一种液晶可重构多波束相控阵列的制作方法

相关申请

本发明要求于2017年5月1日递交的发明名称为“一种液晶可重构多波束相控阵列”的第62/492,587号美国临时专利申请案和2017年8月29日递交的发明名称为“一种液晶可重构多波束相控阵列”的第15/689,817号美国专利申请案的在先申请优先权，该在先申请的内容以引入的方式并入本文本中。

本发明涉及相控阵列。本发明尤其涉及一种液晶可重构超颖表面多波束相控阵列。

背景技术：

下一代无线网络有可能依靠频率更高、波长更短的无线电波，例如，包括在24ghz至100ghz频带内使用毫米波技术。在这些频率下，可能会使用更大孔径和更多定向天线来补偿更高的传播损耗。大孔径毫米波天线的常用技术是透镜和反射器天线。

人们越来越关注开发波束扫描天线，其依赖于利用液晶的各向异性特性来形成波束可控的反射器或反射阵列。许多关注集中在采用通过液晶的可变延迟线来实现波束可控的相控阵列的结构，或者通过大液晶加载的反射阵列以反射模式操作的结构。尝试利用液晶以形成可调反射偏振器。尽管液晶对许多可重构微波器件可能有用，但将液晶直接用作延迟线往往会造成严重损耗。结果，将液晶直接用作延迟线仅限于小型相控阵列。采用液晶形成可调反射表面或反射阵列会造成大f/d(焦距/孔径尺寸)，这导致天线的剖面过大。此外，可调反射表面在谐振频率下也会遭受较高损耗，这导致孔径效率低下。

未来的5g部署需要低剖面的毫米波平面天线，所述低剖面的毫米波平面天线能够用于多用户多输入多输出(multiple-input,multiple-output，mimo)方案和高增益点对点传输的多波束传输。因此，需要一种可重构的、节省空间的透镜天线结构，以适用于短波长应用。

技术实现要素：

本说明书描述了液晶加载的超颖材料的阵列结构的示例实施例，在一些应用中，其能够使得相控阵列具有大构造、低剖面、正向发射特性，而不使用损耗型移相器。在一些示例中，所述结构允许使用柔性混合波束成形方法来形成多波束或非常定向的高增益波束。

根据一个示例方面，提供了一种相控阵天线，所述相控阵天线包括透镜增强型辐射器单元的二维阵列。所述每个辐射器单元包括用于生成射频(radiofrequency，rf)信号的辐射器，以及在所述rf信号的传输路径中定义孔径的二维相位可变透镜组。所述透镜组具有可单独控制的透镜元件的二维阵列，使得变化的传输相位能够施加到通过透镜组的孔径上的rf信号。

可选地，在一些示例中，所述透镜组由超颖材料薄片制成。

可选地，在一些示例中，导电壁将相邻的辐射器单元彼此隔离。

可选地，在一些示例中，所述天线包括控制电路，用于使得所述辐射器单元能够在mimo模式下进行操作，其中在所述mimo模式下，所述辐射器单元操作以形成多个并发独立波束，以及在点对点模式下进行操作，其中在所述点对点模式下，所述辐射器单元统一操作以形成单个高增益定向波束或多个最佳形状波束。

可选地，在一些示例中，所述每个透镜组的孔径大于所述rf信号的最小工作波长λ的两倍。

可选地，在一些示例中，相邻透镜组以1.5倍波长λ彼此间隔。

可选地，在一些示例中，每个所述透镜元件的孔径约为波长λ的一半。

可选地，在一些示例中，每个所述辐射器单元的周边设有多个控制导体，用于向所述辐射器单元内的每个透镜元件提供唯一的可配置控制电压。

可选地，在一些示例中，所述每个透镜元件包括至少一个单位晶胞，每个单位晶胞包括一堆晶胞层，每个晶胞层包括大量向列液晶，其具有可控的介电值，从而使得每个晶胞层能够用作可调谐振器。

