CN113574734B - 移相器及其制作方法和驱动方法、电子设备 - Google Patents

移相器及其制作方法和驱动方法、电子设备 Download PDF

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Abstract

一种移相器、移相器的制作方法、移相器的驱动方法、以及电子设备。该移相器包括介质基板(11)以及设置在介质基板(11)上的传输线(12)、电介质层(13)、绝缘层(14)、以及金属层(15)。在垂直于介质基板(11)的第一表面的方向上，电介质层(13)和绝缘层(14)设置在金属层(15)和传输线(12)之间，电介质层(13)的材料为半导体材料，金属层(15)在介质基板(11)上的正投影、绝缘层(14)在介质基板(11)上的正投影、以及电介质层(13)在介质基板(11)上的正投影至少部分重叠。提供了一种基于金属‑绝缘体‑半导体电容结构的新的移相器。

Description

移相器及其制作方法和驱动方法、电子设备
技术领域
本公开的实施例涉及一种移相器、移相器的制作方法、移相器的驱动方法、以及电子设备。
背景技术
移相器(phase shifter)是能够对信号(例如，电磁波)的相位进行调节的装置。移相器可以应用于诸如雷达、加速器、无线通信、仪器仪表等的各种领域。
目前，常用的移相器包括变容二极管移相器、铁氧体移相器、PIN二极管移相器、MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微电子机械系统)移相器、液晶移相器等。
液晶移相器是一种以液晶作为电光材料的移相器。液晶的介电常数可以通过施加偏置电压控制。随着施加的偏置电压的不同，液晶的介电常数可以连续变化，进而可以实现连续的移相调节。然而，液晶移相器一般需要通过透明导电氧化物薄膜(例如，氧化铟锡(Indium Tin Oxide，ITO))引入偏置电压，使用ITO的连接方式容易带来较大的寄生电感和电阻，造成偏置电压的失真，从而影响移相器的移相效果。另外，受到玻璃打孔技术的限制，液晶移相器的上玻璃基板和下玻璃基板需要通过焊接的方式连接，然而焊接的方式会影响液晶移相器的频率响应的稳定性。另外，液晶移相器的液晶的损耗较大，并且移相器的响应时间受限于液晶的固有特征。
发明内容
本公开的实施例提供一种移相器，包括介质基板以及设置在介质基板上的传输线、电介质层、绝缘层、以及金属层。在垂直于介质基板的第一表面的方向上，电介质层和绝缘层设置在金属层和传输线之间，电介质层的材料为半导体材料，金属层在介质基板上的正投影、绝缘层在介质基板上的正投影、以及电介质层在介质基板上的正投影至少部分重叠。
例如，在一些实施方式中，传输线设置在介质基板的第一表面上，在垂直于介质基板的第一表面的方向上，电介质层设置在绝缘层与传输线之间，绝缘层设置在电介质层与金属层之间。
例如，在一些实施方式中，移相器还包括连接层，其中，连接层与金属层电连接。
例如，在一些实施方式中，连接层包括设置在介质基板的远离第一表面的第二表面上的接地层。
例如，在一些实施方式中，移相器还包括连接线，其中，连接线用于电连接接地层与金属层。
例如，在一些实施方式中，连接层包括第一导体部，第一导体部设置在介质基板的第一表面上，并且第一导体部与传输线彼此间隔开。
例如，在一些实施方式中，连接层还包括第二导体部，第二导体部设置在介质基板的第一表面上，并且第一导体部、第二导体部与传输线均彼此间隔开。
例如，在一些实施方式中，在介质基板的第一表面上，传输线的延伸方向、第一导体部的延伸方向和第二导体部的延伸方向均为第一方向，传输线、第一导体部和第二导体部沿第二方向排布，在第二方向上，传输线位于第一导体部和第二导体部之间。
例如，在一些实施方式中，移相器还包括电压控制模块，其中，电压控制模块被配置为控制施加到传输线与金属层之间的电压。
例如，在一些实施方式中，金属层包括彼此间隔开的多个金属块，多个金属块均与连接层电连接，在介质基板的第一表面上，多个金属块沿第一方向排布，传输线的延伸方向为第一方向。
例如，在一些实施方式中，多个金属块中的每一个在介质基板上的正投影与传输线在介质基板上的正投影部分重叠。
例如，在一些实施方式中，电介质层包括与多个金属块一一对应的多个子电介质层，多个子电介质层彼此间隔开，绝缘层还设置在多个子电介质层之间。
例如，在一些实施方式中，多个金属块中的每一个在介质基板上的正投影至少覆盖多个子电介质层中对应的子电介质层在介质基板上的正投影。
本公开的实施例还提供一种电子设备，包括以上任一实施方式的移相器。
本公开的实施例还提供一种移相器的制作方法，包括：提供介质基板；在介质基板上形成传输线、电介质层、绝缘层、以及金属层。在垂直于介质基板的第一表面的方向上，电介质层和绝缘层设置在金属层和传输线之间，电介质层的材料为半导体材料。金属层在介质基板上的正投影、绝缘层在介质基板上的正投影、以及电介质层在介质基板上的正投影至少部分重叠。
