CN115995660B - 一种小型化液晶微波移相器 - Google Patents
一种小型化液晶微波移相器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115995660B CN115995660B CN202310127139.1A CN202310127139A CN115995660B CN 115995660 B CN115995660 B CN 115995660B CN 202310127139 A CN202310127139 A CN 202310127139A CN 115995660 B CN115995660 B CN 115995660B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- liquid crystal
- layer
- phase shifter
- microstrip line
- miniaturized
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 title claims abstract description 63
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims abstract description 22
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 14
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 12
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 claims description 9
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 claims description 6
- 238000004873 anchoring Methods 0.000 claims description 4
- 239000004005 microsphere Substances 0.000 claims description 3
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 claims 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 abstract description 8
- 230000037431 insertion Effects 0.000 abstract description 8
- 238000004891 communication Methods 0.000 abstract description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 3
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 4
- 239000000306 component Substances 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000008358 core component Substances 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
- Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
- Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks
Landscapes
- Waveguide Switches, Polarizers, And Phase Shifters (AREA)
Abstract
本发明公开一种小型化液晶微波移相器技术，应用于通信领域，包括上层玻璃基底层，铜金属信号层、液晶层、下层玻璃基底层共4层结构，目的是在相同的工艺条件下实现具有小型化、低插损、低成本的液晶微波移相器。本发明利用谐振结构缩减了移相器的体积，实现了小型化、低插损、低成本的特点，在工艺上易于加工，易于集成于高密度相控阵。
Description
技术领域
本发明属于通信领域，特别涉及一种液晶微波移相器。
背景技术
现代通信技术发展突飞猛进，随着对通信速率的要求不断提高，主流无线通信的频率也逐渐提高，对天线性能的要求也就越高。在这样的应用场景中，微波相控阵天线具备波束扫描快、无运动惯性、抗干扰能力强、可靠性高等优点，在通信系统中的优势也越来越明显。作为微波相控阵天线中的核心部件，相控阵系统对微波移相器提出了小型化、低插损、低成本等要求。
微波移相器根据实现原理可以分为有源矢量调制移相器和无源移相器两种。其中有源矢量调制移相器主要利用一对差分信号转换为正交信号进行矢量合成，从而覆盖360°的相移量。这种移相器的实现方式引入了额外的功耗，对大规模阵列或小型化设备均不适用。
无源移相器根据实现方式的不同可以分为选择开关型、反射型和可调介质型。选择开关型移相器通过控制选择开关使射频信号进入不同的相移路径，从而实现移相器的功能，如利用MEMS开关、利用PIN二极管等的移相器。反射型一般利用变容二极管的变容特性，在一个端接不同负载的耦合器中通过控制变容二极管的电容在不同负载间的切换进行移相。显然，上述两种移相器都难以做到连续的移相。可调介质型移相器使用铁氧体、液晶等介电可变的材料制作加载线，通过调节材料的介电改变加载线的传输系数，从而实现移相功能。这种移相器可以较为简单的做到相位的连续可变。
液晶作为一个可电调介电的材料，具有成本低、控制电压低、高频特性优秀、易于平面集成等特点，被广泛的应用于移相器、相控阵阵列之中。对比MEMS(Micro-Electro-Mechanical System,微机电系统)、铁氧体、PIN二极管等技术路线，液晶微波移相器具有相位连续可调、控制系统简单、功耗低、成本低等优点。
