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TWI898251B - 天線單元、天線陣列以及天線陣列的操作方法 - Google Patents

天線單元、天線陣列以及天線陣列的操作方法

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TWI898251B
TWI898251B TW112131849A TW112131849A TWI898251B TW I898251 B TWI898251 B TW I898251B TW 112131849 A TW112131849 A TW 112131849A TW 112131849 A TW112131849 A TW 112131849A TW I898251 B TWI898251 B TW I898251B
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張書維
郭炫宏
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稜研科技股份有限公司
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Abstract

一種天線單元，包括第一基板、第二基板、多個側壁、液晶層、第一電極、第二電極以及多個側壁電極。第二基板相對於第一基板。多個側壁支撐在第一基板與第二基板之間。液晶層位於第一基板、第二基板以及多個側壁之間。第一電極設置在第一基板上。第二電極設置在第二基板上且電性絕緣於第一電極。多個側壁電極彼此電性絕緣且分別設置在多個側壁上，其中多個側壁電極電性絕緣於第一電極以及第二電極。另提供一種天線陣列及其操作方法。

Description

天線單元、天線陣列以及天線陣列的操作方法
本發明是有關於一種天線單元、天線陣列以及天線陣列的操作方法。
作為各向異性材料，液晶分子沿其長軸以及短軸具有不同的介電常數。當液晶用作射頻(radio frequency，RF)應用或天線應用中的介電常數可調材料時，若訊號的偏振方向不平行或不垂直於液晶層的配向，會出現雙介電常數(dual-permittivity)問題，造成訊號的傳輸方向或輻射強度等不如預期。
本發明提供一種天線單元、天線陣列以及天線陣列的操作方法，其可調整液晶層的配向。
在本發明的一實施例中，天線單元包括第一基板、第二基板、多個側壁、液晶層、第一電極、第二電極以及多個側壁電極。第二基板相對於第一基板。多個側壁支撐在第一基板與第二基板之間。液晶層位於第一基板、第二基板以及多個側壁之間。第一電極設置在第一基板上。第二電極設置在第二基板上且電性絕緣於第一電極。多個側壁電極彼此電性絕緣且分別設置在多個側壁上，其中多個側壁電極電性絕緣於第一電極以及第二電極。
在本發明的一實施例中，天線陣列包括多個第一天線單元以及至少一個第二天線單元。多個第一天線單元中的每一個包括第一基板、第二基板、多個側壁、液晶層、第一電極、第二電極以及多個側壁電極。第二基板相對於第一基板。多個側壁支撐在第一基板與第二基板之間。液晶層位於第一基板、第二基板以及多個側壁之間。第一電極設置在第一基板上。第二電極設置在第二基板上且電性絕緣於第一電極。多個側壁電極彼此電性絕緣且分別設置在多個側壁上，其中多個側壁電極電性絕緣於第一電極以及第二電極。至少一個第二天線單元鄰近多個第一天線單元設置。至少一個第二天線單元包括第三電極以及第四電極，且第三電極以及第四電極設置在第一基板以及第二基板中的至少一個上。
在本發明的一實施例中，天線陣列的操作方法包括：提供天線陣列，天線陣列包括多個第一天線單元；利用多個側壁電極向液晶層施加水平電場；以及利用第一電極以及第二電極向液晶層施加垂直電場。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
本文中所提到的方向用語，例如：「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」等，僅是參考附圖的方向。因此，使用的方向用語是用來說明，而並非用來限制本發明。
