TWI788156B - 電磁波傳輸結構 - Google Patents

Abstract

一種電磁波傳輸結構包括基板、至少一傳輸線、多個天線及多個介電可調單元。傳輸線包括第一延伸部和多個第二延伸部。第一延伸部在第一方向上延伸。這些第二延伸部分別延伸自第一延伸部的相對兩邊緣，且其延伸方向平行於第二方向。這些第二延伸部沿著第一方向排列。多個天線鄰設在至少一傳輸線。多個介電可調單元重疊於至少一傳輸線位在這些天線之間的多個部分。各個介電可調單元具有相重疊的第一電極層與可控介電層。可控介電層設置在第一電極層與至少一傳輸線之間。

Description

電磁波傳輸結構

本發明是有關於一種電磁波傳輸結構，且特別是有關於一種用來導引射頻信號或毫米波信號的電磁波傳輸結構。

在行動通訊領域中，如何降低電磁波在傳輸路徑中的能量損耗一直是個重要的課題。隨著電磁波的使用頻率不斷地提高，其在遭遇障礙物（例如水泥牆、樹木、家具、招牌等）時所產生的能量損耗也會越嚴重。也因此，容易在應用空間中產生通訊的死角、暗區，或者訊號微弱的區域。雖然可以透過增設基地台或強波器來改善，但無論是在建置、使用能耗或後續的硬體維護上的費用都相當可觀。

本發明提供一種電磁波傳輸結構，適於改善電磁波因障礙物的阻隔所造成的能量損耗，且其接收端和發送端的電磁波收發方向是可調的。

本發明的電磁波傳輸結構，包括基板、至少一傳輸線、多個天線及多個介電可調單元。至少一傳輸線設置在基板上。傳輸線包括第一延伸部和多個第二延伸部。第一延伸部在第一方向上延伸。這些第二延伸部分別延伸自第一延伸部的相對兩邊緣，且其延伸方向平行於第二方向。這些第二延伸部沿著第一方向以節距P排列，且其中沿著第一方向排列的任兩相鄰者具有間距S。每一個第二延伸部沿著第二方向具有長度L。多個天線設置在基板上，且鄰設在至少一傳輸線。多個介電可調單元重疊於至少一傳輸線位在這些天線之間的多個部分。各個介電可調單元具有相重疊的第一電極層與可控介電層。可控介電層設置在第一電極層與至少一傳輸線之間。傳輸線的節距P、間距S和長度L滿足下列關係式：

， 其中k _sspp為經由至少一傳輸線傳遞的電磁波訊號的波數，ε _r為可控介電層的有效介電常數，ω為經由至少一傳輸線傳遞的電磁波訊號的角頻率，c為光速。

在本發明的一實施例中，上述的電磁波傳輸結構的傳輸線具有傳輸段、接收段和發送段。傳輸段連接於接收段與發送段之間。多個介電可調單元包括重疊於發送段和接收段的其中一者的多個第一介電可調單元。鄰設在發送段和接收段的其中該者的部分天線與第一介電可調單元沿著至少一傳輸線的延伸方向交替排列。

在本發明的一實施例中，上述的電磁波傳輸結構的多個介電可調單元更包括重疊於發送段和接收段的其中另一者的多個第二介電可調單元。鄰設在發送段和接收段的其中該另一者的另一部分天線與這些第二介電可調單元沿著延伸方向交替排列。

在本發明的一實施例中，上述的電磁波傳輸結構的至少一傳輸線為在第一方向上延伸的多條傳輸線。這些傳輸線沿著第二方向排列。多個天線分別鄰設在這些傳輸線的多個接收段和多個發送段。這些介電可調單元更包括重疊於這些傳輸線的多個傳輸段的多個第三介電可調單元。這些第三介電可調單元分別沿著第一方向和第二方向排成多列與多行。

在本發明的一實施例中，上述的電磁波傳輸結構的各個介電可調單元的第一電極層具有平行於基板的底部以及彎折地延伸自底部的側壁部。側壁部圍繞可控介電層。第一電極層與至少一傳輸線適於產生用以改變可控介電層的有效介電常數的電場。

在本發明的一實施例中，上述的電磁波傳輸結構的多個第三介電可調單元沿著第一方向排列的任兩相鄰者的兩個第一電極層的兩個側壁部之間設有絕緣層。

在本發明的一實施例中，上述的電磁波傳輸結構的傳輸線具有傳輸段、接收段和發送段。傳輸段連接於接收段與發送段之間。至少一傳輸線為在第一方向上延伸的多條傳輸線。這些傳輸線沿著第二方向排列。多個天線分別鄰設在這些傳輸線的多個接收段和多個發送段。多個介電可調單元的至少一部分重疊於這些傳輸線的多個傳輸段，且分別沿著第一方向和第二方向排成多列與多行。

在本發明的一實施例中，上述的電磁波傳輸結構的各個介電可調單元的第一電極層具有平行於基板的底部以及彎折地延伸自底部的側壁部。側壁部圍繞可控介電層。第一電極層與至少一傳輸線適於產生用以改變可控介電層的有效介電常數的電場。

