CN117642927A - 一种移相器单元及移相器 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及移相器领域，本公开提供了一种移相器单元及移相器，包括：相对设置的第一基板和第二基板；位于第一基板和第二基板之间的可调介质层；位于第一基板朝向可调介质层一侧表面的第一导电层；位于第二基板朝向可调介质层一侧表面的多个第二导电层，第二导电层间隔设置；位于第二基板背离可调介质层的一侧表面的接地层；其中：第一导电层和第二导电层的图案均被分为第一区域和第二区域，在第一区域，第一导电层的图案与第二导电层的图案相互重叠，且第一导电层、第二导电层以及两者之间的可调介质层构成电容；在第二区域，第一导电层的图案与第二导电层的图案相不交叠，第二导电层、接地层以及两者之间的第二基板构成传输线。
Description
本公开涉及移相器的技术领域，特别涉及一种移相器单元及移相器。
相控阵天线凭借其快速波束扫描等优良特性在现代无线通信系统中占有重要地位，移相器作为相控阵天线中的重要组成部分，其结构与性能直接影响整个相控阵天线的表现。
现有的移相器需要用到很多的移相枝节和匹配枝节，移相效率不高，并且需要用到巴伦以降低损耗。巴伦和移相匹配单元之间需要考虑具体的连接工艺，因此使得整体的移相器整体尺寸比较大，在实际应用中受到限制，整体的效率比较低。
发明内容
本公开公开了一种移相器单元及移相器，用于移相器单元在一定尺寸下具备更大移相量的功能。
为达到上述目的，本公开提供以下技术方案：
一方面，本公开提供了一种移相器单元，包括：
相对设置的第一基板和第二基板；
位于所述第一基板和所述第二基板之间的可调介质层；
位于所述第一基板朝向所述可调介质层一侧表面的第一导电层；
位于所述第二基板朝向所述可调介质层一侧表面的多个第二导电层，所述第二导电层间隔设置；
位于所述第二基板背离所述可调介质层的一侧表面的接地层；
其中：所述第一导电层和第二导电层的图案均被分为第一区域和第二区域，在所述第一区域，所述第一导电层的图案与所述第二导电层的图案相互 重叠，且所述第一导电层、第二导电层以及两者之间的所述可调介质层构成电容；在所述第二区域，所述第一导电层的图案与所述第二导电层的图案相不交叠，所述第二导电层、所述接地层以及两者之间的所述第二基板构成传输线；
所述移相器单元具有第一端口和第二端口，以及串联在所述第一端口和所述第二端口之间的第一回路和第二回路，信号沿所述第一端口传输至所述第二端口，在沿信号传输方向，多个所述电容以此通过所述传输线串联以形成所述第一回路；多个所述电容依次通过所述传输线串联以形成所述第二回路。
本公开实施例提供的移相器单元包括相对设置第一基板和第二基板，在第一基板和第二基板之间设置可调介质层，由第一基板指向朝向第二基板的方向上，也就是由上至下依次设置有第一导电层、第二导电层和接地层；具体地第一导电层在第一基板朝向可调介质层的一侧表面，第二导电层在第二基板朝向可调介质层的一侧表面，第二导电层间隔设置，接地层在第二基板背离可调介质层的一侧表面。第一导电层的图案和第二导电层的图案均被划分为第一区域和第二区域，在第一区域内，第一导电层的图案与第二导电层的图案相互交叠，两者和两者之间的可调介质层相互重叠的部分构成电容；在第二区域内，第一导电层的图案与第二导电层的图案不交叠，第二导电层、接地层和两者之间的第二基板构成传输线。传输线主要由第二导电层、接地层和第二基板构成，电容主要由第一导电层、第二导电层和夹在两者之间的可调介质层构成；移相器单元具有第一端口和第二端口，以及串联在第一端口和第二端口之间的第一回路和第二回路，信号沿第一端口传输至第二端口，利用传输线和电容形成了单端的移相单元，该移相单元的端口具有驻波好、移相效率高的效果。在沿信号传输方向，多个电容以此通过传输线串联以形成第一回路；多个电容依次通过传输线串联以形成第二回路，通过特定的传输线和电容结构尺寸设计，达到一定的移相量值，使得该移相器单元在一定尺寸下具备更大移相量的功能。利用传输线及等效电容形成了单端馈电的LC 型移相器，并且不需要巴伦进行差分转换，大大减少了移相器的尺寸，降低了移相器的损耗。
