CN112448106B - 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：参考电极、相对设置的第一基板和第二基板，填充在所述第一基板和所述第二基板之间的介质层；其中，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输入电极；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接收电极，且所述接收电极与所述输入电极在所述第一基底上的正投影至少部分重叠，构成耦合结构；所述输入电极和所述接收电极中的至少一者的输出端连接有相移结构，以使经由所述第一基板传输微波信号与经由第二基板传输的微波信号的相位不同；且输入电极、接收电极、相移结构均与参考电极构成电流回路。
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：参考电极、相对设置的第一基板和第二基板，填充在所述第一基板和所述第二基板之间的介质层；其中，
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输入电极；
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接收电极，且所述接收电极与所述输入电极在所述第一基底上的正投影至少部分重叠，构成耦合结构；
所述输入电极和所述接收电极中的至少一者的输出端连接有相移结构，以使经由所述第一基板传输微波信号与经由第二基板传输的微波信号的相位不同；且所述输入电极、所述接收电极、所述相移结构均与所述参考电极构成电流回路。
可选地，仅所述输入电极的输出端连接有相移结构。
可选地，所述相移结构包括：时延传输线、开关式移相器、负载式移相器、滤波式移相器、矢量调制式移相器中的任意一种。
可选地，当所述相移结构为时延传输线，且所述时延传输线连接在所述输入电极的输出端时，所述时延传输线与所述输入电极同层设置，且材料相同。
可选地，所述输入电极和所述接收电极所构成的所述耦合结构包括紧耦合结构。
可选地，所述输入电极、所述接收电极、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中任意一种。
可选地，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。
可选地，所述支撑组件包括点胶支撑组件或者隔垫物。
可选地，所述介质层包括：空气或惰性气体。
第二方面，本发明实施例提供一种微波射频器件，其包括上述的馈电结构。
可选地，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示意图；
图2为本发明实施例的馈电结构的俯视图；
图3为图2的A-A'的示意图；
图4为图2的B-B'的示意图；
图5为本发明实施例的移相器的移相部分的示意图。
其中附图标记为：1、耦合结构；11、输入电极；12接收电极；2、相移结构；3、第一传输线；4、第二传输线；5、液晶介质层；10、第一基底；20、第二基底；30、馈电结构的接地电极；40、移相器的接地电极。
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，而且还包括移相部分，如图5所示，该移相部分包括设置在第一基底10上的第一传输线3，设置在第二基底20靠近第一传输线3一侧的第二传输线4，设置在第一传输线3和第二传输线4所在层之间的介质层，以及接地电极；该介质层包括但不限于液晶层，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3和第二传输线4均可以是微带线，且此时接地电极40则是设置在第一基底10背离第一传输线3的一侧，第一传输线3和第二传输线4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3、第二传输线4和接地电极40构成微带线传输结构；当然第一传输线3、第二传输线4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，本发明实施例提供一种馈电结构包括：参考电极、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；其中，第一基板包括：第一基底10，设置在第一基底10靠近介质层一侧的输入电极11；第二基板包括：第二基底20，设置在第二基底20靠近介质层一侧的接收电极12，且接收电极12与输入电极11在第一基底10上的正投影至少部分重叠，构成耦合结构1；输入电极11和接收电极12中的至少一者的输出端连接有相移结构2，以使经由第一基板传输微波信号与经由第二基板传输的微波信号的相位不同；且输入电极11、接收电极12、相移结构2均与参考电极构成电流回路。
在需要说明的是，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，当然介质层也可以是惰性气体。
其中，馈电结构中输入电极11、接收电极12、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。在本发明实施例中以输入电极11、接收电极12、参考电极构成微带线传输结构为例，此时参考电极可以位于第一基底10背离输入电极11的一侧。
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，只要能够与输入电极11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为例进行说明。而且馈电结构中的接地电极位于第一基底10背离介质层的一侧，且与移相器中的接地电极连接。当然，馈电结构中的接地电极和移相器中的接地电极也可以采用一体成型结构。
其中，输入电极11和接收电极12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，输入电极11与接收电极12(接地电极)之间存在一定压差，输入电极11与接收电极12(接地电极)形成电容、电导，同时，输入电极11用于为移相器中的第一传输线3传输微波信号，接收电极12用于为移相器中的第二传输线4传输微波信号，最终回流到接地电极30，也即形成电流回路。
其中，在本发明实施例的馈电结构中，耦合结构1的输入电极11和接收电极12中一者的输出端连接有相移结构2，为了清楚本发明实施例的馈电结构工作原理，以输入电极11相移结构2为例进行说明。也即，输入电极11通过相移结构2与移相器的第一传输线3连接，接收电极12的输出端直接与第二传输线4连接。
