【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无线通信领域，具体涉及一种高增益、二维扫描的液晶相控阵。
技术介绍
1、为满足移动终端在 l、c、ku、ka 或 w 波段运行的多种服务，如无线互联网、多媒体、通信和广播服务，电子可重构毫米波系统以其小体积、多功能、频谱效率高、灵活性强等优点成为当前的研究热点，用于工业地面站应用，包括机载，船载或汽车等移动终端。常用于相控阵波束扫描的技术方法包括射频微机电系统(rf mems)，半导体解决方案和铁电体，如钛酸钡锶(bst)。另一种方法是使用在高频段具有低损耗的液晶材料。这些方法中，液晶在寿命、连续性和封装方面优于mems；在频率范围和偏置电压方面优于bst，是研制波束扫描相控阵的理想材料。受益于液晶显示面板的成熟制造工艺，液晶相控阵在制造成本上也具有独特优势。因此，研究适用于各种移动终端的液晶相控阵对于无线通信系统来说具有十分重要的意义。
2、液晶相控阵体积小、质量轻、功耗低，满足现代通讯设备的轻薄化和低功耗需求。然而，普通液晶相控阵的增益一般都很低。因为在方向图扫描时，大角度的扫描通常需要很长的液晶微带线来提供天线辐射单元间较大的相位差，这将给相控阵带来很高的损耗。除此之外，多个液晶直流偏置线的引入、缝隙耦合和隔直模块也会带来很高的损耗。普通液晶相控阵通常还具有成本高和响应较慢的缺点。
3、需要说明的是，在上述
技术介绍
部分公开的信息仅用于对本申请的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
技术实现思路
1、本专
2、为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、一种高增益、二维扫描的液晶相控阵，包括上基板、下基板、设置于所述上基板与所述下基板之间的液晶介质和设置于所述液晶介质的上方与下方的取向层、布置在所述下基板的上表面的共面波导传输线和液晶移相馈电网络、布置在所述上基板的上表面的多个缝隙耦合贴片天线单元、以及布置在所述上基板的下表面的金属地；其中，所述共面波导传输线连接所述液晶移相馈电网络，所述液晶移相馈电网络包括偏置网络、一分多功率分配器、多个直流块和多个液晶移相单元，所述偏置网络加载于所述一分多功率分配器，所述一分多功率分配器的输出端口分别通过各直流块连接相应的液晶移相单元，所述金属地上开设有多个耦合缝隙、多个直流块缝隙和多个偏置网络缝隙，所述液晶移相馈电网络的各液晶移相单元通过耦合缝隙与各缝隙耦合贴片天线单元对应耦合，各缝隙耦合贴片天线单元通过相应的液晶移相单元独立调控，所述多个直流块缝隙与各直流块相对应设置，所述多个偏置网络缝隙与所述偏置网络中的直流偏置线相对应设置。
4、进一步地，所述一分多功率分配器为一分十六功率分配器，所述液晶移相馈电网络包括16个液晶移相单元，配置成具有四个对称臂的对称馈电网络，其中每4个液晶移相单元一组分别布置在四个臂上；相应地，配置有16个缝隙耦合贴片天线单元和16个耦合缝隙。
5、进一步地，所述液晶移相单元构造成弯折迂回的布线结构。
6、进一步地，所述缝隙耦合贴片天线单元为长条矩形，所述16个缝隙耦合贴片天线单元形成4×4天线阵列。
7、进一步地，所述缝隙耦合贴片天线单元按间隔0.25λ~1λ的间隔排列成均匀面阵。
8、进一步地，所述偏置网络包括上下区域直流偏置线和中间区域直流偏置线，所述上下区域直流偏置线从上侧和下侧深入到所述液晶移相馈电网络的内侧，并与位于所述液晶移相馈电网络内侧的液晶移相单元相连，所述偏置网络缝隙仅对应于所述偏置网络中的所述上下区域直流偏置线相对应设置。
9、进一步地，所述共面波导传输线具有共面地，所述共面地与慢波液晶移相馈电网络的金属地不在同一平面，且交错重叠布置。
