CN115189136A - 液晶天线 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种液晶天线。其中包括：第一基板，所述第一基板包括第一基底、信号传输线和第一接地导体层，所述信号传输线和所述第一接地导体层位于所述第一基底的同一侧且位于同一平面，所述第一接地导体层开设有至少一个辐射缝隙，所述信号传输线的输出端与所述辐射缝隙耦合连接；第二基板，所述第二基板包括第二基底和层叠设置于所述第二基底的第二接地导体层；液晶层，设置于所述第一基板和所述第二基板之间。本申请提供的液晶天线能够减少微波信号损耗，简化生产制作工艺、降低制作成本。

Description

液晶天线

技术领域

本申请涉及相控阵天线技术领域，尤其涉及一种液晶天线。

背景技术

相控阵天线是一种通过控制阵列天线中辐射单元的信号相位来改变方向图最大值的指向、达成波束扫描效果的天线，其中用于改变电磁波信号相位的部件被称为移相单元。随着雷达、通信、航天等领域对相控阵天线的需求日益增加，液晶相控阵天线因其造价低、工作频率高、耐击穿的特性而得到了广泛应用。

液晶相控阵天线是将传统微带贴片天线和液晶材料结合而成的新型阵列天线结构，其采用的液晶移相单元中使用液晶材料作为传统微带线的介质板，液晶分子作为一种单轴晶体，其长轴具有固定的指向，在外加电场的作用下，该指向将发生偏转，介电常数也将随之变化，从而能够对电磁波信号的相位进行调节，实现所需波束扫描功能。

但现有的液晶相控阵天线存在层结构设计复杂的问题，容易导致信号传输过程中损耗大，且天线加工工艺难度增大、生产成本升高。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供一种能够降低耦合损耗、简化生产工艺的液晶天线。

本申请实施例提供一种液晶天线，其包括第一基板，第一基板包括第一基底、信号传输线和第一接地导体层，信号传输线和第一接地导体层位于第一基底的同一侧且位于同一平面设置，第一接地导体层开设有至少一个辐射缝隙，信号传输线的输出端与辐射缝隙耦合连接；第二基板，第二基板包括第二基底和层叠设置于第二基底的第二接地导体层；液晶层，设置于第一基板和第二基板之间。

与现有技术相比，本申请实施例所提供的技术方案至少具有如下优点：

本申请所提供的液晶天线采用缝隙辐射天线的形式，其馈电网络、移相单元及辐射缝隙同层共面设置，减少了微波信号耦合传输的路径，基于此，能够减少微波信号传输过程中的耦合损耗；同时，在制作接地导体层、信号传输线的工艺流程中，仅需采用一次金属蒸镀工艺，例如在第一基板的表面使用一次掩膜工艺蒸镀成型该金属层即可，能够简化生产制作工艺、降低制作成本；此外，本申请实施例提供的液晶天线通过对液晶层施加电压控制液晶分子的偏转角度，并通过偏转实现射频信号的移相功能，由于目前液晶面板的产能较高，因而也能在一定程度上降低相控阵天线的制作成本。

附图说明

通过阅读以下参照附图对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显，其中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征，附图并未按照实际的比例绘制。

图1为本申请实施例提供的液晶天线的结构示意图；

图2为图1中沿A-A’方向的剖面示意图；

图3为图1所示液晶天线的第一基板的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的液晶天线的辐射方向示意图；

图5为图3中区域P的一种放大图；

图6为图3中区域P的又一种放大图；

图7为图3所示第一基板中信号传输线的一种绕折结构示意图；

图8为图3所示第一基板中信号传输线的另一种绕折结构示意图；

图9为图1所示液晶天线的第二基板的结构示意图；

图10为图3中区域M的一种放大图；

图11为图3中区域M的又一种放大图；

图12为图3中区域M的另一种放大图；

图13为图1所示液晶天线的第一基板的又一种结构示意图；

图14为图13中区域Q的放大图；

图15为图1所示液晶天线的第一基板的另一种结构示意图；

图16为图1所示液晶天线的第一基板的还一种结构示意图；

图中：

10-液晶天线；

11-第一基板；12-第二基板；13-液晶层；14-偏置线；

111-第一基底；112-信号传输线；113-第一接地导体层；114-辐射缝隙；115-馈电网络；116-直流隔离部件；117-接地信号端；118-射频信号端；119-间隙