可选地，在一些示例中，所述每个透镜元件包括所述单位晶胞的二维阵列。

可选地，在一些示例中，所述每个晶胞层包括：第一和第二双面基板，用于定义它们之间的中间区域，其中所述第一基板具有在其面向所述第二基板的一侧上形成的第一微带贴片，所述第二基板具有在其面向所述第一基板的一侧上形成的第二微带贴片；液晶，位于所述中间区域的所述第一微带贴片和所述第二微带贴片之间的液晶嵌入式基板中，其中每个晶胞层的第一微带贴片电连接到公共直流接地端，每个晶胞层的第二微带贴片电连接到公共控制电压源。

可选地，在一些示例中，所述每个晶胞层的第一微带贴片通过第一导电元件电连接到公共直流接地端，所述第一导电元件穿过第一基板延伸到第一导线，所述第一导线位于所述第一基板而非所述第一微带贴片的相对侧。所述每个晶胞层的第二微带贴片通过第二导电元件电连接到公共控制电压源，所述第二导电元件穿过第二基板延伸到第二导线，所述第二导线位于所述第二基板而非所述第二微带贴片的相对侧，所述第一导线和所述第二导线对于通过晶胞层的rf信号来说基本是射频透明的。

可选地，在一些示例中，所述第一导线和所述第二导线分别是各自的第一栅格导线和第二栅格导线的一部分，所述第一和第二栅格导线贯穿包含所述单位晶胞的透镜元件。

可选地，在一些示例中，单位晶胞中的相邻晶胞层通过非导电粘合剂粘合在一起。

根据另一方面，提供了一种发送rf信号的方法，包括：提供一种相控阵天线，所述相控阵天线具有透镜增强型辐射器单元的二维阵列，所述每个辐射器单元包括：用于生成射频(rf)信号的辐射器；在所述rf信号的传输路径中定义孔径的透镜组，所述透镜组包括可单独控制的透镜元件的二维阵列，使得变化的传输相位能够施加到通过透镜组的孔径上的rf信号；在所述辐射器上生成rf信号；以及将控制电压施加到所述透镜组以控制所述透镜元件在每个辐射器单元上的传输相位。

可选地，在一些示例中，施加控制电压以使所述辐射器单元在mimo模式下操作，其中在所述mimo模式下，所述辐射器单元操作以形成多个并发独立波束。

可选地，在一些示例中，施加控制电压以使所述辐射器单元p在点对点模式下操作，其中在所述点对点模式下，所述辐射器单元统一工作以形成单个高增益定向波束或多个最佳形状波束。

可选地，在一些示例中，所述每个透镜元件包括至少一个单位晶胞，所述每个单位晶胞包括一堆晶胞层，所述每个晶胞层包括大量向列液晶，其具有可控的介电值，从而使得每个晶胞层能够用作可调谐振器，其中施加控制电压以控制所述晶胞层的介电值。

可选地，在一些示例中，所述每个晶胞层包括：第一和第二双面基板，用于定义它们之间的中间区域，所述第一基板具有在其面向所述第二基板的一侧上形成的第一微带贴片，所述第二基板具有在其面向所述第一基板的一侧上形成的第二微带贴片；液晶，位于所述中间区域的所述第一微带贴片和所述第二微带贴片之间的液晶嵌入式基板中，其中所述每个晶胞层的第一微带贴片电连接到公共接地端，所述每个晶胞层的第二微带贴片电连接到公共控制电压源，其中使用所述控制电压源施加控制电压。

可选地，在一些示例中，所述每个晶胞层的第一微带贴片通过第一导电元件电连接到公共接地端，所述第一导电元件穿过所述第一基板延伸到第一导线，所述第一导线位于所述第一基板而非所述第一微带贴片的相对侧；所述每个晶胞层的第二微带贴片通过第二导电元件电连接到公共控制电压源，所述第二导电元件穿过所述第二基板延伸到第二导线，所述第二导线位于所述第二基板而非所述第二微带贴片的相对侧；其中所述第一导线和所述第二导线对于通过晶胞层的rf信号来说基本是射频透明的。

