CN111247693B - 天线 - Google Patents

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Abstract

一种天线，包括：可变电介质常数(VDC)层；多个辐射贴片，其设置在VDC层上；多条信号线，每条信号线在辐射贴片中的一个的下方对准终止；多条控制线，每条控制线对应于信号线中的一条；接地平面；其中，VDC层包括：聚合物分散的液晶(PDLC)层或处于经聚合化的且剪切的状态的PDLC层。

Description

天线
相关申请的交叉引用
本申请要求享有于2017年10月19日提交的美国临时申请第62/574,680号的优先权，其公开内容以其整体通过引用并入本文。
技术领域
本公开总体上涉及液晶相位调制器和天线设备，并且更具体地涉及使用聚合物分散的液晶、剪切取向的(shear aligned)聚合物分散的液晶和堆叠的液晶层来控制RF设备(例如，天线)的电属性。
背景技术
近年来，与无线通信***相关的应用在不同领域中正在增加。未来的应用要求使用具有多频带和宽带能力的天线。相位调制器(并且特别是天线)应具有低轮廓、轻重量、低成本以及易于与微波设备集成等。为了将天线并入下一代电信硬件，与包括大型机械旋转盘的当前的天线设计不同，具有全向辐射模式、宽带宽和稳定增益的小尺寸天线是优选的。在先前的工作中已经提出使用可变电介质常数材料，特别是液晶(LC)。这种天线根据施加的电场力和方向来生成扫描RF波束，施加的电场力和方向可以由软件控制。以这种方式，焦平面扫描天线或通常的移相器能够在不使用机械移动的部件的情况下维持其低轮廓和尺寸。参见例如US 7,466,269；US 2014/0266897；US 2018/0062268；以及US 2018/0062238。
对于其中操作设备的波长在微波范围内的应用，要求的有源层厚度(即可变电介质材料(例如，液晶)的厚度)被要求为相当高：50-200μm、200-500μm、1000μm以及甚至高达若干毫米。另外地，天线/移相器设备的响应时间(τon、τoff)需要是充足的以支持基于分组的波束成形。对于各种应用(例如，正在跟踪快速移动目标的或被要求同时监视多个移动q固定目标的扫描焦平面阵列天线)，响应时间应甚至进一步降低，例如，降低到1μs或更低。然而，有源层厚度的增加导致***响应时间的增加。在基于向列的液晶材料或甚至铁电体的移相器/天线设备中，响应时间根据这样的一般等式与有源层厚度(r)相关：τon∝r2，这表示在有源层非常厚的情况下操作的设备不能达到根据***要求的超快的响应时间。
已经开发了聚合物分散的液晶(PDLC)材料，以用于光学设备调制通过PDLC材料的光线，参见例如US 8,054,413。PDLC由包含液晶畴(domain)的聚合物基体外壳组成，并且与标准液晶技术相比具有多种优势。特别地，PDLC不要求在两个基板上使用取向层(alignment layer)，因为液晶指向矢(director)的取向是在围绕液晶畴的基体材料上实现的。因此，如文献中所描述的，较厚的有源层是可实现的。在对PDLC的改进中，已经建议了SLC(应力液晶)材料，由此实际上产生了PDLC并且以产生椭圆形液晶畴的方式对该PDLC进行剪切。通过剪切聚合物，液晶畴在剪切方向上伸长，并且随着液晶畴被拉伸，使这些液晶畴取向。以这种方式，实际上使SLC中的液晶指向矢全部取向。该方法能够实现厚的有源层，其中在不需要取向层的情况下使所有液晶畴取向。
发明内容
包括以下公开内容的概述，以便提供对本发明的某些方面和特征的基本理解。该发明内容不是本发明的广泛综述，并且因此其并非旨在特别地标识本发明的关键或重要元素或描绘本发明的范围。该发明内容的唯一目的是以简化形式呈现本发明的一些概念，作为下面呈现的更详细描述的序言。
本发明的公开方面提供了一种包括PDLC或SLC层的RF设备(例如，天线或移相器)，以及用于制造这种设备的方法。结果是用于实现液晶能够达到的最高增量ε(Δε＝ε||-ε┴)的能力。另外，与对应的LC设备相比，上升时间和下降时间有很大的改进。在某些实施例中，SLC产生液晶指向矢在PDLC/SLC材料内部的均匀取向。