121-第二基底；122-第二接地导体层；

131-液晶分子；132-封框胶；133-配向膜；

1121-第一信号传输线；1122-第二信号传输线；1123-主体部；1124-连接部；

1141-第一子缝隙；1142-第二子缝隙；1143-第一连接缝隙；1144-第二连接缝隙；1145-第一辐射缝隙；1146-第二辐射缝隙；

1191-第一间隙；1192-第二间隙；

X-第一方向；Y-第二方向。

具体实施方式

下面将详细描述本申请的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本申请进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅被配置为解释本申请，并不被配置为限定本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本申请的示例来提供对本申请更好的理解。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

应当理解，在描述部件的结构时，当将一层、一个区域称为位于另一层、另一个区域“上面”或“上方”时，可以指直接位于另一层、另一个区域上面，或者在其与另一层、另一个区域之间还包含其它的层或区域。并且，如果将部件翻转，该一层、一个区域将位于另一层、另一个区域“下面”或“下方”。

应当理解，尽管在本申请实施例中可能采用术语第一、第二来描述基板、基底、接地导体层、间隙等，但这些基板、基底、接地导体层、间隙等不应限于这些术语，这些术语仅用来将基板、基底、接地导体层、间隙等彼此区分开。例如，在不脱离本申请实施例范围的情况下，第一基板也可以被称为第二基板，类似地，第二基板也可以被称为第一基板。

此外，下文中所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。

请一并参阅图1～图3，图1为本申请实施例提供的液晶天线的结构示意图，图2为图1中沿A-A’方向的剖面示意图，图3为图1所示液晶天线的第一基板的结构示意图。本申请实施例提供的一种液晶天线10包括：第一基板11，第一基板11包括第一基底111、信号传输线112和第一接地导体层113，信号传输线112和第一接地导体层113位于第一基底111的同一侧且位于同一平面，第一接地导体层113开设有至少一个辐射缝隙114，信号传输线112的输出端与辐射缝隙114耦合连接；第二基板12包括第二基底121和层叠设置于第二基底121的第二接地导体层122；液晶层13，设置于第一基板11和第二基板12之间。本申请实施例提供的液晶天线10处于工作状态时，射频信号沿信号传输线112传输至辐射缝隙114，并经由辐射缝隙114辐射出去。在此过程中，射频信号经由液晶层13进行传输时，将预设电场施加于液晶层13以使液晶分子131偏转，以此对射频信号进行移相，从而调整经由辐射缝隙114辐射出的信号的相位，进一步在多个辐射缝隙114辐射的多个射频信号发生干涉时，形成具有方向可调的主瓣的波束。

其中，第一基底111和第二基底121可以为玻璃基板、环氧树脂玻璃纤维(FR-4)基板、聚四氟乙烯(Poly tetra fluoroethylene，PTEE)基板、粉末陶瓷填充热固性材料基板、聚酰亚胺(Polyimide，PI)基板或液晶高分子聚合物(Liquid Crystal Polymer，LCP)基板。

可以理解的是，第一基板11朝向第二基板12的一侧表面、以及第二基板12朝向第一基板11的一侧表面均设置有配向膜133，以辅助液晶分子131正常偏转，而且，在平行于第一基板11所在平面的方向，液晶层13的周侧还对应设置有用于对液晶层13进行封装限定、并于第一基板11与第二基板12之间起到支撑作用的封框胶132。

请参阅图2，图2为图1中沿A-A’方向的剖面示意图。本申请实施例提供的液晶天线包括第一基板11、第二基板12及设置于两者之间的液晶层13。其中液晶层13在第一基底111上的正投影图形覆盖信号传输线112在第一基底111上的正投影图形，第一基板11和第二基板12在与液晶层13相接触的至少部分表面设置有相应的液晶配向膜133，用于辅助液晶分子131按天线的工作需求进行配向和偏转。

本申请实施例的一些可选的具体实施方式中，液晶层13整层设置，此时液晶天线只需在液晶层13周侧设置一次封框胶132，加工工艺较为简单；本申请实施例的另一些可选的具体实施方式中，分别对应每个移相器相互独立地设置多个由封框胶132分割的子液晶层，此时需要在每个子液晶层周侧设置封框胶132，但液晶用料减少，成本较低。本申请对液晶层的具体形状和面积大小不做特定的限定，可以根据实际使用需求以及成本和工艺之间的平衡自行设计。

