CN108615962B - 液晶移相器和天线 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种液晶移相器和天线，涉及电磁波技术领域，可以对液晶移相器适用的载波频率进行调节，从而提高液晶移相器的兼容性。液晶移相器包括：至少一个移相单元，移相单元包括微带线和相控电极，微带线位于第一基板和液晶层之间，相控电极位于第二基板和液晶层之间，微带线包括多条子微带线，每条子微带线包括两个端部和连接于两个端部之间的传输部，任意相邻的两条子微带线共用一个端部；移相单元还包括分别与每个端部对应的馈电端，馈电端位于第一基板远离第二基板的一侧或者位于第二基板远离第一基板的一侧，在垂直于第一基板所在平面的方向上，每个馈电端分别与对应的端部交叠。

Description

液晶移相器和天线
技术领域
本发明涉及电磁波技术领域，尤其涉及一种液晶移相器和天线。
背景技术
移相器是能够对电磁波的相位进行调整的装置，在雷达、航天器姿态控制、加速器、通信、仪器仪表甚至于音乐等领域都有着广泛的应用。
随着技术的发展，出现了一种新的液晶移相器，但是，目前的液晶移相器设计，如果需要调整液晶移相器的载波频率，则需要使用新的液晶移相器，即，液晶移相器的兼容性较差。
发明内容
本发明实施例提供一种液晶移相器和天线，可以对液晶移相器适用的载波频率进行调节，从而提高液晶移相器的兼容性。
一方面，本发明实施例提供一种液晶移相器，包括：
相对设置的第一基板和第二基板以及位于所述第一基板和所述第二基板之间的液晶层；
至少一个移相单元，所述移相单元包括微带线和相控电极，所述微带线位于所述第一基板和所述液晶层之间，所述相控电极位于所述第二基板和所述液晶层之间，所述微带线包括多条子微带线，每条所述子微带线包括两个端部和连接于所述两个端部之间的传输部，任意相邻的两条所述子微带线共用一个所述端部；
所述移相单元还包括分别与每个所述端部对应的馈电端，所述馈电端位于所述第一基板远离所述第二基板的一侧或者位于所述第二基板远离所述第一基板的一侧，在垂直于所述第一基板所在平面的方向上，每个所述馈电端分别与对应的所述端部交叠。
可选地，每个所述传输部包括沿所述液晶层初始配向方向延伸的有效线段；
至少一个所述传输部包括沿非所述液晶层初始配向方向延伸的非有效线段；
分别位于任意相邻的两个所述传输部中的两条所述有效线段通过所述非有效线段连接。
可选地，每条所述有效线段的长度相等。
可选地，每条所述非有效线段的延伸方向相同。
可选地，每条所述非有效线段的延伸方向垂直于所述液晶层初始配向方向。
可选地，任意相邻的两条所述有效线段以及连接两者之间的非有效线段形成U形结构。
可选地，至少一条所述有效线段的长度不等于其他所述有效线段的长度。
可选地，至少一条所述非有效线段的延伸方向不垂直于所述液晶层初始配向方向。
可选地，至少一条所述非有效线段的延伸方向垂直于所述液晶层初始配向方向。
可选地，至少一条所述有效线段和与其连接的非有效线段之间形成T形结构。
可选地，所述馈电端包括一个输入馈电端和至少两个输出馈电端，所述微带线从所述输入馈电端至任意一个所述输出馈电端之间的有效长度均不相同；
或者，所述馈电端包括一个输出馈电端和至少两个输入馈电端，所述微带线从所述输出馈电端至任意一个所述输入馈电端之间的有效长度均不相同。
可选地，在垂直于所述第一基板所在平面的方向上，所述相控电极覆盖所述微带线的所述传输部。
另一方面，本发明实施例还提供一种天线，包括上述的液晶移相器。
本发明实施例中的液晶移相器和天线，其中液晶移相器的微带线对应至少三个馈电端，在应用液晶移相器时，可以选择至少三个馈电端中的任意两个馈电端分别作为实际输入馈电端和实际输出馈电端，当使用不同的馈电端时，微带线具有不同的微波传输距离，微波的传输距离不同时，微波传输过程中利用偏转的液晶使微波移相的有效路径长度可以不同，即可以实现使液晶移相器适用于不同的载波频率，而现有技术中，液晶移相器的微带线仅仅对应两个馈电端，无法对适用的载波频率进行调节，因此，本发明实施例提高了液晶移相器的兼容性。