例如，在一些实施方式中，在介质基板上形成传输线、电介质层、绝缘层、以及金属层包括：在介质基板的第一表面形成传输线；在传输线的远离介质基板的一侧形成电介质层；在形成有电介质层的介质基板上形成绝缘层，其中，绝缘层形成在电介质层的远离介质基板的一侧；以及在绝缘层的远离介质基板的一侧上形成金属层。
本公开的实施例还提供一种根据以上任一实施方式的移相器的驱动方法，包括：向传输线施加第一电压和向金属层施加第二电压，以基于第一电压和第二电压调节金属层、绝缘层、电介质层和传输线形成的等效电容器的电容值。
例如，在一些实施方式中，向传输线施加第一电压和向金属层施加第二电压，以基于第一电压和第二电压调节金属层、绝缘层、电介质层和传输线形成的等效电容器的电容值包括：控制第一电压大于第二电压，以使电容值随着第一电压和第二电压之间的电压差的绝对值的增大而增大，其中，电容值在增大到第一特定值时保持不变；和/或控制第一电压小于第二电压，以使电容值随着第一电压和第二电压之间的电压差的绝对值的增大而减小，其中，电容值在减小到第二特定值时保持不变。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述的附图仅仅涉及本公开的一些实施例，而非对本公开的限制。
图1示出了根据本公开的一些实施例的移相器的结构的俯视图；
图2示出了根据本公开的一些实施例的移相器的结构的截面图；
图3示出了根据本公开的一些实施例的移相器的结构的俯视图；
图4示出了根据本公开的一些实施例的移相器的结构的侧视图；
图5示出了根据本公开的一些实施例的移相器的结构的截面图；
图6示出了根据本公开的一些实施例的移相器的偏置电压加载示意图；
图7示出了根据本公开的一些实施例的移相器中的金属层、绝缘层、电介质层和传输线形成的等效电容器的电容值与施加的偏置电压的关系的示意图；
图8示出了当对参考图3-图5描述的移相器施加偏置电压时的等效电路模型；
图9示出了根据本公开的一些实施例的移相器的结构的俯视图；
图10示出了根据本公开的一些实施例的移相器的结构的截面图；
图11示出了根据本公开的一些实施例的移相器的偏置电压加载示意图；
图12示出了根据本公开的一些实施例的移相器的结构的俯视图；
图13示出了根据本公开的一些实施例的移相器的结构的截面图；
图14示出了根据本公开的一些实施例的移相器的偏置电压加载示意图；
图15示出了根据本公开的一些实施例的电子设备的框图；
图16示出了根据本公开的一些实施例的移相器的制作方法的流程图；
图17示出了根据本公开的一些实施例的移相器的驱动方法的流程图。
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。
这里用于描述本发明的实施例的术语并非旨在限制和/或限定本发明的范围。例如，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发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。
应该理解的是，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。除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式“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。
将进一步理解的是，术语“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。
在下文中，将参考附图详细描述本公开的示例性实施例。在附图中，相同的附图标记或数字可以指代执行基本相同的功能的组件或元件。
考虑到现有的液晶移相器的各种不足，本公开的实施例提出了一种基于金属-绝缘体-半导体(Metal-Insulator-Semiconductor，MIS)电容结构的新的移相器。
图1和图2示出了根据本公开的一些实施例的移相器的结构，其中，图1为该移相器的结构的俯视图，图2为该移相器沿图1中的A-A的截面图。
参考图1和图2，移相器可以包括介质基板11以及设置在介质基板11上的传输线12、电介质层13、绝缘层14、以及金属层15。在垂直于介质基板11的第一表面的方向上，电介质层13和绝缘层14可以设置在金属层15和传输线12之间。电介质层13的材料可以为半导体材料，例如，在一些实施方式中，半导体材料可以包括非晶硅(a-Si)、低温多晶硅(LTPS)等。金属层15在介质基板11上的正投影、绝缘层14在介质基板11上的正投影、以及电介质层13在介质基板11上的正投影至少部分重叠。
