一种基于液晶和开关的混合移相器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种基于液晶和开关的混合移相器，包括上层壳体、微波介质板和下层壳体，微波介质板采用双面印刷工艺，印制朝向下层壳体的开关移相器单元和朝向上层壳体的液晶移相器单元，微波介质板的一端连接有同轴输入线，相对的另一端连接有同轴输出线，射频信号经由同轴输入线进入到开关移相器单元，再进入液晶移相器单元，最终从同轴输出线传出。本实用新型专利技术通过控制开关移相器单元的相位跳变，实现90°的相位跳变，通过控制液晶移相器单元相移的度数，实现带内大于180°范围的移相，通过二者的级联配合可实现大范围、甚至是0～360°的相位精确调控。

【技术实现步骤摘要】
一种基于液晶和开关的混合移相器
本技术涉及一种基于液晶和开关的混合移相器，属于微波移相器的

技术介绍
移相器作为一种常见的电子器件，主要用于对射频/微波传输信号的相位进行调控，是相控阵天线系统、5G/6G移动通信系统等必需的器件。传统的移相器主要是模拟式移相器，即改变射频信号传输路径的电长度，通过引入传输时延来实现相位延迟。模拟式移相器的优点是技术成熟、成本低廉，但其缺点是插入损耗较高，且尺寸随着相移量的增加而不断变大。随着半导体技术的快速发展，各种数字式移相器不断涌现。数字式移相器主要的电路拓扑有开关网络型、电桥反射型，以及加载型等无源结构，这些结构通过无源网络的切换来得到所需的相移。数字式移相器的优点是工作状态稳定，不受外部环境影响，因此在相控阵雷达系统中得到广泛应用。但是，其缺点是技术复杂，且随着数字精度的增加其成本上升很快，大规模民用还不能接受。2007年美国加州大学的K.J.Koh和G.M.Rebeiz通过矢量合成的方法实现了4bit有源移相器，目前广泛应用于相控阵芯片的设计。但是有源移相器结构对合成正交信号的幅度和相位一致性要求很高，在毫米波频段的寄生效应会对精度和线性度造成比较大的影响。鉴于上述模拟式和数字式移相器各有优缺点，部分研究人员近两年致力于混合型微波移相器的研制，期望在移相范围、移相精度等性能指标与生产成本之间寻求到平衡点。例如，申请号为201811541370.0的技术专利公开了一种有源无源混合型微波移相器，该移相器有源部分采用矢量合成的方法对信号进行大位移相，无源部分采用RLC网络或耦合线进行小位移相，具有灵活分配的优点，但该移相器仍然不能摆脱毫米波频段的强寄生效应所导致的精度、线性度下降。另外，申请号为201910520010.0的技术专利公开了一种基于MEMS开关的混合移相器，该移相器采用180°移相单元、混合移相单元和22.5°移相单元构成，能够满足0°/45°/90°/135°的4bit移相器移相需求，减少了开关个数，但该移相器从根本原理上而言仍然是数字式移相器，不能达到模拟式移相器的精度。近来，南京星腾通信技术有限公司在申请号为202010115191.1的技术专利中公开了一种相位连续可调的液晶移相器及调控方法，该移相器利用液晶材料的介电常数随偏置电压而改变的特性，设计了相位在0～180°范围内连续可调的移相器，但该移相器要实现更大范围相移时就必须增加液晶和传输线的长度，因此插入损耗会随着电长度的增加而增加。南京星腾通信技术有限公司还在申请号为201911340803.0的技术专利中公开了一种基于PIN管的三枝节微带线可调移相器，实现了相位90°/180°的不连续变化，但该移相器只能实现相位两种状态的变化，无法连续调相。综上所述，提高微波移相器的移相精度和移相范围、减少插入损耗、扩展工作带宽、降低系统成本是微波移相器研发的不懈追求。而对传统移相器采用取长补短的混合型设计方案是实现低成本、高精度的重要发展方向。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本技术提供一种基于液晶和开关的混合移相器，本混合移相器基于液晶材料和开关来实现0～360°相位的精确调控，具有工作频带宽、插损低、工艺简单、生产成本低的优点，其具体技术方案如下：一种基于液晶和开关的混合移相器，包括上层壳体和下层壳体，以及铺设在上层壳体和下层壳体之间的微波介质板，所述上层壳体和下层壳体选用金属壳体或者电镀了金属的非金属壳体，所述微波介质板采用双面印刷工艺，印制有传输线，所述传输线包括开关移相器单元和液晶移相器单元；所述开关移相器单元印制于微波介质板朝向下层壳体的一侧表面，所述液晶移相器单元印制于微波介质板朝向上层壳体一侧表面；所述微波介质板的一端连接有同轴输入线，相对的另一端连接有同轴输出线，射频信号经由同轴输入线进入到开关移相器单元，再进入液晶移相器单元，最终从同轴输出线传出。进一步的，所述下层壳体的一组相对端依次设置有给同轴输入线/同轴输出线引出的同轴输入端口/同轴输出端口。