CN109932845B - 液晶移相器及电子装置 - Google Patents

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Abstract

一种液晶移相器及电子装置，该液晶移相器包括相对设置的第一基板和第二基板、液晶层、第一电极以及第二电极。液晶层设置在所述第一基板和所述第二基板之间。第一电极设置在所述第一基板上。第二电极设置在所述第二基板上。所述第二电极包括连接部和多个同心圆环结构，至少一个所述圆环结构包括多个凸起部分，至少另一个所述圆环结构包括多个凹槽部分，所述连接部与所述多个同心圆环结构中的每个圆环结构均电连接。该液晶移相器支持圆极化波，移相量大，响应速度快，且结构简单，易于高精度加工。

Description

液晶移相器及电子装置
技术领域
本公开的实施例涉及一种液晶移相器及电子装置。
背景技术
移相器是一种能够对电磁波的相位进行调整的装置，在雷达系统、移动通信系统、微波测量等领域有着广泛的应用。移相器在调整电路参数时，可使信号的相位连续或非连续地变化，而不改变信号的幅度，即信号可不失真地通过，而只是相位发生了变化。早期的移相器包括机械式模拟移相器，随着技术的发展，电子移相器应运而生，并且逐步向小型化、高集成度发展。
近年来，液晶移相器作为一种新型移相器得到了广泛而深入的研究。液晶移相器以液晶材料作为调控介质，通过改变对电磁波的传输常数实现对输出相位的控制。液晶移相器具有移相量大、工作电压低、体积小等优点，具有广阔的应用前景。
发明内容
本公开至少一个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；液晶层，设置在所述第一基板和所述第二基板之间；第一电极，设置在所述第一基板上；第二电极，设置在所述第二基板上；其中，所述第二电极包括连接部和多个同心圆环结构，至少一个所述圆环结构包括多个凸起部分，至少另一个所述圆环结构包括多个凹槽部分，所述连接部与所述多个同心圆环结构中的每个圆环结构均电连接。
例如，在本公开一实施例提供的液晶移相器中，所述多个同心圆环结构包括第一圆环结构，所述第一圆环结构包括多个凸起部分，所述凸起部分沿所述第一圆环结构的径向凸出。
例如，在本公开一实施例提供的液晶移相器中，所述多个凸起部分沿所述第一圆环结构的圆周等间距分布。
例如，在本公开一实施例提供的液晶移相器中，所述凸起部分的形状为矩形，所述矩形在所述第一圆环结构的切向上的宽度小于所述第一圆环结构沿径向的宽度的约4倍。
例如，在本公开一实施例提供的液晶移相器中，所述多个凸起部分为4个。
例如，在本公开一实施例提供的液晶移相器中，所述多个同心圆环结构还包括第二圆环结构，所述第二圆环结构包括多个凹槽部分，所述凹槽部分沿所述第二圆环结构的径向凹陷。
例如，在本公开一实施例提供的液晶移相器中，所述多个凹槽部分沿所述第二圆环结构的圆周等间距分布。
例如，在本公开一实施例提供的液晶移相器中，所述凹槽部分的形状为矩形，所述矩形在所述第二圆环结构的切向上的宽度小于所述第二圆环结构沿径向的宽度的1.5倍。
例如，在本公开一实施例提供的液晶移相器中，所述多个凹槽部分为4个。
例如，在本公开一实施例提供的液晶移相器中，所述多个凹槽部分与所述多个凸起部分相互交错，且每一个所述凹槽部分与相邻的两个凸起部分的距离相等。
例如，在本公开一实施例提供的液晶移相器中，所述凸起部分向靠近所述第二圆环结构的方向凸出，所述凹槽部分向远离所述第一圆环结构的方向凹陷。
例如，在本公开一实施例提供的液晶移相器中，所述多个同心圆环结构还包括第三圆环结构，所述第三圆环结构位于所述第一圆环结构和所述第二圆环结构内。
例如，在本公开一实施例提供的液晶移相器中，所述第三圆环结构的周长小于目标电磁波在介质层中传播时波长的约1.5倍，且大于目标电磁波在所述介质层中传播时波长的约0.2倍，所述介质层包括所述第一基板、所述第二基板和所述液晶层。
