CN118251803A - 用于电子设备的聚合物组合物 - Google Patents

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Abstract

公开了一种聚合物组合物，其包含分布在含有至少一种热致性液晶聚合物的聚合物基质内的介电填料。该聚合物组合物表现出在2GHz频率下测定的约0.01或更小的耗散因数和在2GHz频率下测定的约6或更大的介电常数。

Description

用于电子设备的聚合物组合物
相关申请
本申请基于并要求申请日为2021年11月15日的美国临时专利申请序列号63/279,306的优先权，其通过引用并入本文。
背景技术
5G***中将采用各种类型的电子组件，例如天线元件。不幸的是，5G应用中遇到的高频下发送和接收通常会导致功耗和热量产生增加。因此，传统电子组件中常用的材料会对高频性能产生负面影响。因此，需要改进用于5G天线***的电子组件。
发明内容
根据本发明的一个实施方式，公开了一种聚合物组合物，其包含分布在含有至少一种热致性液晶聚合物的聚合物基质内的介电填料。该聚合物组合物表现出在2GHz频率下测定的约0.01或更小的耗散因数、在2GHz频率下测定的约6或更大的介电常数和在1,000s-1的剪切速率和比聚合物组合物的熔融温度约高约15℃的温度下测定的约0.1至约65Pa-s的熔体粘度。
根据本发明的另一实施方式，公开了一种天线***，其包括其上设置有天线元件的基板以及覆盖基板和天线元件的盖。基板、盖或两者包含聚合物组合物，该聚合物组合物包含分布在含有至少一种热致性液晶聚合物的聚合物基质内的介电填料。该聚合物组合物表现出在2GHz频率下测定的约0.01或更小的耗散因数和在2GHz频率下测定的约6或更大的介电常数。
下面更详细地阐述本发明的其他特征和方面。
附图说明
本发明的完整且可行的公开内容，包括对本领域技术人员而言最佳的模式，在说明书的其余部分中更具体地阐述，包括参考附图，其中：
图1为可采用本发明的聚合物组合物的电子设备的一个实施方式的透视图；
图2是可与无线通信电路一起使用的电子设备的一个实施方式的示意图；
图3是可以使用控制电路进行调整以引导信号波束的相控天线阵列的一个实施方式的图；
图4是可采用本发明的聚合物组合物的贴片天线的一个实施方式的透视图；
图5是具有覆盖层的电子设备的一个实施方式的侧视图；
图6是可抵靠覆盖层安装的相控天线阵列的一个实施方式的横截面侧视图；以及
图7是具有天线单元重复图案的相控天线阵列的一个实施方式的俯视图。
具体实施方式
本领域普通技术人员应当理解，当前讨论仅是对示例性实施方式的描述，并且不旨在限制本发明的更广泛的方面。
一般而言，本发明涉及一种聚合物组合物，其包含分布在含有至少一种热致性液晶聚合物的聚合物基质内的介电填料。通过选择性地控制组合物的各个方面，本发明人发现了，所得组合物能够保持高介电常数和低耗散因数的独特组合以用于介电层，例如采用相控天线阵列的介电层。例如，聚合物组合物可以表现出高介电常数，通过***柱谐振器方法在2GHz或5GHz频率下测定，在一些实施方式中约为6或更高，在一些实施方式中约为8或更高，在一些实施方式中约为10或更高，在一些实施方式中约为10至约30，在一些实施方式中约为11至约25，在一些实施方式中约为12至约24。这种高介电常数可以促进形成薄层的能力，并且还允许使用多个导电元件(例如天线)，这些导电元件同时工作且仅具有最小程度的电干扰。耗散因数(能量损失率的量度)也可能相对较低，通过***柱谐振器方法在2GHz或5GHz频率下测定，例如为约0.01或更低，在一些实施方式中为约0.009或更低，在一些实施方式中为约0.008或更低，在一些实施方式中为约0.0001至约0.007。值得注意的是，本发明人还惊讶地发现，即使暴露于各种温度(例如约-30℃至约100℃的温度)，介电常数和耗散因数也可以维持在上述范围内。例如，当进行本文所述的热循环测试时，热循环后的介电常数与初始介电常数的比率可为约0.8或更高，在一些实施方式中为约0.9或更高，在一些实施方式中为约0.95至约1.1。同样地，暴露于高温后的耗散因数与初始耗散因数的比率可以为约1.3或更小，在一些实施方式中为约1.2或更小，在一些实施方式中为约1.1或更小，在一些实施方式中为约1.0或更小，在一些实施方式中为约0.95或更小，在一些实施方式中为约0.1至约0.95，在一些实施方式中为约0.2至约0.9。耗散因数的变化(即，初始耗散因数-热循环后的耗散因数)的范围也可以在约-0.1至约0.1内，在一些实施方式中为约-0.05至约0.01内，以及在一些实施方式中为约-0.001至0内。
传统上，认为具有高介电常数和低耗散因数组合的聚合物组合物不会也具有足够低的熔体粘度，因此它不能轻易流入模具的腔体以形成小尺寸的介电层。然而，与传统想法相反，已发现聚合物组合物具有优异的熔融加工性。例如，聚合物组合物可以具有超低的熔体粘度，如根据ISO 11443:2021在1,000秒-1的剪切速率和比聚合物组合物的熔融温度高约15℃的温度下测定的，例如为约0.1至约65Pa-s，在一些实施方式中为约0.1至约50Pa-s，在一些实施方式中为约0.2至约45Pa-s，在一些实施方式中为约0.5至约40Pa-s，以及在一些实施方式中为约1至约35Pa-s。当然，在其他实施方式中，可采用更高的熔体粘度，例如至多约100Pa-s，以及在一些实施方式中至多约75Pa-s。
该聚合物组合物还具有优异的热性质。该组合物的熔融温度例如可以为约280℃至约400℃，在一些实施方式中为约290℃至约380℃，在一些实施方式中为约300℃至约350℃。即使在这样的熔融温度下，载荷挠曲温度(“DTUL”)(短期耐热性的量度)与熔融温度的比率仍可能保持相对较高。例如，该比率可以为约0.5至约1.00，在一些实施方式中为约0.6至约0.95，在一些实施方式中为约0.65至约0.85。具体DTUL值例如可以为约200℃或更高，在一些实施方式中为约220℃或更高，在一些实施方式中为约230℃至约300℃，在一些实施方式中为约240℃至约280℃。除其他外，如此高的DTUL值可以允许使用高速可靠的表面贴装工艺将结构与电子组件的其他组件进行配合。
聚合物组合物还可以具有高冲击强度，这在形成薄层时是有用的。例如，如根据ISO测试ISO179-1:2010号在23℃的温度下测定的，组合物可具有约0.5kJ/m2或更大、在一些实施方式中为约1至约60kJ/m2、在一些实施方式中为约2至约50kJ/m2、以及在一些实施方式中约5至约45kJ/m2的简支梁缺口冲击强度。该组合物的拉伸和弯曲机械性质也可以是良好的。例如，聚合物组合物可以表现出：约20至约500MPa的拉伸强度，在一些实施方式中为约50至约400MPa，并且在一些实施方式中为约70至约350MPa；约0.4％或更大的拉伸断裂应变，在一些实施方式中为约0.5％至约10％，以及在一些实施方式中为约0.6％至约3.5％；和/或约5,000MPa至约20,000Mpa的拉伸模量，在一些实施方式中为约8,000MPa至约20,000MPa，并且在一些实施方式中为约10,000MPa至约20,000MPa。拉伸性质可根据ISO测试527:2019号在23℃的温度下测定。聚合物组合物还可以表现出：约20至约500MPa的弯曲强度，在一些实施方式中为约50至约400MPa，以及在一些实施方式中为约100至约350MPa；约0.4％或更大的弯曲伸长率，在一些实施方式中为约0.5％至约10％，以及在一些实施方式中为约0.6％至约3.5％；和/或约5,000MPa至约20,000Mpa的弯曲模量，在一些实施方式中为约8,000MPa至约20,000MPa，并且在一些实施方式中为约10,000MPa至约15,000MPa。弯曲性质可根据178:2019在23℃的温度下测定。
现在将更详细地描述本发明的各种实施方式。
I.聚合物组合物
A.聚合物基质
聚合物基质包含一种或多种热致性液晶聚合物。液晶聚合物一般被分类为“热致性”，因为液晶聚合物可拥有棒状结构且在其熔融状态下表现出结晶行为(例如，热致性向列状态)。该聚合物组合物中使用的液晶聚合物的熔融温度通常为约280℃至约400℃，在一些实施方式中为约290℃至约380℃，以及在一些实施方式中为约300℃至约350℃。如本领域中所熟知的，可以使用差示扫描量热法(Differential scanning calorimetry，DSC)来确定熔融温度，例如通过ISO 11357-3:2018测定。如本领域已知的，这种聚合物可以由一种或多种类型的重复单元形成。液晶聚合物可以，例如，含有一种或多种通常由下式(I)表示的芳族酯重复单元：
其中，
环B为取代或未取代的6元芳基(例如，1,4-亚苯基或1,3-亚苯基)、与取代或未取代的5元或6元芳基稠合的取代或未取代的6元芳基(例如，2,6-萘)、或与取代或未取代的5元或6元芳基连接的取代或未取代的6元芳基(例如，4,4-亚联苯基)；以及
Y1和Y2独立地为O、C(O)、NH、C(O)HN或NHC(O)。
通常，Y1和Y2中的至少一个为C(O)。这种芳族酯重复单元的实例可以包括：例如，芳族二羧基重复单元(式I中的Y1和Y2为C(O))、芳族羟基羧基重复单元(式I中的Y1为O，且Y2为C(O))、及它们的各种组合。
例如，可以使用衍生自芳族羟基羧酸，例如4-羟基苯甲酸、4-羟基-4'-联苯羧酸、2-羟基-6-萘甲酸、2-羟基-5-萘甲酸、3-羟基-2-萘甲酸、2-羟基-3-萘甲酸、4'-羟苯基-4-苯甲酸、3'-羟苯基-4-苯甲酸、4'-羟苯基-3-苯甲酸等，以及其烷基、烷氧基、芳基和卤素取代物及它们的组合的芳族羟基羧基重复单元。特别合适的芳族羟基羧酸为4-羟基苯甲酸(HBA)和6-羟基-2-萘甲酸(HNA)。当使用时，衍生自羟基羧酸(例如，HBA和/或HNA)的重复单元通常占聚合物的约20mol.％至约85mol.％，在一些实施方式中约约30mol.％至约80mol.％，以及在一些实施方式中约40mol.％至75mol.％。
也可以使用衍生自芳族二羧酸，例如对苯二甲酸、间苯二甲酸、2,6-萘二甲酸、二苯醚-4,4'-二羧酸、1,6-萘二甲酸、2,7-萘二甲酸、4,4'-二羧基联苯、双(4-羧基苯基)醚、双(4-羧基苯基)丁烷、双(4-羧基苯基)乙烷、双(3-羧基苯基)醚、双(3-羧基苯基)乙烷等，以及其烷基、烷氧基、芳基和卤素取代物及它们的组合的芳族二羧基重复单元。特别合适的芳族二羧酸可以包括：例如，对苯二甲酸(“TA”)、间苯二甲酸(“IA”)和2,6-萘二甲酸(“NDA”)。当使用时，衍生自芳族二羧酸(例如，IA、TA和/或NDA)的重复单元通常占聚合物的约1mol.％至约50mol.％，在一些实施方式中约5mol.％至约40mol.％，以及在一些实施方式中约10mol.％至约35mol.％。
