CN108808181B - 液晶移相器和天线 - Google Patents

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、相控电极和两个馈电端，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所述液晶层之间，在垂直于第一基板所在平面的方向上，微带线的两端分别与两个馈电端交叠；相控电极包括相互间隔的至少两个子电极，微带线包括与每个子电极对应的有效线段，其中，在垂直于第一基板所在平面的方向上，每个子电极覆盖对应的有效线段。

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，本发明实施例提供了一种液晶移相器，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、相控电极和两个馈电端，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，所述两个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，所述微带线的两端分别与所述两个馈电端交叠；

所述相控电极包括相互间隔的至少两个子电极，所述微带线包括与每个所述子电极对应的有效线段，其中，

在垂直于所述第一基板所在平面的方向上，每个所述子电极覆盖对应的所述有效线段。

可选地，每条所述有效线段沿所述液晶层初始配向方向延伸。

可选地，所述微带线还包括连接于任意相邻两条所述有效线段之间的非有效线段，每条所述非有效线段沿非所述液晶层初始配向方向延伸。

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，每个所述子电极的第一极与固定电位电连接。

可选地，所述至少两个子电极的第二极分别连接于不同的输入端。

可选地，所述至少两个子电极的第二极通过选通电路连接于同一输入端。

可选地，所述选通电路包括与每个第二极对应的开关管，每个第二极通过对应的所述开关管连接于所述输入端。

可选地，所述至少两个子电极包括n个子电极，所述选通电路包括n个开关管，n为大于1的整数；

第i个子电极的第二极通过第i个开关管连接于第i+1个子电极的第二极，i的取值为1、2、3、……、n-1，第n个子电极的第二极通过第n个开关管连接于所述输入端。

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，液晶移相器的相控电极包括相互间隔的多个子电极，每个子电极对应一个有效线段，由于不同的子电极相互独立，因此在液晶移相器的工作过程中，可以分别控制给哪些子电极施加电压，给哪些子电极不施加电压，施加电压的子电极和对应的有效线段之间的液晶会偏转，未施加电压的子电极和对应的有效线段之间的液晶不会偏转，在微波信号的传输路径中，未偏转的液晶不会起到移相的作用，只有偏转的液晶会起到移相的作用，因此，当选择为不同数量的子电极施加电压时，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中一种相控电极的结构示意图；

图4为图1中AA’向的一种剖面结构示意图；

图5为图1中BB’向的一种剖面结构示意图；

图6为图1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7为图1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8为本发明实施例中另一种相控电极的连接示意图；

图9为本发明实施例中另一种相控电极的连接示意图。

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、图4和图5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中一种相控电极的结构示意图，图4为图1中AA’向的一种剖面结构示意图，图5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，所述移相单元4包括微带线41、相控电极42和两个馈电端43，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，两个馈电端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，在垂直于第一基板1所在平面的方向上，微带线41的两端分别与两个馈电端43交叠；相控电极42包括相互间隔的至少两个子电极420，微带线41包括与每个子电极420对应的有效线段401，其中，在垂直于第一基板1所在平面的方向上，每个子电极420覆盖对应的有效线段401。

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。微带线41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的两端实现微带线41上微波信号的馈入和馈出。在本发明实施例中，相控电极42包括相互间隔的多个子电极420，每个子电极420对应一个有效线段401，由于不同的子电极420相互独立，因此在液晶移相器的工作过程中，可以分别控制给哪些子电极420施加电压，给哪些子电极420不施加电压，施加电压的子电极420和对应的有效线段401之间的液晶会偏转，未施加电压的子电极420和对应的有效线段401之间的液晶不会偏转，在微波信号的传输路径中，未偏转的液晶不会起到移相的作用，只有偏转的液晶会起到移相的作用，因此，当选择为不同数量的子电极420施加电压时，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不同，即可以实现使液晶移相器适用于不同的载波频率。

本发明实施例中的液晶移相器，相控电极包括相互间隔的多个子电极，每个子电极对应一个有效线段，由于不同的子电极相互独立，因此在液晶移相器的工作过程中，可以分别控制给哪些子电极施加电压，给哪些子电极不施加电压，施加电压的子电极和对应的有效线段之间的液晶会偏转，未施加电压的子电极和对应的有效线段之间的液晶不会偏转，在微波信号的传输路径中，未偏转的液晶不会起到移相的作用，只有偏转的液晶会起到移相的作用，因此，当选择为不同数量的子电极施加电压时，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、图6和图7所示，图6为图1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7为图1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，每条有效线段401沿液晶层初始配向方向x延伸。

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，液晶移相器中施加电压的子电极420和微带线41之间形成电场，未施加电压的子电极420和微带线41之间没有形成电场，位于施加电压的子电极420和微带线41之间的液晶偏转，未施加电压的子电极420和微带线41之间的液晶未偏转，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6和图7中虚线箭头为微波传输的路径，对于施加电压的子电极420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，施加电压的子电极420和有效线段401对应微波移相的有效路径，能够实现最佳的液晶移相功能，液晶移相器在非工作状态下，不能实现液晶移相功能。

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4和图5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，微带线41还包括连接于任意相邻两条有效线段401之间的非有效线段402，每条非有效线段402沿非液晶层初始配向方向延伸。

具体地，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。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。

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，从而实现蛇形的微带线41，更有效地利用空间。

可选地，每个子电极420的第一极421与固定电位电连接，例如每个子电极420的第一极421均接地GND。

可选地，至少两个子电极420的第二极422分别连接于不同的输入端。

具体地，例如，图3中从上至下五个子电极420的第二极422分别连接于第一输入端IN1、第二输入端IN2、第三输入端IN3、第四输入端IN4和第五输入端IN5，根据载波频率的需要，当仅使用第一个子电极420对应的路径作为微波移相的有效路径时，向第一输入端IN1施加输入电压，使第一输入端IN1和地GND之间通过第一个子电极420形成通路，使第一个子电极420上具有电压，第一个子电极420和对应的有效线段401之间形成电场，驱动其中的液晶偏转，以实现液晶移相功能，第二输入端IN2、第三输入端IN3、第四输入端IN4和第五输入端IN5上均不施加电压，即第二个子电极420、第三个子电极420、第四个子电极420和第五个子电极420上均不具有电压，不会与对应的有效线段401之间形成电压，其对应的液晶也不会偏转，微波移相的有效路径长度即为第一子电极420对应的有效线段401的长度；根据载波频率的需要，当仅使用前两个子电极420对应的路径作为微波移相的有效路径时，向第一输入端IN1和第二输入端IN2施加输入电压，使第一输入端IN1和地GND之间通过第一个子电极420形成通路，使第二输入端IN2和地GND之间通过第二个子电极420形成通路，使第一个子电极420和第二个子电极420上具有电压，这两个子电极420分别与对应的有效线段401之间形成电压，驱动其中的液晶偏转，以实现液晶移相功能，第三输入端IN3、第四输入端IN4和第五输入端IN5上均不施加电压，即第三个子电极420、第四个子电极420和第五个子电极420上均不具有电压，不会与对应的有效线段401之间形成电压，其对应的液晶也不会偏转；其他的则可依次类推。

可选地，如图8所示，图8为本发明实施例中另一种相控电极的连接示意图，至少两个子电极420的第二极422通过选通电路5连接于同一输入端IN，通过选通电路5可以控制哪些子电极420的第二极422与输入端IN之间导通，哪些子电极420的第二极422与输入端IN之间截止，同样可以通过控制为不同的子电极420施加电压来实现微波移相的有效路径长度调节。

可选地，选通电路5包括与每个第二极422对应的开关管M，每个第二极422通过对应的开关管M连接于输入端IN，每个开关管M的第一端连接于对应的第二极422，每个开关管M的第二端连接于输入端IN，每个开关管M的控制端用于控制该开关管M的第一端和第二端之间导通或者截止，通过分别控制每个开关管M的导通或截止，既可以实现控制哪些子电极420的第二极422与输入端IN之间导通，哪些子电极420的第二极422与输入端IN之间截止，从而实现微波移相的有效路径长度调节。

