本发明专利技术公开了一种可调平衡液晶移相器，属于微波器件技术领域。本发明专利技术解决了现有单终端可调液晶移相器抗电磁干扰能力较差的问题。本发明专利技术基于耦合双线结构的可调平衡液晶移相器，在上、下耦合线之间施加驱动电压时，位于上、下耦合线之间的液晶分子长轴指向将发生偏转，从水平方向逐渐偏转至垂直方向，从而使液晶材料的介电常数发生变化，继而在上下耦合线间传输的电磁波的相位发生改变，最终实现可调平衡液晶移相器的功能。本发明专利技术提供的液晶移相器结构，能够使射频信号以差分模式在耦合双线结构中有效传播，通过控制液晶层介电常数的变化来实现传输相位的连续调控，进而实现了基于液晶材料的平衡可调液晶移相器设计，有效提高了抗电磁干扰的能力。电磁干扰的能力。电磁干扰的能力。
【技术实现步骤摘要】
一种可调平衡液晶移相器
[0001]本专利技术涉及一种可调平衡液晶移相器，属于微波器件
技术介绍
[0002]可调移相器是一种实现射频信号相位调控的微波器件，广泛应用于天线、雷达和无线通信等领域。现有可调移相器主要通过在结构中加载变容二极管、铁电体、石墨烯或者液晶的方法来实现。变容二极管的优点在于调谐范围大、设计方法简单，但受封装引线电感的影响，只能工作在微波低频段(X波段以下)。铁电体和石墨烯虽然可工作在Ku以上波段，但受限于制备工艺，无论是铁电体薄膜材料还是石墨烯薄膜材料的电磁一致性都无法有效保证。
[0003]液晶是一种各向异性的材料，作为一种单轴晶体，其分子长轴具有一个特定的指向，在外加电场或磁场的作用下，液晶分子的长轴指向将发生偏转，从而引起液晶材料宏观介电常数发生变化。这样的特性使其可以应用在微波可调移相器的设计中。相比于变容二极管、铁电体以及石墨烯材料，基于液晶材料的可调移相器具有工作频率范围宽(从低频到太赫兹)、体积小、剖面低及性能稳定等诸多优点。然而现有的液晶可调移相器一般采用倒置微带线或共面波导传输线等单终端传输线结构实现，导致其抗电磁干扰能力较差，严重限制了其实际应用价值。
技术实现思路
[0004]本专利技术针对现有单终端可调液晶移相器抗电磁干扰能力较差的问题，提供一种可调平衡液晶移相器。
[0005]本专利技术的技术方案：
[0006]一种可调平衡液晶移相器，由上到下包括上层介质板1、上耦合线2、液晶层3、下耦合线4、下层介质板5和金属地6，所述的上层介质板1和下层介质板5为由绝缘材料制成的平板结构，绝缘材料可以是普通的电路板基材也可以是玻璃、二氧化硅、陶瓷等其它具有一定硬度且电磁损耗较小的材料，上耦合线2位于上层介质板1的下表面，下耦合线4位于下层介质板5的上表面，液晶层3位于上层介质板1和下层介质板5之间，金属地6位于下层介质板5下表面；
[0007]以上层介质板1的长度方向为y轴方向，宽度方向为x轴方向，高度方向为z轴方向；
[0008]所述的上耦合线2和下耦合线4的结构对称，将上耦合线2沿y轴镜像翻转180
°
即为下耦合线4结构；
[0009]所述的上耦合线2包括微带线7、扇形连接分支结构8和周期枝节9，扇形连接分支结构8和周期枝节9分别位于微带线7的两侧，且扇形连接分支结构8和周期枝节9正对排列；所述的扇形连接分支结构8包括扇形结构和分支结构，扇形结构通过分支结构与微带线7连接；
[0010]所述的上耦合线2在下层介质板5上的投影与下耦合线4交叠。
[0011]进一步限定，上层介质板1的厚度为h1，上耦合线2的厚度为t1，液晶层3的厚度为h3，下耦合线4的厚度为t2，下层介质板5的厚度为h2。
[0012]进一步限定，上耦合线2的周期枝节9在下层介质板5上的投影与下耦合线4的周期枝节9交叠，交叠长度为l4。
[0013]进一步限定，微带线7的宽度为w1，相邻周期枝节9间距离为w2，扇形结构的半径为r、弧度为θ，分支结构是长度为l1、宽度为w4的矩形。
[0014]进一步限定，从上耦合线2两端开始向中央方向，周期枝节9的长度等公差逐渐变大，直至达到l2保持不变。
[0015]进一步限定，上耦合线2沿上层介质板1在x轴方向的中心线对称。
[0016]进一步限定，上耦合线2的参数取值范围为：
[0017]l1≤0.25λ
g
、0.1λ
g
≤l2≤0.2λ
g
、l4＜l2、0.005λ
g
≤w1≤0.1λ
g
、0.1λ
g
≤w2≤0.15λ
g
、0.01λ
g
≤w3≤0.2λ
g
、0.005λ
g
≤w4≤0.2λ
g
、r＜w2、30
°
≤θ≤180
°
，其中λ
g
为工作中心频率对应的介质波长。
[0018]进一步限定，从上耦合线2两端开始向中央方向，周期枝节9的长度依次为k
01
、k
02
和l2，其中l2‑
k
02
＝k
02
‑
k
01
。
[0019]进一步限定，上层介质板1和下层介质板5的长度为l4、宽度为w3。
[0020]进一步限定，液晶移相器工作频带范围为5
‑
10GHz，具体参数取值为：