10、进一步地，所述共面波导传输线的共面金属地进行倒圆角处理。
11、进一步地，所述上基板和所述下基板为石英玻璃基板。
12、进一步地，所述取向层为聚酰亚胺薄膜。
13、在一些具体实施例中，一种高增益、二维扫描的液晶相控阵，包括共面波导传输线、液晶移相馈电网络、金属缺陷地、缝隙耦合贴片天线单元和上、下石英玻璃基板，还包括设置于所述液晶介质上方与下方的聚酰亚胺薄膜作为液晶介质分子的取向层。
14、在一些具体实施例中，所述液晶移相馈电网络包括：液晶介质、聚酰亚胺薄膜、偏置网络、直流焊盘、直流块、一分十六功率分配器、液晶移相单元。液晶介质由所述聚酰亚胺薄膜取向，固定于所述上、下石英玻璃基板之间。
15、在一些具体实施例中，所述金属缺陷地包括：贴片天线单元的耦合缝隙、直流块缝隙、偏置网络缝隙和十字对齐缝隙。
16、在一些具体实施例中，所述共面波导传输线连接于一分十六功率分配器的前端，十六个液晶移相单元分别位于十六个缝隙耦合贴片天线单元的下方玻璃基板上，与直流块和偏置网络位于同一层。十六个缝隙耦合贴片天线单元均布于上方玻璃基板的上表面。
17、可选的，所述十六个缝隙耦合贴片天线单元分别两两反向馈电；较优地，所述十六个缝隙耦合贴片天线单元全部同向馈电。
18、可选地，所述直流块加载于一分四功率分配器的输出端口；较优地，所述直流块加载于一分十六功率分配器的输出端口。
19、可选地，所述偏置网络加载于一分十六功率分配器的同侧；较优地，所述偏置网络对称布置，分别位于一分十六功分器的两侧。
20、可选地，所述缝隙耦合贴片天线单元按间隔0.25λ~1λ的间隔排列成均匀面阵；较优地，所述端射天线单元按0.8λ的间隔均匀布置为平面阵。
21、可选地，所述共面波导传输线与所述上石英玻璃基板的金属地对称布置；较优地，所述共面波导传输线与所述金属地重叠布置。
22、可选地，所述共面波导传输线的共面金属地不进行倒角处理；较优地，所述共面波导传输线的共面金属地进行倒圆角处理。
23、可选地，所述液晶介质厚度取5-200微米；较优地，所述液晶介质厚度取100微米。
24、可选地，所述液晶移相单元采用慢波传输线；较优地，所述液晶移相单元采用普通微带传输线。
25、可选地，上玻璃基板与下玻璃基板完全对齐；较优地，上玻璃基板与下玻璃基板交错布置。
26、本专利技术具有如下有益效果：
27、本专利技术的高增益、二维扫描液晶相控阵通过创新设计实现了相位一致性良好的一分多功率分配网络，不仅通过缝隙耦合馈电的贴片天线单元设计满足了二维扫描的调控需求，而且确保了每个缝隙耦合贴片天线单元的初始相位一致，从而提升了整体的增益性能。本专利技术利用带有多个直流块的馈电网络，实现了每个缝隙耦合贴片天线单元相位的独立调制能力，同时，本专利技术还引入了金属地上的直流块缝隙和偏置网络缝隙设计，有效降低了直流偏置线和直流块的插入损耗，从而有效减少了液晶相控阵的总损耗。本专利技术实现了在30ghz中心频率可以获得15.4dbi本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高增益、二维扫描的液晶相控阵，其特征在于，包括上基板、下基板、设置于所述上基板与所述下基板之间的液晶介质和设置于所述液晶介质的上方与下方的取向层、布置在所述下基板的上表面的共面波导传输线和液晶移相馈电网络、布置在所述上基板的上表面的多个缝隙耦合贴片天线单元、以及布置在所述上基板的下表面的金属地；其中，所述共面波导传输线连接所述液晶移相馈电网络，所述液晶移相馈电网络包括偏置网络、一分多功率分配器、多个直流块和多个液晶移相单元，所述偏置网络加载于所述一分多功率分配器，所述一分多功率分配器的输出端口分别通过各直流块连接相应的液晶移相单元，所述金属地上开设有多个耦合缝隙、多个直流块缝隙和多个偏置网络缝隙，所述液晶移相馈电网络的各液晶移相单元通过耦合缝隙与各缝隙耦合贴片天线单元对应耦合，各缝隙耦合贴片天线单元通过相应的液晶移相单元独立调控，所述多个直流块缝隙与各直流块相对应设置，所述多个偏置网络缝隙与所述偏置网络中的直流偏置线相对应设置。