其他重复单元也可以用于该聚合物中。在某些实施方式中，例如，可以使用衍生自芳族二醇，例如，对苯二酚、间苯二酚、2,6-二羟基萘、2,7-二羟基萘、1,6-二羟基萘、4,4'-二甲基联苯(或4,4'-联苯酚)、3,3'-二羟基联苯、3,4'-二羟基联苯、4,4'-二羟基联苯醚、双(4-羟基苯基)乙烷等，以及其烷基、烷氧基、芳基和卤素取代物及它们的组合的重复单元。特别合适的芳族二醇可以包括，例如对苯二酚(HQ)和4,4'-联苯酚(BP)。当使用时，衍生自芳族二醇(例如，HQ和/或BP)的重复单元通常占聚合物的约1mol.％至约50mol.％，在一些实施方式中约5mol.％至约40mol.％，以及在一些实施方式中约10mol.％至约35mol.％。也可以使用例如衍生自芳族酰胺(例如，对乙酰氨基酚(APAP))和/或芳族胺(例如，4-氨基苯酚(AP)、3-氨基苯酚、1,4-苯二胺、1,3-苯二胺等)等的重复单元。当使用时，衍生自芳族酰胺(例如，APAP)和/或芳族胺(例如，AP)的重复单元通常占聚合物的约0.1mol.％至约20mol.％，在一些实施方式中约0.5mol.％至约15mol.％，以及在一些实施方式中约1mol.％至约10mol.％。还应当理解，可以将各种其他单体重复单元并入到该聚合物中。例如，在某些实施方式中，该聚合物可以含有衍生自非芳族单体(例如脂肪族或脂环族羟基羧酸、二羧酸、二醇、酰胺、胺等)的一种或多种重复单元。当然，在其他实施方式中，由于该聚合物缺少衍生自非芳族(例如，脂肪族或脂环族)单体的重复单元，该聚合物可以为“全芳族”。
尽管不一定需要，但从液晶聚合物含有相对较高含量的衍生自萘羟基羧酸和萘二羧酸(例如NDA、HNA)或其组合的重复单元的方面来看，至少一种液晶聚合物通常用于为“高萘”聚合物的聚合物基质。也就是说，衍生自萘羟基羧酸和/或萘二羧酸(例如，NDA，HNA，或HNA和NDA的组合)的重复单元的总量通常为聚合物的约10mol.％或更多，在一些实施方式中为约15mol.％或更多，在一些实施方式中为约20mol.％至约80mol.％，在一些实施方式中为约30mol.％至约70mol.％，在一些实施方式中为约40mol.％至约60mol.％。与许多常规的“低萘”聚合物相反，据信所得的“高萘”聚合物能够表现出良好的热性质和机械性质。
在一个特定实施方式中，例如，液晶聚合物可以包含衍生自HNA的重复单元，该重复单元的含量为20mol.％至约80mol.％，在一些实施方式中为约30mol.％至约70mol.％，以及在一些实施方式中为约40mol.％至约60mol.％。该液晶聚合物还可以包含各种其他单体。例如，聚合物可以包含衍生自HBA的重复单元，该重复单元的含量为约0.1mol.％至约15mol.％，以及在一些实施方式中为约0.5mol.％至约10mol.％，以及在一些实施方式中为约1mol.％至约5mol.％。当使用时，衍生自HBA的重复单元与衍生自HNA的重复单元的摩尔比可以选择性地控制在特定范围内以帮助实现所需的性质，例如约5至约40，在一些实施方式中为约10至约35，以及在一些实施方式中为约20至约30。聚合物还可以包含衍生自以下的重复单元：芳族二羧酸(例如，IA和/或TA)，其含量为约10mol.％至约40mol.％，以及在一些实施方式中为约20mol.％至约30mol.％；和/或芳族二醇(例如，BP和/或HQ)，其含量为约10mol.％至约40mol.％，以及在一些实施方式中为约20mol.％至约30mol.％。然而，在某些情况下，可能希望尽量减少此类单体在聚合物中的存在，以帮助实现所需的性质。例如，衍生自芳族二羧酸(例如，IA和/或TA)和/或芳族二醇(例如，BP和/或HQ)的重复单元的总量可以为聚合物的约5mol％或更少，在一些实施方式为约4mol.％或更少，以及在一些实施方式中为约0.1mol.％至约3mol.％。
不管聚合物的具体成分和性质如何，可以通过首先将用于形成酯重复单元的芳族单体(例如，芳族羟基羧酸、芳族二羧酸等)和/或用于形成其他重复单元的芳族单体(例如，芳族二醇、芳族酰胺、芳族胺等)引入反应器容器中以引发缩聚反应，来制备液晶聚合物。在此类反应中使用的特定条件和步骤是众所周知的，并且可以在以下中更详细地描述：Calundann的美国专利第4,161,470号；Linstid,III等人的美国专利第5,616,680号；Linstid,III等人的美国专利第6,114,492号；Shepherd等人的美国专利第6,514,611号；以及Waggoner的WO 2004/058851。用于反应的容器没有特别限制，但是通常希望使用通常用于高粘度流体的反应的容器。这种反应器容器的实例可以包括搅拌罐型设备，其具有带可变形状搅拌叶片的搅拌器，例如锚型、多级型、螺旋带型、螺杆轴型等，或其改进形状。这种反应器容器的其他实例可以包括通常用于树脂捏合的混合设备，例如捏合机、辊磨机、班伯里(Banbury)密炼机等。
如果需要，反应可以通过本领域已知的单体的乙酰化进行。这可以通过向单体中加入乙酰化剂(例如，乙酸酐)来完成。乙酰化通常在约90℃的温度开始。在乙酰化的初始阶段期间，可以使用回流来保持蒸汽相温度低于乙酸副产物和酸酐开始蒸馏的温度。乙酰化过程中的温度范围通常为90℃至150℃，以及在一些实施方式中，为约110℃至约150℃。如果使用回流，蒸汽相温度通常会超过乙酸的沸点，但仍保持足够低以保留残留的乙酸酐。例如，乙酸酐在约140℃的温度蒸发。因此，为反应器提供约110℃至约130℃的温度的蒸汽相回流是特别合乎需要的。为确保反应基本上完全，可以使用过量的乙酸酐。过量酸酐的量将根据所使用的特定乙酰化条件(包括存在或不存在回流)而变化。基于存在的反应物羟基基团的总摩尔数，使用过量约1摩尔％至约10摩尔％的乙酸酐并不少见。
乙酰化可以在单独的反应器容器中发生，或者它可以在聚合反应器容器内原位发生。当使用单独的反应器容器时，可以将一种或多种单体引入乙酰化反应器并随后转移至聚合反应器。同样，也可以将一种或多种单体直接引入反应器容器，而不进行预乙酰化。
除了单体和可选的乙酰化剂之外，反应混合物内还可以包括其他组分以帮助促进聚合。例如，可以可选地使用催化剂，例如金属盐催化剂(例如乙酸镁、乙酸锡(I)、钛酸四丁酯、乙酸铅、乙酸钠、乙酸钾等)和有机化合物催化剂(例如，N-甲基咪唑)。基于重复单元前躯体的总重量，此类催化剂通常以约50ppm至约500ppm的量使用。当使用单独的反应器时，通常希望将催化剂应用于乙酰化反应器而不是聚合反应器，但是这绝不是必需的。
通常在聚合反应器容器内将反应混合物加热至升高的温度以引发反应物的熔融缩聚。缩聚可以在例如约200℃至约400℃的温度范围内发生。例如，一种用于形成芳族聚酯的合适技术可以包括：将前驱体单体和乙酸酐装入反应器中，将混合物加热至约90℃至约150℃的温度以使单体的羟基乙酰化(例如，形成乙酰氧基)，然后升温至约200℃至约400℃进行熔融缩聚。随着接近最终聚合温度，还可以将反应的挥发性副产物(例如乙酸)去除，从而可以容易地达到期望分子量。在聚合期间通常对反应混合物进行搅拌以确保良好的传热和传质，进而确保良好的材料均匀性。搅拌器的旋转速度可以在反应过程中变化，但通常在约10转/分钟(“rpm”)至约100rpm的范围内，以及在一些实施方式中，从约20rpm至约80rpm。为了增加熔体的分子量，聚合反应也可以在真空下进行，真空的应用有利于除去在缩聚的最后阶段形成的挥发物。真空可以通过施加抽吸压力产生，例如在约5磅/平方英寸(“psi”)至约30psi的范围内，以及在一些实施方式中，约10psi至约20psi。
在熔融聚合之后，熔融聚合物通常可以通过装配有具有所需构造的模头的挤出孔从反应器中排出，冷却并收集。通常，熔体通过穿孔模头排出以形成线料，该线料被放入水浴中、造粒并干燥。在一些实施方式中，也可以使熔融聚合的聚合物经历后续的固态聚合方法，以进一步增加其分子量。固态聚合可以在气体(例如，空气、惰性气体等)的存在下进行。合适的惰性气体可以包括：例如氮气、氦气、氩气、氖气、氪气、氙气等、及其组合。固态聚合反应器容器实际上可以是任何能够使聚合物在期望的固态聚合温度下保持期望的停留时间的设计。这种容器的例子可以是具有固定床、静态床、移动床、流化床等的容器。进行固态聚合的温度可以变化，但通常在约200℃至约400℃的范围内。聚合时间当然会基于温度和目标分子量而变化。然而，在大多数情况下，固态聚合时间将为约2至约12小时，以及在一些实施方式中为约4至约10小时。
聚合物组合物中使用的液晶聚合物的总量通常为整个聚合物组合物的约30wt.％至约90wt.％，在一些实施方式中为约35wt.％至约80wt.％，以及在一些实施方式中为约40wt.％至约60wt.％。在某些实施方式中，所有液晶聚合物都是如上所述的“高萘”聚合物。然而，在其他实施方式中，“低萘”液晶聚合物也可用于组合物中，其中衍生自萘羟基羧酸和/或二羧酸(例如，NDA，HNA，或HNA和NDA的组合)的重复单元的总量小于聚合物的10mol.％，在一些实施分方式中为聚合物的约8mol.％或更少，在一些实施方式中为约6mol.％或更少，以及在一些实施方式中，为约1mol.％至约5mol.％。当使用时，通常希望这种低萘聚合物仅以相对较低的量存在。例如，当使用时，低萘液晶聚合物通常构成组合物中液晶聚合物的总量的约1wt.％至约50wt.％，在一些实施方式中为约10wt.％至约45wt.％，以及在一些实施方式中约20wt.％至约40wt.％，并且为整个组合物的约0.5wt.％至约45wt.％，在一些实施方式中为约2wt.％至约35wt.％，以及在一些实施方式中约5wt.％至约25wt.％。相反，高萘液晶聚合物通常构成组合物中液晶聚合物的总量的约50wt.％至约99wt.％，在一些实施方式中为约55wt.％至约95wt.％，以及在一些实施方式中约60wt.％至约90wt.％，并且为整个组合物的约25wt.％至约65wt.％，在一些实施方式中为约30wt.％至约60wt.％，以及在一些实施方式中约35wt.％至约55wt.％。
B.介电填料
为帮助实现所需介电性质，该聚合物组合物也含有介电填料。介电填料通常以组合物的约10wt.％至约60wt.％、在一些实施方式中约30wt.％至约55wt.％、以及在一些实施方式中约40wt.％至约50wt.％的量使用。在某些实施方式中，可能期望选择性地控制介电填料的电性质以帮助实现所需结果。例如，如在1MHz的频率下所测定的，材料的介电常数可为约20或更大，在一些实施方式中约40或更大，以及在一些实施方式中约50或更大。在某些实施方式中可使用高介电常数的材料，如在1MHz的频率下所测定的，为例如约1,000至约15,000，在一些实施方式中约3,500至约12,000，以及在一些实施方式中约5,000至约10,000。在其他实施方式中，可使用中等范围介电常数的材料，如在1MHz的频率下所测定的，为例如约20至约200，在一些实施方式中约40至约150，以及在一些实施方式中约50至约100。同样地，例如在约20℃的温度下根据ASTMD257-14所测定的，介电填料的体积电阻率的范围可为约1x1011至约1x1020ohm-cm，在一些实施方式中约1x1012至约1x1019ohm-cm，以及在一些实施方式中约1x1013至约1x1018ohm-cm。所需性质可通过选择具有目标体积介电常数和/或体积电阻率的单一材料，或通过将多种材料掺合在一起(例如，绝缘和导电的)使得所得的掺合物具有所需性质来实现。
特别合适的无机氧化物材料可包括(例如)铁电和/或顺电材料。合适铁电材料的实例包括，例如钛酸钡(BaTiO3)、钛酸锶(SrTiO3)、钛酸钙(CaTiO3)、钛酸镁(MgTiO3)、钛酸锶钡(SrBaTiO3)、铌酸钠钡(NaBa2Nb5O15)、铌酸钾钡(KBa2Nb5O15)、锆酸钙(CaZrO3)、榍石(CaTiSiO5)以及其组合。同样地，合适的顺电材料的实例包括(例如)二氧化钛(TiO2)、五氧化钽(Ta2O5)、二氧化铪(HfO2)、五氧化铌(Nb2O5)、氧化铝(Al2O3)、氧化锌(ZnO)等，以及其组合。特别合适的无机氧化物材料为包含TiO2、BaTiO3、SrTiO3、CaTiO3、MgTiO3、BaSrTi2O6和ZnO的颗粒。当然，也可使用其他类型的无机氧化物材料(例如，云母)作为介电填料。
