液晶移相器及液晶天线的制作方法

本实用新型属于通信技术领域，具体涉及一种液晶移相器及液晶天线。

背景技术：

移相器是用来改变电磁波信号相位的器件。理想的移相器有很小的插入损耗，而且在不同的相位状态有几乎相同的损耗，以达到幅度的平衡。移相器有电控、光控、磁控、机械控制等几种类型。移相器的基本功能是借助于控制偏压来改变微波信号的传输相位。分为数字式和模拟式(相移量连续可调)，数字式移相器是相控阵天线中重要部件，用于控制天线阵中各路信号的相位，可使辐射波束进行电扫描；也常用于在数字通信系统，作为相位调制器。在本实用新型中提供一种新型的数字移位器。

技术实现要素：

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种可以实现相移量独立控制的液晶移相器及液晶天线。

解决本实用新型技术问题所采用的技术方案是一种液晶移相器，包括：相对设置的微波传输结构和相位调整结构，以及位于所述微波传输结构与所述相位调整结构之间的液晶层；其中，所述相位调整结构包括多个相位调整单元；所述相位调整单元，用于根据其上施加电压和所述微波传输结构上施加的电压，改变液晶层的介电常数，调整微波信号的相位；各个所述相位调整单元对应调整的相移量不同。

优选的是，所述微波传输结构包括：

第一基底；

微带线，位于所述第一基底靠近所述液晶层的侧面上；

地电极，位于所述第一基底背离所述液晶层的侧面上；其中，所述相位调整单元，用于根据其上施加电压和所述微带线上施加的电压，改变所述液晶层的介电常数，调整微波信号的相位。

进一步优选的是，所述相位调整结构包括：

第二基底；

所述相位调整单元设置在所述第二基底靠近所述液晶层的侧面上；其中，

所述相位调整单元包括设置在所述第二基底的第一侧面上的、并排设置的多个电极条，且所述电极条与所述微带线在所述第一基底上的正投影至少部分重叠，且各个所述相位调整单元中的电极条的数量不同。

进一步优选的是，所述电极条的延伸方向与所述微带线的延伸方向垂直设置。

优选的是，所述微波传输结构包括：

第一基底；

共面波导层，位于所述第一基底靠近所述液晶层的侧面上。

进一步优选的是，所述共面波导层包括：

中心带，位于所述第一基底靠近所述液晶层的侧面上；

两条接地带，分设于所述中心带的两侧；其中，

所述相位调整单元，用于根据其上施加电压和所述中心带上施加的电压，改变所述液晶层的介电常数，调整微波信号的相位。

进一步优选的是，所述相位调整结构包括：

第二基底；

所述相位调整单元设置在所述第二基底靠近所述液晶层的侧面上；其中，

所述相位调整单元包括设置在所述第二基底的第一侧面上的、并排设置的多个电极条，且所述电极条与所述中心带在所述第一基底上的正投影至少部分重叠，且各个所述相位调整单元中的电极条的数量不同。

进一步优选的是，所述电极条的延伸方向与所述中心带的延伸方向垂直设置。

优选的是，在所述第二基底的第一侧面的周边区还设置多条偏置线，每一条所述偏置线连接与之对应的所述相位调整单元中的各电极条。

优选的是，各个所述电极条之间的间距相同。

优选的是，所述电极条的材料包括铝、银、金、铬、钼、镍、铁中的任意一种。

解决本实用新型技术问题所采用的技术方案是一种液晶天线，其包括上述的液晶移相器。

本实用新型具有如下有益效果：

由于在本实用新型的液晶移相器中，相位调整结构包括多个相位调整单元，且每个相位调整单元和微波传输结构在被施加电压形成电场后，驱动液晶层偏转，改变液晶层的介电常数，因此，可以改变微波信号的相位，而且不同的相位调整单元和微波传输结构在被施加电压后，对应调整的相移量是不同，也即每一个相位调整单元则对应调整一个相移量，故可以相移量调整时，根据要调整的相移量的大小控制相应的相位调整单元施加电压，而无需对所有的相位调整单元施加电压，从而使得本实用新型中的移相器方便控制，且功耗较小。

附图说明

图1为本实用新型的实施例2的液晶移相器的截面图；

图2为本实用新型的实施例2的液晶移相器的俯视透视图；

图3为图2中A位置的放大图；

图4为本实用新型的实施例3的液晶移相器的截面图；

图5为本实用新型的实施例3的液晶移相器的俯视透视图；

图6为图5中A位置的放大图。

其中附图标记为：1、微波传输结构；10、第一基底；11、微带线；12、地电极；13、中心带；14、接地带；2、相位调整结构；20、第二基底；21、相位调整单元；211、电极条；22、偏置线；3、液晶层；31、液晶分子。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述。

