CN114430109A - 液晶极化选择器及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种液晶极化选择器及其控制方法，依次包括辐射片层、液晶层、金属地板层和微带线层，金属地板层为带有功分耦合缝和辐射耦合缝的金属地板，液晶层包括功分耦合线、功分信号传输线、辐射匹配线和IT0偏压线，功分耦合线位于功分耦合缝的正上方与功分信号传输线的一端连接，功分信号传输线的另一端与辐射匹配线连接，功分信号传输线和辐射匹配线的连接点位于辐射耦合缝的正上方，辐射匹配线还与IT0偏压线连接，IT0偏压线用于加载电压；本发明利用液晶自身特性，通过在液晶两侧加载电压，实现液晶天线单元极化可调，避免使用极化器或极化天线罩，从本质上解决了传统极化跟踪相控阵天线的极化选择问题。

Description

液晶极化选择器及其控制方法
技术领域
本发明涉及液晶相控阵天线技术领域，具体涉及一种液晶极化选择器及其控制方法。
背景技术
液晶相控阵天线因其低成本、低功耗、面板均一性高等特点，逐渐成为民用等低成本相控阵天线的重要选择。特别是低成本卫星通信终端系统中，液晶相控阵天线具有举足轻重的作用。星载为正交极化天线，因此，对于动中通终端天线而言，需要具备极化跟踪功能。
现有技术中，通常选取设计两套正交极化天线阵列，在两套正交极化天线阵列输入或输出端口加载极化器，合成需要的极化。然而，这种方案中，一方面极化器尺寸较大，不利于终端集成；另一方面，电调极化器损耗较大，机械极化器响应时间偏长。
此外，传统相控阵天线中，还有选取极化可调的极化天线罩，该技术通过调节天线罩上的二极管或者可变电容，实现透过电磁波的极化可调，但此结构依然没有根本上解决天线罩损耗大的问题。
目前，对于液晶相控阵天线而言，通常参照传统相控阵天线极化跟踪技术，要么在输入/输出端口加载极化器，要么加载极化可调的极化天线罩。但是，这两种方法都无法从跟根本上解决上述问题。
发明内容
为此，本发明实施例提供一种液晶极化选择器及其控制方法，以解决现有技术存在的液晶相控阵天线采用正交极化天线阵列进行极化时极化器尺寸较大，不利于终端集成和电调极化器损耗较大，机械极化器响应时间偏长以及采用极化天线罩没有根本上解决天线罩损耗大的问题。
为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
第一方面，一种液晶极化选择器，依次包括辐射片层、液晶层、金属地板层和微带线层，所述辐射片层为辐射贴片，所述金属地板层为带有功分耦合缝和辐射耦合缝的金属地板，所述液晶层包括功分耦合线、功分信号传输线、辐射匹配线和IT0偏压线，所述功分耦合线位于所述功分耦合缝的正上方与所述功分信号传输线的一端连接，所述功分信号传输线的另一端与所述辐射匹配线连接，所述功分信号传输线和所述辐射匹配线的连接点位于所述辐射耦合缝的正上方，所述辐射匹配线还与所述IT0偏压线连接，所述IT0偏压线用于加载电压，所述微带线层为微带线。
进一步的，还包括上玻璃板和下玻璃板，所述上玻璃板位于所述液晶层上方，所述下玻璃板位于所述金属地板层下方。
进一步的，所述功分信号传输线的长度为半介质波长。
进一步的，所述IT0偏压线不加载电压时，控制所述辐射匹配线与所述功分信号传输线的总电长度为半介质波长的整数倍。
进一步的，所述IT0偏压线加载电压时，控制所述辐射匹配线与所述功分信号传输线的总电长度为1/4介质波长的奇数倍。
进一步的，所述辐射耦合缝设有三个。
进一步的，三个所述辐射耦合缝分别位于所述功分耦合缝的左边、右边和垂直位置。
第二方面，一种应用于液晶极化选择器的控制方法，
IT0偏压线不加载电压时，若天线产生有效辐射需要的辐射匹配线电长度为θ1，则设不加载电压时辐射匹配线电长度为θ1+180°，功分信号传输线电长度为θ2，辐射匹配线与功分信号传输线总电长度为θ2+θ1+180°＝半介质波长的整数倍；
IT0偏压线加载电压时，设辐射匹配线电长度为θ1，功分信号传输线电长度θ2’，辐射匹配线与功分信号传输线总电长度为θ2’+θ1＝1/4介质波长的奇数倍且(θ2’-θ2)/180＝θ2/θ1，计算出θ2、θ1以及θ2’。
进一步的，IT0偏压线不加载电压时，控制从功分耦合线与功分信号传输线连接点往功分信号传输线方向的阻抗值为开路状态；
IT0偏压线加载电压时，控制从功分耦合线与功分信号传输线连接点往功分信号传输线方向的阻抗值为50Ω。
本发明至少具有以下有益效果：本发明提供一种液晶极化选择器及其控制方法，依次包括辐射片层、液晶层、金属地板层和微带线层，辐射片层为辐射贴片，金属地板层为带有功分耦合缝和辐射耦合缝的金属地板，液晶层包括功分耦合线、功分信号传输线、辐射匹配线和IT0偏压线，功分耦合线位于功分耦合缝的正上方与功分信号传输线的一端连接，功分信号传输线的另一端与辐射匹配线连接，功分信号传输线和辐射匹配线的连接点位于辐射耦合缝的正上方，辐射匹配线还与IT0偏压线连接，IT0偏压线用于加载电压，微带线层为微带线；本发明利用液晶自身特性，通过在液晶两侧加载电压，实现液晶天线单元极化可调，避免使用极化器或极化天线罩，从本质上解决了传统极化跟踪相控阵天线的极化选择问题。
附图说明
为了更清楚地说明现有技术以及本发明，下面将对现有技术以及本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引申获得其它的附图。
本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
图1为本发明实施例提供的液晶极化选择器俯视图；
图2为本发明实施例提供的液晶极化选择器正视图；
图3为本发明实施例提供的液晶极化选择器应用于加载二极管进行通/断路控制的结构示意图。
附图标记说明：
1-辐射片层；2-上玻璃层；3-液晶层；31-传输-移相层；311-功分耦合线；312-功分信号传输线；313-辐射匹配线；314-IT0偏压线；4-金属地板层；41-功分耦合缝；42-辐射耦合缝；5-下玻璃层；6-微带线层。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)旨在区别指代的对象。对于具有时序流程的方案，这种术语表述方式不必理解为描述特定的顺序或先后次序，对于装置结构的方案，这种术语表述方式也不存在对重要程度、位置关系的区分等。
此外，术语“包括”、“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包括了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于已明确列出的那些步骤或单元，而是还可包含虽然并未明确列出的但对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元，或者基于本发明构思进一步的优化方案所增加的步骤或单元。
请参阅图1，本发明实施例提供一种液晶极化选择器，从上到下依次包括辐射片层1、上玻璃层2、传输-移相器层31、液晶层3、金属地板层4、下玻璃层5和微带线层6；辐射贴片位于辐射片层1，在上玻璃层2的玻璃基板上表面；金属地板层4为带有功分耦合缝41和辐射耦合缝42的金属地板，液晶层3包括功分耦合线311、功分信号传输线312、辐射匹配线313和IT0偏压线314组成的传输-移相层31，功分耦合线311位于功分耦合缝41的正上方与功分信号传输线312的一端连接，功分信号传输线312的另一端与辐射匹配线313连接，功分信号传输线312和辐射匹配线313的连接点位于辐射耦合缝42的正上方，辐射匹配线313还与IT0偏压线314连接，IT0偏压线314用于加载电压，微带线层6为微带线。本发明结合液晶相控阵天线原理，从液晶移相器结构及实际情况出发，提出一种基于液晶缝隙耦合的低损耗极化可调结构。利用液晶自身特性，通过在液晶两侧加载电压，实现液晶天线单元极化可调，避免使用极化器或极化天线罩。从本质上解决传统极化跟踪相控阵天线的极化选择问题。
