CN211428313U - 一种基于液晶的相位连续可调的移相器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种基于液晶的相位连续可调的移相器，顺次包括相互粘合的上层壳体、微波介质板和下层壳体，下层壳体朝向微波介质板的一面中心位置铺设液晶，液晶四周包围有胶框，微波介质板朝向上层壳体的一侧印制有微带传输线段、交指电容段、微带转接段和直流偏置线，朝向下层壳体的一侧印制有渐变微带段。本实用新型实现较宽的移相范围，以及较宽的工作频带和更低的插入损耗。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种基于液晶的相位连续可调的移相器，属于移相器的技术领域。
背景技术
移相器作为一种常见的微波器件，被广泛应用于相控阵雷达、仪器仪表、移动通信等领域。移相器本质是通过控制信号传输路径的电长度，从而引起信号的传输时延，进而实现符合要求的相位延迟。
传统的移相器往往只能实现固定的相位调控，而实现智能波束控制的相控阵天线往往要求移相器具备连续可调的相位偏移，相位连续可调的移相器通常有两种实现方式：机械调相和电子调相。前者移相精度高但速度慢，难以满足相控阵天线应用领域，多用于移动通信天线。后者多采用介电常数受偏置电压控制的材料，如铁电材料或者液晶材料，通过连续改变介质的偏置电压来调整传输线电长度，从而实现相位的连续调控。目前研究人员对液晶移相器的研究多注重于拓展移相范围、提高响应速度等，然而这些技术难点更多囿于液晶材料的属性。基于现有的液晶材料技术状态和生产工艺，液晶移相器仍然存在工作带宽较窄、插入损耗较高的缺点和技术难点。
实用新型内容
为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种基于液晶的相位连续可调的移相器，能实现较宽频带、插损低，其具体技术方案如下：
一种基于液晶的相位连续可调的移相器，顺次包括相互粘合的上层壳体、微波介质板、液晶和下层壳体，
所述下层壳体朝向微波介质板的一面中心位置铺设有液晶，
所述下层壳体围绕液晶的四周设有胶框，所述胶框内形成容纳液晶的腔体，且胶框粘接下层壳体与微波介质板；
所述微波介质板朝向上层壳体的一侧印制有微带传输线段、交指电容段、微带转接段和直流偏置线，朝向下层壳体的一侧印制有渐变微带段。
进一步的，所述上层壳体朝向微波介质板的一侧表面开设有矩形槽，所述矩形槽从上层壳体的一端延伸到另一端，所述上层壳体与微波介质板盖合后，所述微带传输线位于矩形槽下方。
进一步的，所述渐变微带段的宽度从中间朝向输出的两端渐变缩小，所述渐变微带段和液晶紧密贴合；
所述微带转接段与渐变微带段通过金属化过孔连接。
进一步的，所述微带传输线段有两个，对称设置于微波介质板两侧靠近边缘位置，
每个所述微带传输线段朝向微波介质板中心的一端均连接交指电容段，
每个所述交指电容段朝向微波介质板中心的一端均连接微带转接段，
所述渐变微带段位于微波介质板的中心，渐变微带段的两端通过金属化过孔分别与相对侧的微带转接段的对应端连接。
进一步的，所述直流偏置线从渐变微带段与微带转接段的连接端引出，延伸到微波介质板边缘。
进一步的，所述上层壳体的侧面开设有缺口，所述直流偏置线位于缺口中。
进一步的，所述微带传输线在其长度方向的两侧设置由金属化过孔组成的围栏，所述围栏的两端分别与对应端的上层壳体和下层壳体电连接。
进一步的，所述围栏预留有直流偏置线经过的通道。
进一步的，所述上层壳体和下层壳体为金属结构，或者表面金属化处理的非金属结构；当所述上层壳体和下层壳体为表面金属化处理的非金属结构时，选用表面镀金属的塑料件、表面覆铜的异型PCB板。
本实用新型的工作原理是：
通过优化选取两侧的交指电容参数，可以形成带通滤波器的效果，使得所需频段外的信号截止，同时又能隔断直流偏置信号至微带传输线段，避免直流信号引起的干扰，需要说明的是两端的交指电容结构参数可以不一致，且交指电容的类型可以不同。
通过直流偏置线控制液晶的偏置电压，从而控制液晶材料的介电常数变化，进而改变传输线的电长度，最后改变信号的相位偏移量。
和液晶紧密贴合的微带渐变层，采用宽度渐变的方式实现宽频带的阻抗匹配，减少因为阻抗失配引入的回波损耗，需要指出的是渐变方式可以选择台阶线渐变、梯形渐变、指数渐变等方式。
为防止信号泄露，在微带传输线两侧设置金属化过孔组成的围栏，装配后，围栏的金属化过孔两端和对应端的上壳体、下壳体电连接。
