TWI772437B

TWI772437B - 液晶儲槽

Info

Publication number: TWI772437B
Application number: TW107120192A
Authority: TW
Inventors: 史蒂夫 H. 里恩; 凱達斯瓦雷; 費利克斯陳
Original assignee: 美商凱米塔公司
Priority date: 2017-06-13
Filing date: 2018-06-12
Publication date: 2022-08-01
Also published as: CN110741511A; US20220190468A1; TW201905562A; CN110741511B; US11811134B2; US20180358690A1; KR102462064B1; WO2018231849A1; KR20200007973A; JP2020523863A; US11228097B2; JP7066754B2

Abstract

所揭示的是一種用於在一天線陣列之兩個區域之間交換液晶(LC)之設備、以及其使用方法。在一項實施例中，該天線包含一天線元件陣列，其具有複數個輻射射頻(RF)天線元件，該等輻射射頻(RF)天線元件係使用兩者之間具有一液晶(LC)之第一與第二基材之部分所形成，該天線還包含一結構，其介於該等第一與第二基材之間，並且位於該等RF天線元件之區域外側，以由於LC膨脹而從形成該等RF天線元件之該等第一與第二基材之間的一區域收集LC。

Description

液晶儲槽

相關申請案交互參照本專利申請案主張2017年6月13日提出申請之題為「LC Reservoir」之相對應臨時性專利申請案第62/519,057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具有液晶(LC)之射頻(RF)裝置之領域；更特別的是，本發明之實施例涉及用在超穎材料調諧天線中之具有液晶(LC)之射頻(RF)裝置，該超穎材料調諧天線包括向內置有天線元件之天線之區域收集或提供LC的區域。

最近，已揭示表面散射天線及其他此類射頻裝置，其使用基於液晶(LC)之超穎材料天線元件作為裝置之部分。以天線來說明，已將LC當作天線元件之部分用於調諧天線元件。舉例而言，LC係使用LCD技術領域中眾所周知之液晶顯示器(LCD)製造程序予以置放於包含一天線陣列之兩個玻璃基材之間。這些玻璃基材係使用間隙間隔物予以隔開，並且係使用某種類型之密封劑(例如黏附劑)予以在邊緣處密封。

一空液晶胞元在一溫度範圍內之體積係藉由玻璃基材、間隙間隔物及邊緣密封之熱膨脹係數(CTE)來控制。一液晶胞元中液晶因溫度變化所致之體積變化將大於該LC胞元本身之空腔體積變化，因為LC之體積膨脹係數遠大於LC胞元組件之CTE。

隨著溫度上升，LC之總體積變量化將大於空腔體積增大量，並且液晶間隙將不再受密封及間隔物控制，導致胞元間隙大於所欲、LC間隙均勻性降低、以及受影響之元件之共振頻率偏移。這種不均勻性導因於間隙不再受間隔物控制。一旦基材上由於LC之體積膨脹而不再有足以在間隔物上保持基材之壓力，間隙便將受到其他機械性考量因素控制。換句話說，體積增大將不會導致均勻之間隙分布，並且LC將移動以實現機械性平衡而不受間隔物控制。這意味著LC可聚集在得以最大限度減輕機械性應力之位置。舉例而言，密封區域附近之胞元間隙係藉由間隔物/黏附劑來固定。如果其他部分都完美，在更高溫度下，部段區域上方之LC厚度分布將在孔隙之中心中展現比在邊緣處更大之厚度，因為胞元之邊緣附近之胞元間隙受邊界密封黏附劑控制，這是一種熱膨脹比液晶更低之材料。

隨著溫度降低，LC之體積將小於LC胞元空腔體積，使LC胞元之內部壓力降低。然後，大氣壓力接著會在胞元間隔物上將玻璃更緊密地向下推壓，如果間隔物之彈性模量使得間隔物上壓力增大可壓縮間隔物，則使胞元間隙減小。如果體積差異足夠大，則會產生LC體積已遭由LC中溶解之殘餘氣體取代的地方。這種狀況之立即結果可以是孔隙中LC之介電質已由影響天線元件效能之殘餘氣體取代處之空穴。一旦胞元充分升溫，可能需要時間讓這些空穴消失(如果空穴中有充分氣體，該氣體可能必須重新溶解才能使空穴不見)。另外，在形成空穴之位置中，可存在對準缺陷。