可选地，还包括：第一支路，第一支路包括第一部分和第二部分，所述第一部分的第一端与所述第一端口连接，所述第一部分的第二端与所述第二部分的第一端连接，所述第二部分的第二端与所述第二端口连接；
第二支路，所述第二支路的第一端与所述第一部分的第一端连接，所述第二支路的第二端与所述第一部分的第二端连接；
第三支路，所述第三支路的第一端与所述第二部分的第一端连接，所述第三支路的第二端与所述第二部分的第二端连接；
所述第一部分与所述第二支路形成所述第一回路，所述第二部分与所述第三支路形成所述第二回路。
可选地，所述第一回路的传输线的条数与所述第二回路的传输线的条数相同；
所述第一回路的电容的个数与所述第二回路的电容的个数相同。
可选地，在所述第一回路中，所述传输线的个数为五条，所述电容的个数为五个；
在所述第二回路中，所述传输线的个数为五条，所述电容的个数为五个。
可选地，所述第一部分与所述第二部分不同。
可选地，所述第一部分包括一条传输线。
可选地，所述第二部分包括一个电容和两条传输线，沿信号传输方向，依次设置有传输线、电容和传输线。
可选地，所述第二支路包括：五个电容和四条传输线；
在所述第二支路的第一端和第二端均设置有电容，沿信号传输方向，所述电容和所述传输线间隔设置。
可选地，第三支路包括：四个电容和三条传输线；
在所述第三支路的第一端和第二端均设置有电容，沿信号传输方向，所述电容和所述传输线间隔设置。
可选地，所述可调介质层材料为液晶材料。
可选地，所述第一基板和所述第二基板的材料均为玻璃。
可选地，所述第一导电层和所述第二导电层的材料相同。
可选地，所述第一导电层的材料包括金属或是氧化铟锡；
所述第二导电层的材料包括金属或是氧化铟锡。
另一方面，本公开提供一种移相器，包括多个串联的上述移相器单元。
图1为本公开实施例提供的一种移相器单元的膜层结构示意图；
图2为本公开实施例提供的一种移相器单元的电路连接示意图；
图3为本公开实施例提供的一种移相器的结构示意图；
图4为图3中具体的电路的连接示意图；
图5为传统的移相器的相位随频率的示意图；
图6为本公开实施例提供的一种移相器的相位随频率的示意图；
图7为本公开实施例提供的一种移相器的插损示意图；
图8为本公开实施例提供的一种移相器反射系数示意图。
图标：1-第一基板；2-第二基板；3-可调介质层；4-第一导电层；5-第二导电层；6-接地层；S1-第一区域；S2-第二区域；A-第一端口；B-第二端口；C-第一支路；C1-第一部分；C2-第二部分；D-第二支路；E-第三支路；F-第一回路；G-第二回路。
下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
如图1和图2所示，本公开实施例提供了一种移相器单元，包括：
相对设置的第一基板1和第二基板2；
位于第一基板1和第二基板2之间的可调介质层3；
位于第一基板1朝向可调介质层3一侧表面的第一导电层4；
位于第二基板2朝向可调介质层3一侧表面的多个第二导电层5，第二导电层5间隔设置；
位于第二基板2背离可调介质层3的一侧表面的接地层6；
其中：第一导电层4和第二导电层5的图案均被分为第一区域S1和第二区域S2，在第一区域S1，第一导电层4的图案与第二导电层5的图案相互重叠且构成电容；在第二区域S2，第一导电层4的图案与第二导电层5的图案相不交叠且构成传输线；
移相器单元具有第一端口A和第二端口B，以及串联在第一端口A和第二端口B之间的第一回路F和第二回路G，信号沿第一端口A传输至第二端口B，在沿信号传输方向，多个电容以此通过传输线串联以形成第一回路F；多个电容依次通过传输线串联以形成第二回路G。
传统的差分移相器的移相单元是固定的电磁结构，由于电容本身的特性造成对不同频段的液晶移相量不同，影响信号的质量，本公开的移相单元等效电路采用互补式的移相结构，减少了电容本身在不同频段下对移相量的影响。使得移相器本身的相位一致性比较好。