例如，在本公开一实施例提供的液晶移相器中，所述多个同心圆环结构中位于外侧的圆环结构的周长小于目标电磁波在介质层中传播时波长的约3倍，且大于目标电磁波在所述介质层中传播时的波长，所述介质层包括所述第一基板、所述第二基板和所述液晶层。
例如，在本公开一实施例提供的液晶移相器中，所述连接部包括多条电导线，所述多条电导线沿所述圆环结构的径向延伸且彼此交叉，所述电导线与所述多个同心圆环结构中的每个圆环结构均电连接。
例如，在本公开一实施例提供的液晶移相器中，所述电导线的两端均与所述凸起部分连接。
例如，在本公开一实施例提供的液晶移相器中，所述多条电导线包括2条彼此垂直的电导线。
例如，在本公开一实施例提供的液晶移相器中，所述第一电极为金属层，所述第二电极沿垂直于所述第一基板的方向在所述第一基板上的投影位于所述金属层内。
例如，在本公开一实施例提供的液晶移相器包括第一配向层和第二配向层，其中，所述第一配向层和所述第二配向层分别设置在所述第一基板和所述第二基板彼此相对的表面上。
例如，在本公开一实施例提供的液晶移相器包括偏置电压源，其中，所述第一电极和所述第二电极配置为连接所述偏置电压源以对所述液晶层提供偏置电场。
例如，在本公开一实施例提供的液晶移相器中，所述液晶移相器为反射型空间馈电移相器。
本公开至少一个实施例还提供一种电子装置，包括本公开任一实施例所述的液晶移相器。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本公开的一些实施例，而非对本公开的限制。
图1为本公开一实施例提供的一种液晶移相器的第二基板的仰视示意图；
图2为如图1所示的液晶移相器的俯视透视示意图；
图3为如图2所示的液晶移相器沿A-A'方向的剖面示意图；
图4为本公开一实施例提供的另一种液晶移相器的剖面示意图；
图5为本公开一实施例提供的另一种液晶移相器的第二基板的仰视示意图；
图6为如图1至图3所示的液晶移相器的移相性能仿真曲线；以及
图7为本公开一实施例提供的一种电子装置的示意框图。
具体实施方式
为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例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公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
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公开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。同样，“一个”、“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“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。
移相器根据信号输入输出的方式不同可分为空间馈电移相器和强制馈电移相器两种。空间馈电移相器是指，电磁波经过信号源输出后通过空间辐射进入移相器，(以透射或者反射的形式)通过移相器后，再以空间辐射的方式输出，并最终被电磁波接收器接收。强制馈电移相器是指，电磁波由信号源输出口通过专用的金属或介质微波传输结构(例如微带线、同轴线、波导等)进入移相器，通过移相器后，再通过专用的金属或者介质微波传输结构输出至电磁波接收器。
通常而言，在微波频率的高频段以及太赫兹波段，为了降低损耗，一般采用空间馈电移相器。除此之外，对于某些具体的应用场景，比如基于可调反射面或者可调电透镜的电控扫描天线，无论是微波低频段还是高频段，都需要采用空间馈电方式的移相器。因此，空间馈电移相器对于电控扫描天线技术，尤其是对于微波频率的高频段以及太赫兹波段的电控扫描天线技术具有重要意义。
