TWI776929B - 液晶儲槽構造 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示一種用於在一天線中之一天線陣列的兩個區域之間交換液晶(LC)的設備及使用該設備的方法。在一個實施例中，該天線包含：一波導；一天線元件陣列，其具有使用第一及第二基體之部分形成的複數個輻射射頻(RF)天線元件，且在該第一基體與該第二基體之間具有一液晶(LC)，該第一基體及該第二基體之該等部分黏合在一起；以及一結構，其介於該第一基體與該第二基體之間且在一RF非作用區域中，該RF非作用區域在該天線元件陣列外且處於該天線元件陣列之一外部周邊，該RF非作用區域不具有實例化該波導之一接地平面，該結構可操作以由於LC膨脹而自介於形成該等RF天線元件之該第一基體及該第二基體之間的一區域收集LC，且可操作以由於LC收縮而將LC提供至介於形成該等RF天線元件之該第一基體及該第二基體之間的該區域，該結構具有介於該第一基體與該第二基體之間的複數個支撐間隔物。

Description

液晶儲槽構造
優先權 本專利申請案主張於2017年7月26日申請之題為「LC儲槽構造(LC Reservoir Construction)」的對應臨時專利申請案第62/537,277號及於2017年7月23日申請之題為「LC儲槽構造(LC Reservoir Construction)」的對應臨時專利申請案第16/043,033號之優先權，且以引用方式併入該等對應臨時專利申請案。
發明領域 本發明之實施例係關於具有液晶(LC)之射頻(RF)裝置的領域；更特定言之，本發明之實施例係關於供用於超穎材料調諧式天線中的具有液晶(LC)之射頻(RF)裝置，該超穎材料調諧式天線包括用以收集或提供LC至天線元件所位於的天線區域之一區域。
發明背景 近年來，已揭示了使用基於液晶(LC)之超穎材料天線元件作為裝置之部分的表面散射天線及其他此類射頻裝置。在天線之情況下，已使用LC作為天線元件之部分以用於調諧天線元件。舉例而言，使用液晶顯示器(LCD)之技術中所熟知的LCD製造程序將LC置放於包含天線陣列的兩個玻璃基體之間。使用間隙間隔物將此等玻璃基體間隔開且使用某一類型之密封劑(例如，黏合劑)在邊緣處將此等玻璃基體密封。
在溫度範圍內的空液晶胞元之體積受玻璃基體之熱膨脹係數(CTE)、間隙間隔物及邊緣密封控制。由液晶胞元中之溫度變化引起的液晶之體積變化將大於LC胞元本身之空腔體積變化，此係因為LC的體積膨脹係數比LC胞元組件的CTE大得多。
隨著溫度升高，LC之體積的總變化將大於空腔體積增加，且液晶間隙將不再受密封及間隔物控制，從而產生導致多餘所需的胞元間隙、LC間隙均勻性之減小以及受影響之元件的諧振頻率之移位。此非均勻性由間隙不再受間隔物控制造成。一旦歸因於LC之體積膨脹而在基體上不再有足夠壓力將基體保持在間隔物上，間隙即會受其他機械考慮因素控制。換言之，體積之增加不會導致均勻的間隙分佈，且LC將不受間隔物控制而移動以達成機械平衡。此意謂LC可在多個部位中彙集以最佳地減輕機械應力。舉例而言，靠近密封區域之胞元間隙係藉由間隔物/黏合劑固定。若所有其他方面係完美的，則在較高溫度下，區段區域中之LC厚度分佈將展示在孔徑之中心比在邊緣大的厚度，此係因為靠近胞元之邊緣的胞元間隙受邊界密封黏合劑控制，邊界密封黏合劑係熱膨脹比液晶低的材料。
隨著溫度降低，LC之體積將小於LC胞元空腔體積，從而減小LC胞元之內部壓力。若間隔物之彈性模數使得增大間隔物上之壓力可壓縮間隔物，則大氣壓將接著把玻璃向下推而更緊密地壓在胞元間隔物上，從而減小胞元間隙。若體積差足夠大，則此可產生LC體積已由溶解於LC中之殘餘氣體替換的部位。此條件之直接結果可為在孔徑中之適當位置處的空隙，其中LC之介電質已用影響天線元件效能之殘餘氣體替換。一旦胞元升溫足夠，使此等空隙消失可能需要時間(若空隙中存在足夠的氣體，則氣體可能需要再溶解以使空隙消失)。另外，在形成了空隙之部位中，可存在對準缺陷。
與低溫情況類似之問題可由處於較低大氣壓下造成，諸如在較高海拔下出現的問題。在此情況下，施加於基體上(用於將基體保持在其間隔物上)之壓力減小。可產生非均勻性及空隙。
因此，由環境溫度及壓力變化導致的LC胞元間隙之變化及LC胞元間隙非均勻性之增加係形成正確地工作之RF天線元件成問題。
發明概要 揭示了一種用於在一天線中之一天線陣列的兩個區域之間交換液晶(LC)的設備及使用該設備的方法。在一個實施例中，該天線包含：一波導；一天線元件陣列，其具有使用第一及第二基體之部分形成的複數個輻射射頻(RF)天線元件，且在該第一基體與該第二基體之間具有一液晶(LC)，該第一基體及該第二基體之該等部分黏合在一起；以及一結構，其介於該第一基體與該第二基體之間且在一RF非作用區域中，該RF非作用區域在該天線元件陣列外且處於該天線元件陣列之一外部周邊，該RF非作用區域不具有實例化該波導之一接地平面，該結構可操作以由於LC膨脹而自介於形成該等RF天線元件之該第一基體及該第二基體之間的一區域收集LC，且可操作以由於LC收縮而將LC提供至介於形成該等RF天線元件之該第一基體及該第二基體之間的該區域，該結構具有介於該第一基體與該第二基體之間的複數個支撐間隔物。
較佳實施例之詳細說明 揭示了包括液晶(LC)之天線。在一個實施例中，該天線包括一LC儲槽以自該天線中的輻射射頻(RF)天線元件所在之一區域收集LC且供應LC至該區域。在一個實施例中，此區域為RF作用區域。在一個實施例中，LC處於包含RF天線元件之一對基體之間，且該LC儲槽在LC膨脹時自彼區域收集LC。在一個實施例中，LC歸因於至少一個環境變化(例如，溫度變化、壓力變化等)而膨脹至該LC儲槽中(即，經歷LC膨脹)。LC儲槽之使用幫助減小且可能最小化由天線孔徑中之溫度範圍及壓力範圍效應引起的LC間隙變化及及空隙形成。換言之，該LC儲槽提供減小且可能最小化在天線操作溫度範圍中之介電層厚度的變化以改良天線效能之方法。
圖1A至圖1C示出了天線孔徑之部分側視圖。天線孔徑包括具有貼片及膜片對之兩個基體，其藉由一間隙分離，且該間隙內具有LC。該等基體由間隙間隔物隔開。
參看圖1A，貼片玻璃基體101在膜片玻璃基體102上方。膜片金屬(層)103在膜片玻璃基體102上，且膜片/槽孔111位於在玻璃基體102上方的不包括膜片金屬103之區域中。間隔物108(例如，光間隔物)在貼片玻璃基體101與膜片玻璃基體102之間位於膜片金屬103上。
黏合劑110將膜片玻璃基體102上之膜片金屬103附接至在貼片玻璃基體101上之貼片玻璃101且充當邊界密封以含有LC。應注意，黏合劑可在整個天線元件陣列中使用以在密封天線孔徑之邊緣的同時在多個部位附接貼片玻璃基體101及膜片玻璃基體102。
一個LC間隙105處於黏合劑110與間隔物108中之一者之間及間隔物108之間且在LC間隙105中具有LC 107，且表示分離貼片玻璃基體101與膜片玻璃基體102的距離。
圖1B示出了當溫度變化為正時的圖1A之天線孔徑的部分視圖。溫度增加導致基體之間的LC膨脹。在靠近邊界密封(例如，黏合劑110)之邊緣處，基體之間的LC間隙105之距離的垂直變化很小。此外，靠近間隔物108之LC間隙105變寬，由此導致基體101及102中之至少一者不接觸間隔物108。在一個實施例中，不接觸間隔物108之基體為貼片玻璃基體101，而膜片基體102仍然接觸間隔物108。貼片/膜片重疊處之LC間隙105亦較寬，由此導致RF元件之諧振頻率中的移位。然而，由於LC體積膨脹增加變得更大，因此LC間隙105以非均勻方式增大。
在低溫情況下，胞元之孔徑部分中的空腔減小將比LC體積慢得多。圖1C示出了當溫度變化為負時的圖1A之部分天線孔徑。在此情況下，靠近間隔物108之LC間隙105比間隔物108之間的LC間隙寬，由此導致基體(例如，玻璃基體101)變得在間隔物108上方隆起。此亦可導致RF元件處之諧振頻率移位。
為了避免與溫度及/或壓力之正及負變化兩者相關聯的問題，LC儲槽應包括於孔徑中。在一個實施例中，儲槽之性質可為，當LC體積大於空腔體積時，儲槽自LC胞元空腔之「品質區域」吸收多餘LC體積。在一個實施例中，品質區域係圖3A及圖3B中的界定為RF作用區(或區域)之孔徑之區域。亦即，在天線陣列之一區段中，存在RF天線元件所在的區域及被稱為RF非作用區域的其他區域，其中不存在RF天線元件，且將無RF天線元件定位之區域用於LC儲槽。在相反情況下，當LC體積小於空腔體積時，儲槽供應LC至LC胞元空腔之品質區域。此需要在每一條件下，儲槽(定位於品質區域外)在熱時吸收多餘LC，且在冷時供應額外LC。
在一個實施例中，為了使儲槽有效，應控制空腔之孔徑品質區域中之LC間隙。在較高溫度之情況下，LC之體積膨脹會傾向於推動基體分開，從而以不可控且不均勻的方式使間隙增大。
