CN106299627A - 一种液晶天线及通信设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及通信技术领域，公开了一种液晶天线及通信设备。液晶天线，包括第一天线结构和第二天线结构。所述第一天线结构包括控制单元和至少两个独立的天线单元，每一天线单元用于发射一定频率范围内的电磁波。每一天线单元包括发射贴片和金属贴片以及位于两者之间的液晶层。所述第二天线结构包括反射贴片，用于接收电磁波，并进行反射，以馈入第一天线结构，向外辐射。上述技术方案在超材料液晶天线的基础上，利用反射阵列天线作为馈入结构，简化了天线结构，减轻了天线重量，提高了天线稳定性，降低了天线性能对结构的依赖性。

Description

一种液晶天线及通信设备

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别是涉及一种液晶天线及通信设备。

背景技术

超材料液晶天线的原理是利用共振特性，特定频率的微波在光波导中传播，并经过馈入槽流入发射贴片、接地电极和位于两者之间的液晶组成的微天线结构中，当微波频率与微天线的谐振频率一致时，微波经过微天线向外辐射，当微波频率与微天线的谐振频率不一致时，微波不能够经过微天线向外辐射。而且，通过调节发射贴片和接地电极之间的液晶取向能够调节微天线的谐振频率，由于液晶取向变化，有效介电常数不同，从而导致电容发生变化，达到调节谐振频率的目的。

超材料液晶天线的主要问题是较为沉重(每一列均含有一个矩形金属波导)，并且对矩形波导的尺寸要求严格，导致天线的结构复杂，稳定性低。

发明内容

本发明提供一种液晶天线及通信设备，用以至少解决现有技术中超材料液晶天线的重量大、结构复杂、稳定性低的问题。

为解决上述技术问题，本发明实施例中提供一种液晶天线，包括第一天线结构和第二天线结构；

所述第一天线结构包括密封对盒的第一基板和第二基板，还包括至少两个独立的天线单元，每一天线单元用于发射一定频率范围内的电磁波，每一天线单元包括：

填充在所述第一基板和第二基板之间的液晶层；

设置在第二基板上的第一金属贴片，所述第一金属贴片上具有至少一个第一馈入孔，电磁波通过所述第一馈入孔馈入所述第一天线结构；

设置在第一基板上的发射贴片，用于发射电磁波；

所述第一天线结构还包括控制单元，用于向所述发射贴片和第一金属贴片施加电压，控制所述液晶层的液晶分子的偏转角度，以调节每一天线单元的谐振频率；

所述第二天线结构用于接收馈源发射的电磁波，并将电磁波馈入所述第一天线结构，包括：

与所述第二基板对盒的第三基板，所述第三基板位于所述第二基板的背离所述第一基板的一侧；

设置在第三基板上的反射贴片，用于接收电磁波，并进行反射，所述反射贴片反射的电磁波经由第一馈入孔馈入所述第一天线结构。

如上所述的液晶天线，优选的是，所述第二天线结构还包括：

位于第二基板和第三基板之间的第二金属贴片，所述第二金属贴片上具有多个第二馈入孔，所述第二馈入孔与第一馈入孔的位置对应，所述反射贴片反射的电磁波依次经由所述第二馈入孔和第一馈入孔馈入第一天线结构；

位于反射贴片和第二金属贴片之间的介电层。

如上所述的液晶天线，优选的是，所述介电层采用液晶材料。

如上所述的液晶天线，优选的是，所述第一金属贴片和第二金属贴片接地，当所述发射贴片上未施加电压时，所述液晶层的液晶分子按一定规则排布；

所述第二天线结构还包括控制电路，与所述反射贴片电性连接，用于向所述反射贴片上施加电压，控制所述介电层的液晶分子的排布方式，使第二天线结构的谐振频率与所述发射贴片上未施加电压时第一天线结构的谐振频率相同。

如上所述的液晶天线，优选的是，所述第一基板上设置有与所述液晶层接触设置的第一取向膜，所述第二基板上设置有与所述液晶层接触设置的第二取向膜，所述第一取向膜和第二取向膜用于对液晶分子进行取向，使得当所述发射贴片上未施加电压时，所述液晶层中的液晶分子按一定规则排布；

