用于RF孔径的内部加热器制造技术

公开了一种用于射频(RF)天线的加热器及其使用方法。在一个实施例中，天线包括：物理天线孔径，其具有RF天线元件的阵列；以及多个加热元件，每个加热元件处于RF元件的阵列的RF元件对之间。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于RF孔径的内部加热器优先权本专利申请要求于2016年7月20日提交的题目为“用于RF孔径的内部加热器”的序列号为62/364,722的相应临时专利申请的优先权，并通过引用而并入该临时专利申请。
本专利技术的实施例涉及用于通信的射频(RF)孔径领域；更特别地，本专利技术的实施例涉及RF孔径，诸如例如包括内部加热器的天线。
技术介绍
某些天线技术需要加热天线以使天线达到操作温度。例如，利用液晶的某些天线必须将液晶加热到特定温度，以使液晶如所期望的进行操作。在与液晶显示器(LCD)相关的现有技术中，电阻式加热元件用于针对适当操作，例如在环境温度可达到-40℃至-30℃的汽车显示器应用中，将LC保持在特定温度以上。这些加热元件在与主LCD基底分离的玻璃基底上、由诸如氧化铟锡(ITO)的透明导体制成。该基底随后被接合到主LCD基底以提供导热性。因为加热元件对光学频率是透明的，所以这是为LCD实施加热器简单且实用的方式，即使加热元件在信号路径中。然而，在考虑基于LC的天线时，该方法不可行。因为ITO和类似材料在RF频率下不是透明的，所以将这些类型的加热器元件放置在RF信号的路径中将使RF信号衰减并使天线的性能降低。因此，基于LC的天线的现有技术实施例使用附接到金属馈送(feed)结构或具有良好热性能的其它块体(bulk)机械结构的电阻式加热元件，以对天线的、LC层所处的内部部分进行加热。然而，因为电阻式加热元件通过在天线叠层中的、包括热绝缘体层的多个层而与LC层物理上分离，所以相比于LCD实施方式，必须施加显著更多的热功率以对液晶进行加热。基于LC的天线加热器的其它实施方式试图从天线孔径的边缘对LC层加热。这些实施例需要400-500W的功率并且在该功率下需要30-40分钟以使LC层达到操作温度。这低效地使用了加热功率源。
技术实现思路
公开了一种用于射频(RF)天线的加热器及其使用方法。在一个实施例中，天线包括：物理天线孔径，具有RF天线元件的阵列；以及多个加热元件，每个加热元件处于RF元件的阵列的RF元件对之间。附图说明从下面给出的详细描述和本专利技术的各个实施例的附图，将更全面地理解本专利技术，然而详细描述和附图不应被视为将本专利技术限于特定实施例，而是仅用于解释和理解。图1A示出遵照RF元件之间的栅极和加热器布线的具有相等线长度的加热丝。图1B示出在RF元件之间的在同心弧上的具有不等长度的加热丝。图2示出天线孔径的一个实施例的示例性横截面图。图3A示出用于相等长度的加热丝的加热器汇流条放置的示例。图3B示出用于不等长度的加热丝的加热器汇流条放置的示例。图4A示出跨越天线孔径中的层之间的边界密封件的加热器汇流条的示例。图4B示出连接到天线孔径内部的加热丝的、在密封件下方延伸并且延伸出至膜片层上悬部(overhang)上的接合焊盘结构的加热器汇流条的一般横截面图。图5示出边界密封件内部从膜片层到贴片层的加热器汇流条电跨接件。图6示出边界密封结构内从膜片层到贴片层的加热器汇流条电跨接件。图7A-图7C示出在各个温度下的典型的薄膜晶体管(TFT)电流(I)-电压(V)曲线图。图8A是使用TFT(或其它类型的晶体管)确定LC的温度的估计值的过程的一个实施例的流程图。图8B是测量电压和电流以用于确定天线孔径内的温度的电路布置。图8C是使用TFT(或其它类型的晶体管)确定LC的温度的估计值的过程的一个实施例的流程图。图8D是测量电压和电流以用于确定天线孔径内的温度的另一电路布置。