為了控制與間隔物的間隙，將兩個基體一起保持在其間隔物上。此保持將在空腔內在內部或在空腔外在外部進行。更具體言之，在一個實施例中，LC胞元形成且在胞元外部與胞元內部之間有壓力差。此情況由以下操作造成：在壓力下形成胞元間隙，壓縮間隔物及間隔物之間的間隙，進行密封，接著釋放外壓力，此又導致空腔中之LC的體積稍微小於空腔在無外部壓力施加的情況下可保持的體積。胞元外部與胞元內部之間的所得壓力差將該等基體保持在該等間隔物上。替代地，壓力差可在將基體膠合在一起時形成胞元間隙。不同於不存在可供用於與此類似之結構之空間的LCD，在空間可在RF元件之間獲得的情況下，此可利用元件之間的黏合劑點實現。此情況下之優點可在於，在黏合劑將基體保持在一起的情況下，間隙在LC膨脹期間自未流至儲槽中之LC改變比將基體推開快的機會可能較小。當用黏合劑將基體保持在一起時，孔徑中的間隔物用以控制間隙。在一個實施例中，在裝配程序之前將黏合劑施加至基體中之一者或兩者。在裝配期間，該兩個基體在黏合劑固化時保持與內部間隔物接觸，從而將該等基體保持在一起。此將確保，當LC之體積膨脹超過空腔體積膨脹時，該兩個基體在孔徑品質區域中仍然保持在一起。在品質區域外，將不需要黏合劑以將基體保持在一起。超過填充孔徑區中的間隙所需液晶之LC流至在品質區域外的LC儲槽中，而非推動該等基體分開。
因此，在正溫度變化之情況下，儲槽為多餘LC (歸因於LC膨脹)提供去處，且在負溫度變化之情況下，儲槽供應LC至空腔之孔徑部分，此幫助防止空隙形成。
在一個實施例中，儲槽以此方式設計，以使得儲槽之體積可很容易對胞元內之小壓力變化起反應而大小膨脹及收縮。在高溫情況下，由於LC之體積超過空腔之總體積(此係因為孔徑區中之LC間隙相對於LC體積緩慢地增大)，因此儲槽吸收超出量，而不使胞元內部的壓力顯著增大。在另一情況下，隨著溫度降低，儲槽以胞元中之壓力不顯著減小的方式供應LC至孔徑。(LC為流體，由相對固定空腔中之壓縮或膨脹造成的壓力變化會很大)。
存在可實現此目標之若干方法。此等方法包括在品質區域外的區域中建置一儲槽結構及將氣泡包括於該儲槽結構中。在孔徑品質區域外的區域中建置儲槽結構
在一個實施例中，儲槽結構具有可用以建置儲槽之以下特徵中之一或多者。應注意，儲槽之所需體積及可供用於置放儲槽之區域亦為儲槽設計中之考慮因素，但其可由熟習此項技術者基於天線陣列之剩餘部分的設計來判定。
在一個實施例中，在孔徑品質區域外的玻璃基體中之一或多者(例如，膜片、貼片或其兩者)具有減小之厚度。換言之，執行選擇性地薄化儲槽區中之玻璃(基體)。在一個實施例中，玻璃變薄一半。舉例而言，在玻璃基體厚700微米之情況下，在孔徑品質區域外的玻璃基體之厚度減小至350微米。此導致玻璃基體可回應於由膨脹/收縮引起的內部壓力變化而更易於向內或向外撓曲。應注意，不要求基體中之一或多者變薄一半；可使用其他薄化量。
在一個實施例中，間隔物之部位、大小、楊氏模量(彈性模數)以及彈簧常數影響LC儲槽之操作。間隔物可為光間隔物(例如，聚合物間隔物)。
舉例而言，儲槽區中之間隔物經改變以具有比天線元件之品質區域中低的彈簧常數(相對於孔徑品質區域中的間隔物)，使得此等區中之天線元件空腔可回應於壓力變化而更易於改變體積。在一個實施例中，天線元件區域中之彈簧常數為約108 N/m，而在品質區域外的區域中之彈簧常數為約105 至106 N/m。應注意，此等值僅為實例且彈簧常數可取決於多個因素，包括但不限於儲槽幾何形狀、基體材料常數、間隔物材料常數等。
在另一實施例中，間隔物密度在儲槽區中減小。雖然密度之任何減小改良效能，但在一個實施例中，儲槽區中之密度減小了75%。應注意，在其他實施例中，此等數字由於其對用於間隔物之材料、間隔物之大小等的依賴性而變化。
在又一實施例中，間隔物在儲槽區中縮短。此縮短量係基於其對體積的影響。藉由縮短間隔物所產生之體積愈大，效果愈好。此考慮因素將由防止兩個基體(及建置於其上之結構)觸碰之需要來平衡。在一個實施例中，間隔物高度減小了80%。應注意，亦可使用其他減小量。舉例而言，在一個實施例中，儲槽間隔物形成於不含有膜片金屬層之區中。更具體言之，在一個實施例中，膜片金屬層厚2μm。在此情況下，在RF作用區域外，對此金屬之需求受波導考慮因素控制(例如，不能有漏泄RF之孔)，同時胞元間隙為大致2.7μm。若膜片金屬自此等區域中之儲槽區移除，則此等區域中之可用體積在厚度上可能增大了2μm。
在再一實施例中，中間反壓力位準用以密封儲槽區中之LC胞元，此係密封程序之部分。在密封程序中，胞元中存在LC且邊界密封中存在開口。在一個實施例中，藉由真空填充來置放LC。然而，此並非一要求且可使用其他熟知技術來置放LC。胞元經加壓以自胞元移除LC。因此，LC儲槽中之LC的量受加壓程序控制。因此，反加壓密封程序使用一機構以施加壓力至區段之選定區域。
在一個實施例中，以一方式填充及密封含有RF天線元件之天線區段，該方式使得儲槽在填充之後處於儲槽非完全充滿且非完全空白的中間體積狀態下。在中間體積下，儲槽能夠接收及供應LC。組合天線區段以形成整個天線陣列。關於天線區段之更多資訊，請參見題為「Aperture Segmentation of a Cylindrical Feed Antenna」之美國專利第9,887,455號。
圖2A示出了在熱膨脹期間控制形成天線元件之基體之間的間隙。參看圖2A，位於光間隔物201之間的黏合劑點202將貼片玻璃基體231及膜片基體232保持在一起。此使得多餘LC 220能夠流至LC儲槽210中，當溫度變化大於零時，該LC儲槽經歷基體之間的彼區域處之膨脹。在一個實施例中，黏合劑點202包含黏性液體紫外線(UV)黏合劑。在一個實施例中，LC儲槽210定位所在的介於基體之間的間隙係因在該區域中在基體之間沒有黏合劑及基體在彼部位處變薄所致。
圖2B示出了形成於光間隔物201之間的黏合劑點202將形成天線元件之基體保持在一起以在熱收縮期間控制間隙。在此情況下，當溫度變化小於零時，LC儲槽210提供LC 220。在一個實施例中，LC儲槽210定位所在的介於基體之間的間隙係因在LC儲槽之區域中在基體之間沒有光間隔物及基體在彼部位處變薄所致。此間隙亦可藉由如下處理來達成：在LC儲槽210之區域中具有較短光間隔物，使得LC儲槽210之區域中的基體朝向彼此之移動限於較短光間隔物之高度。藉由使用形成於光間隔物201之間的黏合劑點202，當溫度變化小於零時，在熱收縮期間防止隆起及可能的空隙形成。
因此，該等基體之含有LC儲槽210之區域充當打開且閉合的類似彈簧之隔膜，由此導致LC進入及退出LC儲槽210。以此方式，兩個基體在熱膨脹期間不會被推動分開。
圖3A示出了在天線陣列區段之一個實施例中的可能儲槽置放。參看圖3A，來自分段RF天線孔徑之區段包括以RF作用區邊界303為界的RF作用區302。RF品質區域302係天線元件(例如，如下文更詳細地描述的表面散射超穎材料天線元件)定位所在之處。在一個實施例中，在RF作用區302外的區段之區域301係儲槽置放之處。在一個實施例中，包括邊界以約束區段中之RF儲槽之大小及/或約束LC流至何處。在一個實施例中，LC儲槽與品質區域中之LC保持恆定的液壓接觸。
應注意，在孔徑之區段中可存在多於一個LC儲槽，使得LC可基於溫度及/或壓力之變化而膨脹成該區段中之多個部位中或自該區段中之多個部位流動。選擇性氣泡技術
在一個實施例中，一氣體氣泡包括於LC儲槽中。該氣體氣泡表示一空隙區域，因為其係LC胞元內的可壓縮之區域(與不可壓縮相反，如LC、玻璃、金屬等)。換言之，LC儲槽包括一可壓縮介質。可壓縮性部分地因彼區域中不存在LC但存在氣體氣泡所致。在一個實施例中，氣體處於低於大氣壓之壓力下。應注意，空隙中之壓力愈高，形成具足夠大小之儲槽所需的體積愈大。
如上文所論述，LC儲槽與品質區域中之LC保持恆定的液壓接觸。亦即，儲槽空間與天線之作用區中的LC之間存在連續或恆定的液壓或流體接觸。
在一個實施例中，氣體氣泡係不與LC相互作用之惰性氣體。舉例而言，可使用氮氣或氬氣。惰性氣體之氣泡的體積可回應於小很多之壓力變化而在體積上膨脹及收縮。藉由控制形成氣泡之部位，及確保氣泡保持在所需部位中，LC進出由氣泡佔據之LC儲槽的移動在溫度範圍中受控制，由此使氣泡之體積的部分充當LC之儲槽。
在一個實施例中，氣泡之組成及部位在填充程序期間在形成氣泡時受控制。若吾人在填充程序期間引入惰性氣體，則在除氣之後但在填充之前，胞元內部之背景氣體(惰性氣體)會在LC密封填充開口之後滯留。在一個實施例中，胞元之體積、惰性氣體在LC中之溶解度以及填充腔室中之惰性氣體在填充之前的分壓將控制在填充完成之後剩餘的氣泡之大小。若氣泡形成為真空，則在一個實施例中，殘餘氣體之組成並不重要。此外，若具有RF天線元件且一起形成陣列之天線區段係垂直地定向，且膠合線經恰當地塑形，則氣泡之最終部位將在最高點。
