CN110649356A - 功率分配网络、液晶天线和通信设备 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例提供了一种功率分配网络、包括该功率分配网络的液晶天线，以及包括该液晶天线的通信设备。该功率分配网络被配置成使用在液晶天线中，并且包括多个级联的功率分配器。每一个功率分配器包括第一微带线、传输介质区和参考电极，其中传输介质区中的传输介质的介质损耗角的正切值小于液晶天线中的液晶的介质损耗角的正切值。

Description

功率分配网络、液晶天线和通信设备

技术领域

本发明一般涉及通信技术领域。更具体地，本发明涉及一种功率分配网络、包括该功率分配网络的液晶天线，以及采用该液晶天线的通信设备。

背景技术

在典型的液晶阵列天线系统中，功率分配网络通过一分二的功率分配器级联方式将输入功率平均分配给多路输出端口。通常要求功率分配网络在不对其他结构的连续性造成破坏或者是造成较小的影响下，完成对阵元馈电。功率分配器按照结构的不同可以划分成微带结构功率分配器和腔体功率分配器两类。在液晶阵列天线中，通常采用微带结构功率分配器。与腔体功率分配器相比，微带结构功率分配器的隔离度较大，并且集成度较高，但是插入损耗较大。因此，在本领域中存在对于适用于高效率的液晶天线的低损耗功率分配网络的需要。

发明内容

有鉴于此，本发明的一方面提供了一种功率分配网络，所述功率分配网络被配置成使用在液晶天线中，并且包括：多个级联的功率分配器，每一个功率分配器包括第一微带线、传输介质区和参考电极，其中所述传输介质区中的传输介质的介质损耗角的正切值小于所述液晶天线中的液晶的介质损耗角的正切值。

根据本发明的一些实施例，第一微带线包括多个不同阻抗的微带线，并且每一个功率分配器还包括电耦接在不同阻抗的第一微带线之间的第一阻抗变换器。

根据本发明的一些实施例，传输介质区中的传输介质为空气。

根据本发明的一些实施例，第一微带线的宽度满足下式：

其中，

表示第一微带线的特征阻抗，

表示传输介质区中的传输介质的有效介电常数，

表示传输介质区中的传输介质的磁导率，

表示第一微带线的宽度，

表示传输介质区的厚度。

本发明的另一方面提供了一种液晶天线。该液晶天线包括相对设置的第一基板和第二基板；设置在第一基板远离第二基板的一侧的多个辐射元件；上述任一种功率分配网络，功率分配网络配置成向所述多个辐射元件馈送电磁信号；以及移相器。移相器包括：设置在第一基板与第二基板之间的多个液晶区，设置在第一基板与所述多个液晶区之间的参考电极，以及设置在第二基板与所述多个液晶区之间的第二微带线。所述多个液晶区与所述多个辐射元件一一对应，并且每一个辐射元件与对应的液晶区在第二基板上的正投影至少部分重叠。每一个功率分配器的传输介质区设置在相邻液晶区之间，每一个功率分配器的参考电极设置在第一基板与传输介质区之间，并且每一个功率分配器的第一微带线设置在第二基板与传输介质区之间。每一个功率分配器的传输介质区中的传输介质的介质损耗角的正切值小于液晶区中的液晶的介质损耗角的正切值。

根据本发明的一些实施例，传输介质区与相邻的液晶区通过挡墙分离。

根据本发明的一些实施例，挡墙由封框胶制成。

根据本发明的一些实施例，上述液晶天线还包括电耦接在相邻的第一微带线和第二微带线之间的第二阻抗变换器。

根据本发明的一些实施例，第二微带线的宽度满足下式：

其中，

表示第二微带线的特征阻抗，表示液晶区中的液晶的有效介电常数，

表示液晶区中的液晶的磁导率，表示第一微带线的宽度，

表示液晶区的厚度。

本发明的另一方面提供了一种通信设备，该通信设备采用上述任一种液晶天线。

应理解，以上的一般描述和下文的细节描述仅是示例性和解释性的，并非旨在以任何方式限制本发明。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例。应当指出的是，附图中所示的尺寸仅仅是示意性的，其不意图以任何方式限制本发明。

