[發(fā)明專利]一種基于液晶介質(zhì)移相器的太赫茲相控陣天線

有效

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• 申請日: 2020-12-10
• 公開（公告）號: CN112510372B
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蔣迪;朱凱;白天明;張唯燚
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號: H01Q3/26
• 分類號: H01Q3/26;H01P1/18
• 代理公司: 北京天奇智新知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11340
• 代理人: 許馳

本發(fā)明涉及一種基于液晶介質(zhì)移相器的太赫茲相控陣天線，它包括多模干涉功分器、液晶介質(zhì)移相器部件和錐形介質(zhì)棒天線結(jié)構(gòu)；所述多模干涉功分器和棒天線分別設(shè)置在所述液晶介質(zhì)移相器部件的兩側(cè)；所述多模干涉功分器通過矩形波導(dǎo)饋電，經(jīng)過所述液晶介質(zhì)移相器部件相位調(diào)制后的射頻信號通過所述錐形介質(zhì)棒天線結(jié)構(gòu)輻射，產(chǎn)生固定方向的輻射方向圖。本發(fā)明的優(yōu)點在于：基于液晶介質(zhì)移相器的1×4太赫茲相控陣采用液晶介質(zhì)移相器、多模干涉功分器以及錐形介質(zhì)棒天線合成一體化的設(shè)計思路，同時利用現(xiàn)有聚苯乙烯微波塑料加工工藝，不再需要單獨的移相器元件，極大地降低了相控陣天線的成本，實現(xiàn)了小型化。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及相控陣天線技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于液晶介質(zhì)移相器的太赫茲相控陣天線。

背景技術(shù)

目前大多數(shù)可用于市場的相控陣天線，是通過混合跟蹤方法控制，天線在仰角平面上電子控制，在方位平面上機(jī)械控制，這些架構(gòu)允許平面陣列的廣角掃描，增益損失可忽略不計。然而，這些天線相對昂貴，由于機(jī)械系統(tǒng)，重量大，占用體積大，對于一些手機(jī)汽車等終端，不僅對天線有性能要求，而且天線的低輪廓和緊湊性也很重要。現(xiàn)有基于硅基CMOS集成的相控陣已經(jīng)被證明可用于太赫茲波段，盡管如此，它們的實際應(yīng)用受到環(huán)境條件的挑戰(zhàn)。

因此，不同的微波材料，包括柔性液晶聚合物和低溫共燒陶瓷(LTCC)，已被用于降低封裝成本并改善，相控陣也可以通過使用可調(diào)電介質(zhì)來實現(xiàn)，例如，已經(jīng)有基于鈦酸鍶鋇的相控陣的研究，該技術(shù)為太赫茲波段以下的頻段提供了相對較高的性能，而由于介電損耗的增加，它們的性能大大降低。

現(xiàn)有傳統(tǒng)的機(jī)械式波束掃描技術(shù)的相控陣天線，其存在頻率波段低、無線通信數(shù)據(jù)率低、定位精度差和掃描精度有限，且其結(jié)構(gòu)與控制復(fù)雜、笨重昂貴和功能單一、掃描系統(tǒng)比較龐大、集成微小化程度低等問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供了一種基于液晶介質(zhì)移相器的太赫茲相控陣天線，可有效解決基于傳統(tǒng)的機(jī)械式波束掃描技術(shù)的相控陣天線中所出現(xiàn)的問題，滿足相控陣?yán)走_(dá)天線與系統(tǒng)中對新型電調(diào)相控陣天線的需求。

本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：一種基于液晶介質(zhì)移相器的太赫茲相控陣天線，它包括多模干涉功分器、液晶介質(zhì)移相器部件和錐形介質(zhì)棒天線結(jié)構(gòu)；所述多模干涉功分器和棒天線分別設(shè)置在所述液晶介質(zhì)移相器部件的兩側(cè)；所述多模干涉功分器通過矩形波導(dǎo)饋電，經(jīng)過所述液晶介質(zhì)移相器部件相位調(diào)制后的射頻信號通過所述錐形介質(zhì)棒天線結(jié)構(gòu)輻射，產(chǎn)生固定方向的輻射方向圖。

進(jìn)一步地，所述液晶介質(zhì)移相器部件包括五個依次排列的基板，在每兩個基板之間設(shè)置有液晶介質(zhì)移相器；在液晶介質(zhì)移相器上下的基板上焊接有偏置電極，所述液晶介質(zhì)移相器與偏置電極接觸實現(xiàn)電路連通。

進(jìn)一步地，所述液晶介質(zhì)移相器包括平行極化鏡像線結(jié)構(gòu)，在其內(nèi)部削出有液晶腔，在液晶腔內(nèi)部放置有液晶，液晶介質(zhì)移相器只與一側(cè)的基板緊貼，以形成介質(zhì)鏡像線結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步地，所述偏置電極通過饋線連接到焊盤上，焊盤焊接在所述基板上；所述偏置電極包括反向階梯阻抗結(jié)構(gòu)的電機(jī)，以防止基板內(nèi)部的寄生模式產(chǎn)生不需要的模式激勵，實現(xiàn)減少耦合并抑制諧振的目的。

進(jìn)一步地，兩個偏置電極之間的間隔為1.25mm，偏置電極的長度為21mm，其內(nèi)部設(shè)計有寬度為0.4mm和0.8mm以及長度為0.15mm和0.25mm的兩個不同寬度和長度的反向階梯阻抗結(jié)構(gòu)，以獲得高帶寬和足夠的模式抑制。

進(jìn)一步地，所述多模干涉功分器一端為錐形結(jié)構(gòu)，以減少寄生輻射；在錐形結(jié)構(gòu)上設(shè)置有單模端口，在多模干涉功分器的另一端設(shè)置有四個終端端口；所述液晶介質(zhì)移相器的一端分別插入到四個終端端口中。

進(jìn)一步地，所述錐形介質(zhì)棒天線陣列包括四根錐形介質(zhì)棒天線；所述液晶介質(zhì)移相器的另一端分別插入到四根錐形介質(zhì)棒天線中。