在一个特定实施方式中，可在聚合物组合物中使用二氧化钛(TiO2)颗粒作为介电填料。该颗粒可呈金红石或锐钛矿晶型，尽管金红石由于其更高的密度和着色强度是特别合适的。金红石型二氧化钛通常通过氯化物工艺或硫酸盐工艺制备。在氯化物工艺中，将TiCl4氧化成TiO2颗粒。在硫酸盐工艺中，将硫酸和含钛矿石溶解，并使所得溶液经历一系列步骤以产生TiO2。优选地，二氧化钛颗粒可呈金红石晶型并使用氯化物工艺制备。二氧化钛颗粒可为实质上纯的二氧化钛或者可含有其他金属氧化物，如二氧化硅、氧化铝、氧化锆等。可将其他金属氧化物并入颗粒中，例如，通过将钛化合物与其他金属化合物(如硅、铝和锆的金属卤化物)共氧化或共沉淀。如果共氧化或共沉淀的金属存在，则它们作为金属氧化物，基于二氧化钛颗粒的重量通常以0.1至5wt.％的量存在。当将氧化铝通过铝卤化物(例如，氯化铝)的共氧化并入颗粒中时，氧化铝基于颗粒的总重量通常以约0.5至约5wt.％、以及在一些实施方式中约0.5至约1.5wt.％的量存在。二氧化钛颗粒也可经无机氧化物(例如，氧化铝)、有机化合物或其组合涂覆。这样的涂层可使用如本领域技术人员已知的表面湿处理技术和/或氧化技术施覆。在一个实施方式中，例如，二氧化钛颗粒可包含涂层，该涂层包含氧化铝，该氧化铝的量为该涂层的约0.5至约5wt.％，以及在一些实施方式中约1至约3wt.％。
介电填料的形状和尺寸不受特别限制，并且可包括颗粒、细粉末、纤维、须晶(whisker)、四脚体、板等。在一些实施方式中，例如，介电填料可包含颗粒，该颗粒具有0.01至约50微米、在一些实施方式中约0.05至约10微米、以及在一些实施方式中约0.1至约1微米的平均直径。
C.可选的添加剂
i.导电填料
如果需要，则可在聚合物组合物中使用导电填料以确保其实现所需的介电性能。例如，可使用例如在约20℃的温度下所测定的具有小于约1ohm-cm、在一些实施方式中小于约0.1ohm-cm、以及在一些实施方式中约1x 10-8至约1x 10-2ohm-cm的体积电阻率的导电碳材料。合适的导电碳材料可包括，例如石墨、碳黑、碳纤维、石墨烯、碳纳米管等。同样地，其他合适的导电填料可包括金属(例如，金属颗粒、金属薄片、金属纤维等)、离子液体等等。当使用时，例如，该导电填料可构成聚合物组合物的约0.1wt.％至约10wt.％，在一些实施方式中约0.2wt.％至约8wt.％，以及在一些实施方式中约0.5wt.％至约6wt.％。
ii.矿物填料
聚合物组合物也可以可选地含有分布于聚合物基质内的一种或多种矿物填料。当使用时，这种矿物填料通常构成聚合物组合物的约1wt.％至约50wt.％，在一些实施方式中为约2wt.％至约45wt.％，以及在一些实施方式中为约5wt.％至约40wt.％。聚合物组合物中所使用的(一种或多种)矿物填料的性质可以变化，例如，矿物颗粒、矿物纤维(或“须晶”)等以及其掺合物。通常，聚合物组合物中使用的矿物填料具有一定硬度值以帮助改进组合物的机械强度、粘合强度和表面特性。例如，基于莫氏硬度表(Mohs hardness scale)，硬度值可以为约2.0或更大，在一些实施方式中为约2.5或更大，在一些实施方式中为约3.0或更大，在一些实施方式中为约3.0至约11.0，在一些实施方式中为约3.5至约11.0，以及在一些实施方式中为约4.5至约6.5。
在聚合物组合物中通常可以使用各种不同类型的矿物颗粒中的任一种，例如由以下形成的矿物颗粒：天然和/或合成硅酸盐矿物，例如，滑石、云母、二氧化硅(例如，无定形二氧化硅)、氧化铝、多水高岭土、高岭土、伊利石、蒙脱石、蛭石、坡缕石、叶蜡石、硅酸钙、硅酸铝、硅灰石等；硫酸盐；碳酸盐；磷酸盐；氟化物；硼酸盐；等等。特别合适的是具有所需硬度值的颗粒，例如，碳酸钙(CaCO3，莫氏硬度为3.0)、碱式碳酸铜(Cu2CO3(OH)2，莫氏硬度为4.0)；氟化钙(CaF2，莫氏硬度为4.0)；焦磷酸钙(Ca2P2O7，莫氏硬度为5.0)、无水磷酸二钙(CaHPO4，莫氏硬度为3.5)、水合磷酸铝(AlPO4·2H2O，莫氏硬度为4.5)；二氧化硅(SiO2，莫氏硬度为5.0至6.0)、硅酸钾铝(KAlSi3O8，莫氏硬度为6)、硅酸铜(CuSiO3·H2O，莫氏硬度为5.0)；氢氧化硼硅酸钙(Ca2B5SiO9(OH)5，莫氏硬度为3.5)；氧化铝(AlO2，莫氏硬度为10.0)；硫酸钙(CaSO4，莫氏硬度为3.5)、硫酸钡(BaSO4，莫氏硬度为3至3.5)、云母(莫氏硬度为2.5至5.3)等等，以及其组合。例如，云母是特别合适的。通常可以使用任何形式的云母，包括，例如白云母(KAl2(AlSi3)O10(OH)2)、黑云母(K(Mg,Fe)3(AlSi3)O10(OH)2)、金云母(KMg3(AlSi3)O10(OH)2)、锂云母(K(Li,Al)2-3(AlSi3)O10(OH)2)、海绿石((K,Na)(Al,Mg,Fe)2(Si,Al)4O10(OH)2)等。基于白云母的云母特别适合用于聚合物组合物。
在某些实施方式中，矿物颗粒，例如硫酸钡和/或硫酸钙颗粒，可以具有本质上通常为颗粒状或结节状的形状。在这种实施方式中，颗粒的中值尺寸(例如，直径)，如根据ISO13320:2009(例如，使用Horiba LA-960粒度分布分析器)使用激光衍射技术所测定的，可以为约0.5微米至约20微米，在一些实施方式中约1微米至约15微米，在一些实施方式中约1.5微米至约10微米，以及在一些实施方式中约2微米至约8微米。在其他实施方式中，也可能需要使用片状矿物颗粒，例如云母颗粒，其具有相对较高的纵横比(例如，平均直径除以平均厚度)，例如约4或更大，在一些实施方式中约8或更大，以及在一些实施方式中约10至约500。在这种实施方式中，颗粒的平均直径可以例如介于约5微米至约200微米，在一些实施方式中约8微米至约150微米，以及在一些实施方式中约10微米至约100微米的范围内。平均厚度，例如根据ISO 13320:2009(例如，使用Horiba LA-960粒度分布分析器)使用激光衍射技术所测定的，可以同样地为约2微米或更小，在一些实施方式中约5纳米至约1微米，以及在一些实施方式中约20纳米至约500纳米。矿物颗粒也可以具有较窄的粒度分布。也就是说，至少约70vol％的颗粒、在一些实施方式中至少约80vol％的颗粒、以及在一些实施方式中至少约90vol％的颗粒可以具有上文所提及的范围内的尺寸。
合适的矿物纤维可以同样包括衍生自以下的矿物纤维：硅酸盐，例如新硅酸盐、俦硅酸盐、链硅酸盐(例如，链硅酸钙，例如硅灰石；链硅酸钙镁，例如透闪石；链硅酸钙镁铁，例如阳起石；链硅酸镁铁，例如直闪石；等等)、页硅酸盐(例如，页硅酸铝，例如坡缕石)、网状硅酸盐等；硫酸盐，例如硫酸钙(例如，脱水或无水石膏)；矿物棉(例如，岩棉或渣棉)；等等。特别合适的是具有所需硬度值的纤维，包括衍生自链硅酸盐的纤维，例如硅灰石(莫氏硬度为4.5至5.0)，其可由Nyco Minerals以商标名(例如，/>4W或/>8)市售获得。矿物纤维的中值宽度(例如，直径)可以为约1微米至约35微米，在一些实施方式中约2微米至约20微米，在一些实施方式中约3微米至约15微米，以及在一些实施方式中约7微米至约12微米。矿物纤维也可以具有较窄的尺寸分布。也就是说，至少约60vol％的纤维、在一些实施方式中至少约70vol％的纤维，以及在一些实施方式中至少约80vol％的纤维可以具有在上文所提及的范围内的尺寸。不受理论的限制，据信具有上述尺寸特征的矿物纤维可更容易地移动通过模制装置，这增强了聚合物基质内的分布并使表面缺陷的产生最小化。除具有上述尺寸特征以外，矿物纤维也可以具有相对较高的纵横比(平均长度除以中值宽度)以帮助进一步改进所得聚合物组合物的机械特性和表面质量。例如，矿物纤维可以具有约2至约100、在一些实施方式中约2至约50、在一些实施方式中约3至约20、以及在一些实施方式中约4至约15的纵横比。这种矿物纤维的体积平均长度可以例如介于约1微米至约200微米，在一些实施方式中约2微米至约150微米，在一些实施方式中约5微米至约100微米，以及在一些实施方式中约10微米至约50微米的范围内。
iii.激光可活化添加剂
虽然不是必需的，但从聚合物组合物包含可以通过激光直接成型(Laser directstructuring，LDS)工艺活化的添加剂的方面来看，聚合物组合物可以是“激光可活化的”。在这样的工艺中，添加剂被暴露在导致金属释放的激光下。因此，激光将导电组件的图案绘制到零件上，并留下包含嵌入金属颗粒的粗糙表面。这些颗粒在随后的镀敷工艺(例如，镀铜、镀金、镀镍、镀银、镀锌、镀锡等)中充当晶体生长的核。激光可活化添加剂一般包括氧化物晶体，其可以包括两种或更多种在可定义的晶体形式内的金属氧化物簇构造。例如，整个晶体形式可以具有以下通式：
AB2O4或ABO2
其中，
A为2价或更高价的金属阳离子，例如镉、铬、锰、镍、锌、铜、钴、铁、镁、锡、钛等、及其组合；以及
B为3价或更高价的金属阳离子，例如锑、铬、铁、铝、镍、锰、锡等、及其组合。
通常，上式中的A提供第一金属氧化物簇的主要阳离子组分，B提供第二金属氧化物簇的主要阳离子组分。这些氧化物簇可以具有相同或不同的结构。在一个实施方式中，例如，第一金属氧化物簇具有四面体结构，第二金属氧化物簇具有八面体簇。无论如何，这些簇可以一起提供对电磁辐射具有更高敏感性的单一可识别的晶体类型结构。合适的氧化物晶体的例子包括，例如，MgAl2O4、ZnAl2O4、FeAl2O4、CuFe2O4、CuCr2O4、MnFe2O4、NiFe2O4、TiFe2O4、FeCr2O4、MgCr2O4、锡/锑氧化物(例如，(Sb/Sn)O2)及其组合。氧化铜铬(CuCr2O4)特别适用于本发明，其可从Shepherd Color公司获得，名称为“Shepherd Black 1GM”。在一些情况下，激光可活化添加剂还可以具有核-壳构造，例如WO 018/130972中所描述的。在此类添加剂中，添加剂的壳组分通常是激光可活化的，而核可以是任何通用化合物，例如无机化合物(例如，二氧化钛、云母、滑石等)。
当使用时，激光可活化添加剂通常构成聚合物组合物的约0.1wt.％至约30wt.％，在一些实施方式中为约0.5wt.％至约20wt.％，以及在一些实施方式中为约1wt.％至约10wt.％。当然，聚合物组合物也可以不含(即0wt.％)这种激光可活化添加剂，例如尖晶石晶体，或者这种添加剂可以仅以小浓度存在，例如约1wt.％或更少的量，在一些实施方式中约0.5wt.％或更少，在一些实施方式中约0.001wt.％至约0.2wt.％
iv.玻璃纤维
本发明的一个有益方面是可以实现良好的介电性质而不会不利地影响所得的部件的机械性质。为帮助确保维持这样的性质，一般期望聚合物组合物实质上不含有常规纤维填料，如玻璃纤维。因此，如果完全地使用，则玻璃纤维通常构成聚合物组合物的不超过约10wt.％，在一些实施方式中不超过约5wt.％，以及在一些实施方式中，约0.001wt.％至约3wt.％。
v.可选的添加剂