图1示意性地图示了常规的液晶天线的顶视图。

图2示意性地图示了包括根据本发明的一个实施例的功率分配网络的液晶天线的顶视图。

图3示意性地图示了沿图2中的A-A'方向的液晶天线的截面视图。

图4示意性地图示了沿图2中的B-B'方向的液晶天线的截面视图。

图5示出微带线在液晶中的传输损耗的仿真结果。

图6示出微带线在空气中的传输损耗的仿真结果。

通过上述附图，已示出本发明明确的实施例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本发明构思的范围，而是通过参考特定实施例为本领域普通技术人员说明本发明的概念。

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，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步地详细描述。

图1示意性地图示了常规的液晶天线的顶视图。如图1所示，该液晶天线100包括多个辐射元件101，以及功率分配网络和移相器。功率分配网络包括多个级联的功率分配器104，每一个功率分配器104包括微带线105、105'，以及通过封框胶102围封的液晶区103的相应部分。功率分配网络配置成向各个辐射元件101馈送电磁信号。

在示例性实施例中，进一步地，为了防止传输中的能量损失，当功率分配器104包括不同阻抗的微带线105和105'时，如图1所示，功率分配器104还包括电耦接在不同阻抗的微带线105与105'之间的阻抗变换器106，以便匹配微带线105和105'的特征阻抗。

另外，如本领域技术人员将理解到的，液晶天线100还应当包括使其能够正常工作的其它元件，诸如与微带线105、105'形成电场以调节液晶分子取向的参考电极、向微带线105、105'提供低频电压信号以相应地控制液晶分子取向的控制器等。

在如图1所示的液晶天线100中，参考电极、微带线107和液晶区103实现移相器的功能。在液晶天线100中，功率分配网络将电磁信号等幅同相地馈入到各个辐射元件101，移相器通过改变液晶的介电常数来改变所馈入的电磁信号的相位，并且经相位改变的电磁信号通过辐射元件101进行发射。通过经由微带线107和参考电极向每一个辐射元件101所对应的液晶分子施加不同的电压，液晶分子将出现不同程度的偏转，从而使得所馈入的电磁信号的相位发生不同的变化。

然而，本发明的发明人认识到，在如图1所示的液晶天线中，需要通过液晶来实现移相功能，因此电磁信号在液晶中的损耗不可避免。但是，功率分配器仅用于等幅同相地传输电磁信号，而不需要移相功能，因此在如图1所示的液晶天线100中，使用传输损耗较大的液晶作为传输介质徒增液晶天线的传输介质损耗。

有鉴于此，本发明的实施例提供了一种功率分配网络。图2示意性地图示了包括根据本发明的一个实施例的功率分配网络的液晶天线200的顶视图，图3示意性地图示了沿图2中的A-A'方向的液晶天线200的截面视图，并且图4示意性地图示了沿图2中的B-B'方向的液晶天线200的截面视图。如图2-图4所示，液晶天线200包括相对设置的第一基板201和第二基板202。多个辐射元件203设置在第一基板201远离第二基板202的一侧上。液晶天线200包括功率分配网络，该功率分配网络配置成向该多个辐射元件203馈送电磁信号。功率分配网络包括多个级联的功率分配器205。每一个功率分配器205包括传输介质区208、设置在第二基板202与传输介质区208之间的第一微带线211，以及设置在第一基板201与传输介质区208之间的参考电极206。如图2所示，该多个功率分配器205的传输介质区208彼此连续。进一步地，液晶天线200包括移相器。该移相器包括设置在第一基板201与第二基板202之间的多个液晶区204、设置在第一基板201与该多个液晶区204之间的参考电极206，以及设置在第二基板202与该多个液晶区204之间的第二微带线207。第二微带线207配置成与参考电极206配合以控制每一个液晶区204中的液晶分子取向。

特别地，该多个液晶区204与该多个辐射元件203一一对应，每一个辐射元件203与对应的液晶区204在第二基板202上的正投影至少部分重叠，并且传输介质区208设置在相邻的液晶区204之间，如图3和图4所示。而且，每一个功率分配器205的传输介质区208中的传输介质的介质损耗角的正切值小于液晶区204中的液晶的介质损耗角的正切值。

