CN113140878B - 一种移相器及天线 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种移相器及天线，包括：相对设置的第一基板和第二基板；位于第一基板和第二基板之间的介电常数可调介质层；移相单元，包括传输线及相控电极，所述传输线设置在第一基板与介电常数可调介质层之间，所述相控电极设置在第二基板与介电常数可调介质层之间；及用于调控所述传输线的相对两侧电场的多条第一导线，多条所述第一导线在所述第一基板上的正投影与所述传输线在所述第一基板上的正投影平行，且多条所述第一导线在所述第一基板上的正投影位于所述传输线在所述第一基板上的正投影的相对两侧，并与所述传输线之间在所述传输线的线宽方向上具有第一间距。本发明提供的移相器及天线能够提高移相器移相能力。

Description

一种移相器及天线
技术领域
本发明涉及电磁波技术领域，尤其涉及一种移相器及天线。
背景技术
移相器是能够对电磁波的相位进行调整的装置，在雷达、导弹姿态控制、加速器、通信、仪器仪表甚至于音乐等领域都有着广泛的应用。液晶微带相移器是基于液晶在不同电场强度下介电常数不同的特性，通过改变微带传输线与地之间的电压，改变二者间的液晶介电常数调制电磁波信号相位。但是由于液晶移相器等器具需要的液晶盒(Cell)中液晶层的厚度很厚，多数需求超过100μm，同时微带传输线的宽度也在100μm这个数量级上，导致微带传输线与地之间的电场无法当做理想无限大平行板处理。在微带传输导线的两侧边缘的地方的电场的指向和大小均相对中心位置差异很大。在电压变化确定的情况下，液晶在这些区域的介电常数变化并没有理想情况大，产生相位差异不足的情况。
发明内容
本发明的目的在于提供一种移相器及天线，能够提高移相器移相能力。
本发明所提供的技术方案如下：
一方面，本发明实施例中提供了一种移相器，包括：
相对设置的第一基板和第二基板；
位于所述第一基板和所述第二基板之间的介电常数可调介质层；
移相单元，所述移相单元包括传输线及相控电极，所述传输线设置在所述第一基板与所述介电常数可调介质层之间，所述相控电极设置在所述第二基板与所述介电常数可调介质层之间；
及用于调控所述传输线的相对两侧电场的多条第一导线，多条所述第一导线在所述第一基板上的正投影与所述传输线在所述第一基板上的正投影平行，且多条所述第一导线在所述第一基板上的正投影位于所述传输线在所述第一基板上的正投影的相对两侧，并与所述传输线之间在所述传输线的线宽方向上具有第一间距。
示例性的，所述介电常数可调介质层为液晶层、锆钛酸铅层或者钛酸锶钡层。
示例性的，所述第一导线为高阻导线，其电阻值为所述传输线的电阻值的2～3倍。
示例性的，所述第一导线选用ITO或者IZO材料。
示例性的，所述第一导线的电阻值为70～80欧姆。
示例性的，所述第一导线的线宽为5～10nm。
示例性的，所述传输线的相对两侧中，每侧设置一条所述第一导线。
示例性的，所述传输线的相对两侧中，每侧设置至少两条所述第一导线，相邻两条所述第一导线之间具有第二间距。
示例性的，所述传输线的相对两侧中，每侧设置三条所述第一导线。
示例性的，所述传输线的走线为蛇形走线，每一条所述第一导线的走线为与所述传输线走向相同的蛇形走线。
一种天线，包括如上所述的移相器。
本发明所带来的有益效果如下：
上述方案中，通过在移相器的传输线的相对两侧分别设置第一导线，第一导线的作用是，在传输线两侧增加额外的静电终端，这样，传输线与相控电极之间的电场会分布更加均匀，从而起到通过传输线两侧分别增加第一导线的方法，调控介于传输线与相控电极之间的电场分布，使介于传输线与相控电极之间的介电常数可调介质层上电场分布更接近平行板电容器中的理想均匀分布，使有效影响电磁波相位的介电常数可调介质层的有效介电常数变化范围增加，以达到提高移相器移相能力的目的。
附图说明
图1表示本发明实施例提供的移相器结构示意图；
图2表示现有技术中移相器的电场分布图；
图3表示本发明实施例1提供的移相器的电场分布图；
图4表示本发明实施例2提供的移相器的电场分布图；
图5表示本发明提供的移相器的第一导线的走向示意图；
图6表示现有技术中移相器与本发明实施例1、2所提供的移相器的电场调控效果对比图，其中，横坐标X表示以图1中所述传输线的中点为坐标原点，水平方向上的坐标，纵坐标表示电场强度的模，a曲线为现有技术中移相器的电场强度分布图，b曲线为实施例1中的移相器的电场强度分布图，c曲线为实施例2中的移相器的电场强度分布图。
具体实施方式
为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
