CN115336100B - 巴伦组件、微波射频器件及天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开提供一种巴伦组件，属于通信技术领域。本发明的巴伦组件，其包括：第一基底，具有相对设置的第一表面和第二表面；第一传输电极，设置在所述第一基底的第一表面上；地电极，其上设置有开口，所述地电极设置在所述第一基底背离所述第一传输电极的一侧；第一介质层设置在所述地电极背离所述第一基底的一侧；第二传输电极和第三传输电极，均设置在所述第一介质层背离所述地电极的一侧，且所述第二传输电极和所述第三传输电极间隔设置；其中，所述第一传输电极、所述第二传输电极和所述第三传输电极在所述第一基底上的正投影与所述开口在基底上的正投影的交点分别为第一交点、第二交点、第三交点；所述第一交点位于所述第二交点与所述第三交点之间。
Description
技术领域
本发明属于通信技术领域，具体涉及一种巴伦组件、微波射频器件及天线。
背景技术
巴伦(BALUN：balun-unbalance)组件是一种三端口器件，其可以应用至微波射频器件中，巴伦组件是一种将匹配输入转换为差分输入的射频传输线变压器，可用于激励差分线、放大器、宽带天线、平衡混频器、平衡倍频器及调制器、移相器以及任何需要在两条线路上传输幅度相等且相位相差180°的电路设计。其中，巴伦组件的两个输出幅度相等、相位相反。在频域中，这表示两个输出之间具有180°的相位差；在时域中，这表示一个平衡输出的电压为另一平衡输出的负值。
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，提供一种巴伦组件、微波射频器件及天线。
第一方面，本公开实施例提供一种巴伦组件，其包括：
第一基底，具有相对设置的第一表面和第二表面；
第一传输电极，设置在所述第一基底的第一表面上；
地电极，其上设置有开口，所述地电极设置在所述第一基底背离所述第一传输电极的一侧；
第一介质层，设置在所述地电极背离所述第一基底的一侧；
第二传输电极和第三传输电极，均设置在所述第一介质层背离所述地电极的一侧，且所述第二传输电极和所述第三传输电极间隔设置；其中，
所述第一传输电极、所述第二传输电极和所述第三传输电极在所述第一基底上的正投影均与所述开口在第一基底上的正投影存在交叠，且所述第一传输电极、所述第二传输电极和所述第三传输电极在所述第一基底上的正投影与所述开口在基底上的正投影的交点分别为第一交点、第二交点、第三交点；所述第一交点位于所述第二交点与所述第三交点之间。
其中，所述第一传输电极具有相对设置的第一信号端和第一开路端；所述第二传输电极具有相对设置的第二信号端和第二开路端；所述第三传输电极具有相对设置的第三信号端和第三开路端；
所述第一传输电极的所述第一开路端到所述第一交点的线长为L1，所述第二传输电极的所述第二开路端到所述第二交点的线长为L2，所述第三传输电极的所述第三开路端到所述第三交点的线长为L3；L1、L2、L3均大致等于1/4介质波长。
其中，所述第二开路端、所述第三开路端在所述第一基底上正投影位于所述开口的同一侧；且所述第二传输电极的所述第二交点到所述第二信号端的线长为L4，所述第三传输电极的所述第三交点到所述第三信号端的线长为L5，L5与L4相差1/2介质波长。
其中，所述第三传输电极的所述第三交点到所述第三信号端包括蜿蜒线。
其中，所述第一传输电极、所述第二传输电极、所述第三传输电极在所述第一基底上正投影为重叠。
其中，所述第二开路端和所述第三开路端在所述第一基底上正投影分设在所述开口的两侧；且所述第二传输电极的所述第二交点到所述第二信号端的线长为L4，所述第三传输电极的所述第三交点到所述第三信号端的线长为L5，L4与L5大致相等。