附图说明

现在将通过示例参考示出本申请的示例实施例的附图，其中：

图1为示例实施例提供的液晶(lc)可调超颖表面多波束相控阵天线的俯视图；

图2为图1中lc可调超颖表面多波束相控阵天线的示意性剖视图；

图3为图1中lc可调超颖表面多波束相控阵天线的辐射器单元的放大俯视图；

图4为图3中辐射器单元的示意性剖视图；

图5为图3中辐射器单元的可调lc单位晶胞的分解透视图；

图6为图5中可调lc单位晶胞的侧视图；

图7为图3中可调lc单位晶胞的俯视图；

图8为图3中可调lc单位晶胞的俯视图；

图9示出了图3中lc单位晶胞的等效电路表示。

在不同附图中，可以使用类似参考编号来表示类似组件。

具体实施方式

以下描述了使用可静电控制的液晶加载的超颖材料实现的低剖面、电子可重构的相控阵列的示例实施例。在示例实施例中，所述相控阵列结构包括多个可重构的透镜增强型辐射器。至少在一些应用中，使用透镜增强型辐射元件可以增加每个辐射器的有效孔径，从而降低所述相控阵列的整体复杂性。使用液晶加载的超颖材料透镜，可以允许每个子阵列的传输相位通过相控阵列孔径进行独立的电子调谐。所述阵列可以分组馈电，以便形成用于多个波束的柔性混合波束，或者在孔径上以相干相位进行馈电，以形成高度定向的可控波束。使用具有较小子阵列的多个馈电可以减小阵列的整体剖面，因为通过使用较小子阵列实现的透镜，距离透镜的焦距要小得多。在一些配置中，本文所述的示例实施例可以提供用于未来5g部署的通用的、低剖面、高孔径效率的、可重构的相控阵列。

通过使用图案化金属结构，超颖表面可以为电磁波提供定制的传输特性。通过在向列液晶中加载超颖表面以实现可重构的超颖表面。所述超颖表面利用液晶的可调介电各向异性来实现相位可调的、平坦的超颖表面传输元件。通过在单位晶胞的微带贴片上改变包括直流电压的低频调制控制电压信号，可以根据需要改变有效介电常数，并因此改变在所述超颖表面的各个位置处的相位差。

在示例实施例中，平坦的超颖表面阵列组成透镜组的阵列，其中每个透镜组包括多个lc可调晶胞。所述每个lc可调晶胞包括一堆晶胞层，每个晶胞层加载有嵌入到相对的微带贴片之间的液晶。由于液晶的各向异性，可以通过改变贴片之间的静电场来调节每个单位晶胞的晶胞层的两个微带贴片之间的有效介电常数。

在这方面，液晶(lc)可重构多波束相控阵列100的示例实施例的示意性平面图和剖面图分别如图1和图2所示。所述阵列100包括lc加载的可调超颖材料透镜薄片102，所述可调超颖材料透镜薄片102采用一种与片状馈电和支撑结构间隔开并平行的多个图案化金属片层的形式，其在所示实施例中是印刷电路板(printedcircuitboard，pcb)结构120。所述阵列100实现了可单独重构的透镜增强型辐射器单元110(r，c)的n×n周期性阵列，其中1≤r≤n且1≤c≤n。每个透镜增强型辐射器单元110(r，c)包括相应的透镜组116(r，c)和相应的辐射器118(r，c)。每个透镜组116(r，c)由lc加载的可调超颖材料透镜薄片102的各自部分构成，并且与其对应的辐射器118(r，c)间隔开，所述辐射器118(r，c)由馈电pcb结构120支撑。每个透镜增强型辐射器单元110(r，c)的外周边由金属壁112围绕，所述金属壁112在馈电pcb结构120和超颖材料透镜薄片102之间延伸。另外，每个辐射器单元110(r，c)还被一系列间隔开的导电元件包围，例如，引脚114、115，其位于金属壁112的附近或内部，并在馈电pcb结构120和超颖材料透镜薄片102之间延伸。引脚114是控制引脚，其与所述金属壁112电隔离并用于向各自的透镜组116(r，c)提供控制电压，并且引脚115电接地以便为各自的透镜组116(r，c)提供公共直流接地端。所述所有金属壁112可以电连接到公共直流接地端。环绕每个辐射器单元110(r，c)的所述金属壁可控制波束图案和屏蔽控制电压引脚114，并且还可以将辐射器单元110(r，c)之间的耦合和干扰降至最低。