例如，电介质层13在介质基板11上的正投影可以位于金属层15在介质基板11上的正投影之内。又例如，电介质层13在介质基板11上的正投影也可以位于绝缘层14在介质基板11上的正投影之内。
在本公开的实施例中，通过金属层15、绝缘层14、电介质层13和传输线12可以形成基于MIS结构的多个等效电容器。通过改变等效电容器的等效电容值，可以改变对传输线12传输的信号(例如，微波信号)的相速度。另外，由于电介质层13为半导体材料，可以通过调节电介质层13中的电荷的分布来调节等效电容器的电容值。因此，采用本公开实施例的移相器，可以提高等效电容器的调节速度，从而提高传输线12传输的信号的相位的调节速度，因此，本公开实施例的移相器的响应速度快。
在一些实施方式中，金属层15在介质基板11上的正投影、绝缘层14在介质基板11上的正投影、电介质层13在介质基板11上的正投影、以及传输线12在介质基板11上的正投影至少部分重叠。
在一些实施方式中，如图2所示，传输线12可以设置在介质基板11的第一表面上。例如，第一表面可以是介质基板11的上表面。在本公开的实施例中，传输线12被配置为传输诸如电磁波(例如，微波信号)的信号。例如，传输线12可以包括微带线、带状线、矩形波导、圆波导等。例如，传输线可以通过刻蚀、溅射等工艺形成在介质基板11的第一表面上。例如，传输线12的材料可以包括诸如铜、银、铁、铝等的金属。
在一些实施方式中，如图2所示，在垂直于介质基板11的第一表面的方向上，电介质层13可以设置在绝缘层14与传输线12之间，并且绝缘层14可以设置在电介质层13与金属层15之间。
在一些实施方式中，电介质层13包括多个子电介质层，多个子电介质层彼此间隔开，绝缘层14还设置在多个子电介质层之间，以使多个子电介质层彼此绝缘。
在一些实施方式中，金属层在介质基板11上的正投影至少覆盖多个子电介质层中的每个子电介质层在介质基板11上的正投影。例如，每个子电介质层、金属层、绝缘层和传输线构成一个等效电容器，也就是说，移相器包含的等效电容器的数量与子电介质层的数量相同。
在一些实施方式中，金属层15可以是金属板。例如，金属层的材料可以包括铜、银、铁、铝、铁等。
在一些实施方式中，绝缘层14的材料可以是任何合适的电绝缘材料。例如，绝缘层14的材料可以包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅等。
图3-图5示出了根据本公开的一些实施例的移相器的结构，其中，图3为该移相器的结构的俯视图，图4为该移相器的结构的侧视图，图5为该移相器沿图3中的B-B的截面图。
参考图3-图5，移相器可以包括介质基板21以及设置在介质基板21上的传输线22、电介质层23、绝缘层24、以及金属层25。在垂直于介质基板21的第一表面的方向上，电介质层23和绝缘层24可以设置在金属层25和传输线22之间。电介质层23的材料可以为半导体材料。金属层25包括彼此间隔开的多个金属块251。在介质基板21的第一表面上，多个金属块251沿第一方向排布，其中传输线22的延伸方向为第一方向。
在一些实施方式中，在垂直于介质基板21的第一表面的方向上，电介质层23可以设置在绝缘层24与传输线22之间，并且绝缘层24可以设置在电介质层23与金属层25之间。
在一些实施方式中，在第一方向上，多个金属块251中的任意两个相邻的金属块251的间距为固定值。例如，该间距可以为传输线22传输的信号的波长的1/40。
在一些实施方式中，在第一方向上，多个金属块251中的任意两个相邻的金属块251的间距不同。例如，多个金属块251中的任意两个相邻的金属块251的间距根据预定的规则进行设置。
在一些实施方式中，多个金属块251在第一方向上的宽度相同。例如，该宽度可以为传输线22传输的信号的波长的1/100。
在一些实施方式中，多个金属块251在第一方向上的宽度不同。例如，多个金属块251在第一方向上的宽度可以根据预定的规则进行设置。
例如，多个金属块251的延伸方向为第二方向，第二方向与第一方向彼此垂直。
例如，多个金属块251的形状相同，例如，均为矩形。但本公开不限于此，金属块的形状可以根据实际应用需求而设置。
例如，多个金属块251的材料可以包括铜、银、铁、铝、铁等。
在一些实施方式中，电介质层23包括与多个金属块一一对应的多个子电介质层，多个子电介质层彼此间隔开，绝缘层24还设置在多个子电介质层之间，以使多个子电介质层彼此绝缘。
在一些实施方式中，多个金属块中的每一个在介质基板21上的正投影至少覆盖多个子电介质层中对应的子电介质层在介质基板21上的正投影。例如，每个子电介质层、该子电介质层对应的金属块、绝缘层和传输线构成一个等效电容器，也就是说，移相器包含的等效电容器的数量与子电介质层的数量相同。
在一些实施方式中，移相器还包括电压控制模块，电压控制模块被配置为控制施加到传输线22的第一电压以及施加到金属层25的第二电压，通过控制第一电压和第二电压的幅值(即大小)则可以调节等效电容器的电容值。例如，电压控制模块可以包括电压生成器和控制器，控制器可以接收指示信号并基于指示信号生成控制信号，电压生成器被配置为在控制器生成的控制信号的控制下生成施加到传输线22的第一电压以及施加到金属层25的第二电压。例如，指示信号可以由用户实时发出，或者也可以为预先设定的信号。
例如，在一些实施例中，多个金属块251均与同一条信号线连接，以接收电压生成器生成的第二电压。又例如，在另一些实施例中，多个金属块251均分别与不同的信号线连接，而不同的信号线均传输相同的第二电压。本公开不限于此，在该实施例中，多个金属块251也可以被分别施加不同的电压。
关于传输线22、绝缘层24和电介质层23的配置可以参考之前的描述，这里将省略详细的描述。
图6示出了根据本公开的一些实施例的移相器的偏置电压加载示意图。图7示出了根据本公开的一些实施例的移相器中的金属层、绝缘层、电介质层和传输线形成的等效电容器的电容值与施加的偏置电压的关系的示意图。
参考图6，移相器的金属层、绝缘层、电介质层和传输线形成等效电容器(即，MIS电容器)。通过向传输线施加第一电压以及向金属层施加第二电压，可以将指示第一电压和第二电压的差的偏置电压VMIS施加到传输线和金属层之间。例如，可以通过电压控制模块调节第一电压和第二电压来调节偏置电压VMIS的大小和方向。例如，在本公开的实施例中，传输线上传输的信号与施加到传输线的第一电压的工作频段不同，并且可以相互独立地传输。
下面以电介质层的材料为a-Si材料的示例进行说明。由于a-Si材料存在很多游离的电子，电介质层相当于N型半导体。当VMIS>0(即第一电压大于第二电压，偏置电压VMIS为正向电压)时，存在自上而下(即从金属层到传输线)的电场使得电介质层的靠近金属层的表面充满正电荷，从而在该表面形成耗尽层。在这种情况下，每个等效电容器的电容值为绝缘层的等效电容值与耗尽层的等效电容值串联而获得的值。当VMIS<0(即第一电压小于第二电压，偏置电压VMIS为反向电压，例如，图6示出了偏置电压VMIS为反向电压的情形)时，金属层与电介质层内的电子可以自由移动，金属层与电介质层对应于良导体。在这种情况下，每个等效电容器的电容值等于绝缘层的等效电容值。
在本公开的实施例中，等效电容器的电容值是可调节的。例如，参考图7，在偏置电压VMIS相对于每个等效电容器为正向电压的情形下，即VMIS>0，每个等效电容器的电容值随着偏置电压VMIS的大小的绝对值的增大而增大，并且在增大到第一特定值时保持不变；在偏置电压VMIS相对于每个等效电容器为反向电压的情况下，即VMIS<0，每个等效电容器的电容值随着偏置电压VMIS的大小的绝对值的增大而减小，并且在减小到第二特定值时保持不变。例如，第一特定值和第二特定值与电介质层中的电介质的掺杂特性以及厚度等参数有关。
图8示出了当对参考图3-图5描述的移相器施加偏置电压时的等效电路模型。
参考图8，Lt与Ct分别表示传输线22的等效电感和等效电容，b为多个金属块251中的相邻金属块在第一方向上的间距，CMIS表示等效电容器，即引入半导体的电介质层23所带来的可调电容器。传输线22传输的信号的相速度可以通过下式表示：
Figure GDA0003648793830000091
上式中，vp表示相速度，L0与C0分别表示传输线22的等效电感Lt的电感值和等效电容Ct的电容值，C1表示等效电容器CMIS的电容值。传输线22的等效电感Lt的电感值L0和等效电容Ct的电容值C0与传输线22的结构和尺寸有关，等效电容器CMIS的电容值C1与电介质层23的结构和尺寸、以及偏置电压有关。因此，通过调节等效电容器CMIS的电容值C1可以调节相速度，从而改变移相角度。结合参考图6和图7的描述，通过调节偏置电压VMIS，可以调节等效电容器CMIS的电容值C1，从而调节传输线22传输的信号的相速度。
另外，根据平行板电容器的公式，等效电容器CMIS的电容值C1可以表示为：
Figure GDA0003648793830000092
上式中，d为等效电容器的等效距离，εr为相对介电常数，ε0为真空介电常数，S为等效电容器的等效面积。例如，等效距离与电介质层23的厚度有关。在一些情况下，由于电介质层23中的电荷分布不均匀，因此等效距离一般小于电介质层23的厚度。例如，等效面积为该等效电容器对应的金属块251在介质基板21上的正投影和该等效电容器对应的子电介质层在介质基板21上的正投影之间交叠的面积。从上式可以看出，等效电容器CMIS的电容值C1与相对介电常数成正比，并且与等效距离成反比。
