一种加载集总元件的快速响应电调液晶移相器制造技术

本发明专利技术属于微波毫米波技术领域，涉及一种加载集总元件的快速响应电调液晶移相器，包括：第一介质基板、微带线、液晶层、金属地板和第二介质基板，所述第一介质基板和第二介质基板分别位于结构的最上层和最下层，微带线设置在第一介质基板的下表面，金属地板设置在第二介质基板的上表面，液晶层填充在微带线和金属地板之间，则金属地板位于液晶层和第二介质基板之间，在金属地板上周期性排布有集总元件。本发明专利技术相比现有的移相器而言，工作在毫米波频段，具有高品质因数，并且响应时间快、损耗低，结构紧凑以及低成本低重量的优势，在实际应用中便于小型化应用和阵列集成。中便于小型化应用和阵列集成。中便于小型化应用和阵列集成。

【技术实现步骤摘要】
一种加载集总元件的快速响应电调液晶移相器


[0001]本专利技术属于微波毫米波
，涉及一种加载集总元件的快速响应电调液晶移相器。

技术介绍

[0002]在现代无线通信系统中，天线作为发射和接收信号的部分，在整个无线通信系统中起着关键的作用。而由于单个天线在实际应用过程中常常存在增益不够，无法波束扫描等局限性，越来越多的研究都转向了相控阵。目前电磁可重构的微波毫米波频段的相控阵由于体积小，多功能和灵活性等优势成为了一个热点，而移相器就是实现可重构功能的关键部分。常用的包括PIN二极管、MEMS开关、场效应晶体管以及变容二极管等移相器，大部分存在体积大、成本高和功耗高以及调节相位非连续性等问题，而且随着工作频率的升高，当工作在高频段时损耗极大而且难以量产。
[0003]近些年来，液晶材料从光电显示领域应用逐渐推广到微波领域并做成各种可重构器件，日益受到人们的重视。液晶是一种介于液体和固体晶体状态之间的介质，具有液体的流动性，因此实际使用过程中需要液晶盒进行封装。液晶的介电常数可以通过电压进行调控，其应用的频率范围可以从人们熟知的光学波段到微波波段甚至太赫兹频段，具有损耗小，驱动电压低的优势，并且在加工工艺上很成熟，价格便宜，因此将液晶材料用于移相器技术，形成可调谐的液晶移相器，相比传统的移相器技术，可以实现工作频率更高，低成本，相位连续可调，易于小型化集成的移相器。
[0004]目前已经有不少研究人员对液晶移相器在微波毫米波频段的应用进行了研究，例如中国专利申请CN115995660A“一种小型化液晶微波移相器”，公开了一种液晶移相器的设计，通过对液晶分子进行水平取向，并通过水平施加控制信号控制液晶分子水平偏转，从而调整微波传播常数，达到移相的目的。然而，当前的微波毫米波液晶移相器采用的液晶层厚度一般大于50μm，导致移相器的响应时间较长(秒级)，离实际应用需求还有一定差距。液晶移相器的响应时间与液晶厚度的平方成正比，降低液晶的厚度可以缩短器件的响应时间，但常规的设计方案中若采用较薄的液晶厚度会导致液晶移相器对电磁波的束缚能力变差，引起传输损耗，品质因数下降。如何兼顾快速响应和高品质因数是一个挑战。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本专利技术提出了一种加载集总元件的快速响应电调液晶移相器，其具体技术方案如下：
[0006]一种加载集总元件的快速响应电调液晶移相器，包括：第一介质基板、微带线、液晶层、金属地板和第二介质基板，所述第一介质基板和第二介质基板分别位于结构的最上层和最下层，微带线设置在第一介质基板的下表面，金属地板设置在第二介质基板的上表面，液晶层填充在微带线和金属地板之间，则金属地板位于液晶层和第二介质基板之间，在金属地板上周期性排布有集总元件。
[0007]进一步的，所述金属地板上等间距地刻蚀有缝隙，呈周期性排布，在每个缝隙里面加载了集总元件，形成慢波结构。
[0008]进一步的，所述集总元件为电容元件或电感元件，缝隙里面加载的集总元件的个数为单个或多个，当为多个时，各个集总元件之间的连接方式为串联或并联。
[0009]进一步的，所述缝隙刻蚀在金属地板上与微带线垂直投影的重叠位置处，并且各个缝隙垂直于微带线设置，缝隙中心与微带线中心对齐。
[0010]进一步的，所述缝隙呈矩形，所述集总元件加载于矩形缝隙的两短边中点的连线上，并平行矩形缝隙长边放置。
[0011]进一步的，所述矩形缝隙的长度和宽度以及各个缝隙之间的距离根据液晶层的厚度和微带线的特征阻抗进行设置。
[0012]进一步的，所述第一介质基板和第二介质基板的材质为玻璃。
[0013]进一步的，所述液晶层的四周边缘设置有封胶框将第一介质基板和第二介质基板粘合起来形成密封的液晶盒。
[0014]进一步的，所述金属地板的厚度与微带线的厚度相同，且材质均为金属铜。
