天线孔径中的RF纹波校正的制作方法
相关申请的交叉引用
本专利申请要求于2017年9月20日提交的序列号为62/561,110、标题为“rf纹波校正”以及于2017年9月28日提交的序列号为62/564,877、标题为“rftft天线孔径中的dc偏移校正”的相应临时专利申请的优先权并且通过引用将其并入本专利申请。
本发明的实施例涉及具有液晶(lc)的射频(rf)装置的领域；更特别地，本发明的实施例涉及具有已进行rf纹波、闪烁或其它观察的液晶(lc)的射频(rf)装置的驱动和控制。
背景技术：
使用液晶(lc)的显示装置通常使用一种驱动方法，该驱动方法以规则的间隔反转横跨lc施加的驱动电压的极性。这些间隔通常称为时间帧或帧。这样做是为了防止可导致lc装置内电压存储的电荷在lc装置内的撷取或使其最小化。这些电荷来源众多，主要来自lc装置中的污染或材料降解。给定极性的持续施加分离污染物(诸如有机酸)的电荷，并将其移动到其可能会粘着的lc装置的边界。通过反转所施加的电压的极性，可以减少这些带电物质的分离和传输。然而，很难对称地反转电压，因此会导致“净dc偏移”。
当在正帧期间施加的电压的绝对值与负帧期间施加的电压的绝对值之间存在足够的差异时，也会发生称为“闪烁”的情况，使得lc在正帧和负帧中的光学特性是不同的，并且人眼可见。在显示器中，这些可以被光感测装置看到或检测到。随着时间的流逝，引起闪烁的正帧和负帧之间的不对称会导致电荷存储。装置内存储的电荷可以在打算施加到lc的电压与实际施加的电压之间造成差异。这会导致施加到元件的均方根(rms)电压降低。可能出现此问题的另一个征兆，在本文中称为“图像残留”，其是先前施加的图像图案对下一个图像图案的影响。
尽管定期反转所施加的电压的极性有效防止电荷撷取，但这本身不足以防止类似“闪烁”的问题。如果以正极性和负极性施加的电压之间存在持续的差异，则其可能导致帧之间出现“净dc偏移”，从而随着时间的流逝，lc装置的边界处将存在电荷的净积累。
为了防止在基于lc的装置中出现这种情况，希望在驱动极性的一个间隔期间施加到lc装置的电压的绝对值与在驱动极性相反的下一个间隔期间施加的电压的绝对值之间的dc偏移尽可能接近零。
在lc显示器中，可以通过在每个灰度针对每个极性补偿发送到每个元件的电压值来完成dc偏移的调整。在显示器中，可以用光学方式确定所选灰度下每个极性的补偿电压量，并选择该补偿电压量以消除闪烁。也就是说，帧的正极性和负极性之间的电压差导致光学闪烁，这可以由光学传感器或传感器阵列(相机)观察到，并在自动测试设置中使用校正算法将其消除。然后，那些校正值可以被存储并且用于使偏移最小化。
上面针对lc显示器描述了dc偏移问题。由于lc驱动机制与显示器相同，因此在lcrf天线中观察到相同的现象。观察到这种现象对天线性能的影响为rf纹波，其降低接收器处的载波噪声(c/n)比。lc显示器中使用的dc偏移校正方法不能应用于lcrf天线的当前状态，因为天线结构阻断用于lc响应的光学测量的路径。
技术实现要素：
描述了一种用于天线孔径中的rf纹波校正的方法和设备。在一个实施例中，该天线包括：具有液晶(lc)的天线元件的阵列；驱动电路，其联接到该阵列并具有多个驱动器，多个驱动器中的每个驱动器联接到该阵列的天线元件并且可操作以将驱动电压施加到天线元件；以及射频(rf)纹波校正逻辑，其联接到驱动电路来调整驱动电压以补偿纹波。
附图说明
由下面给出的详细描述和本发明的各个实施例的附图，将更充分地理解本发明，然而这些描述和附图不应被视为将本发明限制于特定的实施例，而是仅用于解释和理解。
图1是电压调整设备的一个实施例的框图。
图2示出了没有射频(rf)纹波的情况下随时间变化的传输参数s21。
图3示出了具有rf纹波的情况下随时间变化的传输参数s21。
图4示出了lc天线孔径中rf单位单元的驱动电压。
图5示出了使用伽马电压的数据(源)驱动器输出控制。
图6是rf纹波校正过程的实施例的流程图。
图7a和图7d示出了使用rf纹波校正过程的一个实施例的电压调整的示例。
图8是rf纹波校正过程的另一实施例的流程图。
图9示出了传输与电压曲线的示例。
图10是确定dc偏移校正值的过程的一个实施例的流程图。
图11示出了位于波导区域外部的单个测试结构的布线的一个实施例。
图12示出了测试结构的一个实施例。
图13示出了光学透明测试结构的栅极线和源极线布线的一个示例。
图14和图15分别示出了形成用于天线孔径的贴片和虹膜的贴片玻璃(衬底)和虹膜玻璃(衬底)结构的示例。
图16和图17分别示出了在贴膜玻璃衬底和虹膜玻璃衬底上布线的示例。
图18示出了圆柱馈电全息径向孔径天线的一个实施例的示意图。
图19示出了包括接地面和可重构谐振器层的一行天线元件的透视图。
图20示出了可调谐谐振器/槽的一个实施例。
图21示出了物理天线孔径的一个实施例的横截面图。
图22a至图22d示出了用于创建开槽阵列的不同层的一个实施例。
图23示出了圆柱馈电天线结构的一个实施例的侧视图。
图24示出了具有输出波的天线系统的另一实施例。
图25示出了关于天线元件的矩阵驱动电路的布置的一个实施例。
图26示出了tft封装的一个实施例。
图27是具有同时发送和接收路径的通信系统的一个实施例的框图。
具体实施方式
在下面的描述中，阐述了大量的细节以提供对本发明的更深入的解释。然而，对于本领域的技术人员将显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践本发明。在其它情况下，为了避免模糊本发明，以框图形式、而非详细地示出了公知的结构和装置。
电压校正概述
公开了一种用于控制天线的驱动方案的方法和设备。在一个实施例中，天线包括平板天线，如所描述的，例如但不限于下面描述的天线实施例。注意，本文所描述的技术不限于这种天线。
在一个实施例中，驱动方案涉及选择电压值以控制天线中的天线元件。在一个实施例中，天线元件为rf辐射天线元件；然而，本文公开的技术不限于这样的天线元件。在一个实施例中，rf辐射天线元件是基于超材料液晶的天线元件。在一个实施例中，超材料天线元件是表面散射超材料天线元件，诸如例如但不限于下面更详细公开的那些。
在一个实施例中，基于关于天线进行的观察来修改天线的驱动方案。观察结果可以通过测试装备、测试结构和传感器获得。在一个实施例中，观察结果包括关于射频(rf)纹波、闪烁和/或环境变化(例如，温度变化、压力变化等)的观察。
基于观察结果，对驱动方案进行了改变。在一个实施例中，对驱动方案的一个或多个改变涉及调整控制天线某些部分的操作的一个或多个电压。在一个实施例中，对以下各项中的一项或多项进行调整：伽玛电压，晶体管(例如，薄膜晶体管(tft))的栅极、源极和/或漏极电压，参考电压或公共电压(例如，vcom)等。
在rf纹波和/或闪烁观察的情况下，本文公开的技术调整为控制包括这种天线元件的驱动器的天线元件而指定的电压值。在一个实施例中，调整了伽马电压值。在另一实施例中，调整了例如vcom的公共电压的值。注意，电压调整不限于这些电压。
图1是电压调整设备的一个实施例的框图。在一个实施例中，该设备是天线的一部分。在另一实施例中，该设备被天线使用，但是与天线分离。在又一实施例中，设备的多个部分被分布成使得一部分是天线的一部分，而另一部分与天线分离但被天线使用。
参照图1，电压调整组件100接收一个或多个驱动/控制电压值101(例如，伽马电压值、晶体管(例如，薄膜晶体管(tft))的栅极、源极和/或漏极电压、参考电压或公共电压(例如，vcom)等)和与关于天线进行的观察有关的观察数据102。在一个实施例中，观察数据102包括rf纹波测量或信息、闪烁测量或信息、环境测量等中的一项或多项。这些可以从测试仪、测试结构、传感器等获得。
响应于这些输入，电压调整组件100对天线所使用的驱动和/或控制电压执行电压调整。在一个实施例中，电压调整组件100响应于已观察到的rf纹波来执行电压调整。在另一实施例中，电压调整组件100响应于已观察到的闪烁来执行电压调整。在又一实施例中，电压调整组件100响应于已观察到的rf纹波和闪烁来执行电压调整。
在一个实施例中，电压调整组件100响应于已使用rf纹波校正组件100a观察到的rf纹波来执行电压调整。在另一实施例中，电压调整组件100响应于已经使用dc偏移校正组件100b观察到的闪烁来执行电压调整。在又一实施例中，电压调整组件100响应于已使用组合的rf纹波和dc偏移校正组件观察到的rf纹波和闪烁来执行电压调整，在组合的rf纹波和dc偏移校正组件中，rf纹波校正组件100a和dc偏移校正组件100b组合或串联工作。在一个实施例中，将两种方法组合，使得使用光学dc偏移校正/检测方法(100b)来建立期望的伽马电压校正量，然后在那些期望值附近利用rf纹波方法(100a)执行更精细的校正。如果将测试结构仅放置在外围或ito结构的电容接近于rf元件但与其不同，则使用100b发现的电压校正量可能与阵列中rf元件所需的电压校正量不同。两种方法的组合可以在更短的时间内(100b)提供更精确的校正(100a)，而无需扫描整个电压范围。在一个实施例中，电压调整组件100包括参考电压或公共电压vcom调整组件100c，以调整公共电压。可以基于一个或多个观察结果(例如，rf纹波、闪烁等)进行此调整。