在附圖中，各圖式繪示的是特定實施例中所使用的方法、結構或材料的通常性特徵。然而，這些圖式不應被解釋為界定或限制由這些實施例所涵蓋的範圍或性質。舉例來說，為了清楚起見，各膜層、區域或結構的相對尺寸、厚度及位置可能縮小或放大。
在下述實施例中，相同或相似的元件將採用相同或相似的標號，且將省略其贅述。此外，不同實施例中的特徵在沒有衝突的情況下可相互組合，且依本說明書或申請專利範圍所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本專利涵蓋的範圍內。
本說明書或申請專利範圍中提及的「第一」、「第二」等用語僅用以命名不同元件或區別不同實施例或範圍，而並非用來限制元件數量上的上限或下限，也並非用以限定元件的製造順序或設置順序。此外，一元件/膜層設置在另一元件/膜層上(或上方)可涵蓋所述元件/膜層直接設置在所述另一元件/膜層上(或上方)，且兩個元件/膜層直接接觸的情況；以及所述元件/膜層間接設置在所述另一元件/膜層上(或上方)，且兩個元件/膜層之間存在一或多個元件/膜層的情況。
圖1是依照本發明的一實施例的一種天線單元的示意圖。圖2是圖1的天線單元於截面R1處的一種示意圖。圖3是圖1的天線單元於截面R2處的一種示意圖。圖4是圖1的天線單元於XY平面的示意圖，繪示出當多個液晶分子被施加平行於方向X的電場時的狀態。圖5至圖7是圖1的天線單元於XZ平面的示意圖，分別繪示出當多個液晶分子於圖4的配向步驟後被施加從0漸增的垂直電場(平行於方向Z的電場)的狀態。圖8是圖1的天線單元於XY平面的示意圖，繪示出當多個液晶分子被施加平行於方向Y的電場時的狀態。圖9至圖11是圖1的天線單元於XZ平面的示意圖，分別繪示出當多個液晶分子於圖7的配向步驟後被施加從0漸增的垂直電場(平行於方向Z的電場)的狀態。圖12是圖1的天線單元於XY平面的示意圖，繪示出當多個液晶分子被施加平行於方向D的電場時的狀態。圖13是圖1中天線單元於截面R2處的另一種示意圖。圖14是依照本發明的一實施例的一種天線陣列的俯視示意圖。圖15至圖18分別是圖14中剖線I-I’的多種剖面示意圖。圖19以及圖20分別是依照本發明的其他實施例的天線陣列的俯視示意圖。
請先參照圖1至圖3，天線單元(例如也可稱作第一天線單元)1可包括第一基板10、第二基板11、多個側壁12、液晶層13、第一電極14、第二電極15以及多個側壁電極16，但不以此為限。根據不同的需求，天線單元1可進一步包括其他元件或膜層。
第一基板10可為硬質基板或可撓基板。第一基板10的材料例如包括玻璃、陶瓷或塑膠等，但不以此為限。
第二基板11相對於第一基板10。如圖1所示，第二基板11例如在方向Z上與第一基板10重疊設置。第二基板11可為硬質基板或可撓基板。第二基板11的材料例如包括玻璃、陶瓷或塑膠等，但不以此為限。
多個側壁12支撐在第一基板10與第二基板11之間，且第一基板10、第二基板11以及多個側壁12圍出容置液晶層13的空間。以六面體天線單元舉例說明，天線單元1可包括四個側壁12，如第一側壁12-1、第二側壁12-2、第三側壁12-3以及第四側壁12-4，這些側壁12兩兩相互連接而構成一框形，如圖3所示。然而應理解，天線單元1中側壁12的數量可根據實際需求改變，而不限於四個。多個側壁12的材料例如包括框膠材料，但不以此為限。在一些實施例中，多個側壁12可為一體成形。
液晶層13位於第一基板10、第二基板11以及多個側壁12之間。儘管未繪示於圖1至圖3，液晶層13可包括多個液晶分子，如多個正型液晶分子(positive liquid crystal molecules)，但不以此為限。液晶分子具有長軸以及垂直於長軸的短軸。當沒有向液晶層13施加外加電場時，多個液晶分子例如呈現隨機的傾倒狀態，而無特定的傾倒方向(未設置配向層)。另一方面，當向液晶層13施加外加電場時，多個液晶分子會朝外加電場方向傾倒或轉向，使得液晶分子的長軸平行於或大致上平行於外加電場方向。