空间馈电移相器可以采用液晶材料，并且根据电磁波的传输路径不同而分为透射型(电磁波穿透移相器)和反射型(电磁波经移相器移相后原路返回)。针对空间馈电液晶移相器，目前主要有两种设计方法。一种是将液晶材料直接设置在两个具有良好透波性的平板电极之间，通过偏置电压改变液晶的介电常数和相移常数，从而使通过该移相器的电磁波的相位发生变化。这类空间馈电液晶移相器通常具有响应时间长、响应速度慢的缺点。另一种设计方法是，设计特殊的金属电极结构，通过引入电磁谐振，从而让同样厚度的液晶层具备更强的移相能力，以解决移相量和响应速度之间的矛盾。但是，为了实现谐振，通常会破坏微波、太赫兹信号的极化特性，尤其当入射微波、太赫兹信号是圆极化波时，目前的空间馈电液晶移相器无法正常工作。
本公开至少一实施例提供一种液晶移相器及电子装置，通过设计具有双向对称特性的液晶复合谐振结构，可以保持入射电磁波的圆极化特性。该液晶移相器支持圆极化波，移相量大，响应速度快，且结构简单，易于高精度加工。
下面，将参考附图详细地说明本公开的实施例。应当注意的是，不同的附图中相同的附图标记将用于指代已描述的相同的元件。
本公开至少一实施例提供一种液晶移相器，该液晶移相器包括相对设置的第一基板和第二基板、液晶层、第一电极以及第二电极。液晶层设置在所述第一基板和所述第二基板之间。第一电极设置在所述第一基板上。第二电极设置在所述第二基板上。所述第二电极包括连接部和多个同心圆环结构，至少一个所述圆环结构包括多个凸起部分，至少另一个所述圆环结构包括多个凹槽部分，所述连接部与所述多个同心圆环结构中的每个圆环结构均电连接。
图1为本公开一实施例提供的一种液晶移相器的第二基板的仰视示意图，图2为如图1所示的液晶移相器的俯视透视示意图，图3为如图2所示的液晶移相器沿A-A'方向的剖面示意图。参考图1至图3，该液晶移相器包括第一基板110、第二基板120、液晶层130、第一电极140和第二电极150。
第一基板110和第二基板120相对设置，起支撑、保护、绝缘等作用，还可以进一步用于避免电磁波外泄以减小液晶移相器的辐射损耗。例如，第一基板110和第二基板120可以为印制电路板(Printed Circuit Board，PCB)，因此该液晶移相器可以采用PCB工艺进行加工，降低了生产成本。印制电路板例如可以采用塑料基板、陶瓷基板等。例如，第一基板110和第二基板120可以采用罗杰斯高频板材，材料为聚四氟乙烯。当然，本公开的实施例不限于此，第一基板110和第二基板120可以采用任意适用的材料。
液晶层130设置在第一基板110和第二基板120之间。例如，液晶层130采用各向异性大的单一液晶材料，例如向列液晶等，也可以采用混合液晶材料(混晶)，只要其能够作为调控介质即可，对此本公开的实施例不作限定。液晶层130的厚度(即第一基板110和第二基板120形成的液晶盒的盒厚)可以根据实际需求而定，例如，根据响应时间和移相量而定。
第一电极140设置在第一基板110上。例如，第一电极140为金属层，且至少部分覆盖第一基板110靠近第二基板120的表面。例如，第一电极140可以作为接地层与另行提供的信号地(Ground)连接，以便于对液晶层130施加偏置电压。第一电极140还起反射作用，以将平行于y方向入射的电磁波反射，并使电磁波原路返回。
本公开的实施例中，图1至图3中所示的x、y、z三个方向为笛卡尔坐标系中相互垂直的三个方向，这三个方向可以为地面参考系中相互垂直的任意方向，例如，其中z方向为垂直于地面的方向，然而本公开的实施例对此不作限制，可根据需要对坐标系进行变换。例如，使电磁波从垂直于第一基板110的方向(即平行于y方向)入射到该液晶移相器中，第一电极140将该电磁波反射，并沿垂直于第一基板110的方向原路返回。第一电极140可以采用铜、铝、金、银或其合金，也可以采用其他适用的金属材料。