应当指出的是，尽管图2示意性地图示了一个2*2的液晶阵列天线，但是本发明的概念不限于此，而是可以适用于包括任何数目的阵元的液晶天线。进一步地，本发明的概念不仅适用于液晶微带天线，也适用于收发一体的液晶相控阵天线。

在本发明的上述实施例中，在需要实现移相器功能的区域内提供液晶区，以保证移相器的大角度移相功能，而在其它区域，功率分配网络采用不同于液晶的另一传输介质，该传输介质的介质损耗角小于液晶的介质损耗角。如本文所使用的，术语“介质损耗角”又称为介电相位角，其为交流电压下电介质中的有功率分配量和无功率分配量的比值，并且反映电介质内单位体积中能量损耗的大小。相比于如图1所示的液晶天线100，通过将除需要实现移相器功能的区域之外的区域中的传输介质更换为介质损耗角更小（即单位体积中能量损耗更小）的传输介质，该液晶天线200的功率分配网络可以在保证将输入信号等幅同相地平均分配到各个阵元的前提下，大幅降低功率分配网络中由液晶产生的传输损耗。

在示例性实施例中，如图2和图4所示，第一微带线211包括多个不同阻抗的微带线211和211'，并且每一个功率分配器205还包括电耦接在不同阻抗的第一微带线211和211'之间的第一阻抗变换器209。当负载阻抗和微带线特征阻抗不等或两段特征阻抗不同的微带线相连接时，所传输的信号会产生反射，进而产生传输损耗，因此可以在需要匹配阻抗的负载与微带线或两段微带线之间使用阻抗变换器来达到阻抗匹配，从而减少传输损耗。因此，如本文所使用的，术语“阻抗变换器”又可以称为阻抗匹配器。在如图2所示的2*2液晶阵列天线中，通过一分二的功率分配器级联方式将输入信号等幅同相地传输至各个阵元。在每一个分支点上，设置一个第一阻抗变换器209，以实现功率分配网络的阻抗匹配。

在一些示例实施例中，传输介质区208中的传输介质为空气。换言之，传输介质区208填充有空气。以此方式，可以简化液晶天线的制作工艺，降低液晶天线的制作成本。

可选地，如图2所示，传输介质区208与相邻的液晶区204可以通过挡墙210分离。在示例性实施例中，挡墙210可以由封框胶制成。例如，在制作过程中，通过封框胶对阵列天线内部的不同传输介质区进行隔离区分，在需要实现移相器功能的区域中滴注液晶，从而保证移相器的大角度移相功能。

特别地，在示例性实施例中，第一微带线的宽度可以满足下式：

其中，

表示第一微带线的特征阻抗，表示传输介质区208中的传输介质的有效介电常数，表示传输介质区208中的传输介质的磁导率，

表示第一微带线的宽度，表示传输介质区208的厚度。

类似地，在示例性实施例中，第二微带线207的宽度可以满足下式：

其中，

表示第二微带线207的特征阻抗，

表示液晶区204中的液晶的有效介电常数，

表示液晶区204中的液晶的磁导率，

表示第二微带线207的宽度，表示液晶区204的厚度。

在示例性实施例中，如图3和4所示，液晶天线200还可以可选地包括位于液晶区204与第二基板202之间的第一取向层212，以及位于液晶区204与第一基板201之间的第二取向层213。第一取向层212和第二取向层213相互配合以设定液晶区204的初始取向。

图5和图6分别示出微带线采用液晶和空气作为传输介质时的传输损耗的仿真结果。由于功率分配网络主要由微带线组成，不同功率分配网络的区别主要在于微带线的长度不同，而微带线的传输损耗又与其长度呈线性关系，因此，通过固定长度的微带线的损耗可推测包括其它不同长度的微带线的功率分配网络的损耗。对比图5和图6可知，在相同的功率分配网络结构下，微带线在这两种不同传输介质的传输损耗差异较明显。例如，如图5和图6所示，在12.5GHz频率处，空气传输介质相比于液晶传输介质，传输损耗降低了2.2111dB，因而将部分液晶变换成空气将大大提升微带线的传输效率。