低溫情況之一類似問題可能是因為所處大氣壓力更低，例如在更高海拔引起之壓力。在這種狀況中，基材上施加之壓力(在其間隔物上保持基材)減小。不均勻性及空穴會出現。

因此，隨環境溫度及壓力變化而使LC胞元間隙變化及LC胞元間隙不均勻性增加，會對形成正確作用之RF天線元件造成問題。

所揭示的是一種包括液晶(LC)之天線。在一項實施例中，該天線包括一LC儲槽，用於從該天線中輻射射頻(RF)天線元件所在之一區域收集LC，以及向該區域供應LC。LC儲槽因膨脹而從輻射RF天線元件所在之區域收集LC。在一項實施例中，LC係介於包含RF天線元件之一對基材之間。在一項實施例中，LC因至少一種環境變化(例如，一溫度變化、一壓力變化等)而膨脹到LC儲槽內(即，經歷LC膨脹)。LC儲槽之使用有助於使天線孔徑中之溫度範圍及壓力範圍效應導致的LC間隙變化及和空穴形成減小並可能減到最小。換句話說，LC儲槽提供一種用以使天線操作溫度範圍內介電質厚度變化減小且可能達到最小之方式來改善天線效能。

圖1A至1C繪示一天線孔徑之一部分側視圖。天線孔徑包括兩個基材，其具有藉由內有LC之一間隙來分離之貼片與隔膜對。該等基材係藉由間隙間隔物來隔開。

請參照圖1A，一貼片玻璃基材101係位在一隔膜玻璃基材102上方。隔膜金屬(層) 103係位在隔膜玻璃基材102上，並且一隔膜111係位於玻璃基材102上面不包括隔膜金屬103之區域中。間隔物108 (例如光間隔物)係位在介於貼片玻璃基材101與隔膜玻璃基材102之間的隔膜金屬103頂端上。

一黏附劑110使隔膜玻璃基材102上之隔膜金屬103附接至貼片金屬106，其位在貼片玻璃基材101上，並且當作一邊界密封以含有LC。請注意，可透過天線元件陣列將黏附劑用於使一貼片玻璃基材101及隔膜玻璃基材102附接於多個位置，同時將天線孔徑之邊緣密封。

LC 105係介於黏附劑110與諸間隔物108其中一者之間，而LC 107係介於兩個間隔物108之間並且位在貼片106下面。

圖1B繪示圖1A之天線孔徑在正溫度變化時之一部分視圖。溫度升高造成該等基材之間的LC膨脹。在邊界密封(例如黏附劑110)附近之邊緣處，該等基材之間的LC間隙變化很小。間隔物108附近之間隙也更寬，從而造成基材101及102未與間隔物108接觸。貼片隔膜重疊處之LC間隙也更寬，從而造成RF元件之共振頻率偏移。然而，隨著LC體積膨脹增加變更大，LC間隙以不均勻之方式增大。

在低溫情況下，胞元之孔徑部分中之空腔比LC體積更加緩慢下降。圖1C繪示圖1A之部分天線孔徑在負溫度變化時的情況。在這種狀況中，間隔物108附近之LC間隙比介於諸間隔物108之間的LC間隙更窄，從而造成基材(例如，玻璃基材101)在間隔物108上方變為隆起。這也可能在RF元件處導致一共振頻率。

為了避免與正及負溫度及/或壓力變化相關聯之問題，孔徑中包括一LC儲槽。在一項實施例中，該儲槽之本質將是，當LC體積比空腔體積更大時，該儲槽從LC胞元空腔之「品質區」佔用多餘LC體積。在一項實施例中，品質區為孔徑之界定為圖3中之RF主動區域的區域。也就是說，在天線陣列之一部段中，存在內有RF天線元件之區域、及所在處沒有RF天線元件之其他區域，並且內無RF天線元件之一區域係用於LC儲槽。在相反情況下，當LC體積小於空腔體積時，儲槽向LC胞元空腔之品質區供應LC。在各狀況中，這要求儲槽(位於品質區外側)在熱時佔用多餘LC，並在在冷時供應額外LC。

在一項實施例中，為了使儲槽有效，空腔之孔徑品質區中之LC間隙受控制。以更高溫度來說明，LC之體積膨脹會傾向於將該等基材推開，以一不受控制且不均勻之方式使間隙增大。