第二电极150设置在第二基板120上。第二电极150包括连接部160和多个同心圆环结构151-153，且设置在第二基板120靠近第一基板110的表面上。至少一个圆环结构包括多个凸起部分1511，至少另一个圆环结构包括多个凹槽部分1521，连接部160与多个同心圆环结构151-153中的每个圆环结构均电连接。同样，第二电极150可以采用铜、铝、金、银或其合金，也可以采用其他适用的金属材料，例如可以采用蚀刻工艺形成，具体形成步骤这里不再详述。
例如，在该实施例中，多个同心圆环结构151-153包括第一圆环结构151，第一圆环结构151包括多个凸起部分1511，凸起部分1511沿第一圆环结构151的径向凸出。例如，多个凸起部分1511沿第一圆环结构151的圆周等间距分布。多个凸起部分1511的形状、尺寸均相同。例如，在一个示例中，多个凸起部分1511为4个，则相邻的两个凸起部分1511沿第一圆环结构151的圆周方向的距离为圆周长的1/4(即彼此间隔90度)。例如，凸起部分1511的形状(即凸出于圆环结构的部分的轮廓)为矩形，该矩形在第一圆环结构151的切向(切点为该凸起部分对应圆弧的中点)上的宽度L1小于第一圆环结构151沿径向的宽度S1的约4倍，例如可以选择为1.0、2.0、3.0倍等。将凸起部分1511制作为矩形，可以提高位置精度，并简化制作工艺。当然，本公开的实施例不限于此，凸起部分1511也可以为其他适用的形状，例如半圆弧、半椭圆弧等，只需满足位置和尺寸要求即可。
例如，多个同心圆环结构151-153还包括第二圆环结构152，第二圆环结构152包括多个凹槽部分1521，凹槽部分1521沿第二圆环结构152的径向凹陷。例如，多个凹槽部分1521沿第二圆环结构152的圆周等间距分布。多个凹槽部分1521的尺寸、形状均相同。例如，在一个示例中，多个凹槽部分1521为4个，则相邻的两个凹槽部分1521沿第二圆环结构152的圆周方向的距离为圆周长的1/4(即彼此间隔90度)。例如，凹槽部分1521的形状为矩形(即凹入于圆环结构的部分的轮廓)，该矩形在第二圆环结构152的切向(切点为该凹槽部分对应圆弧的中点)上的宽度L2小于第二圆环结构152沿径向的宽度S2的约1.5倍，例如可以选择为0.5、0.8、1.0、1.2倍等。将凹槽部分1521制作为矩形，可以提高位置精度，并简化制作工艺。当然，本公开的实施例不限于此，凹槽部分1521也可以为其他适用的形状，例如半圆弧、半椭圆弧等，只需满足位置和尺寸要求即可。
例如，多个凹槽部分1521与多个凸起部分1511相互交错，且每一个凹槽部分1521与相邻的两个凸起部分1511的距离相等。当凹槽部分1521和凸起部分1511均为4个时，凹槽部分1521与第二圆环结构152的圆心的连线和相邻的凸起部分1511与第一圆环结构151的圆心的连线的夹角为45度。
例如，多个同心圆环结构151-153还包括第三圆环结构153，第三圆环结构153位于第一圆环结构151和第二圆环结构152内。例如，第三圆环结构153的周长小于目标电磁波在介质层中传播时波长的约1.5倍，且大于目标电磁波在介质层中传播时波长的约0.2倍，例如可以选择为0.5、0.8、1.0、1.2倍等。例如，介质层包括第一基板110、第二基板120和液晶层130。本公开的实施例中，目标电磁波是指该液晶移相器工作时的入射电磁波。例如，目标电磁波在介质层中传播时的波长是该目标电磁波在麦克斯韦方程和边界条件约束下的一个统一的值。