图9示出用于测量液晶的电容的布置。图10示出具有一个或多个天线元件的阵列的孔径，其中一个或多个天线元件的阵列围绕圆柱馈送天线的输入馈送部以同心环放置。图11示出包括接地平面和可重构谐振器层的一行天线元件的透视图。图12示出可调谐谐振器/缝隙(slot)的一个实施例。图13示出物理天线孔径的一个实施例的横截面图。图14A-图14D示出用于产生缝隙阵列(slottedarray)的不同层的一个实施例。图15示出圆柱馈送天线结构的一个实施例的侧视图。图16示出带有出射波的天线系统的另一实施例。图17示出矩阵驱动电路相对于天线元件的放置的一个实施例。图18示出TFT封装的一个实施例。图19是具有同时传输和接收路径的通信系统的一个实施例的框图。图20是具有同时传输和接收路径的通信系统的另一实施例的框图。图21A和图21B示出具有用于在天线孔径内部加热的加热元件的覆板(superstrate)的一个实施例。具体实施方式在以下描述中，阐述了许多细节以提供对本专利技术的更透彻解释。然而，对于本领域技术人员将显而易见的是，本专利技术可以在没有这些具体细节的情况下实践。在其它情况下，以框图的形式而非详细地示出公知的结构和装置，以避免模糊本专利技术。本专利技术的实施例包括用于将加热器(例如，加热元件)放置在基于LC的射频(RF)天线孔径的液晶胞元(cell)的内部的技术。在一个实施例中，将加热器靠近RF元件并且更靠近作为RF天线元件的一部分的液晶(LC)地放置在天线孔径内部。相比于使用提高孔径内部温度的更间接加热方法的技术，例如馈送结构的背面上的电阻式加热元件，这允许更直接地对孔径加热、降低加热器功率需求并且缩短温度升高时间。加热器实施方式不干扰孔径的RF特性是重要的。在一个实施例中，加热器元件(例如，加热器迹线)在天线孔径内位于减少并且可能地消除RF干扰、同时在孔径内提供更直接加热的位置处。在一个实施例中，这通过在与RF元件几乎相同的平面上将加热元件放置在RF元件之间来实现。在一个实施例中，加热器元件的位置处于与膜片层的膜片元件相同的平面中，其中膜片层为贴片/膜片缝隙阵列天线的一部分。通过将孔径内部的加热器配线移动到与膜片金属几乎相同的平面上，减小了加热丝与RF信号的相互作用，并且将加热丝与RF信号的相互作用可能地减至最小。本文公开的技术还包括用于检测天线孔径内的温度的方法。在一个实施例中，从直接在晶体管背板上的晶体管检测温度。在一个实施例中，晶体管背板是薄膜晶体管(TFT)背板。在一个实施例中，如果晶体管背板上的晶体管与LC或其它材料接触，则检测晶体管的温度提供了对LC/材料的温度的指示。本文描述的技术降低了加热器系统的成本，需要较少功率，减小了孔径温度的升高时间，并且缩小了用于控制天线的控制器板的占用面积。更具体地，在一个实施例中，本文描述的技术需要75-100W的功率并且将在20分钟内使LC层温度达到操作温度。此外，通常在破出(break-out)印刷电路板(PCB)上感测温度，其中该印刷电路板基本上从包括贴片和膜片玻璃层以及LC层的玻璃组件被物理地移除。玻璃上的温度感测提供对热量管理反馈回路更严格的控制。综述在一个实施例中，加热器结构由若干部件组成：加热元件、给加热器元件供电的加热器功率汇流条、以及将加热器功率汇流条连接到位于孔径外部的加热器电力供应部的连接方案。在一个实施例中，加热器元件是丝。在一个实施例中，加热器功率汇流条具有非常低的电阻。根据实施方式，加热器配线、加热器汇流条和加热器连接件的实施方式可能需要在孔径制造期间额外地沉积导线层、钝化层、通孔开口等。这些附加层可用于构建加热器结构，将加热器结构与其它结构电隔离或化学隔离，并根据需要提供加热器至现有孔径结构的接口。