现有的液晶相控阵天线中，信号传输线和辐射体通常设置于不同的两个基板上，两个基板之间填充液晶层，这样的液晶相控阵天线在使用时，其中的射频信号需要从信号传输线经过液晶层耦合至辐射体，因此存在耦合损耗大、信号耦合设计复杂的问题，且加工工艺也较为复杂，由此，提供一种液晶相控阵天线以解决上述问题。即将辐射缝隙114作为辐射体，同时将信号传输线112、第一接地导体层113以及辐射缝隙114设置于第一基底11的同一侧，此时射频信号经由位于同一层的馈电网络115、信号传输线112最终传输至辐射缝隙114的过程中，不必在第一基板11与第二基板12间进行耦合传输，从而能够减小微波传输过程中的信号损耗，同时能够简化加工工艺、降低成本。同时，在射频信号传输与进行移相的部分中，即馈电网络115、信号传输线112、第一接地导体层113与第二接地导体层122共同构成的接地共面波导结构中，射频信号由射频信号端118向辐射缝隙114传输，同时接地共面波导结构对邻道信号具有良好的隔离度，能够降低在高密度电路中的串扰，且散热性能、机械稳定性更好，表面波泄露和辐射损耗更小。在微波辐射部分，即当微波信号到达辐射缝隙114时，其由缝隙天线辐射出的能量在垂直于第一接地导体层113的方向上兼有朝向第二接地导体层122和背离第二接地导体层122传输的微波信号，此时第二接地导体层122能够反射朝向其传输的微波信号，从而使微波信号能够由辐射缝隙114沿着背离第二接地导体层122的方向辐射，降低微波辐射损耗。

本申请实施例提供的辐射缝隙114为在第一接地导体层113上开出的、用于辐射电磁波的缝隙，包括该辐射缝隙114的缝隙天线是无突出部的平面天线。缝隙天线的宽度远小于波长，长度约为工作波长(由射频信号端118输入的微波信号在液晶介质中传播时的波长)的一半，通常使用频率在300MHz和24GHz之间。相控阵天线的工作波长与空间波长(由射频信号端118输入的微波信号在空气中传播时的波长)均与该天线的工作频率相关，即根据天线的应用场景及应用需求而选择不同的工作频率，产生不同的工作波长及空间波长。以本提案所提供的液晶天线在卫星通讯中的应用为例，用户端天线的射频信号发射频率约为30GHz，此时相应的空间波长约为10mm，相应的工作波长与液晶介质的介电常数相关，约为5.32mm～6.37mm。缝隙天线能够在任何金属表面切割出，具有剖面低、可集成化、易组阵的优势，且能够实现低或极低副瓣，同时还能够简化加工工艺、降低成本。在本申请实施例的一些可选的具体实施方式中，如图3所示，信号传输线112的输出端，即与辐射缝隙114耦合连接的一端与垂直于辐射缝隙114长边的对称轴同轴设置，以使对称轴两侧电场强度对称，从而使辐射信号的方向图工整、对称。

请继续参阅图3，第一基板11还包括馈电网络115，馈电网络115的输入端与射频信号端118电连接，馈电网络115的输出端通过直流隔离部件116与信号传输线112耦合连接；馈电网络115与第一接地导体层113之间通过第二间隙1192电绝缘设置；由射频信号端118输入的微波信号依次通过馈电网络115、信号传输线112传递至辐射缝隙114，经由辐射缝隙114辐射出去。

本申请实施例提供的液晶天线中包括偏置线14，偏置线14与信号传输线112电连接，将用于控制液晶偏置的预设电压信号输送至信号传输线112。偏置线14的输入端接收偏置电压信号，偏置线14的输出端与信号传输线112电连接，将用于控制液晶分子131偏置的预设电压信号输送至信号传输线112。信号传输线112作为偏置电极，在信号传输线112与第二接地导体层122之间、信号传输线112与第一接地导体层113之间形成电场，控制电场范围内液晶分子131的偏转，从而改变其介电常数，产生相位调制作用。偏置线14与信号传输线112一一对应连接且相互独立，同时由于馈电网络115与信号传输线112之间设置有直流隔离部件116，偏置电压信号被独立控制于各信号传输线112的范围内，对其它信号传输线112不会造成电压串扰，即通过不同的偏置电压信号可以独立灵活地调控每个移相器的相移量。

具体地，在控制液晶天线发射波束时，射频信号端118向馈电网络115中提供射频信号，接地信号端117向第一接地导体层113和第二接地导体层122提供接地信号，偏置线14向各信号传输线112提供偏置电压信号；液晶层13中的液晶分子131在信号传输线112与第一接地导体层113之间、信号传输线112与第二接地导体层122之间形成的电场的作用下发生偏转，使液晶层13的介电常数发生变化，在液晶天线物理结构一定的情况下，射频信号的相位变化量与液晶层13的介电常数成正相关，从而对信号传输线112中传输的射频信号进行移相，移相后的射频信号经由辐射缝隙114辐射出去；多个辐射缝隙114辐射的多个射频信号发生干涉，形成具有主瓣方向的波束。

