一种基于液晶的共形可重构透射移相器单元及阵列

本发明涉及通信，尤其涉及一种基于液晶的共形可重构透射移相器单元及阵列。

背景技术：

1、现代电子信息技术的发展的对于天线的高增益、窄波束、宽覆盖范围及共形能力的要求越来越高，可重构波束赋形作为解决上述问题的关键技术正得到广泛的研究。目前，天线中常采用的波束赋形方式为传统相控阵、反射式阵列、全息天线等方式进行波束控制，但这些方式仍存在着一些不足之处。例如，传统相控阵存在馈电结构复杂，馈电线间互耦相应严重等问题，反射阵列则存在馈源遮挡，难共形等问题，全息天线则依赖波的衍射效应存在控制结构复杂及成本高昂等问题。透射阵天线结合了透镜天线的优点，具有波束赋形、高增益、低剖面、易共形、加工成本低、馈电简单的优点，是满足现代多维通信需求的主要方案之一。

2、透射移相器是实现波束赋形及波束扫描的关键器件，通过接受表面对到达单元的信号进行接受，并通过其与辐射面间的延迟线对信号进行移相，并通过辐射面进行发射，对不同角度到达接受面的信号进行相位补偿，使到达各辐射面的信号之间可以相互叠加，宏观上使总波束指向预定角度，进一步通过可重构设计控制移相单元相位补偿量，实现阵列波束可重构功能，拓展天线阵列覆盖范围。

3、现阵列天线常用波束赋形方式有相控阵列、反射阵列及全息天线等，其主要缺点是馈电复杂、馈源遮挡、控制结构复杂及成本高昂等问题，从而不利于共形天线阵列的进一步发展。其次是由于透射阵列波束赋形效果高度依赖移相单元移相精度，传统采用变容二极管，pin二极管，微电子机械开关等作为透射阵列的数控移相器的方法存在移相量离散、移相精度低及插损高等问题，影响了透射阵列波束赋形效果与波束增益，限制了透射型阵列天线的进一步应用。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供了一种基于液晶的共形可重构透射移相器单元，解决了现有技术存在的不足。

2、本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种基于液晶的共形可重构透射移相器单元，它包括从上到下依次为第一介质板、第二介质板、液晶层和第三介质板；

3、在所述第一介质板的上表面印刷有辐射面，在第一介质板和第二介质板之间设置有第一金属地板，在第二介质板的下表面印制有移相器传输线，所述移相器传输线的下表面与液晶层中的液晶接触；通过改变施加于移相器传输线上的偏置电压改变下方液晶介电常数，进而改变相移常数实现移相；在液晶层下表面印制有第二金属地板，在第三介质板的下表面印制有接收面；通过接收面接收自由空间电磁波信号对其进行移相并通过辐射面将移相后的电磁信号发射出去。

4、所述辐射面和接收面均由磁偶极子贴片天线构成，辐射面的磁偶极子贴片天线印制于第一介质板的上表面，并通过金属过孔与第一金属地板相连形成短路边，接收面的磁偶极子贴片天线印制于第三介质板的下表面，并通过金属过孔与第二金属地板相连形成短路边，对表面电流方向进行约束以拓展波束宽度。

5、所述移相器传输线采用螺旋与蛇形混合慢波结构，其线宽采用50欧姆标准阻抗宽度，间距为两倍线宽间距以平衡线间解耦，将电磁波信号约束于移相器传输线上。

6、所述移相器传输线与第二金属地板之间构成一个以液晶为填充介质的电容器，通过给移相器传输线外加偏置电压改变移相器传输线与第二金属地板之间的电场分布，液晶分子随着电场分布进行偏转，条件液晶分子介电常数以改变电容值，进而改变传输过程中电磁波的相移常数实现移相。