為了以間隔物控制間隙，兩個基材在其間隔物上保持在一起。這是在空腔內部或空腔外部完成。更具體而言，在一項實施例中，LC胞元在胞元外側與胞元內側之間形成有一壓力差。這導因於在壓力下形成胞元間隙、壓縮介於該等間隔物之間的間隙、施作一密封、然後釋放外部壓力，這進而導致空腔中LC之體積略小於空腔在未曾施加外部壓力下將保持之體積。胞元外側與胞元內側之間所產生之壓力使基材保持在間隔物上。替代地，可在使基材膠接在一起時形成胞元間隙。憑藉該等RF元件之間可用之空間，這可利用介於該等元件之間的黏附劑之圓點來完成，而不像利用與此相似之一結構沒有可用空間之一LCD那樣。在這種狀況中，利用黏附劑使該等基材保持在一起之優點是，從LC不流入儲槽比將推開該等基材更快，LC膨脹期間較不可能有間隙變化。孔徑中之間隔物係用於在以黏附劑使該等基材保持在一起時控制間隙。在一項實施例中，在組裝程序之前，先將黏附劑塗敷至該等基材其中一者或兩者。在組裝期間，該兩個基材與內部間隔物保持接觸，而黏附劑則固化使該等基材保持在一起。這將確保當LC之體積膨脹超出空腔體積膨脹時，該兩個基材仍在孔徑品質區中保持在一起。不需要黏附劑也能使該等基材在品質區外側保持在一起。超過在孔徑區域中將間隙填充所需者之LC流入品質區外側之LC儲槽，而不是將該等基材推開。

因此，在正溫度變化之情況下，儲槽提供一地方容納多餘LC (導因於LC膨脹)，並且在負溫度變化之情況下，儲槽向空腔之孔徑部分供應LC，這有助於防止空穴形成。

在一項實施例中，儲槽係設計成使得儲槽之體積大小可對胞元內之小壓力變化作出反應而輕易地膨脹與收縮。在高溫情況下，由於LC之體積超出空腔之總體積(因為孔徑區域中之LC間隙相對於LC體積緩慢增大)，所以儲槽佔用多餘部分而未大幅增加胞元內側之壓力。在其他狀況中，隨著溫度降低，儲槽向孔徑供應LC而使得胞元中之壓力未大幅下降。(LC為一流體，一較固定空腔中之壓縮或膨脹可導致壓力變化大。)

有數種可能達成此目的之方法。這些方法包括在品質區外側區域中建置一儲槽結構，並且在該儲槽結構中包括一泡體。在孔徑品質區外側區域中建置儲槽結構

在一項實施例中，儲槽結構具有一或多個以下可用於建置一儲槽之特徵。請注意，儲槽之所需體積、及可供置放儲槽之面積也是其設計之考量因素，但可由所屬技術領域中具有通常知識者基於天線陣列其餘部分之設計來判定。

在一項實施例中，孔徑品質區外側一或多個玻璃基材(例如，隔膜、貼片、或兩者)具有一減小之厚度。換句話說，使儲槽區域中之玻璃(基材)選擇性變薄。在一項實施例中，玻璃變薄一半。舉例而言，在玻璃基材為700微米厚的情況下，孔徑品質區外側玻璃基材之厚度減小到350微米。這導致玻璃基材對膨脹/收縮導致的內部壓力變化作出回應而更容易向內或向外撓曲。請注意，不一定要使一或多個基材變薄一半；可使用其他變薄量。

在一項實施例中，間隔物之位置、大小、楊氏模量(彈性模量)、以及彈簧常數影響LC儲槽之操作。間隔物可以是光間隔物(例如，聚合物間隔物)。

舉例而言，儲槽區域中之間隔物係變更成具有比天線元件之品質區(相對於孔徑品質區中之間隔物)更低之一彈簧常數，以使得這些區域中之天線元件空腔可對壓力變化作出回應而更輕易地改變體積。在一項實施例中，天線元件區中之彈簧常數約為108 N/m，而品質區外側區域中之彈簧常數約為105 N/m至106 N/m。請注意，這些只是實例，並且彈簧常數可取決於多種因素，包括但不限於儲槽幾何形狀、基材材料常數、間隔材料常數等。

