[发明专利]用于波束控制天线的液晶可调谐超颖表面

说明书

一种电子可调谐超颖表面，其反射相位可以被电子地重配置以允许有效的天线波束控制。第一双面基板和第二双面基板限定介于其间的包含向列相液晶的中间区域。第一基板具有在其面向第二基板的面上形成的第一微带贴片阵列，第一微带贴片阵列包括各自电连接至公共电位的微带贴片的二维阵列。第二双面基板具有在其面向第一基板的面上形成的第二微带贴片阵列，第二微带贴片阵列包括各自具有相应的导电控制端子的微带贴片的二维阵列。第一微带贴片阵列和第二微带贴片阵列被对齐以形成单元的二维阵列，每个单元包括被设置在与第二微带贴片阵列的微带贴片间隔开的相对位置处的第一微带贴片阵列的微带贴片，其中一定量的液晶位于第一微带贴片阵列的微带贴片与第二微带贴片阵列的微带贴片之间。微带贴片第二阵列的微带贴片的控制端子允许将控制电压施加至单元以控制一定量的液晶的介电值，从而允许选择性地调整单元的反射相位。

相关申请

本申请要求于2016年9月22日提交的美国临时专利申请第62/398,141号以及于2017年6月22日提交的美国专利申请第15/630,456号的优先权和权益，两件申请的标题均为“LIQUID-CRYSTAL TUNABLE METASURFACE FOR BEAM STEERING ANTENNAS”，其内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开内容涉及天线。特别地，本公开内容涉及用于波束控制天线的液晶可调谐超颖表面。

背景技术

天线系统中的信号强度取决于许多因素，例如从接收机到发射机的距离、发射机与接收机之间的障碍物、信号衰落、多路径接收、视线干扰、菲涅耳区干扰、射频(radiofrequency，RF)干扰、天气状况、噪声等。这些因素中的任何一个或组合都可能导致连接不良、连接断开、低数据率、高时延等。为了减轻这些因素，可以调整发射机天线和/或接收机天线的辐射图的波瓣以引导接收机与发射机之间的波瓣。自适应波束形成器或波束控制自动地调整(发射机、接收机或两者的)天线响应以补偿信号损失。在波束形成器中，干涉和构造图可以被用于使用天线间隔以及来自天线阵列中的每个天线的信号发射的相位来改变来自多个天线的信号波束的形状和方向。波束控制可以通过控制每个发射机处的信号的相位和相对幅度来改变主瓣的方向性。

作为具有可以根据需要来改变的电磁特性的人造片材的超颖表面可以控制EM波的反射和透射特性。例如，超颖表面可以是包含具有与工作波长相比的相对小的周期性的电小散射体的二维周期结构。在Sievenpiper等人的“Two-Dimensional Beam SteeringUsing an Electrically Tunable Impedance Surface”(IEEE Trans.On Antennas andProp，第51卷，第10期，第2713至2721页，2003年10月)中描述了用于波束控制系统的超颖表面。Sievenpiper公开了利用使用变容二极管加载的电可调谐阻抗表面的二维波束控制。对于需要超过数百个二极管的大表面的高频率而言，使用变容二极管加载变得不切实际。对于通信应用，由于变容二极管的非线性特性，变容二极管的使用可能是不可取的，其中变容二极管的非线性特性可以导致由无源互调(passive intermodulation，PIM)而引起的不期望的噪声。

发明内容

描述了其反射相位可以被电子地重配置以允许有效的天线波束控制的电子可调谐超颖表面的示例实施方式。