其中，所述第一传输电极、所述第二传输电极、所述第三传输电极均包括蜿蜒线。
其中，在所述第一介质层背离地电极的一侧还设置有与所述第一介质层相对设置的第二基底；所述第二传输电极和所述第三传输电极均设置在所述第一介质层上，在所述第二传输电极和所述第三传输电极所在层与所述第二基底之间设置有第二介质层。
其中，在所述第一介质层背离地电极的一侧还设置有与所述第一介质层相对设置的第二基底；
所述第二传输电极和所述第三传输电极中的一者设置在第一介质层上，另一者设置在所述第二基底靠近所述第一介质层的一侧；或者，所述第二传输电极和所述第三传输电极均设置在所述第二基底靠近所述第一介质层的一侧；
在所述第二传输电极所在层与所述第三传输电极所在层之间设置有第二介质层。
其中，所述第二介质层包括液晶层。
其中，所述开口的延伸方向的宽度介于1/4介质波长至1/2介质波长之间。
第二方面，本公开实施例提供一种微波射频器件，其包括上述的巴伦组件。
其中，所述微波射频器件包括移相器或滤波器。
第三方面，本公开实施例提供一种天线，其包括上述的微波射频器件。
附图说明
图1为一种示例性的移相结构的示意图。
图2为本公开实施例的一种正向耦合巴伦组件的示意图。
图3为本公开实施例的一种反向耦合巴伦结构的示意图。
图4为本公开实施例中的一种巴伦组件的结构示意图。
图5为本公开实施例中的另一种巴伦组件的结构示意图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
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。
巴伦(BALUN：balun-unbalance)组件是一种三端口器件，其可以应用至微波射频器件中，巴伦组件是一种将匹配输入转换为差分输入的射频传输线变压器，可用于激励差分线、放大器、宽带天线、平衡混频器、平衡倍频器及调制器、移相器以及任何需要在两条线路上传输幅度相等且相位相差180°的电路设计。其中，巴伦组件的两个输出幅度相等、相位相反。在频域中，这表示两个输出之间具有180°的相位差；在时域中，这表示一个平衡输出的电压为另一平衡输出的负值。
在此需要说明的是，在本公开实施例中以微波射频器件为移相器为例进行说明，但应当理解的微波射频器件为移相器并不构成对本公开实施例的限制。
在一个示例中，移相器不仅包括巴伦组件，而且还包括移相结构；图1为一种示例性的移相结构的示意图；如图1所示，该移相结构包括相对设置的第一衬底基板10和第二衬底基板20，设置在第一衬底基板10靠近第二衬底基板20一侧的第一传输线1，设置在第二衬底基板20靠近第一衬底基板10一侧的第二传输线2，设置在第一传输线1所在层和第二传输线2所在层之间的介质层，以及接地电极4；其中，该介质层包括但不限于液晶层3，在下述实施例中以该介质层为液晶层3为例进行说明。第一传输线1和第二传输线2包括但不限于微带线，接地电极4则可以设置在第一衬底基板10背离第一传输线1的一侧。第一传输线1和第二传输线2可以采用梳状电极，地电极4则可以采用面状电极，也即第一传输线1、第二传输线2和地电极4构成微带线传输结构；当然，第一传输线1、第二传输线2和地电极4也可以构成带状线传输结构、共表面波导传输结构、基片集成波导传输结构中任意一种，在此不一一列举。
