CN108428973B - 移相器及其制作方法、工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种移相器及其制作方法、工作方法，属于移相器技术领域。其中，移相器，包括层叠设置的第一子移相器和第二子移相器，所述第一子移相器和所述第二子移相器复用同一微带线，且所述微带线位于所述第一子移相器和所述第二子移相器之间。通过本发明的技术方案，既能够降低移相器的响应时间又增加了移相器的移相度。

Description

移相器及其制作方法、工作方法

技术领域

本发明涉及移相器技术领域，特别是指一种移相器及其制作方法、工作方法。

背景技术

移相器是一种能够对波的相位进行调整的装置，在雷达、导弹姿态控制、加速器、通信、仪器仪表甚至音乐领域都有着广泛的应用。目前市场上绝大多数的移相器为铁氧体移相器和PIN二极管移相器。但是，铁氧体移相器具有体积庞大、响应速度慢的缺点，不适合用于高速波束扫描；二极管移相器的缺点是功耗大(需要专门的散热系统)、功率容量小且插入损耗大，也不利于用作轻便低功耗的相控阵系统。最近科研人员发现利用液晶分子介电常数的各向异性，可以将其应用于高频微波器件中作为移相器以使微波产生相移。

当微波在介质中传播时，介电常数的改变会使得微波相位产生变化。将介电常数随电压而改变的材料如液晶材料以及铁电材料，填充到第一电极与地之间，当在第一电极与地之间加上不同的电压时，会产生不同的介电常数，从而达到移相的目的。

但是对于液晶移相器，损耗一直是其在移相器方面应用的障碍，并且虽然液晶移相器具有移相度高的特点，但是其响应时间一直受限；铁电移相器的体积小，工艺简单，成本低廉，但移相度不高的问题限制了其发展。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种移相器及其制作方法、工作方法，既能够降低移相器的响应时间又增加了移相器的移相度。

为解决上述技术问题，本发明的实施例提供技术方案如下：

一方面，提供一种移相器，包括层叠设置的第一子移相器和第二子移相器，所述第一子移相器和所述第二子移相器复用同一微带线，且所述微带线位于所述第一子移相器和所述第二子移相器之间。