图3和图4示意性地详细示出了一种辐射器单元110(r，c)。如上所述，每个辐射器单元110(r，c)包括lc加载的超颖材料透镜组116(r，c)和辐射器118(r，c)。所述每个透镜组116(r，c)的孔径尺寸d(图4)大于所述阵列100的预期最小工作波长λ的两倍(即d>2λ)，并且所述辐射器118(r，c)位于所述透镜组116(r，c)的焦面上，所述辐射器118(r，c)与所述透镜组116(r，c)之间的焦距如图4中的f所示。在示例实施例中，所述辐射器单元110(r，c)的周期性间隔du(参见图1)是λ/2<du<k–λ，其中k为基于所需的最大阵列扫描角度确定的大于0.5且小于1的常数。因此，所述阵列100内的内部金属边界壁112具有厚度t<λ/4。

与具有单个透镜和单个辐射元件的透镜天线结构相比，图1至图4的n×n阵列结构显著减小了总高度，因为对于固定的f/d比率α，焦距减小了n倍。例如，其中fi和di分别表示透镜增强型辐射器单元110的阵列100的焦距和孔径尺寸，f和d分别表示单个辐射单元的焦距和孔径尺寸：

如图3和图4所示，在示例实施例中，每个lc加载的超颖材料透镜组116(r，c)可进一步划分为透镜元件128(r1，c1)的m×m阵列，其中1≤rl≤m和1≤cl≤m。在示例实施例中，每个透镜元件128(r1，c1)可单独控制且具有约λ/2的透镜元件孔径尺寸，以获得最佳相控阵列性能。所述每个透镜元件128(r1，c1)由多个lc加载的实时延迟线(true-time–delay，tdu)超颖材料单位晶胞130形成。在示例实施例中，所述每个透镜元件128(r1，c1)中包括的单位晶胞130的数量(nc)约为nc<k*λ/(2d)，其中k>1为基于所述阵列100的最大期望扫描角确定的常数，d为单位晶胞的尺寸。

所述单位晶胞130的lc层的控制电压通过贯穿所述透镜元件128(r1，c1)的线栅层132(图3)连接。这些线栅层132由相邻透镜元件128(r1，c1)之间的小间隙g间隔开，以便独立控制每个透镜元件的传输相位，这导致每个透镜元件128(r1，c1)内的边界效应较小。因此，希望每个透镜元件128(r1，c1)具有大量的nc个tdu单位晶胞130，以将边界效应降至最低，这可以通过使用最小可能尺寸的tdu单位晶胞130来实现。然而，由于传输效率的损耗，使用过小的单位晶胞尺寸也会降低所述透镜元件128(r1，c1)的整体孔径效率。例如，尺寸d＝1.5mm，工作频率为39ghz的tdu单位晶胞130，允许透镜元件128(r1，c1)具有3×3组单位晶胞130，最大阵列扫描角高达约30度。尺寸d＝1.4mm，工作频率为39ghz的tdu单位晶胞130，允许透镜元件128(r1，c1)具有4×4组单位晶胞130，最大阵列扫描角高达约27度。

为了总结上述可重构的相控阵列100的架构，所述阵列100被划分为透镜增强型辐射器单元110(r，c)的n×n阵列。所述每个辐射器单元110(r，c)进一步划分为透镜元件128(r1，c1)的m×m阵列。所述每个透镜元件128(r1，c1)包括多个单位晶胞130，所述单位晶胞130也可以设置在二维阵列中。在示例实施例中，所述每个辐射器单元110(r，c)具有一组孔径大小d，并且包括位于各自辐射器118(r，c)上方的焦距f处的透镜组116(r，c)。所述每个透镜增强型辐射器单元110(r，c)具有设有接地引脚115和控制引脚114的环绕金属壁112。在示例实施例中，控制电路122(图2)设置在馈电pcb结构120上，用于控制所述阵列100的操作。例如，所述控制电路122可以包括一个或多个集成电路控制芯片和关联的有源和无源元件，所述有源和无源元件用于使得所述阵列100能够以本文所述的方式用作可重构的相控阵列。在示例实施例中，所述馈电pcb结构120包括多个低频(例如，其可以包括直流电)信号路径，所述信号路径可以以可寻址的方式将所述控制电路122电连接到所述辐射器单元110(r，c)的控制引脚114上。所述馈电pcb结构120还包括通过接地路径连接到接地引脚115的接地层和环绕所述辐射器单元110(r，c)的金属壁112。另外，所述馈电pcb结构120包括rf馈电接口121，用于将各自的rf信号施加到每个辐射器118(r，c)。

