CN117117484B - Ka波段液晶相控阵天线阵面 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种Ka波段液晶相控阵天线阵面，包括多个呈三角栅格状阵列分布的天线单元，天线单元包括液晶移相器和辐射贴片，辐射贴片设于液晶移相器的上方。液晶移相器包括从上至下顺序排列的第一玻璃层、参考地层、液晶层、信号传输线和第二玻璃层。其中，参考地层上连接有金属贴片，信号传输线呈直线设置，信号传输线的两端分别用于接收射频信号和输出移相后的射频信号，信号传输线上连接有偏置电压馈线，偏置电压馈线上安装有耦合电容。本发明提供的Ka波段液晶相控阵天线阵面，采用参考地层替代传统的悬置微带技术，提高了液晶移相器的响应速度，实现了相控阵天线阵面的快速电扫描。
Description
技术领域
本发明涉及一种相控阵天线阵面，特别是关于一种Ka波段液晶相控阵天线阵面。
背景技术
天线阵面就是将若干个相同的天线单元按一定规律排列起来组成的天线阵列系统，主要用来增强天线的方向性，提高天线的增益系数，或者为了得到所需的方向特性。在通信系统中，要求天线有相当强的方向性，即天线能将绝大部分能量集中向某一预定方向辐射。目前传统的相控阵天线采用T/R组件实现电磁波的移相等功能，整体造价高、功耗高、重量重，应用场景受限。现有的相控阵天线多采用倒置微带线技术进行移相器的设计，导致移相器的响应时间长、插损大、尺寸大、移相效率低。并且现有天线阵面的天线单元间距大，电扫描范围窄，无法适用于大角度的雷达扫描工作。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种Ka波段液晶相控阵天线阵面，实现了相控阵天线阵面的快速电扫描。
为实现上述目的，本发明提供了一种Ka波段液晶相控阵天线阵面，包括多个呈三角栅格状阵列分布的天线单元，天线单元包括液晶移相器和辐射贴片，辐射贴片设于液晶移相器的上方。液晶移相器包括从上至下顺序排列的第一玻璃层、参考地层、液晶层、信号传输线和第二玻璃层。其中，参考地层上连接有金属贴片，使得在高频条件下参考地层与信号传输线之间加载耦合电容，信号传输线呈直线设置，信号传输线的两端分别用于接收射频信号和输出移相后的射频信号，信号传输线上连接有偏置电压馈线，偏置电压馈线上安装有耦合电容。
在一个或多个实施方式中，第一玻璃层的上表面设有上屏蔽层，第二玻璃层的下表面设有下屏蔽层。
在一个或多个实施方式中，第一玻璃层和第二玻璃层上开设有多个金属孔，金属孔的上下两端安装有金属焊盘，金属焊盘与所述上屏蔽层和下屏蔽层接触。
在一个或多个实施方式中，液晶层内设有多个导电球，导电球与上下两侧的金属孔端部的所述金属焊盘接触。
在一个或多个实施方式中，天线单元还包括馈电层，馈电层贴合设置在上屏蔽层的上方。
在一个或多个实施方式中，馈电层上设有耦合缝隙。
在一个或多个实施方式中，天线单元还包括PCB板，PCB板设于馈电层的上方。
在一个或多个实施方式中，PCB板与馈电层之间设有空气层。
与现有技术相比，根据本发明实施方式的Ka波段液晶相控阵天线阵面，采用参考地层替代传统的悬置微带技术，使得液晶移相器的响应速度高、插损低、尺寸小，天线单元的阵面布局紧凑，实现了相控阵天线阵面的快速电扫描。通过在辐射贴片与液晶移相器间增加金属屏蔽层，减少了液晶移相器的走线辐射对天线辐射产生影响。通过金属孔和导电球，实现了液晶层两侧的上屏蔽层和下屏蔽层的电连接，增加了天线设计自由度。在偏置电压馈线上添加耦合电容，减少偏置电压馈线对信号传输线的影响。
附图说明
图1为本发明一实施方式的Ka波段液晶相控阵天线阵面的结构示意图；
图2为本发明一实施方式的液晶移相器的结构示意图；
图3为本发明一实施方式的天线单元的结构示意图；
图4为本发明一实施方式的天线单元的侧视图。
其中，1、天线单元，2、液晶移相器，201、上屏蔽层，202、第一玻璃层，203、参考地层，204、金属贴片，205、液晶层，206、信号传输线，207、偏置电压馈线，208、耦合电容，209、第二玻璃层，210、下屏蔽层，3、导电球，4、金属孔，5、馈电层，6、PCB板，7、辐射贴片，8、耦合缝隙，9、空气层。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
如图1-图4所示，根据本发明实施方式的Ka波段液晶相控阵天线阵面，包括多个呈三角栅格状阵列分布的天线单元1，天线单元1包括液晶移相器2和辐射贴片7，辐射贴片7设于液晶移相器2的上方。液晶移相器2包括从上至下顺序排列的第一玻璃层202、参考地层203、液晶层205、信号传输线206和第二玻璃层209。其中，参考地层203上连接有金属贴片204，使得在高频条件下参考地层203与信号传输线206之间加载耦合电容，以此来提高液晶移相器2的移相效率，信号传输线206呈直线设置，信号传输线206的两端分别用于接收射频信号和辐射移相后的射频信号，信号传输线206上连接有偏置电压馈线207，偏置电压馈线207上安装有耦合电容208。
