現的該等演算法及顯示並不固有地涉及任何特定的電腦或其他的裝置。根據本文的教導，各種通用系統可以與程序一起被使用，或為方便起見建構出更為專用的裝置以執行該等所需方法步驟。這些系統所需之各式各樣的結構將從下面的描述中被看出。另外，本發明的描述並不參考任何特定的程式語言。將被理解的是，可以使用各種程式語言來實現如本文所描述之本發明的該等教導。
一種機器可讀媒體包括以一機器(例如，一電腦)可讀取的形式來儲存或傳輸資訊的任何機制。例如，一機器可讀取媒體包括唯讀記憶體(「ROM」)；隨機存取記憶體(「RAM」)；磁碟儲存媒體；光儲存媒體；快閃記憶體媒體；等等。
在已閱讀了前面的描述之後，本發明的許多改變及修改對本領域的普通技術人員而言無疑地將變得顯而易見，但將被理解的是，藉由圖示的方式所展示及描述之任何特定的實施例絕不意圖被視為係限制。因此，對各種實施例細節的參考並不旨在限制該等請求項的範圍，該等請求項本身僅敘述被認為係對本發明必不可少的那些特徵。
101:貼片玻璃 102:簾片玻璃 103、602、691、713:簾片金屬 105:LC間隙 106、702、1211、1731、1732:貼片 107、220、400、682、694、714、1213:LC 108、630、1239、1604:間隔件 110、620:粘合劑 111:開口 201:光間隔件 202:粘合點 210:LC儲槽 231、692、710:貼片基板 301、331:區域 302、332:RF活動區域 303、333:RF活動區域邊界 334:RF扼流圈邊界 401:天線陣列區段 402:惰性氣體氣泡 600:儲槽區域 601、701:RF元件 603:貼片玻璃基板 604:簾片玻璃基板 610:外部扼流圈邊界 652:柱面饋入 653:天線元件 654:孔徑天線陣列 680:天線元件 681:空隙/氣泡 690、712:簾片基板 693、711:貼片金屬 695:接觸角、潤濕角 696:低接觸角 697、698:角度 699:後退LC前沿 703、1212:簾片 704:電介質開口 715:PI對準層 716:SiNX 717:暴露部分、被暴露的貼片金屬層、暴露的金屬層 1205:饋入波 1210:可調諧槽孔 1212:簾片/槽孔 1230:可重新組配諧振器層 1231:貼片層 1232:墊片 1233:簾片層 1236:金屬層 1239:間隔件 1245、1602、1610、1611:接地平面 1280:控制模組 1401:天線 1422:ADC 1423:解調器 1424:解碼器 1425、1450:控制器 1427:LNB 1430:編碼器 1431:調變器 1432:DAC 1433:BUC 1440:運算系統 1445:雙工器 1460:調變解調器 1601、1615:同軸引腳 1603:間隙導體 1605、1612:介電層 1606、1616:RF陣列 1607、1608:側面 1609:終端 1619:RF吸收器 1701:列控制器 1702:行控制器 1711、1712:電晶體 1721、1722:天線元件 1731、1732:連接到貼片 1801、1802:跡線 1803:TFT及保持電容器
從下面給出之詳細描述及本發明之各種實施例的該等附圖，本發明將更為全面地被理解，然而，其不應被視為限制本發明於特定的實施例，而是僅用於解釋及理解。圖1A-C 圖示出基於溫度，在不同狀態中之一天線孔徑的一部分。圖2A 圖示出在熱膨脹期間，控制在基板之間的該間隙，該等基板形成該等天線元件。圖2B 圖示出形成該等天線元件的基板，其被組配成在熱收縮期間控制該間隙。圖3A 及3B 圖示出在一天線陣列區段之一個實施例中可能的儲槽放置。圖4A 圖示出一天線陣列區段，其被從底部供給LC，使得一惰性氣體氣泡最終位於該區段的上方角落中。圖 4B-4D 圖示出在不同階段中具有一氣泡之一天線孔徑區段之一個實施例之一部分的側視圖。圖 5 圖示出一LC儲槽結構的一個實施例。圖 6A 圖示出具有天線元件之一天線孔徑的一部分，在該等天線元件周圍及內部有LC。圖 6B 圖示出被使用來形成一天線孔徑之天線元件的兩個基板之一貼片/簾片重疊區域的一個實施例。圖 7A 及 7B 圖示出一RF元件及其具有改善LC穩定性的橫截面。圖 8A 圖示出一柱面饋入全息徑向孔徑天線之一個實施例的示意圖。圖 8B 圖示出了一列天線元件的一透視圖，其包括一接地平面及一可重新組配諧振器層。圖 8C 圖示出一可調諧振器/槽孔的一個實施例。圖 8D 圖示出一實體天線孔徑之一個實施例的一橫截面視圖。圖 9A-D 圖示出用於創建該開槽陣列之該等不同層的一個實施例。圖 10 圖示出一柱面饋入電天線結構之一個實施例的一側視圖。圖 11 圖示出了具有一輸出波之天線系統的另一個實施例。圖 12 圖示出矩陣驅動電路相對於天線元件之該放置的一個實施例。圖 13 圖示出一TFT封裝的一個實施例。圖 14 係具有同時發射及接收路徑之一通信系統的一個實施例的方塊圖。
101:貼片玻璃