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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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为本发明实施例中一种液晶移相器的俯视图；
图2为图1中一种微带线的结构示意图；
图3为图1中AA’向的一种剖面结构示意图；
图4为图1中BB’向的一种剖面结构示意图；
图5为图2中液晶移相器在非工作状态下部分区域内的液晶排布示意图；
图6为图2中液晶移相器在工作状态下部分区域内的液晶排布示意图；
图7为本发明实施例中另一种液晶移相器的俯视图；
图8为图7中一种微带线的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
如图1、图2、图3和图4所示，图1为本发明实施例中一种液晶移相器的俯视图，图2为图1中一种微带线的结构示意图，图3为图1中AA’向的一种剖面结构示意图，图4为图1中BB’向的一种剖面结构示意图，本发明实施例提供一种液晶移相器，包括：相对设置的第一基板1和第二基板2以及位于第一基板1和第二基板2之间的液晶层3；至少一个移相单元4，移相单元4包括微带线41和相控电极42，微带线41位于第一基板1和液晶层3之间，相控电极42位于第二基板2和液晶层3之间，微带线41包括多条子微带线410，每条子微带线410包括两个端部411和连接于两个端部411之间的传输部412，任意相邻的两条子微带线410共用一个端部411；移相单元4还包括分别与每个端部411对应的馈电端43，馈电端43位于第一基板1远离第二基板2的一侧或者位于第二基板2远离第一基板1的一侧，图1至3中仅示意了馈电端43位于第一基板1远离第二基板2一侧的情况，在垂直于第一基板1所在平面的方向上，每个馈电端43分别与对应的端部411交叠。
具体地，液晶移相器的工作过程中，在微带线41和相控电极42上分别施加电压信号，微带线41和相控电极42之间形成电场，电场驱动液晶层3中的液晶偏转，微带线41用于传输微波信号，微波信号在微带线41和相控电极42之间传输，在微波信号的传输过程中，会由于液晶偏转的作用而改变相位，从而实现微波信号的移相功能。微波的移相是利用液晶偏转后的电学特性的变化，移相单元所适用的载波频率和微波在偏转后液晶中所传输的距离具有相关性。在本发明实施例中，传输部412用于微波信号的传输，同时在传输过程中进行移相，馈电端43用于配合微带线41的端部411实现微带线41上微波信号的馈入和馈出。在本发明实施例中，微带线41包括至少两条子微带线410，每条子微带线410包括两个端部411和连接于这两个端部411之间的传输部412，每个端部411均对应设置有一个馈电端43，即，微带线41包括至少三个馈电端43，在应用液晶移相器时，可以选择至少三个馈电端43中的任意两个馈电端43分别作为实际输入馈电端和实际输出馈电端，当选择使用不同的馈电端43时，微带线41具有不同的微波传输距离，微波的传输距离不同时，微波传输过程中利用偏转的液晶使微波移相的有效路径长度可以不同，即可以实现使液晶移相器适用于不同的载波频率，例如，图1中的液晶移相器包括五条子微带线410以及六个馈电端43，六个馈电端43包括第一馈电端431、第二馈电端432、第三馈电端433、第四馈电端434、第五馈电端435和第六馈电端436，当选择第一馈电端431和第二馈电端432分别作为实际输入馈电端和实际输出馈电端时，该微带线41的微波传输距离较短，当选择第一馈电端431和第三馈电端433分别作为实际输入馈电端和实际输出馈电端时，该微带线41的微波传输距离较长。