在一個實施例中，氣泡係置放且保持在特定部位中。在一個實施例中，此係藉由迫使氣泡在一位置中形成來實現，其中在此部位(對比所有其他位置)處之氣泡對於所有條件具有系統之最小可能能態。在一個實施例中，此狀態藉由採取若干步驟形成。此狀態可使氣泡部位為氣泡之表面積實質上減小或甚至減至最小時的位置。降低狀態能量之另一方式可為降低基體表面在此部位中之表面能，使得LC不想潤濕此區域中之基體。因此，為了使氣體氣泡移動或在別處重新形成，必須克服藉由迫使LC進入此低表面能區域而將氣泡移出其位置及在已由LC佔據之區域中重新形成氣泡的能量障壁及預算。最後，若氣泡在天線之正常定位內區域地位於重力上的最高點處，則吾人亦可形成氣泡移動之阻障。
圖4示出了天線陣列區段401自底部供應LC，使得惰性氣體氣泡402以位於區段401之上部角落中停止。替代地，天線陣列區段401可以一種方式填充，該方式使得最遠點(氣泡402停留所在之處)最後被填充。應注意，區段401在處於較水平位置中時進行填充的情況下可傾斜，以迫使氣泡402停留在特定部位。關於區段之更多資訊，請參見題為「Aperture Segmentation of a Cylindrical Feed Antenna」之美國專利第9,887,455號。
圖5A至圖5C示出了處在基於溫度之三個不同狀態下的氣泡。參看圖5B，氣泡402為處在室溫下的特定大小。如圖5A中所示，當溫度變化小於零時，LC自氣泡402流走，使得LC體積之變化在LC儲槽中小於零。如圖5C中所示，當溫度變化大於零時，LC流向氣泡402，使得LC體積之變化在LC儲槽中大於零。
在一個實施例中，小氣泡形成於由膜片金屬形成之空腔中。在此情況下，空隙穩定在膜片中。關於在RF作用區域外的儲槽，除具有穩定空隙之RF扼流特徵外的在膜片層中之眾多小特徵係用以形成儲槽之另一方式。實例 LC 儲槽實施
在一個實施例中，天線孔徑內部之可能溫度預期在20℃至70℃之範圍內。在此情況下，(一起形成天線孔徑之多個區段中的)一個天線孔徑區段中之LC預期在溫度介於20℃至70℃之範圍內時體積膨脹，且估計的總LC體積等於4.00E+11 μm3 。因此，LC儲槽需要適應50℃之溫度變化，此在50℃之溫度變化中產生等於1.31 E+10 μm3 之體積變化。此外，在一個實施例中，天線孔徑區段中之LC具有一體積膨脹係數(coefficient of volumetric expansion；CVE)，其係每溫度之體積變化百分比或((DV/V)/DT)的量度，等於0.000657 in3 /in3 /℃。
牢記此點，在一個實施例中，若天線孔徑係使用RF孔徑區段建構，則在具有以下特徵時建構LC儲槽以關於1.31 E+11 μm3 之熱體積膨脹補償RF孔徑區段： a. 限制RF元件陣列(例如，表面散射超穎材料天線元件之陣列，諸如但不限於下文更詳細地描述的彼等天線元件)之區域中的貼片與膜片金屬之間的間隙之熱膨脹； b. 維持在溫度上的胞元間隙均勻性；及 c. 在由天線孔徑內之溫度增加造成的熱膨脹程序期間保持基體與間隔物接觸。
應注意，在一個實施例中，天線孔徑在RF孔徑區段中使用加熱器。由於在RF孔徑中使用加熱器，因此LC儲槽之設計更關注高溫補償且較少關注低溫補償。關於天線分段及具有本文中所描述之LC儲槽實施例的組合成可孔徑陣列之孔徑區段(例如，形成一個天線陣列之四個孔徑區段)之更多資訊，請參見題為「Aperture Segmentation of a Cylindrical Feed Antenna」之美國專利第9,887,455號。
鑒於上文預期之LC儲槽構造，在一個實施例中，天線孔徑經實施具有在天線孔徑區段之RF天線元件陣列區中附接在一起之貼片基體及膜片基體。在一個實施例中，此等基體係使用黏合劑或用以將基體黏合在一起的其他熟知機構附接在一起。
天線孔徑之此實施例亦包括區段中之一特徵，該特徵可充當區段中之LC的儲集器或源，以幫助滴下式注入之體積補償，及針對區段在除室溫外之溫度下之操作的LC之熱膨脹或收縮。亦即，在滴下式注入中，靠近天線孔徑的外邊界之邊界密封中沒有開口。一個基體(例如，膜片玻璃基體、貼片玻璃基體)具有置放於其上之邊界密封黏合劑、置放於底部上，頂部基體係置放於底部基體上方，進行對準，抽真空，將兩個基體彼此置放於其上，壓在一起，且在邊界密封黏合劑固化時保持在適當位置。因此，間隔物上之壓力部分地取決於基體之間的LC之量。此外，天線孔徑區段之最終LC間隙取決於在內部置放於基體之間的LC之恰當量的推導。胞元之最終空腔體積之實際體積中的任何誤差(對比放在區段空腔內部之LC之體積)改變LC間隙。若儲槽在區段內部，則LC之作用減少或消除，使得間隔物控制LC間隙。此意謂LC間隙現在對區段空腔體積之任何誤差之大小不敏感。
此外，天線孔徑之實施例包括允許LC能夠反覆地移動進出儲槽之一結構。
圖6示出了LC儲槽結構之一個實施例。參看圖6，LC儲槽區域600在外部扼流環邊界610外位於天線元件陣列之周邊。外部扼流環邊界係在天線元件陣列外的區域，其包括用以極大地減小及/或消除自天線孔徑漏泄出之RF輻射的RF扼流圈。具有RF扼流圈之天線孔徑之實例描述於2017年2月24日申請之題為「Broadband RF Radial Waveguide Feed with Integrated Glass Transition」的美國專利申請案第20170256865號中。
在一個實施例中，玻璃基體604較薄(例如，350μm)且在貼片玻璃基體603及膜片玻璃基體604之支撐物相隔很遠(例如，0.5至1 mm)時在低壓力(例如，14.7 psi)下可變形。
在一個實施例中，此區中有可能沒有貼片金屬。如圖6中所示，儲槽區域600不含有貼片金屬，諸如RF天線元件601之貼片金屬。
需要一些間隔物以保持基體分開。在一個實施例中，間隔物630保持貼片玻璃基體603與膜片玻璃基體604分開。此密度取決於供應商之材料選擇、大小等。間隔物係在製造期間形成於基體上。此等間隔物可藉由沈積及圖案化一層材料來形成。在一個實施例中，間隔物與下方之層相容，以使得該等間隔物可黏附至其下的層。該等間隔物可為金屬、無機介電質、光可圖案化有機物等的材料。
在間隔物高度為0.5μm且貼片玻璃基體603及膜片玻璃基體604變形的情況下，區段在壓力(例如，0.25 atm至4.0 atm或更高壓力等)下被密封，其中膜片玻璃基體604在天線元件陣列之區中變形至0.5μm的間隙高度。在密封之後，壓力將處在大氣壓下。在一個實施例中，置放此等區以避免膜片金屬與貼片上之信號之間的串擾。
使用圖6之組態，儲槽600具有自「充滿」至「空白」的2.7μm的間隙差。
如上文所論述，在一個實施例中，儲集1.31 E+10 (μm3 )之LC體積所需的面積為近似50cm2 或更大。
Figure 02_image001
此假設儲槽之邊緣不造成大的面積負擔，在LC儲槽區域中不存在玻璃基體(貼片或膜片玻璃基體)之「退出」，且玻璃基體之變形對附近結構中的間隙影響最小。
在一個實施例中，若無膜片金屬(例如，銅)包括於儲槽區域中(例如，自儲槽區域移除)，則LC儲槽之大小可減小。在此實施例中，儲槽之邊緣不造成大的面積負擔，在LC儲槽區域中不存在玻璃基體(貼片或膜片玻璃基體)之「退出」，且玻璃基體之變形對附近結構中的間隙影響最小。此外，在此實施例中，在最小間隔物高度為1.0 μm且膜片及貼片玻璃基體變形的情況下，天線孔徑區段在壓力下密封，其中玻璃基體在圖3A中所示之區中變形至1.0 μm的間隙高度。由於天線之以上特徵及不允許玻璃基體「退出」正常位置(例如，20μm退出)，因此LC儲槽包括於天線孔徑中，且具有自「充滿」至「空白」的5.2μm的間隙差。
此實施例之一個益處為儲槽區域中無膜片金屬避免了與其他貼片玻璃接線之可能串擾。
在包括膜片層移除之儲槽中儲集1.31 E+10 (μm^3)之LC體積所需的面積為近似25cm2 或更大之面積以容納此結構。
Figure 02_image003
在一替代性實施例中，LC儲槽係藉由玻璃基體變形形成。在一個此類實施例中，膜片及貼片玻璃基體中任一者或兩者充分偏轉以形成凹坑，其中凹坑之深度及寬度形成所需儲槽區域。
在一個實施例中，為達成所需儲槽區域，計算偏轉參數。更具體言之，使用圓形板之偏轉的方程，在結合貼片玻璃之應力應變曲線之分散負載下，計算提供足夠偏轉之負載，以使得所要凹坑深度在負載釋放之後仍保持。此外，來自處於給定溫度下之液晶流之負載的流體靜力學經確認，以展示足以使凹坑足夠彈性地偏轉以保持恆定胞元間隙。因此，藉由使用此等計算，判定用以達成儲槽之所需深度分佈的壓印力。
在一個實施例中，在一天線孔徑區段中存在多於一個儲槽。在一個實施例中，此等結構在外部扼流環邊界外間隔地分散。在此實施例中，LC能夠流至最接近具最小流動阻力之原點至路徑之區域的儲槽中。圖3B示出了此類實例。應注意，扼流圈防止RF逸出徑向饋入天線之末端。若膜片金屬(例如，銅)經圖案化，則以不影響膜片金屬作為波導之部分之功能的方式執行對膜片金屬之移除。參看圖3B，在RF作用區邊界333外的環係扼流圈邊界334。在一個實施例中，若移除膜片金屬以增大LC儲槽體積，則僅移除在扼流環邊界外的膜片金屬。