第一電極14設置在第一基板10上。在一些實施例中，如圖2所示，第一電極14可設置在第一基板10的內表面S10-1(如第一基板10之面向第二基板11的表面)上，使得第一電極14位於第一基板10與液晶層13之間，但不以此為限。在另一些實施例中，儘管未繪示，第一電極14可設置在第一基板10的外表面S10-2(如第一基板10之背對第二基板11的表面)上，使得第一基板10位於第一電極14與液晶層13之間。第一電極14的材料例如包括金屬、合金或上述的組合，但不以此為限。在一些實施例中，第一電極14可為接地電極，且第一電極14可為一整面的電極，但不以此為限。
第二電極15設置在第二基板11上且電性絕緣於第一電極14。在一些實施例中，如圖2所示，第二電極15可設置在第二基板11的外表面S11-2(如第二基板11之背對第一基板10的表面)上，使得第二基板11位於第二電極15與液晶層13之間，但不以此為限。在另一些實施例中，儘管未繪示，第二電極15可設置在第二基板11的內表面S11-1(如第二基板11之面向第一基板10的表面)上，使得第二電極15位於第二基板11與液晶層13之間。第二電極15的材料例如包括金屬、合金或上述的組合，但不以此為限。在一些實施例中，第二電極15可為圖案化電極，且第二電極15的俯視形狀可包括矩形、圓形、環形或上述的組合，但不以此為限。
第二電極15在方向Z上與第一電極14重疊，且第二電極15與第一電極14至少被液晶層13隔開而彼此電性絕緣。通過獨立地控制施加至第一電極14與第二電極15的電壓，可向液晶層13施加垂直電場(電場方向與方向Z平行或大致上平行)，藉此改變天線單元1的等效介電常數。通過改變天線單元1的等效介電常數，能夠調變訊號SG(如電磁波)的相位延遲及/或輻射強度等設計參數。對一個包含有多個天線單元的天線陣列而言，等同於調變訊號SG的傳輸(反射)方向及/或輻射強度。電磁波可以是射頻、毫米波(millimeter wave)、兆赫(Terahertz，THz)波或其他頻率範圍的電磁波。
在天線單元1作為電磁波反射單元的實施例中，藉由將第二電極15設置在第二基板11之面向訊號SG的表面(如外表面S11-2)上，有助於縮短訊號的傳輸路徑或有助於減少訊號SG穿過第二基板11所造成的損耗，而有利於訊號傳輸。
多個側壁電極16彼此電性絕緣且分別設置在多個側壁12上，且多個側壁電極16電性絕緣於第一電極14以及第二電極15。在一些實施例中，如圖3所示，天線單元1可包括四個側壁電極16，如設置在第一側壁12-1上的第一側壁電極16-1、設置在第二側壁12-2上的第二側壁電極16-2、設置在第三側壁12-3上的第三側壁電極16-3以及設置在第四側壁12-4上的第四側壁電極16-4。然而應理解，天線單元1中側壁電極16的數量可根據實際需求改變，而不限於四個。根據不同的設計，多個側壁電極16的數量可大於或等於多個側壁12的數量。舉例來說，可透過增加設置在任一個側壁12上的側壁電極16的數量，以增加水平電場方向(平行於XY平面的電場方向)的可調範圍。
詳細來說，多個側壁電極16彼此電性絕緣，因而能夠獨立地控制各個側壁電極16的電壓。通過獨立地控制施加至每一個側壁電極16的電壓，可調變施加至液晶層13的水平電場的方向，藉此調整液晶層13中的多個液晶分子的配向。
在調變電磁波(如施加垂直電場)之前，藉由向液晶層13施加水平電場，使液晶層13中的多個液晶分子的配向方向平行於訊號SG的偏振方向(電磁波的電場的偏振方向)，可改善雙介電常數問題(例如使液晶層13向電磁波提供單一的介電常數)，使經天線單元1調變的訊號的傳輸方向或輻射強度等設計參數落在預設範圍內。
舉例來說，可利用另一個天線單元(未繪示；例如稱作第二天線單元)來感測電磁波，以確認電磁波的偏振方向。若入射天線單元1的訊號SG(參照圖2)的偏振方向平行於方向X，可先對液晶層13中的多個液晶分子130進行配向，使得液晶層13中的多個液晶分子130(如正型液晶分子)的長軸AL平行於或大致上平行於方向X，如圖4以及圖5所示。