加本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种天线，包括：物理天线孔径，其具有射频(RF)天线元件的阵列；以及多个加热元件，每个加热元件处于RF元件的阵列的RF元件对之间。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.07.20 US 62/364,722;2017.07.18 US 15/653,4151.一种天线，包括：物理天线孔径，其具有射频(RF)天线元件的阵列；以及多个加热元件，每个加热元件处于RF元件的阵列的RF元件对之间。2.根据权利要求1所述的天线，其中所述多个加热元件中的加热元件基本上等距离地处于所述阵列中的RF天线元件之间。3.根据权利要求1所述的天线，其中所述多个加热元件中的加热元件基本上中间地处于膜片/贴片天线元件的环之间。4.根据权利要求1所述的天线，其中所述多个加热元件中的加热元件以环的形式处于所述RF天线元件之间。5.根据权利要求1所述的天线，其中所述多个加热元件是丝。6.根据权利要求5所述的天线，其中大部分所述丝具有相等长度，且横截面的尺寸在加热丝的长度上相似。7.根据权利要求6所述的天线，其中多个所述丝在所述天线孔径上提供每单位面积相同的功率耗散。8.根据权利要求5所述的天线，其中加热丝均匀地分布在天线孔径区域上。9.根据权利要求5所述的天线，其中加热丝的丝横截面的宽度和高度在所述天线孔径上变化，同时具有每单位面积相同的功率耗散。10.根据权利要求5所述的天线，其进一步包括电连接至加热丝以将功率供应至所述加热丝的加热器功率汇流条，其中一个或多个加热器功率汇流条横穿所述孔径的边界密封结构。11.根据权利要求10所述的天线，其中所述一个或多个加热器功率汇流条电连接到膜片层或贴片层上的金属层。12.根据权利要求1所述的天线，其进一步包括温度监测子系统，以监测RF天线元件的温度并且控制所述多个加热元件以调节所述RF天线元件的温度。13.根据权利要求12所述的天线，其中所述温度监测子系统可操作成估计所述RF天线元件中的液晶的液晶温度。14.根据权利要求13所述的天线，其中所述温度监测子系统包括：一个或多个电路，其包括串联联接的电压输入部、电流感测电阻器和晶体管，其中所述晶体管被整合在所述天线中的贴片层上并且与液晶接触；温度控制器，其向所述电路提供输入电压；以及监测电路，其监测所述电流感测电阻器两端的电压以获得测量的电流，其中所述温度控制器可操作成将所述测量的电流与所述晶体管的温度相关联，所述晶体管的温度指示所述液晶温度。15.根据权利要求13所述的天线，其中所述温度监测子系统可操作成通过以下来测量所述液晶温度：监测电流感测电阻器两端的电压，所述电流感测电阻器与晶体管串联联接，所述晶体管被整合在所述天线中的层上并且与所述液晶接触；测量流经所述电流感测电阻器的电流；并且将所述电流与所述晶体管的温度相关联，所述晶体管的温度指示所述液晶温度。16.根据权利要求15所述的天线，其中所述层是具有多个贴片的贴片层，其中所述贴片中的每一个在多个缝隙中的缝隙上方与所述缝隙位于相同位置并且与所述缝隙分离，从而形成贴片/缝隙对。17.根据权利要求13所述的天线，其中所述温度监测子系统可操作成通过以下来测量电容器的电容：匹配所述孔径中的贴片层和膜片层上的导电表面，其中液晶在所述贴片层和所述膜片层之间；利用联接至所述导电表面的电路测量所述电容器的电容；并且将所述电容与所述液晶的温度相关联。18.根据权利要求13所述的天线，其中所述温度监测子系统可操作成测量液晶的衰减速度并且将所述衰减速度与所述液晶的温度相关联。19.根据权利要求1所述的天线，其中所述加热元件是覆...

【专利技术属性】
技术研发人员：赖安·史蒂文森，肯恩·哈普，史蒂文·林恩，迈克尔·J·西弗森，
申请(专利权)人：集美塔公司，
类型：发明
国别省市：美国,US