根据其他方面，提供了用于通过在聚合物基体上引入剪切力来在PDLC基体内的液晶畴中产生取向的方法。通过控制温度、LC和聚合物的相对浓度、聚合化工艺以及剪切速度、聚合化期间或聚合化之后的长度和持续时间，LC畴的大小和分布受到影响，并且在不使用表面取向层的情况下实现LC取向。
另一方面是提供用于在RF设备中或RF设备外部制造PDLC或SLC层的方法，该方法包括：预聚合化溶液混合，其为适于引起聚合物(固化的)与液晶相位(不可固化的)之间的相位分离的聚合化工艺；以及在PDLC层上施加剪切力以便产生SLC层的方法，其中液晶畴在剪切方向上伸长，并且使液晶指向矢在相同的剪切方向上取向。
在本发明的一般方面，提供了一种天线，该天线包括：可变电介质常数(VDC)层；多个辐射贴片，其设置在VDC层上；多条信号线，每条信号线在辐射贴片中的一个的下方对准终止；多条控制线，每条控制线对应于信号线中的一条；接地平面；其中，VDC层包括：聚合物分散的液晶(PDLC)层。在另一实施例中，PDLC层处于经聚合化的且剪切的状态。
附图说明
根据参考附图进行的详细描述，本发明的其他方面和特征将显而易见。应当认识到，详细描述和附图提供了由所附权利要求书限定的本发明的各种实施例的各种非限制性示例。
包含在本说明书中并构成本说明书的一部分的附图例示了本发明的实施例，并且连同说明书一起用于解释并说明本发明的原理。附图旨在以图解方式示出示例性实施例的主要特征。附图不旨在描绘实际实施例的每个特征或描绘所描绘元件的相对尺寸，并且不是按比例绘制的。
图1A是使用SLC层的天线的一个实施例的截面示意图；
图1B是具有耦合到每个辐射贴片的两条信号线的实施例的截面，该实施例可以被实现为PDLC或SLC，而图1C是其俯视图；
图1D是具有两个PDLC/SLC层和两个接地平面的实施例的截面，该实施例可以被实现为PDLC或SLC，而图1E是其俯视图；
图1F是具有修改后的层次序的实施例的截面；
图1G示出了不具有电介质载体膜并且还具有多个辐射贴片的PDLC层的实施例；
图1H示出了另一实施例，该实施例可以使用PDLC或SLC来实现；
图1I示出了利用图1H的结构的2x2阵列天线的实施例的俯视图；
图2示出了根据本发明的实施例的制造PDLC/SLC层的卷对卷(roll-to-roll)方法；
图3示出了LC层和对应的PDLC层的上升速率和下降速率；
图4是使用PDLC层的天线的一个实施例的截面示意图。
具体实施方式
现在将参考附图描述本发明的RF设备的实施例。不同的实施例或其组合可以用于不同的应用或实现不同的益处。取决于旨在实现的结果，可以单独地或与其他特征组合地、部分地或最大程度地利用本文公开的不同特征，从而平衡优点与要求和约束。因此，将参考不同的实施例但是不限于所公开的实施例突出某些益处。即，本文公开的特征不限于其中描述这些特征的实施例，而是可以与其他特征“混合并匹配”以及并入其他实施例中。
如上面所指出的，先前已经建议液晶(LC)层用于RF设备。然而，本发明人已经注意到，尽管LC层为光学设备提供了足够的性能，但是其响应时间对于RF或微波设备而言是相当慢的。因此，本发明人寻找了LC的替代方案，并且意外地发现PDLC的层提供比对应的LC层更快的响应时间。在图3中，发明人绘制了PDLC层和对应的LC层的上升(畴响应于施加的电场的取向)和下降(畴响应于移除电场的弛豫(relaxation))的数据。y轴示出了以度为单位的相移量，而x轴示出了以秒为单位的时间。以实线示出LC层的数据，而以虚线示出针对PDLC的数据。如图3中示出的，针对PDLC的上升时间和下降时间两者都比对应的LC层的上升时间和下降时间快。
本发明人还发现，如果将PDLC的液晶层制成足够厚，则可以将这些结构用作可变电介质，以控制RF或微波设备的操作特性，并且仍然维持快速且足够的响应时间。所使用的实际厚度取决于与RF设备一起使用的波长，并且通常可以在50微米到500微米之间。还根据单元中LC的tanδ来选择正确的单元厚度，因为增加单元厚度会增加整个设备的损耗。