7、一种基于液晶的共形可重构透射移相器阵列，它包括多个所述的透射移相器单元，所有透射移相器单元以阵列排布的方式与圆柱共形。

8、接收面位于圆柱的内侧，辐射面位于圆柱的外侧，在距离接收面大于工作波长的位置处设置有馈源，馈源发射电磁信号被接收面接收，通过液晶和移相器传输线实现移相，最终通过辐射面辐射，电磁信号通过各个透射移相器单元使波束叠加方向指向某一特定方向，从而实现波束赋形。

9、本发明具有以下优点：一种基于液晶的共形可重构透射移相器单元，具有相位连续可调、可与柱面共形、节省空间占用等优点，进一步扩展了共形相控阵天线的设计方案与应用方式。

技术特征：

1.一种基于液晶的共形可重构透射移相器单元，其特征在于：它包括从上到下依次为第一介质板(2)、第二介质板(4)、液晶层(6)和第三介质板(8)；

2.根据权利要求1所述的一种基于液晶的共形可重构透射移相器单元，其特征在于：所述辐射面(1)和接收面(9)均由磁偶极子贴片天线构成，辐射面(1)的磁偶极子贴片天线印制于第一介质板(2)的上表面，并通过金属过孔(10)与第一金属地板(3)相连形成短路边，接收面(9)的磁偶极子贴片天线印制于第三介质板(8)的下表面，并通过金属过孔(10)与第二金属地板(7)相连形成短路边，对表面电流方向进行约束以拓展波束宽度。

3.根据权利要求1所述的一种基于液晶的共形可重构透射移相器单元，其特征在于：所述移相器传输线(5)采用螺旋与蛇形混合慢波结构，其线宽采用50欧姆标准阻抗宽度，间距为两倍线宽间距以平衡线间解耦，将电磁波信号约束于移相器传输线(5)上。

4.根据权利要求1所述的一种基于液晶的共形可重构透射移相器单元，其特征在于：所述移相器传输线(5)与第二金属地板(7)之间构成一个以液晶为填充介质的电容器，通过给移相器传输线(5)外加偏置电压改变移相器传输线(5)与第二金属地板(7)之间的电场分布，液晶分子随着电场分布进行偏转，条件液晶分子介电常数以改变电容值，进而改变传输过程中电磁波的相移常数实现移相。

5.一种基于液晶的共形可重构透射移相器阵列，其特征在于：它包括多个如权利要求1-4中任意一项所述的透射移相器单元，所有透射移相器单元以阵列排布的方式与圆柱共形。

6.根据权利要求5所述的一种基于液晶的共形可重构透射移相器阵列，其特征在于：接收面(9)位于圆柱的内侧，辐射面(1)位于圆柱的外侧，在距离接收面(9)大于工作波长的位置处设置有馈源(11)，馈源(11)发射电磁信号被接收面(9)接收，通过液晶和移相器传输线(5)实现移相，最终通过辐射面(1)辐射，电磁信号通过各个透射移相器单元使波束叠加方向指向某一特定方向，从而实现波束赋形。

技术总结本发明涉及一种基于液晶的共形可重构透射移相器单元及阵列，属于通信技术领域，它包括从上到下依次为第一介质板、第二介质板、液晶层和第三介质板；在所述第一介质板的上表面印刷有辐射面，在第一介质板和第二介质板之间设置有第一金属地板，在第二介质板的下表面印制有移相器传输线，所述移相器传输线的下表面与液晶层中的液晶接触；通过改变施加于移相器传输线上的偏置电压改变下方液晶介电常数，进而改变相移常数实现移相；在液晶层下表面印制有第二金属地板，在第三介质板的下表面印制有接收面。本发明具有相位连续可调、可与柱面共形、节省空间占用等优点，进一步扩展了共形相控阵天线的设计方案与应用方式。技术研发人员：胡巍,张辰启,蒋迪,张唯燚,郭志勇,阎波,庄杰,张天良,郑植,张子游,冯奥,王成浩,潘鹏博,杨炜毅,刘扬受保护的技术使用者：电子科技大学技术研发日：技术公布日：2024/6/5