基于液晶的太赫兹二维电控波束扫描阵列天线制造技术

技术编号:20626971 阅读:35 留言:0更新日期:2019-03-20 16:35
基于液晶的太赫兹二维电控波束扫描阵列天线,涉及太赫兹波束扫描阵列天线领域,为了解决现有太赫兹阵列天线只能在一维方向内扫描的问题。M列贴片层以6列为一组进行划分,余数列位于侧部,余数列再以4列为1小组进行划分,不足4列以2列为1小组进行划分,得到的余数列为1小组并位于侧部;位于一组的6列贴片层,再划分为4列1小组和2列1小组,阵列中的贴片层以2行进行划分,形成贴片单元组,形成的贴片单元组包括2×4和2×2两种阵列形式;每个贴片单元组由1条偏置线连接,对整块地板进行分割,实现地板偏置线数量最少、缝隙最窄且每个贴片单元组的偏置电压独立。本发明专利技术可以实现二维方向上的扫描。

TWO-DIMENSIONAL ELECTROCONTROLLED BEAM SCANNING ARRAY ANTENNA BASED ON LIQUID CRYSTAL

Terahertz two-dimensional electronically controlled beam scanning array antenna based on liquid crystal is involved in the field of terahertz beam scanning array antenna, in order to solve the problem that the existing terahertz array antenna can only scan in one-dimensional direction. M-column patch layer is divided into 6 columns as a group, the remaining columns are located in the side, the remaining columns are divided into 4 columns as a group, less than 4 columns are divided into 2 columns as a group, and the remainder is divided into 1 group and located in the side; 6 columns in a group are divided into 4 columns, 1 group and 2 columns, 21 groups, and the patch layer in the array is divided into 2 rows to form a group of patch units. Each patch cell group is connected by a bias line, which divides the whole floor to achieve the minimum number of bias lines, the narrowest gap and the independent bias voltage of each patch cell group. The invention can realize scanning in two-dimensional direction.