在本發明的一實施例中，上述的電磁波傳輸結構的至少一傳輸線為一條傳輸線。多個天線各自與傳輸線的距離都相同。這些天線沿著傳輸線的延伸方向排列，且具有對稱軸。各個天線的直徑隨著遠離對稱軸而遞減或遞增。

在本發明的一實施例中，上述的電磁波傳輸結構的至少一傳輸線為一條傳輸線。多個天線各自的幾何中心與傳輸線的距離都相同。這些天線沿著傳輸線的延伸方向排列，且具有對稱軸。各個天線的直徑隨著遠離對稱軸而遞減或遞增。

在本發明的一實施例中，上述的電磁波傳輸結構的至少一傳輸線為一條傳輸線。多個天線各自具有相同的直徑。這些天線沿著傳輸線的延伸方向排列，且具有對稱軸。各個天線與傳輸線的間距隨著遠離對稱軸而遞增。

在本發明的一實施例中，上述的電磁波傳輸結構的各個介電可調單元更包括第二電極層，設置在基板背離至少一傳輸線的一側表面上，且重疊於可控介電層。第一電極層與第二電極層適於產生用以改變可控介電層的有效介電常數的電場。

在本發明的一實施例中，上述的電磁波傳輸結構的可控介電層為液晶層。

在本發明的一實施例中，上述的電磁波傳輸結構的第一電極層包括多個第一條狀電極和多個第二條狀電極。這些第一條狀電極與這些第二條狀電極沿著第一方向交替排列，並且平行於多個第二延伸部。任相鄰的一個第一條狀電極和一個第二條狀電極適於產生用以改變可控介電層的有效介電常數的電場。

基於上述，在本發明的一實施例的電磁波傳輸結構中，傳輸線鄰設有多個天線，且傳輸線在這些天線之間的多個部分設有多個介電可調單元。透過電控調變介電可調單元中重疊於傳輸線的可控介電層的有效介電常數，可改變電磁波訊號的相位，進而調變這些天線的電磁波收發方向。

本文使用的「約」、「近似」、「本質上」、或「實質上」包括所述值和在本領域普通技術人員確定的特定值的可接受的偏差範圍內的平均值，考慮到所討論的測量和與測量相關的誤差的特定數量（即，測量系統的限制）。例如，「約」可以表示在所述值的一個或多個標準偏差內，或例如±30%、±20%、±15%、±10%、±5%內。再者，本文使用的「約」、「近似」、「本質上」、或「實質上」可依量測性質、切割性質或其它性質，來選擇較可接受的偏差範圍或標準偏差，而可不用一個標準偏差適用全部性質。

在附圖中，為了清楚起見，放大了層、膜、面板、區域等的厚度。應當理解，當諸如層、膜、區域或基板的元件被稱為在另一元件「上」或「連接到」另一元件時，其可以直接在另一元件上或與另一元件連接，或者中間元件可以也存在。相反，當元件被稱為「直接在另一元件上」或「直接連接到」另一元件時，不存在中間元件。如本文所使用的，「連接」可以指物理及/或電性連接。再者，「電性連接」可為二元件間存在其它元件。

現將詳細地參考本發明的示範性實施方式，示範性實施方式的實例說明於所附圖式中。只要有可能，相同元件符號在圖式和描述中用來表示相同或相似部分。

圖1是本發明的第一實施例的電磁波傳輸結構的俯視示意圖。圖2A是圖1的電磁波傳輸結構的局部區域的放大示意圖。圖2B是圖2A的傳輸線的另一種變形實施例的俯視示意圖。圖3A及圖3B是圖2A的介電可調單元操作在不同狀態下的剖視示意圖。圖4A至圖4C是圖1的電磁波傳輸結構的另一些變形實施例的俯視示意圖。圖3A及圖3B對應於圖2A的剖線A-A’。

請參照圖1及圖2，電磁波傳輸結構10包括基板100以及設置在基板100上的傳輸線120和多個天線140。基板100例如是玻璃基板、陶瓷層壓板、或低介電損耗基板（例如Rogers基板），但不以此為限。在本實施例中，傳輸線120包括第一延伸部120P1和多個第二延伸部120P2，這些第二延伸部120P2分別延伸自第一延伸部120P1的相對兩邊緣e1、e2。

舉例來說，第一延伸部120P1和第二延伸部120P2可分別在方向X和方向Y上延伸，且方向X可選擇性地垂直於方向Y，但不以此為限。在本實施例中，第二延伸部120P2在基板100上的正投影輪廓可以是矩形。亦即，第二延伸部120P2在方向X上排列且彼此相對的兩邊緣的延伸方向會相互平行，且平行於方向Y，但不以此為限。在其他實施例中，的傳輸線120A的第二延伸部120P2-A在基板100上的正投影輪廓也可以是梯形（如圖2B所示的電磁波傳輸結構10A）。更具體地說，第二延伸部120P2-A在方向X上排列且彼此相對的兩邊緣的延伸方向也可不平行於方向Y，即不垂直於第一延伸部120P1的兩邊緣e1、e2。

