一种液晶可重构多波束相控阵列制造技术

说明书摘要一种相控阵天线，包括透镜增强型辐射器单元的二维阵列，所述每个辐射器单元包括：用于生成射频(RF)信号的辐射器；以及在所述RF信号的传输路径中定义孔径的二维相位可变透镜组，所述透镜组包括可单独控制的透镜元件的二维阵列，使得变化的传输相位能够施加到透镜组的孔径上的RF信号。此外，透镜元件的单位晶胞由超颖材料薄片制成，所述单位晶胞包括一堆晶胞层，所述每个晶胞层包括大量向列液晶，其具有可控的介电值，使得每个晶胞层能够用作可调谐振器。

A liquid crystal reconfigurable multi beam phased array

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】一种液晶可重构多波束相控阵列相关申请本专利技术要求于2017年5月1日递交的专利技术名称为“一种液晶可重构多波束相控阵列”的第62/492,587号美国临时专利申请案和2017年8月29日递交的专利技术名称为“一种液晶可重构多波束相控阵列”的第15/689,817号美国专利申请案的在先申请优先权，该在先申请的内容以引入的方式并入本文本中。
本专利技术涉及相控阵列。本专利技术尤其涉及一种液晶可重构超颖表面多波束相控阵列。
技术介绍
下一代无线网络有可能依靠频率更高、波长更短的无线电波，例如，包括在24GHz至100GHz频带内使用毫米波技术。在这些频率下，可能会使用更大孔径和更多定向天线来补偿更高的传播损耗。大孔径毫米波天线的常用技术是透镜和反射器天线。人们越来越关注开发波束扫描天线，其依赖于利用液晶的各向异性特性来形成波束可控的反射器或反射阵列。许多关注集中在采用通过液晶的可变延迟线来实现波束可控的相控阵列的结构，或者通过大液晶加载的反射阵列以反射模式操作的结构。尝试利用液晶以形成可调反射偏振器。尽管液晶对许多可重构微波器件可能有用，但将液晶直接用作延迟线往往会造成严重损耗。结果，将液晶直接用作延迟线仅限于小型相控阵列。采用液晶形成可调反射表面或反射阵列会造成大F/D(焦距/孔径尺寸)，这导致天线的剖面过大。此外，可调反射表面在谐振频率下也会遭受较高损耗，这导致孔径效率低下。未来的5G部署需要低剖面的毫米波平面天线，所述低剖面的毫米波平面天线能够用于多用户多输入多输出(multiple-input,multiple-output，MIMO)方案和高增益点对点传输的多波束传输。因此，需要一种可重构的、节省空间的透镜天线结构，以适用于短波长应用。
技术实现思路
本说明书描述了液晶加载的超颖材料的阵列结构的示例实施例，在一些应用中，其能够使得相控阵列具有大构造、低剖面、正向发射特性，而不使用损耗型移相器。在一些示例中，所述结构允许使用柔性混合波束成形方法来形成多波束或非常定向的高增益波束。根据一个示例方面，提供了一种相控阵天线，所述相控阵天线包括透镜增强型辐射器单元的二维阵列。所述每个辐射器单元包括用于生成射频(radiofrequency，RF)信号的辐射器，以及在所述RF信号的传输路径中定义孔径的二维相位可变透镜组。所述透镜组具有可单独控制的透镜元件的二维阵列，使得变化的传输相位能够施加到通过透镜组的孔径上的RF信号。可选地，在一些示例中，所述透镜组由超颖材料薄片制成。可选地，在一些示例中，导电壁将相邻的辐射器单元彼此隔离。可选地，在一些示例中，所述天线包括控制电路，用于使得所述辐射器单元能够在MIMO模式下进行操作，其中在所述MIMO模式下，所述辐射器单元操作以形成多个并发独立波束，以及在点对点模式下进行操作，其中在所述点对点模式下，所述辐射器单元统一操作以形成单个高增益定向波束或多个最佳形状波束。可选地，在一些示例中，所述每个透镜组的孔径大于所述RF信号的最小工作波长λ的两倍。可选地，在一些示例中，相邻透镜组以1.5倍波长λ彼此间隔。可选地，在一些示例中，每个所述透镜元件的孔径约为波长λ的一半。可选地，在一些示例中，每个所述辐射器单元的周边设有多个控制导体，用于向所述辐射器单元内的每个透镜元件提供唯一的可配置控制电压。可选地，在一些示例中，所述每个透镜元件包括至少一个单位晶胞，每个单位晶胞包括一堆晶胞层，每个晶胞层包括大量向列液晶，其具有可控的介电值，从而使得每个晶胞层能够用作可调谐振器。可选地，在一些示例中，所述每个透镜元件包括所述单位晶胞的二维阵列。