现有的大部分液晶微波移相器主要使用足够长度的传输线作为加载线，使其在液晶相对介电常数的变化范围内，移相器的相位改变量能够覆盖整个360°的范围。这就使得液晶微波移相器的体积很难降低，不利于高密度、高增益的集成相控阵系统的实现。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出一种小型化液晶微波移相器，其移相单元采用谐振结构，缩减了移相器的体积，实现了小型化、低插损，低成本
本发明采用的技术方案为：一种小型化液晶微波移相器，所述移相器分为4层结构，从上到下依次为：上层玻璃基底层、铜金属信号层、液晶层、下层玻璃基底层；铜金属信号层贴合在上层玻璃基地层上，所述铜金属信号层设置有串联的成周期的若干个移相单元，以及连接移相每个单元的微带线；
每个移相单元包括：两个沿信号传输方向放置的方形谐振结构、连接两个方形谐振结构的微带线、垂直于信号传输方向的微带线枝节以及与微带线枝节连接的谐振贴片。
连接每个移相单元的微带线为50欧姆的金属微带线，用于与标准50欧姆同轴线结构进行阻抗匹配。
上层玻璃基底层和下层玻璃基底层使用高强度环氧树脂进行粘接，并将液晶层封装在其中。
液晶层中含有直径一致的聚合物微球。
还包括对下层玻璃基板与液晶层的接触面进行金属化，金属化后的接触面作为微带线的地平面和液晶控制的公共电极。
铜金属信号层和下层玻璃基板层各自与液晶层的接触面上包括额外的液晶锚定层。
液晶层厚度为移相单元中心波长的0.002-0.01倍。
本发明的有益效果：本发明所述的液晶微波移相器中的移相单元采取了谐振结构；在每个移相单元内，由于阻抗的不一致，致使在单元内微波信号有反射，三个方形谐振结构(即图3中的211、212、215)上液晶内因入射与反射合成，电场呈现驻波形式，这使得移相器在单位长度上的移相量对液晶的介电变化更加敏感，本发明的谐振结构提高了单位长度的移相量，从而在同样的移相量(360°)下能够降低移相器的长度，降低了移相器的体积；在单元之间，由于其一致的阻抗特性，电场此位置呈现行波形式，从而能够实现移相器的低插损；与现有技术相比，本发明利用谐振结构缩减了移相器的体积，实现了小型化、低插损，低成本，在工艺上易于加工，易于集成于高密度相控阵中等。
附图说明
图1为本发明液晶微波移相器的模型示意图；
图2为本发明上层铜金属层的局部示意图；
图3为本发明移相单元的俯视示意图；
图4为本发明液晶微波移相器的侧视图；
图5为本发明液晶微波移相器在液晶不同介电常数下插损(S21参数幅值)的仿真结果图；
图6为本发明液晶微波移相器在液晶不同介电常数下移相量(S21参数相位)的仿真结果图；
图7为本发明液晶微波移相器品质因数的仿真结果图。
具体实施方式
为便于本领域技术人员理解本发明的技术内容，下面结合附图对本发明内容进一步阐释。
为进一步说明实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的部分组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
如图1-4所示，本发明公开了一种小型化液晶微波移相器，所述移相器包括：上层玻璃基底层1，铜金属信号层2、液晶层3、下层玻璃基底层4。
如图2所示，铜金属信号层设置有串联的成周期的8个移相单元21与连接每个单元的微带线22。铜金属信号层贴合在上层玻璃基底层1上。
如图3所示，每个移相单元包括：两个沿信号传输方向放置的方形谐振结构211、212，连接两个谐振结构的微带线213，垂直于信号传输方向的微带线枝节214、以及与微带线枝节214连接的谐振贴片215。
在本实例中，上层玻璃基底层1、下层玻璃基底层4的厚度均为0.7mm，其典型相对介电常数为4.81，损耗角正切为0.0047；液晶层3的厚度为0.05mm，其典型相对介电常数变化范围为2.5-3.5。
实际加工时，上层玻璃基底层和下层玻璃基底层使用高强度环氧树脂进行粘接，并将液晶层3封装在其中。
如图4所示，在液晶层中含有直径一致的聚合物微球32，保证液晶层的厚度均一，使液晶层厚度在移相器中心波长的0.002-0.01倍。
下层玻璃基板与液晶层的接触面进行了金属化，作为微带线的地平面和液晶控制的公共电极。
在铜金属信号层2与液晶层3以及下层玻璃基板层4与液晶层3的接触面上有额外的液晶锚定层31。此层一般为0.1μm左右的聚酰亚胺薄膜，并在其上刻蚀出平行的凹槽用于锚定液晶的边界状态。
图5-7为本发明液晶微波移相器的仿真结果图。
由图5可知，当液晶的介电常数ε变化时，移相器在30GHz-32GHz范围内的插损基本保持在-5dB左右，表明移相器的损耗较低。
由图6可知，当液晶的介电常数ε变化时，移相器在30GHz-32GHz范围内的移相量均超过360°，符合使用需求。
由图7可知，移相器在30GHz时可以达到近100°/dB的品质因数。
图5-7中的frequency表示频率。
本发明利用谐振结构缩减了移相器的体积，实现了小型化、低插损、低成本的特点，在工艺上易于加工，易于集成于高密度相控阵。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。
Claims (7)
1.一种小型化液晶微波移相器，其特征在于，所述移相器分为4层结构，从上到下依次为：上层玻璃基底层、铜金属信号层、液晶层、下层玻璃基底层；铜金属信号层贴合在上层玻璃基地层上，所述铜金属信号层设置有串联的成周期的若干个移相单元，以及连接每个移相单元的微带线；
每个移相单元包括：两个沿信号传输方向放置的方形谐振结构、连接两个方形谐振结构的微带线、垂直于信号传输方向的微带线枝节以及与微带线枝节连接的谐振贴片。
2.根据权利要求1所述的一种小型化液晶微波移相器，其特征在于，连接每个移相单元的微带线为50欧姆的金属微带线，用于与标准50欧姆同轴线结构进行阻抗匹配。
3.根据权利要求2所述的一种小型化液晶微波移相器，其特征在于，上层玻璃基底层和下层玻璃基底层使用高强度环氧树脂进行粘接，并将液晶层封装在其中。
4.根据权利要求3所述的一种小型化液晶微波移相器，其特征在于，还包括对下层玻璃基板与液晶层的接触面进行金属化，金属化后的接触面作为微带线的地平面和液晶控制的公共电极。
5.根据权利要求4所述的一种小型化液晶微波移相器，其特征在于，铜金属信号层和下层玻璃基板层各自与液晶层的接触面上包括额外的液晶锚定层。