例如，多个同心圆环结构151-153中位于外侧的圆环结构(例如，第一圆环结构151)的周长小于目标电磁波在介质层中传播时波长的约3倍，且大于目标电磁波在介质层中传播时的波长，例如可以选择为1.5、1.8、2.0、2.5倍等。多个同心圆环结构151-153中位于中间的圆环结构(例如，第二圆环结构152)的周长小于外侧的圆环结构的周长，且大于第三圆环结构153的周长。
在该示例中，多个同心圆环结构151-153包括三个圆环结构，第一圆环结构151为外侧的圆环结构，第二圆环结构152为中间的圆环结构。凸起部分1511向靠近第二圆环结构152的方向凸出，凹槽部分1521向远离第一圆环结构151的方向凹陷，即凸起部分1511向第一圆环结构151的圆心凸出，凹槽部分1521向第二圆环结构152的圆心凹陷，第一圆环结构151和第二圆环结构152的圆心重合。需要说明的是，本公开的实施例不限于此，第一圆环结构151和第二圆环结构152的位置可以互换，即在另一个示例中，第一圆环结构151可以为中间的圆环结构，而第二圆环结构152可以为外侧的圆环结构。此时，凸起部分1511仍然向靠近第二圆环结构152的方向凸出，凹槽部分1521仍然向远离第一圆环结构151的方向凹陷，即凸起部分1511向远离第一圆环结构151圆心的方向凸出，凹槽部分1521向远离第二圆环结构152圆心的方向凹陷。
上述多个同心圆环结构151-153构成了复合谐振结构，且该复合谐振结构在x方向和z方向上均对称。该液晶移相器工作时，不仅每一个圆环结构单独发生谐振，三个圆环结构之间还存在电磁耦合，以产生更强的色散效应，通过与液晶层130相互配合，从而利用较薄的液晶层130就可以实现对入射电磁波的大范围移相，响应速度快。该复合谐振结构具有双向对称特性，可以保持入射电磁波的圆极化特性，从而使该液晶移相器支持圆极化波。凸起部分1511和凹槽部分1521用于在保证结构对称的条件下对三个圆环结构之间的电磁耦合进行调整和优化，以达到需要的带宽和相移特性。需要说明的是，本公开的各实施例中，三个圆环结构之间的间距不受限制，可以根据实际需求而定，例如根据需要的带宽和移相特性而定。
例如，连接部160包括多条电导线161-162，用于使多个同心圆环结构151-153保持电气连接，以便于在另行设置的偏置电压源的作用下向液晶层130施加偏置电压。多条电导线161-162沿圆环结构的径向延伸且彼此交叉，电导线161-162与多个同心圆环结构151-153中的每个圆环结构均电连接。多条电导线161-162可以与同心圆环结构151-153同层设置，也可以设置在不同层上，例如位于印制电路板中。例如，在一个示例中，多条电导线161-162包括2条彼此垂直的电导线，即第一电导线161和第二电导线162。第一电导线161和第二电导线162彼此交叉，交叉点位于第一圆环结构151的圆心处。例如，第一电导线161和第二电导线162的两端均与凸起部分1511连接。电导线161-162可以采用铜、铝、金、银或其合金，也可以采用其他适用的金属材料。例如，电导线161-162的宽度小于10微米，以减小对电磁波的干扰。
例如，第二电极150沿垂直于第一基板110的方向在第一基板110上的投影位于第一电极140的金属层内。这样可以确保位于第一电极140和第二电极150之间的液晶材料在偏置电压的作用下偏转，并且保证该金属层将入射电磁波完全反射，以减小损耗。例如，第一电极140的金属层可以完全覆盖第一基板110，也可以部分覆盖第一基板110，这可以根据实际需求而定，只需保证第二电极150的投影位于该金属层内即可。
例如，在一个示例中，该液晶移相器还包括第一配向层171和第二配向层172。第一配向层171和第二配向层172分别设置在第一基板110和第二基板120彼此相对的表面上。液晶层130位于第一配向层171和第二配向层172之间。第一配向层171和第二配向层172用于控制液晶分子的预置偏转方向(例如，在x-z平面内的偏转方向)，例如可以采用聚酰亚胺(Polyimide，PI)等有机材料来形成，并且可以采用摩擦、光照等方式进行加工、处理以获得配向特性。当然，本公开的实施例不限于此，也可以采用其他部件或装置控制液晶分子的预置偏转方向。例如，在其他示例中，通过另行设置的配向电极和偏置电压源来控制液晶分子的预置偏转方向，从而可以省略第一配向层171和第二配向层172。