图4示出了在RF/微波设备中使用PDLC的第一示例，在该示例中RF/微波设备是天线100。天线100具有辐射贴片105，该辐射贴片105通常以形成在电介质110上或粘附到电介质110的铜贴片的形式。电介质110可以是例如
Figure GDA0003765361550000051
电路板材料、玻璃、PET、Teflon等。在电介质110的底部与PDLC层120之间设置有接地平面115。耦合窗口125在接地平面中形成并且用于将RF能量耦合在辐射贴片105与信号线140之间。信号线耦合到输出端口，例如，同轴F连接器。因此，RF信号经由由PDLC层120形成的中间电介质层电容性地耦合在信号线140与辐射贴片105之间。还要注意，接地平面115、PDLC层120和信号线140形成电容器，该电容器的特性取决于PDLC层120的电介质常数值。
PDLC层120由顶部电介质层/膜122、底部电介质层/膜124、间隔物126和分散在形成PDLC的聚合物129中的液晶微畴128形成。在该实施例中，利用高的LC与聚合物比率，其中按重量计，LC/聚合物包括至少70％的LC，并且优选地包括至少80％的LC。另外地，未设置取向膜，使得微畴128内部的液晶(指向矢)是随机定向的，如标注A中示出的。令人惊讶的是，这种结构与具有取向层的LC膜相比具有更快的响应时间。
电极135经由控制线137耦合到控制器150，该控制器150将AC、DC或方波DC电位施加到电极135。当控制器将电位施加到电极135时，形成电场(由虚线箭头指示)，该电场使得电极135附近的微畴128中的每一个内部的液晶旋转与施加的电位相对应的量，如标注B中示出的。因此，在接地平面115与信号线140之间形成的电容器的特性改变。这可以用于控制在信号线140中行进的RF信号，以例如引起信号中的延迟或相移。当然，由于在弛豫状态(未施加电场)中，畴是随机定向的，所以改变的量比具有取向层的LC的情况下低。即，增量ε(Δε＝ε||-ε┴)低于如果起始或“关闭”状态仅垂直取向时可以达到的值ε┴。然而，特别是对于微波设备，该量是足够的，并且通过PDLC设备的优异的反应速度来补偿。
图1A示出了在RF/微波设备中使用SLC的第一示例，在该示例中RF/微波设备是天线100。天线100具有辐射贴片105，该辐射贴片105通常以形成在电介质110上或粘附到电介质110的铜贴片的形式。电介质110可以是例如
Figure GDA0003765361550000052
电路板材料、玻璃、PET、Teflon等。在电介质110的底部与PDLC层120之间设置有接地平面115。耦合窗口125在接地平面中形成并且用于将RF能量耦合在辐射贴片105与信号线140之间。信号线耦合到输出端口，例如，同轴F连接器。因此，RF信号经由由SLC层120形成的中间电介质层电容性地耦合在信号线140与辐射贴片105之间。还要注意，接地平面115、SLC层120和信号线140形成电容器，该电容器的特性取决于SLC层120的电介质常数值。
SLC层120由顶部电介质层/膜122、底部电介质层/膜124、间隔物126和分散在形成PDLC的聚合物129中的液晶微畴128形成。在该实施例中，利用高的LC与聚合物比率，其中按重量计，LC/聚合物包括至少70％的LC，并且优选地包括至少80％的LC。另外地，尽管没有设置取向膜，但是通过使用剪切来使在液晶微畴128内部的液晶取向。具体地，通过在顶部膜122与底部膜124之间施加剪切力，微畴128如图1A中示出地伸长。另外地，由于剪切力，使液晶微畴128内的LC畴全部在剪切力的方向上取向，如标注C中示出的。