在相关技术中，通过巴伦结构向移相器输入微波信号时，巴伦结构通常采用焊接(直接)馈电的方式，而对于该种方式，存在两种在厚铜线(传输线)上涂覆封框胶的机理：①直通的巴伦结构需要在巴伦输出端和移相器移相段间进行框胶分隔；②焊接的传输线需要穿过封框胶延伸到焊盘边缘；液晶移相器的制备工艺中，封框胶涂过厚铜线可能引入断胶、盒厚均一性、漏液等问题。针对现有的巴伦结构采用焊接(直接)的方式进行馈电所存在的问题，在本公开实施例中提供如下技术方案。第一方面，本公开实施例提供一种巴伦组件，其包括：第一基底100、第一介质层300、第一传输电极11，第二传输电极21、第三传输电极22、地电极12；其中，第一基底100具有相对设置的第一表面和第二表面；第一传输电极11设置在第一基底100的第一表面上；地电极12上具有开口121，其设置在第一基底100背离第一表面的一侧；第一介质层300设置在地电极12背离第一基底100的一侧；第二传输电极21和第三传输电极22设置在第一介质层300背离地电极12的一侧。第一传输电极11、第二传输电极21和第三传输电极22在第一基底100上的正投影均与开口121在第一基底100上的正投影相交叠，且第一传输电极11、第二传输电极21和第三传输电极22在第一基底100上的正投影与开口121在基底上的正投影的交点分别为第一交点N1、第二交点N2、第三交点N3；所述第一交点N1位于所述第二交点N2与所述第三交点N3之间。
需要说明的是，在本公开实施例中所谓的“交点”是指两者之间的相交的区域，该区域可以是一个点，也可以具有一定的面积，例如第一传输电极11开口121的第一交点N1则为一个矩形区域，具有一定的面积。
在本公开实施例中，由于在第一传输电极11所在的第一基板和第二传输电极21和第三传输电极22所在的第一介质层300之间设置有地电极12，且地电极12上具有开口121，第一传输电极11、第二传输电极21和第三传输电极22在第一基底100上的正投影与开口121在基底上的正投影的交点分别为第一交点N1、第二交点N2、第三交点N3；所述第一交点N1位于所述第二交点N2与所述第三交点N3之间，这样一来，通过电磁耦合作用，第一传输电极11上的所传输的微波信号经过地电极12上的开口121，分别耦合至第二传输电极21和第三传输电极22，以对微波信号进行传输。也就是说，本公开实施例提供的巴伦结构，通过第一传输电极11第二传输电极21和第三传输电极22采用耦合的方式对微波信号进行传输，相较于相关技术中的焊接连通馈电而言，本公开实施例的巴伦结构的馈电效率更高，且反射带宽可达到15％左右，并可以实现180°相差。
在一个示例中，图2为本公开实施例的一种正向耦合巴伦组件的示意图，如图2所示，第一传输电极11、第二传输电极21、第三传输电极22在第一基底100上的正投影无重叠，且第一传输电极11、第二传输电极21和第三传输电极22在第一基底100上的正投影与开口121在基底上的正投影正交，交点分别为第一交点N1、第二交点N2、第三交点N3；第二传输电极21的第二开路端c2和第三传输电极22的第三开路端c3在第一基底100上的正投影位于开口121的同一侧。其中，第一传输电极11具有相对设置的第一信号端a和第一开路端c1；第二传输电极21具有相对设置的第二信号端b1和第二开路端c2；第三传输电极22具有相对设置的第三信号端b2和第三开路端c3；第一传输电极11的所述第一开路端c1到第一交点N1的线长为L1，第二传输电极21的第二开路端c2到第二交点N2的线长为L2，第三传输电极22的第三开路端c3到第三交点N3的线长为L3，第二传输电极21的第二信号端b1和第二交点N2之间的线长为L4，第三传输电极22的第三信号端b2和第三交点N3之间的线长为L4；第一传输电极11的阻抗为Z1，第二传输电极21和第三传输电极22的并联阻抗为Z2；为实现第二传输电极21和第三传输电极22所输出的两路信号幅度相等，相位相反，地电极12上的开口121与第二传输电极21和第三传输电极22正交的边的边长W介于1/4介质波长至1/2介质波长之间；L1、L2、L3均大致等于1/4介质波长，L4和L5二者相差1/2介质波长，其中，N1到N2和N3之间的距离相等。在本公开实施例中，以L5比L4长1/2介质波长为例进行说明。