电压调整组件100输出一个或多个新的或更新的驱动/控制电压值110，该值存储在存储器103(例如，查找表(lut))中，以供天线控制器104访问，天线控制器104以本领域中公知的方式使用用于驱动和控制阵列105中的天线元件的电压值。
下面更详细地描述与由电压调整组件100执行的或由其它天线实施例使用的用于纹波校正和dc偏移校正的实施例有关的示例。
纹波校正概述
在一个实施例中，基于lc的天线孔径使用一种驱动方案，该方案周期性地反转施加在液晶(lc)上的差分电压的极性。基于lc的天线孔径例如是但不限于下面更详细描述的天线孔径。在一个实施例中，lc差分电压的极性以在本文中称为帧的规则的时间间隔反转。施加电压极性反转以防止电荷在电极表面(例如，基于lc的天线元件的贴片/槽对中的贴片电极(例如，以下所述的表面散射天线元件))上的lc中的累积。这种积累导致lc层内电压升高，并干扰装置特性。每个帧中的电压极性的反转防止电荷在每个帧中移动时积累。lc中存在这些电荷主要归因于污染或材料降解产物。例如，由于天线孔径段组装过程中暴露于紫外线、lc与意外暴露的金属的反应、lc和取向层的反应等，可能导致lc材料的降解。
观察到所施加电压的差异是在正帧和负帧之间的lc的光学性质的差异。当在正帧和负帧中施加在lc上的差分电压之间存在明显差异时，在lc天线孔径中观察到另一种效应，即rf纹波。具有带有液晶的天线元件的天线孔径中的rf纹波类似于液晶显示器(lcd)中的闪烁。在lc天线孔径中，观察到所施加电压的差异是lc介电特性的差异，最终是天线频率的差异。所施加的差分lc电压的差异可能是归因于通过晶体管或lc的泄漏差异、阵列中的rc延迟、元件之间的串扰以及正负帧之间的“跳变”(或馈通)电压差异。天线频率的这种差异导致天线响应随时间周期性变化。可以观察到，天线的中心频率，即观察到最高增益的频率，是周期性变化的。测试工具可以测量rf纹波效应。
在中心频率执行连续波(cw)测量的时域中，可以更清楚地观察到rf纹波现象。在理想情况下，对于基于lc的天线孔径的一个实施例，如图2所示，传输参数(s21)应随时间恒定。当存在rf纹波时，对于基于lc的天线孔径的一个实施例，如图3所示，观察到s21中与时间相关的周期性变化。如前所述，所施加电压的周期性变化改变中心频率，这导致以恒定频率测量的传输参数的周期性变化。
在一个实施例中，本文公开的电压校正技术校正rf天线孔径中的rf纹波。在一个实施例中，为了校正rf纹波效应，使用rf自由空间测试工具，诸如例如但不限于2017年5月16日提交的序列号为15/596,370且标题为“自由空间段测试仪(fsst)”的美国申请中公开的工具，将电压校正过程用于自动进行伽马电压校正。伽马电压校正的自动化用于减少、最小化和/或消除rf纹波现象的目的。注意，该过程可以执行一次或多次。在一个实施例中，当已发生重大变化时，例如，使用例如温度传感器和/或压力传感器中的一个或两者来捕捉的急剧的环境变化，则重复该过程。
在一个实施例中，电压校正单元执行电压调整方法。在一个实施例中，该方法通过重新调整驱动电压以在正帧和负帧两者中施加相同的差分电压，来减小并且可能最小化rf纹波。在一个实施例中，用于rf纹波校正的电压调整方法被应用于自由空间测试(fst)测量系统中。
在一个实施例中，在频域和时域两者中都观察到天线的rf响应(传输参数s21)。伽马电压值用于创建“数据”电压，用于重新调整驱动电压。对于典型的“数据”驱动器芯片，如图4所示，伽马电压控制输出“数据”电压。参照图4，用于lc天线孔径中的rf单位单元的驱动电压包括耦合到rf元件412和存储电容器411的参考电压或公共电压vcom402。rf元件412和存储电容器411也联接到晶体管410的漏极。在一个实施例中，晶体管410是薄膜晶体管(tft)。晶体管410的栅极402从扫描/栅极驱动器420接收扫描电压。联接晶体管410的数据/源401以接收来自数据驱动器421的输出数据电压，数据驱动器421由来自伽马电压基准生成器422的伽马电压控制。
伽马电压驱动器针对段的所需频率“线性化”/“校正”所测量的功率对电压响应的关系。对于每个灰度/极性，使用针对该灰度/极性找到的δvcom来计算新的伽马电压。然后将这些值放入到控制板上存储器(例如，eeprom)中的查找表中。在一个实施例中，定时控制器430是控制器板。这些值用于设置伽马电压生成器422。伽马电压生成器422将前往电阻梯上的节点的伽马电压输入到数据驱动器421中的电阻梯上中。利用该伽马芯片信息以及来自控制器板的灰度数据，数据驱动器421在“行”(栅极)线扫描时将校正后的源极电压写入到每条源极线，从而更新每个帧的新信息。
联接定时控制器430以控制数据驱动器421和扫描/门驱动器420。在一个实施例中，定时控制器430控制数据电压驱动的定时，以及将数据输出到数据驱动器，该数据驱动器使用伽马电压生成器以将适当的模拟电压输出到源极线。
在一个实施例中，针对负帧和正帧都在每个灰度等级下定义数据驱动器芯片输出。对于n个伽马电压电平，存在由伽马电压直接控制的n/2个灰度等级。在一个实施例中，rf纹波校正是在那些n/2个灰度等级下执行的。
在一个实施例中，rf纹波校正是由伽马电压校正逻辑423执行的。在一个实施例中，伽马电压校正逻辑423包括运行软件的电路。可选地，伽马电压校正逻辑423包括硬件、软件、固件或这些中的两个或更多个的组合。在一个实施例中，使用自由空间测试仪(fst)测量rf纹波，并且伽马电压校正逻辑423使用正在由电路(例如，处理器、控制器、数字逻辑等)运行的软件确定δvcom，使用该软件计算伽马电压并使用该软件将新的伽马电压值发送到伽马电压生成器422。
在一个实施例中，确定初始伽马电压组。图5示出了这种伽马电压曲线的示例。参照图5，电压曲线相对于在中间的电压电平对称，称为havdd。在一个实施例中，该电压电平还用作公共电压(vcom)的初始值。在一个实施例中，设置最高的灰度以实现可能的最大电压范围，并设置最低的灰度以实现0v差分lc电压。
当将灰度等级设置为最大电压范围时，将在fst中观察基于lc的天线元件的rf响应，并针对中心频率测量rf纹波。如果纹波量大于标准，则增大或减小vcom直到纹波量低于标准。在该vcom值处，再次在频域中确定中心频率。以新中心频率重复时域中的纹波测量。如果纹波量低于标准，则将该vcom值确认为新的vcom值(vcom_adj)。否则，重复vcom调整过程，直到纹波量低于标准为止。
对于剩余的(n/2)-1个灰度等级重复vcom调整过程，并稍作修改。对于剩余的灰度等级中的每一个，测量rf响应和中心频率。在时域中测量纹波量，并增大或减小vcom以匹配纹波标准。在一个实施例中，该标准是一个阈值，其中高于该阈值的rf纹波使信号失真或以其它方式影响接收器处的载波噪声(c/n)。在一个实施例中，阈值被设置为0.10db。然后重复rf响应测量以测量新中心频率。以新中心频率重新测量纹波。重复该过程，直到纹波量满足标准为止。在此步骤中，vcom被称为vcom_temp。
δvcom＝vcom_temp-vcom_adj
从该灰度等级的伽马电压值减去该差值(δvcom)，以计算该灰度等级的新伽马电压。有多种方法来应用此调整。在一个实施例中，从与正帧和负帧有关的两个伽马电压值中减去δvcom，该伽马电压值在该灰度中用于计算该灰度等级的新伽马电压值。在另一实施例中，从该灰度中的伽马电压值之一减去2*δvcom。
在一个实施例中，在rf纹波校正之前设置vcom电平，并且仅允许临时的vcom重新调整。然后，上一段中所述的伽马电压调整也用于最高灰度等级。
对剩余的灰度等级重复此调整过程，以计算δvcom和更新的伽马电压值。在一个实施例中，将更新后的伽马电压组连同vcom_adj用作新vcom电平，以针对每个灰度等级以新中心频率再次测量纹波量，来确认纹波标准。如果所测量的纹波量满足纹波标准，则认为完成了rf纹波校正过程。否则，重复伽马电压调整过程，直到满足rf纹波标准为止。
图6示出了作为rf纹波校正单元的一个实施例的一部分而执行的上述rf纹波校正过程的流程图的一个实施例。该过程由处理逻辑执行，该处理逻辑可以包括硬件、软件、固件或这三者的组合。