因此，在一個實施例中，LC儲槽建構在陣列中之RF非作用區域中，在RF非作用區域中不存在實例化波導(例如，圖10之波導) (例如，在界定在RF天線元件陣列下之波導的圓柱形邊界外)的連續接地平面(歸因於膜片金屬之移除)。換言之，膜片金屬已移除的LC儲槽之部分在天線孔徑之多個區域中，該等區域不在處於含有RF天線元件之RF作用區域下方的波導上方。在一個實施例中，此等區域在扼流環外。在另一實施例中，LC儲槽之一部分，其中在此邊界內之部分具有膜片金屬，而在該邊界外之部分使膜片金屬移除。
在具有諸如圖11中之中心饋入設計的一替代性天線實施中，在天線陣列之邊界處使用RF吸收體而非扼流圈結構。在此情況下，LC儲槽處於在含有天線元件之天線陣列之作用區域外的區域。天線實施例之實例
上文所述之LC儲槽可用於包括但不限於平板天線的許多天線實施例中。此類平板天線之實施例經揭示。平板天線包括天線孔徑上之天線元件之一或多個陣列。在一個實施例中，天線元件包含液晶胞元。在一個實施例中，平板天線為圓柱饋入式天線，其包括矩陣驅動電路系統以唯一地定址及驅動未按列及行置放的天線元件中之各者。在一個實施例中，該等元件按環形置放。
在一個實施例中，具有天線元件之一或多個陣列的天線孔徑由耦接在一起之多個區段構成。當耦接在一起時，區段之組合形成天線元件之閉合同心環。在一個實施例中，同心環相對於天線饋源係同心的。天線系統之實例
在一個實施例中，平板天線為超穎材料天線系統之部分。用於通訊衛星地面站之超穎材料天線系統之實施例經描述。在一個實施例中，天線系統為在行動平台(例如，航空、海上、陸地等)上操作之衛星地面站(ES)的組件或子系統，該行動平台使用Ka頻帶頻率或Ku頻帶頻率進行操作以用於民商衛星通訊。應注意，天線系統之實施例亦可用於並非行動平台之地面站(例如，固定或可運輸地面站)中。
在一個實施例中，天線系統使用表面散射超穎材料技術以形成及操控經由單獨天線傳輸及接收波束。在一個實施例中，天線系統為類比系統，其與使用數位信號處理來以電氣方式形成及操控波束之天線系統(諸如相控陣列天線)形成對比。
在一個實施例中，天線系統由三個功能子系統構成：(1)由柱面波饋入架構組成之波導結構；(2)係天線元件之部分的波散射超穎材料單位胞元之陣列；及(3)用以命令使用全像原理自超穎材料散射元件形成可調整輻射場(波束)之控制結構。 天線元件
圖7A示出了圓柱饋入全像徑向孔徑天線之一個實施例的示意圖。參看圖7A，天線孔徑具有天線元件653之一或多個陣列651，該等天線元件圍繞圓柱饋入式天線之輸入饋源652成同心環置放。在一個實施例中，天線元件653為輻射RF能量之射頻(RF)諧振器。在一個實施例中，天線元件653包含交錯且分散在天線孔徑之整個表面上的Rx膜片及Tx膜片兩者。在下文更詳細地描述此等天線元件之實例。應注意，本文中所描述之RF諧振器可用於不包括圓柱形饋源之天線中。
在一個實施例中，天線包括用以經由輸入饋源652提供柱面波饋源之同軸饋源。在一個實施例中，柱面波饋源架構藉由以圓柱方式自饋入點向外擴散之激勵自中心點饋入天線。亦即，圓柱饋送式天線產生向外行進之同心饋入波。即使如此，圍繞圓柱形饋源之圓柱形饋送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，圓柱饋入式天線產生向內行進之饋入波。在此情況下，饋入波最自然地來自圓形結構。
在一個實施例中，天線元件653包含膜片，且圖7A之孔徑天線用以產生一主波束，其藉由將來自圓柱形饋入波之激勵用於遍佈可調式液晶(LC)材料之輻射膜片而整形。在一個實施例中，天線可經激發而以所要掃描角度輻射水平或垂直極化電場。
在一個實施例中，天線元件包含貼片天線之群組。貼片天線之此群組包含散射超穎材料元件之陣列。在一個實施例中，天線系統中之各散射元件係單位胞元之部分，單位胞元由下部導體、介電基質及上部導體組成，該上部導體嵌設於互補電感-電容式諧振器(「互補電LC」或「CELC」)中，該諧振器經蝕刻於上部導體中或沈積至上部導體上。如熟習此項技術者將理解，在CELC之內容背景中的LC係指電感-電容，而不是液晶。
在一個實施例中，液晶(LC)安置於圍繞散射元件的間隙中。此LC藉由上文所描述之直接驅動實施例來驅動。在一個實施例中，液晶囊封於各單位胞元中且將相關聯於槽孔的下部導體與相關聯於其貼片的上部導體分離。液晶具有依據包含液晶之分子之定向而變的電容率，且分子之定向(及因此電容率)可藉由調整液晶上之偏壓電壓來控制。使用此性質，在一個實施例中，液晶整合接通/斷開開關以用於將能量自導引波傳輸至CELC。當接通時，CELC類似於小型電偶極天線而發射電磁波。應注意，本文中之教示不限於具有關於能量傳輸以二元方式操作之液晶。
在一個實施例中，此天線系統之饋源幾何形狀允許天線元件相對於波饋源中之波之向量以四十五度(45°)角定位。應注意，可使用其他位置(例如，以40°角)。元件之此位置實現對由元件接收或自元件傳輸/輻射之自由空間波的控制。在一個實施例中，天線元件以小於天線之操作頻率之自由空間波長的元件間間距配置。舉例而言，若每波長存在四個散射元件，則30 GHz傳輸天線中之元件將為大約2.5 mm (亦即，30 GHz之10 mm自由空間波長的1/4)。
在一個實施例中，兩組元件彼此垂直且在被控制至同一調諧狀態之情況下同時具有相同振幅激勵。將該等元件相對於饋入波激勵旋轉+/-45度馬上實現兩個所要特徵。將一組旋轉0度且將另一組旋轉90度將實現垂直目標，但未實現相等振幅激勵目標。應注意，0度及90度可用以在自兩側向單一結構中之天線元件之陣列饋入時實現隔離。
來自各單位胞元之輻射功率的量係使用控制器藉由將電壓施加至貼片(LC通道上之電位)來控制。至各貼片之跡線用以將電壓提供至貼片天線。該電壓用以調諧或去調電容，且因此調諧或去調個別元件之諧振頻率以實現波束成形。所需電壓取決於正使用之液晶混合物。液晶混合物之電壓調諧特性主要用臨限電壓及飽和電壓描述，在該臨限電壓下，液晶開始受電壓影響，在高於該飽和電壓時，電壓之增加並不會引起液晶中之主要調諧。此等兩個特性參數可針對不同的液晶混合物改變。
在一個實施例中，如上文所論述，矩陣驅動用以將電壓施加至貼片以便在各胞元不具有單獨連接件之情況下將各胞元與所有其他胞元分開驅動(直接驅動)。由於元件之高密度，矩陣驅動係個別地定址各胞元之高效方式。
在一個實施例中，用於天線系統之控制結構具有2個主要組件：用於天線系統的包括驅動電子構件之天線陣列控制器在波散射結構下方，而矩陣驅動切換陣列以使得不干擾輻射之方式遍及輻射RF陣列而散置。在一個實施例中，用於天線系統之驅動電子構件包含用於商業電視器具中之商業現貨LCD控制件，其針對各散射元件藉由調整至彼元件之AC偏壓信號之振幅或工作循環來調整偏壓電壓。
在一個實施例中，天線陣列控制器亦含有執行軟體之微處理器。控制結構亦可併有感測器(例如，GPS接收器、三軸羅盤、3軸加速度計、3軸陀螺儀、3軸磁力計等)以將部位及定向資訊提供至處理器。部位及定向資訊可藉由在地面站中及/或可能並非天線系統之部分的其他系統提供至處理器。
更具體而言，天線陣列控制器控制斷開哪些元件及接通哪些元件以及在操作頻率下處於哪一相位及振幅位準。藉由電壓施加而針對頻率操作選擇性地去調該等元件。
為進行傳輸，控制器將電壓信號之陣列供應至RF貼片以產生調變或控制圖案。控制圖案使元件轉至不同狀態。在一個實施例中，使用多態控制，其中各種元件被接通及斷開至不同的位準，進一步近似正弦控制圖案(亦即，正弦灰度調變圖案)，而不是方波。在一個實施例中，一些元件的輻射強於其他元件，而非有些元件輻射，有些元件不輻射。可變輻射藉由施加特定電壓位準來達成，施加特定電壓位準可將液晶電容率調整至不同的量，藉此可變地去調元件且使一些元件的輻射多於其他元件。
聚焦波束由元件之超穎材料陣列的產生可藉由相長及相消干涉之現象來解釋。若個別電磁波在該等波在自由空間中交會時具有相同相位，則該等個別電磁波加總(相長干涉)，且若個別電磁波在該等波在自由空間中交會時處於反相，則該等個別電磁波彼此抵消(相消干涉)。若槽孔天線中之槽孔經定位使得各連續槽孔定位成與導引波之激勵點相距不同距離，則來自彼元件之散射波將與先前槽孔之散射波具有不同相位。若該等槽孔隔開導引波長的四分之一，則各槽孔將在與先前槽孔具有四分之一相位延遲的情況下將波散射。
使用該陣列，可產生的相長及相消干涉之圖案之數目可增加，使得使用全像原理，波束可在理論上指向與天線陣列之瞄準線相差正或負九十度(90°)的任何方向。因此，藉由控制接通或斷開哪些超穎材料單位胞元(亦即，藉由改變接通哪些胞元及斷開哪些胞元之型樣)，可產生相長及相消干涉之不同型樣，且天線可改變主波束之方向。接通及斷開單位胞元所需之時間指定波束可自一個部位切換至另一部位之速度。
在一個實施例中，天線系統針對上行鏈路天線產生一個可操控波束且針對下行鏈路天線產生一個可操控波束。在一個實施例中，天線系統使用超穎材料技術來接收波束，且解碼來自衛星之信號並形成導向衛星之傳輸波束。在一個實施例中，天線系統為類比系統，其與使用數位信號處理來以電氣方式形成及操控波束之天線系統(諸如相控陣列天線)形成對比。在一個實施例中，天線系統被視為「表面」天線，該天線尤其在相較於習知圓盤式衛星電視天線接收器時係平坦且相對低剖面的。