[0015]进一步的，所述微带线连接有偏置线，偏置线通过控制微带线与金属地板之间的电压大小，对液晶层的液晶介电常数大小进行调控。
[0016]有益效果：本专利技术的一种加载集总元件的快速响应电调液晶移相器，相比现有的移相器而言，工作在毫米波频段，具有高品质因数，并且响应时间快、损耗低，结构紧凑以及低成本低重量的优势，在实际应用中便于小型化应用和阵列集成。
附图说明
[0017]图1为本专利技术实施例的一种加载集总元件的快速响应电调液晶移相器三维结构示意图；
[0018]图2为本专利技术实施例的一种加载集总元件的快速响应电调液晶移相器俯视图；
[0019]图3为本专利技术实施例的一种加载集总元件的快速响应电调液晶移相器横截面图；
[0020]图4为本专利技术实施例的一种加载集总元件的快速响应电调液晶移相器在不同介电常数下的传输系数S
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结果图；
[0021]图5为本专利技术实施例的一种加载集总元件的快速响应电调液晶移相器移相量结果图；
[0022]图6为本专利技术实施例的一种加载集总元件的快速响应电调液晶移相器在微波毫米波频段的品质因数FoM结果图；
[0023]图中，第一介质基板1，微带线2，液晶层3，金属地板4，第二介质基板5，矩形缝隙401，集总元件402。
具体实施方式
[0024]为了使本专利技术的目的、技术方案和技术效果更加清楚明白，以下结合说明书附图和实施例，对本专利技术作进一步详细说明。
[0025]本专利技术实施例提供一种加载集总元件的快速响应电调液晶移相器，如图1所示，结构包括：第一介质基板1、微带线2、液晶层3、金属地板4和第二介质基板5，所述第一介质基
板1和第二介质基板5分别位于结构的最上层和最下层，微带线2设置在第一介质基板1的下表面，液晶层3填充在微带线2和金属地板4之间，金属地板4位于液晶层3和第二介质基板5之间，在金属地板4上排布有集总元件402。
[0026]具体的，第一介质基板1和第二介质基板5的厚度为0.7mm，材质为型号BF33玻璃，其介电常数为4.74，介质基板的材料不局限于为液晶显示技术中采用的玻璃基板也可以为其他材料，本实施例中采用玻璃基板可以更方便观察第一介质基板1和第二介质基板5之间填充的液晶层的情况。
[0027]所述微带线2的厚度为2μm，所述液晶层3填充在微带线2四周和下表面并与第一介质基板1的下表面相贴，如图3所示，其中液晶层3的厚度为10μm，因此实际电调液晶层厚度为8μm。
[0028]金属地板4设置在第二介质基板5的上表面，金属地板4接地，金属地板4的厚度与微带线2的厚度相同为2μm，并且所用材料都为金属铜，液晶层3下表面与金属地板4上表面连接，在液晶层3的四周边缘设置封胶框将第一介质基板1和第二介质基板5粘合起来形成密封的液晶盒，保证液晶不会溢出。
[0029]图2为所述加载集总元件的快速响应电调液晶移相器俯视图，在金属地板4上等间距地刻蚀有矩形缝隙401，呈周期性排布，在每个缝隙里面加载了集总元件402，形成慢本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种加载集总元件的快速响应电调液晶移相器，其特征在于，包括：第一介质基板（1）、微带线（2）、液晶层（3）、金属地板（4）和第二介质基板（5），所述第一介质基板（1）和第二介质基板（5）分别位于结构的最上层和最下层，微带线（2）设置在第一介质基板（1）的下表面，金属地板（4）设置在第二介质基板（5）的上表面，液晶层（3）填充在微带线（2）和金属地板（4）之间，则金属地板（4）位于液晶层（3）和第二介质基板（5）之间，在金属地板（4）上周期性排布有集总元件（402）。2.如权利要求1所述的一种加载集总元件的快速响应电调液晶移相器，其特征在于，所述金属地板（4）上等间距地刻蚀有缝隙，呈周期性排布，在每个缝隙里面加载了集总元件（402），形成慢波结构。3.如权利要求2所述的一种加载集总元件的快速响应电调液晶移相器，其特征在于，所述集总元件（402）为电容元件或电感元件，缝隙里面加载的集总元件（402）的个数为单个或多个，当为多个时，各个集总元件（402）之间的连接方式为串联或并联。4.如权利要求2所述的一种加载集总元件的快速响应电调液晶移相器，其特征在于，所述缝隙刻蚀在金属地板（4）上与微带线（2）垂直投影的重叠位置处，并且各个缝隙垂直于微带线（2）设置，...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁锋，梁永光，甘玲，赵德双，
申请(专利权)人：电子科技大学长三角研究院湖州，
类型：发明
国别省市：