图7a至图7d示出了用于天线的伪半vdd(pseudohalfvdd)驱动模式的电压调整过程的一个实施例。参照图7a，vsource电压以及vcom电压在0v至7v之间。在本文中，这称为7v半vdd(真半vdd(truehalfvdd))驱动模式。在这种情况下，对于正帧和负帧，lc电压(例如，贴片/槽天线元件的贴片上的电压)将在7v和-7v之间。这表示两个电压关于0v对称的理想情况。
图7b示出了两个电压电平关于电压不对称的情况。参照图7b，源极上的电压vsource在0v与6.5v之间，并且电压范围在6.5v与-7v之间。这导致rf纹波。为了解决这个问题，rf校正单元增大公共电压vcom(如图7c所示)或减小vcom(如图7d所示)。在如图7c所示增大vcom之后，测量纹波，并且如果确定rf纹波增加，则rf纹波校正单元确定电压调整的方向错误，以通过减小vcom来调整vcom。如果减小vcom的结果导致纹波减小，则rf纹波校正单元继续减小vcom直到rf纹波不再减小。注意，如果减小vcom导致rf纹波增加，则可以将vcom增大。
在一个实施例中，在整个rf纹波校正过程中，用于调整vcom的步长可以相同。在另一实施例中，在整个rf纹波校正过程中，用于调整vcom的步长可以改变。例如，步长最初可以是均匀的；然而，由于纹波量一直在减小(例如，由于向下调整vcom而导致)，并且由于vcom的调整导致的纹波量突然增加，可以在识别导致未获得rf纹波或未获得预定量的rf纹波(例如，rf纹波低于预定水平)的vcom的过程中，沿相反方向(例如，向上调整vcom)使调整的大小变小。
可以使用定义的rf纹波校正过程来调整天线孔径每个段上的伽马电压(其中这些段联接在一起以形成单个孔径)。在一个实施例中，rf纹波校正过程对来自每批/每个批次被评估的天线元件中的少量样本使用调整结果，计算出适当的伽马电压组。
注意，图7a至图7d所示的驱动模式的一种可替换的天线驱动模式在本文中被称为9v半vdd(伪半vdd)驱动模式。9v半vdd(伪半vdd)和7v半vdd(真半vdd)驱动模式之间的重要区别在于，vcom在9v模式下在vcomh和vcoml之间切换，而vcom在7v模式下为恒定电压。
图8是rf纹波校正过程的另一实施例的流程图。该过程由处理逻辑执行，该处理逻辑可以包括硬件、软件、固件或这三者的组合。在一个实施例中，图8所阐述的操作由rf纹波校正单元执行。
参照图8，该过程开始于处理逻辑检查是否允许调整vcom(过程框图801)。如果允许，则过程转到过程框图802。如果不是，则过程转到过程框图804。
在过程框图802中，处理逻辑生成用于正帧和负帧的对称电压曲线的初始伽马电压。最高和最低伽玛电压值通常由驱动芯片规格确定。
在过程框图802中，处理逻辑还确定初始vcom值尽可能接近以在lc上针对最低灰度等级生成0v。
此后，处理逻辑进行到对应于最高和最低伽玛电压的最高灰度等级，并重新调整vcom以满足纹波标准(过程框图803a)。在一个实施例中，作为过程框图803a的一部分，处理逻辑重新调整vcom，检查新中心频率(cf)，以新cf检查纹波，重新调整vcom，并且如果需要，重复检查中心频率和纹波。
重新调整vcom后，处理逻辑针对剩余的测量将初始vcom值替换为调整后的vcom(vcom_adj)值。此后，过程转到过程框图806a。
在过程框图804中，处理逻辑针对vcom周围的正帧和负帧生成对称电压曲线的初始伽马电压。如上所述，在一个实施例中，最高和最低伽马电压值通常由驱动芯片规格确定。在一个实施例中，处理逻辑将在最高和最低伽玛电压值中间的伽玛电压设置得尽可能接近，以在lc上针对最低灰度等级生成0v。
接下来，处理逻辑进行到最高灰度等级，测量纹波并重新调整vcom(过程框图805b)。在一个实施例中，处理逻辑检查新中心频率(cf)并以新cf检查纹波。在一个实施例中，仅允许临时的vcom改变，并且将标称vcom称为vcom_adj。在一个实施例中，临时调整vcom以满足纹波标准。该vcom值被称为vcom_temp。
在测量纹波之后，如果纹波不满足标准，则处理逻辑再次重新调整vcom，并重复检查和更新vcom_temp。如果满足纹波标准，则处理逻辑计算：
δvcom＝vcom_temp-vcom_adj
在一个实施例中，处理逻辑通过使用以下公式计算新伽马电压：
gamma_positive_new＝gamma_positive-2*δvcom
然后，处理逻辑进行到下一个灰度等级，利用vcom_adj测量纹波并重新调整vcom(过程框图806b)。在一个实施例中，处理逻辑检查新中心频率(cf)并以新cf检查纹波。临时重新调整vcom以满足纹波标准。该vcom值在本文中被称为vcom_temp。如果纹波不满足标准，则再次重新调整vcom，且处理逻辑重复检查并更新vcom_temp。
如果满足纹波标准，则处理逻辑计算：
δvcom＝vcom_temp-vcom_adj
在一个实施例中，处理逻辑通过使用以下之一来计算新伽马电压：
gamma_positive_new＝gamma_positive-δvcom，以及
gamma_negative_new＝gamma_negative-δvcom
注意在一个实施例中，差异仅施加在一侧：
gamma_(positive或negative)_new＝gamma_(positive或negative)–2*δvcom
在处理当前的灰度等级之后，处理逻辑将vcom值改变回其初始值(过程框图806c)，然后过程转到过程框图807。
图8的上述步骤用于在vcom不切换的真半vdd模式下的伽马电压校正。对于不同的驱动模式，如图7a至7d所示的vcom在vcom高电平和vcom低电平之间切换的伪半vdd，可以修改图8的过程，以便通过改变vcom高电平和vcom低电平来执行rf纹波校正，直到rf纹波低于阈值。在那种情况下，在一个实施例中，根据以下公式计算新伽马电压：
gamma_positive_new＝gamma_positive-(vcom_low_temp-vcom_low_adj)
gamma_negative_new＝gamma_negative-(vcom_high_temp-vcom_high_adj)
与vcom_adj类似，vcom_high_adj和vcom_low_adj是在调整步骤中获得的vcom高/低电平。与vcom_temp类似，vcom_high_temp和vcom_low_temp是在rf纹波校正步骤中使用的临时vcom高/低电平。在另一种情况下，如果将相同的vcom改变的量应用于vcom高电平和vcom低电平两者，则可以应用图8中描述的过程而不进行任何改变。
在过程框图807中，处理逻辑检查是否所有灰度等级都已完成。如果否，则过程转到过程框图806a，并且过程在此针对剩余的灰度等级而继续。如果所有灰度等级都已完成，则处理转到过程框图808。
在已经评估了所有剩余的灰度等级并且在必要时进行了校正之后，处理逻辑用新的值更新包含针对灰度等级的伽马电压的伽玛电压表(过程框图808)。
在一个实施例中，处理逻辑重复rf纹波测量(过程框图809)并检查是否满足rf纹波标准(过程框图810)。如果不满足，则重复，然后针对不满足标准的灰度等级，过程转到过程框图805a，并且从那里重复过程直到针对所有灰度等级都满足标准。如果满足标准(过程框图810)，则过程结束。
dc偏移校正概述
本发明的实施例包括一种校正rf天线孔径中的直流(dc)偏移的技术。存在许多可导致天线中的净dc偏移的因素。在正帧和负帧之间，充电率、跳变电压和电荷泄漏通常不相等，此外，这些值可能会随灰度而改变。
将显示方法应用于处理rftft孔径的dc偏移存在若干困难。例如，一个困难是存在光学上不透明的金属层，金属层妨碍了在元件的关键区域中对lc的观察。
本发明的实施例包括用于光学观察rftft孔径中的所选择位置中的闪烁的结构和方法，以使得能够使用校正技术来减小rftft孔径中的dc偏移。本发明的实施例利用了以下事实：除了对rf辐射的介电常数具有各向异性之外，用于构建rftft孔径的液晶还具有通过lc分子的快(短)轴和慢(长)轴的折射率之间的差测量的光学各向异性。
通常，用于rftft孔径目的的lc的增量大于性能已针对显示器进行优化的lc的增量。在具有与偏振器呈45度的摩擦方向的交叉偏振器之间，在lc间隙为2.7um的情况下，rf优化lc的电-光曲线将显示从0至7.5vrms的几个最大值和最小值。
图9示出了传输与电压曲线的示例。参照图9，由于lc针对rf天线使用进行了优化，因此该lc的光学增量比在针对lcd优化的lc中大得多。对于具有适当选择的偏振器和摩擦方向的电控双折射(ecb)单元，传输与电压曲线看起将类似于图9中的绘制。