102:簾片玻璃
103:簾片金屬
105:LC間隙
106:貼片
107:LC
108:間隔件
110:粘合劑
111:開口

Claims (20)

  1. 一種天線，其包含有：具有複數個輻射射頻(RF)天線元件的一天線元件陣列，該等輻射射頻(RF)天線元件係使用其間具有一液晶(LC)之第一及第二基板的部分來形成，該第一基板包含有複數個簾片及該第二基板包含複數個貼片，其中該等貼片各被共同設於該等複數個簾片中的一簾片上方並與該簾片分離，其中液晶(LC)至少部分地在一貼片及簾片重疊的每個重疊區域之間；以及在該等第一與第二基板之間的一儲槽結構，用以持留液晶(LC)並包含有圍繞該等輻射射頻(RF)天線元件的區域，該儲槽結構具有一足夠大的腔用以容納該液晶(LC)的熱膨脹並具有一或多個無液晶(LC)區域，其中液晶(LC)保留在該等複數個輻射射頻(RF)天線元件的貼片/簾片重疊區域中，即使當額外的液晶(LC)可進入該一或多個無液晶(LC)區域時也是如此。
  2. 如請求項1之天線，其中當最初潤濕的液晶(LC)進入該等複數個輻射射頻(RF)天線元件之該等貼片/簾片重疊區域中時，該一或多個無液晶(LC)區域被產生。
  3. 如請求項1之天線，其中一或多個輻射射頻(RF)天線元件的天線元件結構致使液晶(LC)保留在該等複數個輻射射頻(RF)天線元件中之每一者的每個貼片/簾片重疊區域中。
  4. 如請求項3之天線，其中該等天線元件結構致使該液晶(LC)的接觸線釘扎係在每個貼片/簾片重疊區域處之每個貼片及簾片的一或多個邊緣處。
  5. 如請求項4之天線，其中該接觸線釘扎係至少部分地肇因於在貼片及簾片金屬層處之潤濕角的增加。
  6. 如請求項4之天線，其中接觸線釘扎發生在該貼片及簾片的該等一或多個邊緣處，其中一金屬層的一錐角具有一預定的陡度，以產生致使在該每個貼片/簾片重疊區域處形成一能量障礙的一潤濕角。
  7. 如請求項6之天線，其中該錐角至少為25°。
  8. 如請求項6之天線，其中每個貼片/簾片重疊區域包括一貼片金屬層及一簾片金屬層的一重疊，除了在該貼片/簾片重疊區域的一中間區域之外，該貼片金屬層具有層疊在該貼片金屬層的頂部上之一或多個另外的材料。
  9. 如請求項1之天線，其中該一或多個無液晶(LC)區域中的至少一者係在一天線元件內。
  10. 如請求項1之天線，其中該儲槽結構由於液晶(LC)膨脹而收集該液晶(LC)。
  11. 如請求項10之天線，其中的環境變化包括壓力或溫度上的變化。
  12. 如請求項1之天線，其中每個貼片/槽孔對 係藉由施加一電壓到該對中的該貼片來控制，該對係由一控制模式來指定以控制該等複數個輻射射頻(RF)天線元件中的輻射射頻(RF)天線元件，用以形成用於使用在全息波束控制之頻帶的一波束。
  13. 一種天線，其包含有：具有複數個輻射射頻(RF)天線元件的一天線元件陣列，該等輻射射頻(RF)天線元件係使用其間具有一液晶(LC)之第一及第二基板的部分來形成，該第一基板包含有複數個簾片及該第二基板包含複數個貼片，其中該等貼片各被共同設於該等複數個簾片中的一簾片上並與該簾片分離，其中有液晶(LC)至少部分地在一貼片及簾片重疊的每個重疊區域之間；以及在該等第一與第二基板之間的一儲槽結構，用以由於液晶(LC)擴展而收集液晶(LC)並包含有圍繞該等輻射射頻(RF)天線元件的區域，該儲槽結構具有一足夠大的腔用以容納該液晶(LC)的熱膨脹並具有一個或多個無液晶(LC)區域，其中一或多個輻射射頻(RF)天線元件的天線元件結構致使該液晶(LC)的一部分保留在該等複數個輻射射頻(RF)天線元件中之每一者的每個貼片/簾片重疊區域中，即使當額外的液晶(LC)可進入該一或多個無液晶(LC)區域時也是如此。
  14. 如請求項13之天線，其中當最初潤濕的液晶(LC)進入該等複數個輻射射頻(RF)天線元件之該等貼 片/簾片重疊區域中時，該一或多個無液晶(LC)區域被產生。
  15. 如請求項13之天線，其中該等天線元件結構致使該液晶(LC)的接觸線釘扎係在每個貼片/簾片重疊區域處之每個貼片及簾片的一或多個邊緣處。
  16. 如請求項15之天線，其中該接觸線釘扎係至少部分地肇因於在貼片及簾片金屬層處之潤濕角的增加。
  17. 如請求項15之天線，其中接觸線釘扎發生在該貼片及簾片的該一或多個邊緣處，其中一金屬層的一錐角具有一預定的陡度，以產生致使在該每個貼片/簾片重疊區域處形成一能量障礙的一潤濕角。
  18. 如請求項17之天線，其中該錐角至少為25°。
  19. 如請求項17之天線，其中每個貼片/簾片重疊區域包括一貼片金屬層及一簾片金屬層的一重疊，除了在該貼片/簾片重疊區域的一中間區域之外，該貼片金屬層具有層疊在該貼片金屬層的頂部上之一或多個另外的材料。
  20. 如請求項13之天線，其中該一或多個無液晶(LC)區域中的至少一者係在一天線元件內。
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