在驱动液晶移相器2对射频信号进行移相时，接地信号端向参考地层203提供接地信号，信号传输线206接收到偏置电压馈线207传输的电磁波信号后，液晶层205在参考地层203和信号传输线206之间所形成的电场的作用下产生旋转，使液晶层205的介电常数发生变化，从而对信号传输线206上的射频信号进行移相，最终通过辐射贴片7将移相后的电磁波辐射出去。同时为了提高液晶移相器2的移相效率，在参考地层203上连接金属贴片204，金属贴片204和信号传输线206在高频条件下可以等效为电容，使得参考地层203与信号传输线206之间加载耦合电容。
通过上述方案，在实现360°移相范围的条件下，可以使液晶移相器2的插损小于1.5dB，具有低损耗特性。此外，由于液晶移相器2利用参考地层203替代了传统的悬置微带线，可以减小辐射损耗，提高液晶移相器2的移相响应速度。
液晶移相器2工作过程中，信号传输线206上需要施加正极电压，参考地层203连接接地电极，对液晶层205进行加压。为消除正极电压变化对信号传输线206的影响，在偏置电压馈线207走线长度为λ/4+N*λ/2处添加耦合电容208(N为整数，λ为天线工作频段的波长)，利用耦合电容208通交流、隔直流、通高频、阻低频的基本特性，可以在信号输入和输出之间提供匹配的阻抗，并保持输入和输出之间的电压匹配，从而减少信号失真和串扰的问题，防止偏置电压馈线207对信号传输线206产生影响。
另外，天线单元1采取三角栅格状的阵列分布方式，在液晶移相器2的走线长度大于λ/2时，可以避免在大角度扫描时出现栅瓣。并且三角栅格排列的天线阵面所需的天线单元1数数少，天线单元1排列的更加紧密，使相控阵天线可实现大角度扫描。
在一实施方式中，第一玻璃层202的上表面设有上屏蔽层201，第二玻璃层209的下表面设有下屏蔽层210。通过上屏蔽层201和下屏蔽层210能将天线单元1内部的馈电电路与外部隔离开，防止天线单元1受到干扰。
如图3和图4所示，为了对上屏蔽层201和下屏蔽层210进行电连接，增加天线单元1的设计自由度。第一玻璃层202和第二玻璃层209上开设了多个金属孔4，金属孔4可以在钻孔后进行电镀形成，金属孔4的上下两端安装有金属焊盘，金属焊盘与上屏蔽层201和下屏蔽层210接触。并且液晶层205内设有多个导电球3，导电球3与上下两侧的金属孔4端部的金属焊盘接触。
进一步的，液晶层205内设有多个导电球3，导电球3与金属孔4端部的金属焊盘接触，从而使上屏蔽层201和下屏蔽层210通过导电球3、金属孔4及其端部的焊盘实现了电连接。
如图3所示，天线单元1还包括馈电层5，馈电层5贴合设置在上屏蔽层201的上方，馈电层5上设有耦合缝隙8，耦合缝隙8可以是一字型、H型或U型等。耦合缝隙8可以实现移相器电路之间的信号传输和能量传递，其主要原理是利用两个相邻的导体之间的缝隙来实现电磁耦合，实现信号的传输和能量的传递。具体应用时，耦合缝隙8可以使信号传输线206上移相后的电磁波耦合传递至辐射贴片7上，辐射贴片7再对该电磁波进行辐射。
在一实施方式中，天线单元1还包括PCB板6，PCB板6设于馈电层5的上方，PCB板6与馈电层5之间设有空气层9。空气层9一方面有利于天线单元1的阻抗匹配、扩展天线的带宽，另一方面可以降低PCB板6的厚度，防止天线单元1之间产生互耦。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，如上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。
Claims (3)
1.一种Ka波段液晶相控阵天线阵面，其特征在于，包括：
多个呈三角栅格状阵列分布的天线单元(1)，所述天线单元(1)包括液晶移相器(2)和辐射贴片(7)，所述辐射贴片(7)设于液晶移相器(2)的上方；
所述液晶移相器(2)包括从上至下顺序排列的第一玻璃层(202)、参考地层(203)、液晶层(205)、信号传输线(206)和第二玻璃层(209)；
其中，所述参考地层(203)上连接有金属贴片(204)，使得在高频条件下所述参考地层(203)与信号传输线(206)之间加载耦合电容，所述信号传输线(206)呈直线设置，所述信号传输线(206)的两端分别用于接收射频信号和输出移相后的射频信号，所述信号传输线(206)上连接有偏置电压馈线(207)，所述偏置电压馈线(207)上安装有耦合电容(208)；
所述第一玻璃层(202)的上表面设有上屏蔽层(201)，所述第二玻璃层(209)的下表面设有下屏蔽层(210)；
所述第一玻璃层(202)和第二玻璃层(209)上开设有多个金属孔(4)，所述金属孔(4)的上下两端安装有金属焊盘，所述金属焊盘与所述上屏蔽层(201)和所述下屏蔽层(210)接触；
所述液晶层(205)内设有多个导电球(3)，所述导电球(3)与上下两侧的所述金属孔(4)端部的所述金属焊盘接触；
所述天线单元(1)还包括馈电层(5)，所述馈电层(5)贴合设置在所述上屏蔽层(201)的上方；
所述馈电层(5)上设有耦合缝隙(8)。
2.如权利要求1所述的Ka波段液晶相控阵天线阵面，其特征在于，所述天线单元(1)还包括PCB板(6)，所述PCB板(6)设于所述馈电层(5)的上方。
3.如权利要求2所述的Ka波段液晶相控阵天线阵面，其特征在于，所述PCB板(6)与所述馈电层(5)之间设有空气层(9)。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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