可选地，在一些示例中，所述每个晶胞层包括：第一和第二双面基板，用于定义它们之间的中间区域，其中所述第一基板具有在其面向所述第二基板的一侧上形成的第一微带贴片，所述第二基板具有在其面向所述第一基板的一侧上形成的第二微带贴片；液晶，位于所述中间区域的所述第一微带贴片和所述第二微带贴片之间的液晶嵌入式基板中，其中每个晶胞层的第一微带贴片电连接到公共直流接地端，每个晶胞层的第二微带贴片电连接到公共控制电压源。可选地，在一些示例中，所述每个晶胞层的第一微带贴片通过第一导电元件电连接到公共直流接地端，所述第一导电元件穿过第一基板延伸到第一导线，所述第一导线位于所述第一基板而非所述第一微带贴片的相对侧。所述每个晶胞层的第二微带贴片通过第二导电元件电连接到公共控制电压源，所述第二导电元件穿过第二基板延伸到第二导线，所述第二导线位于所述第二基板而非所述第二微带贴片的相对侧，所述第一导线和所述第二导线对于通过晶胞层的RF信号来说基本是射频透明的。可选地，在一些示例中，所述第一导线和所述第二导线分别是各自的第一栅格导线和第二栅格导线的一部分，所述第一和第二栅格导线贯穿包含所述单位晶胞的透镜元件。可选地，在一些示例中，单位晶胞中的相邻晶胞层通过非导电粘合剂粘合在一起。根据另一方面，提供了一种发送RF信号的方法，包括：提供一种相控阵天线，所述相控阵天线具有透镜增强型辐射器单元的二维阵列，所述每个辐射器单元包括：用于生成射频(RF)信号的辐射器；在所述RF信号的传输路径中定义孔径的透镜组，所述透镜组包括可单独控制的透镜元件的二维阵列，使得变化的传输相位能够施加到通过透镜组的孔径上的RF信号；在所述辐射器上生成RF信号；以及将控制电压施加到所述透镜组以控制所述透镜元件在每个辐射器单元上的传输相位。可选地，在一些示例中，施加控制电压以使所述辐射器单元在MIMO模式下操作，其中在所述MIMO模式下，所述辐射器单元操作以形成多个并发独立波束。可选地，在一些示例中，施加控制电压以使所述辐射器单元p在点对点模式下操作，其中在所述点对点模式下，所述辐射器单元统一工作以形成单个高增益定向波束或多个最佳形状波束。可选地，在一些示例中，所述每个透镜元件包括至少一个单位晶胞，所述每个单位晶胞包括一堆晶胞层，所述每个晶胞层包括大量向列液晶，其具有可控的介电值，从而使得每个晶胞层能够用作可调谐振器，其中施加控制电压以控制所述晶胞层的介电值。可选地，在一些示例中，所述每个晶胞层包括：第一和第二双面基板，用于定义它们之间的中间区域，所述第一基板具有在其面向所述第二基板的一侧上形成的第一微带贴片，所述第二基板具有在其面向所述第一基板的一侧上形成的第二微带贴片；液晶，位于所述中间区域的所述第一微带贴片和所述第二微带贴片之间的液晶嵌入式基板中，其中所述每个晶胞层的第一微带贴片电连接到公共接地端，所述每个晶胞层的第二微带贴片电连接到公共控制电压源，其中使用所述控制电压源施加控制电压。可选地，在一些示例中，所述每个晶胞层的第一微带贴片通过第一导电元件电连接到公共接地端，所述第一导电元件穿过所述第一基板延伸到第一导线，所述第一导线位于所述第一基板而非所述第一微带贴片的相对侧；所述每个晶胞层的第二微带贴片通过第二导电元件电连接到公共控制电压源，所述第二导电元件穿过所述第二基板延伸本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种相控阵天线，其特征在于，包括：/n透镜增强型辐射器单元的二维阵列，每个所述辐射器单元包括：/n辐射器，用于生成射频(RF)信号；/n在所述RF信号的传输路径中定义孔径的二维相位可变透镜组，所述透镜组包括可单独控制的透镜元件的二维阵列，使得变化的传输相位能够施加到通过所述透镜组的孔径上的RF信号。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170501 US 62/492,587;20170829 US 15/689,8171.一种相控阵天线，其特征在于，包括：
透镜增强型辐射器单元的二维阵列，每个所述辐射器单元包括：
辐射器，用于生成射频(RF)信号；
在所述RF信号的传输路径中定义孔径的二维相位可变透镜组，所述透镜组包括可单独控制的透镜元件的二维阵列，使得变化的传输相位能够施加到通过所述透镜组的孔径上的RF信号。