本发明实施例中的液晶移相器，微带线对应至少三个馈电端，在应用液晶移相器时，可以选择至少三个馈电端中的任意两个馈电端分别作为实际输入馈电端和实际输出馈电端，当使用不同的馈电端时，微带线具有不同的微波传输距离，微波的传输距离不同时，微波传输过程中利用偏转的液晶使微波移相的有效路径长度可以不同，即可以实现使液晶移相器适用于不同的载波频率，而现有技术中，液晶移相器的微带线仅仅对应两个馈电端，无法对适用的载波频率进行调节，因此，本发明实施例提高了液晶移相器的兼容性。
可选地，如图1、图2、图3、图4、图5和图6所示，图5为图2中液晶移相器在非工作状态下部分区域内的液晶排布示意图，图6为图2中液晶移相器在工作状态下部分区域内的液晶排布示意图，每个传输部412包括沿液晶层初始配向方向x延伸的有效线段401；至少一个传输部412包括沿非液晶层初始配向方向延伸的非有效线段402；分别位于任意相邻的两个传输部412中的两条有效线段401通过非有效线段402连接。
具体地，以正性液晶分子为例，在非工作状态下，液晶移相器中相控电极42和微带线41之间没有形成电场，液晶层3中的液晶分子长轴沿液晶层初始配向方向x延伸排布，在工作状态下，液晶移相器中相控电极42和微带线41之间形成电场，位于相控电极42和微带线41之间的液晶偏转，沿微带线41的延伸路径传输的微波利用液晶偏转后的电学特性变化实现移相，图4和图5中虚线箭头为微波传输的路径，在有效线段401对应的微波传输路径上，液晶偏转前对应的是液晶分子长轴的介电特性，液晶偏转后对应的是液晶分子短轴的介电特性，因此液晶移相器在工作状态下，有效线段401对应微波移相的有效路径，能够实现液晶移相功能，液晶移相器在非工作状态下，不能实现液晶移相功能；在非有效线段402对应的微波传输路径上，液晶偏转前和偏转后对应的都是液晶分子短轴的介电特性，因此液晶移相器在工作状态，非有效线段402对应微波移相的非有效路径，不能实现液晶移相功能，液晶移相器在非工作状态下，不能实现液晶移相功能。通过设置分别沿液晶层初始配向方向x延伸的有效线段401和沿非液晶层初始配向方向延伸的非有效线段402，可以使整体的微带线41形状设置更加灵活，以实现更加合理的空间利用。
需要说明的是，液晶层初始配向方向x并不限于图示方式，也可以选择其他的角度，只要保证有效线段401对微波信号相位的调节起主导作用即可。液晶层初始配向方向x可以通过液晶配向层来设置，例如，在如图3和图4所示的结构中，在液晶层3和微带线41之间设置有液晶配向层，在液晶层3和相控电极42之间设置有液晶配向层，在液晶移相器处于非工作状态下时，液晶层3中的液晶分子长轴在液晶配向层的作用下沿液晶层初始配向方向x延伸。可以理解的是，本发明实施例中的液晶分子也可以是负性液晶分子，对于液晶分子的类型，本发明不做具体限制。
可选地，每条有效线段401的长度相等，这样通过不同馈电端43的选择，可以实现微波移相的有效路径长度的倍数选择，例如，每条有效线段401的长度均为L，当选择第一馈电端431和第二馈电端432作为实际输入馈电端和实际输出馈电端时，微波移相的有效路径长度为L；当选择第一馈电端431和第三馈电端433作为实际输入馈电端和实际输出馈电端时，微波移相的有效路径长度为2L；以此类推。每条有效线段401的长度相等时，通过不同馈电端43的切换，便于实现倍增式的有效路径长度调整。
可选地，每条非有效线段402的延伸方向相同，便于实现蛇形的传输部412，以更有效地利用空间。
可选地，每条非有效线段402的延伸方向垂直于液晶层初始配向方向x，可以最大程度地保证非有效线段402对应的液晶偏转时，不会起到液晶移相的作用，以此来更加准确地进行微波移相的有效路径长度调整。
可选地，任意相邻的两条有效线段401以及连接两者之间的非有效线段402形成U形结构。