在本发明实施例的馈电结构中，当携带一定功率的微波信号传输至耦合结构1的输入电极11时，由于接收电极12与输入电极11在第一基底10上正投影存在交叠，因此，一部分微波信号则通过输入电极11传输至相移结构2，对这部分微波信号进行移相，之后再传输至移相器的第一传输线3；另一部分微波信号将被耦合至接收电极12而传输至第二传输线4，此时，经由相移结构2移相后传输至第一传输线3的微波信号的相位，与经由接收电极12传输至第二传输线4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3和第二传输线4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3和第二传输线4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3和第二传输线4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3和第二传输线4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3和第二传输线4施加不同的电压以使液晶层中的液晶分子偏转，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，以输入电极11和接收电极12构成类似3dB耦合器的耦合结构为例进行说明。3dB耦合器也即能够对携带功率P的微波信号进行近似等功分，以使输入电极11和接收电极12所传输的微波信号的能量近似相同，且输入电极11和接收电极12所传输的微波信号所携带功率均为P/2。当然，应当理解是，输入电极11和接收电极12构成的耦合结构1也不局限于3dB耦合结构。经由3dB耦合结构1对携带功率P的微波信号进行等功分，此时经由输入电极11和相移结构2传输的微波信号的功率为P/2，相位为270°，接收电极12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3和第二传输线4上的微波信号的相位差180°；此时，时延支路输入至移相结构的第一传输线3的微波信号所带的电压为-1V，耦合支路21耦合至接收电极12之后输入至移相结构的第二传输线4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3和第二传输线4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，上述实施例只是以第一基板(输入电极11和相移结构2)和第二基板(接收电极12)上的微波信号相差180°为例进行说明的，但实际上，可以根据调节相移结构2的移相度接收电极12，则可以调节相移结构2输入至第一传输线3，接收电极12输入至第二传输线4二者的微波信号的相位差。
在本发明的一些实施例中，耦合结构1中的输入电极11和接收电极12一者的输出端连接相移结构2，以使第一基板和第二基板所传输的微波信号的相位不同。优选的，将相移结构2连接在输入电极11的输出端。之所以如此设置是因为，接收电极12上的微波信号是通过输入电极11耦合而来，在该过程中微波信号的能量将会有些许的损失，故若在接收电极12输出端连接相移结构2会使得第二基板侧的微波信号损失更加严重，故优选的将相移结构2连接在输入电极11的输出端。
在发明的一些实施例中，相移结构2可以为时延性和非时延性两类。其中，时延性相移结构2包括但不限于时延传输线、开关式移相器、负载式移相器、滤波器式移相器等。时延性相移结构2的特点为改变信号相速度或信号传播距离实现相位变化。非时延型相移结构2包括但不限于矢量调制式移相器。非时延型相移结构2原理与信号传播的时间参数无关。
其中，若所述相移结构2为时延传输线，且时延传输线连接在输入电极11的输出端时，时延传输线与输入电极11同层设置，且材料相同。同理，若时延传输线连接在接收电极12的输出端时，时延传输线与接收电极12同层设置，且材料相同。这样一来，可以使得馈电结构更加轻薄，以及可以提高生产效率降低工艺成本。
进一步的，在本发明实施例中，时延传输线具体可以是蜿蜒线，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，相移结构2包括但不限于紧耦合结构。其中，紧耦合结构是指耦合效率在0.5以上，也即输入至输入电极11上微波信号大致50％耦合至接收电极12。在本发明实施例中采用紧耦合结构，其耦合效率较现有的平行线耦合器和渐变线耦合器的耦合效率更高，无多余的线路损耗，且带宽适当。
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。该支撑组件包括但不限于点胶支撑组件或隔垫物(Photo Spacer)。
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，输入电极11、接收电极12、接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3、第二传输线4还可以采用透明导电氧化物制成。
其中，液晶介质层5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小于或者等于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天线，该天线包括上述的任意一种微波射频器件。其中，在第二基底20的背离液晶介质层5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 (11)
1.一种馈电结构，其特征在于，包括：参考电极、相对设置的第一基板和第二基板，填充在所述第一基板和所述第二基板之间的介质层；其中，
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输入电极；
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接收电极，且所述接收电极与所述输入电极在所述第一基底上的正投影至少部分重叠，构成耦合结构；所述输入电极的输入端和所述接收电极的输入端在所述第一基底上的正投影的延伸方向相同；所述输入电极和所述接收电极所构成的所述耦合结构包括紧耦合结构；
所述输入电极和所述接收电极中的至少一者的输出端连接有相移结构，以使经由所述第一基板传输微波信号与经由第二基板传输的微波信号的相位不同；且所述输入电极、所述接收电极、所述相移结构均与所述参考电极构成电流回路。
2.根据权利要求1所述的馈电结构，其特征在于，仅所述输入电极的输出端连接有相移结构。
3.根据权利要求1或2所述的馈电结构，其特征在于，所述相移结构包括：时延传输线、开关式移相器、负载式移相器、滤波式移相器、矢量调制式移相器中的任意一种。
4.根据权利要求2所述的馈电结构，其特征在于，当所述相移结构为时延传输线，且所述时延传输线连接在所述输入电极的输出端时，所述时延传输线与所述输入电极同层设置，且材料相同。
5.根据权利要求1或2所述的馈电结构，其特征在于，所述输入电极、所述接收电极、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中任意一种。
6.根据权利要求1或2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。
7.根据权利要求6所述的馈电结构，其特征在于，所述支撑组件包括点胶支撑组件或者隔垫物。
8.根据权利要求1或2所述的馈电结构，其特征在于，所述介质层包括：空气或惰性气体。
9.一种微波射频器件，其特征在于，包括权利要求1-8中任一项所述的馈电结构。
10.根据权利要求9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。
11.一种天线，其特征在于，包括权利要求9或10所述的微波射频器件。
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