电极135经由控制线137耦合到控制器150，该控制器150将AC、DC或方波DC电位施加到电极135。当控制器将电位施加到电极135时，形成电场(由虚线箭头指示)，该电场使得电极135附近的微畴128中的每一个内部的液晶畴旋转与施加的电位相对应的量，如标注D中示出的。在图1A中，微畴被示出为旋转以便传达这样的概念：每个液晶微畴128内部的LC畴都旋转，但是实际上微畴并不旋转，只有微畴128内部的LC才旋转。因此，在接地平面115与信号线140之间形成的电容器的特性改变。这可以用于控制在信号线140中行进的RF信号，以例如引起信号中的延迟或相移。当然，在该实施例中，由于在弛豫状态(未施加电场)下，畴在垂直方向上取向，所以改变的量比随机定向的PDLC的情况下高。即，增量ε(Δε＝ε||-ε┴)高，因为在起始或“关闭”状态下，畴是仅垂直取向的(ε┴)。
在图4中，液晶微畴128通常被示为球体，并且这些球体内的畴是随机定向的。在图1A中，液晶微畴128被示为椭圆形——以指示由于剪切力而引起的拉伸。为了示出在剪切取向的液晶微畴128中的LC畴旋转，示出了旋转的椭圆形。下面公开的以下实施例可以使用PDLC或SLC来实现。因此，作为快捷方式，该层将称为PDLC/SLC，并且将使用椭圆形图形。因此，本质上，每个图示出了两个可能的实施例，一个实施例使用PDLC，以及一个实施例使用SLC。
在图4和图1A的示例中，仅示出了一个辐射贴片和一条信号线，但是可以在二维阵列中重复该布置，以由此形成电子可控天线。在这种布置中，可以设置多条控制线，一条控制线针对信号线中的每一条。另外，接地平面将具有多个耦合窗口，一个耦合窗口对应于每条信号线以及该信号线的对应辐射贴片。
因此，根据一个实施例，提供了一种天线，该天线包括：电介质板；至少一个辐射贴片，其设置在电介质板上；具有至少一个窗口的接地平面，其中，每个辐射贴片与一个窗口对准；至少一条信号线，其中，每条信号线被配置用于将RF信号电容性地耦合到一个辐射贴片；以及聚合物分散的液晶(PDLC)层，其设置在信号线与接地平面之间，并且包括顶部电介质膜、底部电介质膜、设置在顶部电介质膜与底部电介质膜之间的多个间隔物、设置在顶部电介质膜与底部电介质膜之间的聚合物层以及分散在聚合物层中的多个液晶微畴。间隔物可以由例如玻璃、PS(聚苯乙烯)、PE(聚乙烯)、PP(聚丙烯)、PMMA、二氧化硅、乙酸纤维素、氧化锆、丙烯酸或环氧树脂等制成。另外，聚合物层可以是剪切应力的，因此形成SLC层。
图4和图1A示出了示例，其中每个贴片具有与其耦合的一条信号线。另一方面，图1B和图1C示出了实施例，其中每个辐射贴片具有与其耦合的两条信号线，其中两条信号线彼此正交。图1B和图1C的实施例的元件与图4或图1A的实施例中的元件相同，除了在第一信号线140的下方设置有另一电介质层132以及在第二电介质层132的下方设置有正交的第二信号线142之外。在该实施例中，一条信号线可以用于发送，而另一条信号线可以用于接收。在另一种实现方式中，两条信号线可以用于通过将控制信号以使信号线中一条中的信号相对于另一条信号线中的信号延迟的方式施加到电极135而生成经圆极化的信号。当然，与图4和图1A的实施例一样，图1B和图1C的实施例可以使用多个辐射贴片和对应的信号线和控制线来实现。
图1D和图1E示出了实施例，其中可以独立地控制每条信号线135、142的传输特性。值得注意的是，该实施例利用多个接地平面，每个接地平面具有对准的窗口以将RF信号耦合在辐射贴片与对应的信号线之间。正如同其他实施例一样，可以利用多个辐射贴片来实现该布置。当该布置被实现为二维阵列时，可以通过施加到多条控制线的控制信号在半球空间中沿任何方向引导波束，以便独立地控制施加到每条信号线的延迟。
如图1D中示出的，通过向电极135施加控制信号因此旋转在PDLC/SLC层120中的LC微畴来控制在信号线140中传播的信号，并且通过向电极138施加控制信号因此旋转在PDLC/SLC层121中的LC微畴来控制在信号线142中传播的信号。因此，在一个示例中，信号相对于彼此延迟90°，以便产生圆极化。
