CN113054437B - 一种多功能多波段电磁调控装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供本发明提供一种多功能多波段电磁调控装置，其包括调光基板和位于所述调光基板上的相控阵基板，所述调光基板的长度不小于所述相控阵基板的长度，所述调光基板的宽度不小于所述相控阵基板的宽度，所述相控阵基板在所述调光基板上的投影不超过所述调光基板的边缘。本发明多功能多波段电磁波调控装置，通过加载在接地片和移相器上电压，控制高频液晶的旋转，控制电磁波按照要求的角度发射；本发明兼具相控阵天线及可见光可调功能，可用于汽车、飞机车窗和楼宇玻璃等场景，实现万物互联。

Description

一种多功能多波段电磁调控装置
技术领域
本发明涉及天线的技术领域，具体涉及一种与智能窗相结合的多功能多波段电磁调控装置。
背景技术
随着卫星技术的快速发展、卫星通信技术的不断革新，真正实现终端随时随地的卫星通信、实现万物互联的时代已经拉开了序幕。其中，相控阵天线占据着极其重要的地位。
传统的相控阵天线使用机械方式进行信号的方向控制，具有响应速度慢、成本高、功耗大、应用场景有限等缺点，因此开发全新概念的天线——液晶相控阵天线，成为一个极具热点的方向。
液晶相控阵天线指的是通过控制阵列天线中辐射单元的馈电控制相位来改变方向图形状的天线。控制相位可以改变液晶相控阵天线辐射或接收电磁波的功率的最大值的方向，以达到波束扫描的目的。
液晶相控阵天线具有超低成本、低功耗、应用场景广泛、响应速度快等优势，可以实现毫米波、THz等电磁波传输控制，用于5G、6G卫星互联网通信和基站。液晶相控阵天线可以安装在汽车、轮船、飞机、楼宇等户外，实现移动通信、wifi热点等天地一网。同时，液晶相控阵天线与智能窗结合的应用方向，又可以做到光线明暗可调。
故有必要设计一种与智能窗相结合的多功能多波段电磁调控装置。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述现有技术，本发揭示一种控制电磁波安装要求的角度发射且兼具相控阵天线及可见光可调功能的多功能多波段电磁调控装置。
本发明提供一种多功能多波段电磁调控装置，其包括调光基板和位于所述调光基板上的相控阵基板，所述调光基板的长度不小于所述相控阵基板的长度，所述调光基板的宽度不小于所述相控阵基板的宽度，所述相控阵基板在所述调光基板上的投影不超过所述调光基板的边缘；
所述相控阵基板包括位于所述调光基板上的相控阵下基板、与相控阵下基板相对设置的相控阵上基板以及夹设在相控阵上基板和相控阵下基板之间的高频液晶；其中所述相控阵下基板包括位于所述调光基板上方的中板、位于所述中板下的微带线、位于所述中板上方的移相器；所述相控阵上基板包括顶板、位于所述顶板上方且阵列设置的多个天线辐射贴片以及位于所述顶板下方的接地片；所述高频液晶由所述接地片和移相器之间的电压驱动旋转，所述天线辐射贴片传输电磁波。
优选地，所述调光基板包括底板、位于所述底板上的第一电极、与所述第一电极相对设置的第二电极以及夹设在所述第一电极和第二电极之间的第一染料液晶，所述第二电极形成于所述相控阵下基板上。
优选地，所述调光基板还包括位于所述底板下的第三电极、与所述底板相对设置且位于所述底板下方的下底板、位于所述下底板上的第四电极以及夹设在所述第三电极和第四电极之间的第二染料液晶。
优选地，所述相控阵下基板还包括覆盖所述微带线且位于所述中板下的第一绝缘层以及覆盖所述移相器且位于所述中板上的第二绝缘层，所述第二电极位于所述第一绝缘层的下方；所述相控阵上基板还包括覆盖多个天线辐射贴片且位于所述顶板上的第三绝缘层以及覆盖所述接地片且位于所述顶板上的第四绝缘层，所述高频液晶夹设在所述第二绝缘层和所述第四绝缘层之间。
优选地，所述中板的长度和宽度分别作为调光基板的长度和宽度，所述第二绝缘层的长度不大于所述中板的长度，所述第二绝缘层的宽度不大于所述中板的宽度，所述第二绝缘层在所述中板上的投影不超过所述中板的边缘。
优选地，所述相控阵基板的面积不大于所述调光基板的面积的一半，所述相控阵基板在所述调光基板上的投影位于所述调光基板的左半部分或右半部分。
优选地，每个调光基板上设有对称设置的两个相控阵基板，两个相控阵基板分别位于调光基板的两端，每个相控阵基板的长度不大于调光基板的宽度。