进一步地，所述第一子移相器为液晶移相器，所述第二子移相器为铁电移相器。

进一步地，所述移相器具体包括：

相对设置的第一基板和第二基板；

位于所述第一基板上的第一电极；

位于所述第一电极上的铁电材料层；

位于所述铁电材料层上的第二电极；

位于所述第二电极上的第一取向层；

位于所述第二基板上的第三电极；

位于所述第三电极上的第二取向层；

位于所述第一取向层和所述第二取向层之间的液晶层；

其中，所述第二电极为所述第一子移相器和所述第二子移相器的微带线，所述第一电极为所述第二子移相器的地线，所述第三电极为所述第一子移相器的地线。

进一步地，所述铁电材料层采用钛酸锶钡或磷酸二氢钾。

进一步地，所述第一电极、第二电极和所述第三电极采用金属或导电氧化物制成。

进一步地，所述第一取向层和所述第二取向层采用聚酰亚胺、环氧树脂或含氟聚合物中的任意一种或两种制成。

进一步地，所述液晶层采用向列型液晶分子。

本发明实施例还提供了一种移相器的制作方法，用于制作如上所述的移相器，所述制作方法包括：

制作层叠设置的第一子移相器和第二子移相器，所述第一子移相器和所述第二子移相器复用同一微带线，且所述微带线位于所述第一子移相器和所述第二子移相器之间。

进一步地，所述制作方法具体包括：

提供一第一基板；

在所述第一基板上制备第一电极；

在所述第一电极上制备铁电材料层；

在所述铁电材料层上制备第二电极；

在形成有所述第二电极的第一基板上制备第一取向层；

提供一第二基板；

在所述第二基板上制备第三电极；

在形成有所述第三电极的第二基板上制备第二取向层；

将所述第一基板和所述第二基板进行对盒，并在所述第一取向层和所述第二取向层之间制备液晶层。

本发明实施例还提供了一种移相器的工作方法，应用于如上所述的移相器，所述工作方法包括：

同时向所述第一子移相器和所述第二子移相器的微带线和地线分别施加电信号，使所述第一子移相器和所述第二子移相器的介电常数均发生变化。

本发明的实施例具有以下有益效果：

上述方案中，移相器由层叠设置的第一子移相器和第二子移相器组成，第一子移相器和第二子移相器复用同一微带线，且微带线位于第一子移相器和第二子移相器之间，这样同时向第一子移相器和第二子移相器的微带线和地线分别施加电信号，能够使第一子移相器和第二子移相器的介电常数均发生变化，两个子移相器都可以进行移相，叠加后使得移相度增加；并且由于相比单层的移相器而言，子移相器的盒厚比较小，因此还能够降低移相的响应时间。

附图说明

图1-图2为本发明实施例移相器的结构示意图。

附图标记

1 第二基板

21 第三电极

22 第一电极

31 第二取向层

32 第一取向层

4 液晶层

5 第二电极

6 铁电材料层

7 第一基板

具体实施方式

为使本发明的实施例要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明的实施例提供一种移相器及其制作方法、工作方法，既能够降低移相器的响应时间又增加了移相器的移相度。

本发明的实施例提供一种移相器，包括层叠设置的第一子移相器和第二子移相器，所述第一子移相器和所述第二子移相器复用同一微带线，且所述微带线位于所述第一子移相器和所述第二子移相器之间。

本实施例中，移相器由层叠设置的第一子移相器和第二子移相器组成，第一子移相器和第二子移相器复用同一微带线，且微带线位于第一子移相器和第二子移相器之间，这样同时向第一子移相器和第二子移相器的微带线和地线分别施加电信号，能够使第一子移相器和第二子移相器的介电常数均发生变化，两个子移相器都可以进行移相，叠加后使得移相度增加；并且由于相比单层的移相器而言，子移相器的盒厚比较小，因此还能够降低移相的响应时间。

进一步地，所述第一子移相器为液晶移相器，所述第二子移相器为铁电移相器。由于液晶和铁电材料的介电常数会随电压的改变而改变，因此可以将液晶移相器和铁电移相器叠加，在向液晶移相器和铁电移相器的微带线和地线分别施加电信号时，能够使得液晶移相器和铁电移相器的介电常数均发生变化，液晶移相器和铁电移相器都可以进行移相，叠加后使得移相度增加；并且液晶移相器的响应时间与和盒厚成正比，由于相比单层的移相器而言，液晶移相器的盒厚比较小，因此，能够降低液晶移相器的响应时间。

并且单层的移相器中，微带线制作在玻璃基板上，会有一部分微波因为在玻璃中传输而产生损耗，本实施例中，采用双层的移相器，微带线位于所述第一子移相器和所述第二子移相器之间，可以减少微波在玻璃基板中无谓的损耗，降低插入损耗。经过模拟验证，与相同盒厚的单层移相器相比，本实施例的移相器移相度可以增加30％，插入损耗可以减少20％～50％。

一具体实施例中，如图1和图2所示，所述移相器具体包括：

相对设置的第一基板7和第二基板1；

位于所述第一基板7上的第一电极22；

位于所述第一电极22上的铁电材料层6；

位于所述铁电材料层6上的第二电极5；

位于所述第二电极5上的第一取向层32；

位于所述第二基板1上的第三电极21；

位于所述第三电极21上的第二取向层31；

位于所述第一取向层32和所述第二取向层31之间的液晶层4；

其中，所述第二电极5为所述第一子移相器和所述第二子移相器的微带线，所述第一电极22为所述第二子移相器的地线，所述第三电极21为所述第一子移相器的地线。

优选地，所述铁电材料层6采用钛酸锶钡或磷酸二氢钾。

其中，第一基板7和第二基板1可以采用厚度为100微米至1000微米的玻璃基板，也可以采用蓝宝石衬底，还可以采用厚度为10微米至500微米的PET(聚对苯二甲酸乙二酯)基板、TAC(三聚氰酸三烯丙酯)基板和PI(聚酰亚胺)透明柔性衬底，优选地，第一基板7和第二基板1采用介电损耗极低的高纯度石英玻璃，相比于采用普通玻璃基板，第一基板7和第二基板1采用石英玻璃可以有效减小对微波的损耗，使移相器具有低的功耗和高的信噪比。