在另一實施例中，儲槽區域中之間隔物密度降低。儘管任何密度降低都使效能提升，在一項實施例中，儲槽區域中密度仍降低75%。請注意，在其他實施例中，這些數字隨用於間隔物之材料、間隔物之大小等而變。

在又另一實施例中，儲存區域中間隔物縮短。這縮短量係基於其對體積之影響。藉由縮短間隔物所產生之體積愈大愈好。這種考量因素因需要防止兩個基材(以及其上建置之結構)觸碰而抵消。在一項實施例中，間隔物高度減少80%。請注意，亦可使用其他減少量。舉例而言，在一項實施例中，儲槽間隔物是在不含有隔膜金屬層之一區域中形成。更具體而言，在一項實施例中，隔膜金屬層為2 um厚。在這種狀況中，在RF主動區外側，對這種金屬之需求係受波導考量因素(例如，RF洩漏所穿過之孔洞不可存在)所控制，而胞元間隙則約略為2.7 μm。如果將隔膜金屬從這些區域之儲槽區域移除，則這些區域中之可用體積可能增加2 um厚度。

於再另一實施例中，中間逆向壓力位準係用於封閉儲槽區域中之LC胞元，這屬於封閉程序之部分。在封閉程序中，胞元中有LC，並且邊界密封中有一開口。在一項實施例中，LC係藉由真空填充來置放。但是，這非為必要條件，而是可使用其他眾所周知之技巧來置放。胞元受到加壓而將LC從胞元移除。因此，LC儲槽中之LC量受加壓程序控制。因此，逆向加壓封閉程序使用一種機制向部段之所選區域施加壓力。

在一項實施例中，將含有RF天線元件之天線部段填充並封閉，使得儲槽在填充之後處於一中間體積狀態，其在該中間體積狀態中非全滿也非全空。在該中間體積，儲槽能夠接收及供應LC。將諸天線部段組合以形成整個天線陣列。有關天線部段之更多資訊，請參照題為「Aperture Segmentation of a Cylindrical Feed Antenna」之美國專利第9,887,455號。

圖2A繪示在熱膨脹期間控制介於形成天線元件之諸基材之間的間隙。請參照圖2A，位於諸光間隔物201之間的黏附劑圓點202將貼片玻璃基材231與隔膜基材232保持在一起。這使得多餘LC 220能夠流入LC儲槽210，其在溫度變化大於零時，在介於該等基材之間的該區域處經歷膨脹。在一項實施例中，黏附劑點202包含一黏滯性液體紫外(UV)黏附劑。在一項實施例中，該等基材之間LC儲槽210所在處之間隙係導因於該區域中該等基材之間缺乏黏附劑、以及該位置處基材變薄。

圖2B繪示保持基材之諸光間隔物201之間形成之黏附劑圓點202，其將該等天線元件形成在一起，以在熱收縮期間控制間隙。在這種狀況中，當溫度變化小於零時，LC儲槽210提供LC 220。在一項實施例中，該等基材之間LC儲槽210所在處之間隙係導因於LC儲槽之區域中該等基材之間缺乏光間隔物、以及該位置處基材變薄。這亦可藉由在LC儲槽210之區域中具有更短光間隔物來實現，以使得該等基材在LC儲槽210之區域中彼此相向之移動係受限於該等更短光間隔物之高度。藉由使用在諸光間隔物201之間形成之黏附劑圓點202，當溫度變化小於零時，防止熱收縮期間之隆起及可能的空穴形成。

因此，含有LC儲槽210之基材之區域當作一似彈簧膜片，其開啟及關閉，從而造成LC進入及離開LC儲槽210。依此作法，熱膨脹期間未將這兩個基材推開。

圖3繪示一天線陣列部段之一項實施例中之潛在儲槽置放。請參照圖3，起於一分段式RF天線孔徑之部段包括由一RF主動區域邊界303所約束之一RF主動區域302。RF品質區302為天線元件(例如，表面散射超穎材料天線元件，下面有更詳細的說明)所在處。在一項實施例中，RF主動區域302外側部段之區域301為一儲槽置放處。在一項實施例中，包括邊界以約束部段中RF儲槽之大小及/或約束LC流動處。在一項實施例中，LC儲槽與品質區中之LC保持液壓式接觸。