本发明的实施例还提供了一种应用于液晶极化选择器的控制方法，
IT0偏压线314不加载电压时，若天线产生有效辐射需要的辐射匹配线313电长度为θ1，则设不加载电压时辐射匹配线313电长度为θ1+180°，功分信号传输线312电长度为θ2，辐射匹配线313与功分信号传输线312总电长度为θ2+θ1+180°＝半介质波长的整数倍；
IT0偏压线314加载电压时，设辐射匹配线313电长度为θ1，功分信号传输线312电长度θ2’，辐射匹配线313与功分信号传输线312总电长度为θ2’+θ1＝1/4介质波长的奇数倍且(θ2’-θ2)/180＝θ2/θ1，计算出θ2、θ1以及θ2’。
具体的，IT0偏压线314不加载电压时，控制从功分耦合线311与功分信号传输线312连接点往功分信号传输线312方向的阻抗值为开路状态；
IT0偏压线314加载电压时，控制从功分耦合线311与功分信号传输线312连接点往功分信号传输线312方向的阻抗值为50Ω。
实施例1：
采用一分三，三耦合缝隙作为实施例；实际上，可采用多余3个的功分/耦合缝隙。
以发射天线单元为例：
信号由微带线层6进入，耦合至功分耦合缝41，功分耦合缝41位于液晶层3的下方，功分耦合缝41的正上方布置有三条待选取的功分耦合线311。
此处功分耦合线311下方没有金属地板，因此其只是耦合线，不是微带传输线。功分耦合线311与功分信号传输线312连接，功分信号传输线312下方有金属地板，为微带传输线。该功分信号传输线312的长度优选为半介质波长。
功分信号传输线312与辐射匹配线313连接，连接点位于辐射耦合缝42的正上方。辐射匹配线313与IT0偏压线314连接。IT0偏压线314用于加载电压，改变功分信号传输线312与辐射匹配线313下方液晶相对介电常数，进而改变功分信号传输线312与辐射匹配线313的电长度。
IT0偏压线314不加载电压时，辐射匹配线313与辐射耦合缝42不匹配，天线无法辐射，且辐射匹配线313与功分信号传输线312总电长度为半介质波长的整数倍。如当天线产生有效辐射需要辐射匹配线313的电长度为θ1时，可设置不加载电压时辐射匹配线313的电长度为θ1+180°，使辐射耦合缝42不能有效辐射。此时功分信号传输线电长度θ2，辐射匹配线与功分信号传输线总电长度为θ2+θ1+180°＝半介质波长的整数倍。
IT0偏压线314加载电压时，辐射匹配线313的电长度为θ1，功分信号传输线312的电长度θ2’，辐射匹配线313与功分信号传输线312总电长度为θ2’+θ1＝1/4介质波长的奇数倍，其中(θ2’-θ2)/180＝θ2/θ1。以此计算出所需要的θ2和θ1以及θ2’。
通过选取合适辐射匹配线313的长度，使IT0偏压线314加载满液晶分子偏转的电压时，信号可以在辐射耦合缝42处产生与辐射片谐振的有效辐射。同时，从功分耦合线311与功分信号传输线312连接点往功分信号传输线312方向看过去的阻抗值为50Ω(也可以为其他可以产生有效辐射的阻抗值)，此时，加载满液晶分子偏转的电压的支路形成有效辐射。
在IT0偏压线314不加载电压时，辐射耦合缝42处不会产生与辐射片谐振的有效辐射，且从功分耦合线311与功分信号传输线312连接点往功分信号传输线方向312看过去的阻抗值为开路状态，此支路不会从辐射耦合缝42耦合到信号的能量，此支路不会形成有效辐射，为关闭状态。
本发明提供的液晶极化选择器通过在不同支路上选取有/无有效辐射，即可实现该天线单元的极化选择。