在示例实施例中，所述控制电路122和所述控制引脚114用于向辐射器单元110(r，c)内的每个透镜元件128(rl，cl)提供不同的控制电压，从而在所述透镜组116(r，c)的m×m个元件上使传输相位控制为约λ/2的分辨率。在这样的示例实施例中，所述每个透镜元件128(r1，c1)内的单位晶胞130可以全部连接到公共控制引脚114上以降低电路复杂性。在一些示例中，如有需要，可以减少构成透镜元件128(r1，c1)的单位晶胞130的数量以提高分辨率，例如在一些实施例中，透镜元件128(r1，c1)可以仅包括一个单位晶胞130。

在示例实施例中，所述阵列100可用于不同的操作模式。例如，在点对点操作模式下，可以在所述阵列100上统一控制辐射器单元110(r，c)的透镜元件128(r1，c1)的传输相位，以使用混合波束成形方法形成相干相位的透镜孔径，从而为点对点通信提供高度定向的高增益波束。在mimo操作模式下，所述辐射器单元110(r，c)可以单独或组合操作以实现用于多用户mimo通信的多波束或成形波束。

现在将结合图5至图8对单位晶胞130的示例进行更详细的描述。在示例实施例中，超颖材料透镜薄片102由多个有限厚度的材质的薄片层制成，所述每个薄片层包括基板层、微贴片层、金属丝网层、粘合层和lc嵌入式基板层。所述超颖材料透镜薄片102构成透镜组116(r，c)，其被划分成可单独控制的透镜元件128(r1，c1)，所述每个透镜元件包括至少一个多层lc单位晶胞130。图5和图6分别示出了代表性单位晶胞130的分解透视图和侧剖视图，图7和图8分别示出了单位晶胞130的顶视图和底视图。在示出的实施例中，单位晶胞130是(j)个lc加载的晶胞层202(i)的多层堆叠(其中1≤i≤j)。每个所述晶胞层202(i)包括：(a)基板层，以上部双面印刷电路板(pcb)220和下部双面pcb222形式间隔开；(b)电子可调液晶(lc)嵌入式基板246的子工作波长层，位于上部pcb220和下部pcb222之间。在本说明书中，有关单元辐射器118(r，c)使用“上部”、“顶部”、“下部”和“底部”，其中与“下部”和“底部”相比，“上部”和“顶部”距离所述单元辐射器118(r，c)更远。

在每个晶胞层202(i)中，上部pcb220具有中心非导电基板层250(图6中以交叉影线示出)。呈交叉导线形式的地线218构成所述pcb220的顶层。在一些示例中，所述地线218是贯穿所述透镜元件128(r1，c1)而延伸的金属丝网层132的一部分。由绝缘槽或间隙248环绕的导电微带贴片240构成pcb220的底层。在示出的实施例中，所述微带贴片240通过导电的镀通孔(plated-through-hole，pth)212进行电连接，所述导电的镀通孔212从贴片240的中心穿过pcb220基板层延伸到地线218的各自交叉点。图7示出了pcb220的地线218和微带贴片240子层的顶视图(pcb220的基板层250未在图7中示出)。在示例实施例中，可以通过在pcb220基板层上形成和电镀孔来提供pth通孔212，可以从pcb220的下表面上的导电层上蚀刻间隙248来形成微带贴片240，同样地，可以通过蚀刻导电层形成地线218，以在pcb220的上层形成导电路径或线路。