第一电极22和第二电极5、第三电极21可以采用铝、铜、银、金、镉、铬、钼、铌、镍、铁等金属制成，也可以采用ITO、IZO、IGZO、AZO、ZnO等透明导电氧化物制成，第一电极22和第二电极5、第三电极21的厚度为0.1纳米至100微米，具体地，可以采用磁控溅射、热蒸发、激光溅射、电子束蒸发、电镀、分子束外延、金属有机化学气相淀积、等离子体化学气相淀积等方法形成导电层，再对导电层图案化形成第一电极22和第二电极5、第三电极21，图案化方法可以采用光刻、纳米压印、激光转印、喷墨打印+烧结(激光烧结、热固化或红外固化)、气溶胶打印+烧结(激光烧结、热固化或红外固化)、丝网印刷+烧结(激光烧结、热固化或红外固化)等。

第一取向层32和第二取向层31的材料可以选用聚酰亚胺，也可以选用环氧树脂、含氟聚合物等。在制备第一取向层32和第二取向层31时，将配向液通过散步器喷嘴滴注到网纹滚轮上，再转移到圆筒型棍轮上的配向板上，之后将配向板上的配向液转写到基板上，加热干燥，固化成膜，最后再通过摩擦取向处理使第一取向层32和第二取向层31具备配向液晶的能力。第一取向层32和第二取向层31的厚度为1纳米至10微米，具体可以为80纳米。

液晶层4中的液晶分子一般采用向列型液晶材料，向列型液晶材料具有较大的介电常数各向异性，同时对于微波的吸收损耗要小，还具有电场下转向速度快的优点。

其中，上述电极可以为面状电极，也可以为条状电极，或者其中一者为面状电极，另一者为条状电极。

本发明实施例还提供了一种移相器的制作方法，用于制作如上所述的移相器，所述制作方法包括：

制作层叠设置的第一子移相器和第二子移相器，所述第一子移相器和所述第二子移相器复用同一微带线，且所述微带线位于所述第一子移相器和所述第二子移相器之间。

本实施例制作的移相器由层叠设置的第一子移相器和第二子移相器组成，第一子移相器和第二子移相器复用同一微带线，且微带线位于第一子移相器和第二子移相器之间，这样同时向第一子移相器和第二子移相器的微带线和地线分别施加电信号，能够使第一子移相器和第二子移相器的介电常数均发生变化，两个子移相器都可以进行移相，叠加后使得移相度增加；并且由于相比单层的移相器而言，子移相器的盒厚比较小，因此还能够降低移相的响应时间。

并且单层的移相器中，微带线制作在玻璃基板上，会有一部分微波因为在玻璃中传输而产生损耗，本实施例中，采用双层的移相器，微带线位于所述第一子移相器和所述第二子移相器之间，可以减少微波在玻璃基板中无谓的损耗，降低插入损耗。经过模拟验证，与相同盒厚的单层移相器相比，本实施例的移相器移相度可以增加30％，插入损耗可以减少20％～50％。

进一步地，所述制作方法具体包括：

步骤1、提供一第一基板7；

其中，第一基板7可为玻璃基板或石英基板。对第一基板7进行清洗并干燥。

步骤2、在所述第一基板7上制备第一电极22；

具体地，可以在第一基板7上通过溅射或热蒸发的方法沉积导电层，导电层可以采用铝、铜、银、金、镉、铬、钼、铌、镍、铁等金属，也可以采用ITO、IZO、IGZO、AZO、ZnO等透明导电氧化物。在导电层上涂覆一层光刻胶，采用掩膜板对光刻胶进行曝光，使光刻胶形成光刻胶未保留区域和光刻胶保留区域，其中，光刻胶保留区域对应于第一电极22的图形所在区域，光刻胶未保留区域对应于上述图形以外的区域；进行显影处理，光刻胶未保留区域的光刻胶被完全去除，光刻胶保留区域的光刻胶厚度保持不变；通过刻蚀工艺完全刻蚀掉光刻胶未保留区域的导电层，剥离剩余的光刻胶，形成第一电极22的图形。