圖7B示出了包括接地平面及可重組配諧振器層之一列天線元件的透視圖。可重組配諧振器層1230包括可調式槽孔1210之陣列。可調式槽孔1210之陣列可經組配以使天線指向所要方向。可調式槽孔中之各者可藉由使液晶上之電壓變化來調諧/調整。
在圖8A中，控制模組1280耦接至可重組配諧振器層1230以藉由使液晶上之電壓變化來調變可調式槽孔1210之陣列。控制模組1280可包括場可規劃閘陣列(「FPGA」)、微處理器、控制器、系統單晶片(SOC)或其他處理邏輯。在一個實施例中，控制模組1280邏輯電路系統(例如，多工器)以驅動可調式槽孔1210之陣列。在一個實施例中，控制模組1280接收包括待驅動至可調式槽孔1210之陣列上的全像繞射型樣之規格的資料。全像繞射型樣可回應於天線與衛星之間的空間關係而產生，使得全像繞射型樣在適當通訊方向上操控下行鏈路波束(及在天線系統執行傳輸的情況下操控上行鏈路波束)。儘管未繪製於各圖中，但類似於控制模組1280之控制模組可驅動描述於本發明之諸圖中的可調式槽孔之各陣列。
使用類似技術，射頻(「RF」)全像術亦係可能的，其中所要RF波束可在RF參考波束遇到RF全像繞射型樣時產生。在衛星通訊之狀況下，參考波束呈饋入波之形式，諸如饋入波1205 (在一些實施例中，大約20 GHz)。為將饋入波變換成輻射波束(用於傳輸或接收目的)，計算所要RF波束(目標波束)與饋入波(參考波束)之間的干涉圖案。干涉圖案經驅動至可調式槽孔1210之陣列上作為繞射圖案，使得饋入波被「操控」成所要RF波束(具有所要形狀及方向)。換言之，遇到全像繞射圖案之饋入波「重建構」目標波束，該目標波束根據通訊系統之設計要求而形成。全像繞射圖案含有各元件之激勵且藉由下式來計算：
Figure 02_image005
，其中
Figure 02_image007
作為波導中之波動方程且
Figure 02_image009
為關於出射波之波動方程。
圖8A示出了可調式諧振器/槽孔1210之一個實施例。可調式槽孔1210包括膜片/槽孔1212、輻射貼片1211及安置於膜片1212與貼片1211之間的液晶1213。在一個實施例中，輻射貼片1211與膜片1212同置。
圖8B示出了實體天線孔徑之一個實施例的截面圖。天線孔徑包括接地平面1245及在膜片層1233內之金屬層1236，該膜片層包括於可重組配諧振器層1230中。在一個實施例中，圖8B之天線孔徑包括圖8A之複數個可調式諧振器/槽孔1210。膜片/槽孔1212係由金屬層1236中之開口界定。諸如圖8A之饋入波1205的饋入波可具有與衛星通訊頻道相容之微波頻率。饋入波在接地平面1245與諧振器層1230之間傳播。
可重組配諧振器層1230亦包括墊片層1232及貼片層1231。墊片層1232安置於貼片層1231與膜片層1233之間。應注意，在一個實施例中，間隔物可替換墊片層1232。在一個實施例中，膜片層1233為包括銅層作為金屬層1236之印刷電路板(「PCB」)。在一個實施例中，膜片層1233為玻璃。膜片層1233可為其他類型之基體。
開口可蝕刻於銅層中以形成槽孔1212。在一個實施例中，在圖8B中，膜片層1233藉由導電結合層而導電耦接至另一結構(例如，波導)。應注意，在一實施例中，膜片層並不藉由導電結合層來導電耦接且替代地與非導電結合層界接。
貼片層1231亦可為包括金屬作為輻射貼片1211之PCB。在一個實施例中，墊片層1232包括間隔物1239，其提供機械支座以界定金屬層1236與貼片1211之間的尺寸。在一個實施例中，間隔物係75微米，但可使用其他大小(例如，3至200 mm)。如上文所提及，在一個實施例中，圖8B之天線孔徑包括多個可調式諧振器/槽孔，諸如可調式諧振器/槽孔1210包括圖8A之貼片1211、液晶1213及膜片1212。用於液晶1213之腔室由間隔物1239、膜片層1233及金屬層1236界定。當該腔室填充有液晶時，貼片層1231可層壓至間隔物1239上以密封諧振器層1230內之液晶。
貼片層1231與膜片層1233之間的電壓可經調變以調諧在貼片與槽孔(例如，可調式諧振器/槽孔1210)之間的間隙中之液晶。調整液晶1213上之電壓會使槽孔(例如，可調式諧振器/槽孔1210)之電容變化。因此，槽孔(例如，可調式諧振器/槽孔1210)之電抗可藉由改變電容而變化。槽孔1210之諧振頻率亦根據方程式
Figure 02_image011
改變，其中
Figure 02_image013
係槽孔1210之諧振頻率，且L及C分別係槽孔1210之電感及電容。槽孔1210之諧振頻率影響自經由波導傳播之饋入波1205輻射的能量。作為一實例，若饋入波1205係20 GHz，則槽孔1210之諧振頻率可(藉由使電容變化)調整至17 GHz，使得槽孔1210實質上不耦合來自饋入波1205之能量。或者，槽孔1210之諧振頻率可調整至20 GHz，使得槽孔1210耦合來自饋入波1205之能量且將彼能量輻射至自由空間中。儘管所給出之實例係二元的(完全輻射或根本不輻射)，但藉由在多值範圍內之電壓變化，對槽孔1210之電抗及因此對諧振頻率之全灰度階控制係可能的。因此，自各槽孔1210輻射之能量可受到精細控制，使得詳細的全像繞射圖案可由可調式槽孔之陣列形成。
在一個實施例中，一列中之可調式槽孔彼此間隔開λ/5。可使用其他間距。在一個實施例中，一列中之各可調式槽孔與鄰近列中之最近可調式槽孔間隔開λ/2，且因此，不同列中之共同定向的可調式槽孔間隔開λ/4，但其他間距係可能的(例如，λ/5、λ/6.3)。在另一實施例中，一列中之各可調式槽孔與鄰近列中之最近可調式槽孔間隔開λ/3。
實施例使用可重組配超穎材料技術，諸如描述於以下專利申請案中：在2014年11月21日申請之題為「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；及在2015年1月30日申請之題為「Ridged Waveguide Feed Structures for Reconfigurable Antenna」的美國專利申請案第14/610,502號。
圖9A至圖9D示出了用於建立開槽陣列之不同層的一個實施例。天線陣列包括定位成環的天線元件，諸如圖7A中所展示之實例環。應注意，在此實例中，天線陣列具有用於兩個不同類型之頻帶的兩個不同類型之天線元件。
圖9A示出了具有對應於槽孔之部位的第一膜片板層之一部分。參看圖9A，圓圈係膜片基體之底部中的金屬化物中之開放區域/槽孔，且用於控制元件與饋源(饋入波)之耦合。應注意，此層係可選層且未用於所有設計中。圖9B示出了含有槽孔之第二膜片板層之一部分。圖9C示出了在第二膜片板層之一部分上方的貼片。圖9D示出了開槽陣列之一部分的俯視圖。
圖10示出了圓柱饋入式天線結構之一個實施例的側視圖。該天線使用雙層饋入結構(亦即，饋入結構之兩個層)產生向內行進之波。在一個實施例中，該天線包括圓形外部形狀，但此並非必需的。亦即，可使用非圓形的向內行進結構。在一個實施例中，圖10中之天線結構包括諸如描述於2014年11月21日申請之題為「Dynamic Polarization and Coupling Control from a Steerable Cylindrically Fed Holographic Antenna」的美國公開案第2015/0236412號中的同軸饋源。
參看圖10，同軸接腳1601用以激勵天線之較低層級上的場。在一個實施例中，同軸接腳1601係易於可得之50 Ω同軸接腳。同軸接腳1601耦接(例如，栓固)至天線結構之底部，其為導電接地平面1602。
隙縫導體1603與導電接地平面1602分離，該隙縫導體為內部導體。在一個實施例中，導電接地平面1602及隙縫導體1603彼此平行。在一個實施例中，接地平面1602與隙縫導體1603之間的距離係0.1至0.15''。在另一實施例中，此距離可為λ/2，其中λ係行進波在操作頻率下之波長。
接地平面1602經由間隔物1604與隙縫導體1603分離。在一個實施例中，間隔物1604為發泡體或類似空氣的間隔物。在一個實施例中，間隔物1604包含塑膠間隔物。
介電層1605在隙縫導體1603上。在一個實施例中，介電層1605為塑膠。介電層1605之用途為使行進波相對於自由空間速度減慢。在一個實施例中，介電層1605使行進波相對於自由空間減慢30%。在一個實施例中，適合於波束成形之折射率的範圍係1.2至1.8，其中自由空間按照定義具有等於1之折射率。諸如塑膠之其他介電間隔物材料可用以實現此效應。應注意，可使用除塑膠以外的材料，只要該等材料實現所要的波減慢效應即可。替代地，具有分散式結構之材料可用作介電質1605，諸如可例如經機器加工或光微影界定之週期性子波長金屬結構。