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。
针对现有技术中液晶移相器中微带传输线的两侧边缘的电场与中心位置处的电场大小差异大，导致产生相位差异不足的情况，本发明实施例提供了一种移相器及天线，能够提高移相器的移相能力。
一方面，如图1所示，本发明实施例中提供了一种移相器，包括：
相对设置的第一基板100和第二基板200；
位于所述第一基板100和所述第二基板200之间的介电常数可调介质层300；
移相单元，所述移相单元包括传输线400及相控电极500，所述传输线400设置在所述第一基板100与所述介电常数可调介质层300之间，所述相控电极500设置在所述第二基板200与所述介电常数可调介质层300之间；
及，用于调控所述传输线400的相对两侧电场的多条第一导线600，多条所述第一导线600在所述第一基板100上的正投影与所述传输线400在所述第一基板100上的正投影平行，且多条所述第一导线600在所述第一基板100上的正投影位于所述传输线400在所述第一基板100上的正投影的相对两侧，并与所述传输线100之间在所述传输线100的线宽方向上具有第一间距。
上述方案中，通过在移相器的传输线400的相对两侧分别设置第一导线600，第一导线600的作用是，在传输线400两侧增加额外的静电终端，这样，传输线400与相控电极500之间的电场会分布更加均匀，从而起到通过传输线400两侧分别增加第一导线600的方法，调控介于传输线400与相控电极500之间的电场分布，使介于传输线400与相控电极500之间的介电常数可调介质层300上电场分布更接近平行板电容器中的理想均匀分布，使有效影响电磁波相位的介电常数可调介质层300的有效介电常数变化范围增加，以达到提高移相器移相能力的目的。
其中，需要说明的是，所述第一导线600应使得所述传输线400附近的等电势面尽量平行于第一导线600表面，这样传输线400与相控电极500之间的电场将更加均匀。
此外，还需要说明的是，上述方案中，所述传输线400可以为微带传输线，但不以此为限；所述传输线400的所述相对两侧是指，所述传输线的所述相对两侧之间的距离为所述传输线的线宽；所述第一导线600与所述传输线400可以均设置在所述第一基板100上，且所述第一导线600与所述传输线400可以同层设置，也可以不同层设置，满足多条所述第一导线600在所述第一基板100上的正投影与所述传输线400在所述第一基板100上的正投影平行、且位于所述传输线在所述第一基板上的正投影相对两侧即可。
此外，本发明实施例提供的移相器中，所述介电常数可调介质层300可选用液晶层，但是并不以此为限，在电场或磁场控制下，在特定频段上介电常数发生变化的材料均可以，例如：PZT(锆钛酸铅)、BIST(钛酸锶钡)等。
此外，在本发明实施例提供的移相器中，所述第一导线600为高阻导线，其电阻值为所述传输线400的电阻值的2～3倍。
采用上述方案，所述第一导线600为高阻导线，其电阻值比所述传输线400的电阻值应高2-3个数量级，对于所述第一导线600的具体阻值选择，则可结合所述传输线400的线宽、形状、以及第一基板100和第二基板200的介电常数，可变介电常数电介质的介电常数等参数，通过仿真确定，并可通过所述第一导线600的厚度确定阻值大小。
此外，所述第一导线600可选用ITO(氧化铟锡)或IZO(氧化铟锌)等高阻值材料制作而成。
此外，在一种示例性的实施例中，所述第一导线600的电阻值为70～80欧姆；所述第一导线600的线宽为5～10nm。
采用上述方案，由于所述第一导线600的电阻可以达到70～80欧姆，远远高于通常用于所述传输线400的厚铜的电阻值，且所述第一导线600宽度在5～10nm，线宽很窄，因此不会引入更多插损。当然可以理解的是，在实际应用中，如前述，所述第一导线600的电阻值不限于此。
还需要说明的是，所述第一导线600可以与所述传输线400施加同样的电压，也可以单独施加与所述传输线400不同的电压，以获得更好的移相效果。
此外，在一种示例性的实施例中，所述传输线400的相对两侧中，每侧设置一条所述第一导线600。
此外，在一种示例性的实施例中，所述传输线400的相对两侧中，每侧设置至少两条所述第一导线600，相邻两条所述第一导线600之间具有第二间距。