聚合物组合物中还可以包括多种其他附加添加剂，例如润滑剂、导热填料(例如炭黑、石墨、氮化硼等)、颜料、抗氧化剂、稳定剂、表面活性剂、蜡、阻燃剂、抗滴添加剂、成核剂(例如氮化硼)、摩擦剂(例如含氟聚合物)、抗静电填料(例如炭黑、碳纳米管、碳纤维、石墨、离子液体等)、纤维填料(例如玻璃纤维、碳纤维等)、流动改性剂(例如三水合铝)，以及为增强性能和可加工性能而添加的其他材料。例如，可以在聚合物组合物中使用能够承受液晶聚合物的加工条件而基本上不分解的润滑剂。这种润滑剂的实例包括脂肪酸酯、其盐、酯、脂肪酸酰胺、有机磷酸酯以及通常在工程塑料材料的加工中用作润滑剂的类型的烃蜡，包括它们的混合物。合适的脂肪酸通常具有含有约12个至约60个碳原子的碳主链，例如肉豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸、花生酸、褐煤酸、十八酸、帕里拉油酸(parinric acid)等。合适的酯包括脂肪酸酯、脂肪醇酯、蜡酯、甘油酯、二醇酯和复合酯。脂肪酸酰胺包括脂肪初级酰胺、脂肪二级酰胺、亚甲基和亚乙基双酰胺及烷醇酰胺，例如，棕榈酸酰胺、硬脂酸酰胺、油酸酰胺、N,N'-亚乙基双硬脂酰胺等。脂肪酸的金属盐也是合适的，例如，硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸镁等；烃蜡，包括石蜡、聚烯烃和氧化聚烯烃蜡及微晶蜡。特别合适的润滑剂为硬脂酸的酸、盐或酰胺，例如季戊四醇四硬脂酸酯、硬脂酸钙或N,N'-亚乙基双硬脂酰胺。当使用时，(一种或多种)润滑剂通常构成聚合物组合物的(按重量计)约0.05wt.％至约1.5wt.％，以及在一些实施方式中约0.1wt.％至约0.5wt.％。
II.形成
可以使用本领域已知的多种不同技术中的任一种将用于形成聚合物组合物的组分组合在一起。在一个特定实施方式中，例如，在挤出机内将液晶聚合物、介电填料和其他可选的添加剂作为混合物进行熔融加工以形成聚合物组合物。可以在约250℃至约450℃的温度下在单螺杆或多螺杆挤出机中将该混合物熔融捏合。在一个实施方式中，可以在包括多个温度区域的挤出机中对混合物进行熔融加工。各个区域的温度通常设置在相对于液晶聚合物的熔融温度的约-60℃至约25℃内。例如，可以使用双螺杆挤出机(例如Leistritz18mm同向旋转全啮合双螺杆挤出机)对混合物进行熔融加工。可以使用通用螺杆设计来对混合物进行熔融加工。在一个实施方式中，可以通过容积式进料器将包括所有组分的混合物进料到第一桶中的进料喉管。在另一个实施方式中，如已知的，可以在挤出机中的不同添加点添加不同的组分。例如，可以在进料喉管处施加液晶聚合物，可以在位于其下游的相同或不同温度区域供应某些添加剂(例如，介电填料)。无论如何，可以将所得混合物进行熔融并混合，然后通过模头挤出。然后可以将挤出的聚合物组合物在水浴中淬火以固化，并在造粒机中造粒，然后干燥。
III.介电层
一旦形成，可将聚合物组合物成型为介电层用于各种设备中，例如使用天线***的电子设备中。由于聚合物组合物的有益性质，介电层通常具有小尺寸，例如约5微米或更小、在一些实施方式中约4微米或更小、以及在一些实施方式中约0.5至约3微米的厚度。通常，介电层使用模制工艺例如注射模制工艺形成，其中将经干燥并预热的塑料粒料注射至模具中。
介电层可特别适用于使用天线***的电子设备。在一个实施方式中，例如，介电层可以是在其上形成一个或多个天线元件的基板。天线元件可以各种方式，例如通过镀覆、电镀、激光直接成型等而形成。当含有尖晶石晶体作为激光可活化添加剂时，例如，用激光活化会引起物理化学反应，其中尖晶石晶体裂开以释放金属原子。这些金属原子可以作为进行金属化(例如，还原铜涂层)的核。激光还会产生微观不规则的表面并烧蚀聚合物基质，从而产生许多微观凹坑和底切，在金属化过程中铜可以被锚定在这些凹坑和底切中。各种不同类型的天线可以在基板上形成，例如贴片天线元件、倒F天线元件、闭合式及开放式狭槽天线元件、环形天线元件、单极子、偶极子、平面倒F天线元件、这些设计的混合体等。除了用作基板外，介电层也可以用作覆盖基板和天线谐振元件的盖。本发明的聚合物组合物可在基板、盖或两者中使用。在某些实施方式中，可能期望基板的介电常数与盖的介电常数不同。以这种方式，所得天线***可表现出增加的电压驻波比(“VSWR”)、减少的增益和/或增加的带宽。例如，一个层的介电常数与另一个层的介电常数的比率可为约1至约20，在一些实施方式中为约1.5至约10，在一些实施方式中为约2至约8，以及在一些实施方式中为约3至约6。在一个实施方式中，例如，基板具有比盖更高的介电常数。在这样的实施方式中，可能期望在基板中使用本发明的聚合物组合物。在另一个实施方式中，盖具有比基板更高的介电常数。在这样的实施方式中，可能期望在盖中使用本发明的聚合物组合物。
所得的天线***可在各种不同电子组件中使用。作为实例，天线***可在电子组件(如桌面计算机、便携式计算机、手持电子设备、汽车装置等)中形成。在一个合适的配置中，天线***在相对紧凑便携式电子组件的壳体中形成，其中可用内部空间相对较小。合适的便携式电子组件的实例包括蜂窝电话、笔记本电脑、小型便携式计算机(例如，超便携式计算机、上网本和平板电脑)、手表设备、挂件设备、耳机和听筒设备、具有无线通信功能的媒体播放器、掌上电脑(有时也称为个人数字助理)、遥控器、全球定位***(GPS)设备、手持游戏设备等。天线也可与其他组件如手持设备的相机模块、扬声器或电池盖整合。
图1所示的一个特别合适的电子设备是手持设备10，其可包括无线电路，该无线电路可包括一个或多个天线。天线可包括用于处理毫米波和厘米波通信的相控天线阵列。毫米波通信(其有时被称为极高频(EHF)通信)涉及60GHz或约30GHz和300GHz之间的其他频率下的信号。厘米波通信涉及频率介于约10GHz和30GHz之间的信号。虽然使用的毫米波通信可在本文描述为实例，但是可类似地使用厘米波通信、EHF通信或任何其他类型的通信。如果需要，电子设备还可包括无线通信电路，用于处理卫星导航***信号、蜂窝电话信号、本地无线区域网络信号、近场通信、基于光的无线通信或其他无线通信。
电子设备10可为便携式电子设备或其他合适的电子设备。例如，电子设备10可为膝上型计算机、平板计算机、稍小的设备(例如腕表设备、挂式设备、耳机设备、听筒设备或其他可佩戴或微型设备)，手持设备(例如蜂窝电话)、媒体播放器或其他小型便携式设备。设备10还可以是机顶盒、台式计算机、集成有计算机或其他处理电路的显示器、没有集成计算机的显示器、无线接入点、无线基站、结合至信息亭、建筑物或车辆的电子设备，或者其他合适的电子装置。设备10可包括外壳12，外壳12(有时可被称为壳体)可由塑料、玻璃、陶瓷、纤维复合材料、金属(如，不锈钢、铝等)、其他合适的材料、或这些材料的组合形成。在一些情况下，外壳12的部件可由介电或其他低导电率材料(例如玻璃、陶瓷、塑料、蓝宝石等)形成。在其他情况下，外壳12或构成外壳12的结构中的至少一些结构可由金属元件形成。
如果需要，设备10可具有显示器6，显示器6可被安装在设备10的正面上。显示器6可为结合电容式触摸电极或者可能对触摸不敏感的触摸屏。外壳12的背面(即，设备10的与设备10的正面相对的面)可具有基本平坦的外壳壁，例如后部外壳壁12R(例如，平面外壳壁)。后部外壳壁12R可具有完全穿过后部外壳壁的狭槽，并且因此将外壳12的部分彼此分开。后部外壳壁12R可包括导电部分和/或介电部分。如果需要，后部外壳壁12R可包括由薄层或介电涂层(例如玻璃、塑料、蓝宝石或陶瓷)覆盖的平面金属层。外壳12也可具有不完全穿过外壳12的浅槽。狭槽或槽可被填充有塑料或其他介电质。如果需要，可通过内部导电结构(例如，桥接狭槽的金属片或其他金属构件)来将外壳12的(例如，通过贯通狭槽)彼此分离的部分接合。
外壳12可包括***外壳结构例如***结构12W。***结构12W和后部外壳壁12R的导电部分在本文中有时可统称为外壳12的“导电结构”。***结构12W可围绕设备10和显示器6的***延伸。在设备10和显示器6具有带有四条边缘的矩形形状的构形中，通过使用***外壳结构可以实现***结构12W，该***外壳结构具有矩形环形状，该矩形环形状具有四个对应的边缘，并且该***外壳结构从后部外壳壁12R延伸到设备10的正面(作为示例)。如果需要，***结构12W或***结构12W的部分可用作显示器6的框(例如，环绕显示器6的所有四个侧面和/或有助于保持设备10的显示器6的装饰性装饰件)。如果需要，***结构12W可形成设备10的侧壁结构(例如，通过形成具有垂直侧壁、弯曲侧壁等的金属带)。***结构12W可由导电材料(例如金属)形成，并且因此有时可被称为***导电外壳结构、导电外壳结构、***金属结构、***导电侧壁、***导电侧壁结构、导电外壳侧壁、***导电外壳侧壁、侧壁、侧壁结构或***导电外壳构件(作为示例)。***导电外壳结构12W可由金属例如不锈钢、铝或其他合适材料形成。一种、两种或多于两种单独结构可用于形成***导电外壳结构12W。
显示器6可具有形成有效区域AA的像素阵列，该有效区域AA显示设备10的用户的图像。例如，有效区域AA可以包括显示像素阵列。像素阵列可由液晶显示器(LCD)组件、电泳像素阵列、等离子显示器像素阵列、有机发光二极管显示器像素或其他发光二极管像素阵列、电润湿显示器像素阵列、或基于其他显示器技术的显示器像素形成。如果需要，有效区域AA可以包括触摸传感器，例如触摸传感器电容电极、力传感器或用于收集用户输入的其他传感器。显示器6也可以具有沿着有效区域AA的一个或多个边缘延伸的无效边界区域。无效区域IA可以不具有用于显示图像的像素，并且可以与外壳12中的电路和其他内部设备结构重叠。为了阻止这些结构被设备10的用户检视，显示器覆盖层的下侧或显示器6中与无效区域IA重叠的其他层可以在无效区域IA中涂覆有不透明掩蔽层。不透明掩蔽层可具有任何合适的颜色。
可使用显示器覆盖层来保护显示器6，显示器覆盖层例如透明玻璃、透光塑料、透明陶瓷、蓝宝石或其他透明结晶材料层、或一个或多个其他透明层。显示器覆盖层可具有平面形状、凸形弯曲轮廓、带有平面和弯曲部分的形状、包括在一个或多个边缘上围绕的平面主区域(其中一个或多个边缘的一部分从平面主区域的平面弯折出来)的布局、或其他合适的形状。显示器覆盖层可以覆盖设备10的整个正面。在另一种合适的布置中，显示器覆盖层可以基本上覆盖设备10的所有正面或仅覆盖设备10的正面的一部分。可在显示器覆盖层中形成开口。例如，可在显示器覆盖层中形成开口，以容纳按钮。还可在显示器覆盖层中形成开口以容纳端口例如扬声器端口8或麦克风端口。如果需要，可以在外壳12中形成开口以形成通信端口(例如，音频插孔端口、数字数据端口等)和/或用于音频组件的音频端口，例如扬声器和/或麦克风。
在区域2和区域4中，开口可在设备10的导电结构内形成(例如，在***导电外壳结构12W和相对的导电接地结构例如后部外壳壁12R的导电部分、印刷电路板上的传导迹线、显示器6中的导电电子组件等)。如果需要，有时可被称为间隙的这些开口可被填充有空气、塑料和/或其他介电质并可用于形成设备10中的一个或多个天线的狭槽天线谐振元件。设备10中的导电外壳结构和其他导电结构可以用作设备10中的天线的接地层。区域2和4中的开口可用作开放式或封闭式狭槽天线中的狭槽，可用作环形天线中的由材料的导电路径环绕的中心介电区域，可用作将天线谐振元件(例如条状天线谐振元件或倒F形天线谐振元件)与接地层分开的间隙，可有助于寄生天线谐振元件的性能，或可以其他方式用作形成在区域2和4中的天线结构的一部分。如果需要，在设备10中的显示器6和/或其他金属结构的有效区域AA下的接地层可具有延伸到设备10的端部的部件中的部分(例如，接地部可朝向区域2和4中的介电填充开口延伸)，从而缩窄区域2和4中的狭槽。
一般而言，设备10可包括任何适当数量的天线(例如，一个或多个，两个或更多个，三个或更多个，四个或更多个，等等)，其中的一个或多个可采用本发明的聚合物组合物。设备10中的天线可沿设备外壳的一个或多个边缘而位于细长设备外壳的相对的第一端部和第二端部处(例如，位于图1的设备10的区域2和区域4处的端部)、位于设备外壳的中心中、位于其他适当位置中，或位于这些位置中的一个或多个位置中。