【技术实现步骤摘要】
基于液晶的太赫兹二维电控波束扫描阵列天线
本专利技术涉及太赫兹波束扫描阵列天线领域。
技术介绍
液晶是一种高分子材料,在驱动电压(电场)的作用下,液晶的介电常数张量将发生变化,基于这一特性,可以利用液晶材料设计可调移相器以及相应的波束扫描阵列天线,这对于提高无线通信系统的通信距离和信道容量具有重要意义。在微波频段,除了液晶以外,还可以使用PIN或变容二极管、金属-半导体场效应晶体管以及微机电系统作为移相器件,进而实现相应的波束扫描阵列天线。然而在太赫兹频段,上述可调器件均已失效,只有液晶可以发挥出正常的特性,因此太赫兹波束扫描阵列天线只有依赖液晶材料才能够实现。当前存在的问题是,太赫兹波的波长很短,这导致波束扫描天线阵列的单元尺寸很小,这种情况下,液晶控制电路的复杂性严重限制了太赫兹电控波束扫描天线技术的发展。因此,现有的太赫兹液晶波束扫描天线只能在一维方向内扫描(单独的水平扫描或者单独的垂直扫描),而无法在二维方向上扫描。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有太赫兹阵列天线只能在一维方向内扫描的问题,从而提供基于液晶的太赫兹二维电控波束扫描阵列天线。本专利技术所述的基于液晶的太赫兹二维电控波束扫描阵列天线,包括2N×M个阵列式紧密排列的单元,每个单元包括上层介质板1、贴片层2、液晶3、地板4和下层介质板5;液晶3封装在上层介质板1和下层介质板5之间,贴片层2印刷在上层介质板1的下表面,液晶3的上表面形成与贴片层2吻合的凹槽3-1,地板4印刷在下层介质板5的上表面;贴片层2包括平行排列的3个矩形贴片带条,3个矩形条的长度沿x轴正向逐渐增大;阵列中的M列贴片层2以6列为一组进行划分,余数列位于侧部,余数列再以4列为1小组进行划分,不足4列以2列为1小组进行划分,得到的余数列为1小组并位于侧部;位于一组的6列贴片层2,再划分为4列1小组和2列1小组,阵列中的贴片层2以2行进行划分,形成贴片单元组,形成的贴片单元组包括2×4和2×2两种阵列形式;每个贴片单元组由1条偏置线连接,位于阵列上半部分贴片单元组的偏置线延伸至阵列顶端,位于阵列下半部分贴片单元组的偏置线延伸至阵列底端;阵列中的单元的地板4为一整块地板,对整块地板进行分割,实现地板偏置线数量最少、缝隙最窄且每个贴片单元组的偏置电压独立。优选的是,M列的贴片层2的偏置线沿水平方向连接贴片单元组,交替式左右出线。优选的是,整块地板等距分割为N行,再根据阵列中的M列贴片层2进行列数分割,得到多个地板单元,以列数最少的原则进行分割,2×4的贴片单元组划分为2×2的贴片单元组,同一行中属于不同贴片单元组的相邻2×2贴片单元组共用一块地板单元。优选的是,整块地板的用于分割的纵向缝隙中没有偏置线,偏置线仅设置在用于分割的横向缝隙中。优选的是,整块地板中有1列无行数分割。优选的是,上层介质板1的材料是石英,下层介质板5的材料是硅。本专利技术提供了一种全新的液晶波束扫描天线控制电路布局方法,将控制电路布置在天线的贴片层和地板两层上,从而有效地减小了控制电路的复杂度以及控制电路对天线性能的影响,最终设计实现了基于液晶的太赫兹二维电控波束扫描阵列天线,大幅提升了现有液晶太赫兹波束扫描阵列天线的性能。本专利技术为太赫兹反射阵列的大角度扫描提供了很好的前景,在太赫兹波段的目标检测和成像领域具有很大的应用价值。附图说明图1是实施例的基于液晶的太赫兹二维电控波束扫描阵列天线的结构示意图;图2是实施例的馈源位置以及入射的方向与单元之间的空间关系示意图;图3是实施例的贴片层偏置线的分布示意图;图4是实施例的2×4单元组的偏置线连接方式示意图;图5是实施例的2×2单元组的偏置线连接方式示意图;图6是实施例的地板偏置线的分布示意图;图7是实施例的施加的偏置电压的示意图;图8是实施例的面内扫描波束的示意图;图9是实施例的面内扫描波束的示意图。具体实施方式具体实施方式一:本实施方式所述的基于液晶的太赫兹二维电控波束扫描阵列天线,包括2N×M个阵列式紧密排列的单元,每个单元包括上层介质板1、贴片层2、液晶3、地板4和下层介质板5;液晶3封装在上层介质板1和下层介质板5之间,贴片层2印刷在上层介质板1的下表面,液晶3的上表面形成与贴片层2吻合的凹槽3-1,地板4印刷在下层介质板5的上表面;贴片层2包括平行排列的3个矩形贴片带条,3个矩形条的长度沿x轴正向逐渐增大;阵列中的M列贴片层2以6列为一组进行划分,余数列位于侧部,余数列再以4列为1小组进行划分,不足4列以2列为1小组进行划分,得到的余数列为1小组并位于侧部;位于一组的6列贴片层2,再划分为4列1小组和2列1小组,阵列中的贴片层2以2行进行划分,形成贴片单元组,形成的贴片单元组包括2×4和2×2两种阵列形式;每个贴片单元组由1条偏置线连接,位于阵列上半部分贴片单元组的偏置线延伸至阵列顶端,位于阵列下半部分贴片单元组的偏置线延伸至阵列底端;阵列中的单元的地板4为一整块地板,对地板4进行分割,实现地板偏置线数量最少、缝隙最窄且每个贴片单元组的偏置电压独立。具体实施方式二:本实施方式是对具体实施方式一所述的基于液晶的太赫兹二维电控波束扫描阵列天线作进一步说明,本实施方式中,M列的贴片层2的偏置线沿水平方向连接贴片单元组,交替式左右出线。具体实施方式三:本实施方式是对具体实施方式一所述的基于液晶的太赫兹二维电控波束扫描阵列天线作进一步说明,本实施方式中,整块地板等距分割为N行,再根据阵列中的M列贴片层2进行列数分割,得到多个地板单元,以列数最少的原则进行分割,2×4的贴片单元组划分为2×2的贴片单元组,同一行中属于不同贴片单元组的相邻2×2贴片单元组共用一块地板单元。地板4中有1列无行数分割。实施例:阵列由960个单元组成,单元的结构示意图如图1所示,单元大小为Px=Py=1.132mm。上层介质板1的材料是石英(介电常数εr=3.78,损耗角正切为tanδ=0.002),下层介质板5的材料是硅(介电常数εr=11.9,电导率为2.5e-4),三个平行的矩形贴片带条印刷在石英的下表面,地板4印刷在硅板的上表面,贴片和地板4的材料均为金属铝(电导率3.56e+007)且厚度相同。液晶3封装在上层介质板1和下层介质板5之间。图1中标注的尺寸如下,其中的单位均μm,hQ=0.350,hLC=0.040,hGND=0.002,Lx1=188,Lx2=198,Lx3=188,Ly1=698,Ly2=742,Ly3=790,D1=100,D2=42,D3=208。为了能够表明馈源位置以及入射的方向与单元之间的空间关系,图2省略了上层的石英层。馈源6为角锥喇叭天线,馈源的位置坐标为(16.98,-6.71,43.35)。以阵列的表面的中心点为原点,为原点指向馈源相位中心的方向向量,为原点指向某个单元中心点的方向向量,为阵列波束的方向向量,θ0为波束方向与Z轴的夹角,为波束方向向量在XOY面上的投影与X轴的夹角。馈源在YOZ面内,入射方向为θ=30°,偏置线网络方案包括贴片层偏置线网络设计和分割地板及其偏置线网络设计两个部分。贴片层偏置线的分布如图3所示,偏置线的宽度为15μm,偏置线之间的间隔也为15μm,偏置线的材料与贴片和地板一致。贴片单元组有2×4单元组和2×本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于液晶的太赫兹二维电控波束扫描阵列天线,其特征在于,包括2N×M个阵列式紧密排列的单元,每个单元包括上层介质板(1)、贴片层(2)、液晶(3)、地板(4)和下层介质板(5);液晶(3)封装在上层介质板(1)和下层介质板(5)之间,贴片层(2)印刷在上层介质板(1)的下表面,液晶(3)的上表面形成与贴片层(2)吻合的凹槽(3‑1),地板(4)印刷在下层介质板(5)的上表面;贴片层(2)包括平行排列的3个矩形贴片带条,3个矩形条的长度沿x轴正向逐渐增大;阵列中的M列贴片层(2)以6列为一组进行划分,余数列位于侧部,余数列再以4列为1小组进行划分,不足4列以2列为1小组进行划分,得到的余数列为1小组并位于侧部;位于一组的6列贴片层(2),再划分为4列1小组和2列1小组,阵列中的贴片层(2)以2行进行划分,形成贴片单元组,形成的贴片单元组包括2×4和2×2两种阵列形式;每个贴片单元组由1条偏置线连接,位于阵列上半部分贴片单元组的偏置线延伸至阵列顶端,位于阵列下半部分贴片单元组的偏置线延伸至阵列底端;阵列中的单元的地板(4)为一整块地板,对整块地板进行分割,实现地板偏置线数量最少、缝隙最窄且每个贴片单元组的偏置电压独立。...