6.根据权利要求5所述的一种小型化液晶微波移相器，其特征在于，液晶层中含有直径一致的聚合物微球。
7.根据权利要求6所述的一种小型化液晶微波移相器，其特征在于，液晶层厚度为移相单元中心波长的0.002-0.01倍。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310127139.1A CN115995660B (zh) | 2023-02-17 | 2023-02-17 | 一种小型化液晶微波移相器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310127139.1A CN115995660B (zh) | 2023-02-17 | 2023-02-17 | 一种小型化液晶微波移相器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115995660A CN115995660A (zh) | 2023-04-21 |
| CN115995660B true CN115995660B (zh) | 2024-03-22 |
Family
ID=85990254
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310127139.1A Active CN115995660B (zh) | 2023-02-17 | 2023-02-17 | 一种小型化液晶微波移相器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115995660B (zh) |
Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102522618A (zh) * | 2011-12-29 | 2012-06-27 | 北京理工大学 | 由集总元件和二极管构成的有源左手传输线 |
| CN104103876A (zh) * | 2014-07-15 | 2014-10-15 | 哈尔滨工业大学 | 基于复合左右手传输线的电可调移相器 |
| CN107453013A (zh) * | 2017-09-04 | 2017-12-08 | 电子科技大学 | 一种基于液晶材料的移相器 |
| CN208655852U (zh) * | 2018-05-21 | 2019-03-26 | 京东方科技集团股份有限公司 | 一种移相器、天线、通信设备 |
| CN109818115A (zh) * | 2019-03-24 | 2019-05-28 | 西安电子科技大学 | 基于左手超材料的电可调移相器 |
| CN110416668A (zh) * | 2018-04-26 | 2019-11-05 | 北京超材信息科技有限公司 | 一种液晶移相器 |
| CN112436248A (zh) * | 2020-11-02 | 2021-03-02 | 哈尔滨工业大学 | 一种基于介质集成波导的高相移调谐率液晶移相器 |
| CN112436246A (zh) * | 2020-10-20 | 2021-03-02 | 电子科技大学 | 一种基于双稳态液晶的可编码天线移相单元 |
| CN113611991A (zh) * | 2021-07-28 | 2021-11-05 | 北京华镁钛科技有限公司 | 一种液晶移相器、液晶天线和移相方法 |
| CN113889757A (zh) * | 2021-11-16 | 2022-01-04 | 电子科技大学 | 一种基于液晶的多重极化可重构贴片天线 |
| JP2022025914A (ja) * | 2020-07-30 | 2022-02-10 | 株式会社ジャパンディスプレイ | フェーズドアレイアンテナの駆動方法及び反射板の駆動方法 |
| CN216120679U (zh) * | 2021-05-21 | 2022-03-22 | 北京华镁钛科技有限公司 | 一种液晶移相器和液晶天线 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8026854B2 (en) * | 2006-07-14 | 2011-09-27 | Yamaguchi University | Stripline-type composite right/left-handed transmission line or left-handed transmission line, and antenna that uses same |
| CN110197939B (zh) * | 2019-06-03 | 2024-04-19 | 北京华镁钛科技有限公司 | 一种超材料可调电容器结构 |
-
2023
- 2023-02-17 CN CN202310127139.1A patent/CN115995660B/zh active Active
Patent Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102522618A (zh) * | 2011-12-29 | 2012-06-27 | 北京理工大学 | 由集总元件和二极管构成的有源左手传输线 |
| CN104103876A (zh) * | 2014-07-15 | 2014-10-15 | 哈尔滨工业大学 | 基于复合左右手传输线的电可调移相器 |
| CN107453013A (zh) * | 2017-09-04 | 2017-12-08 | 电子科技大学 | 一种基于液晶材料的移相器 |
| CN110416668A (zh) * | 2018-04-26 | 2019-11-05 | 北京超材信息科技有限公司 | 一种液晶移相器 |
| CN208655852U (zh) * | 2018-05-21 | 2019-03-26 | 京东方科技集团股份有限公司 | 一种移相器、天线、通信设备 |
| CN109818115A (zh) * | 2019-03-24 | 2019-05-28 | 西安电子科技大学 | 基于左手超材料的电可调移相器 |
