CN109164608A - 移相器、天线及移相器的控制方法 - Google Patents

移相器、天线及移相器的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种移相器、包括该移相器的天线以及该移相器的控制方法。该移相器包括：第一衬底基板；多个微带线，设置在第一衬底基板上，被配置传输电磁波信号和施加公共电压；电介质层，设置在所述多个微带线远离所述第一衬底基板的一侧；多个各自独立的电压控制层，分别与所述多个微带线对应地设置在所述电介质层远离所述第一衬底基板的一侧，被配置为施加控制电压；其中，所述电介质层的介电常数根据施加到所述电压控制层的控制电压和微带线的公共电压而改变。本发明至少能够减小控制信号线上的控制电压对微带线上的电磁波信号的影响。

Description

移相器、天线及移相器的控制方法
技术领域
本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种移相器、包括该移相器的天线以及该移相器的控制方法。
背景技术
在基于微带线原理的液晶天线阵列中，向液晶天线阵列中的液晶移相器施加控制电压来控制(改变)液晶移相器中液晶的排列，从而控制(改变)液晶移相器的介电常数。因此，可以实现液晶天线阵列的扫描方向的改变。
发明内容
本发明提供了一种移相器、包括该移相器的天线以及该移相器的控制方法，至少有利于移相器单元的紧凑布置和/或减小控制信号线上的控制电压对微带线上的电磁波信号的强度的影响。
根据本发明的一方面，提供了一种移相器，包括：第一衬底基板；多个微带线，设置在第一衬底基板上，被配置传输电磁波信号和施加公共电压；电介质层，设置在所述多个微带线远离所述第一衬底基板的一侧；多个各自独立的电压控制层，分别与所述多个微带线对应地设置在所述电介质层远离所述第一衬底基板的一侧，被配置为施加控制电压；其中，所述电介质层的介电常数根据施加到所述电压控制层的控制电压和微带线的公共电压而改变。
在本发明的一实施例中，移相器还包括设置在所述电介质层远离所述第一衬底基板的一侧的多个各自独立的第一屏蔽层，所述多个各自独立的第一屏蔽层复用为多个各自独立的电压控制层。
在本发明的一实施例中，移相器还包括多条控制信号线，分别耦接至所述多个各自独立的第一屏蔽层且设置在多个各自独立的第一屏蔽层远离所述第一衬底基板的一侧，以向所述多个各自独立的第一屏蔽层施加控制电压。
在本发明的一实施例中，移相器还包括：第一绝缘层，设置在所述多个各自独立的第一屏蔽层远离第一衬底基板的一侧，其中，所述多条控制信号线位于所述第一绝缘层远离所述第一屏蔽层的一侧。
在本发明的一实施例中，所述控制信号线经由穿过所述第一绝缘层的通孔耦接至所述第一屏蔽层。
在本发明的一实施例中，所述第一屏蔽层上设置有耦合孔，其中，电磁波信号经由耦合孔耦合至微带线。
在本发明的一实施例中，所述电介质层包括液晶。
在本发明的一实施例中，移相器还包括：与所述第一衬底基板对盒设置的第二衬底基板，所述控制信号线、所述第一屏蔽层沿着远离所述第二衬底基板的方向依次设置在所述第二衬底基板上。
在本发明的一实施例中，所述多个各自独立的第一屏蔽层通过间隙彼此间隔开。
在本发明的一实施例中，移相器还包括：设置在所述控制信号线远离所述第一屏蔽层一侧的第二屏蔽层，所述第二屏蔽层在所述第一衬底基板上的正投影覆盖所述间隙在所述第一衬底基板上的正投影。
在本发明的一实施例中，所述多个微带线耦接至公共电压线。
在本发明的一实施例中，所述多条控制信号线分别经由开关单元耦接至所述多个第一屏蔽层。
根据本发明的另一方面，提供了一种天线，包括：根据上述任意一项所述的移相器。
根据本发明的一实施例，所述移相器包括设置在所述电介质层远离所述第一衬底基板的一侧的多个各自独立的第一屏蔽层，所述多个各自独立的第一屏蔽层复用为多个各自独立的电压控制层，多条控制信号线，分别耦接至所述多个各自独立的第一屏蔽层，所述天线还包括多条扫描信号线和多个开关单元，所述多条扫描信号线与所述多条控制信号线交叉地布置，所述多条控制信号线分别耦接至所述多个开关单元的第一端，所述多个第一屏蔽层分别耦接至所述多个开关单元的第二端，所述多条扫描信号线分别耦接至所述多个开关单元的控制端。
根据本发明的又一方面，提供了一种控制根据上述任意一项所述的移相器的方法，包括：将公共电压施加到所述多个微带线；以及分别向所述多个各自独立的电压控制层施加控制电压，从而控制电介质层的介电常数。
在本发明中，用于施加控制电压来改变液晶的介电常数的控制信号线耦接至屏蔽层远离微带线的一侧，因此可以减小控制信号线上的控制电压对微带线上的电磁波信号的强度的影响，并且有利于移相器单元的紧凑布置。
附图说明
包括附图以提供对本发明的进一步理解，附图并入本申请并组成本申请的一部分，附图示出了本发明的实施例，并与描述一起用于解释本发明的原理。在附图中：
图1a是示意性地示出了一种液晶移相器中的微带线和控制信号线的布置的示意图；
图1b是沿图1中的A-A’线截取的液晶移相器的剖视图；
图2a是示意性地示出了根据本发明的示例性实施例的移相器中的控制信号线的布置的示意图；
图2b是示意性地示出了根据本发明的示例性实施例的移相器中的微带线的布置的示意图；
图2c是示意性地示出了根据本发明的示例性实施例的移相器中的电压控制层的布置的示意图；
图2d是沿图2a中的A-A’线截取的移相器的剖视图；
图3是示意性地示出了控制信号线的设置位置对电磁波信号的强度的影响的仿真图；
图4是示意性地示出了根据本发明的示例性实施例的天线的示意图；
图5示出了图4中示出的天线的液晶移相器的扫描线和控制信号线的时序图。
具体实施方式
现在将参照附图更全面地描述本发明的示例性实施例。然而，实施例能够以多种形式来实施，且不应被理解为限于在此阐述的示例；相反，提供这些实施例使得本发明将更加全面和完整，并将本发明的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。
为了便于描述，在这里可使用空间相对术语，如“下”、“在…上方”、“上”、“在…下方”等来描述如图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解的是，空间相对术语意在包含除了在附图中描述的方位之外的装置在使用或操作中的不同方位。
还将理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，说明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。
通常，用于施加控制电压来改变液晶移相器中液晶分子的排列的控制信号线设置在液晶天线阵列中的相邻的微带线之间并耦接至相应微带线。目前，液晶移相器单元的数量越来越多，并且液晶移相器单元之间的间距越来越小。在这种情况下，上述在相邻微带线之间设置控制信号线的结构不利用液晶移相器单元的紧凑布置。
另外，如果控制信号线与微带线之间的距离过近，则施加在控制信号线上的用于改变液晶移相器中液晶分子的排列的控制电压将会影响液晶天线阵列中的微带线上的电磁波信号的强度。
在下文中，将参照附图和示例性实施例详细地解释本发明。
图1a是示意性地示出了一种液晶移相器中的微带线和控制信号线的布置的示意图，图1b是沿图1中的A-A’线截取的液晶移相器的剖视图。
如图1a和图1b中所示，该液晶移相器包括第一衬底基板1、多个微带线2、多条控制信号线3、液晶层4、屏蔽层5以及第二衬底基板6。
具体地，微带线2设置在第一衬底基板1上，用于接收和发送电磁波信号。控制信号线3设置在第一衬底基板1上并位于相邻的微带线2之间。控制信号线3耦接至微带线2，用于向微带线2施加控制液晶层4中液晶分子的排列的控制电压。液晶层4设置在微带线2、控制信号线3和第一衬底基板1上。屏蔽层5设置在液晶层4上以屏蔽电磁波信号。
在该液晶移相器中，通过控制屏蔽层5与微带线2之间的电压来控制液晶层4中的液晶分子的排列。具体地，屏蔽层5被设置为一体结构并接地或接公共电压，这样通过改变经由控制信号线3施加至微带线2的控制电压可以控制液晶层4中液晶分子的排列，从而控制液晶层4的介电常数。
然而，由于在这种结构中，在相邻微带线2之间需要具有足够的间距来设置控制信号线3，所以不利于液晶移相器单元(对应于微带线)的紧凑布置。
另外，在这种结构中，如果控制信号线3与微带线2之间的距离过近，则施加在控制信号线3上的用于改变液晶移相器中液晶分子的排列的控制电压将会影响液晶移相器中的微带线上的电磁波信号的强度。
本发明的示例性实施例提供了一种移相器。
图2a是示意性地示出了根据本发明的示例性实施例的移相器中的控制信号线的布置的示意图，图2b是示意性地示出了根据本发明的示例性实施例的移相器中的微带线的布置的示意图，图2c是示意性地示出了根据本发明的示例性实施例的移相器中的电压控制层的布置的示意图，图2d是沿图2a中的A-A’线截取的移相器的剖视图。
参见图2a至图2d，根据本发明的示例性实施例的移相器包括第一衬底基板10、多个微带线20、电介质层30和多个各自独立的电压控制层40。
微带线20通过间隙彼此间隔地设置在第一衬底基板10上，其可以传输(接收和发送)电磁波信号，并可以施加公共电压。虽然在附图中仅示出了两个微带线20，然而，本发明不限于此，可以设置更多的微带线20。另外，虽然未在图2a至2d中示出，但是微带线20可以耦接至公共电压线，以接收公共电压。
另外，如本领域技术人员所将认识到的，本发明不限于图中所示形状的微带线，而是可以采用任意形状的微带线，例如，螺旋状的微带线。
电介质层30设置在多个微带线20上，即，设置在多个微带线20远离第一衬底基板10的一侧。根据本发明的示例性实施例，电介质层30可以包括液晶。由于液晶的响应速度较快，所以采用液晶作为电介质层的移相器可以具有更快的响应速度。另外，例如，这里使用的液晶可以是双频液晶材料。
多个各自独立的电压控制层40分别与多个微带线20对应地设置在电介质层30远离第一衬底基板10的一侧，被配置为施加控制电压。
在上述移相器中，电介质层的介电常数根据施加到所述电压控制层的控制电压和微带线的公共电压而改变。
根据示例性实施例，移相器还可以包括设置在电介质层30远离第一衬底基板10的一侧的多个各自独立的第一屏蔽层。在这种情况下，多个各自独立的第一屏蔽层复用为多个各自独立的电压控制层40。在下文中，将描述第一屏蔽层复用作控制电压层的情况下，因此，将控制电压层40称为第一屏蔽层40。
这里，第一屏蔽层40可以是由金属铜形成的铜层，然而，本发明不限于此，可以屏蔽电磁波信号的任何导电材料都可以用于形成第一屏蔽层40。多个第一屏蔽层40彼此独立地(分开地)设置并分别对应于多个微带线20。换言之，第一屏蔽层40和对应的微带线20在第一衬底基板10上的投影交叠。根据本发明的示例性实施例，第一屏蔽层40中可以设置耦合孔41，这样，电磁波信号可以经由耦合孔41耦合至微带线。
根据示例性实施例，移相器还可以包括多条控制信号线50，其分别耦接至相应的第一屏蔽层40并设置在第一屏蔽层40远离第一衬底基板10的一侧，以向第一屏蔽层40施加控制电压来改变电介质层30的介电常数。由于控制信号线50远离微带线20设置，所以控制信号线50上的施加的控制电压不会影响微带线20的性能。控制信号线50可以由ITO形成，然而，如本领域技术人员所将认识到的，本发明不限于此。
这里，可以将公共电压施加到多个微带线20，即，将多个微带线20的电位置为相同的公共电压(或公共电位)，例如接地，并经由多条控制信号线50分别向多个第一屏蔽层40施加控制电压，从而控制电介质层的介电常数。根据本发明的示例性实施例，可以通过不同的控制信号线50向不同的第一屏蔽层40施加不同的控制电压，从而使各个移相器单元(对应于各个微带线)具有不同的介电常数。
在上述移相器中，由于用于施加控制电压来改变液晶的介电常数的控制信号线耦接至第一屏蔽层远离微带线的一侧，所以可以减小控制信号线上的控制电压对微带线上的电磁波信号的强度的影响。换言之，由于第一屏蔽层的对控制电压的屏蔽作用，所以可以减小控制信号线上的控制电压对微带线上的电磁波信号的强度的影响。
另外，在上述移相器中，不需要在相邻微带线之间设置足够的间隔来设置控制信号线，这有利于移相器单元的紧凑布置。
根据本发明的示例性实施例，移相器还可以包括设置在多个第一屏蔽层40上的第一绝缘层60。在这种情况下，多条控制信号线50可以设置在第一绝缘层60远离第一屏蔽层40的表面上。第一绝缘层60可以由有机的或无机的低损耗介质材料来形成，以使第一屏蔽层40与控制信号线50绝缘。另外，控制信号线50可以经由穿过第一绝缘层60的通孔61电耦接至第一屏蔽层40，以向第一屏蔽层40施加控制电压。
虽然未在附图中示出，但根据本发明的示例性实施例，多条控制线信号线50可以经由诸如晶体管的开关单元耦接至相应的第一屏蔽层40。这样，可以通过使开关单元导通或截止来控制是否向第一屏蔽层40施加控制电压。
如图2d中所示，第二绝缘层70可以设置在多条控制信号线50上。第二屏蔽层80可以与将多个第一屏蔽层40彼此间隔开的间隙42(如图2c所示)对应地设置在第二绝缘层70上，换言之，第二屏蔽层80在第一衬底基板10上的正投影覆盖间隙42在第一衬底基板10上的正投影。这里，第二屏蔽层80可以是由金属铜形成的铜层，然而，本发明不限于此，可以屏蔽电磁波信号的任何材料都可以用于形成第二屏蔽层80。第二屏蔽层80对应于第一屏蔽层40之间的间隙而设置，因此其可以防止电磁波信号经由第一屏蔽层40之间的间隙进入移相器中。第二屏蔽层80可以被将多个第一屏蔽层40间隔开的间隙所共用，即，第二屏蔽层80可以被设置为一体结构。
第一屏蔽层40和第二屏蔽层80对电磁波信号的屏蔽作用可以通过较大的自身电容或耦接到直流信号来实现。
如图2d中所示，第二衬底基板90可以设置在第二屏蔽层80上以与第一衬底基板10对盒设置。虽然在图2d中示出了第二衬底基板90设置在第二屏蔽层80上，但本发明不限于此。例如，在不具有第二绝缘层70和第二屏蔽层80的情况下，第二衬底基板90可以设置在多条控制信号线50上。
图3是示意性地示出了控制信号线的设置位置对电磁波信号的强度的影响的仿真图，其中，曲线C1为根据本发明的示例性实施例的控制信号线耦接至第一屏蔽层远离微带线一侧的液晶移相器的仿真曲线，曲线C2为控制信号线设置在彼此相邻的微带线之间并耦接至微带线的液晶移相器的仿真曲线。
从图3的仿真曲线可以看出，与控制信号线设置在彼此相邻的微带线之间并耦接至微带线的液晶移相器相比，根据本发明的示例性实施例的控制信号线耦接至第一屏蔽层远离微带线一侧的液晶移相器可以明显地减小控制信号线上的控制电压对微带线上的电磁波信号的影响。