[0021]k
01
＝2.5mm、k
02
＝3.0mm、l1＝2.5mm、l2＝3.5mm、l3＝30.0mm、l4＝3.2mm、w1＝1.2mm、w2＝2.7mm、w3＝0.3mm、w4＝0.1mm、r＝1.5mm、θ＝90
°
、h1＝0.7mm、h2＝0.7mm、h3＝0.005mm、t1＝0.002mm和t2＝0.002mm；
[0022]所述的液晶层3的液晶材料的电参数为ε
r，
⊥
＝2.5、ε
r，//
＝3.2，tanδ
⊥
＝0.0143和tanδ
//
＝0.0056。
[0023]进一步限定，上耦合线2和下耦合线4均为金属薄膜结构，通过印制、蚀刻等方法制作上层介质板1的下表面和下层介质板5的上表面。
[0024]进一步限定，液晶层3的表面具有液晶取向层，保证在没有驱动电压作用时液晶层3的液晶分子长轴指向水平方向(与z轴垂直的方向)。
[0025]进一步限定，液晶层3的制备过程为：
[0026]在上层介质板1和下层介质板5之间布置微球、垫片或介质柱等物体保持上层介质板1和下层介质板5形成高度为h3的空隙，然后将液晶材料灌注或喷洒在空隙内形成液晶层。
[0027]进一步限定，上层介质板1和下层介质板5为Rogers 4350B材料。
[0028]本专利技术具有以下有益效果：本专利技术基于耦合双线结构的可调平衡液晶移相器，在上耦合线和下耦合线之间施加驱动电压，位于上、下耦合线周期枝节之间的液晶分子长轴指向将发生偏转，从水平方向(与z轴垂直的方向)逐渐偏转至垂直方向(与z轴平行的方向)，从而使液晶材料的介电常数发生变化，这种变化会导致在上下耦合线间传输的电磁波的相位发生改变，最终实现可调平衡液晶移相器的功能。
[0029]本专利技术具有以下优点：
[0030](1)本专利技术在上耦合线和下耦合线的两端，为了使可调平衡液晶移相器具有更好的模式匹配和阻抗匹配效果(更宽的工作带宽)，上耦合线和下耦合线两端前两个金属枝节
长度采用渐变形式，且如果对上、下耦合线两端更多的金属枝节采用渐变形式，可调平衡液晶移相器的阻抗匹配和模式匹配效果会更好，工作带宽会更宽；
[0031](2)本专利技术提供本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种可调平衡液晶移相器，其特征在于，由上到下包括上层介质板(1)、上耦合线(2)、液晶层(3)、下耦合线(4)、下层介质板(5)和金属地(6)，所述的上层介质板(1)和下层介质板(5)为由绝缘材料制成的平板结构，上耦合线(2)位于上层介质板(1)的下表面，下耦合线(4)位于下层介质板(5)的上表面，液晶层(3)位于上层介质板(1)和下层介质板(5)之间，金属地(6)位于下层介质板(5)下表面；以上层介质板(1)的长度方向为y轴方向，宽度方向为x轴方向，高度方向为z轴方向；所述的上耦合线(2)和下耦合线(4)的结构对称，将上耦合线(2)沿y轴镜像翻转180
°
即为下耦合线(4)结构；所述的上耦合线(2)包括微带线(7)、扇形连接分支结构(8)和周期枝节(9)，扇形连接分支结构(8)和周期枝节(9)分别位于微带线(7)的两侧，且扇形连接分支结构(8)和周期枝节(9)正对排列；所述的扇形连接分支结构(8)包括扇形结构和分支结构，扇形结构通过分支结构与微带线(7)连接；所述的上耦合线(2)在下层介质板(5)上的投影与下耦合线(4)交叠。2.根据权利要求1所述的一种可调平衡液晶移相器，其特征在于，所述的上层介质板(1)的厚度为h1，上耦合线(2)的厚度为t1，液晶层(3)的厚度为h3，下耦合线(4)的厚度为t2，下层介质板(5)的厚度为h2。3.根据权利要求2所述的一种可调平衡液晶移相器，其特征在于，上耦合线(2)的周期枝节(9)在下层介质板(5)上的投影与下耦合线(4)的周期枝节(9)交叠，交叠长度为l4。4.根据权利要求3所述的一种可调平衡液晶移相器，其特征在于，所述的微带线(7)的宽度为w1，相邻周期枝节(9)间距离为w2，扇形结构的半径为r、弧度为θ，分支结构是长度为l1、宽度为w4的矩形。5.根据权利要求4所述的一种可调平衡液晶移相器，其特征在于，从上耦合线(2)两端开始向中央方向，周期枝节(9)的长度等公差逐渐变大，直至达到l2保持不变。6.根据权利要求5所述的一种可调平衡液晶移相器，其特征在于，所述的上耦合线(2)沿上层介质板(1)在x轴方向的中心线对称。7.根据权利要求6所述的一种可调平衡液晶移相器，其特征在于，所述的上耦合线(2)的参数取值范围为：l1≤0.25λ
...
【专利技术属性】
技术研发人员：孟繁义，丁畅，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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