【技术特征摘要】
1.基于液晶的太赫兹二维电控波束扫描阵列天线,其特征在于,包括2N×M个阵列式紧密排列的单元,每个单元包括上层介质板(1)、贴片层(2)、液晶(3)、地板(4)和下层介质板(5);液晶(3)封装在上层介质板(1)和下层介质板(5)之间,贴片层(2)印刷在上层介质板(1)的下表面,液晶(3)的上表面形成与贴片层(2)吻合的凹槽(3-1),地板(4)印刷在下层介质板(5)的上表面;贴片层(2)包括平行排列的3个矩形贴片带条,3个矩形条的长度沿x轴正向逐渐增大;阵列中的M列贴片层(2)以6列为一组进行划分,余数列位于侧部,余数列再以4列为1小组进行划分,不足4列以2列为1小组进行划分,得到的余数列为1小组并位于侧部;位于一组的6列贴片层(2),再划分为4列1小组和2列1小组,阵列中的贴片层(2)以2行进行划分,形成贴片单元组,形成的贴片单元组包括2×4和2×2两种阵列形式;每个贴片单元组由1条偏置线连接,位于阵列上半部分贴片单元组的偏置线延伸至阵列顶端,位于阵列下半部分贴片单元组的偏置线延伸至阵列底端;阵列中的单元的地板(4)为一...

【专利技术属性】
技术研发人员:孟繁义李俊翔
申请(专利权)人:哈尔滨工业大学
类型:发明
国别省市:黑龙江,23

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