除非另有定义，本实施例中使用的技术术语或者科学用语应当为本实用新型所属技术领域内具有一般技能的人士所能理解的通常意义。本实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

可以理解，当诸如层、膜、区域或基板之类的元件被称作位于另一元件“上”或“下”时，该元件可以“直接”位于另一元件“上”或“下”，或者可以存在中间元件。

实施例1：

本实施例提供一种数字型液晶移相器，包括：相对设置的微波传输结构和相位调整结构，以及位于微波传输结构与所述相位调整结构之间的液晶层；其中，相位调整结构包括多个相位调整单元；每个相位调整单元用于根据其上施加电压和微波传输结构上施加的电压，改变液晶层的介电常数，调整微波信号的相位；各个相位调整单元对应调整的相移量不同。

其中，在此需要说明的是，移相器的位数则决定了相位调整单元的个数，也即，则移相器的个数为N，则决定了相位调整单元的个数为N个，此时则可以获得2^N个相移量(或者称之为相位状态)，间隔为360°/2^N。

由于在本实施例的液晶移相器中，相位调整结构包括多个相位调整单元，且每个相位调整单元和微波传输结构在被施加电压形成电场后，驱动液晶层偏转，改变液晶层的介电常数，因此，可以改变微波信号的相位，而且不同的相位调整单元和微波传输结构在被施加电压后，对应调整的相移量是不同，也即每一个相位调整单元则对应调整一个相移量，故可以相移量调整时，根据要调整的相移量的大小控制相应的相位调整单元施加电压，而无需对所有的相位调整单元施加电压，从而使得本实施例中的移相器方便控制，且功耗较小。

实施例2：

如图1所示，本实施例提供一种数字型液晶移相器，包括：相对设置的微波传输结构1和相位调整结构2，以及位于微波传输结构1与所述相位调整结构2之间的液晶层3；该液晶移相器中的微波传输结构1包括：第一基底10，设置在第一基底10靠近液晶层3的侧面上的微带线11，以及位于第一基底10背离液晶层3的侧面上的地电极12；相位调整结构2中的每个相位调整单元21均包括设置在第二基底20靠近液晶层3的侧面上的多个电极条211，且不同的相位调整单元21中的电极条211的数量不同。其中，微带线11和各电极条211在基底上的正投影至少部分重叠。

其中，在该种移相器中微带线11在作为微波传输结构1中的部分结构同时，还作为相位调整结构2中的部分结构。也就是说，微带线11即可以被加载电压，还可以接收或者发送微波信号。其中，特别是在实施例中，采用微带线11和地电极12作为微波传输结构1，此时，大部分微波信号的将在微带线11和地电极12之间的第一基底10中进行传输，而第一基底10通常采用玻璃、陶瓷等材料，微波信号在其中传输是不会被吸收的，故可以有效的降低微波的损耗。

其中，为了方便控制，以及布线简单，每个相位调整单元21中的各个电极条211采用同一偏置线22控制。

其中，如图2和3所示，以六位液晶数字型液晶移相器为例，该移相器共有6个相位调整单元21，不同相位调整单元21中的电极条211的数量不同；每个相位调整单元21通过偏置线22对其进行独立控制，完成64个相位量的呈现。例如：6个相位调整单元21，从上至下分别用于实现的相移量为0.9°、1.5°、3.1°、6.1°、11.5°、23.1°。

假若以微波信号实现0.9°相移量时，只需给该相移量所对应的第一个相位调整单元21所连接的偏置线22加载电压，以使偏置线22将该电压信号输出给与其连接电极条211，同时给微带线11加载电压，此时，微带线11和被加载电压的电极条211之间产生电场驱动液晶分子31偏转，从而改变液晶层3介电常数，从而使得微波信号的相位产生0.9°的相移。而假若微波信号实现的相移量为2.4°时，则需要控制第一个相位调整单元21和第二个相位调整单元21所连接的偏置线22均被加载电压信号，以控制这两个相位调整单元21中的电极条211被加载电压信号，同时给微带线11加载电压，此时，微带线11和被加载电压的电极条211之间产生电场驱动液晶分子31偏转，从而改变液晶层3介电常数，从而使得微波信号的相位产生2.4°的相移。同理，若实现其它相移量(不包括上述的6个相移量)时，则需要控制可以组合实现该相移量的相位调整单元21，按照上述方法工作，以改变微波信号的相位。