如果形成的第一电极22为面状电极，则可以省去对第一电极22进行图案化的步骤，仅在第一基板7上沉积导电材料即可形成第一电极22。

步骤3、在所述第一电极22上制备铁电材料层6；

具体地，可以采用磁控溅射工艺制备铁电材料层6；

步骤4、在所述铁电材料层6上制备第二电极5；

具体地，可以通过溅射或热蒸发的方法沉积导电层，导电层可以采用铝、铜、银、金、镉、铬、钼、铌、镍、铁等金属，也可以采用ITO、IZO、IGZO、AZO、ZnO等透明导电氧化物。在导电层上涂覆一层光刻胶，采用掩膜板对光刻胶进行曝光，使光刻胶形成光刻胶未保留区域和光刻胶保留区域，其中，光刻胶保留区域对应于第二电极5的图形所在区域，光刻胶未保留区域对应于上述图形以外的区域；进行显影处理，光刻胶未保留区域的光刻胶被完全去除，光刻胶保留区域的光刻胶厚度保持不变；通过刻蚀工艺完全刻蚀掉光刻胶未保留区域的导电层，剥离剩余的光刻胶，形成第二电极5的图形，第二电极5用以充当微带线。

步骤5、在形成有所述第二电极5的第一基板7上制备第一取向层32；

具体地，将配向液通过散步器喷嘴滴注到网纹滚轮上，再转移到圆筒型棍轮上的配向板上，之后将配向板上的配向液转写到形成有所述第二电极5的第一基板7上，加热干燥，固化成膜，最后再进行摩擦取向处理形成第一取向层32。第一取向层32的材料可以选用聚酰亚胺，也可以选用环氧树脂、含氟聚合物等。

步骤6、提供一第二基板1；

其中，第二基板1可为玻璃基板或石英基板。对第二基板1进行清洗并干燥。

步骤7、在所述第二基板1上制备第三电极21；

具体地，可以在第二基板1上通过溅射或热蒸发的方法沉积导电层，导电层可以采用铝、铜、银、金、镉、铬、钼、铌、镍、铁等金属，也可以采用ITO、IZO、IGZO、AZO、ZnO等透明导电氧化物。在导电层上涂覆一层光刻胶，采用掩膜板对光刻胶进行曝光，使光刻胶形成光刻胶未保留区域和光刻胶保留区域，其中，光刻胶保留区域对应于第三电极21的图形所在区域，光刻胶未保留区域对应于上述图形以外的区域；进行显影处理，光刻胶未保留区域的光刻胶被完全去除，光刻胶保留区域的光刻胶厚度保持不变；通过刻蚀工艺完全刻蚀掉光刻胶未保留区域的导电层，剥离剩余的光刻胶，形成第三电极21的图形。

如果形成的第三电极21为面状电极，则可以省去对第三电极21进行图案化的步骤，仅在第二基板1上沉积导电材料即可形成第三电极21。

步骤8、在形成有所述第三电极21的第二基板1上制备第二取向层31；

具体地，将配向液通过散步器喷嘴滴注到网纹滚轮上，再转移到圆筒型棍轮上的配向板上，之后将配向板上的配向液转写到形成有第三电极21的第二基板1上，加热干燥，固化成膜，最后再进行摩擦取向处理形成第二取向层31。第二取向层31的材料可以选用聚酰亚胺，也可以选用环氧树脂、含氟聚合物等。

步骤9、将所述第一基板7和所述第二基板1进行对盒，并在所述第一取向层32和所述第二取向层31之间制备液晶层4。

具体地，可以在第二基板1边缘涂布封框胶，封框胶可以采用环氧树脂等胶水。之后在第二基板1上滴注液晶形成液晶层4，将第一基板7和第二基板1进行真空对盒，并固化封框胶。