以所述传输线400的相对两侧中，不设置所述第一导线600、每侧设置一条所述第一导线600和每侧设置三条所述第一导线600进行仿真设计，得到电场分布图，其中，图2所示为不设置所述第一导线600时的电场分布图；图3所示为每侧设置一条所述第一导线600时的电场分布图；图4所示为每侧设置三条所述第一导线600时的电场分布图；图6表示现有技术中移相器与本发明实施例1、2所提供的移相器的电场调控效果对比图，其中，横坐标X表示以图1中所述传输线的中点为坐标原点，水平方向上的坐标，纵坐标表示电场强度的模，a曲线为现有技术中移相器的电场强度分布图，b曲线为实施例1中的移相器的电场强度分布图，c曲线为实施例2中的移相器的电场强度分布图。由图2至图6可知，增加所述第一导线600的条数，改善电场均匀分布的效果最好。对应不同型号移相器，由于器件的厚度不同，对于所述第一导线600会有不同的线宽、间距以及线数的要求，可通过具体的仿真确定。线宽较细且更加分散的第一导线600，改善电场均匀分布的效果最好。
此外，在一种示例性的实施例中，如图5所示，所述传输线400的走线为蛇形走线，每一条所述第一导线600的走线为与所述传输线400走向相同的蛇形走线。
采用上述方案，所述传输线400与所述第一导线600均采用蛇形走线方式。需要说明的是，蛇形走线是一种特殊曲线，是布线中的一种走线方式，其主要目的是为了调节延时满足系统时序设计要求。例如，如图5所示，一种实施例中，所述传输线400的走线一端向第一方向F1延伸一段距离后，弯折迂回并向与所述第一方向F1相反的第二方向F2延伸一段距离，再次弯折迂回而向所述第一方向F1延伸，如此反复弯折迂回若干次，而形成蛇形走线结构。在一种示例性的实施例中，所述传输线400的走线两端之间包括至少两个弯折迂回部A，相应的，所述第一导线600的走线经多次弯折迂回而形成蛇形走线结构，且所述第一导线600的走线两端之间包括至少两个弯折迂回部。当然可以理解的是，在实际应用中，所述传输线400的走向也可以为其他形状。
此外，本发明实施例中还提供了一种天线，包括本发明实施例提供的移相器。
有以下几点需要说明：
(1)本公开实施例附图只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计。
(2)为了清晰起见，在用于描述本公开的实施例的附图中，层或区域的厚度被放大或缩小，即这些附图并非按照实际的比例绘制。可以理解，当诸如层、膜、区域或基板之类的元件被称作位于另一元件“上”或“下”时，该元件可以“直接”位于另一元件“上”或“下”或者可以存在中间元件。
(3)在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。
以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种移相器，其特征在于，包括：
相对设置的第一基板和第二基板；
位于所述第一基板和所述第二基板之间的介电常数可调介质层；
移相单元，所述移相单元包括传输线及相控电极，所述传输线设置在所述第一基板与所述介电常数可调介质层之间，所述相控电极设置在所述第二基板与所述介电常数可调介质层之间；
及用于调控所述传输线的相对两侧电场的多条第一导线，多条所述第一导线在所述第一基板上的正投影与所述传输线在所述第一基板上的正投影平行，且多条所述第一导线在所述第一基板上的正投影位于所述传输线在所述第一基板上的正投影的相对两侧，并与所述传输线之间在所述传输线的线宽方向上具有第一间距；
其中，所述第一导线的线宽小于所述传输线的线宽，且所述第一导线与所述传输线上施加电压相同，所述第一导线为高阻导线，其电阻值为所述传输线的电阻值的2~3倍。
2.根据权利要求1所述的移相器，其特征在于，
所述介电常数可调介质层为液晶层、锆钛酸铅层或者钛酸锶钡层。
3.根据权利要求1所述的移相器，其特征在于，
所述第一导线选用ITO或者IZO材料。
4.根据权利要求3所述的移相器，其特征在于，
所述第一导线的电阻值为70~80欧姆。
5.根据权利要求1所述的移相器，其特征在于，
所述第一导线的线宽为5~10nm。
6.根据权利要求1所述的移相器，其特征在于，
所述传输线的相对两侧中，每侧设置一条所述第一导线。
7.根据权利要求1所述的移相器，其特征在于，
所述传输线的相对两侧中，每侧设置至少两条所述第一导线，相邻两条所述第一导线之间具有第二间距。
8.根据权利要求7所述的移相器，其特征在于，
所述传输线的相对两侧中，每侧设置三条所述第一导线。
9.根据权利要求1至8任一项所述的移相器，其特征在于，所述传输线的走线为蛇形走线，每一条所述第一导线的走线为与所述传输线走向相同的蛇形走线。
10.一种天线，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的移相器。
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