其中，在该种移相器中，第二基底20上所有电极条211呈周期性排布的，具体的，可以将各个电极条211之间的间距设置为相同的。当然，也可以各个电极条211之间的间距按照一定的规律进行排布。之所如此设置是为了方便电极条211的控制。

其中，电极条211的延伸方向与微带线11的延伸方向垂直设置。在此需要说明的是，电极条211的延伸方向和微带线11的延伸方向均是指各自的长轴方向。之所以如此设置是，为了让每个电极条211与微带线11的交叠面积足够大，以使在对每个相位调整单元21中电极条211施加电压时，能够和微带线11之间形成的电场足够大，以驱动液晶分子31偏转，改变液晶层3的介电常数，以实现移相。

其中，第一基底10和第二基底20可以采用厚度为100-1000微米的剥离基板，也可采用蓝宝石衬底，还可以使用厚度为10-500微米的聚对苯二甲酸乙二酯基板、三聚氰酸三烯丙酯基板和聚酰亚胺透明柔性基板。具体的，第一基底10和第二基底20可以采用介电损耗极低的高纯度石英玻璃。相比于普通玻璃基板，第一基底10和第二基底20采用石英玻璃可以有效减小对微波的损耗，使移相器具有低的功耗和高的信噪比。

其中，微带线11、地电极12、电极条211的材料均可以采用铝、银、金、铬、钼、镍或铁等金属制成。而且微带线11还可以采用采用透明导电氧化物制成。

其中，液晶层3中的液晶分子31为正性液晶分子或负性液晶分子，需要说明的是，当液晶分子31为正性液晶分子时，本实用新型具体实施例液晶分子31长轴方向与第二电极之间的夹角大于0度小于等于45度。当液晶分子31为负向液晶分子时，本实用新型具体实施例液晶分子31长轴方向与第二电极之间的夹角大于45度小于90度，保证了液晶分子31发生偏转后，改变液晶层3的介电常数，以达到移相的目的。

由于在本实施例的液晶移相器中，相位调整结构2包括多个相位调整单元21，且每个相位调整单元21和微带线11在被施加电压形成电场后，驱动液晶层3偏转，改变液晶层3的介电常数，因此，可以改变微波信号的相位，而且不同的相位调整单元21中电极条211和微带线11在被施加电压后，对应调整的相移量是不同，也即每一个相位调整单元21则对应调整一个相移量，故可以相移量调整时，根据要调整的相移量的大小控制相应的相位调整单元21施加电压，而无需对所有的相位调整单元21施加电压，从而使得本实施例中的移相器方便控制，且功耗较小。而且采用微带线11和地电极12作为微波传输结构1，此时，大部分微波信号的将在微带线11和地电极12之间的第一基底10中进行传输，而第一基底10通常采用玻璃、陶瓷等材料，微波信号在其中传输是不会被吸收的，故可以有效的降低微波的损耗。

实施例3：

如图4所示，本实施例提供一种数字型液晶移相器，包括：相对设置的微波传输结构1和相位调整结构2，以及位于微波传输结构1与所述相位调整结构2之间的液晶层3；该种移相器中的微波传输结构1包括：第一基底10，以及位于第一基底10靠近液晶层3的侧面上的共面波导层；其中，该共面波导层具体包括：中心带13，位于第一基底10上；两条接地带14，分设于所述中心带13的两侧。相位调整结构2包括：第二基底20，以及位于第二基底20靠近液晶层3上多个相位调整单元21；其中，每个相位调整单元21包括：设置在所述第二基底20的第一侧面上的、并排设置的多个电极条211，且电极条211与中心带13在所述第一基底10上的正投影至少部分重叠，且各个相位调整单元21中的电极条211的数量不同。

其中，在该种移相器中微波信号在共面波导层的中心带13和接地带14之间所限定的区域传输，而将共面波导层应用至移相器中时，液晶层3的厚度会设计的相对较薄一些，大致在4-5μm,因此微波信号会在液晶层3中传输，但是微波信号的损耗也是相对较少的。

其中，为了方便控制，以及布线简单，每个相位调整单元21中的各个电极条211采用同一偏置线22控制。

其中，如图5和6所示，以六位液晶数字型液晶移相器为例，该移相器共有6个相位调整单元21，不同相位调整单元21中的电极条211的数量不同；每个相位调整单元21通过偏置线22对其进行独立控制，完成64个相位量的呈现。例如：6个相位调整单元21，从上至下分别用于实现的相移量为0.9°、1.5°、3.1°、6.1°、11.5°、23.1°。