在本實施例中，電磁波傳輸結構10具有接收區RA、傳輸區TA和發送區EA，且適於安裝在容易使電磁波產生能量損耗的障礙物（例如水泥牆或建物柱體）上。舉例來說，障礙物（未繪示）具有朝向電磁波源的正面以及背離該電磁波源的背面，電磁波傳輸結構10可設置在障礙物上，並且從障礙物的正面繞行至障礙物的背面。其中，電磁波傳輸結構10的接收區RA和發送區EA分別設置在障礙物的正面和背面，而傳輸區TA可延伸在障礙物連接正面與背面的其他構面上。

傳輸線120可區分為延伸在接收區RA內的接收段120rs、延伸在傳輸區TA內的傳輸段120ts以及延伸在發送區EA內的發送段120es，其中傳輸段120ts連接在接收段120rs與發送段120es之間。在本實施例中，天線140例如是貼片天線（patch antenna）。一部分的天線140可設置在接收區RA內以作為接收天線140R，而另一部分的天線140可設置在發送區EA內以作為發送天線140E。舉例來說，朝向障礙物正面傳遞的電磁波可在電磁波傳輸結構10的接收區RA內經由接收天線140R饋入傳輸線120，並經由傳輸線120的傳輸段120ts的傳送而進入位在障礙物背面的發送區EA。透過傳輸線120的發送段120es與發送天線140E間的耦合效應，讓傳遞至發送區EA的電磁波訊號得以經由發送天線140E輻射出去。

也就是說，當電磁波的傳遞空間中存在有會消耗電磁波能量的障礙物時，可在此障礙物上安裝本實施例的電磁波傳輸結構10以作為電磁波的繞行結構，據此來降低電磁波通過此障礙物時所產生的能量損耗。

進一步而言，位在接收區RA的多個接收天線140R可鄰設在傳輸線120的接收段120rs的一側，並且沿著傳輸線120的第一延伸部120P1的延伸方向（例如方向X）排列成一維的接收天線陣列。相似地，位在發送區EA的多個發送天線140E鄰設在傳輸線120的發送段120es的一側，並且沿著傳輸線120的第一延伸部120P1的延伸方向排列成一維的發送天線陣列。雖然圖1示出的接收天線140R與發送天線140E是位在傳輸線120的同一側，但本發明並不以此為限。在其他實施例中，接收天線140R與發送天線140E也可分別設置在傳輸線120的相對兩側，或者是，傳輸線120的相對兩側都鄰設有接收天線140R（或發送天線140E）。

為了調變多個天線140的電磁波收發方向，電磁波傳輸結構10更包括多個介電可調單元160。特別注意的是，這些介電可調單元160沿著垂直基板100的方向（例如方向Z）重疊於傳輸線120。在本實施例中，這些介電可調單元160可分別設置在發送區EA和接收區RA，例如：發送區EA可設有多個介電可調單元161，而接收區RA可設有多個介電可調單元162。

這些介電可調單元161沿著方向Z分別重疊於傳輸線120的發送段120es位在多個發送天線140E之間的多個部分（或區段）。相似地，這些介電可調單元162沿著方向Z分別重疊於傳輸線120的接收段120rs位在多個接收天線140R之間的多個部分（或區段）。也就是說，鄰設在發送段120es的發送天線140E與這些介電可調單元161是沿著傳輸線120的延伸方向（例如方向X）交替排列，而鄰設在接收段120rs的接收天線140R與這些介電可調單元162是沿著傳輸線120的延伸方向交替排列。

請同時參照圖3A及圖3B，在本實施例中，介電可調單元160具有在方向Z上相重疊的第一電極層EL1與可控介電層CDL，且可控介電層CDL設置在第一電極層EL1與傳輸線120之間。其中，可控介電層CDL例如是液晶層，第一電極層EL1與傳輸線120間的電位差所產生的電場適於驅使液晶層的多個液晶分子LCM轉動。舉例來說，第一電極層EL1可設置在另一基板SUB上，且該基板SUB與基板100之間夾設有間隔物SP，以形成可控介電層CDL的容置空間。

進一步而言，傳輸線120的多個第二延伸部120P2是以節距P沿著方向X排列在第一延伸部120P1的相對兩側。這些第二延伸部120P2中沿著方向X排列的任兩相鄰者具有間距S，且其各自沿著方向Y具有長度L。特別說明的是，傳輸線120的這些結構尺寸滿足下列關係式：

， 其中k _sspp為經由傳輸線120傳遞的電磁波訊號的波數（wavenumber），ε _r為可控介電層CDL的有效介電常數，ω為經由傳輸線傳遞的電磁波訊號的角頻率（angular frequency），c為光速。

由於本實施例中作為可控介電層CDL的液晶材料具有介電異向性（dielectric anisotropy），即液晶材料在平行於和垂直於液晶分子長軸的方向上分別具有不同的介電常數（例如：介電常數ε _//和介電常數ε _┴），使其具有可電控的特性。換句話說，透過對液晶層施加電場，可改變液晶層在特定方向上的有效介電常數（effective dielectric constant），而此有效介電常數會落在介電常數ε _//與介電常數ε _┴之間的範圍。

