CN111740200B - 一种基于液晶衬底可连续调相的功分器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于液晶衬底可连续调相的功分器，包括微波介质板和叠合在微波介质板底部的金属背板，所述微波介质板的上表面金属印制有微带线结构，所述微带线结构包括功分器输入端、与功分器输入端连接的多路功分枝节、与各路功分枝节分别连接的交指电容段，以及功分器输出端，所述交指电容段连接有直流偏置线；所述微波介质板的下表面金属印制有与功分枝节对应数量的阻抗变换段，所述阻抗变换段的两端通过金属化过孔分别与对应的直流偏置线及功分器输出端连接；所述每个阻抗变换段的底部还分别设有独立的封装液晶板。通过设置封装液晶板施加偏置电压，进而改变其介电常数，实现了对每路信号的相位控制，最终实现各路信号输出相位连续可调。
Description
技术领域
本发明属于微波电子器件技术领域，具体涉及能实现连续可调移相的功分器。
背景技术
功分器是一种将一路输入信号能量分配成两路或者多路，输出相等或者不等信号能量的器件。根据应用场景和传输线的结构不同，常用的功分器有波导功分器、同轴功分器、微带功分器等。其作为常见的微波器件，被广泛应用于射频电路和天线阵的馈电系统中。一般的说，现有的成熟的功分器技术可以实现固定的功分比输出，且输出的多路信号间相位差也为固定值。对于阵列天线特别是相控阵天线应用来说，往往要求阵列的波束可控，即可变波束形状、可变波束扫描角、可变极化等，要求每个单元的馈电幅度相位可控，传统的馈电网络需要借助TR组件才可以实现，设备复杂度和成本较高。因此如何设计一款低成本可控幅度相位的馈电网络是现有技术中待解决的问题。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于液晶衬底可连续调相的功分器。
为实现以上的技术目的，本发明将采取以下的技术方案：一种基于液晶衬底可连续调相的功分器，包括微波介质板和叠合在微波介质板底部的金属背板，
所述微波介质板的上表面金属印制有微带线结构，所述微带线结构包括功分器输入端、与功分器输入端连接的多路功分枝节、与各路功分枝节分别连接的交指电容段，以及功分器输出端，所述交指电容段连接有直流偏置线；
所述微波介质板的下表面金属印制有与功分枝节对应数量的阻抗变换段，所述阻抗变换段的两端通过金属化过孔分别与对应的直流偏置线及功分器输出端连接；
所述每个阻抗变换段的底部还分别设有独立的封装液晶板。
作为优选方案，所述阻抗变换段为宽度渐变的蛇形微带渐变段。
作为优选方案，所述蛇形微带渐变段的宽度由窄变宽，然后由宽变窄。
作为优选方案，所述功分枝节为两个，并采用T型结构的功分枝节。
作为优选方案，所述封装液晶板的材料采用TFT液晶材质。
作为优选方案，所述电流偏置线由高阻抗微带线和与其连接的方形金属贴片构成。
根据以上的技术方案，相对于现有技术，本发明具有以下的优点：
1、本发明中的基于液晶衬底的功分器通过直流偏置线控制液晶的偏置电压，进而改变其介电常数，实现了对每路信号的相位控制，最终实现各路信号输出相位连续可调；
2、本发明中的基于液晶衬底的功分器用于天线及天线阵馈电系统中，功分移相一体，不用单独设置移相器，且移相精度高（±0.5°）、移相速度快（6ms）可以实现极化捷变、智能波束；
3、本发明中的基于液晶衬底的功分器结构简单、工艺成熟、成本较低；非常便于批产。
附图说明
图1为本发明所述功分器的分层爆炸视图；
图2为本发明所述功分器的结构俯视示意图；
图3为本发明实施例3中实现两路移相差为90°时的S参数幅度频响曲线图；
图4为本发明实施例3中实现两路移相差为90°时的S参数相位频响曲线图；
其中，印制微带线10、功分器输入端11、T型功分枝节12、蛇形微带渐变段13、功分器输出端14、直流偏置线15、印制交指电容段16、微波介质板20、封装液晶30、底层背板40。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐明本发明。应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
如图1和2所示，本发明的功分器由微波介质板20、封装液晶30和开有凹槽的金属背板构成，其中微波介质板20的上表面印制有印制微带线10，印制微带线10主要由功分器的输入端口、功分枝节、交指电容和直流偏置线15组成；微波介质板20下表面印制有宽度渐变的蛇形线，所述蛇形线为蛇形微带渐变段13，蛇形微带渐变段13的两端通过微波介质板20上的金属化过孔分别与功分器的输入端和输出端连接；