| JP2022025914A (ja) * | 2020-07-30 | 2022-02-10 | 株式会社ジャパンディスプレイ | フェーズドアレイアンテナの駆動方法及び反射板の駆動方法 |
| CN112436246A (zh) * | 2020-10-20 | 2021-03-02 | 电子科技大学 | 一种基于双稳态液晶的可编码天线移相单元 |
| CN112436248A (zh) * | 2020-11-02 | 2021-03-02 | 哈尔滨工业大学 | 一种基于介质集成波导的高相移调谐率液晶移相器 |
| CN216120679U (zh) * | 2021-05-21 | 2022-03-22 | 北京华镁钛科技有限公司 | 一种液晶移相器和液晶天线 |
| CN113611991A (zh) * | 2021-07-28 | 2021-11-05 | 北京华镁钛科技有限公司 | 一种液晶移相器、液晶天线和移相方法 |
| CN113889757A (zh) * | 2021-11-16 | 2022-01-04 | 电子科技大学 | 一种基于液晶的多重极化可重构贴片天线 |
Non-Patent Citations (6)
| Title |
|---|
| Development of 60GHz phased antenna arrays using liquid crystal phase-shifters;Prafulla Deo et al.;《4th Annual Seminar on Passive RF and Microwave Components》;20130318;全文 * |
| Jun Yang et al..Reflective liquid crystal terahertz phase shifter with tuning range of over 30°.《IET Microwaves,Antennas &Propagation》.2018,第12卷(第9期),全文. * |
| Reconfigurable Microwave Phase Shifter Based on Nematic Liquid Crystal:Design and Experimental Validation;Yifan Wang et al.;《2020 IEEE 3rd International Conference on Electronic Information and Communication Technology》;20210201;全文 * |
| 中红外波段的液晶光学相控阵器件研究;王瑞;《万方学术》;20220816;全文 * |
| 小型化大移相量液晶移相器关键技术研究;金印;《中国优秀硕士学位论文全文数据库（信息科技辑）》;20230115(第1期);全文 * |
| 左右手传输线在微波移相器中的应用现状;曾会勇;《2017年全国天线年会论文集（下册）》;20171016;全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115995660A (zh) | 2023-04-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107453013B (zh) | 一种基于液晶材料的移相器 | |
| US7561006B2 (en) | Low loss electrical delay line | |
| CN107785671B (zh) | 一种频率可重构微带贴片八木天线及重构方法 | |
| CN105489987A (zh) | 一种基于液晶材料的基片集成波导微波可调滤波器 | |
| CN111817001B (zh) | 一种Ka波段基于液晶反射式移相器的1×4平面相控阵 | |
| CN113889757B (zh) | 一种基于液晶的多重极化可重构贴片天线 | |
| Monti et al. | Design of a 3-state reconfigurable CRLH transmission line based on MEMS switches | |
| CN111740200B (zh) | 一种基于液晶衬底可连续调相的功分器 | |
| CN112731715B (zh) | 液晶移相器及天线 | |
| CN115064875A (zh) | 工作在Ku波段的低成本高性能5-bit可编程相控阵天线 | |
| CN113690554B (zh) | 基于矢量正交法的液晶移相器及调控方法 | |
| CN115995660B (zh) | 一种小型化液晶微波移相器 | |
| CN110600874B (zh) | 一种基于ltcc的液晶可编程相控阵天线 | |
| CN111490315A (zh) | 一种基于液晶和开关的混合移相器及调控方法 | |
| CN115036684B (zh) | 一种基于液晶的Ka波段二维波束扫描反射阵天线 | |
| CN115799830A (zh) | 液晶移相贴片天线单元及其构成的Ku频段相控阵天线 | |
| CN111555035B (zh) | 角度敏感超材料及相控阵系统 | |
| CN110034382A (zh) | 一种雷达用毫米波天线 | |
| CN110416668A (zh) | 一种液晶移相器 | |
| Clemente et al. | Reconfigurable unit-cells for beam-scanning transmitarrays in X band | |
| CN112490672A (zh) | 一种基于微波液晶衬底的电调谐天线 | |
| KR0139439B1 (ko) | 마이크로스트립 안테나 | |
| CN214672903U (zh) | 一种基于交指结构的电可调反射式移相器 | |
| CN219873996U (zh) | 一种间隙波导液晶移相器 | |
| Luo et al. | A broadband pattern reconfigurable patch antenna for 60GHz wireless communication |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |