液晶移相贴片天线单元及其构成的Ku频段相控阵天线制造技术

本发明专利技术公开了液晶移相贴片天线单元及其构成的Ku频段相控阵天线，属于相控阵天线技术领域。包括移相器的主要组成材料液晶、用于装载液晶的液晶盒、同轴馈线以及移相器传输线，所述移相器传输线的两端分别通过同轴馈线与激励端和金属贴片相连，移相器传输线采用变换器进行阻抗匹配，变换器的两端分别与移相器传输线和负载端相连；所述金属贴片位于天线表层，在金属贴片与移相器传输线之间设置有隔离层；在天线单元底部设置有金属地平面，所述金属地平面上通过蚀刻两道开缝形成DGS结构，所述开缝平行于天线辐射边缘。本发明专利技术可实现高精度波束控制，理论上适用于任何角度的波束控制要求。要求。要求。

【技术实现步骤摘要】
液晶移相贴片天线单元及其构成的Ku频段相控阵天线


[0001]本专利技术涉及相控阵天线
，具体涉及液晶移相贴片天线单元及其构成的Ku频段相控阵天线。

技术介绍

[0002]传统实现波束控制的相控阵天线多数是基于机械式波束控制器技术，然而其无法实现高分辨率的波束控制，且体积过于笨重，很难实现小型化。在相控阵天线的设计中，常用变容二极管、PIN二极管、微电子机械开关等作为数控移相器。但是，变容二极管在高频段的寄生特性比较严重，PIN二极管需要大量的微带匹配线，占用面积大；微电子机械开关需要精密的加工技术，因此实现难度大。因此，传统的相控阵天线难以满足小型化、高分辨率的需求。
[0003]目前大多数可用于市场的相控阵天线，是通过混合跟踪方法控制，天线在仰角平面上电子控制，在方位平面上机械控制，这些架构允许平面阵列的广角扫描，增益损失可忽略不计。然而，这些天线相对昂贵，由于机械系统，重量大，占用体积大，对于一些手机汽车等终端，不仅对天线有性能要求，而且天线的低轮廓和紧凑性也很重要。现有基于硅基CMOS集成的相控阵已经被证明可用于频段波段，尽管如此，它们的实际应用受到环境条件的挑战。
[0004]因此，不同的微波材料，包括柔性液晶聚合物和低温共烧陶瓷（LTCC），已被用于降低封装成本，相控阵也可以通过使用可调电介质来实现，例如，已经有基于钛酸锶钡的相控阵的研究，该技术为Ku波段以下的频段提供了相对较高的性能，而由于介电损耗的增加，它们的性能大大降低。关于连续可调谐性、低介电损耗和高线性，液晶在可调谐材料毫米波应用中更具有前景，且液晶材料是目前能够实现10GHz以上频率的调谐器件的技术之一。液晶材料的介电常数可调特性可以维持在一个很宽的频率范围内，从直流（DC）一直到可见光范围内，包括了微波频段。相比于一些集总移相器件，液晶器件在较高的频段没有寄生效应，且具有较小的损耗。同时相比于铁电材料，液晶调谐器件的工作电压也更低。将液晶材料作为移相器的介质基底，则可以通过偏置电极外加电场实现对各阵列单元相位的控制，进而实现天线波束的连续扫描，并通过精准控制每个阵列单元的相位从而实现高分辨率的波束控制。
[0005]例如现有技术中，专利CN106154603B公开了一种液晶移相单元及其构成的相控天线，其特征是由相互平行的上层介质基板和下层介质基板形成夹层，夹层中封闭有向列型液晶形成液晶层，在上层介质基板和下层介质基板的表面形成有金属微带结构，利用金属微带结构施加偏置电压，并在液晶层中形成偏置电场，使液晶层中液晶分子的排列方向发生改变，从而改变液晶层介电常数，改变反射波的相位；在由液晶移相单元形成的阵列中，通过在每个单元上施加不同的电压获得需要的相位分布，从而获得相应的波束指向或者实现波前赋形。
[0006]然而，上述专利仍存在不足：其相控天线工作在100
‑
1000GHz的高频段，并且液晶
介电常数发生改变时，反射波的相移有限，无法实现任意角度的波束控制要求，并且由该专利中的液晶移相单元形成的相控阵天线之间耦合度高。