請注意，孔徑之部段中可有超過一個LC儲槽，以使得LC可基於溫度及/或壓力變化而膨脹進入或流出部段中之多個位置。選擇性泡體技巧

在一項實施例中，LC儲槽中包括一氣泡。氣泡代表一空穴區，原因在於其為LC胞元內有可壓縮性之一區域(與像是LC、玻璃、金屬等屬於不可壓縮截然不同)。換句話說，LC儲槽包括一可壓縮介質。可壓縮性部分是由於該區域中沒有LC且存在氣泡。在一項實施例中，氣體處於比大氣壓力更低之壓力。請注意，空穴中之壓力愈高，施作足夠大小之一儲槽所需之體積愈大。

如上述，LC儲槽與品質區中之LC保持液壓式接觸。也就是說，儲槽空間與位於天線之主動區域中之LC之間有一連續或恆定之液壓式、或流體性接觸。

在一項實施例中，氣泡為不與LC相互作用之一惰性氣體。舉例而言，可使用氮氣或氬氣。一惰性氣泡之體積可對小很多之壓力變化作出回應而使體積膨脹及收縮。藉由控制泡體之形成位置、及確保泡體維持在所欲位置，LC移入及移出由泡體所佔有之LC儲槽是在一溫度範圍內受控制，從而使泡體之部分體積當作用於LC之儲槽。

在一項實施例中，一泡體之組成及位置在填充程序期間形成泡體時受控制。如果在填充程序期間、在脫氣之後但在填充之前引進一惰性氣體，一旦LC封閉填充開口，胞元內側之背景氣體(惰性氣體)便會遭受截取。在一項實施例中，填充前胞元之體積、LC中惰性氣體之溶解度、以及填充室中惰性氣體之分壓將控制填充完成後剩餘泡體之大小。如果泡體形成為一真空，則在一項實施例中，殘餘氣體之組成並不那麼重要。再者，如果具有RF天線元件且一起形成陣列之天線部段為垂直取向，並且膠線形狀適當，則泡體之最終位置將位在最高點。

在一項實施例中，泡體係置放並停留在一特定位置。在一項實施例中，這是藉由迫使泡體在一地方形成來達成，位處此位置(相形於所有其他位置)之一氣泡為所有條件下系統之最低可能能量狀態。在一項實施例中，此狀態係藉由採取數個步驟所建立。可將泡體位置設為泡體之表面積實質減小或甚至減到最小之一處。降低狀態能量之另一方式是降低此位置中基材表面之表面能，以使得LC不希望弄濕此區域中之濕基材。因此，為了使氣泡在其他地方移動或改造，必須克服藉由迫使LC進入此低表面能區而將泡體移出其位置、以及在已遭由LC佔有之一區域中改造氣泡之能障及預算。最後，如果氣泡局部位處重力最高點，在天線正常定位範圍內，亦可建立一泡體移動屏障。

圖4繪示一天線陣列部段401，其從底端受到LC供應，以使得惰性氣泡402最終位於部段401之上角中。替代地，可採用最遠點(泡體402將駐留處)最後填充之方式來填充天線陣列部段401。請注意，部段401如果在遭受填充且同時在一更水平位置中迫使氣泡402駐留於一特定位置，則可能偏斜。有關部段之更多資訊，請參照題為「Aperture Segmentation of a Cylindrical Feed Antenna」之美國專利第9,887,455號。

圖5A至5C繪示基於溫度處於三種不同狀態之泡體。請參照圖5B，泡體402在室溫下具有一特定大小。如圖5A所示，LC從泡體402流出，以使得當溫度變化小於零時，LC儲槽中之LC體積變化小於零。如圖5C所示，LC流向泡體402，以使得當溫度變化大於零時，LC儲槽中之LC體積變化大於零。

在一項實施例中，由隔膜金屬所形成之空腔中形成小泡體。在這種狀況中，隔膜中之空穴處於穩定狀態。對於RF主動區外側之儲槽，具有穩定化空穴之RF抗流圈特徵外側隔膜層中之許多小特徵為形成儲槽之另一方式。天線實施例之實例

上述LC儲槽可用於若干天線實施例中，包括但不限於平板天線。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

圖6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6，天線孔徑具有繞著圓柱形饋伺天線之一輸入饋體602呈同心環而置之天線元件603之一或多個陣列601。在一項實施例中，天線元件603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603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602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603包含隔膜，並且圖6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，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