本实施例中的功分枝节有两路，并采用T型功分枝节12，功分枝节线和直流偏置线15之间通过交指电容段连接，避免交流和直流信号间的耦合；宽度渐变的蛇形线印制于微波介质板20的下表面，并在各路蛇形线下方叠合设置独立的封装液晶30。最后将带有对应凹槽的金属背板叠合设在封装液晶30下方。
本发明通过直流偏置线15来控制液晶材料的施加电压，从而改变液晶材料的介电常数，进而改变该路传输线的电长度，达到控制信号传输相位的目的。本发明中，由于液晶材料的介电常数变化将导致传输线的阻抗发生变化，且封装液晶30的引入给整个信号传输带来不连续性，因此这里优化设计了宽度渐变的蛇形线结构用来实现宽频带的阻抗匹配，通过直流偏置线15改变封装液晶30的偏置电压，从而改变液晶的介电常数，进而改变阻抗变换段的电长度，最终达到控制支路信号输出相位的目的。
作为优选方案，本申请的阻抗变换段采用宽度渐变的蛇形线结构，一则可以实现较宽频带内的阻抗匹配，二则可以在有限的物理尺寸内，增加传输线的物理长度，进而增加相位的调控范围。如图2具体所示，该宽度渐变的蛇形线结构为多个宽度逐渐增大又逐渐缩小的金属带首尾弯折连接而成。
功分器的各支路下面的液晶层分别独立控制，这样可以实现两路信号的相位差线性独立可调，相位调整范围达0°~180°；蛇形线通过金属化过孔和印制在微波介质板20上侧的输出端微带线相连。
本发明优选实施例，采用美国英斯特科Instec的LC-BYIPS-P01液晶材料（也可选用MLC-6876-100型号），直流偏置电压范围1.5V~18V，可以实现两路输出信号相位差0°~180°范围内线性可调（如果换用其他液晶材料，偏置电压和相位调整范围有所变化，均落入本专利的保护范围；如果采用液晶衬底实现多路（≥3）功分，也落入本专利的保护范围）。
应用例：本发明功分器采用2路功分器，应用在对单个天线单元馈电，可以通过改变两路信号的相位差实现任意极化的辐射波，即任意极化方向的线极化、任意旋向的圆极化和椭圆极化。另外，采用2路或者多路功分器以及由他们构成的馈电网络对天线阵列进行馈电，可以实现天线阵列的波束扫描；采用2路或者多路功分器以及由它们构成的馈电网络并结合衰减器，可以实现天线阵列的智能波束形成，即波束赋形、波束扫描、副瓣控制等。
如图3和图4所示，在一分二的等功分器应用中，采用BYIPS-P01型号液晶，偏置电压从1.9V调整至9V，液晶介电常数从2.7变成4.2，进入段S11在3.3~3.7GHz频段的回波损失极低，两路插损S21和S31在3.3~3.7GHz频段的幅度一致，最终实现两路输出信号在3.3~3.7GHz频段内幅度一致（误差＜0.3dB）、差相90°（误差＜8°）。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，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，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种基于液晶衬底可连续调相的功分器，其特征在于：包括微波介质板和叠合在微波介质板底部的金属背板，
所述微波介质板的上表面金属印制有微带线结构，所述微带线结构包括功分器输入端、与功分器输入端连接的多路功分枝节、与各路功分枝节分别连接的交指电容段，以及功分器输出端，所述交指电容段连接有直流偏置线；
所述微波介质板的下表面金属印制有与功分枝节对应数量的阻抗变换段，所述阻抗变换段为宽度渐变的蛇形微带渐变段，且所述阻抗变换段的两端通过金属化过孔分别与对应的直流偏置线及功分器输出端连接；
每个阻抗变换段的底部还分别设有独立的封装液晶板；
所述蛇形微带渐变段的宽度由窄变宽，然后由宽变窄。
2.根据权利要求1所述基于液晶衬底可连续调相的功分器，其特征在于：所述功分枝节为两个，并采用T型结构的功分枝节。
3.根据权利要求1所述基于液晶衬底可连续调相的功分器，其特征在于：所述封装液晶板的材料采用TFT液晶材质。
4.根据权利要求1所述基于液晶衬底可连续调相的功分器，其特征在于：所述直流偏置线由高阻抗微带线和与其连接的方形金属贴片构成。
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