如当左边辐射耦合缝即左侧支路被选取时，天线辐射为水平极化；当垂直辐射耦合缝即下侧支路被选取时，天线辐射为垂直极化；当左边辐射耦合缝与垂直辐射耦合缝同时被选取即右侧与下侧支路同时被选取时天线辐射为-45°极化。
实施例2：请参阅图3，本发明提供的液晶极化选择器也可应用于加载二极管进行通/断路控制的常规PCB天线，VCC_1，VCC_2，VCC_3，为高/低电平时，可以选取相应支路的有效/无效，进而实现极化控制。
以上几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合(只要这些技术特征的组合不存在矛盾)，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述；这些未明确写出的实施例，也都应当认为是本说明书记载的范围。
上文中通过一般性说明及具体实施例对本发明作了较为具体和详细的描述。应当指出的是，在不脱离本发明构思的前提下，显然还可以对这些具体实施例作出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种液晶极化选择器，其特征在于，依次包括辐射片层、液晶层、金属地板层和微带线层，所述辐射片层为辐射贴片，所述金属地板层为带有功分耦合缝和辐射耦合缝的金属地板，所述液晶层包括功分耦合线、功分信号传输线、辐射匹配线和IT0偏压线，所述功分耦合线位于所述功分耦合缝的正上方与所述功分信号传输线的一端连接，所述功分信号传输线的另一端与所述辐射匹配线连接，所述功分信号传输线和所述辐射匹配线的连接点位于所述辐射耦合缝的正上方，所述辐射匹配线还与所述IT0偏压线连接，所述IT0偏压线用于加载电压，所述微带线层为微带线。
2.根据根据权利要求1所述的液晶极化选择器，其特征在于，还包括上玻璃板和下玻璃板，所述上玻璃板位于所述液晶层上方，所述下玻璃板位于所述金属地板层下方。
3.根据权利要求1所述的液晶极化选择器，其特征在于，所述功分信号传输线的长度为半介质波长。
4.根据权利要求1所述的液晶极化选择器，其特征在于，所述IT0偏压线不加载电压时，控制所述辐射匹配线与所述功分信号传输线的总电长度为半介质波长的整数倍。
5.根据权利要求1所述的液晶极化选择器，其特征在于，所述IT0偏压线加载电压时，控制所述辐射匹配线与所述功分信号传输线的总电长度为1/4介质波长的奇数倍。
6.根据权利要求1所述的液晶极化选择器，其特征在于，所述辐射耦合缝设有三个。
7.根据权利要求6所述的液晶极化选择器，其特征在于，三个所述辐射耦合缝分别位于所述功分耦合缝的左边、右边和垂直位置。
8.一种应用于权利要求1-7任一项所述的液晶极化选择器的控制方法，其特征在于，
IT0偏压线不加载电压时，若天线产生有效辐射需要的辐射匹配线电长度为θ1，则设不加载电压时辐射匹配线电长度为θ1+180°，功分信号传输线电长度为θ2，辐射匹配线与功分信号传输线总电长度为θ2+θ1+180°＝半介质波长的整数倍；
IT0偏压线加载电压时，设辐射匹配线电长度为θ1，功分信号传输线电长度θ2’，辐射匹配线与功分信号传输线总电长度为θ2’+θ1＝1/4介质波长的奇数倍且(θ2’-θ2)/180＝θ2/θ1，计算出θ2、θ1以及θ2’。
9.据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，
IT0偏压线不加载电压时，控制从功分耦合线与功分信号传输线连接点往功分信号传输线方向的阻抗值为开路状态；
IT0偏压线加载电压时，控制从功分耦合线与功分信号传输线连接点往功分信号传输线方向的阻抗值为50Ω。
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