CN111864317A - 移相器及天线 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种移相器和天线,属于通信技术领域,其可解决现有共面波导(CPW)传输线的弯折方式对液晶移相器性能产生影响的问题。本发明的移相器,其第一基板包括第一基底、基底电极和信号电极;信号电极包括主体结构和连接在所述主体结构长度方向上的多个分支结构;第二基板包括第二基底、设置在所述第二基底靠近介质层一侧的多个贴片电极;多个贴片电极与多个分支结构一一对应设置,形成多个可变电容;且每一贴片电极与基底电极在第一基底上的正投影至少部分重叠;多个可变电容呈线性排布,限定出可变电容区;可变电容区具有至少一个子拐角区,信号电极在子拐角区具有多个弯折角,且多个弯折角的角度之和为90°。

Description

移相器及天线
技术领域
本发明属于通信技术领域,具体涉及一种移相器及天线。
背景技术
现今的液晶移相器结构,在对盒后的上玻璃基板引入周期性的可变电容加载,可变电容的调节是通过调节异面两金属板上加载的电压差驱动液晶分子偏转,得到不同的液晶材料特性,对应到电容的容值可变。
发明内容
本发明所要解决的技术问题包括,针对共面波导(CPW)传输线的弯折方式对液晶移相器性能产生影响的问题,提供一种传输损耗小的高性能移相器和天线。
第一方面,解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种移相器,其包括:相对设置的第一基板和第二基板,以及设置在所述第一基板和所述第二基板之间的介质层;
所述第一基板包括:第一基底,设置在所述第一基底靠近所述介质层一侧的基底电极和信号电极;所述信号电极包括:主体结构和连接在所述主体结构长度方向上的多个分支结构;
所述第二基板包括:第二基底,设置在所述第二基底靠近所述介质层一侧的多个贴片电极;所述多个贴片电极与所述多个分支结构一一对应设置,形成多个可变电容;且每一所述贴片电极与所述基底电极在所述第一基底上的正投影至少部分重叠;
多个所述可变电容呈线性排布,限定出可变电容区;所述可变电容区具有至少一个子拐角区,所述信号电极在所述子拐角区具有多个弯折角;且所述多个弯折角的角度之和为90°。
在一些实施例中,所述多个弯折角的角度均相等。
在一些实施例中,所述多个弯折角中的每个均为45°。
在一些实施例中,所述弯折区的中心设置有一所述可变电容。
在一些实施例中,所述基底电极包括第一子基底电极和第二子基底电极;所述第一子基底电极和所述第二子基底电极分别位于所述主体结构长度方向的两相对侧,且分别与所述分支结构一一对应设置;
所述第一子基底电极和所述第二子基底电极的弯折角与所述信号电极的弯折角一一对应设置。
在一些实施例中,任意两相邻所述可变电容之间的间距相同。
在一些实施例中,所述分支结构贯穿所述主体结构。
在一些实施例中,所述分支结构与所述主体结构为一体成型结构。
在一些实施例中,所述介质层包括液晶分子。
第二方面,解决本发明技术问题所采用的技术方案是一种天线,其包括上述的移相器。
附图说明
图1为一种传输线周期性并联加载可变电容的等效模型;
图2为一种移相器的俯视图;
图3为图2的A-A'的截面图;
图4为本发明实施例的一种移相器的俯视图;
图5为本发明实施例的移相器不同弯折情况下的移相器性能变化的仿真示意图;
图6为本发明实施例的移相器中不同可变电容排布情况示意图;
图7为本发明实施例的移相器在不同可变电容排布情况下的性能变化仿真示意图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
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。
在此需要说明的是,传输线周期性并联加载可变电容,通过改变可变电容的容值,可以实现相位的变化,其等效模型如图1所示。其中,Lt、Ct为传输线等效的线电感和线电容,取决于传输线及基板的特性。可变电容Cvar(V)可以通过MEMS电容、可变二极管电容等来实现。目前,通过压控液晶来实现平板电容的电容值改变,从而制备液晶移相器。
图2和3给出一种示例性的共面波导(CPW)结构的液晶移相器,等效电路图同样如图1所示,该液晶移相器包括相对设置的第一基板和第二基板,以及形成在第一基板和第二基板之间的介质层30。
其中,第一基板包括第一基底10,设置在第一基底10靠近液晶层一侧的基底电极12和信号电极11;基底电极12包括第一子基底电极121和第二子基底电极122,信号电极11设置在第一子基底电极121和第二子基底电极122之间;信号电极11包括与第一子基底电极121和第二子基底电极122延伸方向相同的主体结构111,以及连接在主体结构111长度方向上的多个间隔设置的分支结构 112。