对于液晶移相器，形成的等效电容器的相对介电常数一般为2.58～3.6，液晶盒的厚度(即，等效电容器的等效距离)一般大于5微米。在根据本公开的一些实施例的移相器中，在使用砷化镓(GaAs)作为电介质层的材料的情况下，等效电容器的相对介电常数可以为13.18，等效电容器的等效距离约为0.1～1微米。因此，在不施加偏置电压的情况下，根据本公开的一些实施例的移相器中的等效电容器的等效电容值可以大于液晶移相器的等效电容值18倍。因此，与液晶移相器相比，根据本公开的一些实施例的移相器可以获得更宽的等效电容值调节范围，从而可以获得更宽的相速度调节范围。另外，由于根据本公开的实施例的移相器通过调节电介质层中的电荷的分布来调节等效电容器的电容值，因此根据本公开的实施例的移相器的响应速度比液晶移相器的响应速度快。
需要说明，虽然基于图3-图5对应的移相器的实施例描述了相应的等效电路模型，但是这仅便于本领域技术人员理解本公开，而不应该被理解为限制本公开的范围。例如，图1和图2对应的实施例具有类似的等效电路模型。因此，对于参考图1和图2描述的实施例，通过调节偏置电压VMIS，可以改变传输线传输的信号的相速度。
下面将结合图9-图11描述根据本公开的一些实施例的当传输线被实现为微带线的情况下的移相器的结构以及偏置电压施加方式。图9示出了根据本公开的一些实施例的移相器的结构的俯视图。图10示出了根据本公开的一些实施例的移相器沿图9中的C-C’的截面图。图11示出了根据本公开的一些实施例的移相器的偏置电压加载示意图。
参考图9和图10，移相器可以包括介质基板91、连接层以及设置在介质基板91上的传输线92、电介质层93、绝缘层94、以及金属层95。在垂直于介质基板91的第一表面的方向上，电介质层93和绝缘层94可以设置在金属层95和传输线92之间。电介质层93的材料可以为半导体材料。金属层95在介质基板91上的正投影、绝缘层94在介质基板91上的正投影、以及电介质层93在介质基板91上的正投影至少部分重叠。连接层与金属层95电连接。
金属层95包括彼此间隔开的多个金属块951。在介质基板91的第一表面上，多个金属块951沿第一方向排布。需要说明的是，关于金属块951的说明可以参看上面的实施例中关于金属块的描述，在此不再赘述。
在一些实施方式中，如图11所示，金属层95包括被配置为电连接多个金属块951的子连接层952。通过子连接层952，金属层95中的各个金属块951被电连接在一起。
例如，连接层包括设置在介质基板91的远离第一表面的第二表面上的接地层96，接地层96被配置为接地。例如，第一表面可以是介质基板91的上表面，第二表面可以是介质基板91的下表面。由此，接地层96与传输线92形成微带线。与金属波导相比，微带线具有体积小、重量轻、使用频带宽、可靠性高和制造成本低等优点。
在一些实施方式中，如图11所示，移相器还可以包括连接线LN，该连接线LN用于电连接接地层96与金属层95。例如，连接线LN可以独立于连接层和金属层95中的至少一个。例如，接地层96可以设置有第一接线端子，金属层95可以设置有第二接线端子，并且连接线LN分别电连接第一接线端子和第二接线端子。例如，连接线LN可以是金属线。通过使用连接线LN电连接接地层96与金属层95，实现了金属层95也接地。在金属层95包括子连接层952的实施例中，连接线LN用于电连接子连接层952与接地层96。通过使用连接线LN电连接子连接层952与接地层96，实现了金属层95接地。
在一些实施方式中，在垂直于介质基板91的第一表面的方向上，电介质层93可以设置在绝缘层94与传输线92之间，并且绝缘层94可以设置在电介质层93与金属层95之间。
在一些实施方式中，电介质层93包括与多个金属块一一对应的多个子电介质层，多个子电介质层彼此间隔开，绝缘层94还设置在多个子电介质层之间。
在一些实施方式中，多个金属块中的每一个在介质基板91上的正投影至少覆盖多个子电介质层中对应的子电介质层在介质基板91上的正投影。
在一些实施方式中，移相器还包括电压控制模块，电压控制模块被配置为控制施加到传输线92的第一电压以及施加到金属层95的第二电压，通过控制第一电压和第二电压的幅值(即大小)则可以调节等效电容器的电容值。例如，电压控制模块可以包括电压生成器和控制器，控制器可以接收指示信号并基于指示信号生成控制信号，电压生成器被配置为在控制器生成的控制信号的控制下生成施加到传输线92的第一电压以及施加到金属层95的第二电压。例如，指示信号可以由用户实时发出，或者也可以为预先设定的信号。
例如，在一些实施例中，多个金属块951均与同一条信号线连接，以接收电压生成器生成的第二电压。例如，在另一些实施例中，多个金属块951均分别与不同的信号线连接，而不同的信号线均传输相同的第二电压。例如，在金属层95包括子连接层952的实施例中，子连接层952与信号线连接，使得金属层95接收电压生成器生成的第二电压。