本实用新型的有益效果是：
1、本实用新型采用现有的成熟液晶材料，可以实现较宽的移相范围，仿真和测试结果表明，可以实现180°范围内的移相；
2、本实用新型可以实现较宽的工作频带，仿真和测试结果表明，移相器的工作相对带宽达20％；
3、本实用新型可以实现更低的插入损耗，仿真和测试结果表明，移相器的工作频带内插入损耗不高于1dB；
4、本实用新型结构简单，工艺成熟，非常利于批量生产。
附图说明
图1是本实用新型的爆炸图，
图2是本实用新型组装状态的长度方向的中线位置的剖面图，
图3是本实用新型组装状态的宽度方向的中线位置的剖面图，
图4是本实用新型中微波介质板朝向上层壳体的一面视图，
图5是本实用新型中微波介质板朝向下层壳体的一面视图，
图6是本实用新型组装状态的正视图，
图7是本实用新型实施例的插损频响曲线，
图8是本实用新型实施例的移相频响曲线，
图中：1—上层壳体，2—微波介质板，3—胶框，4—下层壳体，5—胶槽，6—液晶，7—矩形槽，8—缺口，9—交指电容段，10—微带传输线段，11—微带转接段，12—围栏，13—金属化过孔，14—直流偏置线，15—渐变微带段。
具体实施方式
现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。
如图1所示，本实用新型的基于液晶的相位连续可调的移相器，由上至下依次包括上层壳体1、微波介质板2、液晶6和下层壳体4。
参见图2和图3，液晶6内嵌封装或者平铺在下层壳体4朝向微波介质板2的一侧表面，具体形式为，微波介质板2内嵌挖设有液晶池，液晶池内灌装液晶材料形成液晶6；或者在微波介质板2中心位置的表面平铺液晶6，因为液晶6非常薄，胶框3的高度稍微高出一点，给液晶6留有厚度余量便可。
微波介质板2与下层壳体4紧密胶合，胶合方式为，下层壳体4围绕液晶池的四周内嵌挖设有一圈的胶槽5，胶槽5内填满胶水，胶水在胶槽5中形成胶框3；或者在下层壳体4表面直接粘合胶框3，胶框3形成中间形成容纳腔，液晶6置于胶框中，将液晶6包围住，胶框3将下层壳体4与微波介质板2紧密胶合，胶框3也能确保液晶6与下层壳体4密封。
微波介质板2液晶移相器的核心部件，为降低插入损耗，选用低损耗角正切的微波介质板2材，采用双面制版工艺。微波介质板2印制有微带传输线，上层壳体1朝向微波介质板2的一侧表面开设有矩形槽7，所述矩形槽7从上层壳体1的一端延伸到另一端，所述上层壳体1与微波介质板2盖合后，所述微带传输线位于矩形槽7下方。
参见图4，微波介质板2朝向上层壳体1的一侧印制有微带传输线段10、交指电容段9、微带转接段11和直流偏置线14，微带传输线段10有两个，对称设置于微波介质板2两侧靠近边缘位置，每个所述微带传输线段10朝向微波介质板2中心的一端均连接交指电容段9，每个所述交指电容段9朝向微波介质板2中心的一端均连接微带转接段11。
参见图5，微波介质板2朝向下层壳体4的一侧的中心印制有渐变微带段15，渐变微带段15的宽度从中间朝向输出的两端渐变缩小，渐变微带段15和液晶6紧密贴合。渐变微带段15的渐变方式可以选择台阶线渐变、梯形渐变、指数渐变等方式。
渐变微带段15的两端通过金属化过孔13分别与相对侧的微带转接段11的对应端连接。
直流偏置线14从渐变微带段15与微带转接段11的连接端引出，延伸到微波介质板2边缘。
上层壳体1的侧面开设有缺口8，直流偏置线14位于缺口8中，通过直流偏置线14和缺口8配合，单独用外加电源进行加偏置电压；在实际使用中，也可以不需要此缺口8。
上层壳体1和下层壳体4可以采用金属结构，或者表面金属化处理的非金属结构，如表面镀金属的塑料件、表面覆铜的异型PCB板等。
参见图1和图6，上层壳体1朝向微波介质板2的一侧表面开设有矩形槽7，矩形槽7从上层壳体1的一端延伸到另一端，上层壳体1与微波介质板2盖合后，微带传输线段10、交指电容段9、微带转接段11和液晶6位于矩形槽7下方，避免信号线和上层壳体1短接。
微带传输线在其长度方向的两侧设置由金属化过孔13组成的围栏12，围栏12的两端分别与对应端的上层壳体1和下层壳体4电连接。围栏12预留有直流偏置线14经过的通道。
基于液晶的相位连续可调的移相器的调控方法，该调控方法基于上述的基于液晶的相位连续可调的移相器，具体方法为：