上述對多個液晶分子130進行配向(施加水平電場)的步驟可包括向第一側壁電極16-1施加第一電壓，且向第三側壁電極16-3施加不同於第一電壓的第二電壓，以產生平行於方向X的水平電場。在一些實施例中，對多個液晶分子130進行配向(施加水平電場)的步驟還可包括將第一側壁電極16-1以及第三側壁電極16-3以外的側壁電極(如第二側壁電極16-2以及第四側壁電極16-2)浮置，或向第一側壁電極16-1以及第三側壁電極16-3以外的側壁電極(如第二側壁電極16-2以及第四側壁電極16-2)施加介於第一電壓與第二電壓之間的第三電壓，使天線單元1的至少中心區域(調變電磁波的主要區域，如第二電極所在區域)處的多個液晶分子130的長軸AL平行於或大致上平行於訊號的偏振方向(如方向X)。
在透過對液晶層13施加水平電場以使液晶分子130的配向方向平行於入射天線單元1的訊號SG(參照圖2)的偏振方向之後，可利用第一電極14以及第二電極15向液晶層13施加垂直電場(與方向Z平行的電場)，以改變天線單元1的等效介電常數，藉此調變訊號的傳輸方向及/或輻射強度等設計參數。圖5繪示出在第一電極14與第二電極15之間的電位差為0時液晶層13的狀態，而圖6至圖7繪示出在第一電極14與第二電極15之間的電位差不為0時液晶層13的狀態。如圖5至圖7所示，當施加至液晶層13的垂直電場(第一電極14與第二電極15之間的電位差)從0漸增時，多個液晶分子130的長軸AL從平行於方向X的方向轉變成介於方向X與方向Z之間。當垂直電場足夠大時，多個液晶分子130的長軸AL甚至能平行於方向Z。
上述施加垂直電場的步驟可包括向第一電極14施加第四電壓，且向第二電極15施加相同或不同於第四電壓的第五電壓。當第四電壓相同於第五電壓時，第一電極14與第二電極15之間的電位差為0，此時液晶層13例如呈現圖5所示的狀態。當第四電壓不同於第五電壓時，第一電極14與第二電極15之間的電位差不為0，此時液晶層13例如呈現圖6所示的狀態。在一些實施例中，在向第一電極14施加第四電壓且向第二電極15施加第五電壓時，可將多個側壁電極16(包括第一側壁電極16-1、第二側壁電極16-2、第三側壁電極16-3以及第四側壁電極16-4)浮置。在此架構下，在將多個側壁電極16浮置一段時間之後，可再次向液晶層13施加水平電場，以重新調整多個液晶分子130的配向，使液晶分子130的配向方向能夠持續地平行於所設定的偏振方向，例如但不限於入射天線單元1的訊號SG(參照圖2)的偏振方向。
替代地，在另一些實施例中，在向第一電極14施加第四電壓且向第二電極15施加第五電壓時，可向第一側壁電極16-1施加第四電壓且向第三側壁電極16-3施加第五電壓，以保持液晶分子130的配向方向或降低重新配向的次數或頻率。在一些實施例中，用於配向的第一電壓與第二電壓之間的電壓差(如第一電壓減去第二電壓之後取絕對值)可大於用於維持配向的第四電壓與第五電壓之間的電壓差(如第四電壓減去第五電壓之後取絕對值)，以縮減配向時間或提升配向一致性，但不以此為限。
另外，若入射天線單元1的訊號SG(參照圖2)的偏振方向平行於方向Y，可先對液晶層13中的多個液晶分子130進行配向，使得液晶層13中的多個液晶分子130(如正型液晶分子)的長軸AL平行於或大致上平行於方向Y，如圖8以及圖9所示。
上述對多個液晶分子130進行配向(施加水平電場)的步驟可包括向第二側壁電極16-2施加第一電壓，且向第四側壁電極16-4施加第二電壓，以產生平行於方向Y的水平電場。在一些實施例中，對多個液晶分子130進行配向(施加水平電場)的步驟還可包括將第二側壁電極16-2以及第四側壁電極16-2以外的側壁電極(如第一側壁電極16-1以及第三側壁電極16-3)浮置，或向第二側壁電極16-2以及第四側壁電極16-2以外的側壁電極(如第一側壁電極16-1以及第三側壁電極16-3)施加介於第一電壓與第二電壓之間的第三電壓，使天線單元1的至少中心區域(調變電磁波的主要區域，如第二電極所在區域)處的多個液晶分子130的長軸AL平行於或大致上平行於訊號的偏振方向(如方向Y)。