所述第一取向膜和第二取向膜的取向方向之间的夹角为α，其中，0°≤α≤90°。

如上所述的液晶天线，优选的是，所述控制单元包括：

设置在所述第一基板上的多个半导体驱动元件，所述半导体驱动元件与所述发射贴片一一对应连接；

驱动电路，通过所述半导体驱动元件向对应的发射贴片施加电压。

如上所述的液晶天线，优选的是，所述反射贴片设置在所述第三基板的靠近第二基板的表面上；

所述反射贴片靠近所述第二金属贴片的表面设置有多个馈线，所述馈线与所述第二馈入孔的位置一一对应，所述馈线的一端延伸至对应的第二馈入孔中。

如上所述的液晶天线，优选的是，所述第二金属贴片复用为所述第一金属贴片。

如上所述的液晶天线，优选的是，所述第二金属贴片复用为所述第二基板。

本发明实施例中还提供一种通信设备，采用如上所述的液晶天线。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

上述技术方案中，以反射阵列天线作为超材料液晶天线的馈入结构，具有结构简单、重量轻、稳定性高的优点，降低了天线性能对结构的依赖性。进一步地，还可以克服天线性能受温度影响的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1表示本发明实施例中液晶天线的结构示意图一；

图2表示本发明实施例中液晶天线的结构示意图二；

图3表示本发明实施例中液晶天线的结构示意图三。

具体实施方式

本发明提供一种液晶天线，其用于向外辐射电磁波的天线为超材料液晶天线，与现有技术不同的是，本发明改变了馈入结构，通过反射阵列天线接收馈源发射出的电磁波，并馈入超材料液晶天线，相对于现有的金属波导馈入方式，反射阵列天线具有结构简单、易于实现的优点，能够减轻液晶天线的重量，且对尺寸要求不严格，稳定性高。

下面将结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1所示，本发明实施例中的液晶天线，包括第一天线结构和第二天线结构，所述第一天线结构为超材料液晶天线，用于向外辐射电磁波。所述第二天线结构为反射阵列天线，用于接收馈源发出的电磁波，并馈入所述第一天线结构。

所述第一天线结构包括控制单元，以及密封对盒的第一基板10和第二基板20，还包括至少两个独立的天线单元，每一天线单元用于发射一定频率范围内的电磁波。每一天线单元包括填充在第一基板10和第二基板20之间的液晶层40，以及设置在第一基板10上的发射贴片1和设置在第二基板20上的第一金属贴片2。第一金属贴片2上具有至少一个第一馈入孔21，电磁波通过第一馈入孔21馈入所述第一天线结构。发射贴片1用于发射电磁波。所述控制单元用于向发射贴片1和第一金属贴片2施加电压，控制液晶层40的液晶分子的偏转角度，以调节每一天线单元的谐振频率。所述控制单元可以控制所述至少两个天线单元的谐振频率相同或不同。

所述第二天线结构包括与第二基板20对盒的第三基板30和设置在第三基板30上的反射贴片3。第三基板30位于第二基板20的背离第一基板10的一侧。反射贴片3用于接收电磁波，并进行反射，反射贴片3反射的电磁波经由第一馈入孔21馈入第一天线结构，以向外辐射。

上述技术方案在超材料液晶天线的基础上，利用反射阵列天线作为馈入结构，简化了天线结构，减轻了天线重量，提高了天线稳定性，降低了天线性能对结构的依赖性。

其中，所有天线单元的第一金属贴片2可以为一体结构，发射贴片1与第一馈入孔21的位置一一对应。为了提高馈入效率，还可以将反射贴片3设置在第三基板30的靠近第二基板20的表面上，反射贴片3靠近第二基板20的表面设置有多个馈线6，馈线6的延伸方向垂直于第三基板30所在的平面，并与第一馈入孔21的位置一一对应。在实际应用过程中，可以设置馈线，也可以不设置馈线。

当所述第一天线结构和第二天线结构的谐振频率相同时，第二天线结构对电磁波的辐射强度最强。随着所述第一天线结构的谐振频率偏离第二天线结构的谐振频率的幅度增加，第二天线结构对电磁波的辐射强度逐渐减小，从而能够形成超材料全息天线。