正帧和负帧之间的光传输差异在光传输曲线中传输随电压改变迅速(斜率很陡)的部分曲线中被突出。这些区域应当用于确定针对灰度的校正电压。
对于rftft孔径灰度的给定正帧和负帧，电-光曲线上正帧和负帧将具有相应的光学状态。由于dc偏移，电-光曲线上的这些相应的光学状态将有所不同。光传输值之间的这种差异将被视为“闪烁”。在一个实施例中，电-光曲线上针对正帧和负帧的这些光学状态用于校正dc偏移。本文公开的dc偏移校正技术生成可以通过消除“闪烁”来确定的dc偏移校正电压。
在一个实施例中，净dc偏移通过调整vcom电压来调整。这可以用于不同的驱动模式。例如，在一个实施例中，在总体水平上，对于1/2vdd驱动模式(其中正帧和负帧之间的电压范围是1/2vdd)，通过调整vcom电压来调整净dc偏移。在一个实施例中，dc偏移校正由dc偏移校正逻辑执行。在一个实施例中，这种逻辑包括运行软件的电路，并且联接至诸如图4所示的电路以调整vcom电压。可选地，dc偏移校正逻辑包括硬件、软件、固件或这些中的两个或更多个的组合。
在过程的一个实施例中，期望降低帧率(延长帧时间)以增加lc必须响应正帧和负帧的电压的时间。这是因为lc具有响应时间，并且人们需要等待该响应时间以观察对电压改变的光学响应。如果帧时间没有长得足以观察lc响应，则可以增加在dc偏移校准期间使用的帧时间。然而，由于帧时间的长度可能影响dc偏移的例如充电率和电压泄漏的关键组成部分，所以不能简单地延长帧率。在一个实施例中，增加lc必须响应正帧和负帧的电压的时间是通过驱动模式来完成的，该驱动模式将帧时间保持在相同的长度，但是连续写入多个正电压帧，然后是相等数量的负帧，依此类推，直到完成零位测量(nullmeasurement)为止。在一个实施例中，以增加的帧时间执行dc偏移校准，但是初始帧时间仍用于天线操作。
图10是确定dc偏移校正值的过程的一个实施例的流程图。该过程由处理逻辑执行，该处理逻辑可以包括硬件、软件、固件或这三者的组合。在一个实施例中，图8中阐述的操作由dc偏移校正逻辑或dc偏移校正单元执行。在一个实施例中，dc偏移校正单元或逻辑处于天线的生产线中使用的测试和校准装备中。
图10的过程依赖于与正帧和负帧之间的光传输差异有关的观察结果。在一个实施例中，使用光学结构捕捉正帧和负帧中的光传输。在一个实施例中，这些光学结构还用于测试用于rf辐射天线元件(例如，诸如如下所述的表面散射超材料天线元件)的矩阵行和列驱动器的功能。
参照图10，用于获得校正值的过程开始于处理逻辑以灰度驱动tft/窗口测试元件(过程框图1001)，并观察正帧和负帧之间的光传输差异(过程框图1002)。
然后，处理逻辑通过调整vcom来消除帧之间的闪烁(过程框图1003)。
在将vcom调整为消除闪烁的电平之后，处理逻辑将vcom值转换为调整后的正帧电压vpos和负帧电压vneg(过程框图1004)。
然后，处理逻辑将调整后的电压施加到正帧和负帧(过程框图1005)，并检查闪烁(过程框图1006)。
如果没有闪烁，则处理逻辑将校正后的正帧和负帧电压存储在校正查找表中(过程框图1007)。
如果仍然发生闪烁，则在一个实施例中，该过程转回到过程框图1003，并且重复该过程。
在已经针对灰度消除闪烁之后，处理逻辑移至下一灰度并且重复该过程(过程框图1008)。
在一个实施例中，在每个灰度内，执行该过程以消除一个元件的闪烁，并且在对该元件完成该过程之后，该过程移至下一元件并重复直到测试了所有元件。
在一个实施例中，针对测量过的rftft元件确定的校正用于确定未测量的rftft元件的校正。在一个实施例中，dc偏移校正单元将对所测量的tft/窗口测试元件的校正内插到未测量的rftft元件。这些未测量的rftft元件可以位于所测试的rftft元件之间和/或所测试的rftft元件附近。
校正dc偏移的光学透明测试结构
在一个实施例中，使用光学透明的测试结构来观察闪烁并确定dc偏移以消除闪烁。在一个实施例中，这些结构位于rftft元件阵列的外部，并且包含与在孔径段中的rftft孔径阵列中发现的相同或非常相似的等效电路。组合天线段以形成整个天线阵列。关于天线段的更多信息，参见专利号为9,887,455、标题为“圆柱形馈电(feed)天线的孔径分割”的美国专利。在一个实施例中，这种结构的光学特性被用于估计和创建校正值以减小rf元件阵列中的dc偏移。
在一个实施例中，与用于测试结构的电压相关联的栅极0线和源极0线被添加到波导中的附加孔不影响性能的孔径的波导区域(例如，图23的波导)的外部。图11示出了位于波导区域外部的单个测试结构的布线的一个实施例。参照图11，在波导区域的外部示出了用于测试结构的电压的栅极0、源极0和vcom布线。
图12示出了测试结构的一个实施例。在一个实施例中，测试结构的等效电路被设计为具有阵列中rf元件的等效电路。特别地，装置的电容在漏极处的大小被设置为与贴片元件与虹膜元件的重叠部分的电容匹配。在一个实施例中，诸如但不限于氧化铟锡(ito)的光学透明导体层被用作电容器的两侧上的电极。在金属层中创建了用于lc光学响应的观察窗口。
参照图12，tft盒1252包括tft和存储盖，例如但不限于图4。栅极金属1251用于tft的栅极电压，源极1254用于tft的源极电压，漏极1255用于联接到测试天线元件(例如，表面散射超材料天线元件)的tft的漏极电压。在一个实施例中，栅极和源极联接到图11的栅极0和源极0。还示出了vcom的布线1253联接到tft1252。
如图所示，虹膜金属中的孔1258用作窗口，以使用虹膜(槽)衬底上的ito1256和贴片衬底上的ito1257，诸如下面更详细描述的贴片衬底和虹膜衬底，来查看闪烁。
如上所述，用于测试结构的栅极0线和源极0线也被添加到孔径的波导区域的外部。在该实施例中，随着源极线从孔径段外部的源极驱动器穿到该段的内部(例如，内部是lc所在的边界密封的内部)，栅极0线与所有源极线交叉。
在另一实施例中，栅极0可以被扩展为与所有源极线交叉，并且源极0可以被扩展为与所有栅极线交叉。可以创建光学透明的测试结构，其中栅极0穿过源极线，而源极0穿过栅极线。
图13示出了光学透明测试结构的栅极线和源极线布线的一个示例。在一个实施例中，将布线尽可能远地移到波导区域以及在扇出中为tft/窗口测试元件创建的空间的外部。在一个实施例中，类似于图12所示的tft/窗口测试结构被放置在每个源极/栅极0结处，其中源极可以是源极0、源极1、……源极n(最后一个测试晶体管的源极)。
参照图13，栅极驱动器1301为栅极0至n提供栅极电压，并且源极驱动器1302为源极0至n提供源极电压，其中n分别表示栅极和源极中的最后一个。在一个实施例中，栅极驱动器1301和源极驱动器1302在天线孔径段的边缘。
图14和图15分别示出了形成天线孔径的贴片和虹膜的贴片玻璃(衬底)和虹膜玻璃(衬底)结构的示例。贴片衬底和虹膜衬底的示例在下面更详细地描述。
参照图14，用于天线孔径段的贴片玻璃衬底1470包括天线元件孔径边界1471，其代表天线元件阵列的边界(天线元件在边界1471的左边)。在边界1471的右边是光学透明的测试结构(例如，ito孔或窗口)，具有相关的tft(和存储电容器)以及这些结构的源极、栅极和vcom布线。
参照图15，示出了虹膜玻璃衬底1501，其在虹膜金属层中具有对应于贴片玻璃衬底上的ito漏极的孔环1502。虹膜金属层中的开口上方的ito焊盘1503对应于贴片玻璃衬底上的ito，ito连接到vcom。
在一个实施例中，在这些结构中rf元件波形中的dc偏移被光学地消除，并且所得的“空”值用于设置vcom并校正阵列中的rf元件中的dc偏移。
在一个实施例中，除了用于校正dc偏移的孔径驱动之外，这些结构还用于通过光学机制在阵列的开始处测试源极驱动器和栅极驱动器的功能。
同样地，在一个实施例中，当栅极线进入该段时，将源极0布线成与栅极线交叉。
在一个实施例中，移动栅极布线并创建空间以在每个栅极/源极0结处放置tft/窗口测试元件。图16和图17分别示出了在贴片玻璃衬底和虹膜玻璃衬底上的该布线的示例。
参照图16，贴片玻璃衬底1601包括具有天线孔径边界1603的天线元件孔径1602。具有其tft(具有存储电容器)和其ito孔(窗口)的测试结构1604联接到栅极驱动器1605和源极驱动器1606。栅极和vcom布线从测试结构1604继续进入到天线元件孔径1602。
参照图17，示出了虹膜玻璃衬底1701在虹膜金属层中(对应于贴片玻璃衬底上的ito漏极)具有窗口(开口)环1703，在虹膜金属开口上方具有ito焊盘1704。焊盘1704连接到vcom。