可选地，如图7和图8所示，图7为本发明实施例中另一种液晶移相器的俯视图，图8为图7中一种微带线的结构示意图，至少一条有效线段401的长度不等于其他有效线段401的长度。
具体地，在图7和图8所示的液晶移相器结构中，微带线41中的各条有效线段401的长度并非均相等，例如从上至下，第一、第二和第五条有效线段401的长度为L，第三条有效线段401的长度为L1，第四条有效线段的长度为L2，当选择第一馈电端431和第二馈电端432作为实际输入馈电端和实际输出馈电端时，微波移相的有效路径长度为L；当选择第一馈电端431和第四馈电端434作为实际输入馈电端和实际输出馈电端时，微波移相的有效路径长度为2L+L1。由于每条有效线段401的长度不一定相等，因此通过不同看馈电端43的切换，可以实现更加灵活的微波移相有效路径长度调整。
可选地，如图7和图8所示，至少一条非有效线段402的延伸方向不垂直于液晶层初始配向方向x，以便于设置有效线段401具有不同的长度。
可选地，如图7和图8所示，至少一条非有效线段402的延伸方向垂直于液晶层初始配向方向x，以便于设置部分有效线段401具有相同的长度。
可选地，如图7和图8所示，至少一条有效线段401和与其连接的非有效线段402之间形成T形结构。
具体地，例如，从上至下第三条有效线段401和其下方的非有效线段402之间形成T形结构，在该T形结构中，非有效线段402左侧的有效线段401部分的长度为L3，非有效线段402右侧的有效线段401部分的长度为L4，其中L1＝L3+L4，在该结构下，微波移相的有效路径调整更加灵活。例如，当选择第三馈电端433和第四馈电端434作为实际输入馈电端和实际输出馈电端时，微波移相的有效路径长度为L+L1＝L+L2+L3；当选择第三馈电端433和第五馈电端435作为实际输入馈电端和实际输出馈电端时，微波移相的有效路径长度为L3+L2；当选择第四馈电端434和第五馈电端435作为实际输入馈电端和实际输出馈电端时，微波移相的有效路径长度为L4+L2。
可选地，馈电端43包括一个输入馈电端和至少两个输出馈电端，微带线41从输入馈电端至任意一个输出馈电端之间的有效长度均不相同，这样，只需要在多个输出馈电端之中选择实际的输出馈电端，既可以实现微波移相的有效路径长度调整，调整方式较为简单；或者，馈电端43包括一个输出馈电端和至少两个输入馈电端，微带线41从输出馈电端至任意一个输入馈电端之间的有效长度均不相同，这样，只需要在多个输馈电端之中选择实际的输入馈电端，即可以实现微波移相的有效路径长度调整，调整方式较为简单。
可选地，如图2和图7所示，在垂直于第一基板所在平面的方向上，相控电极42覆盖微带线41的传输部412。
具体地，只有相控电极42覆盖的微带线41部分，在液晶移相器的工作过程中，对应的液晶会偏转，以实现有效线段401对应位置的液晶移相功能，理论上传输部412的非有效线段402部分无需被相控电极42覆盖，但是为了降低相控电极42的工艺难度，可以使相控电极42覆盖整个传输部412。另外，需要说明的是，在图3所示的结构中，馈电端43位于第一基板1远离第二基板2的一侧，此时，馈电端43可以直接和微带线41之间实现微波信号的馈入和馈出，相控电极42可以覆盖整个微带线41，也可以覆盖传输部412，露出馈电端43；另外，在其他可实现的方式中，若馈电端位于第二基板远离第一基板的一侧，由于相控电极位于微带线和馈电端之间，为了避免相控电极对微带线上微波信号的馈入和馈出产生不良影响，需要使相控电极在馈电端的位置具有镂空结构。
