CN112397893A - 馈电结构、微波射频器件及天线 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种馈电结构、微波射频器件及天线，属于通信技术领域。本发明的馈电结构，包括相对设置的第一基板和第二基板、参考电极，以及填充在第一基板和第二基之间的介质层；其中，第一基板包括：第一基底，位于第一基底靠近介质层一侧的耦合支路和时延支路；耦合支路和时延支路分别连接在功率分配器的两个输出端上；且时延支路和耦合支路均与参考电极形成电流回路；第二基板包括：第二基底，位于第二基底靠近介质层一侧的接收电极；接收电极与耦合支路构成耦合结构，且二者在第一基底上的正投影至少部分重叠；耦合支路和接收电极在第一基底上的正投影所形成的线长，与时延支路的线长不同，以使耦合结构和时延支路所传输的微波信号的相位不同。
Description
技术领域
本发明属于通信技术领域，具体涉及一种馈电结构、微波射频器件及天线。
背景技术
移相器是一种调控电磁波相位的器件，广泛应用于各种通信系统中，如卫星通信，相控阵雷达，遥感遥测等。介质可调移相器是一种利用控制介质层的介电常数来实现相移效果的器件。传统的介质可调移相器使用单线传输的结构，通过调节信号相速度实现移相效果，但这种设计方法的问题是损耗偏大，单位损耗内的移相度偏低。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种提高移相度的馈电结构、微波射频器件及天线。
第一方面，本发明实施例提供一种馈电结构，包括相对设置的第一基板和第二基板、参考电极，以及填充在所述第一基板和所述第二基之间的介质层；其中，
所述第一基板包括：第一基底，位于所述第一基底靠近所述介质层一侧的耦合支路和时延支路；所述耦合支路和所述时延支路分别连接在功率分配器的两个输出端上；且所述时延支路和所述耦合支路均与所述参考电极形成电流回路；
所述第二基板包括第二基底，位于所述第二基底靠近所述介质层一侧的接收电极；所述接收电极与所述耦合支路构成耦合结构，且二者在所述第一基底上的正投影至少部分重叠；
所述耦合支路和所述接收电极在所述第一基底上的正投影所形成的线长，与所述时延支路的线长不同，以使所述耦合结构和所述时延支路所传输的微波信号的相位不同。
其中，所述时延支路、所述耦合支路、所述接收电极中的一者包括蜿蜒线，以使所述耦合结构和所述时延支路所传输的微波信号的相位不同。
其中，所述时延支路包括蜿蜒线。
其中，所述蜿蜒线包括弓字形、波浪形、锯齿形中的任意一种。
其中，所述馈电结构还包括功率分配器；所述功率分配器包括信号输入端、第一信号输出端和第二信号输出端；其中，
所述信号输入端用于传输具有一定功率的微波信号；所述第一信号输出端与所述时延支路连接；所述第二信号输出端与所述耦合支路连接。
其中，所述馈电结构还包括功率分配器；所述功率分配器包括信号输入端、信号匹配端、第一信号输出端和第二信号输出端；其中，
所述信号输入端用于传输具有一定功率的微波信号；所述第一信号输出端与所述时延支路连接；所述第二信号输出端与所述耦合支路连接；
所述信号匹配端用于通过其所引入的信号，调节所述第一信号输出端和所述第二信号输出端所输出的微波信号，使二者输出的微波信号具有一定的相位差。
其中，所述功率分配器包括3DB电桥、耦合器或正交混合网络中的任意一种。
其中，所述功率分配器与所述时延支路、所述耦合支路均设置在第一基底上。
其中，所述时延支路、所述耦合支路、所述参考电极构成微带线传输结构、带状线传输结构、共表面波导传输结构、基片集成波导传输结构中任意一种。
其中，所述馈电结构还包括位于所述第一基板和所述第二基板之间的支撑组件，用于维持所述第一基板和所述第二基板之间的盒厚。
其中，所述介质层包括空气。
第二方面，本发明实施例提供一种微波射频器件，其包括上述任一的馈电结构。
其中，所述微波射频器件包括移相器或滤波器。
第三方面，本发明实施例提供一种天线，其包括上述的微波射频器件。
附图说明
图1为本发明实施例的馈电结构的结构图；
图2为本发明实施例的馈电结构的俯视示意图；
图3为图2的A-A'的剖视图；
图4为图2的B-B'的剖视图；
图5为本发明实施例的移相结构的截面图。
其中附图标记为：1、时延支路；2、耦合结构；21、耦合支路；22、接收电极；3、功率分配器；4、第一传输线；5、第二传输线；6、液晶层；10、第一基底；20、第二基底、30、馈电结构中的接地电极；40、移相结构中的接地电极。
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，本发明的下述实施例中所提供的馈电结构可广泛用于双基板内侧两层传输线的差模馈电，具体可以用于微波射频器件中，而微波射频器件可以是差模信号线、滤波器和移相器。在下述实施例中，以微波射频器件为移相器进行说明。
具体的，移相器不仅包括馈电结构，而且还包括移相结构，如图5所示，该移相结构包括设置在第一基底10上的第一传输4，设置在第二基底20靠近第一传输线4一侧的第二传输线5，设置在第一传输线4和第二传输线5所在层之间的介质层，以及接地电极40；该介质层包括但不限于液晶层6，在下述实施例中以该介质层为液晶层为例进行说明。
其中，第一传输线4和第二传输线5均可以是微带线，且此时地电极则是设置在第一基底10背离第一传输线4的一侧，第一传输线4和第二传输线5可以采用梳状电极，接地电极40则可以采用面状电极，也即第一传输线4、第二传输线5和接地电极40构成微带线传输结构；当然第一传输线4、第二传输线5和接地电极40也构成带状线传输结构、共表面波导传输结构、基片集成波导传输结构中任意一种，在此不一一列举。
第一方面，结合图1-4所示，在本发明实施例中，提供一种双基板差模馈电结构，包括相对设置的第一基板和第二基板，填充在第一基板和第二基板之间的介质层，以及参考电极；其中，第一基板包括：第一基底10，在第一基底10靠近介质层的一侧设置有耦合支路21和时延支路1，耦合支路21和时延支路1分别连接在功率分配器3的两个输出端上；且耦合支路21和时延支路1均与参考电极形成电流回路；第二基板包括：第二基底20，在第二基底20靠近介质层的一侧设置有接收电极22，该接收电极22和耦合支路21构成耦合结构2，二者在第一基底10上的正投影至少部分重叠。而且耦合支路21和接收电极22在第一基底10上的正投影所形成的线长，与时延支路1的线长不同，以使耦合结构2与时延支路1所传输的微波信号的相位不同。
在此需要说明的是，耦合支路21和接收电极22在第一基底10上的正投影所形成的线长是指，耦合支路21和接收电极22的线长之和减去二者交叠位置的长度。馈电结构中的介质层包括但不限于空气，在本实施例中以该介质层为空气为例进行说明，当然介质层的也可以是惰性气体。
其中，在本发明实施例中参考电极通常采用接地电极30，当然只要能够与耦合支路21、时延支路1具有一定压差的任何参考电极均可，在本实施例中以参考电极为接地电极30为例进行说明。在此需要说明的是，时延支路1和耦合支路21所传播的微波信号为高频信号，在本实施例中电流回路是指，延时支路1和耦合支路21与接地电极30之间存在一定压差，延时支路1和耦合支路21分别与接地电极30形成电容、电导，同时时延支路1与移相结构中的第一传输线4连接，接收电极22与第二传输线5连接，以对微波信号进行传输，最终回流到接地电极30，也即形成电流回路。
在本实施例中接地电极30的具体位置取决于接地电极30和耦合支路21、时延支路1所构成的传输结构；具体的，在本发明实施例中时延支路1、耦合支路21、接地电极30构成包括但不局限于微带线传输结构、带状线传输结构、共表面波导传输结构、基片集成波导传输结构中任意一种。而在下述实施例中为了与移相结构配合对本实施例中的馈电结构进行说明，同样以时延支路1、耦合支路21、接地电极30构成微带线传输结构为例进行说明。此时，馈电结构中的接地电极30位于第一基底10背离介质层的一侧，且与移相结构中的接地电极40连接。当然，馈电结构中的接地电极30和移相结构中的接地电极40也可以采用一体成型结构。
在本发明实施例中，时延支路1用于将其上所传输的微波信号输出至移相结构的第一传输线4上；耦合支路21用于将其上传输的微波信号耦合至接收电极22，接收电极22将该微波信号输出至移相结构的第二传输线5上。
其中，在发明实施例中的耦合支路21和接收电极22在第一基底10上的正投影所形成的线长，与时延支路1的线长不同，以使耦合结构2和时延支路1所传输的微波信号的相位不同。这样一来，可以使得移相结构中的第一传输线4和第二传输线5所传输的微波信号(高频信号)形成一定的电压差，以使第一传输线4和第二传输线5在交叠的位置形成一定的电容值的液晶电容；而由于第一传输线4和第二传输线5上的微波信号的电压差，要大于现有技术中单传输线与接地电极的电压差，因此，第一传输线4和第二传输线5所形成的液晶电容较现有技术中采用单传输线与接地电极所形成的液晶电容而言电容值要大，因此，在给第一传输线4和第二传输线5施加不同的电压以使液晶层6中的液晶分子偏转，以对微波信号进行移相时，由于液晶电容的较大，故应用本实施例的双基板差模馈电结构的移相器的移相度较大。
为了更清楚本实施例中的双基板差模馈电结构的效果，以仅时延支路1的线长，大于耦合支路21和接收电极22在第一基底10上的正投影所形成的线长为例，经由功率分配器3将功率为P的微波信号处理后，时延支路1输出的微波信号的功率为P/2，相位为270°，耦合支路21输出的微波信号的功率为P/2，相位为90°，两条支路上出的微波信号的相位差为180°，也即传输至移相结构的第一传输线4和第二传输线5上的微波信号的相位差180°；此时，时延支路1输入至移相结构的第一传输线4的微波信号所带的电压为-1V，耦合支路21耦合至接收电极22之后输入至移相结构的第二传输线5的微波信号所带的电压为1V，相比其它移相度的液晶电容，此时第一传输线4和第二传输线5所产生的液晶电容最大，因此，达到移相器的最大移相度。
在此需要说明的是，上述实施例只是以时延支路1和耦合支路21上的微波信号相差180°为例进行说明的，但实际上，可以根据调节时延支路1、耦合支路21、接收电极22中的蜿蜒线的长度，则可以调节时延支路1输入至第一传输线4，接收电极22输入至第二传输线5二者的微波信号的相位差。
在本发明的一些实施例中，时延支路1、所述耦合支路21、所述接收电极22中的一者包括蜿蜒线，以使耦合结构2和时延支路1所传输的微波信号的相位不同。之所以采用蜿蜒线以使耦合支路21和接收电极22在第一基底上的正投影所形成的线长，与时延支路1的线长不同，是因为这样不会增加馈电结构的体积。
其中，优选的在本发明实施例中将馈电结构中的时延支路1设计为蜿蜒线，也即使得时延支路1的线长比耦合支路21的线长要长。若功率分配器3将其输入端所输入的微波信号等分输出给时延支路1和耦合支路21，此时由于时延支路1的线长较耦合支路21的线长更长，因此，经由时延支路1输出的微波信号的相位相对经由耦合支路21输出的微波信号的相位滞后。
在本发明的一些实施例中，优选的将馈电结构中的时延支路1设计为蜿蜒线，也即使得时延支路1的线长比耦合支路21的线长要长。若功率分配器3将其输入端所输入的微波信号等分输出给时延支路1和耦合支路21，此时由于时延支路1的线长较耦合支路21的线长更长，因此，经由时延支路1输出的微波信号的相位相对经由耦合支路21输出的微波信号的相位滞后。
之所以如此设置是因为，信号线越长微波信号的损耗越大，而耦合支路21所传输的微波信号需要耦合至接收电极22之后传输第二传输线5，在这个过程中微波信号会有损耗，若将耦合支路21的线长增长，其所传输的微波信号的损耗会增大，故将时延支路的线长设计为比耦合支路21的线长要长一些。
在此需要说明的是，在本发明实施例中也可以将馈电结构中的耦合支路21和/或接收电极22设计为蜿蜒线，只要保证传输至第一传输线4和第二传输线5上的微波信号的相位存在一定的相位差即可。而在下述实施例中仅以时延支路1为蜿蜒线为例进行说明。
在本发明的一些实施例中，馈电结构不仅包括上述结构还包括功率分配器3，该功率分配器3可以采用三端口的T型结构，还是采用四端口结构的功率分配；当然，也不局限于这两种结构的功率分配器3。以下分别三端口和四端口的功率分配对本实施例中的馈电结构进行说明。当功率分配器3为三端口结构时，该功率分配器3包括信号输入端、第一信号输出端、第二信号输出端；其中，第一信号输出端连接时延支路1，第二信号输出端连接耦合支路21。当信号输入端进入功率为P的微波信号，功率分配器3将该微波信号进行处理，此时该功率分配器3的第一信号输出端和第二信号输出端所输出的微波信号的功率均为P/2；而由于时延支路为蜿蜒线，经由其所传输的微波信号要比耦合支路21所传输的微波信号的相位滞后，因此，时延支路传输至第一传输线4后传输的微波信号，与接收电极22传输至第二传输线5后传输的微波信号的存在一定的相位差，以使第一传输线4和第二传输线5交叠的位置形成一定的液晶电容，从而提供移相器的移相度。
当功率分配器3采用四端口结构时，该功率分配器3包括信号输入端、匹配端、第一信号输出端、第二信号输出端；其中，第一信号输出端连接时延支路1，第二信号输出端连接耦合支路21。当信号输入端进入功率为P的微波信号，功率分配器3将该微波信号进行处理，该功率分配器3的第一信号输出端和第二信号输出端所输出的微波信号的功率均近似为P/2；信号匹配端通过其所引入的信号，调节所述第一信号输出端和所述第二信号输出端所输出的微波信号，使二者输出的微波信号具有一定的相位差；也即在第一信号输出端和第二信号输出端将微波信号传输至时延支路1和耦合支路21之前，二路微波信号已经具有一定的相位差；而同时由于时延支路为蜿蜒线，经由其所传输的微波信号要比耦合支路21所传输的微波信号的相位滞后，因此，时延支路传输至第一传输线4后传输的微波信号，与接收电极22传输至第二传输线5后传输的微波信号的存在一定的相位差，以使第一传输线4和第二传输线5交叠的位置形成一定的液晶电容，从而提供移相器的移相度。
其中，对于上述的四端口功率分配器3包括但不限于3DB电桥、耦合器或正交混合网络，在此不再一一列举。
在本发明的一些实施例中，蜿蜒线具体可以采用弓字形、波浪形、锯齿形中的任意一种。当然，蜿蜒线也不局限于这几种结构，可以根据馈电结构的阻抗需求具体设计蜿蜒线的结构。
在本发明的一些实施例中，功率分配器3与时延支路1、耦合支路21均设置在第一基底10上。这样一来，可以使得馈电结构的厚度较小。而且如此设置还可以采用一次构图工艺形成时延支路1和耦合支路21，从而可以减少工艺步骤，提供生产效率。
在本发明的一些实施例中，馈电结构还可以包括位于第一基板和第二基板之间的支撑组件，用于维持所述第一基板和所述第二基板之间的盒厚。
在发明的一些实施例中，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。
在发明的一些实施例中，时延支路1、耦合支路21、接收电极22、第一传输线4、第二传输线5、地电极的材料均可以采用铝、银、金、铬、钼、镍或铁等金属制成。而且第一传输线4、第二传输线5还可以采用透明导电氧化物制成。
其中，液晶介质层6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度小于等于45°。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度小于90°，保证了液晶分子发生偏转后，改变液晶层的介电常数，以达到移相的目的。