在一个实施例中，在这些结构中rf元件波形中的dc偏移被光学地消除，并且所得的“空”值用于设置vcom并校正阵列中的rf元件中的dc偏移。
在一个实施例中，除了用于校正dc偏移的孔径驱动之外，这些结构还用于通过光学机制在阵列的开始处测试源极和栅极驱动器的功能。
注意，光学透明的测试结构不限于在天线元件阵列的外部。在一个实施例中，tft/光学窗口测试元件代替了天线阵列中的一些rftft元件。由于形成波束的全息性质，缺少少量元件的孔径可形成与具有完整功能的rf元件阵列的天线相比性能上的下降可忽略不计的波束。在一个实施例中，在某些位置的rf元件被tft/窗口测试元件代替。在另一实施例中，用于使这些tft/窗口测试元件光学地无效的电压值被用于创建校正映射，该校正映射用于内插rf元件阵列的校正值。在一个实施例中，该映射被存储在查找表中。
在另一实施例中，这些tft/窗口测试元件不是根据它们的几何位置放置在rf元件阵列中，而是根据它们的位置作为阵列的等效电路来放置。在一个实施例中，“第一”和“最后”元件，例如在帧反转中，首先扫描和最后扫描，在相同的时间长度内在tft上不会具有相同的偏压。对于tft的rc时间常数不相同，等等。某些地方可能会被更严重地污染(填充开口)。因此，直流偏移在这些地方可能会有所不同。在这种情况下，放置位置是从电子角度而不是从几何角度来看的位置。这可能意味着第一源极线和第一栅极线的元件，第一源极线和最后栅极线的元件，最后源极和第一栅极的元件，最后源极和最后栅极的元件，等等。
此外，尽管依据传输lc模式描述了上述闪烁测试，但是本文描述的技术不限于这种模式。在另一实施例中，使用反射lc模式而不是透射lc模式来观察lc光学响应。
天线实施例的示例
上述的rf纹波校正、dc偏移校正和电压调整技术可以在许多天线实施例中使用，包括但不限于平板天线。公开了这种平板天线的实施例。该平板天线包括天线孔径上的一个或多个天线元件阵列。在一个实施例中，天线元件包括液晶单元。在一个实施例中，平板天线是圆柱馈电天线，其包括唯一地寻址和驱动未以行和列布置的每个天线元件的矩阵驱动电路。在一个实施例中，元件布置在环中。
在一个实施例中，具有一个或多个天线元件阵列的天线孔径包括联接在一起的多个段。当联接在一起时，这些段的组合形成天线元件的闭合同心环。在一个实施例中，同心环相对于天线馈电同心。
天线系统的示例
在一个实施例中，平板天线是超材料天线系统的一部分。描述了用于通信卫星地球站的超材料天线系统的实施例。在一个实施例中，天线系统是在移动平台(例如，航空、海事、陆地等)上操作的卫星地球站(es)的组件或子系统，该移动平台使用ka波段频率或ku波段频率操作进行民用商业卫星通信。注意天线系统的实施例也可以用于不在移动平台(例如，固定或移动式地球站)上的地球站中。
在一个实施例中，天线系统使用表面散射超材料技术来形成和引导通过单独的天线发送和接收波束。在一个实施例中，与采用数字信号处理来电形成和引导波束的天线系统(诸如相控阵天线)相反，该天线系统是模拟系统。
在一个实施例中，天线系统包括三个功能子系统：(1)由圆柱形波馈电架构组成的波导结构；(2)作为天线元件一部分的波散射超材料单位单元的阵列；(3)控制结构，使用全息原理命令从超材料散射元件形成可调整的辐射场(波束)。
天线元件
图18示出了圆柱馈电全息径向孔径天线的一个实施例的示意图。参照图18，天线孔径具有天线元件653的一个或多个阵列654，其被放置在围绕圆柱馈电天线的输入馈电652的同心环中。在一个实施例中，天线元件653是辐射rf能量的射频(rf)谐振器。在一个实施例中，天线元件653包括在天线孔径的整个表面上交错并分布的rx和tx虹膜两者。在下面更详细地描述这种天线元件的示例。注意，本文描述的rf谐振器可以用于不包括圆柱形馈电的天线中。
在一个实施例中，天线包括同轴馈电，该同轴馈电用于经由输入馈电652提供圆柱形波馈电。在一个实施例中，圆柱形波馈电架构从中心点向天线馈电，其中激励从馈电点以圆柱形方式向外扩展。也就是说，圆柱馈电天线产生向外行进的同心馈电波。即便如此，圆柱形馈电周围的圆柱形馈电天线的形状可以是圆形、方形或任何形状。在另一实施例中，圆柱馈电天线产生向内行进的馈电波。在这种情况下，馈电波最自然地来自圆形结构。
在一个实施例中，天线元件653包括虹膜，并且图18的孔径天线用于产生主波束，该主波束通过使用来自圆柱形馈电波的激励来成形，以通过可调液晶(lc)材料辐射虹膜。在一个实施例中，可以激励天线来以期望的扫描角度辐射水平或垂直极化的电场。
在一个实施例中，天线元件包括一组贴片天线。这组贴片天线包括散射超材料元件的阵列。在一个实施例中，天线系统中的每个散射元件是单位单元的一部分，该单位单元由下导体、电介质衬底以及嵌入互补电感电容谐振器(“互补电子lc”或“celc”)的上导体组成，该互补电感电容谐振器被蚀刻在上导体中或设置在上导体上。如本领域技术人员所理解的，celc语境中的lc指的是电感电容，而不是液晶。
在一个实施例中，液晶(lc)设置在散射元件周围的间隙中。该lc由上述直接驱动实施例驱动。在一个实施例中，液晶封装在每个单位单元中，并将与槽相关的下导体和与其贴片相关的上导体分开。液晶的介电常数是构成液晶的分子的取向的函数，并且可以通过调整横跨液晶上的偏压来控制分子的取向(因此控制介电常数)。在一个实施例中，使用该特性，液晶集成了接通/关断开关用于将能量从导波传输到celc。当开关接通时，celc发射电磁波，就像小型电偶极子天线一样。注意，本文的教导不限于具有关于能量传输以二进制方式操作的液晶。
在一个实施例中，该天线系统的馈电几何结构允许将天线元件定位成与波馈电中的波矢量成45度(45°)角。注意，可以使用其它定位(例如，以40°角)。元件的该定位使得能够控制由元件接收或从元件传输/辐射的自由空间波。在一个实施例中，天线元件被布置成具有小于天线工作频率的自由空间波长的元件间间隔。例如，如果每个波长有四个散射元件，则30ghz传输天线中的元件将为约2.5mm(即，30ghz的自由空间波长10mm的1/4)。
在一个实施例中，如果控制到相同的调谐状态，则两组元件彼此垂直并且同时具有相等的幅度激励。相对于馈电波激励将它们旋转+/-45度，一次实现两个期望的特征。一组旋转0度而另一组旋转90度将实现垂直的目标，但不是等幅激励的目标。注意，当从两侧以单个结构馈送天线元件阵列时，可以使用0度和90度来实现隔离。
通过使用控制器向贴片施加电压(跨lc通道的电势)来控制来自每个单位单元的辐射功率量。每个贴片的迹线用于向贴片天线提供电压。该电压用于使电容调谐或失谐，从而使单个元件的共振频率调谐或失谐以实现波束形成。所需电压取决于所用的液晶混合物。液晶混合物的电压调谐特性主要由液晶开始受电压以及饱和电压影响的阈值电压描述，高于该阈值电压则电压的增加不会引起液晶的主要调谐。对于不同的液晶混合物，这两个特征参数可以改变。
如上所述，在一个实施例中，矩阵驱动用于向贴片施加电压，以便与所有其它单元分开地驱动每个单元，而不需要每个单元具有单独的连接(直接驱动)。由于元件密度高，矩阵驱动是单独寻址每个单元的有效方式。
在一个实施例中，用于天线系统的控制结构具有2个主要组件：包括驱动电子器件、用于天线系统的天线阵列控制器处于波散射结构下方，而矩阵驱动开关阵列以不干扰辐射的方式散布在整个辐射rf阵列中。在一个实施例中，天线系统的驱动电子器件包括在商用电视设备中使用的商用现货lcd控件，这些控件通过针对每个散射元件调整ac偏置信号的幅度或占空比来调整该元件的偏置电压。
在一个实施例中，天线阵列控制器还包含运行软件的微处理器。控制结构还可以结合传感器(例如，gps接收器、三轴罗盘、三轴加速度计、三轴陀螺仪、三轴磁力计等)，以向处理器提供位置和方向信息。位置和方向信息可以由地球站中的其它系统提供给处理器并且/或者可以不是天线系统的一部分。
更具体地，天线阵列控制器控制关断哪些元件、接通哪些元件以及以工作频率处于哪个相位和幅度水平。通过施加电压有选择地使元件失谐以进行频率操作。
为了进行传输，控制器将电压信号阵列供应给rf贴片，以创建调制或控制模式。控制模式使元件转向不同的状态。在一个实施例中，使用多态控制，其中各种元件接通和关断到不同的电平，与方波相反，它进一步近似正弦控制模式(即，正弦灰度调制模式)。在一个实施例中，一些元件比其它元件辐射更强，而不是一些元件辐射而另一些元件不辐射。通过施加特定的电压电平来实现可变辐射，该电压电平将液晶介电常数调整到不同的量，从而可变地使元件失谐并使一些元件比其它元件辐射更多。