需要说明的是，本公开实施例提供的移相器单元包括相对设置第一基板1和第二基板2，在第一基板1和第二基板2之间设置可调介质层3，由第一基板1指向朝向第二基板2的方向上，也就是由上至下依次设置有第一导电层4、第二导电层5和接地层6；具体地第一导电层4在第一基板1朝向可调介质层3的一侧表面，第二导电层5在第二基板2朝向可调介质层3的一侧表面，第二导电层5间隔设置，接地层6在第二基板2背离可调介质层3的一侧表面。第一导电层4的图案和第二导电层5的图案均被划分为第一区域S1和第二区域S2，在第一区域S1内，第一导电层4的图案与第二导电层5的图案相互交叠，两者和两者之间的可调介质层3相互重叠的部分构成电容；在第二区域 S2内，第一导电层4的图案与第二导电层5的图案不交叠，第二导电层5、接地层6和两者之间的第二基板2构成传输线。传输线主要由第二导电层5、接地层6和第二基板2构成，电容主要由第一导电层4、第二导电层5和夹在两者之间的可调介质层3构成；移相器单元具有第一端口A和第二端口B，以及串联在第一端口A和第二端口B之间的第一回路F和第二回路G，信号沿第一端口A传输至第二端口B，利用传输线和电容形成了单端的移相单元，该移相单元的端口具有驻波好、移相效率高的效果。在沿信号传输方向，多个电容以此通过传输线串联以形成第一回路F；多个电容依次通过传输线串联以形成第二回路G，通过特定的传输线和电容结构尺寸设计，达到一定的移相量值，使得该移相器单元在一定尺寸下具备更大移相量的功能。利用传输线及等效电容形成了单端馈电的LC型移相器，并且不需要巴伦进行差分转换，大大减少了移相器的尺寸，降低了移相器的损耗。继续参考图1，如果信号从右边进入，在第二区域S2内，信号首先沿由第二导电层5、接地层6以及位于两者之间的第二基板2形成的传输线进行传输，然后信号继续传输至第一区域S1内，在第一区域S1内第一导电层4、第二导电层5以及位于两者之间的可调介质层3形成的电容，之后信号继续传输，然后传输至另一个第一区域S1内的电容，这里在相邻的两个电容串联作为图2中的一个电容使用，将电容串联起来是为了扩大电容的面积，加工制作公差就会小，一致性就会好；信号继续传输至另一个第二区域S2内，信号首先沿由第二导电层5、接地层6以及位于两者之间的第二基板2形成的传输线进行传输，然后如图2所示，以电容、传输线和电容的方式重复连接实现了本公开实施例提供的移相器单元的结构。
具体的传输线相当于是微带线，微带线是由支在介质基片上的单一导体带构成的微波传输线，该传输线具有体积小、重量轻等优点。关于第一导电层4、第二导电层5以及接地层6的材料可以相同，也可以不同。例如，第一导电层4的材料可以为铜、氧化铟锡(ITO，Indium Tin Oxide)或是银等，不同的材料电导率不同，损耗不一样，因此可以根据本公开实施例提供的移相 器的移相量进行材料的选择。同样，第二导电层5的材料可以为铜、氧化铟锡(ITO，Indium Tin Oxide)或是银等，不同的材料电导率不同，损耗不一样，因此可以根据本公开实施例提供的移相器的移相量进行材料的选择。当然，接地层6的材料可以为铜、氧化铟锡(ITO，Indium Tin Oxide)或是银等，不同的材料电导率不同，损耗不一样，因此可以根据本公开实施例提供的移相器的移相量进行材料的选择。
另外关于第一基板1和第二基板2的材料均为玻璃。当然也可以是其他材料，第一基板1和第二基板2的材料还可以不同，第二基板2作为微带线之间的介质基片，其为电介质，电介质是能够被电极化的绝缘体，固态电介质包括晶态电介质和非晶态电介质两大类，后者包括玻璃、树脂和高分子聚合物等，是良好的绝缘材料。
关于第一区域S1内的电容面积不做具体限制，电容的具体面积大小可以根据本公开实施例提供的移相器的移相量进行选择；同样在第二区域S2内的传输线的长度也不做具体限制，传输线的长度可以根据本公开实施例提供的移相器的移相量进行选择。