第二方面，本发明实施例还提供一种微波射频器件，其包括上述的任一双基板馈电结构，该微波射频器件可以包括但不限于滤波器或者移相器。
第三方面，本发明实施例还提供一种液晶天线，该液晶天线包括上述的任意一种移相器。其中，在第二基底20的背离液晶介质层的一侧还设置有至少两个贴片单元，其中，每两个贴片单元之间的间隙与电极条之间的间隙对应设置。这样一来，可以使得经过上述的任意一种移相器进行相位调整后的微波信号从贴片单元之间的间隙辐射出去。
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 (14)
1.一种馈电结构，其特征在于，包括相对设置的第一基板和第二基板、参考电极，以及填充在所述第一基板和所述第二基之间的介质层；其中，
所述第一基板包括：第一基底，位于所述第一基底靠近所述介质层一侧的耦合支路和时延支路；所述耦合支路和所述时延支路分别连接在功率分配器的两个输出端上；且所述时延支路和所述耦合支路均与所述参考电极形成电流回路；
所述第二基板包括：第二基底，位于所述第二基底靠近所述介质层一侧的接收电极；所述接收电极与所述耦合支路构成耦合结构，且二者在所述第一基底上的正投影至少部分重叠；
所述耦合支路和所述接收电极在所述第一基底上的正投影所形成的线长，与所述时延支路的线长不同，以使所述耦合结构和所述时延支路所传输的微波信号的相位不同。
2.根据权利要求1所述的馈电结构，其特征在于，所述时延支路、所述耦合支路、所述接收电极中的一者包括蜿蜒线，以使所述耦合结构和所述时延支路所传输的微波信号的相位不同。
3.根据权利要求2所述的馈电结构，其特征在于，所述时延支路包括蜿蜒线。
4.根据权利要求2所述的馈电结构，其特征在于，所述蜿蜒线包括弓字形、波浪形、锯齿形中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的馈电结构，其特征在于，所述馈电结构还包括功率分配器；所述功率分配器包括信号输入端、第一信号输出端和第二信号输出端；其中，
所述信号输入端用于传输具有一定功率的微波信号；所述第一信号输出端与所述时延支路连接；所述第二信号输出端与所述耦合支路连接。
6.根据权利要求1所述的馈电结构，其特征在于，所述馈电结构还包括功率分配器；所述功率分配器包括信号输入端、信号匹配端、第一信号输出端和第二信号输出端；其中，
所述信号输入端用于传输具有一定功率的微波信号；所述第一信号输出端与所述时延支路连接；所述第二信号输出端与所述耦合支路连接；
所述信号匹配端用于通过其所引入的信号，调节所述第一信号输出端和所述第二信号输出端所输出的微波信号，使二者输出的微波信号具有一定的相位差。
7.根据权利要求6所述的馈电结构，其特征在于，所述功率分配器包括3DB电桥、耦合器或正交混合网络中的任意一种。
8.根据权利要求5-7中任一项所述的馈电结构，其特征在于，所述功率分配器与所述时延支路、所述耦合支路均设置在第一基底上。
9.根据权利要求1-7中任一项所述的馈电结构，其特征在于，所述时延支路、所述耦合支路、所述参考电极构成微带线传输结构、带状线传输结构、共表面波导传输结构、基片集成波导传输结构中任意一种。
10.根据权利要求1-7中任一项所述的馈电结构，其特征在于，所述馈电结构还包括位于所述第一基板和所述第二基板之间的支撑组件，用于维持所述第一基板和所述第二基板之间的盒厚。
11.根据权利要求1-10中任一项所述的馈电结构，其特征在于，所述介质层包括空气。
12.一种微波射频器件，其特征在于，包括权利要求1-11中任一项所述的馈电结构。
13.根据权利要求12所述的微波射频器件，其特征在于，所述微波射频器件包括移相器或滤波器。
14.一种天线，其特征在于，包括权利要求13或14所述的微波射频器件。
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