通过优化选取两侧的交指电容参数，可以形成带通滤波器的效果，使得所需频段外的信号截止，同时又能隔断直流偏置信号至微带传输线段10，避免直流信号引起的干扰，需要说明的是两端的交指电容结构参数可以不一致，且交指电容的形状可以不同。
通过直流偏置线14控制液晶的偏置电压，从而控制液晶材料的介电常数变化，进而改变传输线的电长度，最后改变信号的相位偏移量。
和液晶6紧密贴合的微带渐变层，采用宽度渐变的方式实现宽频带的阻抗匹配，减少因为阻抗失配引入的回波损耗，需要指出的是渐变方式可以选择台阶线渐变、梯形渐变、指数渐变等方式。
为防止信号泄露，在微带传输线两侧设置金属化过孔13组成的围栏12，装配后，围栏12的金属化过孔13两端和对应端的上壳体、下壳体电连接。
下面给出本实用新型一个实施例中材质选择：
微波介质板2选用Rogers 5880板材。
液晶6选用未加偏置电压时，相对介电常数er＝3.6，tanΔ＝0.01，偏置改变偏置电压时，er变化范围3.6～5.6，胶水选用er＝4.4，tanΔ＝0.005的环氧树脂胶。
将该选材打样成如图1所示的结构，并按照图1的组装方式安装好，进行二端口网络测试，在矢量网络分析仪上测试，得到如图7插损频响曲线，由图可见，不同偏置电压下液晶的典型介电常数，除部分频点外，插损均可以控制在1dB以内，而现有产品插损一般>2.5dB。得到图8移相频响曲线由图可见，不同偏置电压下液晶的典型介电常数，从图中可以看出该结构可以实现宽带移相。可见本实用新型结构达到较宽频带、插损低的效果。
以上述依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (9)
1.一种基于液晶的相位连续可调的移相器，其特征在于：顺次包括相互粘合的上层壳体、微波介质板、液晶和下层壳体，
所述下层壳体朝向微波介质板的一面中心位置铺设有液晶，
所述下层壳体围绕液晶的四周设有胶框，所述胶框内形成容纳液晶的腔体，且胶框粘接下层壳体与微波介质板；
所述微波介质板朝向上层壳体的一侧印制有微带传输线段、交指电容段、微带转接段和直流偏置线，朝向下层壳体的一侧印制有渐变微带段。
2.根据权利要求1所述的基于液晶的相位连续可调的移相器，其特征在于：所述上层壳体朝向微波介质板的一侧表面开设有矩形槽，所述矩形槽从上层壳体的一端延伸到另一端，所述上层壳体与微波介质板盖合后，所述微带传输线位于矩形槽下方。
3.根据权利要求1所述的基于液晶的相位连续可调的移相器，其特征在于：所述渐变微带段的宽度从中间朝向输出的两端渐变缩小，所述渐变微带段和液晶紧密贴合；
所述微带转接段与渐变微带段通过金属化过孔连接。
4.根据权利要求1所述的基于液晶的相位连续可调的移相器，其特征在于：所述微带传输线段有两个，对称设置于微波介质板两侧靠近边缘位置，
每个所述微带传输线段朝向微波介质板中心的一端均连接交指电容段，
每个所述交指电容段朝向微波介质板中心的一端均连接微带转接段，
所述渐变微带段位于微波介质板的中心，渐变微带段的两端通过金属化过孔分别与相对侧的微带转接段的对应端连接。
5.根据权利要求1所述的基于液晶的相位连续可调的移相器，其特征在于：所述直流偏置线从渐变微带段与微带转接段的连接端引出，延伸到微波介质板边缘。
6.根据权利要求1所述的基于液晶的相位连续可调的移相器，其特征在于：所述上层壳体的侧面开设有缺口，所述直流偏置线位于缺口中。
7.根据权利要求1所述的基于液晶的相位连续可调的移相器，其特征在于：所述微带传输线在其长度方向的两侧设置由金属化过孔组成的围栏，所述围栏的两端分别与对应端的上层壳体和下层壳体电连接。
8.根据权利要求7所述的基于液晶的相位连续可调的移相器，其特征在于：所述围栏预留有直流偏置线经过的通道。
9.根据权利要求1所述的基于液晶的相位连续可调的移相器，其特征在于：所述上层壳体和下层壳体为金属结构，或者表面金属化处理的非金属结构；当所述上层壳体和下层壳体为表面金属化处理的非金属结构时，选用表面镀金属的塑料件、表面覆铜的异型PCB板。
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|---|---|---|---|---|
| CN113884795A (zh) * | 2021-09-28 | 2022-01-04 | 北京京东方技术开发有限公司 | 液晶移相器的检测治具及检测装置 |
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