一种Ka频段宽带圆极化液晶相控阵天线单元制造技术

本发明专利技术公开了一种Ka频段宽带圆极化液晶相控阵天线单元。为了克服基于液晶的相控阵天线方案因自身的结构限制，无法实现良好的工作带宽的问题；本发明专利技术包括依次贴合成叠层结构的上基板、液晶层和下基板；液晶层与下基板之间设置有移相层；液晶层与上基板之间设置有带漏波结构的铜层；上基板上设置有矩形切角贴片；矩形切角贴片上开设有U型槽；环绕矩形切角贴片设置有若干的寄生辐射贴片。通过对方形贴片对角线切角，实现圆极化波的辐射；通过加载U形槽和4个特定旋向的寄生贴片实现阻抗带宽和轴比带宽拓宽；配合液晶的电调谐作用，完成电磁波束的调控。满足卫星通信对地面终端天线宽带、高交叉极化隔离度的要求。高交叉极化隔离度的要求。高交叉极化隔离度的要求。

【技术实现步骤摘要】
一种Ka频段宽带圆极化液晶相控阵天线单元


[0001]本专利技术涉及天线
，尤其涉及一种Ka频段宽带圆极化液晶相控阵天线单元。

技术介绍

[0002]圆极化波由于其具有抗法拉第旋转效应、良好的抗雨衰特性等，被广泛应用于卫星通信领域。Ka频段由于其宽带宽、高通量特性，被越来越多地部署在星地通信领域，随着低轨通信卫星星座的不断完善，Ka频段资源将在星地卫星通信领域发挥越来越重要作用。工程化的卫星通信领域对地面终端天线的极化类型、交叉极化隔离度、工作带宽等有严格的技术要求。
[0003]圆极化贴片天线由于具有良好的极化特性、低剖面、易于小型化、便于布阵、造价低廉等显著优势，被广泛应用与卫星通信领域。目前基于液晶的相控阵天线方案因自身的结构限制，无法实现良好的工作带宽，例如，一种在中国专利文献上公开的“一种圆极化天线的谐振单元、其制备方法及圆极化天线”，其公告号CN116031621A，通过谐振单元中的第一基板和第二基板封装液晶，接地电极、第二基板上的面状电极和两者之间的导波介质构成平板波导，天线工作时，馈源从平板波导馈入，辐射能量通过面状电极上刻蚀的两条缝隙产生与缝隙相互垂直的两种正交的电场模式，实现圆极化辐射，面状电极和贴片电极构成谐振结构且加载的电场可以控制液晶层中液晶分子偏转，改变液晶的介电常数，控制辐射能量的开与断，通过对谐振单元的辐射强度进行调控，实现阵列天线的波束扫描功能。
[0004]目前基于液晶的相控阵天线方案因自身的结构限制，往往轴比带宽只有几百兆，在实际工程实践中，有一定劣势。r/>
技术实现思路