RF陣列1606在介電質1605上。在一個實施例中，隙縫導體1603與RF陣列1606之間的距離係0.1至0.15''。在另一實施例中，此距離可為
Figure 02_image015
，其中
Figure 02_image017
係在設計頻率下在介質中的有效波長。
該天線包括側面1607及1608。側面1607及1608成角度以使自同軸接腳1601饋入之行進波經由反射自在隙縫導體1603下方之區域(間隔物層)傳播至在隙縫導體1603上方之區域(介電層)。在一個實施例中，側面1607及1608之角度成45°角。在一替代性實施例中，側面1607及1608可用連續半徑替換以實現反射。雖然圖10展示具有45度之角度的成角度側面，但可使用實現自下部層級饋源至上部層級饋源之信號傳輸的其他角度。亦即，假定下部饋源中之有效波長將大體上不同於上部饋源中之波長，則與理想45°角之一些偏差可用以輔助自下部至上部饋源層級之傳輸。舉例而言，在另一實施例中，45°角由單一階梯替換。天線之一個末端上的階梯圍繞該介電層、隙縫導體以及間隙物層。同樣的兩個階梯出現在此等層之另一末端。
在操作中，當饋入波係自同軸接腳1601饋入時，該波在接地平面1602與隙縫導體1603之間的區域中以自同軸接腳1601同心地定向之方式向外行進。同心出射波由側面1607及1608反射，且在隙縫導體1603與RF陣列1606之間的區域中向內行進。自圓形周邊之邊緣的反射使波保持同相(亦即，其係同相反射)。行進波藉由介電層1605減慢。此時，行進波開始與RF陣列1606中之元件相互作用且藉由該等元件激勵以獲得所要散射。
為了終止行進波，端子1609在天線之幾何中心處包括於天線中。在一個實施例中，端子1609包含一接腳端子(例如，50Ω接腳) 。在另一實施例中，端子1609包含終止未使用能量之RF吸收體，以防止未使用能量經由天線之饋入結構反射回來。此等可在RF陣列1606之頂部處使用。
圖11示出了具有出射波之天線系統的另一實施例。參看圖11，兩個接地平面1610及1611大體上彼此平行，且介電層1612 (例如，塑膠層等)處於接地平面之間。RF吸收體1619 (例如，電阻器)將兩個接地平面1610及1611耦接在一起。同軸接腳1615 (例如，50Ω)饋入天線。RF陣列1616在介電層1612及接地平面1611上。
在操作中，饋入波經由同軸接腳1615饋入，且同心地向外行進且與RF陣列1616之元件相互作用。
圖10及圖11之天線兩者中的圓柱形饋源改良天線之服務角度。替代正或負四十五度方位角(±45° Az)及正或負二十五度仰角(±25° EL)之服務角度，在一個實施例中，天線系統在所有方向上具有與瞄準線成七十五度(75°)之服務角度。如同由許多個別輻射器構成之波束成形天線，總天線增益取決於構成元件之增益，構成元件自身係角度相依的。當使用常見輻射元件時，總天線增益通常隨著光束指向離開瞄準線更遠而減小。在偏離瞄準線75度處，預期約6 dB之顯著增益降級。
具有圓柱形饋源之天線之實施例解決一或多個問題。此等問題包括相較於使用企業分壓器網路饋入之天線大大地簡化饋源結構且因此減少所需的總天線及天線饋源體積；藉由以較粗略控制(全部擴展至簡單的二元控制)來維持高波束效能而減小對製造及控制誤差之敏感度；給出相較於直線形饋源較有利的旁波瓣圖案，此係因為圓柱定向式饋入波在遠場中產生在空間上分集之旁波瓣；且允許偏振為動態的，包括允許左側圓偏振、右側圓偏振及線性偏振，而無需偏振器。 波散射元件之陣列
圖10之RF陣列1606及圖11之RF陣列1616包括波散射子系統，其包括充當輻射器之貼片天線(亦即，散射器)之群組。貼片天線之此群組包含散射超穎材料元件之陣列。
在一個實施例中，天線系統中之各散射元件係單位胞元之部分，單位胞元由下部導體、介電基質及上部導體組成，該上部導體嵌設於互補電感-電容式諧振器(「互補電LC」或「CELC」)中，該諧振器經蝕刻於上部導體中或沈積至上部導體上。
在一個實施例中，液晶(LC)注入於圍繞散射元件的間隙中。液晶囊封於各單位胞元中且將相關聯於槽孔的下部導體與相關聯於其貼片的上部導體分離。液晶具有依據包含液晶之分子之定向而變的電容率，且分子之定向(及因此電容率)可藉由調整液晶上之偏壓電壓來控制。使用此性質，液晶充當接通/斷開開關以用於將能量自導引波傳輸至CELC。當接通時，CELC類似於電小偶極天線而發射電磁波。
控制LC之厚度會增加波束切換速度。下部導體與上部導體之間的間隙(液晶之厚度)之五十百分比(50%)減少引起速度之四倍增加。在另一實施例中，液晶之厚度導致大約十四毫秒(14 ms)之波束切換速度。在一個實施例中，LC以此項技術中所熟知之方式經摻雜以改良回應性，使得七毫秒(7 ms)要求可滿足。
CELC元件對平行於CELC元件之平面且垂直於CELC間隙補充物而施加的磁場作出回應。當電壓經施加至超穎材料散射單位胞元中之液晶時，導引波之磁場分量誘發CELC之磁性激勵，其又產生在與導引波頻率相同之電磁波。
由單一CELC產生之電磁波的相位可藉由CELC在導引波之向量上的位置來選擇。各胞元產生與平行於CELC之導引波同相的波。因為CELC小於波長，所以輸出波之相位與導引波之相位相同，此係因為其在CELC之下傳遞。
在一個實施例中，此天線系統之圓柱形饋源幾何形狀允許CELC元件相對於波饋源中之波的向量以四十五度(45°)角定位。元件之此位置實現對自元件產生或由元件接收之自由空間波之偏振的控制。在一個實施例中，CELC以小於天線之操作頻率之自由空間波長的元件間間距來配置。舉例而言，若每波長存在四個散射元件，則30 GHz傳輸天線中之元件將為大約2.5 mm (亦即，30 GHz之10 mm自由空間波長的1/4)。
在一個實施例中，CELC藉由貼片天線實施，貼片天線包括同置於槽孔上方之貼片，其中液晶在該兩者之間。就此而言，超穎材料天線類似於開槽(散射)波導而起作用。在開槽波導之情況下，輸出波之相位取決於槽孔相對於導引波之部位。 胞元置放
在一個實施例中，天線元件以實現系統性矩陣驅動電路之方式置放於圓柱形饋源天線孔徑上。胞元之置放包括用於矩陣驅動之電晶體的置放。圖12示出了矩陣驅動電路系統相對於天線元件之置放的一個實施例。參看圖12，列控制器1701分別經由列選擇信號Row1及Row2耦接至電晶體1711及1712，且行控制器1702經由行選擇信號Column1耦接至電晶體1711及1712。電晶體1711亦經由至貼片1731之連接件而耦接至天線元件1721，而電晶體1712經由至貼片1732之連接件而耦接至天線元件1722。
在將矩陣驅動電路系統實現於具有以非規則柵格置放之單位胞元之圓柱形饋源天線上的初始方法中，執行兩個步驟。在第一步驟中，將該等胞元置放於同心環上，且將該等胞元中之各者連接至一電晶體，該電晶體置放於胞元旁側且充當單獨地驅動各胞元之開關。在第二步驟中，建置矩陣驅動電路系統以便在矩陣驅動方法需要時連接每個電晶體與唯一位址。因為矩陣驅動電路係藉由列跡線及行跡線建置(類似於LCD)，但胞元係置放於環上，所以不存在將唯一位址指派至各電晶體之系統性方式。此映射問題產生極複雜電路系統來涵蓋所有電晶體，且導致實現佈線之實體跡線之數目的顯著增加。由於胞元之高密度，彼等跡線因耦接效應而干擾天線之RF效能。又，歸因於跡線複雜度及高填充密度，跡線之佈線無法由市售之佈局工具實現。
在一個實施例中，矩陣驅動電路系統係在置放胞元及電晶體之前預界定。此確保驅動所有胞元所必要的跡線之數目最小，各胞元具有唯一位址。此策略降低驅動電路系統之複雜度且簡化佈線，其隨後改良天線之RF效能。
更具體而言，在一種方法中，在第一步驟中，將胞元置放於由描述各胞元之唯一位址之列及行構成的規則矩形柵格上。在第二步驟中，將胞元分群且變換成同心圓，同時維持其位址及與如在第一步驟中所定義之列及行的連結。此變換之目標不僅在於將胞元置於環上，而且在於使胞元之間的距離及環之間的距離在整個孔徑上保持恆定。為實現此目標，存在將胞元分群之若干方式。
在一個實施例中，TFT封裝用以實現矩陣驅動中之置放及唯一定址。圖13示出了TFT封裝之一個實施例。參看圖13，TFT及保持電容器1803展示為具有輸入埠及輸出埠。存在連接至跡線1801之兩個輸入埠及連接至跡線1802之兩個輸出埠以使用列及行將TFT連接在一起。在一個實施例中，列跡線及行跡線以90°角交叉以減少及潛在地最小化列跡線與行跡線之間的耦接。在一個實施例中，列跡線及行跡線在不同層上。全雙工通訊系統之實例
在另一實施例中，組合天線孔徑用於全雙工通訊系統中。圖14為具有同時傳輸路徑及接收路徑之通訊系統之另一實施例的方塊圖。雖然僅展示一個傳輸路徑及一個接收路徑，但通訊系統可包括多於一個傳輸路徑及/或多於一個接收路徑。
參看圖14，天線1401包括括兩個空間上交錯之天線陣列，該等天線陣列可獨立地操作而以不同頻率同時進行傳輸及接收，如上所述。在一個實施例中，天線1401耦接至雙訊器1445。耦接可藉由一或多個饋送網路進行。在一個實施例中，在徑向饋源天線之情況下，雙訊器1445組合兩個信號，且天線1401與雙訊器1445之間的連接係可攜載兩個頻率之單一寬頻饋送網路。
