CN112490672A - 一种基于微波液晶衬底的电调谐天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于微波液晶衬底的电调谐天线，包括从下而上层叠放置的第一移相层、中间连接结构层和第二移相层；所述第一移相层从上而下依次包括相连的第一移相网络和第一偏置线、第一液晶层、第一金属地板；所述中间连接结构层包括金属同轴过孔和介质填充层；所述第二移相层从上至下依次包括辐射贴片、介质基板、第二金属地板、第二液晶层、相连的第二移相网络和第二偏置线，所述第二金属地板中设置耦合窗。本发明设计的电调谐天线具有体积小、成本低、结构简单、可连续调谐且相移范围大的优点。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种基于微波液晶衬底的电调谐天线。
背景技术
现代通信技术的发展的对于可调谐天线的要求越来越高，普通的机械扫描系统以及频扫天线已经不能满足通信需求，研制定频扫描天线系统已经成为了目前的发展趋势。
目前定频扫描天线系统主要有机械调谐和电调谐。机械调谐天线在天线的尺寸以及扫描速度等方面存在不足。采用变容二极管或PIN管等方式进行电调谐的技术比较成熟并广泛应用，但它们不能进行连续的调谐。
液晶材料在光学领域作为一种显示材料已经得到了广泛地应用，而且其介电可控的电特性在微波射频领域也表现出很好的应用前景。采用微波液晶介质材料的电调谐天线相较于其他可重构天线技术，具有可实现连续调谐、高频介质损耗小、成本低和易于集成等优势。近年来向列型液晶材料在微波频段的研究成为了行业热点。
2020年，南京星腾通讯技术有限公司在专利CN111490314A公开了一种涉及一种相位连续可调的液晶移相器及调控方法，由上至下依次包括上层壳体、微波介质板和下层壳体，下层壳体朝向微波介质板的一面中心位置铺设液晶，液晶四周包围有胶框，微波介质板印制有微带传输线，微带传输线包括位于中间的液晶材料传输段和位于液晶材料传输段两端的微波材料传输段。该天线通过直流偏置线控制液晶的偏置电压，从而控制液晶材料的介电常数变化，进而改变传输线的电长度，最后改变信号的相位偏移量，实现180°范围内的移相，实现了大突破。但如今技术飞速发展，180°移相范围仍不能满足需求。
发明内容
发明目的：本发明旨在解决现有技术的上述不足，提供一种基于微波液晶衬底的电调谐天线，解决移相范围小的问题。
技术方案：本发明所述的基于微波液晶衬底的电调谐天线包括从下而上层叠放置的第一移相层、中间连接结构层和第二移相层。
所述第一移相层从上而下依次包括相连的第一移相网络和第一偏置线、第一液晶层、第一金属地板；通过第一偏置线调节第一移相网络和第一金属地板之间的电压，从而实现第一移相层移相。
所述第一液晶层采用微波液晶材料。
所述第一移相网络为回字形结构。
所述中间连接结构层包括金属同轴过孔和介质填充层，金属同轴过孔使第一移相层与第二移相层级联，从而累加相位可调控范围。
所述第二移相层从上至下依次包括辐射贴片、介质基板、第二金属地板、第二液晶层、相连的第二移相网络和第二偏置线；所述第二金属地板中设置耦合窗，电磁波经由耦合窗耦合到辐射贴片辐射出去；通过第二偏置线调节第二移相网络和第二金属地板之间的电压，从而实现第二移相层移相。
所述第二液晶层采用微波液晶材料。
所述第二移相网络为回字形结构。
有益效果：与现有技术相比，本发明的显著优点为设计的电调谐天线体积小、成本低、结构简单、可连续调谐且相移范围大。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的结构侧视图；
图3为本发明的结构立体分解图；
图4为本发明调谐天线的相移；
图5为本发明调谐天线的反射系数S11。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
由图1和图2可知，本发明所述的一种基于微波液晶衬底的电调谐天线，包括从下而上层叠设置的第一移相层1、中间连接结构层2和第二移相层3。所述第一移相层1 从上而下依次包括相连的回字形结构第一移相网络101和第一偏置线104、微波液晶材料的第一液晶层102、第一金属地板103。所述中间连接结构层2包括金属同轴过孔201 和介质填充层202。所述第二移相层3从上至下依次包括辐射贴片301、介质基板302、第二金属地板303、微波液晶材料的第二液晶层304、相连的回字形结构第二移相网络 305和第二偏置线306；所述第二金属地板303中设置一个耦合窗307。
本发明的工作原理如下：
微波液晶材料在未施加电压时，所述液晶层的液晶分子按一定规律排布；施加电压时，液晶分子的取向改变，从而其介电常数发生改变。
由图3可知，通过第一偏置线104对第一移相网络101施加电压。改变第一移相网络101和第一金属地板103之间的电压，控制液晶分子排布方式，改变液晶材料的介电常数，从而实现第一移相层1移相。通过第二偏置线104对第二移相网络101施加电压，改变第二移相网络101和第二金属地板103之间的电压，从而实现第二移相层3移相。金属同轴过孔201使第一移相层1与第二移相层3级联，从而累加相位可调控范围。
电磁波经由所述耦合窗307耦合到辐射贴片301，并辐射出去。
对于本发明所述的基于微波液晶衬底的电调谐天线，液晶层采用高频介质损耗较小的液晶材料；第二移相层中的介质填充材料可以采用Rogers 5880板材。由图4中的相移曲线可知，当微波液晶材料的介电常数在偏置电压作用下由εr＝3.60变化至εr＝5.1时，该天线在18.2GHz附近的相移可达360°，由图5中天线回波损耗曲线可知，该天线在 18.2GHz附近有约300MHz的阻抗带宽，回波损耗均在-10dB以下。
本发明提供一种基于微波液晶衬底的电调谐天线，采用低损耗的高频微波液晶材料，利用液晶材料在不同偏置电压下具有不同的介电常数，采用两层移相层级联的结构实现相位0～360°的连续可变电调。
Claims (8)
1.一种基于微波液晶衬底的电调谐天线，其特征在于：包括从下而上层叠放置的第一移相层(1)、中间连接结构层(2)和第二移相层(3)。
2.根据权利要求1所述的一种基于微波液晶衬底的电调谐天线，其特征在于：所述第一移相层(1)从上而下依次包括相连的第一移相网络(101)和第一偏置线(104)、第一液晶层(102)、第一金属地板(103)。
3.根据权利要求2所述的一种基于微波液晶衬底的电调谐天线，其特征在于：所述第一液晶层(102)采用微波液晶材料。
4.根据权利要求2所述的一种基于微波液晶衬底的电调谐天线，其特征在于：所述第一移相网络(101)为回字形结构。
5.根据权利要求1所述的一种基于微波液晶衬底的电调谐天线，其特征在于：所述中间连接结构层(2)包括金属同轴过孔(201)和介质填充层(202)。
6.根据权利要求1所述的一种基于微波液晶衬底的电调谐天线，其特征在于：所述第二移相层(3)从上至下依次包括辐射贴片(301)、介质基板(302)、第二金属地板(303)、第二液晶层(304)、相连的第二移相网络(305)和第二偏置线(306)；所述第二金属地板(303)中设置耦合窗(307)。
7.根据权利要求6所述的一种基于微波液晶衬底的电调谐天线，其特征在于：所述第二液晶层(304)采用微波液晶材料。
8.根据权利要求6所述的一种基于微波液晶衬底的电调谐天线，其特征在于：所述第二移相网络(305)为回字形结构。
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