为了便于描述，设定第一金属贴片2接地，仅需在发射贴片1上施加电压，就可以调节天线单元的谐振频率。当发射贴片1上未施加电压时，定义此时第一天线结构的谐振频率为初始谐振频率。

可选的，设置所述第二天线结构的谐振频率与所述初始谐振频率相同，则发射贴片1上施加电压时，对电磁波的辐射效果最佳。

本实施例中，为了减薄天线的厚度，将馈源设置在所述第二天线结构的背离所述第一天线结构的一侧，即，馈源位于第三基板30的背离第二基板20的一侧。则所述第二天线结构还包括位于第二基板20和第三基板30之间的第二金属贴片4，以及位于反射贴片3和第二金属贴片4之间的介电层50，第二金属贴片4用于将馈源发射的电磁波反射至反射贴片3。第二金属贴片4上还具有多个第二馈入孔41，第二馈入孔41与第一馈入孔21的位置对应，反射贴片3反射的电磁波依次经由所述第二馈入孔41和第一馈入孔21馈入第一天线结构，以向外辐射。相对于馈源设置在所述第一天线结构和第二天线结构之间，即，馈源位于第二基板和第三基板之间(需要设置馈源与第三基板之间的距离为焦距)，能够减薄天线的厚度。附图中示意的第二馈入孔41与第一馈入孔21的位置一一对应，具有更高的馈入效率。

具体的，反射贴片3可以包括至少两个子反射贴片31，相邻两个子反射贴片31之间间隔一定距离，子反射贴片31与第二馈入孔41的位置一一对应，有利于提高馈入效率。

进一步地，将反射贴片3设置在第三基板30的靠近第二基板20的表面上。反射贴片3靠近第二金属贴片4的表面设置有多个馈线6，馈线6与第二馈入孔41的位置一一对应，馈线6的一端延伸至对应的第二馈入孔41中，提高馈入效率。

对于上述第二天线结构，馈源位于第三基板30的背离第二基板20的一侧，并在第二基板20和第三基板30之间设置第二金属贴片4，用于将馈源发射的电磁波反射至反射贴片3，减薄了天线的厚度。

其中，反射贴片3和第二金属贴片4之间具有介电层50，介电层50的材料可以选择普通的绝缘材料，例如：二氧化硅、氮化硅或氮氧化硅。

作为一个优选的实施方式，介电层50采用超材料，由于超材料的有效介电常数可调，便于调节第二天线结构的谐振频率，提高馈入效率。具体的，介电层50可以采用液晶材料，为了便于描述，设定第二金属贴片4接地，仅需在反射贴片3上施加电压，就可以调节第二天线结构的谐振频率。则，所述第二天线结构还包括控制电路，与反射贴片3电性连接，用于向反射贴片3上施加电压，控制介电层50的液晶分子的偏转角度，调节第二天线结构的谐振频率。具体为：控制介电层50的液晶分子的排布方式与发射贴片1上未施加电压时液晶层40的液晶分子的排布方式相同，即，所述第二天线结构的谐振频率与第一天线结构的初始谐振频率相同，辐射效果最佳，馈入效率最高。需要说明的是，液晶分子的排布方式取决于液晶分子的偏转角度。

为了实现上述目的，可以设置未施加电场时液晶层40的液晶分子的排布方式和介电层50的液晶分子的排布方式相同。具体可以通过取向膜来实现对液晶层40和介电层50的液晶分子的取向。以液晶层40为例，具体的实现结构为：在第一基板10上设置与液晶层40接触设置的第一取向膜(图中未示出)，在第二基板20上设置与液晶层40接触设置的第二取向膜(图中未示出)，所述第一取向膜和第二取向膜用于对液晶分子进行取向，使得发射贴片1上未施加电压时，液晶层40的液晶分子按一定规则排布。其中，所述第一取向膜和第二取向膜的取向方向之间的夹角为α，0°≤α≤90°。基于同一原理，可以在第二基板20和第三基板30上分别形成与介电层50接触设置的取向膜，对液晶分子进行取向，使介电层50的液晶分子按一定规则排布，且液晶层40和介电层50的液晶分子的初始取向(未施加电场时的取向)一致，排布方式相同。

