CN114976532A - 移相器、天线和通信设备 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了一种移相器、天线和通信设备，其中移相器包括：基底以及位于所述基底上的信号传输结构和接地结构，所述信号传输结构包括：至少一个信号传输子结构，所述信号传输子结构包括：第一信号传输线、第二信号传输线和半导体单元，所述第一信号传输线与所述第二信号传输线间隔设置，所述半导体单元位于所述第一信号传输线与所述第二信号传输线之间且两端分别与所述第一信号传输线与所述第二信号传输线相连，所述半导体单元配置为调整所述第一信号传输线与所述第二信号传输线之间的接入电容。本公开所提供的移相器响应速度快、结构简单且能够与现有半导体工艺制程契合，适于产线大规模生产。

Description

移相器、天线和通信设备
技术领域
本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种移相器、天线和通信设备。
背景技术
随着信息时代迅速发展，具备高集成、小型化、多功能以及低成本的无线终端逐渐成为通信技术的发展趋势；在通信和雷达应用中，移相器是必不可少的关键组件。传统的移相器主要包括铁氧体移相器和半导体移相器，其中铁氧体移相器有较大的功率容量，且插入损耗比较小、但工艺复杂、制造成本昂贵、体积庞大等因素限制了其大规模应用；半导体移相器体积小，工作速度快，但功率容量比较小，功耗较大，工艺难度高；而新兴的微机电系统(Micro Electro Mechanical System，简称MEMS)移相器工艺难度大，成品率低，量产性需要进一步评估。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出了一种移相器、天线和通信设备。
第一方面，本公开实施例提供了一种移相器，包括：基底以及位于所述基底上的信号传输结构和接地结构，所述信号传输结构包括：至少一个信号传输子结构，所述信号传输子结构包括：第一信号传输线、第二信号传输线和半导体单元，所述第一信号传输线与所述第二信号传输线间隔设置，所述半导体单元位于所述第一信号传输线与所述第二信号传输线之间且两端分别与所述第一信号传输线与所述第二信号传输线相连，所述半导体单元配置为调整所述第一信号传输线与所述第二信号传输线之间的接入电容。
在一些实施例中，所述半导体单元：有源层和控制电极；
所述有源层位于所述有源层一侧且与所述有源层之间绝缘，所述第一信号传输线和所述第二信号传输线分别与所述有源层上的不同区域相连且与所述控制电极之间绝缘；
所述第一信号传输线与所述有源层相连的区域在所述衬底基板上的正投影与所述控制电极在所述衬底基板上的正投影相交叠；
所述第二信号传输线与所述有源层相连的区域在所述衬底基板上的正投影与所述控制电极在所述衬底基板上的正投影相交叠。
在一些实施例中，所述控制电极、所述有源层、所述第一信号传输线和所述第二信号传输线被构造为耗尽型半导体器件。
在一些实施例中，所述有源层中的沟道区域宽长比范围为：0.1～5。
在一些实施例中，所述第一信号传输线和所述第二信号传输线均位于所述有源层靠近所述衬底基板的一侧，所述控制电极位于所述有源层远离所述衬底基板的一侧；
或者，所述第一信号传输线和所述第二信号传输线均位于所述有源层远离所述衬底基板的一侧，所述控制电极位于所述有源层靠近所述衬底基板的一侧。
在一些实施例中，所述移相器还包括：控制走线，所述控制走线与所述控制电极电连接。
在一些实施例中，所述控制走线的线宽小于所述第一信号传输线的线宽；
所述控制走线的线宽小于所述第二信号传输线的线宽。
在一些实施例中，所述信号传输结构和所述接地结构沿第一方向排布，所述接地结构包括沿第二方向延伸的接地线；
所述控制走线沿所述第一方向延伸且与所述接地线之间绝缘。