在透過對液晶層13施加水平電場以使液晶分子130的配向方向平行於入射天線單元1的訊號SG(參照圖2)的偏振方向之後，可利用第一電極14以及第二電極15向液晶層13施加垂直電場(與方向Z平行的電場)，以改變天線單元1的等效介電常數，藉此調變訊號的傳輸方向及/或輻射強度等設計參數。圖9繪示出在第一電極14與第二電極15之間的電位差為0時液晶層13的狀態，而圖10以及圖11繪示出在第一電極14與第二電極15之間的電位差不為0時液晶層13的狀態。如圖9至圖11所示，當施加至液晶層13的垂直電場(第一電極14與第二電極15之間的電位差)從0漸增時，多個液晶分子130的長軸AL從平行於方向Y的方向轉變成介於方向Y與方向Z之間。當垂直電場足夠大時，多個液晶分子130的長軸AL甚至能平行於方向Z。
上述施加垂直電場的步驟可包括向第一電極14施加第四電壓，且向第二電極15施加第五電壓。當第四電壓相同於第五電壓時，第一電極14與第二電極15之間的電位差為0，此時液晶層13例如呈現圖8所示的狀態。當第四電壓不同於第五電壓時，第一電極14與第二電極15之間的電位差不為0，此時液晶層13例如呈現圖9所示的狀態。在一些實施例中，在向第一電極14施加第四電壓且向第二電極15施加第五電壓時，可將多個側壁電極16(包括第一側壁電極16-1、第二側壁電極16-2、第三側壁電極16-3以及第四側壁電極16-4)浮置。在此架構下，在將多個側壁電極16浮置一段時間之後，可再次向液晶層13施加水平電場，以重新調整多個液晶分子130的配向，使液晶分子130的配向方向能夠持續地平行於所設定的偏振方向，例如但不限於入射天線單元1的訊號SG(參照圖2)的偏振方向。
替代地，在另一些實施例中，在向第一電極14施加第四電壓且向第二電極15施加第五電壓時，可向第二側壁電極16-2施加第四電壓且向第四側壁電極16-2施加第五電壓，以保持液晶分子130的配向方向或降低重新配向的次數或頻率。在一些實施例中，用於配向的第一電壓與第二電壓之間的電壓差(如第一電壓減去第二電壓之後取絕對值)可大於用於維持配向的第四電壓與第五電壓之間的電壓差(如第四電壓減去第五電壓之後取絕對值)，以縮減配向時間或提升配向一致性，但不以此為限。
再者，若入射天線單元1的訊號SG(參照圖2)的偏振方向平行於方向D，且方向D不平行且不垂直於方向X以及方向Y，可先對液晶層13中的多個液晶分子130進行配向，使得液晶層13中央區的多個液晶分子130(如正型液晶分子)的長軸AL平行於或大致上平行於方向D，如圖12所示。
上述對多個液晶分子130進行配向(施加水平電場)的步驟可包括向第一側壁電極16-1以及第二側壁電極16-2施加第一電壓，且向第三側壁電極16-3以及第四側壁電極16-2施加第二電壓，以於液晶層13中央區產生實質平行於方向D的水平電場。
如同前述，在透過對液晶層13施加水平電場以使液晶分子130的配向方向平行於入射天線單元1的訊號SG(參照圖2)的偏振方向之後，可利用第一電極14以及第二電極15向液晶層13施加垂直電場(與方向Z平行的電場)，以改變天線單元1的等效介電常數，藉此調變訊號的傳輸方向及/或輻射強度等設計參數。
上述施加垂直電場的步驟可包括向第一電極14施加第四電壓，且向第二電極15施加第五電壓。在一些實施例中，在向第一電極14施加第四電壓且向第二電極15施加第五電壓時，可將多個側壁電極16(包括第一側壁電極16-1、第二側壁電極16-2、第三側壁電極16-3以及第四側壁電極16-4)浮置。在此架構下，在將多個側壁電極16浮置一段時間之後，可再次向液晶層13施加水平電場，以重新調整多個液晶分子130的配向，使液晶分子130的配向方向能夠持續地平行於所設定的偏振方向，例如但不限於入射天線單元1的訊號SG(參照圖2)的偏振方向。
替代地，在另一些實施例中，在向第一電極14施加第四電壓且向第二電極15施加第五電壓時，可向第一側壁電極16-1以及第二側壁電極16-2施加第四電壓且向第三側壁電極16-3以及第四側壁電極16-4施加第五電壓，以保持液晶分子130的配向方向或降低重新配向的次數或頻率。在一些實施例中，用於配向的第一電壓與第二電壓之間的電壓差(如第一電壓減去第二電壓之後取絕對值)可大於用於維持配向的第四電壓與第五電壓之間的電壓差(如第四電壓減去第五電壓之後取絕對值)，以縮減配向時間或提升配向一致性，但不以此為限。