优选地，所述相控阵基板的中心与所述调光基板的中心对称设置，所述相控阵基板在所述调光基板上的投影位于调光基板的内部且位于调光基板的中心。
优选地，每个调光基板上设有一个相控阵基板，所述相控阵基板的长度不大于调光基板的宽度，所述相控阵基板在调光基板上的投影位于调光基板的中心。
优选地，所述底板、中板和顶板在两端区域的材料为玻璃或者柔性材料。
本发明多功能多波段电磁波调控装置，通过加载在接地片和移相器上电压，控制高频液晶的旋转，控制电磁波按照要求的角度发射；本发明兼具相控阵天线及可见光可调功能，可用于汽车、飞机车窗和楼宇玻璃等场景，实现万物互联。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为本发明第一实施例所述的多功能多波段电磁波调控装置的结构示意图；
图2（a）至图2（d）为本发明一个实施例所述的多功能多波段电磁波调控装置使用场景的示意图；
图3为本发明第二实施例所述的多功能多波段电磁波调控装置的结构示意图；
图4为本发明第三实施例所述的多功能多波段电磁波调控装置的结构示意图；
图5为本发明第四实施例所述的多功能多波段电磁波调控装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
图1所示为本发明多功能多波段电磁波调控装置第一实施例的结构示意图，多功能多波段电磁波调控装置包括调光基板10和位于调光基板10上的相控阵基板20，调光基板10的尺寸大于相控阵基板20的尺寸，即调光基板10的长度不小于相控阵基板20的长度，调光基板10的宽度不小于相控阵基板20的宽度，相控阵基板20在调光基板10上的投影不超过调光基板10的边缘。
调光基板10包括底板11、位于底板11上的第一电极12、与第一电极12相对设置的第二电极17以及夹设在第一电极12和第二电极17之间的第一染料液晶13，第一染料液晶13由第一电极12和第二电极17之间的电场控制其旋转角度，第一电极12和第二电极17均为ITO电极。
第一染料液晶13为液晶中增加了具有颜色的染料，可以实现对特定可见光波长的吸收，对调光基板10加载电压并控制加载的电压，第一电极12和第二电极17产生电压并控制第一染料液晶13对可见光的吸收，实现多灰度控制。
相控阵基板20包括位于调光基板10的第二电极17上方的相控阵下基板、与相控阵下基板相对设置的相控阵上基板以及夹设在相控阵上基板和相控阵下基板之间的高频液晶23。
相控阵下基板包括位于第二电极17上方的中板14、位于中板14下的微带线15、覆盖微带线15且位于中板14下方的第一绝缘层16、位于中板14上的移相器21、覆盖移相器21且位于中板14上的第二绝缘层22。其中第二绝缘层22的长度小于第一绝缘层16的长度，这样使得相控阵基板20的长度小于调光基板10的长度。
第二电极17位于第一绝缘层16的下方，第二电极17与相控阵下基板同时形成，也就是说调光基板10和相控阵基板20共用中板14。微带线15用于传输射频信号。移相器21用于加载电压，控制高频液晶23的方向以实现相移功能。
相控阵上基板包括顶板24、位于顶板24上且阵列设置的多个天线辐射贴片25、覆盖多个天线辐射贴片25且位于顶板24上的第三绝缘层26、位于顶板24下的接地片27以及覆盖接地片27且位于顶板24上的第四绝缘层28。在投影方向上，移相器21和天线辐射贴片25重叠；高频液晶23夹设在第二绝缘层22和第四绝缘层28之间。
天线辐射贴片25用于将相控阵基板20的液晶盒内传输的电磁波辐射到外部空间；接地片27传输接地信号，给高频液晶23提供接地电压。
高频液晶23由接地片27和移相器21之间的电压驱动旋转，天线辐射贴片25传输电磁波并辐射到外部空间。
底板11、中板14和顶板24为玻璃基板、或者PI、PET、PU、PEN等柔性材料板、或者是玻璃和柔性材料结合的基板，底板11、中板14和顶板24具有耐高温和透明度高的性能。
在本实施例中，底板11、中板14和顶板24均为玻璃基板。
第一绝缘层16、第二绝缘层22、第三绝缘层26和第四绝缘层28的材料为SiNx或PI或SiO2等绝缘材料。
中板14的长度和宽度分别作为调光基板10的长度和宽度，第二绝缘层22的长度不大于中板14的长度，第二绝缘层22的宽度不大于所述中板14的宽度，第二绝缘层22在中板14上的投影不超过中板14的边缘。天线辐射贴片25、移相器21、微带线15均由高导电率的金属材料形成的，其厚度在2um以上，通过控制高频液晶23的转动，实现对1um以上的电磁波的接收、方向控制和发射。