[0005]本专利技术主要解决现有技术基于液晶的相控阵天线方案因自身的结构限制，无法实现良好的工作带宽的问题；提供一种Ka频段宽带圆极化液晶相控阵天线单元，通过对方形贴片对角线切角，实现圆极化波的辐射；通过加载U形槽和4个特定旋向的寄生贴片实现阻抗带宽和轴比带宽拓宽；配合液晶的电调谐作用，完成电磁波束的调控。满足卫星通信对地面终端天线宽带、高交叉极化隔离度的要求。
[0006]本专利技术的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种Ka频段宽带圆极化液晶相控阵天线单元，包括依次贴合成叠层结构的上基板、液晶层和下基板；液晶层与下基板之间设置有移相层；液晶层与上基板之间设置有带漏波结构的铜层；上基板上设置有矩形切角贴片；矩形切角贴片上开设有U型槽；环绕矩形切角贴片设置有若干的寄生辐射贴片。
[0007]移相层将通过液晶调谐的一定相位的电磁能量输出，电磁能量通过漏波结构向上耦合至辐射贴片结构，通过合理控制不同单元的相位值，使得天线阵面产生一定相位分布，实现电磁波的方向调控。辐射贴片的切角处理，会产生一定的电磁扰动，激励起两个相位差
90
°
的正交电磁波，从而产生圆极化波的辐射。U形槽会改变切角辐射贴片的表面电流分布，产生高次圆极化模式。寄生辐射贴片的轴比最小值频点接近切角贴片的轴比最小值频点，可以优化轴比带宽，此外由于增大辐射面积，天线的辐射效率得以提高，最终使得天线增益得到提升。
[0008]作为优选，所述的漏波结构为耦合孔，耦合孔居中设置在铜层上。电磁能量通过漏波结构向上耦合至辐射贴片结构，通过合理控制不同单元的相位值，使得天线阵面产生一定相位分布，实现电磁波的方向调控。
[0009]作为优选，所述的U型槽的外围长度为外围宽度的2倍，误差范围为20％。U形槽会改变切角辐射贴片的表面电流分布，产生高次圆极化模式，合理调整U形槽几何参数会获得良好的阻抗匹配，从而拓宽阻抗带宽。
[0010]作为优选，以U型槽的开口为上，矩形切角贴片的左上角和右下角切角；寄生辐射贴片沿矩形切角贴片的四周逆时针旋转排布。将辐射LHCP波。
[0011]作为优选，以U型槽的开口为上，矩形切角贴片的右上角和左下角切角；寄生辐射贴片沿矩形切角贴片的四周顺时针旋转排布。实现RHCP波辐射。
[0012]寄生辐射贴片的长度为宽度的2倍，误差范围为20％。4个特定旋向的寄生辐射贴片的边长决定了轴比最小值点的频率，合理设置其几何长度，是得寄生辐射贴片的轴比最小值频点接近切角贴片的轴比最小值频点，可以优化轴比带宽。
[0013]作为优选，所述的移相层为螺旋线形。
[0014]本专利技术的有益效果是：1、移相层将通过液晶调谐的一定相位的电磁能量输出，电磁能量通过漏波结构向上耦合至辐射贴片结构，通过合理控制不同单元的相位值，使得天线阵面产生一定相位分布，实现电磁波的方向调控。
[0015]2、辐射贴片的切角处理，会产生一定的电磁扰动，激励起两个相位差90
°
的正交电磁波，从而产生圆极化波的辐射。
[0016]3、U形槽会改变切角辐射贴片的表面电流分布，产生高次圆极化模式；特定优化的结构尺寸使之阻抗带宽得以拓宽。
[0017]4、寄生辐射贴片的轴比最小值频点接近切角贴片的轴比最小值频点，可以优化轴比带宽。
[0018]5、增大辐射面积，天线的辐射效率得以提高，最终使得天线增益得到提升。
附图说明
[0019]图1是本专利技术的一种天线单元爆炸图。
[0020]图2是本专利技术的一种辐射贴片示意图。
[0021]图3是本专利技术的一种天线单元回波损耗图。
[0022]图4是本专利技术在Phi＝0
°
时，增益/交叉极化隔离度图。
[0023]图5是本专利技术在Phi＝90
°
时，增益/交叉极化隔离度图。
[0024]图6为本专利技术的轴比曲线图。
[0025]图7为本专利技术的轴比
‑
频率曲线图。
[0026]图中，101.矩形切角贴片，102.U型槽，103.寄生辐射贴片，104.上基板，105.铜层，
106.耦合孔，107.液晶层，108.移相层，109.下基板。
具体实施方式
[0027]下面通过实施例，并结合附图，对本专利技术的技术方案作进一步具体的说明。
[0028]实施例：本实施例的一种Ka频段宽带圆极化液晶相控阵天线单元，如图1所示，包括上基板104、铜层105、液晶屏107、移相层108和下基板109。
[0029]上基板104和下基板109的材质可以是其他可以加载化镀金属、具有一定结构平整度的介质材料，如FR4、环氧树脂、聚酰亚胺等；金属材质除了铜，也可以是金、银、铝等一切对电磁波有屏蔽作用的导电材质。
[0030]在本实施例中，上基板104和下基板109的材质为玻璃。
[0031]在上基板104的上表面化学沉积或磁控溅射有矩形切角贴片101和寄生辐射贴片103。矩形切角贴片101和寄生辐射贴片103构成辐射贴片，在矩形切角贴片101上设置有U型槽102。
[0032]铜层105的中间设置有耦合孔106。铜层105通过化学沉积或磁控溅射在上基板104的下表面。在本实施例中，耦合孔106为矩形。
[0033]移相层108通过化学沉积或磁控溅射在下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Ka频段宽带圆极化液晶相控阵天线单元，其特征在于，包括依次贴合成叠层结构的上基板（104）、液晶层（107）和下基板（109）；液晶层（107）与下基板（109）之间设置有移相层（108）；液晶层（107）与上基板（104）之间设置有带漏波结构的铜层（105）；上基板（104）上设置有矩形切角贴片（101）；矩形切角贴片（101）上开设有U型槽（102）；环绕矩形切角贴片（101）设置有若干的寄生辐射贴片（103）。2.根据权利要求1所述的一种Ka频段宽带圆极化液晶相控阵天线单元，其特征在于，所述的漏波结构为耦合孔（106），耦合孔（106）居中设置在铜层（105）上。3.根据权利要求1或2所述的一种Ka频段宽带圆极化液晶相控阵天线单元，其特征在于，所述的U型槽（102）的外围长度为外围宽度的2倍...

【专利技术属性】
技术研发人员：王鹏军，张合勇，周建松，
申请(专利权)人：浙江光珀智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：