例如，在一个示例中，该液晶移相器还包括封装结构180。封装结构180设置在第一基板110和第二基板120之间，且包围液晶层130。封装结构180例如可以采用边框胶(sealant)，用于防止液晶泄露，且起到支撑液晶盒结构、加强盒厚等作用。边框胶的主要成分为树脂，根据需要还可以包括添加剂，例如热固化单体等。当然，本公开的实施例不限于此，也可以采用其他适用的方式来防止液晶泄露并支撑液晶盒结构。例如，在其他示例中，第一基板110为盒状结构，将第一电极140、第一配向层171、液晶层130、第二配向层172和第二电极150等结构设置在该盒状结构的底部区域，第二基板120与该盒状结构四周的侧边接触并连接，以将液晶层130封装在第一基板110和第二基板120组成的空腔内，从而可以省略封装结构180。
该液晶移相器为反射型空间馈电移相器，具体工作方式如下。电磁波由例如另行设置的信号源输出后通过空间辐射的方式沿垂直于第一基板110的方向(平行于y方向)从第二基板120进入该液晶移相器，电磁波的相位在该液晶移相器中发生延迟，具体的移相量由施加至第一电极140和第二电极150的偏置电压决定。电磁波被第一电极140反射，从而穿过第二基板120回到自由空间，以空间辐射的方式输出，并最终被电磁波接收器接收。该液晶移相器支持圆极化波，移相量大，响应速度快，且结构简单，易于高精度加工。
图4为本公开一实施例提供的另一种液晶移相器的剖面示意图。参考图4，除了还进一步包括偏置电压源190外，该实施例的液晶移相器与图3中描述的液晶移相器基本上相同。该偏置电压源190可以为直流电源；或者，该偏置电压源190为控制芯片(图中未示出)的电压输出端，并且可以根据控制信号改变输出电压的大小等。在该实施例中，第一电极140和第二电极150配置为连接偏置电压源190以对液晶层130提供偏置电场。例如，该偏置电场的方向与y方向平行。例如，第一电极140和第二电极150可以通过另行设置的电导线与偏置电压源190电连接。通过控制偏置电压源190的输出电压，能够使液晶层130中的液晶分子偏转，在第一配向层171和第二配向层172的共同作用下，可以改变电磁波在液晶移相器中传播时的有效相移常数，最终实现对输出电磁波的相位的控制。偏置电压源190的设置位置不受限制，可以与液晶盒结构连接为一体或者分离设置，这可以根据该液晶移相器的具体结构和尺寸而定。
图5为本公开一实施例提供的另一种液晶移相器的第二基板的仰视示意图。参考图5，除了第一圆环结构151和第二圆环结构152的设置方式外，该实施例的液晶移相器与图1中描述的液晶移相器基本上相同。在该实施例中，多个同心圆环结构151-153包括第一圆环结构151、第二圆环结构152和第三圆环结构153。第二圆环结构152位于外侧，第一圆环结构151位于第二圆环结构152和第三圆环结构153之间。第一圆环结构151上的凸起部分1511向靠近第二圆环结构152的方向凸出，第二圆环结构152上的凹槽部分1521向远离第一圆环结构151的方向凹陷。
例如，第二圆环结构152的周长小于目标电磁波在介质层中传播时波长的约3倍，且大于目标电磁波在介质层中传播时的波长，例如可以选择为1.5、1.8、2.0、2.5倍等。第一圆环结构151的周长小于第二圆环结构152的周长，且大于第三圆环结构153的周长。例如，第一电导线161和第二电导线162的两端均与凹槽部分1521连接。与图1中所示的液晶移相器相比，该实施例的液晶移相器中，第一圆环结构151和第二圆环结构152的设置位置彼此交换，这种方式可以使该液晶移相器适用于多种工艺顺序。