在此需要说明的是，介质波长是指电磁波在介质中的波长，和介电常数相关；L1、L2、L3均大致等于1/4介质波长是指，L1、L2、L3均等于1/4介质波长，或者L1、L2、L3均等于1/4介质波长加或者减一个误差值，该误差值可以根据巴伦组件的精度要求具体限定。
继续参照图2，在一些实施例中，由于L5比L4长1/2介质波长，也即第三传输电极22比第二传输电极21长1/2介质波长，因此为缩小巴伦组件的尺寸，第三传输电极22第三交点N3到第三信号端b2包括蜿蜒线。在一些实施例中，蜿蜒线具体可以采用弓字形、波浪形、锯齿形中的任意一种。当然，蜿蜒线也不局限于这几种结构，可以根据巴伦组件的阻抗需求具体设计蜿蜒线的结构。
在另一个示例中，图3为本公开实施例的一种反向耦合巴伦结构的示意图，如图3所示，第一传输电极11、第二传输电极21、第三传输电极22均采用蜿蜒线，第二传输电极21、第三传输电极22在第一基底100上的正投影无重叠，且第一传输电极11、第二传输电极21和第三传输电极22在第一基底100上的正投影与开口121的长度方向在基底上的正投影正交，交点分别为第一交点N1、第二交点N2、第三交点N3；第二传输电极21的第二开路端c2和第三传输电极22的第三开路端c3在第一基底100上的正投影位于开口121的不同侧。其中，第一传输电极11具有相对设置的第一信号端a和第一开路端c1；第二传输电极21具有相对设置的第二信号端b1和第二开路端c2；第三传输电极22具有相对设置的第三信号端b2和第三开路端c3；第一传输电极11的所述第一开路端c1到第一交点N1的线长为L1，第二传输电极21的第二开路端c2到第二交点N2的线长为L2，第三传输电极22的第三开路端c3到第三交点N3的线长为L3，第二传输电极21的第二信号端b1和第二交点N2之间的线长为L4，第三传输电极22的第三信号端b2和第三交点N3之间的线长为L4；第一传输电极11的阻抗为Z1，第二传输电极21和第三传输电极22的并联阻抗为Z2；为实现第二传输电极21和第三传输电极22所输出的两路信号幅度相等，相位相反，地电极12上的开口121与第二传输电极21和第三传输电极22正交的边的边长W介于1/4介质波长至1/2介质波长之间；L1、L2、L3均大致等于1/4介质波长，L4和L5相等；其中，N1到N2和N3之间的距离相等。。
在此需要说明的是，L1、L2、L3均大致等于1/4介质波长是指，L1、L2、L3均等于1/4介质波长，或者L1、L2、L3均等于1/4介质波长加或者减一个误差值，该误差值可以根据巴伦组件的精度要求具体限定。另外，第一交点N1和第二交点N2之间的距离与第一交点N1和第三交点N3之间的距离相等时，第一传输电极11的阻抗Z1略大于第二传输电极21和第三传输电极22的并联阻抗Z2，以实现更好的功率分配；若第一交点N1和第二交点N2之间的距离与第一交点N1和第三交点N3之间的距离之差越小，则需要，第一传输电极11的阻抗Z1与第二传输电极21和第三传输电极22的并联阻抗Z2之差越大，以实现等功率分配。
继续参照图2，在一些实施例中，蜿蜒线具体可以采用弓字形、波浪形、锯齿形中的任意一种。当然，蜿蜒线也不局限于这几种结构，可以根据巴伦组件的阻抗需求具体设计蜿蜒线的结构。由于在本公开实施例中，反向耦合巴伦组件，第一传输电极11、第二传输电极21、第三传输电极22均采用蜿蜒线，因此可以缩小巴伦组件的尺寸。
在此需要说明的是，以上只是给出一种反向耦合巴伦组件的结构，实际上只要是第二传输电极21的第二开路端c2和第三传输电极22的第三开路端c3在第一基底100上的正投影位于开口121的不同侧的任何巴伦组件结构均在本公开实施例的保护范围内。
其中，无论是上述的正向耦合巴伦组件还是反向耦合巴伦组件，其中的第二传输电极21和第三传输电极22可以同层设置，也可以分层设置。以下分别对第二传输电极21和第三传输电极22同层设置和分层设置的具体结构进行说明。