转向图4，由于传输介质的改变，因此在不同的传输介质、相同的厚度和特征阻抗的前提下，第一微带线211和第二微带线207的宽度不同。为了降低传输损耗，可以在第一微带线211与第二微带线207的连接处添加第二阻抗变换器215。第二阻抗变换器215在挡墙210处起始，并且其长度和线宽由挡墙210（特别地，封框胶）的介电常数决定。也就是说，不同类型的挡墙210对应不同长度和宽度的第二阻抗变换器215。

进一步地，本发明的实施例还提供了一种通信设备，该通信设备采用上述任一种液晶天线。

在这样的通信设备中，在需要实现移相器功能的区域内提供液晶区，以保证移相器的大角度移相功能，而在其它区域，功率分配网络采用不同于液晶的另一传输介质，该传输介质的介质损耗角小于液晶的介质损耗角。通过将除需要实现移相器功能的区域之外的区域中的传输介质更换为介质损耗角更小（即单位体积中能量损耗更小）的传输介质，通信设备中的液晶天线的功率分配网络可以在保证将输入信号等幅同相地平均分配到各个阵元的前提下，大幅降低功率分配网络中由液晶产生的传输损耗。

除非另外定义，否则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普通技术人员所理解的通常意义。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“耦接”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。需要注意的是，在不冲突的前提下，上述实施例中的特征可以任意组合使用。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何本领域普通技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种功率分配网络，所述功率分配网络被配置成使用在液晶天线中，并且包括：

多个级联的功率分配器，每一个功率分配器包括第一微带线、传输介质区和参考电极，其中所述传输介质区中的传输介质的介质损耗角的正切值小于所述液晶天线中的液晶的介质损耗角的正切值。

2.根据权利要求1所述的功率分配网络，其中，第一微带线包括多个不同阻抗的微带线，并且每一个功率分配器还包括电耦接在不同阻抗的第一微带线之间的第一阻抗变换器。

3.根据权利要求1所述的功率分配网络，其中，所述传输介质区中的传输介质为空气。

4.根据权利要求1所述的功率分配网络，其中，所述第一微带线的宽度满足下式：

其中，表示第一微带线的特征阻抗，

表示传输介质区中的传输介质的有效介电常数，表示传输介质区中的传输介质的磁导率，

表示第一微带线的宽度，

表示传输介质区的厚度。

5.一种液晶天线，包括：

相对设置的第一基板和第二基板；

设置在第一基板远离第二基板的一侧的多个辐射元件；

根据权利要求1-4中任一项所述的功率分配网络，功率分配网络配置成向所述多个辐射元件馈送电磁信号；以及

移相器，所述移相器包括：

设置在第一基板与第二基板之间的多个液晶区；

设置在第一基板与所述多个液晶区之间的参考电极；以及

设置在第二基板与所述多个液晶区之间的第二微带线，

其中，

所述多个液晶区与所述多个辐射元件一一对应，并且每一个辐射元件与对应的液晶区在第二基板上的正投影至少部分重叠；

每一个功率分配器的传输介质区设置在相邻液晶区之间，每一个功率分配器的参考电极设置在第一基板与传输介质区之间，并且每一个功率分配器的第一微带线设置在第二基板与传输介质区之间。

6.根据权利要求5所述的液晶天线，其中，所述传输介质区与相邻的液晶区通过挡墙分离。

7.根据权利要求6所述的液晶天线，其中，所述挡墙由封框胶制成。

8.根据权利要求5所述的液晶天线，还包括电耦接在相邻的第一微带线和第二微带线之间的第二阻抗变换器。

9.根据权利要求5所述的液晶天线，其中，所述第二微带线的宽度满足下式：

其中，

表示第二微带线的特征阻抗，

表示液晶区中的液晶的有效介电常数，

表示液晶区中的液晶的磁导率，表示第一微带线的宽度，

表示液晶区的厚度。

10.一种通信设备，采用根据权利要求5-9中任一项所述的液晶天线。

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