舉例來說，在本實施例中，可控介電層CDL可選用介電常數ε _//和介電常數ε _┴分別為2.9和2.72的液晶材料K15（Merck KGaA），並且採用具水平配向能力的配向材料層（例如：經絨毛磨刷過後的聚醯亞胺薄膜）來配向液晶分子LCM。其中，配向材料層可設置在液晶層與第一電極層EL1的交界處和/或液晶層與基板100的交界處。然而，本發明不限於此。在其他實施例中，液晶材料的選用及其配向方式當可根據不同的應用需求進行調整。

在本實施例中，當液晶層在未被施加電場的狀態下，其液晶分子LCM是以平行於基板100的方式排列（如圖3A所示）。此時，可控介電層CDL對在傳輸線120上傳遞的電磁波訊號的有效介電常數為較大的介電常數ε _//，從而等效的電磁波波長較小，波數較大，因此相較於後述施加電場的狀態，未被施加電場的可控介電層CDL能在X軸方向上產生較多的相位移（phase shift）。

當液晶層被施加電場時，即第一電極層EL1與傳輸線120間具有電位差時，液晶材料K15因其在分子長軸方向上具有較大的介電常數，其分子長軸會傾向於沿著電場方向排列。在本實施例中，第一電極層EL1與傳輸線120在彼此相重疊的區域內所形成的電場方向大致上是垂直於基板100。當電場強度足夠大時，位在該重疊區域內的大部分液晶分子的長軸方向也會大致上垂直於基板100（如圖3B所示）。此時，可控介電層CDL對在傳輸線120上傳遞的電磁波訊號的有效介電常數為較小的介電常數ε _┴，因此相較於前述未施加電場的狀態，當液晶層(即可控介電層CDL)被施加電場時，能在X軸方向上產生較少的相位移。

因此，透過有無施加電場或者是不同大小的施加電場來改變液晶分子LCM的排列方向，能讓可控介電層CDL在電磁波訊號的電場方向上的有效介電常數發生變化，進而改變在傳輸線120上傳遞的電磁波訊號的相位。

在本實施例中，傳輸線120的接收段120rs和發送段120es在任兩相鄰的天線140之間的部分都設有介電可調單元160，並且藉由上述介電可調單元160的相位調變能力，能讓沿著傳輸線120一側排列的一維天線陣列的多個天線140的電磁波收發方向改變，其中電磁波收發方向的調整例如是在XZ平面的維度上。

舉例來說，位在發送區EA的多個介電可調單元161適於調整在傳輸線120的發送段120es中傳遞的電磁波訊號的相位。因此，多個發送天線140E從傳輸線120所耦合並輻射的電磁波訊號，隨著各介電可調單元161所賦予的相位移不同，而有不同的相位組合，藉以改變電磁波在XZ平面上的發送方向。另一方面，當電磁波被接收天線140R接收而饋入傳輸線120的接收段120rs時，位在接收區RA的多個介電可調單元162適於調整在不同延遲時間饋入傳輸線120的電磁波訊號的相位，等效來說調整了接收段120rs在XZ平面上的接收場型。

進一步而言，本實施例的天線140在基板100上的正投影輪廓例如是圓形，且各個天線140的尺寸大小（例如直徑）都大致上相同。在本實施例中，各個天線140與鄰近的傳輸線120的間距s1也都大致上相同。因此，每個天線140與傳輸線120的能量耦合程度都相近。舉例來說，電磁波經由各個接收天線140R饋入傳輸線120的能量差異並不大，而電磁波訊號經由各個發送天線140E輻射的功率也相近，使得發送天線陣列所輻射出的電磁波，其主波束（main lobe）的束寬（beam width/half power beam width, HPBW）會較窄，且旁波束（side lobe）與主波束的輻射功率差異也較小。

然而，本發明不限於此。在另一些變形實施例中，構成天線陣列的多個天線也可具有不同的尺寸大小，且這些天線與傳輸線之間的距離也可不同。請參照圖4A，在一變形實施例中，電磁波傳輸結構10B的多個天線140A（例如接收天線140R-A和發送天線140E-A）可具有不同的尺寸大小。詳細而言，多個接收天線140R-A具有對稱軸SA，且這些接收天線140R-A各自的直徑（或圓徑）隨著遠離對稱軸SA而遞增。多個發送天線140E-A也是以相同的方式進行配置。

舉例來說，位在對稱軸SA上的天線140A對於特定頻率的電磁波具有最佳的接收/輻射效率（亦即，中央天線的共振頻率為預收發信號的載波頻率），而偏離對稱軸SA設置且尺寸不同的天線140A對於該特定頻率的電磁波的接收/輻射效率會隨著天線尺寸（例如直徑）變大而降低。透過這樣的配置，能讓發送天線陣列所輻射出的電磁波，其主波束的束寬變寬，並且能抑制旁波束的輻射功率。

為了達到相似的效果，在圖4B所示的另一變形實施例中，電磁波傳輸結構10C的多個天線140B（例如接收天線140R-B和發送天線140E-B）的尺寸大小配置相似於圖4A的多個天線140A，但這些天線140B與鄰近的傳輸線120的間距可不相同。特別注意的是，這些天線140B各自的幾何中心C與鄰近的傳輸線120的距離d都大致上相同。