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的電壓會改變一槽孔(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。槽體1210之共振頻率亦根據方程式

而改變，其中f為槽體1210之共振頻率，而L與C分別為槽體1210之電感與電容。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6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10，一同軸插銷1601係用於激發天線之下階上的場域。在一項實施例中，同軸插銷1601為輕易可得之一50Ω同軸插銷。同軸插銷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分離的是填隙式導體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分離。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λ_eff /2，其中λ_eff 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插銷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，當從同軸插銷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插銷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包含一插銷終端(例如一50Ω插銷)。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。一同軸插銷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插銷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。

本文中說明若干例示性實施例。

實例1為一天線，該天線包含一天線元件陣列，其具有複數個輻射射頻(RF)天線元件，該等輻射射頻(RF)天線元件係使用兩者之間具有一液晶(LC)之第一與第二基材之部分所形成，該天線還包含一結構，其介於該等第一與第二基材之間，並且位於該等RF天線元件之區域外側，以由於LC膨脹而從形成該等RF天線元件之該等第一與第二基材之間的一區域收集LC。

實例2為實例1之天線，其可任選地包括該LC膨脹係導因於一環境變化。

實例3為實例2之天線，其可任選地包括該等環境變化包括一壓力或溫度變化。

實例4為實例1之天線，其可任選地包括該結構可操作以由於LC收縮而向形成該等RF天線元件之該等第一與第二基材之間的該區域提供LC。

實例5為實例4之天線，其可任選地包括該LC壓縮係導因於一環境變化。

實例6為實例5之天線，其可任選地包括該等環境變化包括一壓力或溫度變化。

實例7為實例1之天線，其可任選地包括該第一基材在該等RF天線元件之該區域外側之勁度小於在該區域內之勁度。

實例8為實例1之天線，其可任選地包括該等第一與第二基材係藉由複數個間隔物來分離。

實例9為實例1之天線，其可任選地包括該等RF天線元件外側區域中之一或多個間隔物具有一彈簧常數，其與該等RF天線元件之該區域內之間隔物之彈簧常數不同。

實例10為實例8之天線，其可任選地包括該等RF天線元件外側區域內之間隔物密度小於該等RF天線元件之該區域內之間隔物密度。

實例11為實例8之天線，其可任選地包括該等RF天線元件外側區域內之間隔物比該等RF天線元件之該區域內之間隔物更短。

實例12為實例1之天線，其可任選地包括該結構包括一可壓縮介質。

實例13為實例12之天線，其可任選地包括泡體為未與該LC起反應之一氣體。

實例14為實例1之天線，其可任選地包括該結構在該等RF元件之該區域中與該LC保持恆定液壓式接觸。

實例15為實例1之天線，其可任選地包括用以輸入從該饋體同心傳播出來之一饋伺波的一天線饋體、複數個槽體、以及複數個貼片，其中各該貼片係共置於該複數個槽體中之一槽體上方，並且使用該LC與該槽體分離，以及形成一貼片/槽體對，各貼片/槽體對係藉由向一控制型樣所指定之該對中之該貼片施加一電壓來控制。

實例16為實例15之天線，其可任選地包括該等天線元件係一起受控制且可操作以形成用於全像波束操控之頻帶之一波束。

實例17為一種天線，該天線包含：一天線元件陣列，其具有複數個輻射射頻(RF)天線元件，該等輻射射頻(RF)天線元件係使用兩者之間具有一液晶(LC)之第一與第二基材之部分所形成，該天線還包含一結構，其介於該等第一與第二基材之間，並且對一結構位於該等RF天線元件之區域外側，以當作該等RF天線元件因LC膨脹或收縮所致之一區域之一起源與匯槽，該等LC膨脹與收縮係導因於環境變化。

實例18為實例17之天線，其可任選地包括該等環境變化包括一壓力或溫度變化。

實例19為實例17之天線，其可任選地包括該第一基材在該等RF天線元件之該區域外側之勁度小於在該區域內之勁度。

實例20為實例17之天線，其可任選地包括該等第一與第二基材係藉由複數個間隔物來分離，以及該等RF天線元件外側區域中之一或多個間隔物具有一彈簧常數，其與該等RF天線元件之該區域內之間隔物之彈簧常數不同。