元件的超材料阵列产生聚焦波束可以通过相长干涉和相消干涉的现象来解释。如果它们在自由空间中相遇时具有相同的相位则单个电磁波叠加(相长干涉)，如果它们在自由空间中相遇时处于相反相位则波相互抵消(相消干涉)。如果定位开槽天线中的槽以使得每个连续槽位于与导波的激励点不同的距离处，则来自该元件的散射波将具有与前一个槽的散射波不同的相位。如果槽以导波波长的四分之一间隔开，则每个槽将散射与前一个槽有四分之一相位延迟的波。
使用该阵列，可以产生的相长干涉和相消干涉的模式的数量可以增加，使得可以使用全息术的原理，在理论上将波束指向与天线阵列的瞄准线(boresight)成正负90度(90°)的任何方向。因此，通过控制哪些超材料单位单元被接通或关断(即通过改变接通哪些单元以及关断哪些单元的模式)，可以产生不同的相长干涉和相消干涉模式，并且天线可以改变主波束的方向。接通和关断单位单元所需的时间决定了波束能够从一个位置切换到另一位置的速度。
在一个实施例中，天线系统为上行天线产生一个可引导波束，为下行天线产生一个可引导波束。在一个实施例中，天线系统使用超材料技术来接收波束并对来自卫星的信号进行解码并形成指向卫星的发射波束。在一个实施例中，与采用数字信号处理来电形成和引导波束的天线系统(例如相控阵天线)相反，该天线系统是模拟系统。在一个实施例中，尤其是与传统的卫星碟型接收器相比时，天线系统被认为是平面且相对低轮廓的“表面”天线。
图19示出了包括接地面和可重构谐振器层的一行天线元件的透视图。可重构谐振器层1230包括可调谐槽1210的阵列。可调谐槽1210的阵列可以被配置为将天线指向期望的方向。可以通过改变横跨液晶的电压来调谐/调整每个可调谐槽。
控制模块1280联接到可重构谐振器层1230，以通过改变图20中横跨液晶的电压来调制可调谐槽1210的阵列。控制模块1280可以包括现场可编程门阵列(“fpga”)、微处理器、控制器、片上系统(soc)或其它处理逻辑。在一个实施例中，控制模块1280包括逻辑电路(例如多路复用器)以驱动可调谐槽1210的阵列。在一个实施例中，控制模块1280接收包括待被驱动到可调谐槽1210阵列上的全息衍射模式的规格的数据。可以响应于天线和卫星之间的空间关系产生全息衍射模式，使得全息衍射模式在适当的通信方向上引导下行波束(如果天线系统执行发送则引导上行波束)。虽然未在每个图中绘出，但是类似于控制模块1280的控制模块可以驱动本公开的附图中描述的每个可调槽阵列。
射频(“rf”)全息术也可以使用类似的技术，其中当rf参考波束遇到rf全息衍射模式时，可以生成期望的rf波束。在卫星通信的情况下，参考波束为馈电波的形式，诸如馈电波1205(在一些实施例中将近20ghz)。为了将馈电波变换成辐射波束(用于发送或接收目的)，在期望的rf波束(目标波束)和馈电波(参考波束)之间计算干涉模式。干涉模式被驱动到可调谐槽1210的阵列上作为衍射模式，使得馈被“引导”成期望的rf波束(具有期望的形状和方向)。换言之，遇到全息衍射模式的馈电波“重建”目标波束，其根据通信系统的设计要求形成。全息衍射模式包含每个元件的激励，并通过
图20示出了可调谐谐振器/槽1210的一个实施例。可调谐槽1210包括虹膜/槽1212，辐射贴片1211和设置在虹膜1212和贴片1211之间的液晶1213。在一个实施例中，辐射贴片1211与虹膜1212位于同一位置。
图21示出了物理天线孔径的一个实施例的截面图。天线孔径包括接地面1245和虹膜层1233内的金属层1236，虹膜层1233包括在可重构谐振器层1230中。在一个实施例中，图21的天线孔径包括多个图20的可调谐谐振器/槽1210。虹膜/槽1212由金属层1236中的开口限定。诸如图20的馈电波1205的馈电波，可以具有与卫星通信通道兼容的微波频率。馈电波在接地面1245和谐振器层1230之间传播。
可重构谐振器层1230还包括垫片层1232和贴片层1231。垫片层1232设置在贴片层1231和虹膜层1233之间。注意在一个实施例中，间隔件可以代替垫片层1232。在一个实施例中，虹膜层1233是包括作为金属层1236的铜层的印刷电路板(“pcb”)。在一个实施例中，虹膜层1233是玻璃。虹膜层1233可以是其它类型的衬底。
可以在铜层中蚀刻开口以形成槽1212。在一个实施例中，虹膜层1233通过导电粘合层导电地联接到图21中的另一结构(例如，波导)。注意，在一个实施例中，虹膜层不通过导电粘合层导电地联接，而是与非导电粘合层接合。
贴片层1231也可以是包括作为辐射贴片1211的金属的pcb。在一个实施例中，垫圈层1232包括间隔件1239，间隔件1239提供机械阻隔以限定金属层1236和贴片1211之间的尺寸。在一个实施例中，间隔件为75微米，但也可以使用其它尺寸(例如，3至200mm)。如上所述，在一个实施例中，图21的天线孔径包括多个可调谐谐振器/槽，诸如可调谐谐振器/槽1210包括图20的贴片1211、液晶1213以及虹膜1212。液晶1213的腔室由间隔件1239、虹膜层1233以及金属层1236限定。当腔室填充有液晶时，可以将贴片层1231层压到间隔件1239上以密封谐振器层1230内的液晶。
可以调制贴片层1231和虹膜层1233之间的电压以调整贴片和槽之间间隙中的液晶(例如，可调谐谐振器/槽1210)。调整横跨液晶1213的电压来改变槽(例如，可调谐谐振器/槽1210)的电容。因此，可以通过改变电容来改变槽(例如，可调谐谐振器/槽1210)的电抗。槽1210的谐振频率也根据等式
在一个实施例中，行中的可调谐槽彼此间隔λ/5。可以使用其它间距。在一个实施例中，行中的每个可调谐槽与相邻行中最近的可调谐槽间隔λ/2，因此，不同行中共同定向的可调谐槽间隔λ/4，虽然其它间距也是可行的(例如，λ/5、λ/6.3)。在另一实施例中，行中的每个可调谐槽与相邻行中最近的可调谐槽间隔λ/3。
实施例使用可重构超材料技术，诸如于2014年11月21日提交的申请号为14/550,178、标题为“来自可引导圆柱馈电全息天线的动态极化和耦合控制”的美国专利申请，以及于2015年1月30日提交的申请号为14/610,502、标题为“可重构天线的脊形波导馈电结构”的美国专利申请所描述的。
图22a至图22d示出了用于创建开槽阵列的不同层的一个实施例。天线阵列包括放置在环中的天线元件，诸如图18中所示的示例环。注意，在该示例中，天线阵列具有两种不同类型的天线元件，其用于两种不同类型的频带。
图22a示出了具有与槽相对应的位置的第一虹膜板层的一部分。参照图22a，圆圈是虹膜衬底底侧中的金属化中的开放区域/槽，并且用于控制元件与馈电(馈电波)的耦合。注意，该层是可选层，并未在所有设计中使用。图22b示出了包含槽的第二虹膜板层的一部分。图22c示出了第二虹膜板层的一部分上的贴片。图22d示出了槽阵列的一部分的俯视图。
图23示出了圆柱馈电天线结构的一个实施例的侧视图。天线使用双层馈电结构(即，两层的馈电结构)产生向内传播的波。在一个实施例中，天线包括圆形的外部形状，尽管这不是必需的。也就是说，可以使用非圆形的向内传播结构。在一个实施例中，图23中的天线结构包括同轴馈电，例如在于2014年11月21日提交的公布号为2015/0236412、标题为“来自可引导圆柱馈电全息天线的动态极化和耦合控制”的美国专利申请中描述的。
参照图23，同轴引脚1601用于激励天线较低层上的磁场。在一个实施例中，同轴引脚1601是容易获得的50ω同轴引脚。同轴引脚1601联接(例如，螺栓连接)到作为导电接地面1602的天线结构的底部。
与导电接地面1602分开的是间质导体1603，间质导体1603是内部导体。在一个实施例中，导电接地面1602和间质导体1603彼此平行。在一个实施例中，接地面1602与间质导体1603之间的距离为0.1至0.15英寸。在另一实施例中，该距离可以是λ/2，其中λ是在工作频率下的行波波长。
接地面1602通过间隔件1604与间质导体1603分开。在一个实施例中，间隔件1604是泡沫或类似空气的间隔件。在一个实施例中，间隔件1604包括塑料间隔件。
在间质导体1603的顶部是介电层1605。在一个实施例中，介电层1605是塑料。介电层1605的目的是相对于自由空间速度减慢行波。在一个实施例中，介电层1605相对于自由空间使行波减慢30％。在一个实施例中，适合于波束形成的折射率范围是1.2至1.8，其中自由空间根据定义具有等于1的折射率。可以使用例如塑料的其它介电间隔件材料，来实现该效果。注意，可以使用除塑料以外的材料，只要它们实现所期望的减波效果即可。可选地，具有分布结构的材料，诸如可以被机械加工或光刻限定的周期性亚波长金属结构，可以用作介电层1605。