本申请实施例所提供的射频信号端118与接地信号端117可以集成于一个能够传输射频信号的同轴连接器上输入，此时射频信号端118连接至同轴连接器中间的焊芯，接地信号端117连接至外围的端子。在本申请实施例的一些可选的具体实施方式中，该同轴连接器为SMA(Subminiature version A)接头。SMA接头通过小型螺纹连接，具有寿命长、性能优越、可靠性高的技术优势，适用于微波设备和数字通信系统的射频回路中连接射频电缆或微带线。

请继续参阅图3，其中，信号传输线112与第一接地导体层113之间通过第一间隙1191电绝缘设置。本申请实施例中的信号传输线112采用接地共面波导(GroundedCoplanar waveguide，GCPW)结构设置，即将传输射频信号的带状导线通过间隙电绝缘地设置于接地导体层的镂空处，每根信号传输线112、第二接地导体层122及两者之间的液晶层13构成一个具有移相功能的工作单元，称作移相器。对于单个移相器来说，通过偏置线14向信号传输线112提供不同的偏置电压信号且同时通过接地信号端117向第二接地导体层122提供接地电位，信号传输线112与第二接地导体层122之间形成电场并驱动液晶分子131偏转后，能够使移向器对应的液晶层13具有不同的介电常数，从而使该移相器能够对传输的射频信号进行不同程度的移相。也就是说，在本申请实施例中，施加在移相器上的偏置电压信号是可变的，即一个移相器能够具有不同的相移量，相应的辐射缝隙114能够辐射出具有多种相位的射频信号，如此一来，通过对辐射缝隙114辐射的射频信号的相位进行调整，当多个辐射缝隙114辐射的射频信号相互干涉后，就能对最终形成的波束的主瓣方向进行调整，以达成相控阵天线波束扫描的功能。

在本申请实施例提供的相控阵天线中，第二接地导体层122可以为接入接地电位。在针对射频信号传输的电路中，第一接地导体层113、第二接地导体层122均作为接地共面波导结构的组成部件，接入参考接地电位，从而形成接地共面波导结构以使射频信号沿馈电网络115、信号传输线112进行传输。在针对施加偏置电压进行移相的电路中，第一接地导体层113可以不接入电路中，此时施加于信号传输线112上的偏置电压与第二接地导体层122之间形成电场，由此控制液晶分子131偏转。第一接地导体层113在偏置电路中接入接地电位时，即能够控制更多的液晶分子偏转，扩大相移量范围，具有更好的移相效果。

因此，使用本申请实施例提供的液晶天线时，射频信号端118、馈电网络115、信号传输线112和辐射缝隙114位于同一基板111上时，射频信号端118所提供的射频信号直接沿馈电网络115传输，经耦合传输至同一基板111上的信号传输线112，通过偏置线14为信号传输线112提供不同的电压，信号传输线112与第二接地导体层122之间形成电场，电场影响液晶分子131偏转，改变了液晶层13的介电常数，从而使得射频信号在第一间隙1191中沿着信号传输线112传输的过程中移相。经由信号传输线112完成移相后，射频信号传输至同一基板111上的辐射缝隙114并辐射出去，因此不存在如现有技术中射频信号必须在两个基板之间耦合传输的问题，将信号耦合设计简单化，从而降低了射频信号损耗；当存在多个辐射出的射频信号时，各信号彼此干涉，形成具有主瓣方向的波束信号。

本申请实施例所提供的液晶天线，一方面，每个辐射缝隙114都能在不同的偏置电压信号的作用下辐射出具有不同相位的辐射信号，从而实现对液晶天线最终形成的波束的主瓣方向进行连续调整，相较于现有技术，能够有效提高天线移相的灵活性及适用范围。

另一方面，第一接地导体层113和第二接地导体层122的材质可以为包括金、银、铜及铝的至少一者。本申请实施例提供的第一接地导体层113、信号传输线112和馈电网络115均选用导电率较高的材质，在一些可选的具体实施方式中，该材质为铜，铜材质导电率高且成本较低，便于大规模生产。本申请实施例对第一接地导体层113、信号传输线112和馈电网络115的具体材质不做特定的限定，可以根据需求自行选择，例如采用银、金或铝等。

信号传输线112、第一接地导体层113、辐射缝隙114和馈电网络115均设置在第一基板11朝向第二基板12的一侧表面，因此，在制作第一基板11的工艺流程中，仅需在第一基底111的表面蒸镀一层导体层，例如蒸镀一层金、银、铜或铝等金属，然后采用一次掩膜工艺即可刻蚀形成信号传输线112、第一接地导体层113、和馈电网络115，并同时通过刻蚀留出的相应空隙形成辐射缝隙114，简化了工艺流程，且降低了制作成本；再一方面，本申请实施例所提供的液晶相控阵天线是通过液晶分子的偏转实现射频信号的移相功能，由于目前液晶面板的产能较高，因而也能在一定程度上降低液晶相控阵天线的制作成本。