图6为如图1至图3所示的液晶移相器的移相性能仿真曲线，图中示出了液晶分子在水平指向(与y方向垂直)和垂直指向(与y方向平行)两种情形下，该液晶移相器输出的电磁波的频率-相位曲线。具有三角形标记的曲线为液晶分子水平指向时该液晶移相器输出的电磁波的频率-相位曲线，具有圆形标记的曲线为液晶分子垂直指向时该液晶移相器输出的电磁波的频率-相位曲线。
仿真中所用到的各种结构的参数如下。该液晶移相器为图1至图3中描述的液晶移相器的一个具体示例。第一圆环结构151的半径为0.53毫米(内侧半径，下同)，沿径向的宽度S1为0.08毫米。第二圆环结构152的半径为0.4毫米，沿径向的宽度S2为0.05毫米。第三圆环结构153的半径为0.15毫米，沿径向的宽度为0.08毫米。凸起部分1511的宽度L1为0.01毫米，与L1垂直的边长为0.015毫米。凹槽部分1521的宽度L2为0.01毫米，与L2垂直的边长为0.005毫米。液晶层130采用向列液晶，厚度为0.1毫米，液晶分子水平指向时在x、y、z三个方向的介电常数分别为[3.3,2.5,2.5]，液晶分子垂直指向时在x、y、z三个方向的介电常数分别为[2.5,3.3,2.5]。第一基板110和第二基板120的介电常数均为3.8，厚度均为0.3毫米。
参考图6，当电磁波的频率为138.96GHz时，在液晶分子水平指向时，该液晶移相器输出的电磁波的相位为-403.7450度；液晶分子变为垂直指向后，该液晶移相器输出的电磁波的相位为-670.44742度。由此可知，当液晶分子由水平指向变为垂直指向后，该液晶移相器输出的电磁波的相位变化了约267度，表明该液晶移相器的移相量大，移相能力强。例如，可以通过控制施加至第一电极140和第二电极150的偏置电压的大小来控制液晶分子的偏转角度，从而控制该液晶移相器的移相量，偏置电压与偏转角度的具体对应关系可通过理论计算或实际测试得到。从图6中可以看出，该液晶移相器可在132GHz至146GHz的频段内稳定工作，因此具备宽频工作能力。该液晶移相器的中心工作频率为138.96GHz，通过调整该液晶移相器的各个参数，可以改变中心工作频率，以适应多种工作频段的需求。
需要说明的是，在仿真模型中，只设定了第二电极150正下方的液晶材料的介电常数会在偏置电压的作用下发生变化，而位于其他位置的液晶材料的介电常数保持不变。这种数值模拟方法实际上是对该液晶移相器性能的保守计算，也就是说，该液晶移相器的实际测试结果会比数值模拟结果更好。
本公开至少一实施例还提供一种电子装置，包括本公开任一实施例所述的液晶移相器。该电子装置支持圆极化波，移相量大，响应速度快，且结构简单，易于高精度加工。
图7为本公开一实施例提供的一种电子装置的示意框图。参考图7，电子装置20包括液晶移相器10。液晶移相器10为本公开任一实施例提供的液晶移相器。电子装置20可以是电控扫描天线、雷达系统、加速器、通信基站、功率分配器等任何包含液晶移相器的装置，本公开的实施例对此不作限制。电子装置20还可以包括更多的部件，各个部件与液晶移相器10之间的连接关系不受限制。
有以下几点需要说明：
(1)本公开实施例附图只涉及到本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计。
(2)在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。
以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，本公开的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (22)