第二基板包括第二基底20,以及设置在第二基底20靠近液晶层一侧的多个贴片电极21,贴片电极21的延伸方向与信号电极11的分支结构112的延伸方向相同,且贴片电极21与分支结构112一一对应设置;同时,每个贴片电极21 和与之对应的分支结构112,以及第一子基底电极121和第二子基底电极122在基底上的投影均至少部分重叠,以形成电流回路。
在利用CPW周期加载可变电容移相器制备液晶阵列天线时,由于阵列天线之间的间距有要求,一般为0.5λ-0.6λ,为了满足该要求,每个天线单元下的液晶移相器的可布局面积仅为0.5*0.5λ2,同时液晶移相器需达到360°的移相角度,所以需要将共面波导(CPW)传输线进行一定的弯折排布,然而,不同的弯折方式对液晶移相器的移相性能会产生一定的影响。
为解决上述问题,本发明实施例提供如下技术方案。在介绍本发明实施例的技术方案之前,需要说明的是,以下所提供的移相器中的介质层包括但不限于液晶层30,在下述实施例中以介质层为液晶层30为例进行说明。
第一方面,如图2至图4所示,本发明实施例提供一种移相器,其包括:相对设置的第一基板和第二基板,以及设置在第一基板和第二基板之间的液晶层 30。
其中,所述第一基板包括:第一基底10,设置在所述第一基底10靠近液晶层30一侧的基底电极12和信号电极11;所述信号电极11包括:主体结构111 和连接在主体结构长度方向上的多个分支结构112;
所述第二基板包括:第二基底20,设置在第二基底20靠近液晶层30一侧的多个贴片电极21;多个贴片电极21与多个分支结构112一一对应设置,形成多个可变电容Cvra(V);且每一所述贴片电极21与基底电极12在第一基底10 上的正投影至少部分重叠。
其中,如图4所示,多个可变电容Cvra(V)呈线性排布,限定出可变电容区 A;可变电容区A具有至少一个子拐角区B,所述信号电极11在子拐角区B具有多个弯折角θ,且多个弯折角的角度之和为90°。通过将信号电极弯折90°,减小了CPW周期加载可变电容移相器在相控阵天线中的占用面积,通过设置信号电极11在子拐角区B具有多个弯折角θ,提高了CPW周期加载可变电容移相器的移相性能。
CPW周期加载可变电容移相器的信号电极11可以呈U型、环形、S型等结构,当为U型结构时,具有2个子拐角区B;当为环形结构时,具有四个子拐角区B;当为S型结构时,具有多个子拐角区B。本公开实施例中以信号电极 11为U型结构进行说明。
在一些实施例中,信号电极11在子拐角区B具有多个弯折角,多个子弯折角θ的角度均相等,且多个子弯折角θ的角度之和为90°。例如,当有六个弯折角,每个弯折角θ为15°(6*15°);当有三个弯折角,每个弯折角θ为 30°(3*30°);当有两个弯折角θ,可以是两个弯折角θ均为45°(2*45°)。
图5为本发明实施例的移相器不同弯折情况下的移相器性能变化仿真示意图,如图5所示,其中,S1代表信号线弯折六个15°弯折角θ的移相器的曲线, S2代表信号线弯折三个30°弯折角θ的移相器的曲线,S3代表信号线弯折两个45°弯折角θ的移相器的曲线,S4代表信号线弯折90°弯折角θ的移相器的曲线,S5代表信号线弯折一个60°和一个30°弯折角θ的移相器的曲线,如图5所示,当介电常数为2.8时,曲线S3(弯折两个45°弯折角θ)对应的传输损耗最小,曲线S3的波动最小,因此,当信号线弯折两个45°时,移相器的性能最优。
在一些实施例中,如图2、图4所示,基底电极12包括第一子基底电极121 和第二子基底电极122;第一子基底电极121和第二子基底电极122分别位于主体结构111长度方向的两相对侧,且分别与分支结构112一一对应设置;第一子基底电极121和所述第二子基底电极122的弯折角(α、β)与信号电极11的弯折角一一对应设置。在一些实施例中,如图7所示,信号电极在子拐角区B 具有两个45°的弯折角θ,且子拐角区B设置有一可变电容Cvra(V)。如图7, #1、#2、#3中所示可变电容Cvra(V)在子拐角区B内的位置逐渐由边缘移到中间位置(弯折处信号电极的二分之一长度),移动过程中,对移相器在不同可变电容Cvra(V)排布情况下的性能变化进行仿真分析,如图7所示,当介电常数为2.8 时,可变电容Cvra(V)可设置在子拐角区B内信号电极11的二分之一长度处的曲线(#3)对应的传输损耗最小,且波动最小,移相器的性能最优。本实施例中,通过将子拐角区B内的信号电极11弯折为两个45°弯折角θ,且子拐角区 B的信号电极11的中心设置有一个可变电容Cvra(V),减小了传输损耗,提高了移相器的移相性能。
在一些实施例中,为了使得微波信号传输平稳,在上述结构的基础上,可以将分支结构112贯穿主体结构111设置。在一些实施例中,分支结构112和主体结构111可以设计为一体成型结构,分支结构112和主体结构111同层设置,且材料相同;这样一来,方便分支结构112和主体结构111的制备,且降低工艺成本。当然,分支结构112和主体结构111也可以是通过任何方式电连接在一起,在本发明实施例中并不对此做出任何限定。此时,在给主体结构111输入微波信号时,通过加载贴片电极21与分支结构112的电压存在一定的压差,而使得贴片电极21和信号电极11交叠所形成的液晶电容中的液晶层30的介电常数发生改变,以改变微波信号的相位。
在一些实施例中,任意两相邻所述可变电容Cvra(V)之间的间距相同。此时,可以将各个贴片电极21之间的间距设置为相同间距,同时将各个分支结构112 之间的间距也设置为相同间距。当然,也可以将各个可变电容Cvra(V)(或者说各个贴片电极21、各个分支结构112)之间的间距设计为按照一定规律单调增或者单调减;也可以将各个可变电容Cvra(V)(或者说各个贴片电极21、各个分支结构112)之间的间距设计为不同,且不具有一定的排布规律,在本发明实施例中对此不做限定。
在一些实施例中,第一基底10和第二基底20可以采用厚度为100-1000微米的玻璃基板,也可采用蓝宝石衬底,还可以使用厚度为10-500微米的聚对苯二甲酸乙二酯基板、三聚氰酸三烯丙酯基板和聚酰亚胺透明柔性基板。具体的,第一基底10和第二基底20可以采用介电损耗极低的高纯度石英玻璃。相比于普通玻璃基板,第一基底10和第二基底20采用石英玻璃可以有效减小对微波的损耗,使移相器具有低的功耗和高的信噪比。
在一些实施例中,贴片电极21、分支结构112、主体结构111、基底电极12 的材料均可以采用铝、银、金、铬、钼、镍或铁等金属制成。
在一些实施例中,液晶层30中的液晶分子为正性液晶分子或负性液晶分子,需要说明的是,当液晶分子为正性液晶分子时,本发明具体实施例液晶分子长轴方向与第二电极之间的夹角大于0度小于等于45度。当液晶分子为负向液晶分子时,本发明具体实施例液晶分子长轴方向与第二电极之间的夹角大于45度小于90度,保证了液晶分子发生偏转后,改变液晶层30的介电常数,以达到移相的目的。
第二方面,本实施例提供一种天线,其包括上述移相器,由于该天线包括上述的移相器,故其移相效果更好。
可以理解的是,以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式,然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言,在不脱离本发明的精神和实质的情况下,可以做出各种变型和改进,这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种移相器,其包括:相对设置的第一基板和第二基板,以及设置在所述第一基板和所述第二基板之间的介质层;其特征在于,
所述第一基板包括:第一基底,设置在所述第一基底靠近所述介质层一侧的基底电极和信号电极;所述信号电极包括:主体结构和连接在所述主体结构长度方向上的多个分支结构;
所述第二基板包括:第二基底,设置在所述第二基底靠近所述介质层一侧的多个贴片电极;所述多个贴片电极与所述多个分支结构一一对应设置,形成多个可变电容;且每一所述贴片电极与所述基底电极在所述第一基底上的正投影至少部分重叠;
多个所述可变电容呈线性排布,限定出可变电容区;所述可变电容区具有至少一个子拐角区,所述信号电极在所述子拐角区具有多个弯折角;且所述多个弯折角的角度之和为90°。
2.根据权利要求1所述的移相器,其特征在于,所述多个弯折角的角度均相等。
3.根据权利要求1或2所述的移相器,其特征在于,所述多个弯折角中的每个均为45°。
4.根据权利要求3所述的移相器,其特征在于,所述子拐角区的中心设置有一所述可变电容。
5.根据权利要求1所述的移相器,其特征在于,所述基底电极包括第一子基底电极和第二子基底电极;所述第一子基底电极和所述第二子基底电极分别位于所述主体结构长度方向的两相对侧,且分别与所述分支结构一一对应设置;
所述第一子基底电极和所述第二子基底电极的弯折角与所述信号电极的弯折角一一对应设置。
6.根据权利要求1项所述的移相器,其特征在于,任意两相邻所述可变电容之间的间距相同。
7.根据权利要求1所述的移相器,其特征在于,所述分支结构贯穿所述主体结构。
8.根据权利要求1所述的移相器,其特征在于,所述分支结构与所述主体结构为一体成型结构。
9.根据权利要求1所述的移相器,其特征在于,所述介质层包括液晶分子。
10.一种天线,其特征在于:包括权利要求1-9中任一项所述的移相器。
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