rf阵列1606在介电层1605的顶部。在一个实施例中，间质导体1603与rf阵列1606之间的距离为0.1至0.15英寸。在另一实施例中，该距离可以是λeff/2，其中λeff是设计频率下介质中的有效波长。
天线包括侧面1607和1608。侧面1607和1608成一定角度，以使来自同轴引脚1601的行波馈电通过反射从间质导体1603下方的区域(间隔层)传播到间质导体1603上方的区域(介电层)。在一个实施例中，侧面1607和1608的角度为45°角。在可选实施例中，侧面1607和1608可以利用连续的半径代替以实现反射。虽然图23示出了具有45度角的倾斜侧面，但也可以使用其它实现从下层馈电到上层馈电的信号传输的角度。也就是说，假定下部馈电中的有效波长将通常与上部馈电中的有效波长不同，则可以使用与理想的45°角的一些偏差来帮助从下部馈电层到上部馈电层的传输。例如，在另一实施例中，以单个台阶代替45°角。天线一端的台阶围绕介电层、间质导体和间隔层。这些层的另一端是相同的两个台阶。
在操作中，当从同轴引脚1601馈入馈电波时，该波在接地面1602和间质导体1603之间的区域中从同轴引脚1601同心定向地向外传播。同心输出的波被侧面1607和1608反射并在间质导体1603和rf阵列1606之间的区域中向内传播。来自圆形周界边缘的反射使波保持同相(即，其为同相反射)。电介质1605使行进波变慢。在这一点上，行波开始与rf阵列1606中的元件相互作用并激励以获得期望的散射。
为了终止行波，在天线的几何中心处的天线中包括终端1609。在一个实施例中，终端1609包括引脚终端(例如，50ω引脚)。在另一实施例中，终端1609包括rf吸收器，该rf吸收器终止未使用的能量以防止该未使用的能量通过天线的馈电结构反射回去。这些可以在rf阵列1606的顶部使用。
图24示出了具有输出波的天线系统的另一实施例。参照图24，两个接地面1610和1611基本彼此平行，在接地面之间具有介电层1612(例如，塑料层等)。rf吸收器1619(例如，电阻器)将两个接地面1610和1611联接在一起。同轴引脚1615(例如，50ω)对天线馈电。rf阵列1616在介电层1612和接地面1611的顶部。
在操作中，馈电波通过同轴引脚1615馈送并且同心地向外传播并且与rf阵列1616的元件相互作用。
图23和图24的两个天线中的圆柱形馈电改善了天线的工作角度。在一个实施例中，天线系统具有从所有方向的瞄准线75度(75°)的工作角度，而不是正或负45度方位角(±45°az)和正或负25度仰角(±25°e1)的工作角度。与任何波束形成由许多单个的辐射器组成的天线一样，整体天线增益取决于组成元件的增益，组成元件本身是取决于随角度的。当使用共同的辐射元件时，整体天线增益通常随着波束进一步远离瞄准线而减小。在偏离瞄准线75度的情况下，预计增益显著下降约6db。
具有圆柱形馈电的天线的实施例解决了一个或多个问题。其包括：与采用公司分频器网络馈电的天线相比，大大简化了馈电结构，从而减少了全部所需的天线和天线馈电量；通过使用更粗略的控制来保持高光束性能，降低对制造和控制错误的敏感性(一直扩展到简单的二进制控制)；与直线形馈电相比，给出了更有利的旁瓣模式，因为圆柱取向馈电波在远场中导致空间上不同的旁瓣；允许极化是动态的，包括允许左旋圆、右旋圆和线性极化而无需偏振器。
波散射元件阵列
图23的rf阵列1606和图24的rf阵列1616包括波散射子系统，该波散射子系统包括充当辐射器的一组贴片天线(例如，表面散射体)。这组贴片天线包括散射超材料元件的阵列。
在一个实施例中，天线系统中的每个散射元件是单位单元的一部分，该单位单元由下导体、电介质衬底以及嵌入互补电感电容谐振器(“互补电lc”或“celc”)的上导体组成，该互补电感电容谐振器被蚀刻在上导体中或设置在上导体上。
在一个实施例中，将液晶(lc)注入到散射元件周围的间隙中。将液晶封装在每个单位单元中，并将与槽相关的下导体和与其贴片相关的上导体分开。液晶的介电常数是构成液晶的分子的取向的函数，并且可以通过调整横跨液晶上的偏压来控制分子的取向(并因此控制介电常数)。利用此特性，液晶充当接通/关断开关，用于将能量从导波传输到celc。当接通时，celc像小型电偶极子天线一样发射电磁波。
控制lc的厚度提高光束切换速度。下导体和上导体之间的间隙(液晶的厚度)减少百分之五十(50％)，导致速度提高四倍。在另一实施例中，液晶的厚度导致光束切换速度为大约十四毫秒(14ms)。在一个实施例中，以本领域公知的方式掺杂lc以改善响应性，使得可以满足七毫秒(7ms)的要求。
celc元件对平行于celc元件的平面并垂直于celc间隙补体而施加的磁场作出响应。当向超材料散射单位单元中的液晶施加电压时，导波的磁场分量感应celc的磁激励，进而产生与导波频率相同的电磁波。
由单个celc生成的电磁波的相位可以通过celc在导波矢量上的位置来选择。每个单元生成与平行于celc的导波同相的波。由于celc小于波长，因此在输出波在celc下方通过时，其相位与导波的相位相同。
在一个实施例中，该天线系统的圆柱形馈电几何结构允许将celc元件定位成与波馈电中的波矢量成45度角(45°)。元件的该位置使得能够控制从元件生成或由元件接收的自由空间波的极化。在一个实施例中，celc被布置成具有小于天线工作频率的自由空间波长的元件间间隔。例如，如果每个波长有四个散射元件，则30ghz传输天线中的元件将为约2.5mm(即，30ghz的自由空间波长10mm的1/4)。
在一个实施例中，celc利用贴片天线来实施，该贴片天线包括共同位于槽上的二者之间具有液晶的贴片。在这方面，超材料天线的作用类似于开槽(散射)波导。使用开槽波导时，输出波的相位取决于该槽相对于导波的位置。
单元布置
在一个实施例中，天线元件以允许系统矩阵驱动电路的方式放置在圆柱形馈电天线孔径上。单元的布置包括用于矩阵驱动的晶体管的布置。图25示出了关于天线元件的矩阵驱动电路布置的一个实施例。参照图25，行控制器1701分别经由行选择信号row1和row2联接到晶体管1711和晶体管1712，并且列控制器1702经由列选择信号column1联接到晶体管1711和晶体管1712。晶体管1711还经由与贴片1731的连接而联接到天线元件1721，而晶体管1712经由与贴片1732的连接而联接到天线元件1722。
在将单位单元放置在非规则网格中的圆柱形馈电天线上实现矩阵驱动电路的初始方法中，执行两个步骤。在第一步骤中，将单元放置在同心环上，并且将每个单元连接到放置在单元旁的晶体管，并用作开关以单独驱动每个单元。在第二步骤中，构建矩阵驱动电路，以便在矩阵驱动方法需要时将每个晶体管与唯一地址连接。由于矩阵驱动电路由行迹线和列迹线构建(类似于lcd)，但是单元放置在环上，因此没有系统的方法为每个晶体管分配唯一的地址。这种映射问题导致非常复杂的电路以覆盖所有晶体管，并引起物理迹线数量的显著增加以完成布线。由于单元的高密度，这些迹线由于耦合效应而干扰天线的rf性能。而且，由于迹线的复杂性和高封装密度，迹线的布线不能通过商业上可用的布局工具来实现。
在一个实施例中，在放置单元和晶体管之前预定矩阵驱动电路。这样确保驱动所有单元所必需的走线数量最少，每个单元具有唯一的地址。该策略降低了驱动电路的复杂性并简化了布线，从而改善了天线的rf性能。
更具体地，在一种方法中，在第一步骤中，将单元放置在由描述每个单元的唯一地址的行和列组成的规则矩形网格上。在第二步骤中，将单元分组并转换为同心圆，同时保持它们的地址以及与第一步骤中定义的行和列的连接。这种转换的目标不仅是将单元放在环上，而且还要保持单元之间的距离和环之间的距离在整个孔径上保持恒定。为了实现这一目标，有几种方法可以对单元进行分组。
在一个实施例中，tft封装用于实现矩阵驱动中的布置和唯一寻址。图26示出了tft封装的一个实施例。参照图26，示出了具有输入和输出端口的tft和保持电容器1803。有两个输入端口连接到迹线1801，两个输出端口连接到迹线1802，以使用行和列将tft连接在一起。在一个实施例中，行迹线和列迹线以90°角交叉，以使行和列迹线之间的耦合减少并尽可能使之最小化。在一个实施例中，行迹线和列迹线在不同的层上。
全双工通信系统的示例
在另一实施例中，在全双工通信系统中使用组合的天线孔径。图27是具有同时发送和接收路径的通信系统的实施例的框图。虽然仅示出了一个传输路径和一个接收路径，但是通信系统可以包括多于一个传输路径和/或多于一个的接收路径。
参照图27，如上所述，天线1401包括两个空间上交错的天线阵列，其可独立操作以在不同的频率上同时发送和接收。在一个实施例中，天线1401联接到双工器1445。可以通过一个或多个馈电网络进行联接。在一个实施例中，在径向馈电天线的情况下，双工器1445组合两个信号，并且天线1401和双工器1445之间的连接是可以承载两个频率的单个宽带馈电网络。