在一些实施例中，所述有源层与所述控制电极之间形成有第一绝缘图形，所述控制走线与所述接地线之间形成有第二绝缘图形，所述第一绝缘图形与所述第二绝缘图形同层设置且材料相同。
在一些实施例中，所述信号传输结构包括：多个所述信号传输子结构，多个所述信号传输子结构并联。
第二方面，本公开实施例还提供了一种天线，包括：如上述第一方面所提供的所述移相器。
第三方面，本公开实施例还提供了一种通信设备，包括：如上述第一方面所提供的天线。
附图说明
图1为本公开实施例提供的一种移相器的结构示意图；
图2为本公开实施例提供的一种移相器的俯视示意图；
图3为图2中A-A'向的一种截面示意图；
图4为本公开实施例中移相器的相位调制功能的仿真示意图；
图5为图2中A-A'向的另一种截面示意图；
图6为图2中B-B'向的一种截面示意图。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提供的一种移相器和天线进行详细描述。
图1为本公开实施例提供的一种移相器的结构示意图，图2为本公开实施例提供的一种移相器的俯视示意图，图3为图2中A-A'向的一种截面示意图，如图1至图3所示，该移相器包括：包括：基底1、信号传输结构和接地结构3；信号传输结构和接地结构3位于基底1上的同一侧以形成共面波导结构；具体地，信号传输结构作为共面波导信号传输结构，接地结构3作为共面波导接地结构。
其中，基底1可以为玻璃基底。
信号传输结构包括：至少一个信号传输子结构2，信号传输子结构2包括：第一信号传输线201、第二信号传输线202和半导体单元203，第一信号传输线201与第二信号传输线202间隔设置，半导体单元203位于第一信号传输线201与第二信号传输线202之间且两端分别与第一信号传输线201与第二信号传输线202相连，半导体单元203配置为调整第一信号传输线201与第二信号传输线202之间的接入电容。
在本公开实施例中，通过半导体单元203可实现对第一信号传输线201与第二信号传输线202之间的接入电容进行调整，根据LC等效电路模型可知，在第一信号传输线201与第二信号传输线202之间接入电容变化可以改变第一信号传输线201与第二信号传输线202之间的接入阻抗，整个信号传输子结构2的阻抗可发生改变，从而能够改变射频传输信号的相位，实现相位调整。
本公开所提供的移相器响应速度快、结构简单且能够与现有半导体工艺制程契合，适于产线大规模生产。
在一些实施例中，半导体单元203：有源层2031和控制电极2032；其中，有源层2031位于有源层2031一侧且与有源层2031之间绝缘，第一信号传输线201和第二信号传输线202分别与有源层2031上的不同区域相连且与控制电极2032之间绝缘，第一信号传输线201与有源层2031相连的区域在衬底基板上的正投影与控制电极2032在衬底基板上的正投影相交叠，第二信号传输线202与有源层2031相连的区域在衬底基板上的正投影与控制电极2032在衬底基板上的正投影相交叠。
此时，控制电极2032、有源层2031、第一信号传输线201和第二信号传输线202构成类似于薄膜晶体管(Thin Film Transistor)的结构。其中，控制电极2032可看作为TFT的栅极，第一信号传输线201和第二信号传输线202可看作为TFT的源/漏极，有源层2031可看作为TFT的半导体层。通过调节控制电极2032上所加载的电压，可改变有源层2031内沟道宽度和载流子浓度，从而使得第一信号传输线201和第二信号传输线202之间的接入电容发生改变，第一信号传输线201与第二信号传输线202之间的接入阻抗发生改变，进而实现相位调制。
图4为本公开实施例中移相器的相位调制功能的仿真示意图，如图4所示，通HFSS软件进对移相器进行了仿真建模，信号传输结构包括一个信号传输子结构2，有源层2031内沟道区域的长为110μm、宽为20μm，得到得到TFT开/关状态下移相器的射频信号相位相差5.9°，则表明该移相器能够可以实现0°～5.9°连续移相。
在一些实施例中，信号传输结构可以包括多个信号传输子结构2，这些信号传输子结构2构成并联结构，可实现移相器在0°～360°连续移相。此种情况未给出相应附图。
优选地，控制电极2032、有源层2031、第一信号传输线201和第二信号传输线202被构造为耗尽型半导体器件。耗尽型半导体器件迁移率高、电容容量大、响应速度快，其在不加偏压情况下为常开器件，保证移相器不工作时信号传输结构损耗最小，而在加载电压时电容变化显著，从而提高移相度。
另外，通过调节控制电极2032上所加载的电压可实现对第一信号传输线201和第二信号传输线202之间的接入电容进行连续调整，因此移相器具备连续移相功能。
在一些实施例中，有源层2031中的沟道区域宽长比范围为0.1～5；有源层2031的材料包括a-Si、低温多晶硅、氧化铟镓锌(IGZO)、重掺杂Si中的至少之一。上述设定仅为本公开实施例中的一种可选实施方案，其不会对本公开的技术方案产生限制；在实际应用中，可根据实际需要来对有源层2031中的沟道区域宽长比以及材料进行相应设计和调整。
参见图3所示，第一信号传输线201和第二信号传输线202均位于有源层2031靠近衬底基板的一侧，控制电极2032位于有源层2031远离衬底基板的一侧；此时，控制电极2032、有源层2031、第一信号传输线201和第二信号传输线202构成类似于顶栅型TFT的结构。
图5为图2中A-A'向的另一种截面示意图，如图5所示，第一信号传输线201和第二信号传输线202均位于有源层2031远离衬底基板的一侧，控制电极2032位于有源层2031靠近衬底基板的一侧。此时，控制电极2032、有源层2031、第一信号传输线201和第二信号传输线202构成类似于底栅型TFT的结构。
在本公开中，可以根据使用场景不同，来选用顶栅型TFT结构或底栅型TFT结构；同时，可基于现有的TFT制程来制备上述信号传输子结构2。当然，本公开实施例中的半导体单元203并不限于上面实施例中所示结构，例如半导体单元203中还可以包括两个控制电极2032以构成双栅型TFT结构。
本公开实施例所提供的移相器工艺制程简单，能够与现有半导体工艺制程契合，可以与其他器件进行片上集成，降低生产成本。
继续参见图2所示，在一些实施例中，移相器还包括：控制走线4，控制走线4与控制电极2032电连接。具体地，控制走线4的一端与控制电极2032相连，另一端延伸至外部以供外部供电端相连，外部供电端可通过控制走线4向控制电极2032提供控制电压，以对移相度进行控制。
在一些实施例中，信号传输结构和接地结构3沿第一方向X排布，接地结构3包括沿第二方向Y延伸的接地线3a，控制走线4沿第一方向X延伸且与接地线3a之间绝缘。
一般地，接地线3a分布于信号传输结构的两侧，接地线3a与第一信号传输线201和第二信号传输线202同层设置且材料相同。
图6为图2中B-B'向的一种截面示意图，如图6所示，进一步地，有源层2031与控制电极2032之间形成有第一绝缘图形5(可看作为TFT结构中的栅绝缘图形)，控制走线4与接地线3a之间形成有第二绝缘图形6，第一绝缘图形5与第二绝缘图形6同层设置且材料相同。在本公开实施例中，可通过一次图案化工艺以同时制备出第一绝缘图形5和第二绝缘图形6，有利于减少工艺步骤、缩短生产周期。
为减小控制走线4对共面波导射频传输性能影响，控制走线4应在保证对控制电压传输效果的同时其线宽应尽可能的小。一般而言，信号传输线的线宽要小于接地线3a；在本公开实施例中，控制走线4的线宽可比第一信号传输线201和第二信号传输线202的线宽都要小。
考虑到在现有工艺中，基于金属氧化物材料比金属材料更容易制备出线宽较小的走线，本公开优选地，控制走线4的材料选用具有导电功能的金属氧化物材料，例如氧化铟锡(ITO)。
在一些实施例中，控制电极2032可以与控制走线4同层设置且材料相同，此时可通过一次图案化工艺以同时制备出控制电极2032和控制走线4，有利于减少工艺步骤、缩短生产周期。