儘管上述實施例是以每一個側壁12上設置一個側壁電極16舉例說明，但本揭露不以此為限。如圖13所示，在天線單元1A中，每一個側壁12上可設置多個側壁電極16。舉例來說，第一側壁12-1上可設置第一側壁電極16-1以及第二側壁電極16-2，第二側壁12-2上可設置第三側壁電極16-3以及第四側壁電極16-4，第三側壁12-3上可設置第五側壁電極16-5以及第六側壁電極16-6，且第四側壁12-4上可設置第七側壁電極16-7以及第八側壁電極16-8，但不以此為限。透過增加側壁電極16的數量，可增加水平電場方向(平行於XY平面的電場方向)的可調範圍，亦即增加液晶層13的配向方向的可調範圍/角度。舉例來說，在一些實施例中，可分別向第八側壁電極16-8、第四側壁電極16-4、第一側壁電極16-1、第三側壁電極16-3、第七側壁電極16-7以及第五側壁電極16-5施加第一電壓、第二電壓、第三電壓、第四電壓、第五電壓以及第六電壓，並可將第二側壁電極16-2以及第六側壁電極16-6浮置；其中，第一電壓與第二電壓的電壓差(例如第二電壓減去第一電壓)大於第三電壓與第四電壓的電壓差(例如第四電壓減去第三電壓)，且第三電壓與第四電壓的電壓差等於第五電壓以及第六電壓的電壓差(例如第六電壓減去第五電壓)，但不以此為限。在另一些實施例中，可向第一側壁電極16-1以及第八側壁電極16-8施加第一電壓，向第四側壁電極16-4以及第五側壁電極16-5施加第二電壓，向第三側壁電極16-3以及第六側壁電極16-6施加第三電壓，且向第二側壁電極16-2以及第七側壁電極16-7施加第四電壓；其中，第二電壓大於第三電壓，第三電壓大於第四電壓，且第四電壓大於第一電壓。
請參照圖14以及圖15，天線陣列AR可包括多個第一天線單元U1以及至少一個第二天線單元U2，但不以此為限。根據不同的需求，天線陣列AR可進一步包括其他元件或膜層。
第一天線單元U1例如用以調變訊號(如電磁波)的傳輸方向及/或輻射強度等設計參數。多個第一天線單元U1中的每一個可採用前述天線單元1或天線單元1A的結構，於此不在重述。
至少一個第二天線單元U2鄰近多個第一天線單元U1設置。圖12示意性繪示出一個第二天線單元U2，且第二天線單元U2設置在多個第一天線單元U1的一側。然而，應理解，天線陣列AR中的第二天線單元U2的數量可為多個，且多個第二天線單元U2的實際結構、其與多個第一天線單元U1的相對設置關係可根據實際需求改變。
第二天線單元U2例如用以感測傳遞至天線陣列AR的電磁波，以確認電磁波的偏振方向，且可根據需求(例如屏蔽電磁波或反射電磁波)來控制每一個第一天線單元U1中的液晶層13的配向方向。
第二天線單元U2的組成可不同於第一天線單元U1的組成。如圖15所示，第二天線單元U2可包括第三電極17以及第四電極18，且第三電極17以及第四電極18可設置在第一基板10以及第二基板11中的至少一個上。圖15示意性繪示出第三電極17以及第四電極18分別設置在第二基板11的內表面S11-1以及外表面S11-2上，亦即，第三電極17與第四電極18之間的距離DT等於第二基板11的厚度T11。然而，應理解，第三電極17以及第四電極18也可分別設置在第一基板10的外表面S10-2以及內表面S10-1上，亦即，第三電極17與第四電極18之間的距離DT可等於第一基板10的厚度T10。或者，第三電極17以及第四電極18也可分別設置在第一基板10以及第二基板11上。
在圖15中，多個第一天線單元U1中的多個第一電極14是彼此分離的，但本揭露不以此為限。如圖16所示，多個第一天線單元U1中的多個第一電極14可以是連接在一起的。
在圖15以及圖16中，相鄰兩個第一天線單元U1例如共用側壁12，但本揭露不以此為限。如圖17所示，相鄰兩個第一天線單元U1可不共用側壁12。舉例來說，相鄰兩個第一天線單元U1的兩個相鄰的側壁12可彼此分離，且兩個相鄰的側壁12之間的間隙G可以填充液晶層13或不填充任何材料。
在圖15至圖17中，第三電極17以及第四電極18分別設置在第二基板11的內表面S11-1以及外表面S11-2上，但本揭露不以此為限。如圖18所示，第三電極17以及第四電極18可分別設置在第一基板10以及第二基板11上。舉例來說，第三電極17可設置在第一基板10的內表面S10-1上，且第四電極18可設置在第二基板11的外表面S11-2上。在此架構下，第二天線單元U2還可包括設置在第一基板10與第二基板11之間的固態介電層19。基於外觀考量，固態介電層19的介電常數可相近於液晶層13的的介電常數。此外，固態介電層19的材料可選自玻璃纖維布(如FR4)、天線用高頻PCB材料(如Rogers)、低溫共燒陶瓷(LTCC)或其他類似且適合作為高頻信號介電材料者。