1.一种液晶移相器，包括：
相对设置的第一基板和第二基板；
液晶层，设置在所述第一基板和所述第二基板之间；
第一电极，设置在所述第一基板上；
第二电极，设置在所述第二基板上；
其中，所述第二电极包括连接部和多个同心圆环结构，至少一个所述圆环结构包括多个凸起部分，至少另一个所述圆环结构包括多个凹槽部分，所述连接部与所述多个同心圆环结构中的每个圆环结构均电连接。
2.根据权利要求1所述的液晶移相器，其中，所述多个同心圆环结构包括第一圆环结构，所述第一圆环结构包括多个凸起部分，所述凸起部分沿所述第一圆环结构的径向凸出。
3.根据权利要求2所述的液晶移相器，其中，所述多个凸起部分沿所述第一圆环结构的圆周等间距分布。
4.根据权利要求2所述的液晶移相器，其中，所述凸起部分的形状为矩形，所述矩形在所述第一圆环结构的切向上的宽度比所述第一圆环结构沿径向的宽度的4倍小。
5.根据权利要求2所述的液晶移相器，其中，所述多个凸起部分为4个。
6.根据权利要求2-5任一所述的液晶移相器，其中，所述多个同心圆环结构还包括第二圆环结构，所述第二圆环结构包括多个凹槽部分，所述凹槽部分沿所述第二圆环结构的径向凹陷。
7.根据权利要求6所述的液晶移相器，其中，所述多个凹槽部分沿所述第二圆环结构的圆周等间距分布。
8.根据权利要求6所述的液晶移相器，其中，所述凹槽部分的形状为矩形，所述矩形在所述第二圆环结构的切向上的宽度比所述第二圆环结构沿径向的宽度的1.5倍小。
9.根据权利要求6所述的液晶移相器，其中，所述多个凹槽部分为4个。
10.根据权利要求6所述的液晶移相器，其中，所述多个凹槽部分与所述多个凸起部分相互交错，且每一个所述凹槽部分与相邻的两个凸起部分的距离相等。
11.根据权利要求6所述的液晶移相器，其中，所述凸起部分向靠近所述第二圆环结构的方向凸出，所述凹槽部分向远离所述第一圆环结构的方向凹陷。
12.根据权利要求11所述的液晶移相器，其中，所述多个同心圆环结构还包括第三圆环结构，所述第三圆环结构位于所述第一圆环结构和所述第二圆环结构内。
13.根据权利要求12所述的液晶移相器，其中，所述第三圆环结构的周长比目标电磁波在介质层中传播时波长的1.5倍小，且比目标电磁波在所述介质层中传播时波长的0.2倍大，所述介质层包括所述第一基板、所述第二基板和所述液晶层。
14.根据权利要求1所述的液晶移相器，其中，所述多个同心圆环结构中位于外侧的圆环结构的周长比目标电磁波在介质层中传播时波长的3倍小，且比目标电磁波在所述介质层中传播时的波长大，所述介质层包括所述第一基板、所述第二基板和所述液晶层。
15.根据权利要求1所述的液晶移相器，其中，所述连接部包括多条电导线，所述多条电导线沿所述圆环结构的径向延伸且彼此交叉，所述电导线与所述多个同心圆环结构中的每个圆环结构均电连接。
16.根据权利要求15所述的液晶移相器，其中，所述电导线的两端均与所述凸起部分连接。
17.根据权利要求15所述的液晶移相器，其中，所述多条电导线包括2条彼此垂直的电导线。
18.根据权利要求1所述的液晶移相器，其中，所述第一电极为金属层，所述第二电极沿垂直于所述第一基板的方向在所述第一基板上的投影位于所述金属层内。
19.根据权利要求1所述的液晶移相器，还包括第一配向层和第二配向层，
其中，所述第一配向层和所述第二配向层分别设置在所述第一基板和所述第二基板彼此相对的表面上。
20.根据权利要求1所述的液晶移相器，还包括偏置电压源，其中，所述第一电极和所述第二电极配置为连接所述偏置电压源以对所述液晶层提供偏置电场。
21.根据权利要求1或18所述的液晶移相器，其中，所述液晶移相器为反射型空间馈电移相器。
22.一种电子装置，包括如权利要求1-21任一所述的液晶移相器。
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