***导电外壳结构12W的部分可设置有***间隙结构。例如，***导电外壳结构12W可设置有一个或多个间隙9，如图1所示。***导电外壳结构12W中的间隙可利用介电质例如聚合物、陶瓷、玻璃、空气、其他介电材料或这些材料的组合来填充。间隙9可将***导电外壳结构12W分成一个或多个***导电区段。例如，在***导电外壳结构12W中可存在两个***导电区段(例如，以具有两个间隙9的布置)、三个***导电区段(例如，以具有三个间隙9的布置)、四个***导电区段(例如，以具有四个间隙9的布置)、六个***导电区段(例如，以具有六个间隙9的布置)等。以这种方式形成的***导电外壳结构12W的区段可形成设备10中的天线的部分。
在典型的实施方式中，设备10可具有一个或多个上部天线和一个或多个下部天线(作为示例)。例如，上部天线可在区域4中的设备10的上端部形成。例如，下部天线可在区域2中的设备10的下端部形成。天线可单独用于覆盖相同的通信频带、重叠的通信频带或单独的通信频带。该天线可用于实现天线分集方案或多输入多输出(MIMO)天线方案。天线可用于支持所关注的任何通信频带。例如，设备10可包括天线结构，用于支持局域网通信、语音和数据蜂窝电话通信、全球定位***(GPS)通信或其他卫星导航***通信、通信、近场通信等。如果需要，设备10中的两个或更多个天线可布置在相控天线阵列中，用于覆盖毫米波和厘米波通信。
图2是示出可用在电子设备10中的示例性组件的示意图。如所示的，设备10可包括存储和处理电路，例如控制电路14。控制电路14可包括存储器，例如硬盘驱动器存储器、非易失性存储器(例如，被配置为形成固态驱动器的闪存存储器或其他电可编程只读存储器)、易失性存储器(例如，静态随机存取存储器或动态随机存取存储器)等等。控制电路14中的处理电路可用于控制设备10的操作。该处理电路可基于一个或多个微处理器、微控制器、数字信号处理器、基带处理器集成电路、专用集成电路等。控制电路14可用于运行设备10上的软件，例如互联网浏览应用程序、互联网语音协议(VOIP)电话呼叫应用程序、电子邮件应用程序、媒体回放应用程序、操作***功能等。为了支持与外部装置进行交互，控制电路14可用于实现通信协议。可使用控制电路14来实现的通信协议包括互联网协议、无线局域网协议(例如，IEEE 802.11协议-有时被称为)、用于其他近程无线通信链路的协议，例如/>协议或其他无线个人局域网协议、IEEE 802.11ad协议、蜂窝电话协议、MIMO协议、天线分集协议、卫星导航***协议等。
设备10可包括输入-输出电路16。输入-输出电路16可包括输入-输出设备18。输入-输出设备18可用于允许将数据提供到设备10并允许将数据从设备10提供到外部设备。输入-输出设备18可包括用户接口设备、数据端口设备、和其他输入-输出组件。例如，输入-输出设备可包括触摸屏、不具有触摸传感器能力的显示器、按钮、操纵杆、滚轮、触摸板、小键盘、键盘、麦克风、相机、扬声器、状态指示器、光源、音频插孔、以及其他音频端口组件、数字数据端口设备、光学传感器、加速度计、或可检测运动和相对于地球的设备取向的其他组件、电容传感器、接近传感器(例如，电容接近传感器和/或红外接近传感器)、磁性传感器，以及其他传感器和输入-输出组件。
输入-输出电路16也可包括用于与外部装置进行无线通信的无线通信电路34。无线通信电路34可包括由一个或多个集成电路、功率放大器电路、低噪声输入放大器、无源射频(RF)组件、一个或多个天线40、发射线和用于处理RF无线信号的其他电路形成的RF收发器电路。也可使用光(例如，使用红外通信)来发送无线信号。无线通信电路34可包括用于处理各种射频通信频带的射频收发器电路20。例如，电路34可包括收发器电路22、24、26和28。
收发器电路24可以是无线局域网收发器电路。收发器电路24可处理用于的2.4GHz和5GHz频带。(IEEE 802.11)通信或其他无线局域网(WLAN)频带，并且可以处理2.4GHz/>通信频带或其他无线个人局域网(WPAN)频带。电路34可使用蜂窝电话收发器电路26以用于处理频率范围中的无线通信，例如从600MHz至960MHz的低通信频带、从1710MHz至2170MHz的中频带、从2300MHz至2700MHz的高频带、从3400MHz至3700MHz的超高频带，或介于600MHz和4000MHz之间的其他通信频带，或其他合适的频率(作为示例)。电路26可处理语音数据和非语音数据。
毫米波收发器电路28(有时称为极高频(EHF)收发器电路28或收发器电路28)可支持在介于约10GHz和300GHz之间的频率下的通信。例如，收发器电路28中的通信可支持介于约30GHz和300GHz之间的极高频(EHF)或毫米波通信频带、和/或介于约10GHz和30GHz之间的厘米波通信频带(有时被称为超高频(SHF)频带)。例如，收发器电路28可支持以下通信频带中的通信：约18GHz和27GHz之间的IEEE K通信频带、约26.5GHz和40GHz之间的Ka通信频带、约12GHz和18GHz之间的Ku通信频带、约40GHz和75GHz之间的V通信频带、约75GHz和110GHz之间的W通信频带，或大约10GHz和300GHz之间的任何其他所需的频带。如果需要，电路28可支持60GHz和/或第5代移动网络的IEEE 802.11ad通信，或27GHz和90GHz之间的第5代无线***(5G)通信频带。如果需要，电路28可支持10GHz和300GHz之间的多个频带的通信，例如27.5GHz至28.5GHz的第一频带、37GHz至41GHz的第二频带，以及57GHz至71GHz的第三频带，或10GHz至300GHz的其他通信频带。电路28可由一个或多个集成电路(例如，安装在***级封装设备中的公共印刷电路上的多个集成电路，安装在不同基板上的一个或多个集成电路等)形成。虽然电路28在本文中有时称为毫米波收发器电路28，但毫米波收发器电路28可处理10GHz和300GHz之间的任何所需通信频带处的通信(例如，收发器电路28可在毫米波通信频带、厘米波通信频带等中发送和接收射频信号)。
无线通信电路34中的天线40可使用任何合适的天线类型形成。例如，天线40可包括具有谐振元件的天线，该天线由环形天线结构、贴片天线结构、堆叠贴片天线结构、具有寄生元件的天线结构、倒F形天线结构、狭槽天线结构、平面倒F形天线结构、单极子、偶极子、螺旋天线结构、表面集成波导结构、这些设计的混合等形成。如果需要，天线40中的一个或多个天线可为背腔式天线。可针对不同的频带和频带组合来使用不同类型的天线。例如，在形成本地无线链路天线时可使用一种类型的天线，并且在形成远程无线链路天线时可使用另一种类型的天线。专用天线可用于接收卫星导航***信号，或者如果需要，天线40可配置为接收卫星导航***信号和用于其他通信频带的信号(例如，无线局域网信号和/或蜂窝电话信号)。天线40可布置在用于处理毫米波和厘米波通信的相控天线阵列中。
传输线路径可用于在设备10内路由天线信号。例如，传输线路径可用于将天线40耦接到收发器电路20。设备10中的传输线路径可包括同轴电缆路径、微带传输线、带状传输线、边缘耦接微带传输线、边缘耦接带状线传输线，用于以毫米波频率传输信号的波导结构(例如，共面波导或接地共面波导)，由这些类型的传输线的组合形成的传输线等。如果需要，设备10中的传输线路径可以集成到刚性和/或柔性印刷电路板。在一种合适的实施方式中，传输线路径可包括集成在多层层压结构(例如，导电材料(例如铜)层和介电材料(例如树脂)层，其被层压在一起，而没有介入粘合剂)内的传输线导体(例如，信号和/或接地导体)，该多层层压结构可以在多个维度(例如，二维或三维)上折叠或弯曲，并且在弯曲之后保持弯曲或折叠形状(例如，多层层压结构可以折叠成特定的三维形状以围绕其他设备组件布线，并且可具有足够刚性以在折叠后保持其形状，而无需用加强片或其他结构保持在适当位置)。层压结构的所有多个层可以在没有粘合剂的情况下分批层压在一起(例如，在单个压制过程中)(例如，与进行多个压制过程以将多个层用粘合剂层压在一起相反)。如果需要，滤波器电路、切换电路、阻抗匹配电路、以及其他电路可被***到发射线内。
在一些实施方式中，天线40可包括天线阵列(例如，实现波束转向功能的相控天线阵列)。例如，用于处理极高频无线收发器电路28的毫米波信号的天线可实现为相控天线阵列。用于支持毫米波通信的相控天线阵列中的辐射元件可为贴片天线、偶极天线、或其他合适的天线元件。如果需要，收发器电路28可与相控天线阵列集成以形成集成的相控天线阵列和收发器电路模块或封装(在本文中有时称为集成天线模块或天线模块)。在例如手持设备的设备中，存在外部对象(例如用户的手或桌子或设备所在的其他表面)有可能会阻挡无线信号(例如毫米波信号)。此外，毫米波通信通常需要天线40和外部设备上的天线之间的视距。因此，可能需要将多个相控天线阵列并入到设备10中，多个相控天线阵列中的每一个被放置在设备10内或设备上的不同位置中。利用这种类型的布置，可将未阻挡的相控天线阵列投入使用，并且一旦投入使用，相控天线阵列可使用波束转向来优化无线性能。类似地，如果相控天线阵列不面向外部设备或不具有对外部设备的视距，则对外部设备具有视距的另一个相控天线阵列可被投入使用，并且该相控天线阵列可使用波束转向来优化无线性能。还可使用其中将来自设备10中的一个或多个不同位置的天线一起操作的配置(例如，以形成相控天线阵列等)。
图3示出了设备10中的天线40如何可以形成在相控天线阵列中。如图3中所示，相控天线阵列60(有时在本文中称为阵列60、天线阵列60或天线40的阵列60)可耦接到信号路径，例如传输线路径64(例如，一个或多个射频传输线)。例如，相控天线阵列60中的第一天线40-1可以耦接到第一传输线路径64-1，相控天线阵列60中的第二天线40-2可以耦接到第二传输线路径64-2，相控天线阵列60中的第N天线40-N可以耦接到第N个传输线路径64-N等。虽然本文将天线40描述为形成相控天线阵列，但是相控天线阵列60中的天线40有时可以称为共同形成单个相控阵天线。相控天线阵列60中的天线40可布置成任何所需数量的行和列或任何其他所需的图案(例如，天线无需布置成具有行和列的网格图案)。在信号传输操作期间，传输线路径64可用于将信号(例如，射频信号，例如毫米波和/或厘米波信号)从收发器电路28(图2)提供给相控天线阵列60，以用于无线传输至外部无线装置。在信号接收操作期间，传输线路径64可用于将在相控天线阵列60处接收的来自外部装置的信号传送至收发器电路28(图2)。
在相控天线阵列60中使用多个天线40允许通过控制由天线传送的射频信号的相对相位和幅值(振幅)来实现波束转向布置。在图3的实施例中，例如，天线40各自具有对应的射频相位和幅值控制器62(例如，***在传输线路径64-1上的第一相位和幅值控制器62-1可控制由天线40-1处理的射频信号的相位和幅值，***在传输线路径64-2上的第二相位和幅值控制器62-2可控制由天线40-2处理的射频信号的相位和幅值，***在传输线路径64-N上的第N相位和幅值控制器62-N可控制由天线40-N等处理的射频信号的相位和幅值)。相位和幅值控制器62各自可包括用于调整传输线路径64(例如，相移器电路)上的射频信号相位的电路和/或用于调整传输线路径64上的射频信号幅值的电路(例如，功率放大器和/或低噪声放大器电路)。