因此，图1D和图1E的实施例提供了一种具有多个PDLC/SLC层和多个接地平面的天线，该天线包括：顶部电介质层；多个辐射贴片，其设置在顶部电介质层上；第一液晶层，其位于顶部电介质层的下方；第一接地平面，其具有多个窗口，每个窗口与辐射贴片中的一个对准；多条第一信号线，每条第一信号线与辐射贴片中的一个对准终止；多条第一控制线，每条第一控制线与第一信号线中的一条对准；第二液晶层；第二接地平面，其具有多个窗口，每个窗口与辐射贴片中的一个对准；多条第二信号线，每条第二信号线与辐射贴片中的一个对准终止；以及多条第二控制线，每条第二控制线与第一信号线中的一条对准；其中，第一液晶层和第二液晶层中的每一个包括顶部电介质、底部电介质、设置在顶部电介质与底部电介质之间的多个间隔物、设置在电介质与底部电介质之间的聚合物层以及分散在聚合物层中的多个液晶微畴。聚合物层可以是剪切应力的聚合物层。
在所示的实施例中，以这样的次序从上到下布置层：辐射贴片，顶部电介质层，第一接地平面，第一(可选地为应力的)液晶层，第一控制线，第一信号线，第二接地平面，第二(可选地为应力的)液晶层，第二控制线和第二信号线。另外，如所示的，在各种信号线、控制线和接地平面之间设置有各种中间电介质层。然而，应当注意，所示出的层的次序不是强制性的，并且可以利用其他次序。例如，图1F示出了具有多个PDLC/SLC层和多个接地平面的实施例，但是是以与图1D的次序不同的次序示出的。
图1F示出了与图1D的实施例类似的实施例，除了层的次序是不同的之外。在图1F中，第一信号线140设置在辐射贴片105的下方，但是在第一接地平面115的上方并且在第一PDLC/SLC层120的上方。第一控制线135可以设置在第一PDLC/SLC层120的上方或下方。第一接地平面115设置在第一PDLC/SLC层120的下方。虽然在该实施例中，第一接地平面115具有窗口125，但是窗口125用于将信号耦合到第二信号线142，并且因此针对第二信号线142而不是第一信号线140对准。针对第一信号线140的信号通过顶部电介质110直接耦合到辐射贴片105。
如所指示的，由于第二信号线142在第一接地平面的下方但是在第二PDLC/SLC层121的上方，因此使第一接地平面中的窗口125对准以耦合来自第二信号线142的RF信号。第二接地平面117设置在第二信号线142的下方，并且因此不要求窗口。第二控制线138可以设置在第二PDLC/SLC层121的下方或上方。
因此，提供了一种具有多个接地平面和多个可变电介质层的RF天线，该RF天线包括：顶部电介质层；多个辐射贴片，其设置在顶部电介质上；第一可变电介质常数(VDC)层；第一接地平面，其具有多个窗口，每个窗口与辐射贴片中的一个对准；多条第一信号线，每条第一信号线在第一接地平面的窗口中的一个的下方终止；多条第一控制线，每条第一控制线被配置为控制在第一信号线中的一条附近的第一VDC层的液晶畴；第二VDC层，其设置在第一VDC层的下方；第二接地平面，其具有多个窗口，每个窗口与辐射贴片中的一个对准；多条第二信号线，每条第二信号线在第二接地平面的窗口中的一个的下方终止；以及多条第二控制线，每条第二控制线被配置为控制在第二信号线中的一条附近的第二VDC层的液晶畴。
在制造用于RF设备的PDLC/SLC时，封装液晶单元(PDLC或SLC)的两个相对的电介质基板可以由任何期望的非导电材料制成，无论是透明的还是不透明的，因为没有光学考虑因素。可以通过例如沉积(例如，蒸发、电镀、无电解镀等)来制造控制电极，可以使用导电墨水或糊剂等在控制电极上印刷。如本文公开的实施例中示出的，控制电极可以位于液晶单元的任一侧上以生成RF设备的功能所要求的电场。控制电极和信号线材料可以是一种类型的导电材料，特别是金属，例如，金(Au)、银(Ag)、钛(Ti)、铜(Cu)、铂(Pt)或其他金属和/或金属分层或合金。在两个基板之间，放置绝缘材料制成的间隔物，以固定并维持期望的单元间隙。
单元组装后，将液晶和聚合物前驱体混合，其中LC的重量比率超过70％，并且利用液体混合物填充单元。液晶的相位分离为非固化的(液体相位)液晶畴和固化的聚合物(固体相位)经由多种可能的方式实现，例如，聚合化引起的相位分离(PIPS)、溶剂引起的相位分离(SIPS)、非溶剂引起的相位分离(NIPS)、热引起的相位分离(TIPS)、基于乳状液的PDLC以及如本领域已知的其他方法。所得到的结构是PDLC层。在PDLC中，液晶畴通常为球体或非晶形，并且在这些液晶畴中，液晶指向矢本身是自由定向的，并且没有任何总体方向。这种PDLC膜可以用于所公开的实施例中。