当然，本公开中控制电极2032也可以与控制走线4的材料不相同，例如控制电极2032的材料为金属材料，而控制走线4的材料为金属氧化物材料。这些情况也均属于本公开的保护范围。
基于同一发明构思，本公开实施例还提供了一种天线，具体可以为相控阵天线；该天线包括移相器，该移相器可以采用前面任一实施例所提供的移相器，对于该移相器的具体描述可参见前面实施例中的内容，此处不再赘述。对于天线中所包含的移相器的数量可根据实际需要来设定，本公开对此不作限定。
基于同一发明构思，本公开实施例还提供了一种通信设备，该通讯设备天线，该天线可以采用前面任一实施例所提供的天线。对于该天线的具体描述可参见前面实施例中的内容，此处不再赘述。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种移相器，其特征在于，包括：基底以及位于所述基底上的信号传输结构和接地结构，所述信号传输结构包括：至少一个信号传输子结构，所述信号传输子结构包括：第一信号传输线、第二信号传输线和半导体单元，所述第一信号传输线与所述第二信号传输线间隔设置，所述半导体单元位于所述第一信号传输线与所述第二信号传输线之间且两端分别与所述第一信号传输线与所述第二信号传输线相连，所述半导体单元配置为调整所述第一信号传输线与所述第二信号传输线之间的接入电容。
2.根据权利要求1所述的移相器，其特征在于，所述半导体单元：有源层和控制电极；
所述有源层位于所述有源层一侧且与所述有源层之间绝缘，所述第一信号传输线和所述第二信号传输线分别与所述有源层上的不同区域相连且与所述控制电极之间绝缘；
所述第一信号传输线与所述有源层相连的区域在所述衬底基板上的正投影与所述控制电极在所述衬底基板上的正投影相交叠；
所述第二信号传输线与所述有源层相连的区域在所述衬底基板上的正投影与所述控制电极在所述衬底基板上的正投影相交叠。
3.根据权利要求2所述的移相器，其特征在于，所述控制电极、所述有源层、所述第一信号传输线和所述第二信号传输线被构造为耗尽型半导体器件。
4.根据权利要求3所述的移相器，其特征在于，所述有源层中的沟道区域宽长比范围为：0.1～5。
5.根据权利要求2所述的移相器，其特征在于，所述第一信号传输线和所述第二信号传输线均位于所述有源层靠近所述衬底基板的一侧，所述控制电极位于所述有源层远离所述衬底基板的一侧；
或者，所述第一信号传输线和所述第二信号传输线均位于所述有源层远离所述衬底基板的一侧，所述控制电极位于所述有源层靠近所述衬底基板的一侧。
6.根据权利要求2所述的移相器，其特征在于，还包括：控制走线，所述控制走线与所述控制电极电连接。
7.根据权利要求6所述的移相器，其特征在于，所述控制走线的线宽小于所述第一信号传输线的线宽；
所述控制走线的线宽小于所述第二信号传输线的线宽。
8.根据权利要求6所述的移相器，其特征在于，所述信号传输结构和所述接地结构沿第一方向排布，所述接地结构包括沿第二方向延伸的接地线；
所述控制走线沿所述第一方向延伸且与所述接地线之间绝缘。
9.根据权利要求6所述的移相器，其特征在于，所述有源层与所述控制电极之间形成有第一绝缘图形，所述控制走线与所述接地线之间形成有第二绝缘图形，所述第一绝缘图形与所述第二绝缘图形同层设置且材料相同。
10.根据权利要求1-9中任一所述的移相器，其特征在于，所述信号传输结构包括：多个所述信号传输子结构，多个所述信号传输子结构并联。
11.一种天线，其特征在于，包括：如上述权利要求1-10中任一所述移相器。
12.一种通信设备，其特征在于，包括：如上述权利要求11所述的天线。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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