不同於圖4B的實施例，圖4C示出的電磁波傳輸結構10D，其多個接收天線140R-C各自的直徑隨著遠離對稱軸SA而遞減，而多個發送天線140E-C也是以相同的方式進行配置。並且，中心的天線（設置於對稱軸SA的接收天線140R-C與發送天線140E-C）的共振頻率為預收發信號的載波頻率。然而，本發明不限於此。在一實施例中，發送天線陣列與接收天線陣列的配置方式也可選擇性地不同。

以下將列舉另一些實施例以詳細說明本揭露，其中相同的構件將標示相同的符號，並且省略相同技術內容的說明，省略部分請參考前述實施例，以下不再贅述。

圖5是本發明的第二實施例的電磁波傳輸結構的俯視示意圖。請參照圖5，本實施例的電磁波傳輸結構10E與圖1的電磁波傳輸結構10的差異在於：天線陣列的配置方式不同。在本實施例中，電磁波傳輸結構10E的多個天線140D所構成的天線陣列具有對稱軸SA，且該天線陣列的多個天線140D各自與傳輸線120的間距s2隨著遠離對稱軸SA而遞增。換句話說，位在對稱軸SA上的天線140D（例如接收天線140R-D和發送天線140E-D）與傳輸線120之間的距離最小，因此其能量耦合程度最大。相反地，位在天線陣列外側的天線140D與傳輸線120之間的距離最大，因此其能量耦合程度最小。

因此，位在對稱軸SA上的天線140D對於特定頻率的電磁波具有最佳的接收/輻射效率，而偏離對稱軸SA設置且尺寸相同的天線140D對於該特定頻率的電磁波的接收/輻射效率會隨著天線140D與傳輸線120的間距s2變大而降低。舉例來說，透過這樣的配置，能讓發送天線陣列所輻射出的電磁波，其主波束的束寬變寬，並且能抑制旁波束的輻射功率。

圖6是本發明的第三實施例的電磁波傳輸結構的俯視示意圖。圖7是圖6的電磁波傳輸結構沿著剖線B-B’的剖視示意圖。為清楚呈現起見，圖6省略了圖7中基板SUB、可控介電層CDL和間隔物SP的繪示。請參照圖6及圖7，相較於圖3A的電磁波傳輸結構10，本實施例的電磁波傳輸結構20的介電可調單元160A更包括第二電極層EL2，設置在基板100背離傳輸線120的一側表面100s上，且沿著方向Z重疊於可控介電層CDL。

特別注意的是，不同於前述實施例的電磁波傳輸結構10，本實施例的介電可調單元160A的第一電極層EL1與第二電極層EL2適於產生用以改變可控介電層CDL的有效介電常數的電場。也就是說，在本實施例中，傳輸線120並不作為用來驅動可控介電層CDL的電極。

另一方面，在本實施例中，第二電極層EL2同第一電極層EL1為圖案化電極，但不以此為限。在一較佳的實施例中，第二電極層EL2也可以是對應多個介電可調單元160A的多個第一電極層EL1的整面性電極。亦即，第二電極層EL2可以是整面地覆蓋基板100的表面100s的非圖案化電極層。

圖8是本發明的第四實施例的電磁波傳輸結構的俯視示意圖。圖9是圖8的電磁波傳輸結構的局部區域的放大示意圖。圖10是圖8的電磁波傳輸結構沿著剖線C-C’的剖視示意圖。圖11是圖9的電磁波傳輸結構沿著剖線D-D’的剖視示意圖。

請參照圖8至圖11，在本實施例中，電磁波傳輸結構30可包括多條傳輸線，例如傳輸線121、傳輸線122、傳輸線123和傳輸線124。由於本實施例的每一條傳輸線120、天線140、介電可調單元161和介電可調單元162的配置關係及對應的技術效果都相似於圖1的電磁波傳輸結構10，因此詳細的說明請參見前述實施例的相關段落，於此便不再贅述。

在本實施例中，鄰設於多條傳輸線120的多個天線140可分別沿著方向X和方向Y排成多列與多行。舉例來說，位在接收區RA內的多個接收天線140R可排列成一個二維的接收天線陣列，而位在發送區EA內的多個發送天線140E可排列成一個二維的發送天線陣列。然而，本發明不限於此。在另一未繪示的實施例中，位在接收區RA或發送區EA的多個天線140也可以排成蜂巢狀的二維天線陣列。例如：這些天線140沿著方向X排成的多個一維天線陣列中的任兩相鄰者可在方向Y上錯位設置。

應注意的是，除了接收區RA和發送區EA設有介電可調單元160B外，本實施例的電磁波傳輸結構30在傳輸區TA也設有多個介電可調單元163。這些介電可調單元163沿著方向Z重疊於多條傳輸線120的多個傳輸段120ts，並且分別沿著方向X和方向Y排成多列與多行。亦即，這些介電可調單元163可陣列排列於電磁波傳輸結構30的傳輸區TA內。由於介電可調單元163的細部組成相似於介電可調單元161和介電可調單元162，因此便不再贅述。