此外，由于现有的移相器大多是离散移相的装置，每个移相器只能按照一定步进进行非连续移相，因此，波束主瓣方向的形成是不连续的。例如，假设移相器以10°为步进提供移相量，且辐射单元间距为0.5倍自由空间波长时，若需要控制相控阵天线的波束的主瓣方向在0°～10°范围内调整，只能够将波束的主瓣方向调整为0°、3.2°、6.4°以及9.6°，无法使波束主瓣方向在0°～10°范围内连续调整。而采用本申请实施例所提供的液晶天线，移相器对射频信号的移相程度受偏置电压信号控制，而偏置电压信号可以调整为连续的任意值，因而单个移相器能够对射频信号进行连续的、各个程度的移相，最终使液晶相控阵天线形成的波束的主瓣方向可以调整为0°～10°中的任意方向，即，本申请实施例所提供的液晶相控阵天线形成波束的主瓣方向的变化可以是连续的。

请再次参阅图3，图3为图1所示液晶天线的第一基板的结构示意图。本申请实施例所提供的每根信号传输线112、第二接地导体层122及两者之间的液晶层13构成一个具有移相功能的工作单元，称作移相器，每个移相器和与其连接的辐射缝隙114组成一个辐射单元。图3示例性地示出了液晶天线10具有两行两列的辐射单元，当然，液晶天线10的多个辐射单元可以呈一列排布，或者呈一行排布，或者呈多行多列排布。其中，单行或单列排布的天线阵列称为线阵，多行多列排布的天线阵列称为面阵。请参阅图4，图4为本申请实施例提供的液晶天线的辐射方向示意图。在单列/单行辐射单元数量相等的情况下，面阵天线具有更大的增益，且面阵天线具有更工整、对称的方向图，但同时也需要更大的阵列面积。由此，可根据使用需求自行选择辐射单元的数量及排布方式，图3仅仅是一种示例，并不用于限定本申请。

在一些实施例中，直流隔离部件116为馈电网络的输出端与信号传输线之间的缝隙，或者直流隔离部件为电容。本申请实施例提供的直流隔离部件116为能够过滤掉低频直流信号、使高频交流信号单独通过的电路结构，在本申请实施例的一些可选的具体实施方式中，请继续参阅图3，直流隔离部件116为设置于馈电网络115与信号传输线112之间、使馈电网络115与信号传输线112电绝缘的缝隙。请一并参阅图5和图6，图5为图3中区域P的一种放大图，图6为图3中区域P的另一种放大图。在另一些可选的具体实施方式中，直流隔离部件116为电容，即通过焊接或其它方式将相应的电容器件两端分别电连接于馈电网络115的输出端和信号传输线112的输入端。当天线的工作频率较低时，直流隔离部件116可以为缝隙结构(图5)或电容结构(图6)，当天线的工作频率较高时，隔直电容结构(图6)的效果较差，通常采用缝隙耦合结构(图5)作为直流隔离部件，本申请实施例对直流隔离部件的具体形式不作特定的限定，可根据使用需求自行选择。

本申请实施例所提供的信号传输线112为与第一接地导体层113通过第一间隙1192电绝缘设置的带状导体。本申请实施例所提供的单个移相器的移相范围与信号传输线112的长度成正比。因此，信号传输线112非直线分布，例如采用蛇形绕折、螺旋绕折、蛇形绕折与螺旋绕折的组合形式或者一些其它不规则延伸的非直线绕折等。

在一些实例中如图7所示，在第一接地导体层113所在平面内信号传输线112呈蛇形绕折，且信号传输线112的宽度在自身延伸方向上均相等。同时，信号传输线112包括沿第一方向X延伸的多个主体部1123和沿第二方向Y延伸的多个连接部1124，相邻两个主体部1123由连接部1124连接，相邻两个连接部1124由主体部1123连接，第一方向X、第二方向Y均平行于第一接地导体层所在平面，且第一方向X与第二方向Y相交，同时每两个相邻的主体部1123在第二方向Y上的间距相等，每两个相邻的连接部1124在第一方向X上的间距相等。

在一些实例中如图8所示，在第一接地导体层113所在平面内信号传输线112等间距螺旋绕折且信号传输线112的宽度在自身延伸方向上均相等。

本申请实施例的一些可选的具体实施方式中，馈电网络115中包括一或多个功率分配器，功率分配器可以为两路、三路和/或多路功率分配器，功率分配器用于将射频信号端118输入的射频信号的功率分配给各移相器，通过改变功率分配器各输出端输出的射频信号功率的比例可以实现各阵列单元所需的幅度分布，同时，通过这种馈电方式，仅需设置一个射频信号端118即可将微波信号传输至各移相器的信号传输线112，减少了所需设置的射频信号端118的数量，进一步降低了制作成本。

可以理解的是，本申请实施例对功率分配器的数量及每个功率分配器的输出路数不做特定的限定，可以根据实际需要进行设计。

本申请实施例的一些可选的具体实施方式中，信号传输线112与第一接地导体层113设置于第一基底111的靠近液晶层13的一侧表面，即信号传输线112靠近液晶层13时，信号传输线112与第一接地导体层113、第二接地导体层122之间形成的电场能够无阻碍地作用于液晶层13，从而使移相器能够驱动更多液晶分子131偏转，从而增大能够实现的相移量的范围，使移相器具有较好的移相效果。

请参阅图9，图9为图1所示液晶天线的第二基板的结构示意图。其中包括第二基底121和第二接地导体层122。在一些可选的具体实施方式中，第二接地导体层122的材质与第一接地导体层113的材质相同且整层设置。本申请实施例提供的第一接地导体层113与第二接地导体层122相配合，共同作用于微波信号的传输及辐射。与第一基板11相类似地，本申请实施例的一些可选的具体实施方式中，第二接地导体层122设置于第二基底121靠近第一基板11的一侧表面，即第二接地导体层122靠近液晶层13时，移相器能够驱动更多液晶分子131偏转，从而增大能够实现的相移量的范围，使移相器具有较好的移相效果。

请一并参阅图10至图12，图10为图3中区域M的一种放大图，图11为图3中区域M的又一种放大图，图12为图3中区域M的另一种放大图。在一些示例中辐射缝隙114为矩形，但本申请实施例对辐射缝隙114的形状没有特定的限定，可以根据实际需要对辐射缝隙114的形状进行设计，例如辐射缝隙114可以为细长的椭圆形(图10)、菱形(图11)、扇形(图12)等其他形状，相较于矩形缝隙，具有此类渐变轮廓形状的辐射缝隙114，可以使液晶天线的带宽得到一定增加，带宽即能够使天线各参数处在允许范围之内的射频信号频率的范围，由此，带宽的增加能够使天线拥有更大的适用范围。

本申请实施例所提供的第一接地导体层113上设置有多个辐射缝隙114，以图3所示第一基板的结构为例，这些辐射缝隙114分别沿平行于接地导体层113且相交的第一方向X方向和第二方向Y方向呈间隔阵列排布，同时，第一方向X上相邻的两个辐射缝隙114之间具有第一间距L1，第二方向Y上相邻的两个辐射缝隙114之间具有第二间距L2，第一间距L1和第二间距L2相等且长度均为微波信号空间波长的0.4～0.7倍。其中的微波信号空间波长即由射频信号端118输入的微波信号在空气中传播时的波长。

本申请实施例的一些可选的具体实施方式中，第一间距L1和第二间距L2均为微波信号空间波长的0.5～0.65倍，在该范围的缝隙间距下相邻缝隙之间的空间相关性低，能够抑制副瓣的出现，整体方向图更好，且传输信号可以实现更多的独立信道，即能够获得更大的信号容量。一般而言，阵列天线阵元的间距越大越好，但考虑到阵列天线的设计空间有限，取微波信号空间波长的0.5～0.65倍能够在阵列空间设计、成本控制、信号质量间取得较好的综合效果，在实际应用中，一般取间距为微波信号空间波长的0.55倍。

请一并参阅图13和图14，图13为图1所示液晶天线的第一基板的又一种结构示意图，图14为图13中区域Q的放大图。其中，辐射缝隙114采用双缝隙结构，双缝隙包括第一子缝隙1141、第二子缝隙1142、第一连接缝隙1143和第二连接缝隙1144，第一子缝隙1141与信号传输线112的输出端耦合连接，第一子缝隙1141、第一连接缝隙1143、第二子缝隙1142与第二连接缝隙1144依次首尾相接形成环状辐射缝隙114。其中第一子缝隙1141的长度l1和第二子缝隙1142的长度l2相等，且长度l1和l2均为微波信号工作波长的0.4～1.3倍；第一连接缝隙1143的长度l3和第二连接缝隙1144的长度l4相等，且长度l3和l4均为微波信号工作波长的0.4～0.6倍。其中微波信号工作波长即由射频信号端118输入的微波信号在介质中传播时的波长，本申请实施例中的介质即为液晶层13。

本申请实施例提供的辐射缝隙114采用双缝隙结构，通过调控第一子缝隙1141和第二子缝隙1142的间距与微波信号工作波长的关系，能够使第一子缝隙1141与第二子缝隙1142的电场方向相同，即两个子缝隙所辐射出的微波信号相互叠加；通过同样的技术手段能够使第一连接缝隙1143和第二连接缝隙1144的电场方向相反，即两个连接缝隙所辐射出的微波信号相互抵消，最终由双缝隙输出一个经叠加后，与图4相似，整体辐射方向图良好、强度较高的辐射信号。

本申请实施例的一些可选的具体实施方式中，第一子缝隙1141的长度l1与第二子缝隙1142的长度l2为微波信号工作波长的0.5倍、1倍或1.25倍，同时第一连接缝隙1143的长度l3和第二连接缝隙1144的长度l4为微波信号工作波长的0.5倍。在两个子缝隙及两个连接缝隙的长度均为微波信号工作波长的0.5倍时，辐射缝隙114所辐射出的信号具有主瓣方向更强的辐射方向图。本申请实施例对双缝隙的大小、形状不做具体的限定，可以根据使用需求自行设计。

请一并参阅图15和图16，图15为图1所示液晶天线的第一基板的另一种结构示意图，图16为图1所示液晶天线的第一基板的还一种结构示意图。图15所示出的具体实施方式中，辐射单元采用串联、并联混合的馈电方式，辐射缝隙114采用单缝隙结构，其中信号传输线112包括第一信号传输线1121和第二信号传输线1122，辐射缝隙114包括第一辐射缝隙1145和第二辐射缝隙1146，第一信号传输线1121的输入端与馈电网络115耦合连接，第一信号传输线1121的输出端与第一辐射缝隙1145耦合连接，第二信号传输线1122的输入端与第一辐射缝隙1145耦合连接，第二信号传输线1122的输出端与第二辐射缝隙1146耦合连接。

图16所提供的具体实施方式中，辐射单元采用串联、并联混合的馈电方式，辐射缝隙114采用双缝隙结构，其中信号传输线112包括第一信号传输线1121和第二信号传输线1122，辐射缝隙114包括第一辐射缝隙1145和第二辐射缝隙1146，第一信号传输线1121的输入端与馈电网络115耦合连接，第一信号传输线1121的输出端与第一辐射缝隙1145的第一子缝隙1141耦合连接，第二信号传输线1122的输入端与第一辐射缝隙1145的第二子缝隙1142耦合连接，第二信号传输线1122的输出端与第二辐射缝隙1146的第一子缝隙1141耦合连接。

本申请实施例所提供的辐射单元间的连接馈电方式可以为并联馈电形式和/或串并混合馈电的形式。如图3所示，本申请实施例的一些可选的具体实施方式中，辐射单元间采用并联馈电方式，即信号传输线112的输出端与辐射缝隙114耦合连接，馈电网络115的输入端与射频信号端118电连接，馈电网络115的多个输出端分别通过直流隔离部件116与多条信号传输线112一一耦合连接。

本申请实施例提供的液晶天线中，并联馈电的液晶天线阻抗频带较宽，但对天线的结构尺寸有一定的要求，串联馈电的液晶天线增益较高，但阻抗频带较窄，同时串联馈电电路简单、馈电线总长较短、损耗较小。由此，当系统对天线的工作频率有较高要求时，应采用并联馈电形式；当对馈电尺寸或端口的隔离有限制时，应采用串联馈电形式；当需两者兼顾时，可以采用串联、并联混合馈电形式。本申请实施例对此不做特定的限定。

本申请实施例的一些可选的具体实施方式中，第二基板12仅包括第二基底121，不具有第二接地导体层122。此时，第一接地导体层113将作为偏置电场中的接地电极，即信号传输线112作为偏置电极，当偏置线114将偏置电压信号传输至信号传输线112时，在信号传输线112与第一接地导体层113之间形成偏置电场，控制电场范围内液晶分子131的偏转，从而改变其介电常数，对在液晶层13内振荡传播的微波信号产生相位调制作用。

本申请提供的液晶天线中，包括：第一基板，第一基板包括第一基底、信号传输线和第一接地导体层，信号传输线和第一接地导体层位于第一基底的同一侧且位于同一平面，第一接地导体层开设有至少一个辐射缝隙，信号传输线的输出端与辐射缝隙耦合连接；第二基板，第二基板包括第二基底和层叠设置于第二基底的第二接地导体层；液晶层，设置于第一基板和第二基板之间。馈电网络、移相器以及辐射单元共面设计，能够降低微波信号的耦合损耗，精简天线结构，降低工艺生产复杂度，降低成本。