假若以微波信号实现0.9°相移量时，只需给该相移量所对应的第一个相位调整单元21所连接的偏置线22加载电压，以使偏置线22将该电压信号输出给与其连接电极条211，同时给中心带13加载电压，此时，中心带13和被加载电压的电极条211之间产生电场驱动液晶分子31偏转，从而改变液晶层3介电常数，从而使得微波信号的相位产生0.9°的相移。而假若微波信号实现的相移量为2.4°时，则需要控制第一个相位调整单元21和第二个相位调整单元21所连接的偏置线22均被加载电压信号，以控制这两个相位调整单元21中的电极条211被加载电压信号，同时给中心带13加载电压，此时，中心带13和被加载电压的电极条211之间产生电场驱动液晶分子31偏转，从而改变液晶层3介电常数，从而使得微波信号的相位产生2.4°的相移。同理，若实现其它相移量(不包括上述的6个相移量)时，则需要控制可以组合实现该相移量的相位调整单元21，按照上述方法工作，以改变微波信号的相位。

其中，在该种移相器中，第二基板上所有电极条211呈周期性排布的，具体的，可以将各个电极条211之间的间距设置为相同的。当然，也可以各个电极条211之间的间距按照一定的规律进行排布。之所如此设置是为了方便电极条211的控制。

其中，电极条211的延伸方向与中心带13的延伸方向垂直设置。在此需要说明的是，电极条211的延伸方向和中心带13的延伸方向均是指各自的长轴方向。之所以如此设置是，为了让每个电极条211与中心带13的交叠面积足够大，以使在对每个相位调整单元21中电极条211施加电压时，能够和中心带13之间形成的电场足够大，以驱动液晶分子31偏转，改变液晶层3的介电常数，以实现移相。

其中，第一基底10和第二基底20可以采用厚度为100-1000微米的剥离基板，也可采用蓝宝石衬底，还可以使用厚度为10-500微米的聚对苯二甲酸乙二酯基板、三聚氰酸三烯丙酯基板和聚酰亚胺透明柔性基板。具体的，第一基底10和第二基底20可以采用介电损耗极低的高纯度石英玻璃。相比于普通玻璃基板，第一基底10和第二基底20采用石英玻璃可以有效减小对微波的损耗，使移相器具有低的功耗和高的信噪比。

其中，中心带13、接地带14，以及电极条211的材料均可以采用铝、银、金、铬、钼、镍或铁等金属制成。

其中，液晶层3中的液晶分子31为正性液晶分子或负性液晶分子，需要说明的是，当液晶分子31为正性液晶分子时，本实用新型具体实施例液晶分子31长轴方向与第二电极之间的夹角大于0度小于等于45度。当液晶分子31为负向液晶分子31时，本实用新型具体实施例液晶分子31长轴方向与第二电极之间的夹角大于45度小于90度，保证了液晶分子31发生偏转后，改变液晶层3的介电常数，以达到移相的目的。

由于在本实施例的液晶移相器中，相位调整结构2包括多个相位调整单元21，且每个相位调整单元21和中心带13在被施加电压形成电场后，驱动液晶层3偏转，改变液晶层3的介电常数，因此，可以改变微波信号的相位，而且不同的相位调整单元21中电极条211和中心带13在被施加电压后，对应调整的相移量是不同，也即每一个相位调整单元21则对应调整一个相移量，故可以相移量调整时，根据要调整的相移量的大小控制相应的相位调整单元21施加电压，而无需对所有的相位调整单元21施加电压，从而使得本实施例中的移相器方便控制，且功耗较小。

实施例4：

本实施例提供一种液晶天线，该液晶天线包括实施例1-3中的任意一种液晶移相器。其中，在第二基底的背离液晶层的一侧还设置有至少两个贴片单元，其中，每两个贴片单元之间的间隙与电极条之间的间隙对应设置。这样一来，可以使得经过实施例1中的移相器进行相位调整后的微波信号从贴片单元之间的间隙辐射出去。

当然，在液晶天线中还包括馈电接口，用于将电缆中的微波信号馈入至微波传输结构上，例如：微带线上。

由于本实施例中的液晶天线包括实施例1-3中的任意一种液晶移相器，其中的相位调整结构包括多个相位调整单元，且每个相位调整单元和微波传输结构在被施加电压形成电场后，驱动液晶层偏转，改变液晶层的介电常数，因此，可以改变微波信号的相位，而且不同的相位调整单元和微波传输结构在被施加电压后，对应调整的相移量是不同，也即每一个相位调整单元则对应调整一个相移量，故可以相移量调整时，根据要调整的相移量的大小控制相应的相位调整单元施加电压，而无需对所有的相位调整单元施加电压，从而使得本实施例中的移相器方便控制，且功耗较小。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式，然而本实用新型并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本实用新型的保护范围。