CN111176036B - 一种调谐器及其制备方法和控制方法、电子装置 - Google Patents

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Abstract

一种调谐器，包括：相对设置的第一基板和第二基板、以及位于第一基板和第二基板之间的液晶层；第一基板包括：第一基底和设置在第一基底上的第一电极，第一电极位于第一基底靠近液晶层的一侧；第二基板包括第二基底和设置在第二基底上的第二电极，第二电极位于第二基底靠近液晶层的一侧；第一电极在第一基底上的正投影与第二电极在第一基底上的正投影至少部分交叠；液晶层的介电常数随第一电极与第二电极之间的电压变化而变化，调谐器的电容值随液晶层的介电常数变化而改变。

Description

一种调谐器及其制备方法和控制方法、电子装置
技术领域
本文涉及通信技术领域，尤指一种调谐器及其制备方法和控制方法、电子装置。
背景技术
由于无线通信的频段数量众多，无线设备需要许多复杂的多频天线设计。当无线设备的工作频段需要改变时，传统方式需要重新设计天线的几何尺寸。采用匹配网络，则无需设计复杂的天线结构来调整工作频段，只需调整适当的匹配网络即可实现多频通信，使用匹配网络是更加经济高效的设计方式。匹配网络通常可以由调谐器实现，调谐器是精确、可变的电容器。然而，目前的调谐器通常是数字式调谐器，由于调谐位数的限制，调节步进(STEP)较大；而且，目前的调谐器主要基于射频微机电系统(MEMS，Micro-Electro-Mechanical System)技术实现，对制造工艺生产具有较高的要求，综合成本较高。
发明内容
本公开提供了一种调谐器及其制备方法和控制方法、电子装置。
一方面，本公开提供一种调谐器，包括：相对设置的第一基板和第二基板、以及位于第一基板和第二基板之间的液晶层；所述第一基板包括：第一基底和设置在所述第一基底上的第一电极，所述第一电极位于所述第一基底靠近所述液晶层的一侧；所述第二基板包括第二基底和设置在所述第二基底上的第二电极，所述第二电极位于所述第二基底靠近所述液晶层的一侧；所述第一电极在所述第一基底上的正投影与所述第二电极在所述第一基底上的正投影至少部分交叠；所述液晶层的介电常数随所述第一电极与第二电极之间的电压变化而变化，所述调谐器的电容值随所述液晶层的介电常数变化而改变。
另一方面，本公开提供一种电子装置，包括如上所述的调谐器。
另一方面，本公开提供一种调谐器的制备方法，包括：分别制备第一基板和第二基板，其中，所述第一基板包括：第一基底和设置在所述第一基底上的第一电极；所述第二基板包括第二基底和设置在所述第二基底上的第二电极；在所述第一基板和第二基板之间夹设液晶层，其中，所述第一电极位于所述第一基底与所述液晶层之间，所述第二电极位于所述第二基底与所述液晶层之间；其中，所述第一电极在所述第一基底上的正投影与所述第二电极在所述第一基底上的正投影至少部分交叠；所述液晶层的介电常数随所述第一电极与第二电极之间的电压变化而变化，所述调谐器的电容值随所述液晶层的介电常数变化而改变。
另一方面，本公开提供一种如上所述的调谐器的控制方法，包括：向第一电极和第二电极施加电压，以改变所述第一电极与所述第二电极之间的液晶层的介电常数；控制施加给所述第一电极或第二电极的电压大小，以调整所述调谐器的电容值。
本公开提供的调谐器通过改变第一电极和第二电极之间的电压，可以连续改变调谐器的电容值，从而提高调谐器的调谐精度；而且，本公开提供的调谐器可以基于显示面板技术进行制备，从而大幅降低器件成本，适合大规模生产。
本公开的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本公开而了解。本公开的其他优点可通过在说明书以及附图中所描述的方案来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本公开技术方案的理解，并且构成说明书的一部分，与本公开的实施例一起用于解释本公开的技术方案，并不构成对本公开技术方案的限制。
图1为一种可重构匹配网络的电路示例图；
图2为本公开一实施例提供的调谐器的俯视图；
图3为图2中AA方向的剖面示意图；
图4为图2中BB方向的剖面示意图；
图5为本公开一实施例提供的调谐器和天线的架构示意图。
附图标记说明：