图4为本公开实施例中的一种巴伦组件的结构示意图，如图4所示，由下至上分别为输出信号线、第一基底100、地电极12、第一介质层300、第二传输电极21、第二介质层、第三传输电极22、第二基底200。也就是说，第二传输电极21和第三传输电极22分两层设置，且在二者所在层之间夹设第二介质层。其中，第二介质层包括但不限于液晶层(图中未示)。
在此需要说明的是，在图4中为了清楚每一层结构，故第一介质层300与地电极12分离开，实际上第一介质层300可以与地电极12相接触。另外，可以在制备巴伦组件时，将地电极12在第一介质层远离第二基底200的一面上形成。
当将本公开实施例中的巴伦组件应用至移相器中时，此时第一介质层300可以与移相结构中的第一衬底基板10为一体结构，第二基底200可以与第二衬底基底为第为一体结构，巴伦组件中的液晶层3与移相结构中的液晶层3为一层结构。同时，第二传输电极21与第一传输线1为一体结构，第三传输电极22与第二传输线2为一体结构，接地电极4与地电极12可以为一体结构。这样一来，不会增加移相器的制备成本。
图5本公开实施例中的另一种巴伦组件的结构示意图，如图5所示，该种结构的巴伦组件与图4所示的巴伦组件的区别仅在于第二传输电极21和第三传输电极22均设置在第一介质层300上，其余结构与图4中的巴伦组件结构形同，故在此不再重复赘述。当然，在一些实施例中，第二传输电极21和第三传输电极22还可以设置在第二基底200背离第一介质层300的一侧。在此需要说明的是，在图5中为了清楚每一层结构，故第一介质层300与地电极12分离开，实际上第一介质层300可以与地电极12相接触。另外，可以在制备巴伦组件时，将地电极12在第一介质层原理第二基底200的一面上形成。
另外，还需要说明的是，图4和图5中的第二传输电极21和第三传输电极22的形状只是一种示意，并不表示第二传输电极21和第三传输电极22的实际形状。
在一些实施例中，第一传输电极11、第二传输电极21和第三传输电极22均包括微带线；地电极12包括接地电极4。第一传输电极11、第二传输电极21和第三传输电极22、地电极12的材料均可以采用铜、铝、银、金、铬、钼、镍或铁等金属制成。
在一些实施例中，地电极12上的开口121为矩形，当然，地电极12上开口121形状可以是任何形状，在本公开实施例中并不做限定。
在一些实施例中，第一介质层300、第一基底100和第二基底200可以采用厚度为100-1000微米的玻璃基板，也可采用蓝宝石衬底，还可以使用厚度为10-500微米的聚对苯二甲酸乙二酯基板、三聚氰酸三烯丙酯基板和聚酰亚胺透明柔性基板。具体的，第一介质层300、第一基底100和第二基底200可以采用介电损耗极低的高纯度石英玻璃。相比于普通玻璃基板，第一介质层300、第一基底100和第二基底200采用石英玻璃可以有效减小对微波的损耗，使移相器具有低的功耗和高的信噪比。
其中，液晶层3中的液晶分子为正性液晶分子或负性液晶分子，需要说明的是，当液晶分子为正性液晶分子时，本发公开实施例液晶分子长轴方向与第二电极之间的夹角大于度小于等于45°。当液晶分子为负向液晶分子时，本公开实施例液晶分子长轴方向与第二电极之间的夹角大于度小于90°，保证了液晶分子发生偏转后，改变液晶层3的介电常数，以达到移相的目的。
第二方面，本发明实施例还提供一种微波射频器件，其包括上述的任一巴伦组件，该微波射频器件可以包括但不限于滤波器或者移相器。
第三方面，本发明实施例还提供一种液晶天线，该液晶天线包括上述的任意一种移相器。其中，在第二衬底基板20的背离液晶层3的一侧还设置有至少两个贴片单元，其中，每两个贴片单元之间的间隙与电极条之间的间隙对应设置。这样一来，可以使得经过上述的任意一种移相器进行相位调整后的微波信号从贴片单元之间的间隙辐射出去。