可选地，如图9所示，图9为本发明实施例中另一种相控电极的连接示意图，至少两个子电极420包括n个子电极420，选通电路5包括n个开关管M，n为大于1的整数；第i个子电极420的第二极422通过第i个开关管M连接于第i+1个子电极420的第二极422，i的取值为1、2、3、……、n-1，第n个子电极420的第二极422通过第n个开关管M连接于输入端IN。

具体地，例如，图9所示的结构，n＝5，自上至下的五个子电极420依次为第1至第5个子电极4201至4205，自上至下的五个开关管M依次为第1至第5个开关管M1至M5，第1个子电极4201的第二极422通过第1个开关管M1连接于第2个子电极4202的第二极422，第2个子电极4202的第二极422通过第2个开关管M2连接于第3个子电极4203的第二极422，依次类推，最后一个子电极，即第5个子电极4205的第二极422通过第5个开关管M5连接于输入端IN，通过对开关管M的控制，同样可以控制为不同数量的子电极420施加电压，以实现微波移相的有效路径长度调节。例如，控制5个开关管M均导通时，可以为5个子电极420施加电压；控制第2至第5个开关管M导通，第1个开关管M截止时，可以为4个子电极420施加电压；控制第3至第5个开关管M导通，第1和第2个开关管M截止时，可以为3个子电极420施加电压；以此类推，即可实现为不同数量的子电极420施加电压。

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，液晶移相器的相控电极包括相互间隔的多个子电极，每个子电极对应一个有效线段，由于不同的子电极相互独立，因此在液晶移相器的工作过程中，可以分别控制给哪些子电极施加电压，给哪些子电极不施加电压，施加电压的子电极和对应的有效线段之间的液晶会偏转，未施加电压的子电极和对应的有效线段之间的液晶不会偏转，在微波信号的传输路径中，未偏转的液晶不会起到移相的作用，只有偏转的液晶会起到移相的作用，因此，当选择对为不同数量的子电极施加电压时，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 (10)

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、相控电极和两个馈电端，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，所述两个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，所述微带线的两端分别与所述两个馈电端交叠；

所述相控电极包括相互间隔的至少两个子电极，所述微带线包括与每个所述子电极对应的有效线段，所述至少两个子电极相互独立，以使得在所述液晶移相器的工作过程中，可以分别控制给哪些子电极施加电压，给哪些子电极不施加电压，其中，

在垂直于所述第一基板所在平面的方向上，每个所述子电极覆盖对应的所述有效线段；

每条所述有效线段沿所述液晶层初始配向方向延伸；

所述微带线还包括连接于任意相邻两条所述有效线段之间的非有效线段，每条所述非有效线段沿非所述液晶层初始配向方向延伸。

2.根据权利要求1所述的液晶移相器，其特征在于，

每条所述非有效线段的延伸方向相同。

3.根据权利要求2所述的液晶移相器，其特征在于，

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。

4.根据权利要求3所述的液晶移相器，其特征在于，

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。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的液晶移相器，其特征在于，

每个所述子电极的第一极与固定电位电连接。

6.根据权利要求1至4中任意一项所述的液晶移相器，其特征在于，

所述至少两个子电极的第二极分别连接于不同的输入端。

7.根据权利要求1至4中任意一项所述的液晶移相器，其特征在于，

所述至少两个子电极的第二极通过选通电路连接于同一输入端。

8.根据权利要求7所述的液晶移相器，其特征在于，

所述选通电路包括与每个第二极对应的开关管，每个第二极通过对应的所述开关管连接于所述输入端。

9.根据权利要求7所述的液晶移相器，其特征在于，

所述至少两个子电极包括n个子电极，所述选通电路包括n个开关管，n为大于1的整数；

第i个子电极的第二极通过第i个开关管连接于第i+1个子电极的第二极，i的取值为1、2、3、……、n-1，第n个子电极的第二极通过第n个开关管连接于所述输入端。

10.一种天线，其特征在于，包括如权利要求1至9中任意一项所述的液晶移相器。

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