继续参考图2：信号从第一端口A进入，信号从第二端口B流出，第一支路C，第一支路C包括第一部分C1和第二部分C2，第一部分C1的第一端与第一端口A连接，第一部分C1的第二端与第二部分C2的第一端连接，第二部分C2的第二端与第二端口B连接；
第二支路D，第二支路D的第一端与第一部分C1的第一端连接，第二支路D的第二端与第一部分C1的第二端连接；
第三支路E，第三支路E的第一端与第二部分C2的第一端连接，第三支路E的第二端与第二部分C2的第二端连接；
第一部分C1与第二支路D形成第一回路F，第二部分C2与第三支路E形成第二回路G。
关于第一回路F和第二回路G的具体结构如下：
第一回路F的传输线的条数与第二回路G的传输线的条数相同；
第一回路F的电容的个数与第二回路G的电容的个数相同。
在第一回路F和第二回路G中采用了传输线和电容互补式的电路结构，第一回路F和第二回路G上的电路结构上均通过传输线和电容的串联减少了电容带来的相位变化，能够改善不同频段下的移相量变化不一致的问题。
继续参考图2，具体的，在第一回路F中，传输线的个数为五条，电容的个数为五个；在第二回路G中，传输线的个数为五条，电容的个数为五个。
第一部分C1与第二部分C2不同。第一部分C1包括一条传输线。第二部分C2包括一个电容和两条传输线，沿信号传输方向，依次设置有传输线、电容和传输线。
另外，第二支路D包括：五个电容和四条传输线；
在第二支路D的第一端和第二端均设置有电容，沿信号传输方向，电容和传输线间隔设置。
另外，第三支路E包括：四个电容和三条传输线；
在第三支路E的第一端和第二端均设置有电容，沿信号传输方向，电容和传输线间隔设置。
具体地，可调介质层3材料为液晶材料。
液晶(LC)显示了常规液体以及固晶的特征和性质。例如，LC可像液体一样流动，但是其分子可以以类似于晶体的方式取向。可调介质层3的材料包括液晶材料；例如，液晶材料中的液晶分子可以为正性液晶分子或负性液晶分子。
如图3和图4所示，第二方面，本公开实施例提供的一种移相器，包括多个串联第一方面任一项所述的移相器单元。第一端口A作为信号入口端，第二端口B作为信号出口端，这里的串联的移相器单元的个数可以根据移相器的整体移相量进行选择，图中的个数仅作为示意。
从图5中可以看出，在三条不同电压下的移相量值的曲线X1，X2和X3中，在3.3频率下，a1点为-18，b1点为-92，c1点为-170，相邻两个点的差值，也就是相位变化分别为：74和78；在3.5频率下，a2点为-103，b2点为-197， c2点为-292，相邻两个点的差值，也就是相位变化分别为：94和95；在3.8频率下，a3点为-254，b3点为-367，c3点为-503，相邻两个点的差值，也就是相位变化分别为：113和136，传统液晶移相器的相位变化随着频率的升高而变大，这样会对射频信号造成失真，影响信号质量。
与图5进行比对，在图6中，为本公开实施例提供的一种移相器的相位随频率的示意图。在图6中可以看出，在三条不同电压下的移相量值的曲线Y1，Y2和Y3中，在3.3频率下，d1点为-18，e1点为-55，f1点为-232，相邻两个点的差值，也就是相位变化分别为：37和177；在3.5频率下，d2点为-99，e2点为-170，f2点为-366，相邻两个点的差值，也就是相位变化分别为：71和196；在3.8频率下，d3点为-277，e3点为-369，f3点为-548，相邻两个点的差值，也就是相位变化分别为：92和179；图5中本公开专利的移相器相位变化随着频率变化变化不大，对射频信号的失真影响小。
图7为对本公开实施例提供的移相器的插损S21的模拟，损耗为一个能量穿过一个物体的损耗，当损耗小于1dB也就是损耗很小了，因此，在图7中，无论是m1、m2还是m3点，其对应的损耗值均低于1dB，因此可以认为本公开实施例提供的移相器的插损很小。
图8为本公开实施例提供的一种移相器反射系数S11的示意图，一个能量在进入第一端口A时会产生一定的反射，反射的越多，进入移相器的能量将会越低，因此反射越少越好。在图8中，因此当S11小于-10dB的效果就很好了，在图8中不同电压下模拟的三条曲线中，其对应的S11反射系数基本低于-10Db,因此可以认为本公开实施例提供的移相器的反射较少。