但是，随着温度的变化，第一天线结构的液晶层40的介电常数会发生变化，导致初始谐振频率发生变化。由于介电层50也采用液晶材料，可以通过所述控制电路改变反射贴片3上施加的电压，从而改变介电层50的液晶分子的偏转角度，以使第二天线结构的谐振频率始终与第一天线结构的初始谐振频率相同，克服了天线性能会受温度影响的问题。

可选的，第二金属贴片4可以复用为所述第一金属贴片，结合图1和图2所示。本领域技术人员很容易推出，也可以为第一金属贴片复用为第二金属贴片。

当所述介电层材料选择普通的可以成膜的绝缘材料(如：二氧化硅、氮化硅或氮氧化硅)时，所述第二金属贴片还可以复用为所述第二基板，缺省一个基板，减薄天线的厚度。进一步地，第二金属贴片4还可以复用为所述第一金属贴片，结合图2和图3所示。

本实施例中，对于第一天线结构，通过控制单元向发射贴片1和第一金属贴片2施加电压，控制液晶层40的液晶分子的偏转角度，来调节每一天线单元的谐振频率。所述控制单元可以控制至少两个天线单元的谐振频率相同或不同。为了实现对每一天线单元的独立控制，可以设置所述控制单元包括驱动电路和设置在第一基板10上的多个半导体驱动元件5，半导体驱动元件5与发射贴片1一一对应连接，所述驱动电路通过半导体驱动元件5向对应的发射贴片1施加电压，调节天线单元的谐振频率。

半导体驱动元件5可以但并不局限于为薄膜晶体管。当半导体驱动元件5为薄膜晶体管时，所述驱动电路可以包括栅极驱动电路和源极驱动电路。所述栅极驱动电路与薄膜晶体管5的栅电极电性连接，用于打开或关闭薄膜晶体管5。所述源极驱动电路与薄膜晶体管5的源电极电性连接，用于提供驱动电压。发射贴片1与对应的薄膜晶体管5的漏电极连接。当薄膜晶体管5打开时，所述源极驱动电路提供的驱动电压通过薄膜晶体管5传输至发射贴片1。

如图2所示，在一个具体的实施方式中，所述液晶天线具体包括：

第一天线结构和第二天线结构；

所述第一天线结构包括：

对盒的第一基板10和第二基板20；

至少两个独立的天线单元，每一天线单元包括填充在第一基板10和第二基板20之间的液晶层40和设置在第一基板10上的发射贴片1；

设置在第一基板10上的第一取向膜和设置在第二基板20上的第二取向膜，所述第一取向膜和第二取向膜与液晶层40接触设置，用于对液晶层40的液晶分子进行取向；

控制单元，包括驱动电路和设置在第一基板10上的多个薄膜晶体管5，所述驱动电路包括栅极驱动电路和源极驱动电路，所述栅极驱动电路与薄膜晶体管5的栅电极电性连接，用于打开或关闭薄膜晶体管5。所述源极驱动电路与薄膜晶体管5的源电极电性连接，用于提供驱动电压。发射贴片1与对应的薄膜晶体管5的漏电极连接。当薄膜晶体管5打开时，所述源极驱动电路提供的驱动电压通过薄膜晶体管5传输至发射贴片1。

所述第二天线结构包括：

与第二基板20密封对盒的第三基板30；

设置在第三基板30上的反射贴片3；

设置在第二基板20上的第二金属贴片4，第二金属贴片4接地，第二金属贴片4上具有多个第二馈入孔41；

填充在第二基板20和第三基板30之间的液晶材料，形成介电层50；

设置在第二基板20上的第三取向膜和设置在第三基板30上的第四取向膜，所述第三取向膜和第四取向膜与介电层50接触设置，用于对介电层50的液晶分子进行取向。

当发射贴片1上未施加电压时，所述第一天线结构具有初始谐振频率，所述第二天线结构的谐振频率与所述初始谐振频率相同，使所述第一天线结构对电磁波的辐射效果最佳。

所述第一天线结构还可以包括控制电路，与所述第二天线结构的反射贴片3电性连接，当温度变化时，用于向反射贴片3上施加所需的电压，调节第二天线结构的谐振频率，使其始终与所述第一天线结构的初始谐振频率相同。