雙訊器1445耦接至低雜訊阻斷降頻轉換器(LNB) 1427，其以此項技術中所熟知之方式執行雜訊濾波功能以及降頻轉換及放大功能。在一個實施例中，LNB 1427在室外單元(ODU)中。在另一實施例中，LNB 1427整合至天線設備中。LNB 1427耦接至數據機1460，數據機耦接至計算系統1440 (例如，電腦系統、數據機等)。
數據機1460包括用以將自雙訊器1445輸出之所接收信號轉換成數位格式的類比至數位轉換器(ADC) 1422，其耦接至LNB 1427。一旦轉換成數位格式，該信號便藉由解調器1423解調變且藉由解碼器1424解碼以獲得所接收波上之經編碼資料。經解碼資料接著發送至控制器1425，控制器將資料發送至計算系統1440。
數據機1460亦包括編碼待自計算系統1440傳輸之資料的編碼器1430。經編碼資料藉由調變器1431調變且接著藉由數位至類比轉換器(DAC) 1432轉換成類比形式。類比信號接著藉由升頻轉換及高通放大器(up-convert and high pass amplifier；BUC) 1433濾波且被提供至雙訊器1445之一個埠。在一個實施例中，BUC 1433在室外單元(ODU)中。
以此項技術中所熟知之方式操作的雙訊器1445將傳輸信號提供至天線1401以供傳輸。
控制器1450控制天線1401，該天線在單一組合實體孔徑上包括天線元件之兩個陣列。
通訊系統可經修改以包括上文所述之組合器/仲裁器。在此情況下，組合器/仲裁器在數據機之後，但在BUC及LNB之前。
應注意，圖14中所展示之全雙工通訊系統具有數個應用，包括但不限於網際網路通訊、車輛通訊(包括軟體更新)等。
本文中描述了許多實例實施例。
實例1為一種天線，其包含：一波導；一天線元件陣列，其耦接至該波導且具有使用第一及第二基體之部分形成的複數個輻射射頻(RF)天線元件，且在該第一基體與該第二基體之間具有一液晶(LC)，該第一基體及該第二基體之該等部分黏合在一起；以及一結構，其介於該第一基體與該第二基體之間且在一RF非作用區域中，該RF非作用區域在該天線元件陣列外且處於該天線元件陣列之一外部周邊，該RF非作用區域不具有實例化該波導之一接地平面，該結構可操作以由於LC膨脹而自介於形成該等RF天線元件之該第一基體及該第二基體之間的一區域收集LC且由於LC收縮而將LC提供至介於形成該等RF天線元件之該第一基體及該第二基體之間的該區域，該結構具有介於該第一基體與該第二基體之間的複數個支撐間隔物。
實例2為實例1之天線，其可視情況包括，該LC膨脹及該LC收縮中之一者或兩者由一或多個環境引起。
實例3為實例2之天線，其可視情況包括，該一或多個環境變化包括壓力或溫度之一變化。
實例4為實例1之天線，其可視情況包括，該第一基體及該第二基體之該等部分係使用該天線元件陣列中之一或多個天線元件之側面上的黏合劑黏合在一起。
實例5為實例1之天線，其可視情況包括，該第二基體包括在第二基體之該部分內的用於該等RF天線元件之貼片的貼片金屬且不包括在該結構中的貼片金屬。
實例6為實例1之天線，其可視情況包括，該第一基體包括在第一基體之該部分內的用於該等RF天線元件之膜片的膜片金屬且不包括在該結構中的膜片金屬。
實例7為實例1之天線，其可視情況包括，在該等RF天線元件之區域外的該第一基體之剛度小於該區域內的剛度。
實例8為實例7之天線，其可視情況包括，該等複數個支撐間隔物中的間隔物間隔開至少一預定距離且該第一基體在預定壓力下可變形。
實例9為實例8之天線，其可視情況包括，一或多個間隔物具有不同於該等RF天線元件之該區域內的間隔物之彈簧常數的一彈簧常數。
實例10為實例8之天線，其可視情況包括，該等複數個間隔物的間隔物密度小於該等RF天線元件之該區域內的間隔物的間隔物密度。
實例11為實例8之天線，其可視情況包括，該等RF天線元件外之區域內的間隔物比該等RF天線元件之該區域內的間隔物短。
實例12為實例1之天線，其可視情況包括，該結構包括一可壓縮介質。
實例13為實例1之天線，其可視情況包括，該結構與該等RF元件之該區域中的該LC保持恆定的液壓接觸。
實例14為實例1之天線，其可視情況包括，該結構介於該第一基體與該第二基體之間且在處於該天線元件陣列之一外部周邊的一扼流環外。
實例15為實例1之天線，其可視情況包括，該結構介於該第一基體與該第二基體之間且在處於該天線元件陣列之一外部周邊的一RF吸收體外。
實例16為實例1之天線，其可視情況包括，該天線進一步包含：一天線饋源，其用以輸入自該饋源同心地傳播之一饋入波；複數個槽孔；以及複數個貼片，其中該等貼片中之各者同置在該等複數個槽孔中之一槽孔上方且使用該LC與該等複數個槽孔中之該槽孔分離，並形成一貼片/槽孔對，各貼片/槽孔對係藉由施加一電壓至由一控制圖案規定的該對中之該貼片來控制。
實例17為實例16之天線，其可視情況包括，其中該等天線元件係受控制且可一起操作以形成頻率帶之一波束以供在全像波束操控中使用的表面散射超穎材料天線元件。
實例18為一種天線，其包含：一波導；一天線元件陣列，其耦接至該波導且具有使用第一及第二基體之部分形成的複數個輻射射頻(RF)天線元件，且在該第一基體與該第二基體之間具有一液晶(LC)；以及一LC儲槽，其在一RF非作用區域中，該RF非作用區域在該天線元件陣列外且處於該天線元件陣列之一外部周邊，該RF非作用區域不具有實例化該波導之一接地平面，該結構可操作，該LC儲槽用以歸因於由至少一個環境變化引起的LC膨脹而自介於形成該等RF天線元件之該第一基體及該第二基體之間的一區域收集LC且歸因於由於至少一個環境變化發生的LC收縮而將LC提供至介於形成該等RF天線元件之該第一基體及該第二基體之間的該區域，該LC儲槽具有一對基體，該對基體之間具有支撐間隔物且該等基體中之至少一者可變形以使得該LC儲槽能夠在LC膨脹及LC收縮期間大小不同。
實例19為實例18之天線，其可視情況包括，該對基體延伸至該RF天線陣列中且在該RF天線陣列之區域外的該等基體中之一個基體的剛度小於該LC儲槽內的剛度，且進一步其中該等複數個支撐間隔物中的間隔物間隔開至少一預定距離且該第一基體在預定壓力下可變形。
實例20為實例18之天線，其可視情況包括，延伸至該RF天線陣列中之該第一基體及該第二基體之部分係使用黏合劑黏合在一起。
實例21為實例18之天線，其可視情況包括，該LC膨脹及該LC收縮由溫度變化引起。
實例22為實例18之天線，其可視情況包括，該對基體中的一個基體包括在該RF天線陣列內的用於該等RF天線元件之貼片的貼片金屬且不包括在該LC儲槽中的貼片金屬，且進一步其中該對基體中的另一基體包括在該RF天線陣列內的用於該等RF天線元件之膜片的膜片金屬且不包括在該LC儲槽中的膜片金屬。
上文詳細描述之一些部分係在對電腦記憶體內之資料位元之操作的演算法及符號表示方面呈現。此等演算法描述及表示係藉由熟習資料處理之技術者用以將其工作之主旨最有效地傳達至其他熟習此項技術者的方式。演算法在此處且大體上構想為產生所要結果之步驟之自一致序列。步驟為要求實體量之實體操縱的步驟。通常，雖然未必，此等量採取能夠儲存、傳送、組合、比較及以其他方式操縱之電信號或磁信號之形式。已證明將此等信號稱為位元、值、元素、符號、字元、術語、數字或類似者時常(主要為了普通用途)為便利的。
然而，應牢記，所有此等及類似術語應與適當實體量相關聯，且僅僅為應用於此等量的方便標註。除非另外特別規定，否則如自以下論述顯而易見，應瞭解，遍及描述，利用諸如「處理」或「計算」或「運算」或「判定」或「顯示」或其類似者之術語的論述係指電腦系統或類似電子計算裝置之如下動作及處理程序：將表示為電腦系統之暫存器及記憶體內之實體(電子)量的資料操縱及變換為類似地表示為電腦系統記憶體或暫存器或其他此類資訊儲存、傳輸或顯示裝置內之實體量的其他資料。
本發明亦係關於用於執行本文中之操作的設備。此設備可經特別建構以用於所要求目的，或其可包含藉由儲存於電腦中之電腦程式選擇性地啟動或重組配的通用電腦。此電腦程式可儲存於電腦可讀儲存媒體中，諸如但不限於任何類型之磁碟，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、磁性或光學卡，或適於儲存電子指令且各自耦接至電腦系統匯流排的任何類型之媒體。
本文中所呈現之演算法及顯示器並非固有地與任何特定電腦或其他設備相關。各種通用系統可根據本文中之教示與程式一起使用，或其可證明為便於建構更專門的設備以執行所要求之方法步驟。用於多種此等系統之所要求結構將自以下描述顯而易見。另外，並未參考任何特定程式設計語言來描述本發明。將瞭解，多種程式設計語言可用以實施如本文中所描述的本發明之教示。
機器可讀媒體包括用於儲存或傳輸以可由機器(例如，電腦)讀取的形式之資訊的任何機構。舉例而言，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。