在示例实施例中，下部pcb222的结构类似于上部pcb220，但是它成倒置状。在这方面，下部pcb222具有中心非导电基板层252(在图6中以交叉影线示出)。呈交叉导线形式的控制线230构成pcb222的底层。在一些示例中，所述控制线230是贯穿所述透镜元件128(r1，c1)的金属丝网层的一部分。由绝缘槽或间隙248环绕的导电微带贴片242构成pcb222的底层。在所示实施例中，所述微带贴片242通过导电的镀通孔(plated-throughhole，pth)214进行电连接，所述导电的镀通孔214从贴片242的中心穿过pcb221基板层延伸到控制线230的各自交叉点。图8示出了pcb222的控制线230和微带贴片242子层的底视图(pcb222的基板层252未在图8中示出)。

如上所述，所述晶胞层202(i)的上部pcb220和下部pcb222通过位于它们之间的lc嵌入式基板246彼此间隔开。特别地，上部pcb微带贴片240和下部pcb微带贴片242彼此对准以形成包含大量lc嵌入式基板246的区域244。

所述单位晶胞130中的每个晶胞层202(i)通过粘合层254(例如，可以是薄膜粘合剂)固定到相邻的晶胞层202(i±1)，并与其电隔离。如图6所示，在示例实施例中，所述每个晶胞层202(i)的上部地线218电连接到直流接地端，并且所述每个晶胞层202(i)的下部控制线230电连接到控制信号源260，使得所述单位晶胞130中的所有晶胞层202(i)并联连接到同一控制信号源260。在示例实施例中，pcb220和pcb222相对较薄以便使得所述透镜单位晶胞具有合适频率和时延响应，具有厚度h1<λ/20，并且晶胞区域244中的lc嵌入式基板246的厚度h2通常小于100微米，以优化对施加在相对的微带贴片240和242之间的静电场的液晶响应。

因此，可以从图6理解的是，每个所述单位晶胞130包括一堆晶胞层202(i)，每个晶胞层具有大量可调液晶(lc嵌入式基板246)，所述可调液晶位于上导电微带贴片240和下导电微带贴片242之间的区域244中。每个所述晶胞层202(i)的上导电微带贴片240通过各自的导电路径(pth通孔212和上部地线218)连接到公共直流接地端。每个所述晶胞层202(i)的下导电微带贴片242连接到控制端子(pth通孔214和下部控制线230)，以控制可调直流/低频电压源160的电压。在一些实施例中，单元极性可以调换，其中所述上导电微带贴片240连接到直流/低频电压源160，所述下导电微带贴片242连接到接地端。

所述单位晶胞130的j个全部晶胞层202(i)有效地形成级联的j个谐振器组，或串联的j阶带通滤波器，具有可调的传输相位。通过改变由控制信号源260施加的所述控制电压信号(在示例实施例中，由控制电路122控制)，可以电子地改变每个单位晶胞130的电磁传输相位。在示例实施例中，所述控制信号源260用于施加包括直流电压控制信号的低频调制控制电压信号。所述每个晶胞层202(i)的传输相位取决于所述晶胞层的几何结构和所述pcb220和222所用材料的介电性能。所述单位晶胞130的总可调相位范围取决于所述晶胞层202(i)的总量(j)和预期的工作频率带宽。在示例实施例中，选择所述晶胞层202(i)的数量(j)，使得对于特定的频率带宽，所述晶胞层的数量至少可以为菲涅耳透镜天线提供360度的总可调相位范围。在图5所示的示例中，所述晶胞层的数量为j＝8，但是可以使用其他数量的晶胞层。在示例实施例中，所述微带贴片240和242具有最大正常尺寸的矩形表面(例如正方形)，所述最大正常尺寸小于最小预期工作波长λ的1/4，但是可以使用其它结构的微带贴片。

所述贴片240和242的结构和尺寸以及所述导线218和230的规格取决于所述单位晶胞130提供的透镜的期望频率响应。也可选择所述pth通孔212和214以及所述导线218和230的尺寸，以使所述单位晶胞130的控制线对于通过所述单位晶胞130的电磁波来说基本是射频透明的，而不会干扰所述透镜的频率响应。可以统一选择所述导线218和230、pth通孔212和214、基板层250和252、以及粘合层254的特性，以优化所述单位晶胞130的电磁传输特性，并最小化对晶胞传输相位的任何外来影响，所述传输相位超出可调lc层246的可控影响。在这方面，图9示出了j层lc单位晶胞130的等效电路。电路302是垂直入射角处的lc单位晶胞130的等效电路。电路304是lc单位晶胞130的等效电路，作为等效传输线模型。电路306是lc单位晶胞130的等效电路，表示多个lc可调滤波器谐振器。