进一步的，所述开关移相器单元采用加载了MEMS开关或者PIN管的微带线枝节结构，所述开关移相器单元的微带线枝节结构与微带线枝节结构连接。进一步的，所述微波介质板设置有贯穿到微波介质板对面的直流偏置线过孔，所述上层壳体开设有用于铺设开关移相器直流偏置线的直线槽，所述直线槽从直流偏置线过孔延伸贯穿过上层壳体边缘，所述开关移相器直流偏置线通过直流偏置线过孔与开关移相器单元的与微带线枝节结构连接。进一步的，所述开关移相器单元的微带线枝节结构与同轴输入线之间连接有微带转接器，射频信号从同轴线输入线进入开关移相器单元前，首先经过微带转接器。进一步的，所述液晶移相器单元包括印制在微波介质板朝向上层壳体一侧的弯折传输线、铺设于上层壳体朝向弯折传输线的液晶材料层和印制在微波介质板朝向下层壳体一面的两段交指电容，所述弯折传输线两端分别与交指电容连接。进一步的，所述微波介质板设置有贯穿到微波介质板对面的接地金属过孔，所述弯折传输线两端分别通过接地金属过孔与交指电容连接，所述交指电容分别位于弯折传输线的两端，靠近开关移相器单元的交指电容连接阻抗变换器单元，所述阻抗变换器单元与开关移相器单元的微带线枝节结构连接，靠近同轴输出线的交指电容与同轴输出线连接，该连接处连接液晶移相直流偏置线。进一步的，所述下层壳体开设有延伸贯通到边缘的矩形槽，所述液晶移相直流偏置线铺设在矩形槽内，靠近同轴输出线的接地金属过孔与矩形槽贯通，所述液晶移相直流偏置线通过接地金属过孔与液晶移相器单元的弯折传输线连接。进一步的，所述微波介质板朝向下层壳体的一面设计有保护壳，所述保护壳的形状与开关移相器单元和液晶移相器单元相适配，并将开关移相器单元和液晶移相器单元罩住.进一步的，所述保护壳的两端分别设置有体积胀大的端口腔，所述开关移相器单元与同轴输入线1的连接处和液晶移相器单元与同轴输出线的连接处分别置于对应端的端口腔中；所述下层壳体的轴向中线贯通开设有用于容纳保护壳的凹槽，凹槽两端开设有贯通到下层壳体外部的端口槽，所述端口腔刚好填充在端口槽中；所述凹槽在开关移相器单元位置开设空气腔，保护壳对应位置胀大设置与空气腔规格一致。本技术的工作原理为：通过阻抗变换器单元进行开关移相器单元和弯折线结构单元之间的阻抗匹配；通过直流偏置线过孔改变微带线枝节结构的两侧电压来控制开关移相器单元的相位跳变，实现90°的相位跳变；通过调整交指电容的结构参数，形成带通效果，进而滤除工作频段外的信号；通过液晶移相直流偏置线控制液晶的偏置电压，从而控制液晶材料的介电常数连续变化，进而连续改变信号的相位偏移量，从而控制液晶移相器单元相移的度数，实现带内大于180°范围的移相；通过选取两侧的交指电容参数，可形成带通滤波器的效果，使得所需频段外的信号截止，同时又能隔断液晶移相直流偏置信号至开关移相器单元，避免液晶移相直流信号对开关移本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于液晶和开关的混合移相器，包括上层壳体(1)和下层壳体(3)，以及铺设在上层壳体(1)和下层壳体(3)之间的微波介质板(2)，所述上层壳体(1)和下层壳体(3)选用金属壳体或者电镀了金属的非金属壳体，其特征在于：所述微波介质板(2)采用双面印刷工艺，印制有传输线，所述传输线包括开关移相器单元(21)和液晶移相器单元(22)；/n所述开关移相器单元(21)印制于微波介质板(2)朝向下层壳体(3)的一侧表面，所述液晶移相器单元(22)印制于微波介质板(2)朝向上层壳体(1)一侧表面；/n所述微波介质板(2)的一端连接有同轴输入线(211)，相对的另一端连接有同轴输出线(223)，射频信号经由同轴输入线(211)进入到开关移相器单元(21)，再进入液晶移相器单元(22)，最终从同轴输出线(223)传出。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于液晶和开关的混合移相器，包括上层壳体(1)和下层壳体(3)，以及铺设在上层壳体(1)和下层壳体(3)之间的微波介质板(2)，所述上层壳体(1)和下层壳体(3)选用金属壳体或者电镀了金属的非金属壳体，其特征在于：所述微波介质板(2)采用双面印刷工艺，印制有传输线，所述传输线包括开关移相器单元(21)和液晶移相器单元(22)；
所述开关移相器单元(21)印制于微波介质板(2)朝向下层壳体(3)的一侧表面，所述液晶移相器单元(22)印制于微波介质板(2)朝向上层壳体(1)一侧表面；
所述微波介质板(2)的一端连接有同轴输入线(211)，相对的另一端连接有同轴输出线(223)，射频信号经由同轴输入线(211)进入到开关移相器单元(21)，再进入液晶移相器单元(22)，最终从同轴输出线(223)传出。