實例21為實例17之天線，其可任選地包括該等第一與第二基材係藉由複數個間隔物來分離，以及該等RF天線元件外側區域內之間隔物密度小於該等RF天線元件之該區域內之間隔物密度。

實例22為實例17之天線，其可任選地包括該等第一與第二基材係藉由複數個間隔物來分離，以及該等RF天線元件外側區域內之間隔物比該等RF天線元件之該區域內之間隔物更短。

實例23為實例17之天線，其可任選地包括該結構包括一泡體。

實例24為實例23之天線，其可任選地包括該泡體為未與該LC起反應之一氣體。

實例25為一種天線，該天線包含：一天線元件陣列，其具有複數個輻射射頻(RF)天線元件，該等輻射射頻(RF)天線元件係使用兩者之間具有一液晶(LC)之第一與第二基材之部分所形成，該天線還包含一LC儲槽，用於由於因至少一種環境變化導致LC膨脹而從形成該等RF天線元件之該等第一與第二基材之間的一區域收集LC。

實例26為實例25之天線，其可任選地包括該LC儲槽可操作以由於因至少一種環境變化導致出現LC收縮而向形成該等RF天線元件之該等第一與第二基材之間的該區域提供LC。

實例27為實例25之天線，其可任選地包括該結構在該等RF天線元件之該區域中與該LC保持恆定液壓式接觸。

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。

101、231‧‧‧貼片玻璃基材102‧‧‧隔膜玻璃基材103‧‧‧隔膜金屬105、107‧‧‧LC106‧‧‧貼片金屬108、1239、1604‧‧‧間隔物110‧‧‧黏附劑201‧‧‧光間隔物202‧‧‧黏附劑圓點210‧‧‧LC儲槽220‧‧‧多餘LC232‧‧‧隔膜基材301‧‧‧區域302‧‧‧RF主動區域303‧‧‧RF主動區域邊界400‧‧‧LC401‧‧‧天線陣列部段402‧‧‧惰性氣泡601‧‧‧陣列602‧‧‧輸入饋體603‧‧‧天線元件1205‧‧‧饋伺波1210‧‧‧可調式槽孔1211‧‧‧輻射貼片1212‧‧‧隔膜/槽體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1245、1610、1611‧‧‧接地平面1280‧‧‧控制模組1401‧‧‧天線1422‧‧‧類比數位轉換器1423‧‧‧解調變器1424‧‧‧解碼器1425、1450‧‧‧控制器1430‧‧‧編碼器1431‧‧‧調變器1432‧‧‧數位類比轉換器1433‧‧‧BUC1440‧‧‧運算系統1445‧‧‧雙工器1460‧‧‧數據機1601、1615‧‧‧同軸插銷1602‧‧‧傳導性接地平面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1721、1722‧‧‧天線元件1731、1732‧‧‧貼片1801、1802‧‧‧走線1803‧‧‧保持電容器

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至1C繪示一天線孔徑之一部分基於溫度在不同狀態下的情況。圖2A繪示在熱膨脹期間控制介於形成天線元件之諸基材之間的間隙。圖2B繪示形成天線元件之基材，該等天線元件被組配來在熱收縮期間控制間隙。圖3繪示一天線陣列部段之一項實施例中之潛在儲槽置放。圖4繪示一天線陣列部段，其從底端受到LC供應，以使得一惰性氣泡最終位於部段之上角中。圖5A至5C繪示在不同階段具有一泡體之一天線孔徑部段之一項實施例之一部分的一側視圖。圖6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。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一項實施例的一方塊圖。