儘管在已閱讀前文描述之後，本發明之許多更改及修改對於一般熟習此項技術者而言無疑將變得顯而易見，但應理解，藉由說明而展示及描述之任何特定實施例決不意欲被視為限制性的。因此，對各種實施例之細節的參考並不意欲限制申請專利範圍之範疇，申請專利範圍自身僅敍述被視為對本發明必不可少之彼等特徵。
101、231、603‧‧‧貼片玻璃基體102、604‧‧‧膜片玻璃基體103‧‧‧膜片金屬(層)105‧‧‧液晶間隙107、220、1213‧‧‧液晶108、630、1239、1604‧‧‧間隔物110、620‧‧‧黏合劑111、1212‧‧‧膜片/槽孔201‧‧‧光間隔物202‧‧‧黏合劑點210‧‧‧LC儲槽232‧‧‧膜片基體301‧‧‧區域302‧‧‧RF作用區303、333‧‧‧RF作用區邊界334‧‧‧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、653、1721、1722‧‧‧天線元件602‧‧‧膜片金屬610‧‧‧外部扼流環邊界651‧‧‧陣列652‧‧‧輸入饋源1205‧‧‧饋入波1210‧‧‧可調式槽孔1211‧‧‧輻射貼片1230‧‧‧可重組配諧振器層1231‧‧‧貼片層1232‧‧‧墊片層1233‧‧‧膜片層1236‧‧‧金屬層1245、1602、1610、1611‧‧‧接地平面1280‧‧‧控制模組1401‧‧‧天線1422‧‧‧類比至數位轉換器(ADC)1423‧‧‧解調器1424‧‧‧解碼器1425、1450‧‧‧控制器1427‧‧‧低雜訊阻斷降頻轉換器(LNB)1430‧‧‧編碼器1431‧‧‧調變器1432‧‧‧數位至類比轉換器(DAC)1433‧‧‧升頻轉換及高通放大器(BUC)1440‧‧‧計算系統1445‧‧‧雙訊器1460‧‧‧數據機1601、1615‧‧‧同軸接腳1603‧‧‧隙縫導體1605、1612‧‧‧介電層1606、1616‧‧‧RF陣列1607、1608‧‧‧側面1609‧‧‧端子1619‧‧‧RF吸收體1701‧‧‧列控制器1702‧‧‧行控制器1711、1712‧‧‧電晶體1731、1732‧‧‧貼片Row1、Row2‧‧‧列選擇信號Column1‧‧‧行選擇信號1801、1802‧‧‧跡線1803‧‧‧保持電容器
將自下文給出之詳細描述及自本發明之各種實施例的隨附圖式更充分地理解本發明，然而，該等實施例不應被視為將本發明限於特定實施例，而僅用於解釋及理解之目的。圖 1A 至圖 1C 示出了在基於溫度之不同狀態下的天線孔徑之一部分。圖 2A 示出了在熱膨脹期間控制形成天線元件之基體之間的間隙。圖 2B 示出了形成天線元件之基體經組配以在熱收縮期間控制間隙。圖 3A 及圖 3B 示出了在天線陣列區段之一個實施例中的可能儲槽置放。圖 4 示出了天線陣列區段自底部供應LC，使得惰性氣體氣泡以位於區段之上部角落中停止。圖 5A 至圖 5C 示出了具有氣泡之天線孔徑區段在不同階段中的一個實施例之一部分的側視圖。圖 6 示出了LC儲槽結構之一個實施例。圖 7A 示出了圓柱饋入全像徑向孔徑天線之一個實施例的示意圖。圖 7B 示出了包括接地平面及可重組配諧振器層之一列天線元件的透視圖。圖 8A 示出了可調式諧振器/槽孔之一個實施例。圖 8B 示出了實體天線孔徑之一個實施例的截面圖。圖 9A 至圖 9D 示出了用於建立開槽陣列之不同層的一個實施例。圖 10 示出了圓柱饋入式天線結構之一個實施例的側視圖。圖 11 示出了具有出射波之天線系統的另一實施例。圖 12 示出了矩陣驅動電路系統相對於天線元件之置放的一個實施例。圖 13 示出了TFT封裝之一個實施例。圖 14 為具有同時傳輸路徑及接收路徑之通訊系統之一個實施例的方塊圖。
600‧‧‧儲槽區域
601‧‧‧RF天線元件
602‧‧‧膜片金屬
603‧‧‧貼片玻璃基體
604‧‧‧膜片玻璃基體
610‧‧‧外部扼流環邊界
620‧‧‧黏合劑
630‧‧‧間隔物

Claims (22)

  1. 一種天線，其包含：一波導；一天線元件陣列，其耦接至該波導且具有使用第一及第二基體之部分形成的複數個輻射射頻(RF)天線元件，且在該第一基體與該第二基體之間具有一液晶(LC)，該第一基體及該第二基體之該等部分黏合在一起，以及一結構，其介於該第一基體與該第二基體之間且在一RF非作用區域中，該RF非作用區域在該天線元件陣列外且處於該天線元件陣列之一外部周邊，該RF非作用區域不具有實例化該波導之一接地平面，該結構可操作以由於LC膨脹而收集來自介於形成該等RF天線元件之該第一基體及該第二基體之間的一區域之LC，且可操作以由於LC收縮而將LC提供至介於形成該等RF天線元件之該第一基體及該第二基體之間的該區域，該結構具有介於該第一基體與該第二基體之間的複數個支撐間隔物。
  2. 如請求項1之天線，其中該LC膨脹及該LC收縮中之一者或兩者由一或多個環境變化引起。
  3. 如請求項2之天線，其中該一或多個環境變化包括壓力或溫度之一變化。
  4. 如請求項1之天線，其中該第一基體及該第二基體之該等部分係使用該天線元件陣列中之一或多個天線元件之側面上的黏合劑黏合在一起。
  5. 如請求項1之天線，其中該第二基體包括 在第二基體之該部分內的用於該等RF天線元件之貼片的貼片金屬，且在該結構中不包括貼片金屬。
  6. 如請求項1之天線，其中該第一基體包括在第一基體之該部分內的用於該等RF天線元件之膜片的膜片金屬，且在該結構中不包括膜片金屬。
  7. 如請求項1之天線，其中在該等RF天線元件之區域外的該第一基體之剛度小於該區域內的剛度。
  8. 如請求項7之天線，其中該等複數個支撐間隔物中的間隔物間隔開至少一預定距離且該第一基體在預定壓力下可變形。
  9. 如請求項8之天線，其中一或多個間隔物具有不同於該等RF天線元件之該區域內的間隔物之彈簧常數的一彈簧常數。
  10. 如請求項8之天線，其中該等複數個間隔物的間隔物密度小於該等RF天線元件之該區域內的間隔物的間隔物密度。
  11. 如請求項8之天線，其中該等RF天線元件外之區域內的間隔物比該等RF天線元件之該區域內的間隔物短。
  12. 如請求項1之天線，其中該結構包括一可壓縮介質。
  13. 如請求項1之天線，其中該結構與該等RF元件之該區域中的該LC保持恆定的液壓接觸。
  14. 如請求項1之天線，其中該結構介於該 第一基體與該第二基體之間且在處於該天線元件陣列之一外部周邊的一扼流環外。
  15. 如請求項1之天線，其中該結構介於該第一基體與該第二基體之間且在處於該天線元件陣列之一外部周邊的一RF吸收體外。
  16. 如請求項1之天線，其進一步包含：一天線饋源，其用以輸入自該饋源同心地傳播之一饋入波；複數個槽孔；複數個貼片，其中該等貼片中之各者同置在該等複數個槽孔中之一槽孔上方且使用該LC與該等複數個槽孔中之該槽孔分離，並形成一貼片/槽孔對，各貼片/槽孔對係藉由施加一電壓至由一控制圖案規定的該對中之該貼片來控制。
  17. 如請求項16之天線，其中該等天線元件係受控制且可一起操作以形成頻率帶之一波束以供在全像波束操控中使用的表面散射超穎材料天線元件。
  18. 一種天線，其包含：一波導；一天線元件陣列，其耦接至該波導且具有使用第一及第二基體之部分形成的複數個輻射射頻(RF)天線元件，且在該第一基體與該第二基體之間具有一液晶(LC)，以及一LC儲槽，其在一RF非作用區域中，該RF非作用區域在該天線元件陣列外且處於該天線元件陣列之一外部周邊，該RF非作用區域不具有實例化該波導之一接地平 面，該結構可操作，該LC儲槽用以歸因於由至少一個環境變化引起的LC膨脹而收集來自介於形成該等RF天線元件之該第一基體及該第二基體之間的一區域之LC，且用以歸因於由於至少一個環境變化發生的LC收縮而將LC提供至介於形成該等RF天線元件之該第一基體及該第二基體之間的該區域，該LC儲槽具有一對基體，該對基體之間具有支撐間隔物且該等基體中之至少一者可變形以使得該LC儲槽能夠在LC膨脹及LC收縮期間大小不同。
  19. 如請求項18之天線，其中該對基體延伸至該RF天線陣列中且在該RF天線陣列之區域外的該等基體中之一個基體的剛度小於該LC儲槽內的剛度，且進一步其中該等複數個支撐間隔物中的間隔物間隔開至少一預定距離且該第一基體在預定壓力下可變形。
  20. 如請求項18之天線，其中延伸至該RF天線陣列中之該第一基體及該第二基體之部分係使用黏合劑黏合在一起。
  21. 如請求項18之天線，其中該LC膨脹及該LC收縮由溫度變化引起。
  22. 如請求項18之天線，其中該對基體中的一個基體包括在該RF天線陣列內的用於該等RF天線元件之貼片的貼片金屬且在該LC儲槽中不包括貼片金屬，且進一步其中該對基體中的另一基體包括在該RF天線陣列內的用於該等RF天線元件之膜片的膜片金屬且在該LC儲槽中不包括膜片金屬。
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