110-第一基底；120-第二基底；111-第一电极；122-第二电极；122a，122b-子电极；130-液晶层。
具体实施方式
本公开描述了多个实施例，但是该描述是示例性的，而不是限制性的，并且对于本领域的普通技术人员来说显而易见的是，在本公开所描述的实施例包含的范围内可以有更多的实施例和实现方案。尽管在附图中示出了许多可能的特征组合，并在实施方式中进行了讨论，但是所公开的特征的许多其它组合方式也是可能的。除非特意加以限制的情况以外，任何实施例的任何特征或元件可以与任何其它实施例中的任何其他特征或元件结合使用，或可以替代任何其它实施例中的任何其他特征或元件。
本公开包括并设想了与本领域普通技术人员已知的特征和元件的组合。本申请已经公开的实施例、特征和元件也可以与任何常规特征或元件组合，以形成由权利要求限定的独特的技术方案。任何实施例的任何特征或元件也可以与来自其它技术方案的特征或元件组合，以形成另一个由权利要求限定的独特的技术方案。因此，应当理解，在本公开中示出或讨论的任何特征可以单独地或以任何适当的组合来实现。因此，除了根据所附权利要求及其等同替换所做的限制以外，实施例不受其它限制。此外，可以在所附权利要求的保护范围内进行各种修改和改变。
此外，在描述具有代表性的实施例时，说明书可能已经将方法或过程呈现为特定的步骤序列。然而，在该方法或过程不依赖于本文所述步骤的特定顺序的程度上，该方法或过程不应限于所述的特定顺序的步骤。如本领域普通技术人员将理解的，其它的步骤顺序也是可能的。因此，说明书中阐述的步骤的特定顺序不应被解释为对权利要求的限制。此外，针对该方法或过程的权利要求不应限于按照所写顺序执行它们的步骤，本领域技术人员可以容易地理解，这些顺序可以变化，并且仍然保持在本公开实施例的精神和范围内。
本公开实施例提供一种调谐器及其制备方法和控制方法、电子装置，利用液晶结构实现电容值连续可调的调谐器，从而提高调谐器的调谐精度，并降低器件制备成本。
本公开实施例提供一种调谐器，包括：相对设置的第一基板和第二基板、以及位于第一基板和第二基板之间的液晶层；第一基板包括：第一基底和设置在第一基底上的第一电极，第一电极位于第一基底靠近液晶层的一侧；第二基板包括第二基底和设置在第二基底上的第二电极，第二电极位于第二基底靠近液晶层的一侧；第一电极在第一基底上的正投影与第二电极在第一基底上的正投影至少部分交叠；液晶层的介电常数随第一电极与第二电极之间的电压变化而变化，调谐器的电容值随液晶层的介电常数变化而改变。
本实施例提供的调谐器可以通过控制向第一电极和第二电极施加的电压大小，来改变液晶层的介电常数，进而改变调谐器的电容值，以提高调谐器的调谐精度。相较于数字式调谐器，本实施例提供调谐器为模拟调制，可以高精度连续调谐。
在一示例性实施方式中，第一电极包括微带传输线；第二电极包括至少一个子电极；微带传输线在第一基底上的正投影与每个子电极在第一基底上的正投影至少部分交叠。本示例性实施方式中，微带传输线与交叠的一个或多个子电极之间可以形成电容值可调的电容或并联电容。
在一示例性实施方式中，第二电极包括的子电极的数目可以为两个。然而，本公开对此并不限定。
在一示例性实施方式中，第一电极包括信号输入端和信号输出端。本示例性实施方式中，第一电极可以为微带传输线，微带传输线的两端可以配置为外部的输入信号，并向外输出信号。
在一示例性实施方式中，第一电极的信号输入端可以配置为连接天线的输出端。本示例性实施方式中，调谐器可以作为天线调谐器。然而，本公开对此并不限定。在其他实现方式中，本实施例提供的调谐器可以作为滤波器调谐器、或者模拟射频调谐器等。
在一示例性实施方式中，第一电极配置为接收第一电压，第二电极配置为接收第二电压，第一电压的电压值不同于第二电压的电压值。比如，第一电极配置为接收正电压，第二电极配置为接收负电压或接地，使得第一电极和第二电极之间形成压差，产生偏置电场，从而驱动液晶层中的液晶分子偏转并改变液晶层的介电常数，以调整调谐器的电容值。
在一示例性实施方式中，第一基底和第二基底的材料可以为玻璃。本实施例提供的调谐器可以大规模生产，并降低器件成本，具有良好的生产一致性。
下面通过示例对本公开实施例提供的调谐器进行说明。在本示例中，以天线调谐器为例进行说明。然而，本公开对此并不限定。在其他实现方式中，本实施例提供的调谐器可以作为滤波器调谐器、或者模拟射频调谐器等。天线调谐器作为手机等移动终端中必不可少的器件，随着手机频段的增加，手机天线数量增加，体积压缩的需求日益明显。天线调谐器的使用可在小体积天线端口匹配性能差的情况下，通过改变电压从而改变电容值，使天线端口匹配，减小能量反射，提升天线辐射效率。
图1为一种可重构匹配网络的电路示例图。如图1所示，可重构匹配网络可以包括多个电感(比如电感Z1、Z3、Z4、Z6和Z8)和电容(比如电容Z2、Z5和Z7)，其中，电容Z2为可变电容。通过适当调整与天线连接的匹配网络，可以调整天线的工作频带，而无需重新设计复杂的天线结构。图1所示的可变电容Z2可以由本实施例提供的调谐器形成。本实施例提供的调谐器还可以配置为形成可重构匹配网络中的其他电感和电容，然而，本公开对此并不限定。
图2为本公开一实施例提供的调谐器的俯视图。图3为图2中AA方向的剖面示意图；图4为图2中BB方向的剖面示意图。如图2至图4所示，本公开实施例提供的调谐器，包括：相对设置的第一基板和第二基板、以及位于第一基板和第二基板之间的液晶层130；第一基板包括：第一基底110和设置在第一基底110上的第一电极111，第一电极111位于第一基底110靠近液晶层130的一侧；第二基板包括第二基底120和设置在第二基底120上的第二电极122，第二电极122位于第二基底120靠近液晶层130的一侧。第一电极111在第一基底110上的正投影与第二电极122在第一基底110上的正投影至少部分交叠。
如图2至图4所示，第二电极122可以包括两个子电极122a和122b；其中，第一电极111与其在第二基底120上的正投影所覆盖的子电极122a构成一个电容，第一电极111与其在第二基底120上的正投影所覆盖的子电极122b构成一个电容。换言之，第一电极111与第二电极122之间可以等效形成两个并联电容。然而，本公开对此并不限定。在其他实现方式中，第二电极122可以包括三个或三个以上的子电极，每个子电极与第一电极之间均可交叠形成一个电容，从而实现多个并联电容。
如图2所示，第一电极111分别与子电极122a和122b之间的交叠面积相同。然而，本公开对此并不限定。在其他实现方式中，第一电极与不同子电极之间的交叠面积可以不同。
如图2所示，第一电极111可以包括微带传输线。然而，本公开对此并不限定。在本实施例中，当微波信号沿第一电极111传播时，由于第一电极111与下方的第二电极122形成并联电容，通过在第一电极111上施加第一电压(比如，正电压)，在第二电极122上施加第二电压(比如，负电压或接地)，可以使得第一电极111和第二电极122之间的液晶层130的介电常数发生变化，从而造成两者形成的电容值发生改变，继而实现与天线端口进行匹配的目的。其中，在第二电极122上施加第二电压，包括：在每个子电极上均施加第二电压。
本实施例中，第一电极和一个子电极之间形成的电容的大小可以根据以下式子确定：C＝εS/4πkd；其中，C为电容值，ε为第一电极和子电极之间的液晶层的介电常数，S为第一电极和子电极之间的正对面积，d为第一电极和子电极之间的间隔距离，k为静电力常量。由此可见，在第一电极和子电极之间的正对面积和间隔距离确定的情况下，通过调节第一电极和子电极之间的液晶层的介电常数，可以调整电容值。
本实施例中，液晶层130可以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。其中，液晶层130的厚度可以根据实际需求而定，比如，液晶层130的厚度范围可以为5至100微米。
如图2所示，第一电极111的两端可以为调谐器的信号输入端和信号输出端，其中，信号输入端可以与天线的输出端连接。
图5为本公开实施例提供的调谐器和天线的架构示意图。如图5所示，右侧的天线端口的输出为复数a+bj，通过改变调谐器的电容值，可以使调谐器的输入端口(即第一电极111的信号输入端)参数为-bj，则调谐器可以与天线级联实现共轭匹配a输出。由此可见，通过改变调谐器的液晶层的介电常数来改变调谐器的电容值，可以使得调谐器与非匹配输出的天线级联后实现共轭匹配输出。
下面通过本实施例提供的调谐器的制备过程进一步说明本实施例的技术方案。本实施例中所说的“构图工艺”包括沉积膜层、涂覆光刻胶、掩模曝光、显影、刻蚀、剥离光刻胶等处理，是成熟的制备工艺。沉积可采用溅射、蒸镀、化学气相沉积等已知工艺，涂覆可采用已知的涂覆工艺，刻蚀可采用已知的方法，在此不做限定。在本实施例的描述中，需要理解的是，“薄膜”是指将某一种材料在基底上利用沉积或其它工艺制作出的一层薄膜。若在整个制作过程当中该“薄膜”无需构图工艺，则该“薄膜”还可以称为“层”。若在整个制作过程当中该“薄膜”还需构图工艺，则在构图工艺前称为“薄膜”，构图工艺后称为“层”。经过构图工艺后的“层”中包含至少一个“图案”。