2.如权利要求1所述的高增益、二维扫描的液晶相控阵，其特征在于，所述一分多功率分配器为一分十六功率分配器，所述液晶移相馈电网络包括1
3.如权利要求1所述的高增益、二维扫描的液晶相控阵，其特征在于，所述液晶移相单元构造成弯折迂回的布线结构。
4.如权利要求2所述的高增益、二维扫描的液晶相控阵，其特征在于，所述缝隙耦合贴片天线单元为长条矩形，所述16个缝隙耦合贴片天线单元形成4×4天线阵列。
5.如权利要求4所述的高增益、二维扫描的液晶相控阵，其特征在于，所述缝隙耦合贴片天线单元按间隔0.25λ~1λ的间隔排列成均匀面阵。
6.如权利要求1至5任一项所述的高增益、二维扫描的液晶相控阵，其特征在于，所述偏置网络包括上下区域直流偏置线和中间区域直流偏置线，所述上下区域直流偏置线从上侧和下侧深入到所述液晶移相馈电网络的内侧，并与位于所述液晶移相馈电网络内侧的液晶移相单元相连，所述偏置网络缝隙仅对应于所述偏置网络中的所述上下区域直流偏置线相对应设置。
7.如权利要求1至5任一项所述的高增益、二维扫描的液晶相控阵，其特征在于，所述共面波导传输线具有共面地，所述共面地与慢波液晶移相馈电网络的金属地不在同一平面，且交错重叠布置。
8.如权利要求7所述的高增益、二维扫描的液晶相控阵，其特征在于，所述共面波导传输线的共面金属地进行倒圆角处理。
9.如权利要求1至5任一项所述的高增益、二维扫描的液晶相控阵，其特征在于，所述上基板和所述下基板为石英玻璃基板。
10.如权利要求1至5任一项所述的高增益、二维扫描的液晶相控阵，其特征在于，所述取向层为聚酰亚胺薄膜。
...【技术特征摘要】
1.一种高增益、二维扫描的液晶相控阵，其特征在于，包括上基板、下基板、设置于所述上基板与所述下基板之间的液晶介质和设置于所述液晶介质的上方与下方的取向层、布置在所述下基板的上表面的共面波导传输线和液晶移相馈电网络、布置在所述上基板的上表面的多个缝隙耦合贴片天线单元、以及布置在所述上基板的下表面的金属地；其中，所述共面波导传输线连接所述液晶移相馈电网络，所述液晶移相馈电网络包括偏置网络、一分多功率分配器、多个直流块和多个液晶移相单元，所述偏置网络加载于所述一分多功率分配器，所述一分多功率分配器的输出端口分别通过各直流块连接相应的液晶移相单元，所述金属地上开设有多个耦合缝隙、多个直流块缝隙和多个偏置网络缝隙，所述液晶移相馈电网络的各液晶移相单元通过耦合缝隙与各缝隙耦合贴片天线单元对应耦合，各缝隙耦合贴片天线单元通过相应的液晶移相单元独立调控，所述多个直流块缝隙与各直流块相对应设置，所述多个偏置网络缝隙与所述偏置网络中的直流偏置线相对应设置。
2.如权利要求1所述的高增益、二维扫描的液晶相控阵，其特征在于，所述一分多功率分配器为一分十六功率分配器，所述液晶移相馈电网络包括16个液晶移相单元，配置成具有四个对称臂的对称馈电网络，其中每4个液晶移相单元一组分别布置在四个臂上；相应地，配置有16个缝隙耦合贴片天线单元和16个耦合缝隙。
3.如权利要求1所述的高增益、二维扫描的液晶相控阵，其特征在于，所述液晶...
【专利技术属性】
技术研发人员：杜大明，钱正芳，朱华，范姝婷，彭捷竣，梁豪，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：
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