参考图11，通过向传输线92施加第一电压以及向接地层96施加第二电压，可以将指示第一电压和第二电压的差的偏置电压VMIS施加到传输线92和金属层95之间。通过改变偏置电压VMIS调节金属层95、绝缘层94、电介质层93和传输线92形成的等效电容器的电容值。进一步，通过调节该电容值可以调节相速度，从而改变移相角度。例如，在图11所示的实施例中，接地层96可以接地，从而第一电压为固定值，例如，0伏特(即接地端的电压)，此时，则只能通过第二电压的值而调节偏置电压VMIS。
下面将描述根据本公开的一些实施例的当传输线被实现为共面波导的情况下的移相器的结构以及偏置电压施加方式。图12示出了根据本公开的一些实施例的移相器的结构的俯视图。图13示出了根据本公开的一些实施例的移相器沿图12中的D-D’的截面图。图14示出了根据本公开的一些实施例的移相器的偏置电压加载示意图。
参考图12和图13，移相器可以包括介质基板121、连接层以及设置在介质基板121上的传输线122、电介质层123、绝缘层124、以及金属层125。在垂直于介质基板121的第一表面的方向上，电介质层123和绝缘层124可以设置在金属层和传输线122之间。电介质层123的材料可以为半导体材料。金属层125在介质基板121上的正投影、绝缘层124在介质基板121上的正投影、以及电介质层123在介质基板121上的正投影至少部分重叠。
金属层125包括彼此间隔开的多个金属块1251。在介质基板121的第一表面上，多个金属块1251沿第一方向排布，传输线122的延伸方向为第一方向。连接层包括与金属层125电连接的第一导体部126，第一导体部126设置在介质基板121的第一表面上，并且第一导体部126与传输线122彼此间隔开。例如，第一导体部126和传输线122被形成在相同的层中。由此，第一导体部126和传输线122形成共面波导。由于作为中心导体的传输线122与第一导体部126位于同一平面内，因此，便于在共面波导上并联安装元器件，并且可以形成传输线122及元件都在同一侧的单片微波集成电路。
在一些实施方式中，第一导体部126与金属层125接触。例如，绝缘层可以包括多个第一过孔，第一导体部126通过多个第一过孔与金属层12连接。例如，多个第一过孔与多个金属块1251一一对应。例如，可以通过镀膜工艺将第一导体部126与金属层125连接。因此，在本公开的实施例中，可以避免通过诸如焊接等的方式将金属层125接地，减小了接地的工艺复杂度。
在一些实施方式中，第一导体部126与传输线122彼此平行。即在介质基板121的第一表面上，第一导体部126的延伸方向也可以为第一方向。
例如，第一导体部126在介质基板121上的正投影的形状为矩形。
在一些实施方式中，连接层还包括第二导体部127，第二导体部127设置在介质基板121的第一表面上，并且第一导体部126、第二导体部127与传输线122均彼此间隔开。例如，第一导体部126、第二导体部127和传输线122彼此平行。即在介质基板121的第一表面上，第二导体部127的延伸方向也可以为第一方向。从而，在介质基板121的第一表面上，传输线122的延伸方向、第一导体部126的延伸方向和第二导体部127的延伸方向均为第一方向。例如，第一导体部126、第二导体部126和传输线122被形成在相同的层中。由此，第一导体部126、第二导体部126和传输线122形成共面波导。
例如，第二导体部127在介质基板121上的正投影的形状为矩形。
在一些实施方式中，传输线122、第一导体部126和第二导体部127沿第二方向排布，在第二方向上，传输线122位于第一导体部126和第二导体部127之间。例如，第二方向可以是在介质基板121的第一表面上与第一方向垂直的方向。例如，第一导体部126和第二导体部127可以紧邻传输线122排布。
在一些实施方式中，在垂直于介质基板121的第一表面的方向上，电介质层123可以设置在绝缘层124与传输线122之间，并且绝缘层124可以设置在电介质层123与金属层125之间。
在一些实施方式中，多个金属块1251中的任意两个相邻的金属块1251的间距可以为固定值。
在一些实施方式中，多个金属块1251在第一方向上的宽度相同。
例如，多个金属块1251的延伸方向为第二方向，第二方向与第一方向彼此垂直。
例如，多个金属块1251的形状相同，例如，均为矩形。但本公开不限于此，金属块1251的形状可以根据实际应用需求而设置。
需要说明的是，关于金属块1251的说明可以参看上面的实施例中关于金属块的描述，在此不再赘述。
在一些实施方式中，电介质层123包括与多个金属块1251一一对应的多个子电介质层，多个子电介质层彼此间隔开，绝缘层124还设置在多个子电介质层之间，以使多个子电介质层彼此绝缘。