相位和幅值控制器62在本文中有时可统称为光束转向电路(例如，使由相控天线阵列60发射和/或接收的射频信号的波束转向的波束转向电路)。本文可使用术语“波束”或“信号波束”来共同地指代由相控天线阵列60在特定方向上发射和接收的无线信号。术语“发射波束”有时可在本文中用于指在特定方向上发射的无线射频信号，而术语“接收波束”有时可在本文中用于指从特定方向上接收的无线射频信号。例如，如果调整相位和幅值控制器62以产生用于发射的毫米波信号的第一组相位和/或幅值，则发射的信号将形成如图3的波束66所示的毫米波频率发射波束，其定向点A的方向。然而，如果调整相位和幅值控制器62以产生用于发射的毫米波信号的第二组相位和/或幅值，则发射的信号将形成如波束68所示的毫米波频率发射波束，其定向点B的方向。类似地，如果调整相位和幅值控制器62以产生第一组相位和/或幅值，则无线信号(例如，毫米波频率接收波束中的毫米波信号)可以从点A的方向接收，如波束66所示。如果调整相位和幅值控制器62以产生第二组相位和/或幅值，则可以从点B的方向接收信号，如光束68所示。可基于从图2的控制电路14或设备10中的其他控制电路接收的相应控制信号58来控制每个相位和幅度控制器62以产生所需的相位和/或幅值(例如，可使用控制信号58-1来控制相位和幅度控制器62-1提供的相位和/或幅值，可使用控制信号58-2来控制相位和幅值控制器62-2提供的相位和/或幅值，等等)。如果需要，控制电路14可实时主动地调整控制信号58，以随着时间的推移以不同的所需方向引导发射或接收波束。如果需要，相位和幅值控制器62可以向控制电路14提供识别接收信号相位的信息。
任何所需的天线结构可用于实现天线40。在一个合适的实施方式中，贴片天线结构可用于实现天线40。图4示出了可用于图3的相控天线阵列60中的示例性贴片天线。如所示的，天线40可具有贴片天线谐振元件104，贴片天线谐振元件104与例如天线接地层102的接地层分离并平行。贴片天线谐振元件104可位于平面例如图4的X-Y平面内(例如，元件104的侧表面区域可位于X-Y平面中)。接地层102可位于与贴片元件104的平面平行的平面内。因此，贴片元件104和接地层102可位于分开距离110的单独的平行平面中。可选择贴片元件104的侧面的长度，使得天线40在所需的操作频率下谐振。例如，贴片元件104的侧面可各自具有大约等于天线40传送的信号的波长的一半的长度114(例如，给定围绕贴片元件104的材料的介电特性的有效波长)。在一个合适的布置中，长度114可介于0.8mm和1.2mm之间(例如，大约1.1mm)，以覆盖介于57GHz和70GHz之间或介于1.6mm和2.2mm(例如，大约1.85mm)之间的毫米波频带以覆盖37GHz和41GHz之间的毫米波频带，仅作为两个示例。
为了增强处理的偏振，可为天线40提供多个馈电。如所示的，天线40可以具有：在天线端口P1处的第一馈电，第一馈电耦接到例如传输线路径64V的第一传输线路径64；和在天线端口P2处的第二馈电，第二馈电耦接到例如传输线路径64H的第二传输线路径64。第一天线馈电可具有耦接到接地层102的第一接地馈电端子(未示出)和耦接到贴片元件104的第一正馈电端子98-1。第二天线馈电可以具有耦接到接地层102的第二接地馈电端子(未示出)和处于贴片元件104上的第二正馈电端子98-2。开口或孔117和/或119可形成在接地层102中。传输线路径64V可包括垂直导体(例如，导电通孔、导电引脚、金属柱、焊料凸块、这些的组合或其他垂直导电互连结构)，该垂直导体穿过孔117延伸至贴片元件104上的正天线馈电端子98-1。传输线路径64H可包括垂直导体，该垂直导体穿过孔119延伸至贴片元件104上的正天线馈电端子98-2。
当使用与端口P1相关联的第一天线馈电时，天线40可发送和/或接收具有第一偏振的射频信号(例如，与端口P1相关联的天线信号115的电场E1可以平行于图4中的Y轴定向)。当使用与端口P2相关联的天线馈电时，天线40可发送和/或接收具有第二偏振的射频信号(例如，与端口P2相关联的天线信号115的电场E2可以图4的X轴定向，使得与端口P1和P2相关联的偏振彼此正交)。端口P1和P2中的一个可在给定时间使用，使得天线40作为单偏振天线操作，或者两个端口可同时操作，使得天线40与其他偏振一起操作(例如，作为双偏振天线、圆偏振天线、椭圆偏振天线等)。如果需要，活动端口可随时间推移而变化，使得天线40可在给定时间在覆盖垂直偏振或水平偏振之间切换。
带宽扩宽寄生天线谐振元件(例如寄生天线谐振元件106)也可用于天线40中。例如，寄生天线谐振元件可由位于贴片元件104上方的距离112处的导电结构形成。寄生元件106不直接馈电，而贴片元件104经由传输线路径64V和64H以及正天线馈电端子98-1和98-2直接馈电。寄生元件106可产生由贴片元件104生成的电磁场的推定干扰，从而为天线40产生新的谐振。这可用于扩宽天线40的总体带宽(例如，覆盖从57GHz至71GHz的整个毫米波频带)。寄生元件106的至少一些或全部可与贴片元件104重叠。在图4的示例中，寄生元件106具有十字形或“X”形。
图4的天线40可在基板(未示出)上形成。如果需要，基板也可以由如上所述的聚合物组合物形成。基板也可包括多个堆叠的介电层，其中的一个或多个可包含聚合物组合物和/或其他类型的材料，例如玻璃纤维填充的环氧树脂、玻璃、蓝宝石、陶瓷等。如果需要，可在基板的不同层上形成接地层102、贴片元件104和寄生元件106。
图5为电子设备10的横截面侧视图，其示出了相控天线阵列60(图3)可如何通过设备10的覆盖层来传送射频信号。例如，图5的页面平面可以位于图1的Y-Z平面中。如所示的，***导电外壳结构12W可围绕设备10的***延伸。***导电外壳结构12W可横跨设备10的高度(厚度)从第一覆盖层120延伸至第二覆盖层122。如果需要，覆盖层120可延伸横跨设备10的整个侧向表面区域并且可形成设备10的第一(正)面。覆盖层122可延伸横跨设备10的整个侧向表面区域，并且可形成设备10的第二(后)面。在图5的实例中，覆盖层122形成设备10的后外壳壁12R的一部分，而覆盖层120形成显示器6的一部分(例如，显示器6的显示器覆盖层)。显示器6中的有源电路可发射穿过覆盖层120的光，并且可通过覆盖层120接收来自用户的触摸或力输入。覆盖层122可在后外壳壁12R的导电部分(例如，延伸横跨设备10的基本上所有横向区域的导电背板或其他导电层)下方形成薄介电层或涂层。覆盖层120和122可由任何所需的介电材料形成，例如本发明的聚合物组合物、玻璃、蓝宝石、陶瓷、其他聚合物材料等。
导电结构(例如***导电外壳结构12W)可阻挡由图3的相控天线阵列60所传送的电磁能。为了允许与设备10外部的无线装置传送射频信号，相控天线阵列60可安装在覆盖层120和/或覆盖层122后面。当安装在覆盖层120后面时，相控天线阵列60可发射和接收穿过覆盖层120的无线信号(例如，毫米波频率和厘米波频率的无线信号)124。当安装在覆盖层122后面时，相控天线阵列60可发射和接受穿过覆盖层120的无线信号126。
在实际操作中，在毫米和厘米波频率下的射频信号(例如射频信号124和126)可能受到显著衰减，尤其是穿过相对致密的介质(例如覆盖层120和122)时。射频信号也可由于覆盖层120和122内的反射受到相消干涉，并且可在覆盖层120和122与设备10的内部之间的界面处产生不需要的表面波。例如，由安装在覆盖层120后面的相控天线阵列60传送的射频信号可在覆盖层120的内表面上产生表面波。如果不小心，表面波可横向向外传播(例如，沿着覆盖层120的内表面)并且可逸出设备0的侧面，如箭头125所示。这样的表面波，例如，可减小相控天线阵列的总体天线效率，可产生与外部装置不期望的干扰，并且可使用户受到不期望的射频能量吸收。也可在覆盖层122的内表面上产生类似的表面波。
在这方面，图6是设备10的横截面侧视图，其示出了如何可在设备10内实现相控天线阵列60来缓解这些问题。如图6所示，可在安装在设备10的内部132内并抵靠覆盖层130的基板140上形成相控天线阵列60。相控天线阵列60可包括布置成行和列的阵列(例如，一维或二维阵列)的多个天线40(例如，如图4所示的堆叠贴片天线)。作为示例，覆盖层130可形成设备10的介电后壁(例如，图6的覆盖层130可形成图5的覆盖层122)或可形成设备10的显示器覆盖层(例如，图6的覆盖层130可以形成图5的覆盖层120)。相控阵列天线60中的天线40可安装在基板140的表面上，或者可部分地或完全地嵌入基板140内(例如，在单层基板140内或在多层基板140内)。
在图6的示例中，相控天线阵列60中的天线40包括接地层(例如，图4的接地层102)和由嵌入基板140的层142内的传导迹线形成的贴片元件104。相控天线阵列60的接地层可例如由基板140内的传导迹线154形成。相控天线阵列60中的天线40可包括由基板140的表面150处的传导迹线形成的寄生元件106(例如，如图4所示的十字形寄生元件)。例如，寄生元件106可由基板140的最顶层142上的传导迹线形成。在另一个合适的布置方式中，一个或多个层142可***到寄生元件106和覆盖层130之间。在又一合适的布置方式中，可省略寄生元件106，并且贴片元件104可以由基板140的表面150处的传导迹线形成(例如，贴片元件104可以与粘合剂层136或覆盖层130的内表面146直接接触)。
基板140的表面150可抵靠(例如，附接到)覆盖层130的内表面146安装。例如，可使用粘合剂层136将基板140安装到覆盖层130。当然，如果需要，也可使用其他粘合剂、螺钉、销、弹簧、导电外壳结构等将基板140固定到覆盖层130上。同样地，基板140无需固定到覆盖层130。相控天线阵列60中的寄生元件106可与覆盖层130的内表面146直接接触(例如，在省略粘合层136或者粘合层136具有与寄生元件106对齐的开口的场景下)，或可通过粘合层136耦接到内表面146(例如，寄生元件106可与粘合层136直接接触)。
在本文中，相控阵列天线60和基板140有时可统称为天线模块138。如果需要，收发器电路134(例如，图2的收发器电路28)或其他收发器电路可安装到天线模块138(例如，在基板140的表面152处或嵌入基板140内)。
如果需要，也可在覆盖层130的内表面146上形成导电层(例如，当覆盖层130形成图5的覆盖层122时后外壳壁12R的导电部分)。在这些情形中，导电层可为设备10提供结构和机械支撑，并且可形成设备10的天线接地层的一部分。导电层可具有与相控天线阵列60和/或天线模块138对齐的开口(例如，以允许射频信号162穿过导电层传送)。
传导迹线154在本文有时可被称为接地迹线154、接地层154、天线接地154或接地层迹线154。基板140中的接地迹线154和覆盖层130之间的层142在本文中有时可称为天线层142。基板140中的接地迹线154和基板140的表面152之间的层有时在本文中可被称为传输线层。天线层可用于在相控天线阵列60中支撑天线40的贴片元件104和寄生元件106。传输线层可用于支持相控天线阵列60的传输线路径(例如，图4的传输线路径64V和64H)。
