基于可变介电常数的天线和阵列制造技术

提供了一种天线和天线阵。在夹置于两个面板之间的可变介电常数材料上设置辐射元件和对应的馈线。该夹层结构可以是ＬＣＤ的形式。可以改变导线下方的选定区域中的介电常数，以控制辐射元件的相位。可以改变导线下方的选定区域中的介电常数，以控制辐射元件的谐振频率。也可以改变导线下方的选定区域中的介电常数，以控制辐射元件的偏振。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总的领域涉及一种独特的电磁天线，可以将其用于辐射型或非 辐射型电磁装置。本专利技术的实施例总体上涉及天线结构，更具体而言涉及 具有LCD上构造的辐射元件的天线结构以及具有这种辐射元件的阵列的天 线。
技术介绍
现有技术中己知有多种用于接收和发射电磁辐射的天线。从物理上讲， 天线由导体制成的辐射元件构成，辐射元件响应于所施加的电场和相关联 的磁场产生辐射性电磁场。该过程是双向的，即，当放置于电磁场中时， 电磁场将在天线中诱发交变的磁场，在天线端子之间会产生电场。馈线或 传输线或网络在天线和收发机之间传送信号。馈送网络可以是不同类型的 传输线、弯头(bend)、功率分配器、滤波器，还可以包括天线耦合网络和 /或波导。天线阵是指耦合到公共的电源或负载以产生定向辐射图案的两个 或更多天线。各天线之间的空间关系影响到天线的方向性。 一般而言，天 线阵基本上适用空间世界中的抽样定理，因此可以通过设计诸如喇叭天线、 反射器或任何其他形状的开放孔径的任何孔径天线，利用由某种元件构成的阵列来产生类似的辐射图案和增益，所述某种元件为基本天线元件，布 置成栅格、矩形或其他形状，元件之间具有预定的间隔。尽管本文所公开的天线是一般性的天线，且可以用于大量的应用，但 能够从该主题天线受益巨大的一种特定应用是固定和移动设置下对卫星电视的接收(直接广播卫星或"DBS")。对于固定DBS而言，接收是利用指向 同步卫星的定向天线实现的。在移动DBS中，天线位于运动的交通工具(地 面上、水中或空中)上。在这种情况下，由于交通工具是运动的，因此要 不断地将天线指向卫星。使用各种机构而在运动期间使天线跟踪卫星，例 如机动化的机构和/或使用相移天线阵。更多关于移动DBS的一般信息例如 可以在美国专利6529706中找到，通过引用将其并入本文。一种已知的二维波束调向天线使用的是相控阵设计，其中，阵列的每 个元件都具有移相器和连接到其上的放大器。平面天线阵的典型阵列设计 使用的是微带技术或开槽波导技术(参见例如美国专利5579019)。对于微 带技术来说，天线效率随着天线尺寸的增大而大大降低。对于开槽波导技 术来说，系统合并了复杂的部件和弯头以及非常窄的槽，在制造过程中必 需要严格地控制所有这些的尺度和几何形状。移相器和放大器用于提供二 维半球形覆盖范围。然而，移相器成本高昂，尤其是如果相控阵包括很多 元件，则总的天线成本可能相当高。而且，移相器需要独立的复杂控制电 路，这导致了成本和系统复杂性过大。一种被称为GBS (全球广播业务)的类似于DBS的技术使用现有的商用 现货供应技术，通过卫星向与美国政府相关的各种用户群体提供宽带数据 禾口实时视频。由 Communication—Electronics Command's Space and Terrestrial Communications Directorate的Space Technology Branch 开发的GBS系统使用的是具有机械化跟踪系统的开槽波导天线。尽管天线 被说成具有小的外形轮廓——在没有天线罩(雷达天线罩)的情况下"仅" 伸展到14英寸的高度——其尺寸可以被军事应用所接受，但对于消费应用 而言不可接受，例如不能用于私人汽车。对于消费应用而言，天线的外形 轮廓应该小到不致降低车辆美观且显著增大其阻力系数的程度。当前的移动系统昂贵而复杂。在实际的消费产品中，尺寸和成本是主 要因素，而显著降低尺寸和成本是困难的。除了成本之外，己知系统的移相器会固有地给相应的系统带来损耗(例如3dB或更大损耗)，于是为了补 偿该损耗需要显著增大天线的尺寸。在特定情况下，例如对于DBS天线系 统而言，尺寸会达到4英尺乘4英尺，对于消费应用而言这很不实用。