在一些实施方式中，多个金属块1251中的每一个在介质基板121上的正投影至少覆盖多个子电介质层中对应的子电介质层在介质基板121上的正投影。例如，每个子电介质层、该子电介质层对应的金属块1251、绝缘层124和传输线122构成一个等效电容器，也就是说，移相器包含的等效电容器的数量与子电介质层的数量相同。
在一些实施方式中，移相器还可以包括电压控制模块，电压控制模块可以被配置为控制施加到传输线122的第一电压以及施加到金属层125的第二电压，通过控制第一电压和第二电压的幅值(即大小)则可以调节等效电容器的电容值。例如，电压控制模块可以包括电压生成器和控制器，控制器可以接收指示信号并基于指示信号生成控制信号，电压生成器可以被配置为在控制器生成的控制信号的控制下生成施加到传输线122的第一电压以及施加到金属层125的第二电压。例如，指示信号可以由用户实时发出，或者也可以为预先设定的信号。
例如，在一些实施例中，多个金属块1251均与同一条信号线连接，以接收电压生成器生成的第二电压。又例如，在另一些实施例中，多个金属块1251均分别与不同的信号线连接，而不同的信号线均传输相同的第二电压。本公开不限于此，在该实施例中，多个金属块1251也可以被分别施加不同的电压。
参考图14，通过向传输线122施加第一电压以及向第一导体部126和第二导体部127中的一个施加第二电压(图14示出了向第一导体部126施加第二电压的情况)，可以将指示第一电压和第二电压的差的偏置电压VMIS施加到传输线122和金属层125之间。通过改变偏置电压VMIS调节金属层125、绝缘层124、电介质层123和传输线122形成的等效电容器的电容值。进一步，通过调节该电容值可以调节相速度，从而改变移相角度。
需要说明的是，在本公开的实施例中，“延伸方向”指的是为元件的图案轮廓的较长的几何中心线的延伸方向，例如，当元件为矩形时，“矩形的延伸方向”可以指与矩形的长边平行的方向。
图15示出了根据本公开的一些实施例的电子设备的框图。
参考图15，电子设备150可以包括移相器1501。例如，移相器1501可以是以上描述的实施例中的任意一个移相器。
例如，本公开的实施例中的电子设备150可以包括诸如智能电话、平板个人计算机(PC)、雷达装置、服务器、移动电话、视频电话、电子书阅读器、台式PC、膝上型计算机、上网本计算机、个人数字助理(PDA)、便携式多媒体播放器(PMP)、MP3播放器、移动医疗设备、照相机或可穿戴设备(例如头戴式设备(HMD)、电子衣服、电子手环、电子项链、电子饰品、电子纹身或智能手表)等。
图16示出了根据本公开的一些实施例的移相器的制作方法的流程图。
参考图16，移相器的制作方法可以包括步骤S1601和步骤S1602。
在步骤S1601，提供介质基板。
在步骤S1602，在介质基板上形成传输线、电介质层、绝缘层、以及金属层。在垂直于介质基板的第一表面的方向上，电介质层和绝缘层设置在金属层和传输线之间，电介质层的材料为半导体材料。金属层在介质基板上的正投影、绝缘层在介质基板上的正投影、以及电介质层在介质基板上的正投影至少部分重叠。
在一些实施方式中，在介质基板上形成传输线、电介质层、绝缘层、以及金属层包括：在介质基板的第一表面形成传输线；在传输线的远离介质基板的一侧形成电介质层；在形成有电介质层的介质基板上形成绝缘层，其中，绝缘层形成在电介质层的远离介质基板的一侧；以及在绝缘层的远离介质基板的一侧上形成金属层。
图17示出了根据本公开的一些实施例的移相器的驱动方法的流程图。
参考图17，移相器的驱动方法可以包括步骤S1701。
在步骤S1701，向传输线施加第一电压和向金属层施加第二电压，以基于第一电压和第二电压调节金属层、绝缘层、电介质层和传输线形成的等效电容器的电容值。
在一些实施方式中，在步骤S1701包括以下各项中的至少一个：
控制第一电压大于第二电压，以使电容值随着第一电压和第二电压之间的电压差的绝对值的增大而增大，其中，电容值在增大到第一特定值时保持不变；以及
控制第一电压小于第二电压，以使电容值随着第一电压和第二电压之间的电压差的绝对值的增大而减小，其中，电容值在减小到第二特定值时保持不变。
例如，控制第一电压大于第二电压可以包括：控制第一电压不变，而减小第二电压，以使第一电压大于第二电压；或者，控制第二电压不变，而增大第一电压；或者，增大第一电压，同时减小第二电压。
例如，控制第一电压小于第二电压可以包括：控制第一电压不变，而增大第二电压，以使第一电压小于第二电压；或者，控制第二电压不变，而减小第一电压；或者，减小第一电压，同时增大第二电压。
需要说明的是，关于等效电容器的电容值随第一电压和第二电压之间的电压差变化的说明可以参考上述移相器的实施例中的相关描述。
以上所述仅是本公开的示范性实施方式，而非用于限制本公开的保护范围，本公开的保护范围由所附的权利要求确定。

Claims (17)