为了获得SLC膜，将剪切动作施加到PDLC的顶部基板或底部基板上(顶部表面和底部表面的任何相对移动将在PDLC上生成这种剪切效果)。剪切可以在相位分离过程期间或之后完成。在剪切之后，SLC包含在剪切方向上的伸长的液晶畴。现在将该膜称为应力液晶(SLC)，并且在伸长的液晶畴本身中，液晶指向矢指向相同的方向——剪切方向。随之而来的是，由此使液晶在整个SLC的整体中取向，无论SLC厚度和长度如何。与例如LCD屏幕中的液晶单元不同，在这种SLC介质中，不需要基板上的取向层。此外，单元间隙或高度可以比LCD液晶单元高得多，但仍然维持LC畴取向。当施加电场时(通常在两个相对的电极之间)，液晶指向矢平行于电场方向旋转，并且通过这样做来改变其电介质常数。
相位分离阶段是影响设备最终性能的关键参数。最初，必须选择正确的聚合物/预聚物和液晶(或其混合物)，使得液晶尽可能少地溶解在聚合物中，并且使得在进行相位分离时，可实现最高程度的相位分离。
最初，将预聚物和LC混合物加热到高于LC本征温度的温度，使得当LC为其液体形式时发生相位分离。在相位分离阶段之后，将单元的温度降低至Tn，并且继续进行相位分离，直到整个预聚物为聚合化的并且LC尽可能少地溶解在聚合物基体中为止。为了在LC畴中实现高度的LC指向矢的取向，优选地使LC畴尽可能小，同时仍然允许LC分子移动和自旋能力。随后，当剪切聚合物(或在一个或两个方向上拉伸)时，将使LC指向矢在剪切方向上强烈地取向，该剪切方向平行于单元的顶部基板和底部基板(或载体膜)。
PDLC和/或SLC层可以通过卷对卷方法或使用预切割的薄聚合物片来生产。通过维持两个包围的载体膜之间的间隙并使三层膜聚合化，以与前面描述的相同的相位分离方法形成PDLC。然后，PDLC可以用于所公开的实施例中的任一个中。如果所使用的聚合物没有完全地聚合化，或者如果所使用的聚合物本质上是热塑性的，则剪切或(在一个或两个方向上的)拉伸的第二阶段将产生SLC层，该层固定在两个聚合物膜之间。随后，可以将3层聚合物(两个包围的聚合物膜和在中间的SLC)放置在RF设备内部，而无需在RF设备内部进行整个化学和机械过程。以这种方式，将大大简化生产。另一种选择是使用卷对卷技术，可以调整制造***，使得基板中的一个比另一个移动得更快，从而进行剪切并且得到剪切的且取向的、最终的经聚合化的三层膜。
图2示出了根据本发明的实施例的制造PDLC/SLC层的卷对卷方法。在图2中，供应卷201提供了柔性绝缘材料(例如，PET、聚合物纳米复合材料、
Figure GDA0003765361550000111
(可从Du Pont获得)、
Figure GDA0003765361550000112
低损耗电介质(可从英国伦敦的Laird PLC的Emerson&Cuming获得)等)的连续带202。同时，供应卷211提供了由与带202相同或类似的材料制成的绝缘材料的连续带112。绝缘带212穿过间隔物台205，其中间隔物形成或沉积在绝缘带212的顶表面上。
在PDLC台208中，将聚合物前驱体和液晶微畴的混合物沉积到带202上。然后，将顶部膜和底部膜放在一起，并进入聚合化台218以进行相位分离和固化。聚合化台218可以根据已经提到的原理中的任一项(例如，PIPS、SIPS、NIPS等)进行操作。在聚合化台218之后，若干种选择是可用的。例如，现在可以将膜切割成一定尺寸，并且每个切片可以用于形成RF或微波设备，如本文所公开的。如果SLC是期望的，则可以将切片转移到剪切台，以将剪切力单独地施加到每个切片。
可替代地，可以在切割膜之前通过剪切台220施加剪切力。例如，可以例如使用夹具或钳子222停止膜的供应，而顶部膜或底部膜中的一个仍然例如被卷224拉动，因此在顶部膜与底部膜之间产生相对剪切运动。