收发器电路134可以包括收发器端口160。每个收发器端口160可以通过一个或多个相应的传输线路径64耦接到相应的天线40(例如，传输线路径，例如图4的传输线路径64V和64H)。天线40的传输线路径可嵌入基板140的传输线层中。传输线路径可包括基板140的传输线层内的传导迹线168(例如，基板140内的一个或多个介电层142上的传导迹线)。传导迹线168可形成用于相控天线阵列60中天线40的一个或多个传输线路径64的信号导体和/或接地导体。如果需要，基板140的传输线层中的附加接地迹线和/或接地迹线154的一部分可形成用于一个或多个传输线路径64的接地导体。传导迹线168可通过垂直导电结构166耦接到天线40的正天线馈电端子(例如，图4的正天线馈电端子98-1和98-2)。传导迹线168可通过垂直导电结构171耦接到收发器端口160。垂直导电结构166可延伸穿过基板140的传输线层的一部分，接地迹线154中的孔或开口164(例如，例如图4的孔117和孔119)，以及基板140中的天线层至贴片元件104。垂直导电结构171可延伸穿过基板140中的传输线层的一部分至收发器端口160。
如果不小心，由相控天线阵列60中的天线40发射的射频信号可能从内表面146反射，从而限制相控天线阵列60在一些方向上的增益。将导电结构从天线40(例如，贴片元件104或寄生元件106)直接抵靠内表面146安装(例如，通过粘合剂层136或与内表面146直接接触)可用于使这些反射最小化，从而优化相控天线阵列60在所有方向上的天线增益。粘合剂层136可具有足够小的选定厚度176，以使这些反射最小化，同时仍允许覆盖层130和基板140之间的令人满意的粘附性。例如，厚度176可介于300微米和400微米之间、介于200微米和500微米之间、介于325微米和375微米之间、介于100微米和600微米之间等。
基板140和/或覆盖层130可以由本发明的聚合物组合物以及其他类型的材料形成，例如玻璃、蓝宝石、陶瓷、其他聚合材料等。在某些实施方式中，可能期望覆盖层的介电常数不同于如上所述的基板的介电常数。例如，覆盖层130的介电常数与基板140的介电常数的比率可以为约1至约10，在一些实施方式中为约2至约8，以及在一些实施方式中为约3至约6。在这样的实施方式中，可能期望在覆盖层130中使用本发明的聚合物组合物。在另一个实施方式中，基板140的介电常数与覆盖层130的介电常数的比率可以为约1至约20，在一些实施方式中为约1.5至约10，在一些实施方式中为约2至约8，以及在一些实施方式中为约3至约6。在这样的实施方式中，可能期望在基板140中使用本发明的聚合物组合物。介电常数的这种差异可有助于减轻相消干涉效应。例如，可选择覆盖层130的介电常数和覆盖层130的厚度144，使得覆盖层130形成用于相控天线阵列60的四分之一波阻抗变换器。当以此方式配置时，覆盖层130可优化相控天线阵列60的天线阻抗与设备10外部的自由空间阻抗的匹配，并且可缓解覆盖层130内的相消干涉。覆盖层130的厚度144可被选择为在用于形成覆盖层130的材料中的相控天线阵列60的有效工作波长的0.15倍和0.25倍之间(例如，大约四分之一的有效波长)。通过将相控天线阵列60的操作自由空间波长(例如，对应于10GHz和300GHz之间频率的厘米或毫米波长)除以常数因子(例如，用于形成覆盖层130的材料的介电常数的平方根)来给出有效波长。该示例仅仅是示例性的，并且如果需要，厚度144可选择为有效波长的0.17至0.23倍、有效波长的0.12至0.28倍、有效波长的0.19至0.21倍、有效波长的0.15至0.30倍等。在实施过程中，作为示例，厚度144可在0.8mm和1.0mm之间、在0.85mm和0.95mm之间、或者在0.7mm和1.1mm之间。粘合剂层136可由介电常数小于覆盖层130的介电常数的介电材料形成。
在相控天线阵列60中，每个天线40可以通过垂直导电结构，例如导电通孔170与其他天线40分开。导电通孔170的组或栅栏可横向围绕相控天线阵列60中的每个天线40。导电通孔170可以从表面150延伸穿过基板140到接地迹线156。导电落点焊盘(未示出)可用于在导电通孔穿过基板140时将导电通孔170固定到每个层142。通过将导电通孔170短路到接地迹线154，导电通孔170可与接地迹线154保持在相同的接地或基准电位。如图6所示，相控天线60中的每个天线40的贴片元件104和寄生元件106可安装在对应的体积172(在本文中有时称为腔体172)内。每个天线40的体积172的边缘可由导电通孔170、接地迹线154和覆盖层130限定(例如，每个天线40的体积172可由导电通孔170、接地迹线154和覆盖层130包封)。通过这种方式，导电通孔170和接地迹线154可以形成相控天线阵列60中的每个天线40的导电腔体(例如，相控天线阵列60中的每个天线40可以是具有由导电通孔170和接地迹线154形成的导电腔体的腔体背衬堆叠贴片天线)。相控天线阵列60中的每个天线40，其相应的导电通孔170，其相应的体积172以及其相应的接地迹线154的部分在本文中有时可称为天线单元格174。相控天线阵列60中的天线单元格174可被布置成任何需要的图案(例如，具有行和/或列或其他形状的图案)。如果需要，一些导电通孔170可由相邻天线单元格174共享。
图7是相控天线阵列60的俯视图(例如，沿图6的箭头175的方向截取)。如所示的，天线模块138上的相控天线阵列60可包括布置成行和列的矩形网格图案的多个天线单元格174。每个天线单元格174可包括相应的天线40，天线40被相应的导电通孔170组(例如，导电通孔170的相应栅栏)横向包围。每个天线单元格174的导电通孔170的栅栏在天线40覆盖的频率下可以是不透明的。每个导电通孔170可与两个相邻的导电通孔170分开一定距离(节距)200。为了在天线40所覆盖的频率下不透明，距离200可小于天线40的工作波长的约1/8(例如，补偿图6的基板140的介电效应之后的有效波长)。相控天线阵列60中的每个天线40可通过距离206与相控天线阵列60中的一个或多个相邻天线40分开。距离206可例如大约等于天线40的工作波长的二分之一(例如，给定图6的基板140的介电特性的有效波长)。在图7的实例中，每个天线单元格174具有由导电通孔170限定的矩形***。例如，每个天线单元格174可具有第一矩形尺寸204和第二矩形尺寸202。尺寸202可等于尺寸204(例如，每个天线单元格174可具有正方形轮廓)或尺寸202可不同于尺寸204。可选择尺寸202和尺寸204，使得相控天线阵列60中的天线40被天线40的工作有效波长的大约二分之一分开。例如，尺寸202和尺寸204可介于3.0mm和5.0mm之间，介于2.0mm和6.0mm之间，介于2.5mm和5.5mm之间等。
参考以下实施例可以更好地理解本发明。
测试方法
熔体粘度：可以根据ISO测试11443:2021号，在400s-1或1000s-1的剪切速率和高于熔融温度15℃的温度(例如约325℃)下，使用Dynisco LCR7001毛细管流变仪来测定熔体粘度(Pa-s)。流变仪孔口(模头)可以具有1mm的直径、20mm的长度、20.1的L/D比和180°的入口角。料桶的直径可以为9.55mm+0.005mm，料杆的长度可以为233.4mm。
熔融温度：可以通过如本领域中已知的差示扫描量热法(DSC)来确定熔融温度(Tm)。通过ISO 11357-3:2018所测定，熔融温度为差示扫描量热法(DSC)峰值熔融温度。在DSC程序下，使用在TA Q2000仪器上进行的DSC测量，按照ISO标准10350所记载的，以每分钟20℃加热和冷却样品。
载荷挠曲温度(DTUL)：可以根据ISO 75-2:2013(技术上等效于ASTM D648)来测定载荷挠曲温度。更具体地，可以对长度为80mm、厚度为10mm和宽度为4mm的测试条样品进行沿边三点弯曲测试，其中指定载荷(最大外层纤维应力)为1.8MPa。可以将试样放入温度每分钟升高2℃的硅酮油浴中，直至其挠曲0.25mm(对于ISO测试第75-2:2013号为0.32mm)。
拉伸模量、拉伸应力和拉伸伸长率：可以根据ISO 527:2019(技术上等效于ASTMD638)来测试拉伸特性。可以在长度为80mm、厚度为10mm和宽度为4mm的相同测试条样品上进行模量和强度测量。测试温度可以为23℃，以及测试速度可以为1mm/min或5mm/min。
弯曲模量、弯曲应力和弯曲伸长率：弯曲特性可以根据ISO 178:2019(技术上等效于ASTM D790)来测试。可以在64mm支撑跨度上进行该测试。可以在未切割的ISO 3167多用途棒的中心部分上进行测试。测试温度可以为23℃以及测试速度可以为2mm/min。
简支梁冲击强度：简支梁特性可以根据ISO 179-1:2010(技术上等效于ASTMD256-10，方法B)来测试。可以使用1型试样尺寸(80mm长度、10mm宽度和4mm厚度)进行该测试。当测试缺口冲击强度时，缺口可以为A型缺口(0.25mm基圆半径)。可以使用单齿铣床从多用途棒的中心切割试样。测试温度可以为23℃。
介电常数(“Dk”)和耗散因数(“Df”)：使用已知的分离介质谐振器技术来测定介电常数(或相对静电电容率)和耗散因数，例如在Baker-Jarvis,et al.,IEEE Trans.onDielectric and Electrical Insulation,5(4),p.571(1998)和Krupka,et al.,Proc.7thInternational Conference on Dielectric Materials:Measurements andApplications,IEEE Conference Publication No.430(Sept.1996)中所描述的。更具体地，将尺寸为80mm×90mm×3mm的板样品或直径为101.6mm且厚度为3mm的盘***到两个固定的介电谐振器之间。谐振器测量了试样的平面中的电容率分量。测试五个样品并记录平均值。分离介质谐振器可用于在低千兆赫兹区域(例如2GHz或5GHz)进行介电测量。
热循环测试：将试样置于温度控制室中，并在-30℃至100℃的温度范围内对其进行加热/冷却。首先，将样品加热至100℃的温度，然后立即冷却。当温度达到-30℃时，立即再次加热试样直至达到100℃。可以在3小时的时间段内进行23个加热/冷却循环。
表面/体积电阻率：表面和体积电阻率值通常根据IEC 62631-3-1:2016或ASTMD257-14来测定。根据该程序，将标准试样(例如，1米立方体)放置于两个电极之间。施加电压六十秒并测量电阻。表面电阻率为电位梯度(以V/m计)与每电极长度单位的电流(以A/m计)的商，并且通常表示沿绝缘材料的表面对泄漏电流的电阻。因为电极的四个端界定正方形，所以商中的长度抵消且表面电阻率以ohm为单位报告，尽管更具描述性的单位每平方ohm也常见。体积电阻率也被确定为平行于材料中的电流的电位梯度与电流密度的比率。在SI单位中，体积电阻率在数值上等于材料的一米立方体的相对面之间的直流电阻(ohm-m或ohm-cm)。
实施例1-10
实施例1-10由以下的各种组合形成：液晶聚合物(LCP 1、LCP 2、LCP 3和LCP 4)；二氧化钛颗粒(氯化法金红石，含有氧化铝和疏水性有机表面处理，平均粒径为0.27μm)、钛酸钙或钛酸钡颗粒；碳纤维；三水合铝(“ATH”)和亚铬酸铜填料。LCP 1由48％HNA、25％BP、25％TA和2％HBA形成。LCP 2由73％HBA和27％HNA形成。LCP 3由43％HBA、20％NDA、9％TA和28％HQ形成。LCP 4由60％HBA、4.2％HNA、17.9％TA和17.9％BP形成。使用18mm单螺杆挤出机进行混配。将样品注塑成板状(60mm x 60mm)部件。
表1
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
LCP 1 49 50 54 55 49 47 45 45 - -