1.一种移相器，包括介质基板以及设置在所述介质基板上的传输线、电介质层、绝缘层、金属层以及连接层，
其中，在垂直于所述介质基板的第一表面的方向上，所述电介质层和所述绝缘层设置在所述金属层和所述传输线之间，所述电介质层的材料为半导体材料，
所述金属层在所述介质基板上的正投影、所述绝缘层在所述介质基板上的正投影、以及所述电介质层在所述介质基板上的正投影至少部分重叠，
所述连接层包括设置在所述介质基板的所述第一表面上与所述金属层电连接的第一导体部。
2.根据权利要求1所述的移相器，其中，
所述传输线设置在所述介质基板的所述第一表面上，
在垂直于所述介质基板的所述第一表面的方向上，所述电介质层设置在所述绝缘层与所述传输线之间，
所述绝缘层设置在所述电介质层与所述金属层之间。
3.根据权利要求1所述的移相器，其中，所述连接层包括设置在所述介质基板的远离所述第一表面的第二表面上的接地层。
4.根据权利要求3所述的移相器，还包括连接线，其中，所述连接线用于电连接所述接地层与所述金属层。
5.根据权利要求1所述的移相器，其中，所述第一导体部与所述传输线彼此间隔开。
6.根据权利要求5所述的移相器，其中，所述连接层还包括与所述金属层电连接的第二导体部，所述第二导体部设置在所述介质基板的所述第一表面上，并且所述第一导体部、所述第二导体部与所述传输线均彼此间隔开。
7.根据权利要求6所述的移相器，其中：
在所述介质基板的第一表面上，所述传输线的延伸方向、所述第一导体部的延伸方向和所述第二导体部的延伸方向均为第一方向，
所述传输线、所述第一导体部和所述第二导体部沿第二方向排布，
在所述第二方向上，所述传输线位于所述第一导体部和所述第二导体部之间。
8.根据权利要求1所述的移相器，还包括电压控制模块，
其中，所述电压控制模块被配置为控制施加到所述传输线与所述金属层之间的电压。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的移相器，其中，所述金属层包括彼此间隔开的多个金属块，所述多个金属块均与所述连接层电连接，
所述多个金属块沿第一方向排布，所述传输线的延伸方向为所述第一方向。
10.根据权利要求9所述的移相器，其中，所述多个金属块中的每一个在所述介质基板上的正投影与所述传输线在所述介质基板上的正投影部分重叠。
11.根据权利要求9所述的移相器，其中，所述电介质层包括与所述多个金属块一一对应的多个子电介质层，所述多个子电介质层彼此间隔开，
所述绝缘层还设置在所述多个子电介质层之间。
12.根据权利要求11所述的移相器，其中，所述多个金属块中的每一个在所述介质基板上的正投影至少覆盖所述多个子电介质层中对应的子电介质层在所述介质基板上的正投影。
13.一种电子设备，包括根据权利要求1-12中任一项所述的移相器。
14.一种移相器的制作方法，包括：
提供介质基板；
在所述介质基板上形成传输线、电介质层、绝缘层、金属层以及连接层，
其中，在垂直于所述介质基板的第一表面的方向上，所述电介质层和所述绝缘层设置在所述金属层和所述传输线之间，所述电介质层的材料为半导体材料，
所述金属层在所述介质基板上的正投影、所述绝缘层在所述介质基板上的正投影、以及所述电介质层在所述介质基板上的正投影至少部分重叠，
所述连接层包括设置在所述介质基板的所述第一表面上与所述金属层电连接的第一导体部。
15.根据权利要求14所述的移相器的制作方法，其中，在所述介质基板上形成传输线、电介质层、绝缘层、以及金属层包括：
在所述介质基板的所述第一表面形成所述传输线；
在所述传输线的远离所述介质基板的一侧形成所述电介质层；
在形成有所述电介质层的所述介质基板上形成所述绝缘层，其中，所述绝缘层形成在所述电介质层的远离所述介质基板的一侧；以及
在所述绝缘层的远离所述介质基板的一侧上形成所述金属层。
16.一种权利要求1-12中任一项所述的移相器的驱动方法，包括：
向所述传输线施加第一电压和向所述金属层施加第二电压，以基于所述第一电压和所述第二电压调节所述金属层、所述绝缘层、所述电介质层和所述传输线形成的等效电容器的电容值。
17.根据权利要求16所述的移相器的驱动方法，其中，向所述传输线施加第一电压和向所述金属层施加第二电压，以基于所述第一电压和所述第二电压调节所述金属层、所述绝缘层、所述电介质层和所述传输线形成的等效电容器的电容值包括：
控制所述第一电压大于所述第二电压，以使所述电容值随着所述第一电压和所述第二电压之间的电压差的绝对值的增大而增大，其中，所述电容值在增大到第一特定值时保持不变；和/或
控制所述第一电压小于所述第二电压，以使所述电容值随着所述第一电压和所述第二电压之间的电压差的绝对值的增大而减小，其中，所述电容值在减小到第二特定值时保持不变。
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