在剪切台220之后，可以将膜切割为一定尺寸。可替代地，如图2中示出的，使用剥离台225剥离顶部膜或底部膜或两个膜，以便拉伸剪切的且经聚合化的PDLC/SLC层，然后可以将该剪切的且经聚合化的PDLC/SLC层切割成一定尺寸。然后，该层仅包含完全聚合化的膜，该膜仅由LC和周围的聚合物基体构成。通过实现这一点，有源层的总体电介质常数更接近LC的电介质常数，并且电介质常数的增量维持较高，从而为RF设备生成了更高的电子性能。可以对PDLC膜执行相同的过程。
图1G示出了实施例，其中在固化和剪切之后，将顶部载体膜和底部载体膜从PDLC中移除。通常，图1G的实施例类似于图4的实施例，除了不使用载体电介质膜122和124之外。在该实施例中，在完成PDLC/SLC层的准备之后，移除载体电介质膜，并且相邻的金属层直接接触经聚合化的材料129。在该特定实施例中，金属层接地平面115和控制线135与经聚合化的材料129直接物理接触。例如，接地平面115和/或控制线135可以直接形成在经聚合化的材料129上或粘附到经聚合化的材料129。相同的实现方式可以在本文公开的其他实施例中的任一个中完成。
尽管在图1G中仅示出两个辐射贴片105和105a，但是图1G中示出的可以使用本文公开的其他实施例中的任一个来实现的另一特征具有多个辐射贴片。在该实施例中，使用辐射线140和140a经由对应的窗口125和125a独立地馈送每个辐射贴片的信号。另外，每条信号线的电介质常数由对应的控制线135和135a独立地控制。因此，当在阵列中设置有多个辐射贴片时，可以独立地控制每条信号线的电介质，由此向每条线引入不同的延迟，因此引导或扫描波束。
图1H示出了另一实施例，该实施例可以使用PDLC或SLC来实现。图1H的布置与图4的实施例的不同之处在于，曲折的延迟线136使用接触过孔137连接到辐射贴片105。该延迟线通过接触过孔137将RF/微波信号欧姆地耦合到辐射贴片。然后，该信号通过接地平面115中的窗口125电容性地耦合到信号线。PDLC或SLC层设置在曲折的延迟线与接地平面之间。图1I示出了利用图1H的结构的2×2阵列天线的俯视图，该图1I更好地示出了曲折的延迟线136和窗口125在接地平面中的位置。
在图1H中，控制信号被施加到曲折的延迟线，以便控制延迟线下方的液晶的定向。相反，如虚线中示出的，可以将控制信号施加到辐射贴片105。在这种情况下，由于辐射贴片通过接触过孔欧姆地连接到延迟线，所以控制信号也分布到延迟线。
因此，提供了一种天线，该天线包括：顶部电介质板；多个辐射贴片，其设置在电介质板上；多条曲折的延迟线，其设置在电介质板的下方；多个接触过孔，每个接触过孔将曲折的延迟线中的一条连接到辐射贴片中的一个；VDC层，其设置在多条曲折的延迟线的下方；接地平面，其设置在VDC层的下方，并且具有多个窗口，每个窗口在延迟线中的一条的下方对准；以及多条信号线，每条信号线在窗口中的一个的下方对准；其中，VDC板包括PDLC或SLC中的一个。
应该理解的是，本文所描述的过程和技术并非固有地与任何特定装置相关，并且可以通过组件的任何适当组合来实现。此外，根据本文所描述的教导，可以使用各种类型的通用设备。已经关于特定示例描述了本发明，这些特定示例在所有方面都旨在是说明性而非限制性的。本领域技术人员将认识到，许多不同的组合将适合于实践本发明。
此外，根据本文公开的发明的说明书和实践的考虑因素，本发明的其他实现方式对于本领域技术人员将是显而易见的。所描述的实施例的各个方面和/或组件可以单独使用或以任何组合使用。旨在认为说明书和示例仅是示例性的，其中本发明的真实范围和精神由所附权利要求书指示。

Claims (18)

1.一种天线，包括：
可变电介质常数(VDC)层；
多个辐射贴片，其被设置在所述VDC层上；
多条信号线；
多条控制线，每条控制线对应于所述信号线中的一条信号线；
多条曲折的延迟线，每条所述曲折的延迟线对应于所述信号线中的一条信号线并且被利用接触部连接到所述辐射贴片中的一个辐射贴片；