2.根据权利要求1所述的基于液晶和开关的混合移相器，其特征在于：所述下层壳体(3)的一组相对端依次设置有给同轴输入线/同轴输出线引出的同轴输入端口/同轴输出端口。


3.根据权利要求1所述的基于液晶和开关的混合移相器，其特征在于：所述开关移相器单元(21)采用加载了MEMS开关或者PIN管的微带线枝节结构(2110)，所述开关移相器单元(21)的微带线枝节结构(2110)与微带线枝节结构(2110)连接。


4.根据权利要求3所述的基于液晶和开关的混合移相器，其特征在于：所述微波介质板设置有贯穿到微波介质板(2)对面的直流偏置线过孔(2111)，所述上层壳体(1)开设有用于铺设开关移相器直流偏置线(11)的直线槽，所述直线槽从直流偏置线过孔(2111)延伸贯穿过上层壳体(1)边缘，所述开关移相器直流偏置线(11)通过直流偏置线过孔(2111)与开关移相器单元(21)的与微带线枝节结构(2110)连接。


5.根据权利要求3所述的基于液晶和开关的混合移相器，其特征在于：所述开关移相器单元(21)的微带线枝节结构(2110)与同轴输入线(211)之间连接有微带转接器(212)，射频信号从同轴线输入线进入开关移相器单元(21)前，首先经过微带转接器(212)。


6.根据权利要求1所述的基于液晶和开关的混合移相器，其特征在于：所述液晶移相器单元(22)包括印制在微波介质板(2)朝向上层壳体(1)一侧的弯...

【专利技术属性】
技术研发人员：王鹏程，王正斌，宋飞，朱劼，
申请(专利权)人：南京星腾通信技术有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32