在本實施例中，位於傳輸區TA內且重疊於同一條傳輸線120的多個介電可調單元163為比鄰設置。更具體地說，沿著傳輸段120ts排列的這些介電可調單元163之間未設有間隙。因此，可避免電磁波訊號在傳輸線120上傳遞時因周圍介電層的不連續而產生能量衰減。另一方面，同一條傳輸線120上的多個介電可調單元163被驅動時，其各自的可控介電層CDL（如圖11所示）的有效介電常數可由接收段120rs往發送段120es的方向漸變，例如：漸增、漸減、先漸減後漸增或先漸增後漸減。也就是說，這些介電可調單元163的多個可控介電層CDL中的任兩相鄰者的介電常數差異不會過大，以避免電磁波訊號在通過時產生明顯的能量損耗。

舉例來說，同一條傳輸線120上的這些介電可調單元163各自的第一電極層EL1-A可被施以不同的電壓，使作為可控介電層CDL的液晶層的多個液晶分子的轉動程度不同，並且在電磁波訊號的電場方向上的有效介電常數產生近似連續性的變化，其中有效介電常數例如是根據不同的施加電壓而介於液晶層的介電常數ε _┴與介電常數ε _//之間。需說明的是，此處有效介電常數的近似連續性的變化是指任兩相鄰的介電可調單元163所產生的有效介電常數差異很小，而此差異可取決於同一條傳輸線120上的介電可調單元163的數量。也就是說，若同一條傳輸線120上的介電可調單元163數量越多，則在此傳輸線120上的有效介電常數的變化會越接近連續性的變化。

特別說明的是，在不同傳輸線120上設置的這些介電可調單元163，可用來調整在不同傳輸線120上傳遞的電磁波訊號間的相位差，使本實施例的二維天線陣列同時具有在XZ平面和YZ平面上調變電磁波收發方向的能力。

舉例來說，這些介電可調單元163適於調整在這些傳輸線120的多個傳輸段120ts中傳遞的多個電磁波訊號的相位，使這些電磁波訊號各自以不同的延遲時間傳遞至發送區EA並經由對應的多個發送天線140E輻射。此時，若發送區EA內的多個介電可調單元161不被致能，則電磁波的發送方向可在YZ平面上調變。相反地，若這些介電可調單元161同時被致能時，則電磁波的發送方向可同時在YZ平面和XZ平面上調變。

請同時參照圖10及圖11，在本實施例中，介電可調單元160B的第一電極層EL1-A具有平行於基板100的底部EL1bp以及彎折地延伸自底部EL1bp的側壁部EL1sp，其中側壁部EL1sp圍繞可控介電層CDL。更具體地說，本實施例的每一個介電可調單元160B的可控介電層CDL是被第一電極層EL1-A所包覆。因此，可確保每一個介電可調單元160B的可控介電層CDL的驅動不會受到另一個介電可調單元160B的電極影響。

然而，本發明不限於此。在另一變形實施例中，多個介電可調單元的多個第一電極層各自可具有至少一缺口，且其與基板100間用來填充液晶層（即可控介電層CDL）的容置空間可經由該至少一缺口而相連通。換句話說，在該變形實施例中，這些介電可調單元的這些第一電極層可設置在一個連續性分布的液晶層內。

進一步而言，在本實施例中，電磁波傳輸結構30還可包括絕緣層INS1和絕緣層INS2。第一電極層EL1-A與傳輸線120之間設有絕緣層INS1，使彼此電性分離。任兩相鄰的第一電極層EL1-A之間設有絕緣層INS2，使彼此電性分離。另一方面，由於本實施例中分別在兩條傳輸線120上且相鄰的兩個第一電極層EL1-A之間的距離較遠，沿著方向Y排列且相鄰的兩個第一電極層EL1-A之間可不設有絕緣層INS2，但不以此為限。在其他實施例中，絕緣層INS2也可圍繞每一個介電可調單元的第一電極層設置以絕緣在不同方向上排列且相鄰的另一個介電可調單元的第一電極層。

圖12是本發明的第五實施例的電磁波傳輸結構的俯視示意圖。圖13A及圖13B是圖12的介電可調單元操作在不同狀態下的剖視示意圖。圖13A及圖13B對應圖12的剖線E-E’。為清楚呈現起見，圖12省略了圖13A及圖13B中基板SUB、可控介電層CDL和間隔物SP的繪示。請參照圖12至圖13B，本實施例的電磁波傳輸結構10F與圖3A的電磁波傳輸結構10的差異在於：介電可調單元的第一電極層的構型以及液晶層的驅動方式不同。

具體而言，在本實施例中，介電可調單元160C的第一電極層EL1-B包括多個第一條狀電極SE1和多個第二條狀電極SE2。這些第一條狀電極SE1與這些第二條狀電極SE2沿著傳輸線120的第一延伸部120P1的延伸方向（例如方向X）交替排列，且平行於第二延伸部120P2。在本實施例中，輸線120並不作為用來驅動可控介電層CDL的電極，而是利用任相鄰的一個第一條狀電極SE1和一個第二條狀電極SE2間所產生的電場來改變可控介電層CDL的有效介電常數。