需要说明的是，本发明实施例中液晶移相器仅示意了一个移相单元4，在其他可实现的方式中，一个液晶移相器包括呈阵列分布的多个移相单元，多个移相单元的相控电极相互连接，以使所有的相控电极均具有相同的电位，每个移相单元用于实现一个微波信号的移相功能，每个移相单元可以分别制作为不同的液晶盒，也可以将所有的移相单元制作为同一个液晶盒。另外，在本发明实施例中，馈电端43可以为馈电线的一部分，馈电线用于实现馈电端43和其他元件之间的微波信号传输，例如，在天线的应用场景中，天线的辐射单元通过馈电线连接于馈电端43，液晶移相器完成移相之后，微波信号由微带线41馈出至馈电端43，馈电端43将移相之后的微波信号通过馈电线传输至辐射单元，辐射单元将微波信号辐射出去，以实现天线功能。
本发明实施例还提供一种天线，包括上述的液晶移相器。液晶移相器用于实现天线中微波信号的移相功能。
液晶移相器的具体结构和原理与上述实施例相同，在此不再赘述。
本发明实施例中的天线，其中液晶移相器的微带线对应至少三个馈电端，在应用液晶移相器时，可以选择至少三个馈电端中的任意两个馈电端分别作为实际输入馈电端和实际输出馈电端，当使用不同的馈电端时，微带线具有不同的微波传输距离，微波的传输距离不同时，微波传输过程中利用偏转的液晶使微波移相的有效路径长度可以不同，即可以实现使液晶移相器适用于不同的载波频率，而现有技术中，液晶移相器的微带线仅仅对应两个馈电端，无法对适用的载波频率进行调节，因此，本发明实施例提高了液晶移相器的兼容性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种液晶移相器，其特征在于，包括：
相对设置的第一基板和第二基板以及位于所述第一基板和所述第二基板之间的液晶层；
至少一个移相单元，所述移相单元包括微带线和相控电极，所述微带线位于所述第一基板和所述液晶层之间，所述相控电极位于所述第二基板和所述液晶层之间，所述微带线包括多条子微带线，每条所述子微带线包括两个端部和连接于所述两个端部之间的传输部，任意相邻的两条所述子微带线共用一个所述端部；
所述移相单元还包括分别与每个所述端部对应的馈电端，所述馈电端位于所述第一基板远离所述第二基板的一侧或者位于所述第二基板远离所述第一基板的一侧，在垂直于所述第一基板所在平面的方向上，每个所述馈电端分别与对应的所述端部交叠；
每个所述传输部包括沿所述液晶层初始配向方向延伸的有效线段；
至少一个所述传输部包括沿非所述液晶层初始配向方向延伸的非有效线段；
分别位于任意相邻的两个所述传输部中的两条所述有效线段通过所述非有效线段连接；
至少一条所述有效线段的长度不等于其他所述有效线段的长度；
至少一条所述非有效线段的延伸方向不垂直于所述液晶层初始配向方向，以使得通过所述至少一条非有效线段连接的两条所述有效线段具有不同的长度；
至少一条所述非有效线段的延伸方向垂直于所述液晶层初始配向方向，以使得通过所述至少一条非有效线段连接的两条所述有效线段具有相同的长度；
至少一条所述有效线段和与其连接的非有效线段之间形成T形结构，其中，在所述T形结构中，所述非有效线段左侧的有效线段部分的长度与所述非有效线段右侧的有效线段部分的长度之和为所述至少一条有效线段的长度。
2.根据权利要求1所述的液晶移相器，其特征在于，
任意相邻的至少两条所述有效线段以及连接两者之间的非有效线段形成U形结构。
3.根据权利要求1所述的液晶移相器，其特征在于，
所述馈电端包括一个输入馈电端和至少两个输出馈电端，所述微带线从所述输入馈电端至任意一个所述输出馈电端之间的有效长度均不相同；
或者，所述馈电端包括一个输出馈电端和至少两个输入馈电端，所述微带线从所述输出馈电端至任意一个所述输入馈电端之间的有效长度均不相同。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的液晶移相器，其特征在于，
在垂直于所述第一基板所在平面的方向上，所述相控电极覆盖所述微带线的所述传输部。
5.一种天线，其特征在于，包括如权利要求1至4中任意一项所述的液晶移相器。
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