技术实现思路

[0007]本专利技术旨在解决现有的液晶移相天线，其存在相移不足、耦合较高的问题，提出了液晶移相贴片天线单元及其构成的Ku频段相控阵天线，该液晶移相贴片单元具备低耦合可重构的特点，满足相控阵雷达天线与系统中对新型电调相控阵天线的需求。
[0008]为了实现上述专利技术目的，本专利技术的技术方案如下：一种基于液晶介质移相器的贴片天线单元，包括移相器的主要组成材料液晶、用于装载液晶的液晶盒、同轴馈线以及移相器传输线，所述移相器传输线的两端分别通过同轴馈线与激励端和金属贴片相连，移相器传输线采用λ/4变换器进行阻抗匹配，λ/4变换器的两端分别与移相器传输线和负载端相连；所述金属贴片位于天线表层，在金属贴片与移相器传输线之间设置有隔离层；在天线单元底部设置有金属地平面，所述金属地平面上通过蚀刻两道开缝形成DGS结构，所述开缝平行于天线辐射边缘。
[0009]进一步地，所述液晶盒和隔离层均采用Rogers Ro4350材料。
[0010]进一步地，所述贴片天线单元的尺寸为12.5mm
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12.5mm
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0.5mm。
[0011]进一步地，所述隔离层与贴片天线单元的长宽相同，隔离层的厚度为0.25mm。
[0012]进一步地，所述液晶的尺寸为11.5mm
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7mm
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0.25mm。
[0013]进一步地，所述移相器传输线在隔离层的表面以来回弯折的形式排布，移相器传输线的宽度为0.1mm。
[0014]进一步地，所述λ/4变换器处的过渡传输带长度为3.26mm，宽度为0.17mm，λ为天线波长；同轴馈电点处的传输线长宽均为0.27mm。
[0015]进一步地，所述金属贴片的长度L = 6.5mm，宽度W = 8.2mm；馈电位置偏移贴片长度方向中心的距离=1.5mm。
[0016]进一步地，两道开缝相互平行且关于金属地平面中心对称，缝隙宽度为0.5mm，长度为6.5mm，离地平面中心点距离为3mm。
[0017]本专利技术还提出了一种由液晶移相贴片单元构成的Ku频段相控阵天线，其包含若干上述的液晶移相贴片单元。
[0018]综上所述，本专利技术具有以下优点：1、本专利技术基于液晶材料在移相器中的应用与相控阵天线高性能需求，设计实现了基于液晶介质移相器的Ku波段低耦合可重构相控阵，具有较高的集成化和分辨率，以及较低的功耗成本以及低耦合等优势；2、本专利技术提出的基于液晶介质移相器的Ku波段相控阵天线极大地降低了成本，实现了小型化；3、本专利技术利用现有的Rogers Ro4350作为介质层和隔离层的基本加工材料，极大地降低了相控阵天线的成本，保证了Ku频段内的稳定介电性能，实现了小型化和电磁波的全绝缘传导；4、本专利技术通过开槽DGS结构的设计有效地减弱了地平面电流的耦合，从而极大地改善了相邻天线单元之间的相互耦合效应，实现了低耦合的特性；
5、本专利技术在天线平行于辐射边缘的位置开缝得到DGS结构以降低天线间的耦合，并对缝隙长度、宽度以及开槽位置进行了优化，得到基于液晶介质移相器的开槽降耦合贴片天线单元，符合新材料、新技术、新工艺实现性能优良的发展趋势，作为相控阵的重要组成部分拓宽了其在无线通信领域的应用范围；6、本专利技术将液晶介质移相器应用于Ku波段相控阵设计，使用弯折线的传输线设计，天线单元移相量可达到360度，通过对每个天线单元的液晶介质移相器进行精准电调控从而改变对应的相位可实现高精度波束控制，理论上适用于任何角度的波束控制要求。
附图说明
[0019]图1为本专利技术液晶移相贴片单元的分层结构示意图；图2为微带线的结构示意图；图3为DGS结构的示意图；图4为馈电点的位置示意图；图5为本专利技术1
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4相控阵天线的结构示意图；图6为本专利技术的移相器输入相位图；图中：1、金属贴片，2、隔离层，3、传输线，4、金属地平面，5、λ/4本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种液晶移相贴片天线单元，其特征在于，包括移相器的主要组成材料液晶、用于装载液晶的液晶盒、同轴馈线以及移相器传输线（3），所述移相器传输线（3）的两端分别通过同轴馈线与激励端和金属贴片（1）相连，移相器传输线（3）采用λ/4变换器（5）进行阻抗匹配，λ/4变换器（5）的两端分别与移相器传输线（3）和负载端相连；所述金属贴片（1）位于天线表层，在金属贴片（1）与移相器传输线（3）之间设置有隔离层（2）；在天线单元底部设置有金属地平面（4），所述金属地平面（4）上通过蚀刻两道开缝（10）形成DGS结构，所述开缝（10）平行于天线辐射边缘。2.根据权利要求1所述的一种液晶移相贴片天线单元，其特征在于，所述液晶盒和隔离层（2）均采用Rogers Ro4350材料。3.根据权利要求1所述的一种液晶移相贴片天线单元，其特征在于，所述贴片天线单元的尺寸为12.5mm
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12.5mm
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0.5mm。4.根据权利要求1所述的一种液晶移相贴片天线单元，其特征在于，所述隔离层（2）与贴片天线单元（11）的长宽相同，隔离层（2）的厚度为0.25mm。5.根据权利要求1所述的一种液晶移相贴片天线单元，其特征在于，所述液晶...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯筝，冯永烁，
申请(专利权)人：成都中科精园科技有限公司，
类型：发明
国别省市：