从图9所示的等效电路可以理解，所述地线218和控制线230可以对传输相位产生感应影响。因此，在一些示例实施例中，如图5所示，所述导线218和230的尺寸随所述单位晶胞130的不同晶胞层202(i)的变化而变化，以实现期望的晶胞传输特性。在一些示例中，进行模拟以选择所述单位晶胞130的组件属性的最佳集合，以优化目标带宽、波长和可调相位范围的rf传输。

在示例实施例中，具有周期性微带贴片240和242的pcb220和222的晶胞层贯穿形成所有单位晶胞130的整个超颖材料透镜102。在组装期间，所述lc嵌入式基板246置于每个所述晶胞层202(i)的pcb220和222之间。然后，可以以结构化距离将每个所述晶胞层固定在一起，其中相邻的pcb对220和222通过所述粘合层254固定。在示例实施例中，所述lc嵌入式基板246的液晶是向列液晶，所述向列液晶在所述超颖表面透镜102的预期工作温度范围内呈现介于固体结晶相和液相之间的中间向列凝胶状态。例如，所示液晶的示例包括默克集团的gt3-23001液晶和bl038液晶。向列状态的液晶146在微波频率下具有介电各向异性特性，其有效介电常数可通过设定液晶246的分子相对于其参考轴的不同取向来调节。

在微波频率下，由于在所述微带贴片240和242之间施加静电场造成所述分子具有不同取向，所述lc嵌入式基板246的液晶可以改变其介电特性。因此，可以通过改变施加到每个所述单位晶胞130的贴片242的直流电压来调整每个所述单位晶胞130的晶胞层中的所述微带贴片240和242之间的有效介电常数，从而对所述单位晶胞106的传输相位进行控制。

如上所述，在示例实施例中，所述每个透镜元件128(r1，c1)内的所有单位晶胞130电连接到相同的控制电压，使得每个透镜元件128(r1，c1)的单位晶胞130的电磁传输相位统一作为块来控制。每个所述透镜元件128(r1，c1)单独连接到独立的控制电压，使得传输相位能够在构成辐射器单元110(r，c)的透镜组116(r，c)的透镜元件128(r1，c1)的m×m阵列上发生变化。通过其孔径上的所述透镜元件128(r1，cli)的适当控制电压分布，所述每个透镜组116(r，c)可以用于实现二维分布式空间移相器，所述移相器从辐射器118(r，c)处产生具有期望形状的波束或者使用在其孔径上具有渐进相位分布的传输图案以形成定向波束。在替代操作模式下，可以通过将所有辐射器单元110(r，c)的输出与辐射器单元110(r，c)之间的适当相位连续性相加来形成甚至更多的定向波束，从而实现增益极高、低剖面的二维波束可控的相控阵列。

在不脱离权利要求保护的主题的情况下，本发明可以以其他特定形式实施。所描述的示例性实施例在各方面仅仅是示意性的，而非限制性的。结合一个或多个上述实施例的所选特征，以构建未明确描述的替代实施例，适合于此种结合方式的特征应属于本发明的范围。例如，尽管本文公开了晶胞130的特定尺寸和形状，但是可以使用其他尺寸和形状。

尽管结合特定方向(例如，上部和下部)对示例实施例进行了描述，但是参考附图的描述仅仅是为了方便和易于理解。所述超颖表面可以具有任意方向。

本文还公开了所公开范围内的所有值和子范围。此外，虽然本文公开和示出的系统、设备和过程可以包括特定数量的元件/组件，但是可对系统、设备和组件的数量进行更改，包括更多或更少的此类元件/组件。例如，虽然所公开的任何元件/组件可以是单数，但是本文公开的实施例可以更改为包括多个此类元件/组件。本文所述的主题旨在涵盖并包含技术的所有合适更改。