上述移相器中的各移相器单元可以分别耦接有单独的控制信号线来向各第一屏蔽层施加控制电压，在这种情况下，需要布置大量的控制信号线。例如，如图2a和2d所述，在一个第一屏蔽层40上除了设置有耦接至该一个第一屏蔽层40的控制信号线50之外，还有耦接至其他第一屏蔽层40的控制信号线50在该一个第一屏蔽层40上延伸通过。另外，根据本发明的示例性实施例的移相器单元还可以通过主动矩阵的方式来控制，即，每个移相器单元设置在扫描线和控制信号线的交叉位置处，并通过扫描线来选择将被控制的移相器单元，如下面所描述的。通过主动矩阵方式来控制移相器，可以极大地减少控制信号线的数量，例如，在每个第一屏蔽层上仅有一条控制信号线延伸通过。
本发明的示例性实施例还提供了一种天线。该天线包括上述移相器。根据示例性实施例，移相器包括设置在电介质层远离第一衬底基板的一侧的多个各自独立的第一屏蔽层，多个各自独立的第一屏蔽层复用为多个各自独立的电压控制层，多条控制信号线，分别耦接至多个各自独立的第一屏蔽层，天线还包括多条扫描信号线和多个开关单元，多条扫描信号线与多条控制信号线交叉地布置，多条控制信号线分别耦接至多个开关单元的第一端，多个第一屏蔽层分别耦接至多个开关单元的第二端，多条扫描信号线分别耦接至多个开关单元的控制端。
图4是示意性地示出了根据本发明的示例性实施例的天线的示意图。
如图4中所示，该天线包括多个移相器单元11-44、多个开关单元TFT(诸如开关晶体管)、多条扫描线S1-S4、多条控制信号线D1-D4以及公共电压线CV。
多个移相器单元11-44一起可以构成如上参见图2a-2d所描述的移相器。换言之，上面参照图2a-2d描述的移相器可以根据多个微带线划分为多个移相器单元。
多条控制信号线D1-D4分别经由开关单元TFT耦接至多个移相器单元11-44。具体地，控制信号线D1经由开关单元TFT耦接至成列的多个移相器单元11-41；控制信号线D2经由开关单元TFT耦接至成列的多个移相器单元12-42；控制信号线D3经由开关单元TFT耦接至成列的多个移相器单元13-43；控制信号线D4经由开关单元TFT耦接至成列的多个移相器单元14-44。
多条扫描线S1-S4与多条控制信号线D1-D4交叉地布置，并耦接至开关单元TFT的控制端以控制开关单元TFT的导通和截止。具体地，扫描线S1耦接至分别与成行的多个移相器单元11-14对应的多个开关单元TFT的控制端；扫描线S2耦接至分别与成行的多个移相器单元21-24对应的多个开关单元TFT的控制端；扫描线S3耦接至分别与成行的多个移相器单元31-34对应的多个开关单元TFT的控制端；扫描线S4耦接至分别与成行的多个移相器单元41-44对应的多个开关单元TFT的控制端。
另外，多个移相器单元11-44的多个微带线共同耦接至公共电压线CV，以接收公共电压。由于多个微带线通过公共电压线CV接收相同的公共电压，所以公共电压线CV可以按照最短方式连接到多个微带线，而无需为了使连接至多个微带线的公共电压线的长度相等而进行复杂的绕线。
虽然在图4中为了便于示出，将多条扫描线S1-S4和多条控制线D1-D4示出为在多个液晶移相器单元11-44之间，但如上所描述的，实际上，多条扫描线S1-S4和多条控制信号线D1-D4设置在多个移相器单元11-44的第一屏蔽层上，从而可以防止扫描线S1-S4和控制信号线D1-D4上的控制信号或电压对移相器单元11-44中的微带线的性能造成影响。
此外，本发明的示例性实施例还提供一种上述移相器的控制方法，包括：将公共电压施加到多个微带线；分别向所述多个各自独立的电压控制层施加控制电压，从而控制电介质层的介电常数。
根据本发明的示例性实施例，可以通过改变经由所述多个控制信号线分别向多个电压可控制层(第一屏蔽层)施加的控制电压来改变电介质层的介电常数。
另外，参见图4，可以通过主动矩阵的方式来控制上述移相器的第一屏蔽层的电压，从而控制移相器的液晶层的介电常数。例如，可以将上述移相器的多个微带线的电压置为公共电压，然而按照主动矩阵的方式通过扫描线来选择将被施加控制电压的第一屏蔽层。通过这种方式可以实现大量移相器单元的有效地且快速地控制，例如，可以按照块或者行来控制移相器单元的介电常数。图5示出了图4中示出的天线的液晶移相器的一种控制方法的时序图。