舉例來說，在本實施例中，作為可控介電層CDL的液晶層的多個液晶分子LCM在未被施加電場的狀態下，其排列方向（即配向方向）大致上平行於第二延伸部120P2的延伸方向（如圖13A所示）。當第一電極層EL1-B被致能時，第一條狀電極SE1與第二條狀電極SE2間會形成大致上平行於基板100的橫向電場。由於本實施例所採用的液晶材料為正型液晶材料（即液晶分子LCM在長軸方向上的介電常數ε _//大於在短軸方向上的介電常數ε _┴），因此液晶分子LCM的長軸會傾向於沿著此橫向電場的方向排列（如圖13B所示）。更具體地說，本實施例的液晶層是以橫向電場切換（in-plane switching，IPS）模式進行操作。

不同於圖3A及圖3B的介電可調單元160，當本實施例的介電可調單元160C未被致能時，可控介電層CDL在電磁波訊號的電場方向上的有效介電常數為較小的介電常數ε _┴，因此能產生較少的相位移。相反地，當介電可調單元160C被致能時，可控介電層CDL在電磁波訊號的電場方向上的有效介電常數為較大的介電常數ε _//，因此能產生較多的相位移。

圖14是本發明的第六實施例的電磁波傳輸結構的俯視示意圖。請參照圖14，不同於圖1的電磁波傳輸結構10，本實施例的電磁波傳輸結構10G的多個介電可調單元160D，例如：位在發送區EA內的多個介電可調單元161D或/和位在接收區RA內的多個介電可調單元162D，是比鄰設置的。舉例來說，相鄰的兩個天線140之間的介電可調單元160D，其在這兩個天線140的排列方向上的相對兩側邊界可分別對齊這兩個天線140各自的幾何中心C。

也就是說，位在接收區RA或發送區EA內的多個介電可調單元160D之間未設有間隙。因此，可避免電磁波訊號在傳輸線120的接收段120rs或發送段120es上傳遞時因周圍介電層的不連續而產生能量衰減。

綜上所述，在本發明的一實施例的電磁波傳輸結構中，傳輸線鄰設有多個天線，且傳輸線在這些天線之間的多個部分設有多個介電可調單元。透過電控調變介電可調單元中重疊於傳輸線的可控介電層的有效介電常數，可改變電磁波訊號的相位，進而調變這些天線的電磁波收發方向。

10、10A、10B、10C、10D、10E、10F、10G、20、30:電磁波傳輸結構 100、SUB:基板 120、120A、121、122、123、124:傳輸線 120P1:第一延伸部F 120P2、120P2-A:第二延伸部 120es:發送段 120rs:接收段 120ts:傳輸段 140、140A、140B、140D:天線 140E、140E-A、140E-B、140E-C、140E-D:發送天線 140R、140R-A、140R-B、140R-C、140R-D:接收天線 160、161、162、163、160A、160B、160C、160D、161D、162D:介電可調單元 C:幾何中心 CDL:可控介電層 d:距離 e1、e2:邊緣 EA:發送區 EL1、EL1-A、EL1-B:第一電極層 EL1bp:底部 EL1sp:側壁部 EL2:第二電極層 INS1、INS2:絕緣層 L:長度 LCM:液晶分子 P:節距 RA:接收區 S、s1、s2:間距 SA:對稱軸 SE1:第一條狀電極 SE2:第二條狀電極 SP:間隔物 TA:傳輸區 X、Y、Z:方向 A-A’、B-B’、C-C’、D-D’、E-E’:剖線

圖1是本發明的第一實施例的電磁波傳輸結構的俯視示意圖。 圖2A是圖1的電磁波傳輸結構的局部區域的放大示意圖。 圖2B是圖2A的傳輸線的另一種變形實施例的俯視示意圖。 圖3A及圖3B是圖2A的介電可調單元操作在不同狀態下的剖視示意圖。 圖4A至圖4C是圖1的電磁波傳輸結構的另一些變形實施例的俯視示意圖。 圖5是本發明的第二實施例的電磁波傳輸結構的俯視示意圖。 圖6是本發明的第三實施例的電磁波傳輸結構的俯視示意圖。 圖7是圖6的電磁波傳輸結構的剖視示意圖。 圖8是本發明的第四實施例的電磁波傳輸結構的俯視示意圖。 圖9是圖8的電磁波傳輸結構的局部區域的放大示意圖。 圖10是圖8的電磁波傳輸結構的剖視示意圖。 圖11是圖9的電磁波傳輸結構的剖視示意圖。 圖12是本發明的第五實施例的電磁波傳輸結構的俯視示意圖。 圖13A及圖13B是圖12的介電可調單元操作在不同狀態下的剖視示意圖。 圖14是本發明的第六實施例的電磁波傳輸結構的俯視示意圖。

10:電磁波傳輸結構

100:基板

120:傳輸線

120P1:第一延伸部

120P2:第二延伸部

140:天線

160:介電可調單元

e1、e2:邊緣

L:長度

P:節距

S:間距

X、Y、Z:方向

A-A’:剖線

Claims (14)