LCP 2 4.2 3.5 4.2 3.5 4.2 5.6 7.0 7.0 - -
LCP 3 - - - - - - - - 37.5 27.5
LCP 4 - - - - - - - - 17.6 17.6
二氧化钛 45 45 40 40 45 45 45 - - -
钛酸钡 - - - - - - - 45 - -
钛酸钙 - - - - - - - - 40 50
碳纤维 1.8 1.5 1.8 1.5 1.8 2.4 3.0 3.0 - -
三水合铝 - - - - - - - - 0.5 0.5
亚铬酸铜 - - - - - - - - 4.4 4.4
测试实施例1-10的热性质和机械性质。结果列于下表2中。
表2
在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本领域普通技术人员可以对本发明进行这些和其他修改和变型。另外，应当理解的是，各个实施方式的方面可以整体互换或部分互换。此外，本领域普通技术人员将理解，前述描述仅是示例性的，并且不意在限制如所附权利要求中进一步描述的本发明。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种聚合物组合物，其包含分布在含有至少一种热致性液晶聚合物的聚合物基质内的介电填料，其中所述聚合物组合物表现出在2GHz频率下测定的约0.01或更小的耗散因数、在2GHz频率下测定的约6或更大的介电常数以及在1,000s-1的剪切速率和比所述聚合物组合物的熔融温度高约15℃的温度下测定的约0.1Pa-s至约65Pa-s的熔体粘度。
2.根据权利要求1所述的聚合物组合物，其中所述聚合物组合物具有约280℃至约400℃的熔融温度。
3.根据权利要求1所述的聚合物组合物，其中所述聚合物组合物表现出在1.8MPa下测定的约200℃或更高的载荷挠曲温度。
4.根据权利要求1所述的聚合物组合物，其中所述液晶聚合物构成所述聚合物组合物的约30wt.％至约90wt.％。
5.根据权利要求1所述的聚合物组合物，其中所述聚合物基质含有高萘热致性液晶聚合物，所述高萘热致性液晶聚合物包含含量为约10mol.％或更多的衍生自萘羟基羧酸和/或萘二羧酸的重复单元。
6.根据权利要求5所述的聚合物组合物，其中所述高萘热致性液晶聚合物含有衍生自一种或多种芳族二羧酸、一种或多种芳族羟基羧酸或其组合的重复单元。
7.根据权利要求6所述的聚合物组合物，其中所述芳族羟基羧酸包括4-羟基苯甲酸、6-羟基-2-萘甲酸或其组合。
8.根据权利要求6所述的聚合物组合物，其中所述芳族二羧酸包括对苯二甲酸、间苯二甲酸、2,6-萘二甲酸或它们的组合。
9.根据权利要求6所述的聚合物组合物，其中所述高萘热致性液晶聚合物还含有衍生自一种或多种芳族二醇的重复单元。
10.根据权利要求9所述的聚合物组合物，其中所述芳族二醇包括对苯二酚、4,4'-联苯酚或其组合。
11.根据权利要求1所述的聚合物组合物，其中所述热致性液晶聚合物是全芳族的。
12.根据权利要求1所述的聚合物组合物，其中所述热致性液晶聚合物含有约20mol.％至约80mol.％的量的衍生自6-羟基-2-萘甲酸的重复单元。
13.根据权利要求12所述的聚合物组合物，其中所述热致性液晶聚合物含有约40mol.％至约60mol.％的量的衍生自6-羟基-2-萘甲酸的重复单元。
14.根据权利要求12的聚合物组合物，其中所述热致性液晶聚合物包含摩尔比为约5至约40的衍生自6-羟基-2-萘甲酸和4-羟基苯甲酸的重复单元。
15.根据权利要求1所述的聚合物组合物，其中所述介电填料具有在1MHz的频率下测定的约50或更高的介电常数。
16.根据权利要求1所述的聚合物组合物，其中所述介电填料包括二氧化钛颗粒。
17.根据权利要求16所述的聚合物组合物，其中所述二氧化钛颗粒为金红石形式。
18.根据权利要求16所述的聚合物组合物，其中所述二氧化钛颗粒含有包括氧化铝的表面处理剂。
19.根据权利要求1所述的聚合物组合物，其中所述介电填料包含钛酸钡。
20.根据权利要求1所述的聚合物组合物，其中所述组合物包含约10wt.％至约60wt.％的所述介电填料。
21.根据权利要求1所述的聚合物组合物，其中所述组合物不含玻璃纤维。
22.根据权利要求1所述的聚合物组合物，其中所述组合物不含激光可活化添加剂。
23.一种包含介电层的电子设备，其中所述介电层包含权利要求1所述的聚合物组合物。
24.根据权利要求23所述的电子设备，其中一个或多个导电元件形成在所述介电层的表面上。
25.一种天线***，包括其上设置有天线元件的基板和覆盖所述基板和所述天线元件的盖，其中所述基板、所述盖或两者包含聚合物组合物，所述聚合物组合物包含分布在含有至少一种热致性液晶聚合物的聚合物基质内的介电填料，其中所述聚合物组合物表现出在2GHz频率下测定的约0.01或更小的耗散因数和在2GHz频率下测定的约6或更大的介电常数。
26.根据权利要求25所述的天线***，其中，所述聚合物组合物表现出在1,000s-1的剪切速率和比所述聚合物组合物的熔融温度高约15℃的温度下测定的约0.1Pa-s至约65Pa-s的熔体粘度。
27.根据权利要求25所述的天线***，其中所述聚合物基质包含高萘热致性液晶聚合物，所述高萘热致性液晶聚合物包含约10mol％或更多的衍生自萘羟基羧酸和/或萘二羧酸的重复单元。
28.根据权利要求25所述的天线***，其中，所述介电填料具有在1MHz频率下测定的约50或更大的介电常数。
29.根据权利要求25所述的天线***，其中所述介电填料包括二氧化钛颗粒。
30.根据权利要求25所述的天线***，其中所述组合物包含约10wt.％至约60wt.％的介电填料。
31.根据权利要求25所述的天线***，其中，所述基板包含所述聚合物组合物。
32.根据权利要求31所述的天线***，其中，所述基板的介电常数与所述盖的介电常数的比率为约1至约10。
33.根据权利要求25所述的天线***，其中所述盖包含所述聚合物组合物。
34.根据权利要求33所述的天线***，其中所述盖的介电常数与所述基板的介电常数的比率为约1至约10。
35.根据权利要求25所述的天线***，其中所述天线***包括至少一个相控天线阵列。
36.一种电子设备，包括权利要求25所述的天线***。
37.根据权利要求36所述的电子设备，其中所述设备是蜂窝电话。

Claims (37)

1.一种聚合物组合物，其包含分布在含有至少一种热致性液晶聚合物的聚合物基质内的介电填料，其中所述聚合物组合物表现出在2GHz频率下测定的约0.01或更小的耗散因数、在2GHz频率下测定的约6或更大的介电常数以及在1,000s-1的剪切速率和比所述聚合物组合物的熔融温度约高约15℃的温度下测定的约0.1Pa-s至约65Pa-s的熔体粘度。
2.根据权利要求1所述的聚合物组合物，其中所述聚合物组合物具有约280℃至约400℃的熔融温度。
3.根据权利要求1所述的聚合物组合物，其中所述聚合物组合物表现出在1.8MPa下测定的约200℃或更高的载荷挠曲温度。
4.根据权利要求1所述的聚合物组合物，其中所述液晶聚合物构成所述聚合物组合物的约30wt.％至约90wt.％。
5.根据权利要求1所述的聚合物组合物，其中所述聚合物基质含有高萘热致性液晶聚合物，所述高萘热致性液晶聚合物包含含量为约10mol.％或更多的衍生自萘羟基羧酸和/或萘二羧酸的重复单元。
6.根据权利要求5所述的聚合物组合物，其中所述高萘热致性液晶聚合物含有衍生自一种或多种芳族二羧酸、一种或多种芳族羟基羧酸或其组合的重复单元。
7.根据权利要求6所述的聚合物组合物，其中所述芳族羟基羧酸包括4-羟基苯甲酸、6-羟基-2-萘甲酸或其组合。
8.根据权利要求6所述的聚合物组合物，其中所述芳族二羧酸包括对苯二甲酸、间苯二甲酸、2,6-萘二甲酸或它们的组合。
9.根据权利要求6所述的聚合物组合物，其中所述高萘热致性液晶聚合物还含有衍生自一种或多种芳族二醇的重复单元。
10.根据权利要求9所述的聚合物组合物，其中所述芳族二醇包括对苯二酚、4,4'-联苯酚或其组合。
11.根据权利要求1所述的聚合物组合物，其中所述热致性液晶聚合物是全芳族的。
12.根据权利要求1所述的聚合物组合物，其中所述热致性液晶聚合物含有约20mol.％至约80mol.％的量的衍生自6-羟基-2-萘甲酸的重复单元。
13.根据权利要求12所述的聚合物组合物，其中所述热致性液晶聚合物含有约40mol.％至约60mol.％的量的衍生自6-羟基-2-萘甲酸的重复单元。
14.根据权利要求12的聚合物组合物，其中所述热致性液晶聚合物包含摩尔比为约5至约40的衍生自6-羟基-2-萘甲酸和4-羟基苯甲酸的重复单元。
15.根据权利要求1所述的聚合物组合物，其中所述介电填料具有在1MHz的频率下测定的约50或更高的介电常数。
16.根据权利要求1所述的聚合物组合物，其中所述介电填料包括二氧化钛颗粒。
17.根据权利要求16所述的聚合物组合物，其中所述二氧化钛颗粒为金红石形式。
18.根据权利要求16所述的聚合物组合物，其中所述二氧化钛颗粒含有包括氧化铝的表面处理剂。
19.根据权利要求1所述的聚合物组合物，其中所述介电填料包含钛酸钡。
20.根据权利要求1所述的聚合物组合物，其中所述组合物包含约10wt.％至约60wt.％的所述介电填料。
21.根据权利要求1所述的聚合物组合物，其中所述组合物不含玻璃纤维。
22.根据权利要求1所述的聚合物组合物，其中所述组合物不含激光可活化添加剂。
23.一种包含介电层的电子设备，其中所述介电层包含权利要求1所述的聚合物组合物。
24.根据权利要求23所述的电子设备，其中一个或多个导电元件形成在所述介电层的表面上。
25.一种天线***，包括其上设置有天线元件的基板和覆盖所述基板和所述天线元件的盖，其中所述基板、所述盖或两者包含聚合物组合物，所述聚合物组合物包含分布在含有至少一种热致性液晶聚合物的聚合物基质内的介电填料，其中所述聚合物组合物表现出在2GHz频率下测定的约0.01或更小的耗散因数和在2GHz频率下测定的约6或更大的介电常数。
26.根据权利要求25所述的天线***，其中，所述聚合物组合物表现出在1,000s-1的剪切速率和比所述聚合物组合物的熔融温度约高约15℃的温度下测定的约0.1Pa-s至约65Pa-s的熔体粘度。
27.根据权利要求25所述的天线***，其中所述聚合物基质包含高萘热致性液晶聚合物，所述高萘热致性液晶聚合物包含约10mol％或更多的衍生自萘羟基羧酸和/或萘二羧酸的重复单元。
28.根据权利要求25所述的天线***，其中，所述介电填料具有在1MHz频率下测定的约50或更大的介电常数。
29.根据权利要求25所述的天线***，其中所述介电填料包括二氧化钛颗粒。
30.根据权利要求25所述的天线***，其中所述组合物包含约10wt.％至约60wt.％的介电填料。
31.根据权利要求25所述的天线***，其中，所述基板包含所述聚合物组合物。
32.根据权利要求31所述的天线***，其中，所述基板的介电常数与所述盖的介电常数的比率为约1至约10。
33.根据权利要求25所述的天线***，其中所述盖包含所述聚合物组合物。
34.根据权利要求33所述的天线***，其中所述盖的介电常数与所述基板的介电常数的比率为约1至约10。
35.根据权利要求25所述的天线***，其中所述天线***包括至少一个相控天线阵列。
36.一种电子设备，包括权利要求25所述的天线***。
37.根据权利要求36所述的电子设备，其中所述设备是蜂窝电话。
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