接地平面，所述接地平面具有多个窗口，其中，RF/微波信号通过相应的窗口电容性地耦合在信号线和延迟线之间；
其中，所述VDC层包括聚合物分散的液晶(PDLC)层，其中，所述PDLC层处于经聚合化的且剪切的状态，并且所述PDLC层设置在所述曲折的延迟线与所述接地平面之间。
2.根据权利要求1所述的天线，其中，所述接地平面包括多个窗口，每个窗口在所述曲折的延迟线中的一条曲折的延迟线与所述信号线中的对应的一条信号线之间的视线的直线上对准。
3.根据权利要求1所述的天线，其中，所述VDC层还包括顶部电介质膜和底部电介质膜、分布在所述顶部电介质膜与所述底部电介质膜之间的间隔物，并且其中，所述PDLC分散在所述间隔物之中。
4.根据权利要求3所述的天线，其中，所述信号线被设置在所述顶部电介质膜上，并且所述接地平面被设置在底部电介质平面的下方。
5.根据权利要求1所述的天线，其中：
所述VDC层还包括顶部电介质膜和底部电介质膜、分布在所述顶部电介质膜与所述底部电介质膜之间的间隔物，并且其中，所述PDLC分散在所述间隔物之中；
所述信号线被设置在所述顶部电介质膜的上方；并且
所述控制线被设置在所述底部电介质膜的下方。
6.根据权利要求1所述的天线，其中：
所述VDC层还包括顶部电介质膜和底部电介质膜、分布在所述顶部电介质膜与所述底部电介质膜之间的间隔物，并且其中，所述PDLC分散在所述间隔物之中；
所述信号线被设置在所述底部电介质膜的下方；并且
所述接地平面被设置在所述顶部电介质膜的上方，并且包括多个窗口，每个窗口在所述曲折的延迟线中的一条曲折的延迟线与所述信号线中的对应的一条信号线之间的视线的直线上对准。
7.根据权利要求1所述的天线，还包括多条正交信号线，每条正交信号线在所述辐射贴片中的一个辐射贴片的下方并且在所述多条信号线中的一条信号线的正交方向上对准终止。
8.根据权利要求7所述的天线，还包括第二接地平面。
9.根据权利要求8所述的天线，其中，所述第二接地平面包括多个窗口，每个窗口在所述曲折的延迟线中的一条曲折的延迟线与所述正交信号线中的对应的一条正交信号线之间的视线的直线上对准。
10.根据权利要求7所述的天线，还包括多条第二控制线，每条第二控制线对应于所述正交信号线中的一条正交信号线。
11.根据权利要求7所述的天线，还包括第二VDC层，其位于所述多条信号线与所述多条正交信号线之间。
12.根据权利要求1所述的天线，其中，所述VDC层还包括顶部膜、底部膜以及在所述顶部膜与所述底部膜之间的多个间隔物，并且其中，所述PDLC分散在所述间隔物之中。
13.一种天线，包括：
电介质板；
多个辐射贴片，其被设置在所述电介质板上；
具有多个窗口的接地平面；
多条延迟线，每条所述延迟线被利用接触部连接到所述辐射贴片中的一个辐射贴片；
多条第一信号线，其中，每条第一信号线被配置用于通过所述窗口中的一个窗口将RF信号电容性地耦合到所述延迟线中的一条延迟线；以及，
液晶层，其被设置在所述第一信号线与所述接地平面之间，并且包括：顶部电介质膜、底部电介质膜、被设置在所述顶部电介质膜与所述底部电介质膜之间的多个间隔物、被设置在所述顶部电介质膜与所述底部电介质膜之间的聚合物层以及分散在所述聚合物层中的多个液晶微畴，其中，所述聚合物层包括剪切应力的聚合物层，并且所述液晶微畴包括剪切取向的畴。
14.根据权利要求13所述的天线，还包括多条控制线，每条控制线对应于所述第一信号线中的一条第一信号线。
15.根据权利要求14所述的天线，其中，所述控制线中的任一条控制线均不接触所述第一信号线中的任一条第一信号线。
16.根据权利要求13所述的天线，还包括：
多条第二信号线，其位于至少一条所述第一信号线的下方；以及，
第二接地平面。
17.根据权利要求16所述的天线，其中，所述第二接地平面位于所述多条第二信号线的下方。
18.根据权利要求16所述的天线，其中，所述多条第二信号线中的每一条第二信号线与所述多条第一信号线中的一条第一信号线正交地定向。
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