双工器1445联接到低噪声块下变频器(lnb)1427，其以本领域公知的方式执行噪声滤波功能以及下变频和放大功能。在一个实施例中，lnb1427处于室外单元(odu)中。在另一实施例中，lnb1427集成到天线设备中。lnb1427联接到调制解调器1460，调制解调器1460联接到计算系统1440(例如，计算机系统、调制解调器等)。
调制解调器1460包括模数转换器(adc)1422，其联接到lnb1427，以将从双工器1445输出的接收信号转换为数字格式。一旦被转换成数字格式，信号由解调器1423解调并由解码器1424解码，以获得所接收的波上的经编码数据。然后将所解码的数据发送到控制器1425，控制器2825将其发送到计算系统1440。
调制解调器1460还包括编码器1430，其对待从计算系统1440传输的数据进行编码。经编码数据由调制器1431调制，然后由数模转换器(dac)1432转换为模拟信号。然后，模拟信号由buc(上变频和高通放大器)1433滤波，并提供给双工器1445的一个端口。在一个实施例中，buc1433处于室外单元(odu)中。
以本领域众所周知的方式操作的双工器1445将传输信号提供给天线1401用于传输。
控制器1450控制包括单个组合物理孔径上的两个天线元件阵列的天线1401。
通信系统将被修改为包括上述组合器/仲裁器。在这种情况下，组合器/仲裁器在调制解调器之后但在buc和lnb之前。
注意，图27中所示的全双工通信系统具有许多应用，包括但不限于互联网通信、车辆通信(包括软件更新)等。
本文描述了许多示例实施例。
示例1是一种天线，包括：天线元件的阵列，其具有液晶(lc)；驱动电路，其联接到阵列并具有多个驱动器，多个驱动器中的每个驱动器联接到阵列的天线元件，并且可操作以将驱动电压施加到天线元件；以及射频(rf)纹波校正逻辑，其联接到驱动电路来调整驱动电压以补偿纹波。
示例2是示例1的天线，其可以可选地包括：rf纹波校正逻辑可操作以重新调整用于阵列的天线元件的驱动电压，以在正帧和负帧两者中施加相同的差分电压。
示例3是示例2的天线，其可以可选地包括：对于负帧和正帧两者，多个驱动器中的每个驱动器具有在多个灰度等级中的每个灰度等级上定义的输出，并且伽马电压控制该输出。
示例4是示例3的天线，其可以可选地包括：rf纹波校正逻辑可操作以针对n个伽马电压电平在n/2个灰度等级上执行rf纹波校正，其中n是整数。
示例5是示例1的天线，其可以可选地包括：向阵列中的天线元件施加公共电压，并且进一步，其中rf纹波校正逻辑可操作以调整公共电压来补偿纹波。
示例6是示例1的天线，其可以可选地包括：控制器，其联接到驱动电路以周期性地反转施加在天线元件的lc上的差分电压的极性。
示例7是示例6的天线，其可以可选地包括：控制器可操作以使驱动电路反转每帧施加在天线元件的lc上的差分电压的极性。
示例8是示例1的天线，其可以可选地包括：rf纹波校正逻辑可操作以施加如在自由空间测试(fst)测量系统中所施加的电压调整。
示例9是示例1的天线，其可以可选地包括：rf纹波校正逻辑可操作以响应于联接到阵列的环境传感器来施加电压调整。
示例10是一种方法，包括：确定用于天线中的天线元件阵列中的天线元件的驱动器的初始驱动电压组；并且通过调整该驱动电压组中的驱动电压，对阵列中的天线元件执行rf纹波校正。
示例11是示例10的方法，其可以可选地包括：在操作期间向阵列中的天线元件施加rf纹波校正的电压。
示例12是示例11的方法，其可以可选地包括：初始电压组中的电压相对于公共电压的初始值对称。
示例13是示例12的方法，其可以可选地包括：对阵列中的天线元件执行rf纹波校正包括：(a)使用第一电压电平来测量rf纹波；(b)基于所测量的rf纹波与预定标准之间的关系来调整公共电压；(c)重复(a)和(b)，直到所测量的rf纹波满足预定标准为止；以及(d)将公共电压设置为调整后的公共电压。
示例14是示例13的方法，其可以可选地包括：第一电压电平基于最高和最低灰度等级。
示例15是示例13的方法，其可以可选地包括：预定标准是rf纹波阈值，并且进一步，其中重复调整公共电压，直到rf纹波低于阈值。
示例16是示例13的方法，其可以可选地包括：针对其它灰度等级重复对公共电压的调整。
示例17是示例10的方法，其可以可选地包括：驱动电压是横跨在天线元件中的液晶(lc)上的差分电压。
示例18是示例10的方法，其可以可选地包括：通过以下步骤产生调整的驱动电压：确定公共电压的差分；基于差分计算电源电压校正；并且通过调整一个或多个伽马电压电平来施加源电压校正。
示例19是一种非暂时性计算机可读存储介质，具有存储于其上的指令，当由至少具有处理器和存储器的系统运行时，该指令使该系统执行一种方法，包括：为天线中的天线元件阵列中的天线元件的驱动器确定初始驱动电压组；并且通过调整该驱动电压组中的驱动电压，对阵列中的天线元件执行rf纹波校正。
示例20是示例19的计算机可读存储介质，其可以可选地包括：在操作期间向阵列中的天线元件施加rf纹波校正电压。
示例21是示例19的计算机可读存储介质，其可以可选地包括：初始电压组中的电压相对于公共电压的初始值对称。
示例22是示例19的计算机可读存储介质，可以可选地包括：对阵列中的天线元件执行rf纹波校正的介质，包括：(a)使用第一电压电平来测量rf纹波；(b)基于所测量的rf纹波与预定标准之间的关系来调整公共电压；(c)重复(a)和(b)，直到所测量的rf纹波满足预定标准为止；以及(d)将公共电压设置为调整后的公共电压。
示例23是示例22的计算机可读存储介质，其可以可选地包括：第一电压电平基于最高和最低灰度等级。
示例24是示例22的计算机可读存储介质，其可以可选地包括：预定标准包括rf纹波阈值，并且进一步，其中重复调整公共电压，直到rf纹波低于阈值。
示例25是示例19的计算机可读存储介质，其可以可选地包括针对其它灰度等级对公共电压重复调整。
依据对计算机存储器内的数据位的操作的算法和符号表示来呈现以上详细描述的某些部分。这些算法描述和表示是数据处理领域的技术人员用来将他们工作的实质最有效地传达给本领域其它技术人员的手段。这里的算法通常被认为是产生期望结果的自相一致的步骤序列。这些步骤是需要对物理量进行物理操纵的步骤。通常，尽管不是必须的，这些量采取能够被存储、传送、组合、比较和以其它方式操纵的电或磁信号的形式。主要出于通用的原因，有时已经证明将这些信号称为位、值、元件、符号、字符、项、数字等是方便的。
然而，应该记住所有这些以及类似的术语都与适当的物理量相关联，并且仅仅是应用于这些量的方便标签。除非另有明确说明，从以下讨论显而易见，应当理解在整个说明书中，利用诸如“处理”或“计算”或“运算”或“确定”或“显示”等的术语的讨论是指计算机系统或类似电子计算装置的动作和过程，它将表示为计算机系统寄存器或存储器内的物理(电子)量的数据转换为其它类似地表示为计算机系统存储器或寄存器或其它此类信息存储、传输或显示装置内的物理量的数据。
本发明还涉及用于执行本文中的操作的设备。该设备可以被特殊构造用于所需目的，或者它可以包括由存储在计算机中的计算机程序选择性地激活或重新配置的通用计算机。这样的计算机程序可以存储在计算机可读存储介质中，诸如但不限于包括软盘、光盘、cd-rom和磁光盘的任何类型的磁盘，只读存储器(rom)，随机存取存储器(ram)，eprom，eeprom，磁卡或光卡，或适用于存储电子指令的任何类型的介质，并且每个介质都联接到计算机系统总线。
本文呈现的算法和显示并非固有地与任何特定计算机或其它设备相关。根据本文的教导，各种通用系统可以与程序一起使用，或者可以证明构造更专用的设备以执行所需的方法步骤是方便的。各种这些系统所需的结构将从下面的描述中显现。另外，没有参考任何特定的编程语言描述本发明。将理解的是，可以使用多种编程语言来实现如本文所述的本发明的教导。
机器可读介质包括用于以机器(例如，计算机)可读的形式存储或传输信息的任何机制。例如，机器可读介质包括只读存储器(“rom”)；随机存取存储器(“ram”)；磁盘存储介质；光存储介质；闪速存储器装置等等。
在已经阅读前面的描述之后，本发明的许多变更和修改对于本领域普通技术人员而言将毫无疑问变得显而易见，应当理解，以例举的方式示出和描述的任何特定实施例决不旨在被认为是限制性的。因此，对各个实施例的细节的参考并不旨在限制权利要求的范围，权利要求本身仅叙述被认为是对本发明必不可少的那些特征。
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