在一些實施例中，如圖19所示，多個第一天線單元U1可分成多群，且不同群天線單元可分別用以收發不同偏振方向的訊號。舉例來說，多個第一天線單元U1可分成第一群天線單元G1以及第二群天線單元G2，其中第一群天線單元G1可用以收發第一偏振方向的訊號，且第二群天線單元G2用以收發第二偏振方向的訊號。
在一些實施例中，如圖20所示，天線陣列AR可包括多個第二天線單元U2，且多個第二天線單元U2可分布在多個第一天線單元U1之間。
綜上所述，在本發明的實施例中，通過多個側壁電極的設置，可根據訊號的偏振方向調整液晶層的配向，進而有助於改善雙介電常數問題。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
1、1A:天線單元 10:第一基板 11:第二基板 12:側壁 12-1:第一側壁 12-2:第二側壁 12-3:第三側壁 12-4:第四側壁 13:液晶層 14:第一電極 15:第二電極 16:側壁電極 16-1:第一側壁電極 16-2:第二側壁電極 16-3:第三側壁電極 16-4:第四側壁電極 16-5:第五側壁電極 16-6:第六側壁電極 16-7:第七側壁電極 16-8:第八側壁電極 17:第三電極 18:第四電極 19:固態介電層 130:液晶分子 S10-1、S11-1:內表面 S10-2、S11-2:外表面 AL:長軸 AR:天線陣列 D、X、Y、Z:方向 DT:距離 G:間隙 G1:第一群天線單元 G2:第二群天線單元 R1、R2:截面 SG:訊號 T10、T11:厚度 U1:第一天線單元 U2:第二天線單元 I-I’:剖線
圖1是依照本發明的一實施例的一種天線單元的示意圖。 圖2是圖1的天線單元於截面R1處的一種示意圖。 圖3是圖1的天線單元於截面R2處的一種示意圖。 圖4是圖1的天線單元於XY平面的示意圖，繪示出當多個液晶分子被施加平行於方向X的電場時的狀態。 圖5至圖7是圖1的天線單元於XZ平面的示意圖，分別繪示出當多個液晶分子於圖4的配向步驟後被施加從0漸增的垂直電場(平行於方向Z的電場)的狀態。 圖8是圖1的天線單元於XY平面的示意圖，繪示出當多個液晶分子被施加平行於方向Y的電場時的狀態。 圖9至圖11是圖1的天線單元於XZ平面的示意圖，分別繪示出當多個液晶分子於圖7的配向步驟後被施加從0漸增的垂直電場(平行於方向Z的電場)的狀態。 圖12是圖1的天線單元於XY平面的示意圖，繪示出當多個液晶分子被施加平行於方向D的電場時的狀態。 圖13是圖1中天線單元於截面R2處的另一種示意圖。 圖14是依照本發明的一實施例的一種天線陣列的俯視示意圖。 圖15至圖18分別是圖14中剖線I-I’的多種剖面示意圖。 圖19以及圖20分別是依照本發明的其他實施例的天線陣列的俯視示意圖。
1:天線單元
10:第一基板
11:第二基板
12:側壁
12-1:第一側壁
12-3:第三側壁
13:液晶層
14:第一電極
15:第二電極
16:側壁電極
16-1:第一側壁電極
16-3:第三側壁電極
S10-1、S11-1:內表面
S10-2、S11-2:外表面
X、Y、Z:方向
SG:訊號

Claims (18)

  1. 一種天線單元，包括：第一基板；第二基板，相對於所述第一基板；多個側壁，支撐在所述第一基板與所述第二基板之間；液晶層，位於所述第一基板、所述第二基板以及所述多個側壁之間；第一電極，設置在所述第一基板上；第二電極，設置在所述第二基板上且電性絕緣於所述第一電極；以及至少四側壁電極，彼此電性絕緣且分別設置在所述多個側壁上，其中所述至少四側壁電極電性絕緣於所述第一電極以及所述第二電極，所述至少四側壁電極環繞所述液晶層。
  2. 如請求項1所述的天線單元，其中所述第二基板位於所述第二電極與所述液晶層之間。
  3. 如請求項1所述的天線單元，其中所述至少四側壁電極的數量大於或等於所述多個側壁的數量。