显然，本领域的技术人员可以对本公开实施例进行各种改动和变型而不脱离本公开的精神和范围。这样，倘若本公开的这些修改和变型属于本公开权利要求及其等同技术的范围之内，则本公开也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (14)
- 一种移相器单元，其中，包括：相对设置的第一基板和第二基板；位于所述第一基板和所述第二基板之间的可调介质层；位于所述第一基板朝向所述可调介质层一侧表面的第一导电层；位于所述第二基板朝向所述可调介质层一侧表面的多个第二导电层，所述第二导电层间隔设置；位于所述第二基板背离所述可调介质层的一侧表面的接地层；其中：所述第一导电层和第二导电层的图案均被分为第一区域和第二区域，在所述第一区域，所述第一导电层的图案与所述第二导电层的图案相互重叠，且所述第一导电层、第二导电层以及两者之间的所述可调介质层构成电容；在所述第二区域，所述第一导电层的图案与所述第二导电层的图案相不交叠，所述第二导电层、所述接地层以及两者之间的所述第二基板构成传输线；所述移相器单元具有第一端口和第二端口，以及串联在所述第一端口和所述第二端口之间的第一回路和第二回路，信号沿所述第一端口传输至所述第二端口，在沿信号传输方向，多个所述电容以此通过所述传输线串联以形成所述第一回路；多个所述电容依次通过所述传输线串联以形成所述第二回路。
- 根据权利要求1所述的移相器单元，其中，还包括：第一支路，第一支路包括第一部分和第二部分，所述第一部分的第一端与所述第一端口连接，所述第一部分的第二端与所述第二部分的第一端连接，所述第二部分的第二端与所述第二端口连接；第二支路，所述第二支路的第一端与所述第一部分的第一端连接，所述第二支路的第二端与所述第一部分的第二端连接；第三支路，所述第三支路的第一端与所述第二部分的第一端连接，所述 第三支路的第二端与所述第二部分的第二端连接；所述第一部分与所述第二支路形成所述第一回路，所述第二部分与所述第三支路形成所述第二回路。
- 根据权利要求2所述的移相器单元，其中，所述第一回路的传输线的条数与所述第二回路的传输线的条数相同；所述第一回路的电容的个数与所述第二回路的电容的个数相同。
- 根据权利要求3所述的移相器单元，其中，在所述第一回路中，所述传输线的个数为五条，所述电容的个数为五个；在所述第二回路中，所述传输线的个数为五条，所述电容的个数为五个。
- 根据权利要求4所述的移相器单元，其中，所述第一部分与所述第二部分不同。
- 根据权利要求5所述的移相器单元，其中，所述第一部分包括一条传输线。
- 根据权利要求6所述的移相器单元，其中，所述第二部分包括一个电容和两条传输线，沿信号传输方向，依次设置有传输线、电容和传输线。
- 根据权利要求7所述的移相器单元，其中，所述第二支路包括：五个电容和四条传输线；在所述第二支路的第一端和第二端均设置有电容，沿信号传输方向，所述电容和所述传输线间隔设置。
- 根据权利要求8所述的移相器单元，其中，第三支路包括：四个电容和三条传输线；在所述第三支路的第一端和第二端均设置有电容，沿信号传输方向，所述电容和所述传输线间隔设置。
- 根据权利要求1-9任一项所述的移相器单元，其中，所述可调介质层材料为液晶材料。
- 根据权利要求1-9任一项所述的移相器单元，其中，所述第一基板和所述第二基板的材料均为玻璃。
- 根据权利要求1-9任一项所述的移相器单元，其中，所述第一导电层和所述第二导电层的材料相同。
- 根据权利要求1-9任一项所述的移相器单元，其中，所述第一导电层的材料包括金属或是氧化铟锡；所述第二导电层的材料包括金属或是氧化铟锡。
- 一种移相器，其中，包括多个串联权利要求1-13任一项所述的移相器单元。
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