调光基板10和相控阵基板20可以是主动式也可以是被动式，主动式需要分别在调光基板10和相控阵基板20的电路中分别加上TFT器件控制，实现单独或者分区控制。
如图2（a）至图2（d）所示为本发明调控装置使用场景的实施例，调光基板10相当于智能窗（如汽车的全顶车窗），相控阵基板20位于调光基板10上，调光基板10没有被相控阵基板20覆盖的区域为白色区域，白色区域可以透光，可以进行智能窗的调控，调光基板10被相控阵基板20覆盖的区域不能透光。本发明兼具相控阵天线及可见光可调功能，可用于汽车、飞机车窗和楼宇玻璃等场景，实现万物互联。如图2（a）所示，相控阵基板20位于调光基板10的上方，相控阵基板20的面积不大于调光基板10的面积的一半，相控阵基板20在调光基板10上的投影位于调光基板10的左半部分或右半部分。
如图2（b）所示，每个调光基板10上设有对称设置的两个相控阵基板20，两个相控阵基板20分别位于调光基板10的两端，每个相控阵基板20的长度不大于调光基板10的宽度，每个相控阵基板20在调光基板10上的投影位于调光基板10的内部。
如图2（c）所示，相控阵基板20的中心与调光基板10的中心对称设置，相控阵基板20在调光基板10上的投影位于调光基板10的内部且位于调光基板10的中心，相控阵基板20的长度不大于调光基板10的长度，相控阵基板20的宽度不大于调光基板10的宽度。
如图2（d）所示，每个调光基板10上设有一个相控阵基板20，相控阵基板20的长度不大于调光基板10的宽度，相控阵基板20在调光基板10上的投影位于调光基板10的中心。
本发明相控阵基板20根据无线网络电磁波传输的要求，通过加载在接地片27和移相器21上电压，控制高频液晶23的旋转，控制电磁波按照要求的角度发射，具体地：通过控制加载在接地片27和移相器21上的电压，使高频液晶23的转动，折射率发生变化，在液晶盒内部实现相位差调控，当电磁波通过液晶盒的时候，可以通过加载不同的电压，使波阵面发生转向，改变电磁波的发射或接收角度。
调光基板10在不加电压的时候，根据不同的显示模式，如在TN（扭曲向列）或者ECB（电控双折射）模式下为不透明，染料液晶13的染料分子对光进行吸收，在VA（垂直配向）模式下为透明，入射光和染料分子的光轴平行，不对光进行吸收，当施加电压以后，母体染料液晶13开始转动，带动染料分子转动，TN和ECB模式切换为透明状态，VA模式渐渐不透明，且可以进行明暗调控。
图3所示为本发明多功能多波段电磁波调控装置第二实施例的结构示意图，与上述第一实施例不同的是，在第二实施例中，底板11、中板14和顶板24均为柔性基板。
图4所示为本发明多功能多波段电磁波调控装置第三实施例的结构示意图，与上述第二实施例不同的是：在第三实施例中，调光基板10还包括一层基板、一层电极和一层染料液晶。具体地，调光基板10包括底板11、位于底板11上的第一电极12、与第一电极12相对设置的第二电极17、夹设在第一电极12和第二电极17之间的第一染料液晶13、位于底板11下的第三电极192、与底板11相对设置且位于底板11下方的下底板19、位于下底板19上的第四电极191以及夹设在第三电极192和第四电极191之间的第二染料液晶18。
第二电极17仍位于第一绝缘层16的下方。
第三实施例中，调光基板10具有2层染料液晶（第一染料液晶13和第二染料液晶18），达到多一层染料液晶，可以更好的控制透明度。
下底板19、底板11、中板14和顶板24为玻璃基板、或者PI、PET、PU、PEN等柔性材料板、或者是玻璃和柔性结合的基板，下底板19、底板11、中板14和顶板24具有耐高温和透明度高的性能。
图5所示为本发明多功能多波段电磁波调控装置第四实施例的结构示意图，与上述第一实施例不同的是，在第四实施例中，底板11、中板14和顶板24虽然都是玻璃基板，在底板11、中板14和顶板24的边缘弯曲度比较大的区域（如两端，如底板11一端标号111区域，中板14一端标号141区域和顶板24一端标号241区域），采用柔性材料，这样有利于形成曲面多功能多波段电磁波调控装置。