2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述透镜组由超颖材料薄片制成。


3.根据权利要求1至2中任一项所述的天线，其特征在于，包括将相邻的辐射器单元彼此隔离的导电壁。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的天线，其特征在于，包括控制电路，用于使所述辐射器单元能够在MIMO模式下进行操作，其中在所述MIMO模式下，所述辐射器单元操作以形成多个并发独立波束，以及在点对点模式下进行操作，其中在所述点对点模式下，所述辐射器单元统一操作以形成单个高增益定向波束或多个最佳形状波束。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的天线，其特征在于，每个所述透镜组的孔径大于所述RF信号的最小工作波长λ的两倍。


6.根据权利要求5所述的天线，其特征在于，所述相邻透镜组以1.5倍波长λ彼此间隔。


7.根据权利要求5所述的天线，其特征在于，每个所述透镜元件的孔径约为波长λ的一半。


8.根据权利要求1至7中任一项所述的天线，其特征在于，每个所述辐射器单元的周边设有多个控制导体，用于向所述辐射器单元内的每个透镜元件提供唯一的可配置控制电压。


9.根据权利要求1至8中任一项所述的天线，其特征在于，所述每个透镜元件包括至少一个单位晶胞，每个所述单位晶胞包括一堆晶胞层，所述每个晶胞层包括大量向列液晶，其具有可控的介电值，从而使得所述每个晶胞层能够用作可调谐振器。


10.根据权利要求9所述的天线，其特征在于，所述每个透镜元件包括所述单位晶胞的二维阵列。


11.根据权利要求9所述的天线，其特征在于，所述每个晶胞层包括：
第一和第二双面基板，用于定义它们之间的中间区域，其中所述第一基板具有在其面向所述第二基板的一侧上形成的第一微带贴片，所述第二基板具有在其面向所述第一基板的一侧上形成的第二微带贴片；
液晶，位于中间区域的第一微带贴片和第二微带贴片之间的液晶嵌入式基板中，
并且其中每个晶胞层的第一微带贴片电连接到公共接地端，每个晶胞层的第二微带贴片电连接到公共控制电压源。


12.根据权利要求11所述的天线，其特征在于，
所述每个晶胞层的第一微带贴片通过第一导电元件电连接到公共接地端，所述第一导电元件穿过第一基板延伸到第一导线，所述第一导线位于第一基板而非第一微带贴片的相对侧；
所述每个晶胞层的第二微带贴片通过第二导电元件电连接到公共控制电压源...

【专利技术属性】
技术研发人员：森格利·福，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44