1. 一種電磁波傳輸結構，包括： 一基板； 至少一傳輸線，設置在該基板上，每一該至少一傳輸線包括： 一第一延伸部，在一第一方向上延伸；以及 多個第二延伸部，分別延伸自該第一延伸部的相對兩邊緣，該些第二延伸部的延伸方向平行於一第二方向，該些第二延伸部沿著該第一方向以一節距P排列，該些第二延伸部中沿著該第一方向排列的任兩相鄰者具有一間距S，各該些第二延伸部沿著該第二方向具有一長度L； 多個天線，設置在該基板上，且鄰設在該至少一傳輸線；以及 多個介電可調單元，重疊於該至少一傳輸線位在該些天線之間的多個部分，各該些介電可調單元具有相重疊的一第一電極層與一可控介電層，該可控介電層設置在該第一電極層與該至少一傳輸線之間，該節距P、該間距S和該長度L滿足下列關係式：

   

   ， 其中k _sspp為經由該至少一傳輸線傳遞的電磁波訊號的波數，ε _r為該可控介電層的有效介電常數，ω為經由該至少一傳輸線傳遞的電磁波訊號的角頻率，c為光速。
2. 如請求項1所述的電磁波傳輸結構，其中每一該至少一傳輸線具有一傳輸段、一接收段和一發送段，該傳輸段連接於該接收段與該發送段之間，該些介電可調單元包括重疊於該發送段和該接收段的其中一者的多個第一介電可調單元，且鄰設在該發送段和該接收段的其中該者的部分該些天線與該些第一介電可調單元沿著該至少一傳輸線的一延伸方向交替排列。
3. 如請求項2所述的電磁波傳輸結構，其中該些介電可調單元更包括重疊於該發送段和該接收段的其中另一者的多個第二介電可調單元，且鄰設在該發送段和該接收段的其中該另一者的另一部分該些天線與該些第二介電可調單元沿著該延伸方向交替排列。
4. 如請求項3所述的電磁波傳輸結構，其中該至少一傳輸線為在一第一方向上延伸的多條傳輸線，該些傳輸線沿著一第二方向排列，該些天線分別鄰設在該些傳輸線的多個該接收段和多個該發送段，該些介電可調單元更包括重疊於該些傳輸線的多個該傳輸段的多個第三介電可調單元，該些第三介電可調單元分別沿著該第一方向和該第二方向排成多列與多行。
5. 如請求項4所述的電磁波傳輸結構，其中各該些介電可調單元的該第一電極層具有平行於該基板的一底部以及彎折地延伸自該底部的一側壁部，該側壁部圍繞該可控介電層，該第一電極層與該至少一傳輸線適於產生用以改變該可控介電層的有效介電常數的一電場。
6. 如請求項5所述的電磁波傳輸結構，其中該些第三介電可調單元沿著該第一方向排列的任兩相鄰者的兩該第一電極層的兩該側壁部之間設有一絕緣層。
7. 如請求項1所述的電磁波傳輸結構，其中每一該至少一傳輸線具有一傳輸段、一接收段和一發送段，該傳輸段連接於該接收段與該發送段之間，該至少一傳輸線為在一第一方向上延伸的多條傳輸線，該些傳輸線沿著一第二方向排列，該些天線分別鄰設在該些傳輸線的多個該接收段和多個該發送段，該些介電可調單元的至少一部分重疊於該些傳輸線的多個該傳輸段，且分別沿著該第一方向和該第二方向排成多列與多行。
8. 如請求項1所述的電磁波傳輸結構，其中各該些介電可調單元的該第一電極層具有平行於該基板的一底部以及彎折地延伸自該底部的一側壁部，該側壁部圍繞該可控介電層，該第一電極層與該至少一傳輸線適於產生用以改變該可控介電層的有效介電常數的一電場。
9. 如請求項1所述的電磁波傳輸結構，其中該至少一傳輸線為一傳輸線，各該些天線與該傳輸線的距離都相同，該些天線沿著該傳輸線的一延伸方向排列，且具有一對稱軸，各該些天線的一直徑隨著遠離該對稱軸而遞減或遞增。
10. 如請求項1所述的電磁波傳輸結構，其中該至少一傳輸線為一傳輸線，該些天線各自的一幾何中心與該傳輸線的距離都相同，該些天線沿著該傳輸線的一延伸方向排列，且具有一對稱軸，各該些天線的一直徑隨著遠離該對稱軸而遞減或遞增。
11. 如請求項1所述的電磁波傳輸結構，其中該至少一傳輸線為一傳輸線，各該些天線具有相同的一直徑，該些天線沿著該傳輸線的一延伸方向排列，且具有一對稱軸，各該些天線與該傳輸線的一間距隨著遠離該對稱軸而遞增。
12. 如請求項1所述的電磁波傳輸結構，其中各該些介電可調單元更包括： 一第二電極層，設置在該基板背離該至少一傳輸線的一側表面上，且重疊於該可控介電層，該第一電極層與該第二電極層適於產生用以改變該可控介電層的有效介電常數的一電場。
13. 如請求項1所述的電磁波傳輸結構，其中該可控介電層為一液晶層。
14. 如請求項1所述的電磁波傳輸結構，其中該第一電極層包括多個第一條狀電極和多個第二條狀電極，該些第一條狀電極與該些第二條狀電極沿著該第一方向交替排列，並且平行於該些第二延伸部，任相鄰的一該第一條狀電極和一該第二條狀電極適於產生用以改變該可控介電層的有效介電常數的一電場。

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