(1)制备第一基板。制备第一基板可以包括：在第一基底110的第一表面上沉积第一金属薄膜，通过构图工艺对第一金属薄膜进行构图，形成第一电极111图案，如图4所示。
其中，第一基底110可以采用聚酰亚胺(PI)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)或经表面处理的聚合物软膜等材料，或者采用玻璃、陶瓷等材料。
其中，第一金属薄膜可以采用金属材料，如银(Ag)、铜(Cu)、铝(Al)、钼(Mo)等，或上述金属的合金材料，如铝钕合金(AlNd)、钼铌合金(MoNb)等，可以是多层金属，如Mo/Cu/Mo等，也可以是金属和透明导电材料形成的堆栈结构，如ITO/Ag/ITO等。
(2)制备第二基板。制备第二基板，包括：在第二基底120上沉积第二金属薄膜，通过构图工艺对第二金属薄膜进行构图，形成第二电极122图案，如图4所示。
其中，第二基底120可以采用聚酰亚胺(PI)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)或经表面处理的聚合物软膜等材料，或者，可以采用玻璃、陶瓷等材料。
其中，第二金属薄膜可以采用金属材料，如银(Ag)、铜(Cu)、铝(Al)、钼(Mo)等，或上述金属的合金材料，如铝钕合金(AlNd)、钼铌合金(MoNb)等，可以是多层金属，如Mo/Cu/Mo等，也可以是金属和透明导电材料形成的堆栈结构，如ITO/Ag/ITO等。
在本实施例中，第一电极111和第二电极122的厚度范围可以为大于1微米。然而，本公开对此并不限定。
(3)在第一基板和第二基板之间夹设液晶层。在第一基板和第二基板之间夹设液晶层可以包括：将封装材料压合在第一基板和第二基板之间，使得封装材料与两个基板之间形成液晶腔体，向液晶腔体填装液晶材料形成液晶层130。通过封装材料可以将液晶材料限位在液晶腔体内，不会出现泄露现象。其中，第一基底110上的第一电极111面对第二基底120上的第二电极122。
在一些示例中，可以在第一基板上形成第一配向层；在第二基板上形成第二配向层。比如，在第一基板上涂覆透明的第一配向膜，将第一配向膜固化，并采用配向技术对固化的第一配向膜进行配向，得到透明的第一配向层。其中，配向技术可以包括：摩擦配向技术和紫外光照配向技术，通过配向技术可以使第一配向层的表面形成沟槽，用于对液晶分子进行配向，使液晶分子顺着一定方向排列。其中，第一配向膜的材质可以为聚酰亚胺、聚酰胺、聚乙烯、聚苯乙烯或聚乙烯醇。然而，本公开对此并不限定。同理，可以在第二基板上形成第二配向层。通过第一配向层和第二配向层可以对液晶层中的液晶分子进行配向，从而使得液晶层中的液晶分子具有一定的初始偏转角度，从而便于液晶分子在第一电极和第二电极的偏置电压的驱动下偏转，并可提高响应速度。
通过本实施例的调谐器的结构及制备过程可以看出，本实施例可以利用显示面板技术制备电容值连续可调的调谐器，工艺兼容性好，工艺可实现性高，实用性强，适宜大规模生产，具有良好的应用前景。
本公开实施例还提供一种调谐器的制备方法，包括：分别制备第一基板和第二基板，其中，第一基板包括：第一基底和设置在第一基底上的第一电极；第二基板包括第二基底和设置在第二基底上的第二电极；在第一基板和第二基板之间夹设液晶层，其中，第一电极位于所述第一基底与液晶层之间，第二电极位于第二基底与液晶层之间；第一电极在第一基底上的正投影与第二电极在第一基底上的正投影至少部分交叠；液晶层的介电常数随第一电极与第二电极之间的电压变化而变化，调谐器的电容值随液晶层的介电常数变化而改变。
在一示例性实施方式中，第一电极包括微带传输线；第二电极包括至少一个子电极；微带传输线在第一基底上的正投影与每个子电极在第一基底上的正投影至少部分交叠。
有关调谐器的制备过程，已在之前的实施例中详细说明，这里不再赘述。
本公开实施例还提供一种如上所述的调谐器的控制方法，包括：向第一电极和第二电极施加电压，以改变第一电极与第二电极之间的液晶层的介电常数；控制施加给第一电极或第二电极的电压大小，以调整调谐器的电容值。