400‧‧‧LC

401‧‧‧天線陣列部段

402‧‧‧惰性氣泡

Claims

一種天線，其包含：一天線元件陣列，其具有複數個輻射射頻(RF)天線元件，該等輻射射頻(RF)天線元件係使用兩者之間具有一液晶(LC)之第一與第二基材之部分所形成，以及一結構，其介於該等第一與第二基材之間，並且位於該等RF天線元件之區域外側，用以由於LC膨脹而從形成該等RF天線元件之該等第一與第二基材之間的一區域收集LC，其中介於該等基材之間的該結構膨脹以致使該LC離開該區域且收縮以致使該LC進入該區域。
如請求項1之天線，其中該LC膨脹係導因於一環境變化。
如請求項2之天線，其中該等環境變化包括一壓力或溫度變化。
如請求項1之天線，其中該結構可操作以由於LC收縮而向形成該等RF天線元件之該等第一與第二基材之間的該區域提供LC。
如請求項4之天線，其中該LC壓縮係導因於一環境變化。
如請求項5之天線，其中該等環境變化包括一壓力或溫度變化。
如請求項1之天線，其中該第一基材在該等RF天線元件之該區域外側之勁度小於在該區域內之勁度。
如請求項1之天線，其中該等第一與第二基材係藉由複數個間隔物來分離。
如請求項8之天線，其中該等RF天線元件外側區域中之一或多個間隔物具有一彈簧常數，其與該等RF天線元件之該區域內之間隔物之彈簧常數不同。
如請求項8之天線，其中該等RF天線元件外側區域內之間隔物密度小於該等RF天線元件之該區域內之間隔物密度。
如請求項8之天線，其中該等RF天線元件外側區域內之間隔物比該等RF天線元件之該區域內之間隔物更短。
如請求項1之天線，其中該結構包括一可壓縮介質。
如請求項12之天線，其中泡體為未與該LC起反應之一氣體。
如請求項1之天線，其中該結構在該等RF元件之該區域中與該LC保持恆定液壓式接觸。
如請求項1之天線，其更包含：一天線饋體，用於輸入從該饋體同心傳播出來之一饋伺波；複數個槽體；複數個貼片，其中各該貼片係共置於該複數個槽體中之一槽體上方，並且使用該LC與該槽體分離，以及形成一貼片/槽體對，各貼片/槽體對係藉由向一控制型樣所指定之該對中之該貼片施加一電壓來控制。
如請求項15之天線，其中該等天線元件係一起受控制且可操作以形成用於全像波束操控之頻帶之一波束。
一種天線，其包含：一天線元件陣列，其具有複數個輻射射頻(RF)天線元件，該等輻射射頻(RF)天線元件係使用兩者之間具有一液晶(LC)之第一與第二基材之部分所形成，以及一結構，其介於該等第一與第二基材之間，並且位於該等RF天線元件之區域外側，以當作因LC膨脹與收縮所致之來自該等RF天線元件之一區域的LC之一起源與匯槽，該等LC膨脹與收縮係導因於環境變化，其中介於該等基材之間的該結構膨脹以致使該LC離開該區域且收縮以致使該LC進入該區域。
如請求項17之天線，其中該等環境變化包括一壓力或溫度變化。
如請求項17之天線，其中該第一基材在該等RF天線元件之該區域外側之勁度小於在該區域內之勁度。
如請求項17之天線，其中該等第一與第二基材係藉由複數個間隔物來分離，以及該等RF天線元件外側區域中之一或多個間隔物具有一彈簧常數，其與該等RF天線元件之該區域內之間隔物之彈簧常數不同。
如請求項17之天線，其中該等第一與第二基材係藉由複數個間隔物來分離，以及該等RF天線元件外側區域內之間隔物密度小於該等RF天線元件之該區域內之間隔物密度。
如請求項17之天線，其中該等第一與第二基材係藉由複數個間隔物來分離，以及該等RF天線元件外側區域內之間隔物比該等RF天線元件之該區域內之間隔物更短。
如請求項17之天線，其中該結構包括一泡體。
如請求項23之天線，其中該泡體為未與該LC起反應之一氣體。
一種天線，其包含：一天線元件陣列，其具有複數個輻射射頻(RF)天線元件，該等輻射射頻(RF)天線元件係使用兩者之間具有一液晶(LC)之第一與第二基材之部分所形成，以及一LC儲槽，用於由於因至少一種環境變化導致LC膨脹而從形成該等RF天線元件之該等第一與第二基材之間的一區域收集LC，其中該LC儲槽膨脹以致使該LC從該區域進入該LC儲槽且收縮以致使該LC離開該LC儲槽進入該區域。
如請求項25之天線，其中該LC儲槽可操作用以由於因至少一種環境變化導致出現LC收縮而向形成該等RF天線元件之該等第一與第二基材之間的該區域提供LC。
如請求項24之天線，其中該結構在該等RF天線元件之該區域中與該LC保持恆定液壓式接觸。