本发明实施例还提供了一种移相器的工作方法，应用于如上所述的移相器，所述工作方法包括：

同时向所述第一子移相器和所述第二子移相器的微带线和地线分别施加电信号，使所述第一子移相器和所述第二子移相器的介电常数均发生变化。

本实施例中，移相器由层叠设置的第一子移相器和第二子移相器组成，第一子移相器和第二子移相器复用同一微带线，且微带线位于第一子移相器和第二子移相器之间，这样同时向第一子移相器和第二子移相器的微带线和地线分别施加电信号，能够使第一子移相器和第二子移相器的介电常数均发生变化，两个子移相器都可以进行移相，叠加后使得移相度增加；并且由于相比单层的移相器而言，子移相器的盒厚比较小，因此还能够降低移相的响应时间。

并且单层的移相器中，微带线制作在玻璃基板上，会有一部分微波因为在玻璃中传输而产生损耗，本实施例中，采用双层的移相器，微带线位于所述第一子移相器和所述第二子移相器之间，可以减少微波在玻璃基板中无谓的损耗，降低插入损耗。经过模拟验证，与相同盒厚的单层移相器相比，本实施例的移相器移相度可以增加30％，插入损耗可以减少20％～50％。

除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

可以理解，当诸如层、膜、区域或基板之类的元件被称作位于另一元件“上”或“下”时，该元件可以“直接”位于另一元件“上”或“下”，或者可以存在中间元件。

以上所述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，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种移相器，其特征在于，包括层叠设置的第一子移相器和第二子移相器，所述第一子移相器和所述第二子移相器复用同一微带线，且所述微带线位于所述第一子移相器和所述第二子移相器之间，所述第一子移相器为液晶移相器，所述第二子移相器为铁电移相器；

所述移相器具体包括：

相对设置的第一基板和第二基板；

位于所述第一基板上的第一电极；

位于所述第一电极上的铁电材料层；

位于所述铁电材料层上的第二电极；

位于所述第二电极上的第一取向层；

位于所述第二基板上的第三电极；

位于所述第三电极上的第二取向层；

位于所述第一取向层和所述第二取向层之间的液晶层；

其中，所述第二电极为所述第一子移相器和所述第二子移相器的微带线，所述第一电极为所述第二子移相器的地线，所述第三电极为所述第一子移相器的地线。

2.根据权利要求1所述的移相器，其特征在于，所述铁电材料层采用钛酸锶钡或磷酸二氢钾。

3.根据权利要求1所述的移相器，其特征在于，所述第一电极、第二电极和所述第三电极采用金属或导电氧化物制成。

4.根据权利要求1所述的移相器，其特征在于，所述第一取向层和所述第二取向层采用聚酰亚胺、环氧树脂或含氟聚合物中的任意一种或两种制成。

5.根据权利要求1所述的移相器，其特征在于，所述液晶层采用向列型液晶分子。

6.一种移相器的制作方法，其特征在于，用于制作如权利要求1-5中任一项所述的移相器，所述制作方法包括：

制作层叠设置的第一子移相器和第二子移相器，所述第一子移相器和所述第二子移相器复用同一微带线，且所述微带线位于所述第一子移相器和所述第二子移相器之间，所述第一子移相器为液晶移相器，所述第二子移相器为铁电移相器。

7.根据权利要求6所述的移相器的制作方法，其特征在于，所述制作方法具体包括：

提供一第一基板；

在所述第一基板上制备第一电极；

在所述第一电极上制备铁电材料层；

在所述铁电材料层上制备第二电极；

在形成有所述第二电极的第一基板上制备第一取向层；

提供一第二基板；

在所述第二基板上制备第三电极；

在形成有所述第三电极的第二基板上制备第二取向层；

将所述第一基板和所述第二基板进行对盒，并在所述第一取向层和所述第二取向层之间制备液晶层。

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