本发明实施例中还提供一种通信设备，采用如上所述的液晶天线，一方面简化了天线结构，提高了天线稳定性，降低了天线性能对结构的依赖性，另一方面提高了天线的馈入效率，减少损耗，同时还克服了天线性能会受温度影响的问题。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种液晶天线，其特征在于，包括第一天线结构和第二天线结构；

所述第一天线结构包括密封对盒的第一基板和第二基板，还包括至少两个独立的天线单元，每一天线单元用于发射一定频率范围内的电磁波，每一天线单元包括：

填充在所述第一基板和第二基板之间的液晶层；

设置在第二基板上的第一金属贴片，所述第一金属贴片上具有至少一个第一馈入孔，电磁波通过所述第一馈入孔馈入所述第一天线结构；

设置在第一基板上的发射贴片，用于发射电磁波；

所述第一天线结构还包括控制单元，用于向所述发射贴片和第一金属贴片施加电压，控制所述液晶层的液晶分子的偏转角度，以调节每一天线单元的谐振频率；

所述第二天线结构用于接收馈源发射的电磁波，并将电磁波馈入所述第一天线结构，包括：

与所述第二基板对盒的第三基板，所述第三基板位于所述第二基板的背离所述第一基板的一侧；

设置在第三基板上的反射贴片，用于接收电磁波，并进行反射，所述反射贴片反射的电磁波经由第一馈入孔馈入所述第一天线结构。

2.根据权利要求1所述的液晶天线，其特征在于，所述第二天线结构还包括：

位于第二基板和第三基板之间的第二金属贴片，所述第二金属贴片上具有多个第二馈入孔，所述第二馈入孔与第一馈入孔的位置对应，所述反射贴片反射的电磁波依次经由所述第二馈入孔和第一馈入孔馈入第一天线结构；

位于反射贴片和第二金属贴片之间的介电层。

3.根据权利要求2所述的液晶天线，其特征在于，所述介电层采用液晶材料。

4.根据权利要求3所述的液晶天线，其特征在于，所述第一金属贴片和第二金属贴片接地，当所述发射贴片上未施加电压时，所述液晶层的液晶分子按一定规则排布；

所述第二天线结构还包括控制电路，与所述反射贴片电性连接，用于向所述反射贴片上施加电压，控制所述介电层的液晶分子的排布方式，使第二天线结构的谐振频率与所述发射贴片上未施加电压时第一天线结构的谐振频率相同。

5.根据权利要求4所述的液晶天线，其特征在于，所述第一基板上设置有与所述液晶层接触设置的第一取向膜，所述第二基板上设置有与所述液晶层接触设置的第二取向膜，所述第一取向膜和第二取向膜用于对液晶分子进行取向，使得当所述发射贴片上未施加电压时，所述液晶层中的液晶分子按一定规则排布；

所述第一取向膜和第二取向膜的取向方向之间的夹角为α，其中，0°≤α≤90°。

6.根据权利要求1所述的液晶天线，其特征在于，所述控制单元包括：

设置在所述第一基板上的多个半导体驱动元件，所述半导体驱动元件与所述发射贴片一一对应连接；

驱动电路，通过所述半导体驱动元件向对应的发射贴片施加电压。

7.根据权利要求2所述的液晶天线，其特征在于，所述反射贴片设置在所述第三基板的靠近第二基板的表面上；

所述反射贴片靠近所述第二金属贴片的表面设置有多个馈线，所述馈线与所述第二馈入孔的位置一一对应，所述馈线的一端延伸至对应的第二馈入孔中。

8.根据权利要求2-7任一项所述的液晶天线，其特征在于，所述第二金属贴片复用为所述第一金属贴片。

9.根据权利要求8所述的液晶天线，其特征在于，所述第二金属贴片复用为所述第二基板。

10.一种通信设备，其特征在于，采用权利要求1-9任一项所述的液晶天线。