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 (13)
1.一种巴伦组件，其包括：
第一基底，具有相对设置的第一表面和第二表面；
第一传输电极，设置在所述第一基底的第一表面上；
地电极，其上设置有开口，所述地电极设置在所述第一基底背离所述第一传输电极的一侧；
第一介质层，设置在所述地电极背离所述第一基底的一侧；
第二传输电极和第三传输电极，均设置在所述第一介质层背离所述地电极的一侧，且所述第二传输电极和所述第三传输电极间隔设置；其中，
所述第一传输电极、所述第二传输电极和所述第三传输电极在所述第一基底上的正投影均与所述开口在第一基底上的正投影存在交叠，且所述第一传输电极、所述第二传输电极和所述第三传输电极在所述第一基底上的正投影与所述开口在基底上的正投影的交点分别为第一交点、第二交点、第三交点；所述第一交点位于所述第二交点与所述第三交点之间。
2.根据权利要求1所述的巴伦组件，其中，所述第一传输电极具有相对设置的第一信号端和第一开路端；所述第二传输电极具有相对设置的第二信号端和第二开路端；所述第三传输电极具有相对设置的第三信号端和第三开路端；
所述第一传输电极的所述第一开路端到所述第一交点的线长为L1，所述第二传输电极的所述第二开路端到所述第二交点的线长为L2，所述第三传输电极的所述第三开路端到所述第三交点的线长为L3；L1、L2、L3均等于1/4介质波长。
3.根据权利要求2所述的巴伦组件，其中，所述第二开路端和所述第三开路端在所述第一基底上正投影位于所述开口的同一侧；且所述第二传输电极的所述第二交点到所述第二信号端的线长为L4，所述第三传输电极的所述第三交点到所述第三信号端的线长为L5，L5与L4相差1/2介质波长。
4.根据权利要求3所述的巴伦组件，其中，所述第三传输电极的所述第三交点到所述第三信号端包括蜿蜒线。
5.根据权利要求2所述的巴伦组件，其中，所述第二开路端和所述第三开路端在所述第一基底上正投影分设在所述开口的两侧，且所述第二传输电极的所述第二交点到所述第二信号端的线长为L4，所述第三传输电极的所述第三交点到所述第三信号端的线长为L5，L4与L5相等。
6.根据权利要求5所述的巴伦组件，其中，所述第一传输电极、所述第二传输电极、所述第三传输电极均包括蜿蜒线。
7.根据权利要求1所述的巴伦组件，其中，在所述第一介质层背离地电极的一侧还设置有与所述第一介质层相对设置的第二基底；所述第二传输电极和所述第三传输电极均设置在所述第一介质层上，在所述第二传输电极和所述第三传输电极所在层与所述第二基底之间设置有第二介质层。
8.根据权利要求1所述的巴伦组件，其中，在所述第一介质层背离地电极的一侧还设置有与所述第一介质层相对设置的第二基底；
所述第二传输电极和所述第三传输电极中的一者设置在第一介质层上，另一者设置在所述第二基底靠近所述第一介质层的一侧；或者，所述第二传输电极和所述第三传输电极均设置在所述第二基底靠近所述第一介质层的一侧；
在所述第二传输电极所在层与所述第三传输电极所在层之间设置有第二介质层。
9.根据权利要求7或8所述的巴伦组件，其中，所述第二介质层包括液晶层。
10.根据权利要求1-8中任一项所述的巴伦组件，其中，所述开口的延伸方向的宽度介于1/4介质波长至1/2介质波长之间。
11.一种微波射频器件，其包括权利要求1-10中任一项所述的巴伦组件。
12.根据权利要求11所述的微波射频器件，其中，所述微波射频器件包括移相器或滤波器。
13.一种天线，其包括权利要求11或12所述的微波射频器件。
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