有关调谐器的驱动方式和原理，已在之前的实施例中详细说明，这里不再赘述。
本公开实施例还提供一种电子装置，包括如上所述的调谐器。其中，电子装置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电容值可调的调谐器的装置，本公开对此并不限定。电子装置还可以包括更多的部件，各个部件与调谐器之间的连接关系不受限制。
在本公开实施例的描述中，需要理解的是，术语“中部”、“上”、“下”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。
在本公开实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，或是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，或是电连接；可以是直接相连，或通过中间件间接相连，或是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据情况理解上述术语在本公开中的含义。
虽然本公开所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本公开而采用的实施方式，并非用以限定本公开。任何本公开所属领域内的技术人员，在不脱离本公开所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本公开的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (5)

1.一种调谐器，其特征在于，包括：
相对设置的第一基板和第二基板、以及位于第一基板和第二基板之间的液晶层；所述第一基板包括：第一基底和设置在所述第一基底上的第一电极，所述第一电极位于所述第一基底靠近所述液晶层的一侧；所述第二基板包括第二基底和设置在所述第二基底上的第二电极，所述第二电极位于所述第二基底靠近所述液晶层的一侧；
所述第一电极在所述第一基底上的正投影与所述第二电极在所述第一基底上的正投影至少部分交叠；
所述液晶层的介电常数随所述第一电极与第二电极之间的电压变化而变化，所述调谐器的电容值随所述液晶层的介电常数变化而改变；
所述第一电极包括信号输入端和信号输出端，所述第一电极的信号输入端配置为连接天线的输出端，所述信号输出端实现共轭匹配输出；
所述第一电极配置为接收第一电压，第一电压为正电压，所述第二电极配置为接收第二电压，所述第二电压为负电压或所述第二电极接地；
所述第一电极包括微带传输线；所述第二电极包括两个子电极；所述微带传输线在所述第一基底上的正投影覆盖每个子电极在所述第一基底上的正投影。
2.根据权利要求1所述的调谐器，其特征在于，所述微带传输线与每个子电极之间的交叠面积相同。
3.一种电子装置，其特征在于，包括如权利要求1至2中任一项所述的调谐器。
4.一种调谐器的制备方法，其特征在于，包括：
分别制备第一基板和第二基板，其中，所述第一基板包括：第一基底和设置在所述第一基底上的第一电极；所述第二基板包括第二基底和设置在所述第二基底上的第二电极；
在所述第一基板和第二基板之间夹设液晶层，其中，所述第一电极位于所述第一基底与所述液晶层之间，所述第二电极位于所述第二基底与所述液晶层之间；
其中，所述第一电极在所述第一基底上的正投影与所述第二电极在所述第一基底上的正投影至少部分交叠；所述液晶层的介电常数随所述第一电极与第二电极之间的电压变化而变化，所述调谐器的电容值随所述液晶层的介电常数变化而改变；所述第一电极包括信号输入端和信号输出端，所述第一电极的信号输入端配置为连接天线的输出端，所述信号输出端实现共轭匹配输出；所述第一电极配置为接收第一电压，第一电压为正电压，所述第二电极配置为接收第二电压，所述第二电压为负电压或所述第二电极接地；
所述第一电极包括微带传输线；所述第二电极包括两个子电极；所述微带传输线在所述第一基底上的正投影覆盖每个子电极在所述第一基底上的正投影。
5.一种如权利要求1至2中任一项所述的调谐器的控制方法，其特征在于，包括：
向第一电极和第二电极施加电压，以改变所述第一电极与所述第二电极之间的液晶层的介电常数；
控制施加给所述第一电极或第二电极的电压大小，以调整所述调谐器的电容值。
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