可以理解的是，上述说明和细节描述仅是示例性和解释性的，并不能构成对本申请的限制，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (15)

1.一种液晶天线，其特征在于，包括：

第一基板，所述第一基板包括第一基底、信号传输线和第一接地导体层，所述信号传输线和所述第一接地导体层位于所述第一基底的同一侧且位于同一平面，所述第一接地导体层开设有至少一个辐射缝隙，所述信号传输线的输出端与所述辐射缝隙耦合连接；

第二基板，所述第二基板包括第二基底和层叠设置于所述第二基底的第二接地导体层；

液晶层，设置于所述第一基板和所述第二基板之间。

2.如权利要求1所述的液晶天线，其特征在于，所述信号传输线与所述第一接地导体层之间通过第一间隙电绝缘设置。

3.如权利要求1所述的液晶天线，其特征在于，所述第一基板还包括馈电网络，所述馈电网络的输入端与射频信号端电连接，所述馈电网络的输出端通过直流隔离部件与所述信号传输线耦合连接；

所述馈电网络与所述第一接地导体层之间通过第二间隙电绝缘设置；

由所述射频信号端输入的微波信号依次通过所述馈电网络、所述信号传输线传递至所述辐射缝隙，经由所述辐射缝隙辐射出去。

4.如权利要求3所述的液晶天线，其特征在于，所述直流隔离部件为所述馈电网络的输出端与所述信号传输线之间的缝隙，或者所述直流隔离部件为电容。

5.如权利要求3所述的液晶天线，其特征在于，所述信号传输线包括第一信号传输线和第二信号传输线，所述辐射缝隙包括第一辐射缝隙和第二辐射缝隙，所述第一信号传输线的输入端与所述馈电网络耦合连接，所述第一信号传输线的输出端与所述第一辐射缝隙耦合连接；所述第二信号传输线的输入端与所述第一辐射缝隙耦合连接，所述第二信号传输线的输出端与所述第二辐射缝隙耦合连接。

6.如权利要求1所述的液晶天线，其特征在于，所述信号传输线呈现蛇形，所述信号传输线包括沿第一方向延伸的多个主体部和沿第二方向延伸的多个连接部，相邻两个所述主体部由所述连接部连接，相邻两个所述连接部由所述主体部连接；

所述第一方向平行于所述第一接地导体层所在平面，所述第二方向平行于所述第一接地导体层所在平面，且所述第一方向与所述第二方向相交。

7.如权利要求1所述的液晶天线，其特征在于，所述信号传输线和第一接地导体层设置于所述第一基底的靠近所述液晶层的一侧表面。

8.如权利要求1所述的液晶天线，其特征在于，所述第二接地导体层设置于所述第二基底靠近所述液晶层的一侧表面。

9.如权利要求1所述的液晶天线，其特征在于，所述第一接地导体层和所述第二接地导体层的材质包括金、银、铜及铝的至少一者。

10.如权利要求1所述的液晶天线，其特征在于，所述液晶天线还包括偏置线，所述偏置线与所述信号传输线电连接，将用于控制液晶偏置的预设电压信号输送至所述信号传输线。

11.如权利要求1所述的液晶天线，其特征在于，所述辐射缝隙为矩形、扇形、菱形或椭圆形。

12.如权利要求1所述的液晶天线，其特征在于，所述辐射缝隙为多个，多个所述辐射缝隙分别沿第一方向和沿第二方向呈现间隔阵列分布，所述第一方向上相邻的两个所述辐射缝隙具有第一间距，所述第二方向上相邻的两个所述辐射缝隙具有第二间距，所述第一间距和所述第二间距相等；

所述第一方向平行于所述第一接地导体层所在平面，所述第二方向平行于所述第一接地导体层所在平面，且所述第一方向与所述第二方向相交。

13.如权利要求12所述的液晶天线，其特征在于，所述第一间距和所述第二间距为所述微波空间波长的0.4-0.7倍。

14.如权利要求1所述的液晶天线，其特征在于，所述辐射缝隙包括第一子缝隙、第二子缝隙、第一连接缝隙和第二连接缝隙；

所述第一子缝隙与所述信号传输线的输出端耦合连接，所述第一子缝隙、所述第一连接缝隙、所述第二子缝隙与所述第二连接缝隙依次首尾相接成环状。

15.如权利要求14所述的液晶天线，其特征在于，所述第一子缝隙和所述第二子缝隙的长度相等，且所述第一子缝隙和所述第二子缝隙的长度均为微波工作波长的0.4-1.3倍；

所述第一连接缝隙和所述第二连接缝隙的长度相等，且所述第一连接缝隙和所述第二连接缝隙的长度均为微波工作波长的0.4-0.6倍。

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