  4. 一種天線陣列，包括：多個第一天線單元，其中所述多個第一天線單元中的每一個包括：第一基板；第二基板，相對於所述第一基板；多個側壁，支撐在所述第一基板與所述第二基板之間；液晶層，位於所述第一基板、所述第二基板以及所述多個側壁之間；第一電極，設置在所述第一基板上；第二電極，設置在所述第二基板上且電性絕緣於所述第一電極；以及至少四側壁電極，彼此電性絕緣且分別設置在所述多個側壁上，其中所述至少四側壁電極電性絕緣於所述第一電極以及所述第二電極，所述至少四側壁電極環繞所述液晶層；以及至少一個第二天線單元，鄰近所述多個第一天線單元設置，其中所述至少一個第二天線單元包括第三電極以及第四電極，且所述第三電極以及所述第四電極設置在所述第一基板以及所述第二基板中的至少一個上。
  5. 如請求項4所述的天線陣列，其中所述第二基板位於所述第二電極與所述液晶層之間。
  6. 如請求項4所述的天線陣列，其中所述至少四側壁電極的數量大於或等於所述多個側壁的數量。
  7. 如請求項4所述的天線陣列，其中所述第三電極與所述第四電極之間的距離等於所述第一基板的厚度或所述第二基板的厚度。
  8. 如請求項4所述的天線陣列，其中所述第三電極以及所述第四電極分別設置在所述第一基板以及所述第二基板上，所述至少一個第二天線單元還包括設置在所述第一基板與所述第二基板之間的固態介電層。
  9. 一種天線陣列的操作方法，包括：提供天線陣列，所述天線陣列包括多個第一天線單元，其中所述多個第一天線單元中的每一個包括：第一基板；第二基板，相對於所述第一基板；多個側壁，支撐在所述第一基板與所述第二基板之間；液晶層，位於所述第一基板、所述第二基板以及所述多個側壁之間；第一電極，設置在所述第一基板上；第二電極，設置在所述第二基板上且電性絕緣於所述第一電極；以及至少四側壁電極，彼此電性絕緣且分別設置在所述多個側壁上，其中所述至少四側壁電極電性絕緣於所述第一電極以及所述第二電極，所述至少四側壁電極環繞所述液晶層；利用所述至少四側壁電極向所述液晶層施加水平電場；以及利用所述第一電極以及所述第二電極向所述液晶層施加垂直電場。
  10. 如請求項9所述的天線陣列的操作方法，其中施加所述水平電場是在施加所述垂直電場之前。
  11. 如請求項9所述的天線陣列的操作方法，其中施加所述水平電場包括：向所述至少四側壁電極中的至少一個側壁電極施加第一電壓，且向所述至少四側壁電極中的至少另一個側壁電極施加不同於所述第一電壓的第二電壓。
  12. 如請求項11所述的天線陣列的操作方法，其中施加所述水平電場還包括：將所述至少一個側壁電極以及所述至少另一個側壁電極以外的側壁電極浮置，或向所述至少一個側壁電極以及所述至少另一個側壁電極以外的所述側壁電極施加介於所述第一電壓與所述第二電壓之間的第三電壓。
  13. 如請求項11所述的天線陣列的操作方法，其中施加所述垂直電場包括：向所述第一電極施加第四電壓，且向所述第二電極施加不同於所述第四電壓的第五電壓。
  14. 如請求項13所述的天線陣列的操作方法，還包括：在向所述第一電極施加所述第四電壓且向所述第二電極施加所述第五電壓時，將所述至少四側壁電極浮置。
  15. 如請求項14所述的天線陣列的操作方法，還包括：在將所述至少四側壁電極浮置一段時間之後，再次向所述液晶層施加所述水平電場，以重新調整多個液晶分子的配向。
  16. 如請求項13所述的天線陣列的操作方法，還包括：在向所述第一電極施加所述第四電壓且向所述第二電極施加所述第五電壓時，向所述至少一個側壁電極施加所述第四電壓且向所述至少另一個側壁電極施加所述第五電壓。
  17. 如請求項16所述的天線陣列的操作方法，其中所述第一電壓與所述第二電壓的電壓差大於所述第四電壓與所述第五電壓的電壓差。
  18. 如請求項11所述的天線陣列的操作方法，其中所述天線陣列還包括至少一個第二天線單元，且所述天線陣列的操作方法還包括：利用所述至少一個第二天線單元感測傳遞至所述天線陣列的電磁波，以確認所述電磁波的偏振方向。
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