本发明多功能多波段电磁波调控装置，通过加载在接地片和移相器上电压，控制高频液晶的旋转，控制电磁波按照要求的角度发射；本发明兼具相控阵天线及可见光可调功能，可用于汽车、飞机车窗和楼宇玻璃等场景，实现万物互联。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种多功能多波段电磁调控装置，其特征在于，其包括调光基板（10）和位于所述调光基板（10）上的相控阵基板（20），所述调光基板（10）的长度不小于所述相控阵基板（20）的长度，所述调光基板（10）的宽度不小于所述相控阵基板（20）的宽度，所述相控阵基板（20）在所述调光基板（10）上的投影不超过所述调光基板（10）的边缘；
所述相控阵基板（20）包括位于所述调光基板（10）上的相控阵下基板、与相控阵下基板相对设置的相控阵上基板以及夹设在相控阵上基板和相控阵下基板之间的高频液晶（23）；其中所述相控阵下基板包括位于所述调光基板（10）上方的中板（14）、位于所述中板（14）下的微带线（15）、位于所述中板（14）上方的移相器（21）；所述相控阵上基板包括顶板（24）、位于所述顶板（24）上方且阵列设置的多个天线辐射贴片（25）以及位于所述顶板（24）下方的接地片（27）；所述高频液晶（23）由所述接地片（27）和移相器（21）之间的电压驱动旋转，所述天线辐射贴片（25）传输电磁波；
所述调光基板（10）包括底板（11）、位于所述底板（11）上的第一电极（12）、与所述第一电极（12）相对设置的第二电极（17）以及夹设在所述第一电极（12）和第二电极（17）之间的第一染料液晶（13），所述第二电极（17）形成于所述相控阵下基板上。
2.根据权利要求1所述的多功能多波段电磁调控装置，其特征在于，所述调光基板（10）还包括位于所述底板（11）下的第三电极（192）、与所述底板（11）相对设置且位于所述底板（11）下方的下底板（19）、位于所述下底板（19）上的第四电极（191）以及夹设在所述第三电极（192）和第四电极（191）之间的第二染料液晶（18）。
3.根据权利要求1或2所述的多功能多波段电磁调控装置，其特征在于，所述相控阵下基板还包括覆盖所述微带线（15）且位于所述中板（14）下的第一绝缘层（16）以及覆盖所述移相器（21）且位于所述中板（14）上的第二绝缘层（22），所述第二电极（17）位于所述第一绝缘层（16）的下方；所述相控阵上基板还包括覆盖多个天线辐射贴片（25）且位于所述顶板（24）上的第三绝缘层（26）以及覆盖所述接地片（27）且位于所述顶板（24）上的第四绝缘层（28），所述高频液晶（23）夹设在所述第二绝缘层（22）和所述第四绝缘层（28）之间。
4.根据权利要求3所述的多功能多波段电磁调控装置，其特征在于，所述第二绝缘层（22）、第三绝缘层（26）和第四绝缘层（28）的长度不大于所述中板（14）的长度，所述第二绝缘层（22）、第三绝缘层（26）和第四绝缘层（28）的宽度不大于所述中板（14）的宽度，所述第二绝缘层（22）在所述中板（14）上的投影不超过所述中板（14）的边缘。
5.根据权利要求4所述的多功能多波段电磁调控装置，其特征在于，所述相控阵基板（20）的面积不大于所述调光基板（10）的面积的一半，所述相控阵基板（20）在所述调光基板（10）上的投影位于所述调光基板（10）的左半部分或右半部分。
6.根据权利要求4所述的多功能多波段电磁调控装置，其特征在于，每个调光基板（10）上设有对称设置的两个相控阵基板（20），两个相控阵基板（20）分别位于调光基板（10）的两端，每个相控阵基板（20）的长度不大于调光基板（10）的宽度。
7.根据权利要求4所述的多功能多波段电磁调控装置，其特征在于，所述相控阵基板（20）的中心与所述调光基板（10）的中心对称设置，所述相控阵基板（20）在所述调光基板（10）上的投影位于调光基板（10）的内部且位于调光基板（10）的中心。
8.根据权利要求4所述的多功能多波段电磁调控装置，其特征在于，每个调光基板（10）上设有一个相控阵基板（20），所述相控阵基板（20）的长度不大于调光基板（10）的宽度，所述相控阵基板（20）在调光基板（10）上的投影位于调光基板（10）的中心。
9.根据权利要求4所述的多功能多波段电磁调控装置，其特征在于，所述底板（11）、中板（14）和顶板（24）在两端区域的材料为玻璃或者柔性材料。
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