已经针对附图给出了对本发明的特定示例性实施例的前面的描述。这些示例性实施例并不意图是穷举性的或者将本发明局限于所公开的精确形式，并且明显的是，在以上教导的启示下，本领域普通技术人员能够做出许多修改和变化。因此，本发明的范围并不意图局限于前述的实施例，而是意图由权利要求和它们的等同物所限定。

Claims (15)

1.一种移相器，包括：
第一衬底基板；
多个微带线，设置在第一衬底基板上，被配置传输电磁波信号和施加公共电压；
电介质层，设置在所述多个微带线远离所述第一衬底基板的一侧；
多个各自独立的电压控制层，分别与所述多个微带线对应地设置在所述电介质层远离所述第一衬底基板的一侧，被配置为施加控制电压；
其中，所述电介质层的介电常数根据施加到所述电压控制层的控制电压和微带线的公共电压而改变。
2.根据权利要求1所述的移相器，还包括设置在所述电介质层远离所述第一衬底基板的一侧的多个各自独立的第一屏蔽层，所述多个各自独立的第一屏蔽层复用为多个各自独立的电压控制层。
3.根据权利要求2所述的移相器，还包括多条控制信号线，分别耦接至所述多个各自独立的第一屏蔽层且设置在多个各自独立的第一屏蔽层远离所述第一衬底基板的一侧，以向所述多个各自独立的第一屏蔽层施加控制电压。
4.根据权利要求3所述的移相器，还包括：第一绝缘层，设置在所述多个各自独立的第一屏蔽层远离第一衬底基板的一侧，
其中，所述多条控制信号线位于所述第一绝缘层远离所述第一屏蔽层的一侧。
5.根据权利要求4所述的移相器，其中，所述控制信号线经由穿过所述第一绝缘层的通孔耦接至所述第一屏蔽层。
6.根据权利要求2至5中任意一项所述的移相器，其中，所述第一屏蔽层上设置有耦合孔，其中，电磁波信号经由耦合孔耦合至微带线。
7.根据权利要求2至5中任意一项所述的移相器，其中，所述电介质层包括液晶。
8.根据权利要求2至5中任意一项所述的移相器，还包括：与所述第一衬底基板对盒设置的第二衬底基板，所述控制信号线、所述第一屏蔽层沿着远离所述第二衬底基板的方向依次设置在所述第二衬底基板上。
9.根据权利要求2至5中任意一项所述的移相器，其中，所述多个各自独立的第一屏蔽层通过间隙彼此间隔开。
10.根据权利要求9所述的移相器，还包括：设置在所述控制信号线远离所述第一屏蔽层一侧的第二屏蔽层，所述第二屏蔽层在所述第一衬底基板上的正投影覆盖所述间隙在所述第一衬底基板上的正投影。
11.根据权利要求1所述的移相器，其中，所述多个微带线耦接至公共电压线。
12.根据权利要求3所述的移相器，其中，所述多条控制信号线分别经由开关单元耦接至所述多个第一屏蔽层。
13.一种天线，包括：
根据权利要求1至11中任意一项所述的移相器。
14.根据权利要求13所述的天线，其中，所述移相器包括设置在所述电介质层远离所述第一衬底基板的一侧的多个各自独立的第一屏蔽层，所述多个各自独立的第一屏蔽层复用为多个各自独立的电压控制层，多条控制信号线，分别耦接至所述多个各自独立的第一屏蔽层，所述天线还包括多条扫描信号线和多个开关单元，所述多条扫描信号线与所述多条控制信号线交叉地布置，所述多条控制信号线分别耦接至所述多个开关单元的第一端，所述多个第一屏蔽层分别耦接至所述多个开关单元的第二端，所述多条扫描信号线分别耦接至所述多个开关单元的控制端。
15.一种控制根据权利要求1至12中任意一项所述的移相器的方法，包括：
将公共电压施加到所述多个微带线；以及
分别向所述多个各自独立的电压控制层施加控制电压，从而控制电介质层的介电常数。
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