[发明专利]天线

说明书

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。

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，与无线通信系统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系统响应时间的增加。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：τ_on∝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系统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。