从以上论述可以认识到，为了开发消费者使用的移动DBS或GBS系统， 必需至少要解决以下问题提高信号收集的效率，减小尺寸并降低价格。 目前的天线系统对于商业应用来说相对太大，具有收集效率的问题，且定 价在几千甚至几万美元，因此远未达到普通消费者的要求。通常，这里讨 论的效率是指天线收集天线所接收的射频信号并将其转换成电信号的效 率。这个问题是任何天线系统都共有的，本文提供的方案为用于任何应用 的无论固定或移动的天线系统解决了这个问题。有几种类型的微带天线(也称为印刷天线)，最常用的是微带贴片天线 或贴片天线。贴片天线是一种通过在结合到绝缘基板的金属迹线中蚀刻天 线元件图案来制造的窄带宽波束天线。 一些贴片天线不用基板，利用电介 质间隔体将金属贴片悬置于地平面上的空中；所得的结构不太鲁棒，但实 现了更好的带宽。因为这种天线的外形轮廓非常小，机械性能强且可以适 应形状要求，所以常常将它们安装在飞行器和航天器外部上或结合到移动 无线电通信装置中。贴片天线固有的优点是能够具有偏振分集。利用多个馈电点或具有不 对称贴片结构的单个馈电点可以容易地将贴片天线设计成具有垂直、水平、 右旋圆(RHCP)或左旋圆(LHCP)偏振。这种独特的性质使得贴片天线能 够用在可能具有不同要求的很多区域类型的通信链路中。图1示出了现有技术微带天线的范例。如图1所示，在电介质130上 设置四个导电贴片105-120。在电介质130下方设置底部"公共"地导体， 但图l中未示出。导电线105'-120'提供通往干线140的电连接，干线140 连接到中心馈线145。液晶显示器(一般縮写成LCD)是一种由光源或反射器前呈陈列布置的 任意数量的彩色或单色像素构成的薄平板显示装置。LCD的每个像素由两个 透明电极之间对齐的一层垂直分子以及偏振轴彼此垂直的两个偏振滤光器 构成。当偏振滤光器之间没有液晶时，通过一个滤光器的光将被电极阻挡。 对与液晶材料接触的电极表面进行处理以沿特定方向排列液晶分子。这种处理典型地包括利用布料单向摩擦薄的聚合物层(液晶排列方向由摩擦方 向确定)。在施加电场之前，由表面处的排列决定液晶分子的取向。在扭转向列 装置(最常见的液晶装置)中，两个电极处的表面排列方向是垂直的，因 此分子以螺旋形结构或扭曲的结构布置它们自己。因为液晶材料是双折射 的，通过一个偏振滤光器的光在通过液晶层时被螺旋状液晶转动，从而允 许其通过第二偏振滤光器。 一半的光被第一偏振滤光器吸收，但从别的方 面来看整个部件却是透明的。当跨越电极施加电压时，转矩发生作用，使液晶分子平行于电场排列， 扭曲了螺旋形结构(这受到弹性力的抵抗，因为分子被束缚在表面)。这样 减小了入射光偏振的旋转程度，装置看起来成为灰色。如果所施加的电压 足够大，使液晶分子完全不再扭曲，则在入射光通过液晶层时其偏振根本 不会旋转。那么该光将垂直于第二滤波器偏振，于是被完全阻挡，像素将 呈现为黑色。通过控制跨过每个像素中的液晶层施加的电压，可以允许光 通过不同的量，从而相应地照明该像素。图2示出了现有技术LCD的截面。如图2所示，LCD200包括可以是 玻璃的后面板205;通常也由玻璃制成的前面板210;位于两个面板之间的 液晶215;可以是铟/钛/氧化物(ITO)、铝等的背电极220;以及耦合到电 势230且一般由ITO制成的前电极225。可以单独地向每个电极225施加电 势230。在将电势施加到电极225时，其下本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种天线，包括：　后面板，所述后面板具有设置在其表面上的导电层；　顶面板；　可变介电常数材料，所述可变介电常数材料夹置在所述后面板和所述顶面板之间；　设置于所述顶面板上的至少一个辐射元件；以及　至少一条导线，所 述导线设置在所述顶面板上且耦合到所述至少一个辐射元件。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：DD哈兹扎，
申请(专利权)人：韦夫班德尔公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]