一种天线的制作方法

1.本发明实施例涉及通信技术领域，尤其涉及一种天线。


背景技术：

2.液晶天线是将传统微带贴片天线和液晶材料结合而成的新型可重构天线系统，液晶天线基于液晶分子各向异性的特点，利用电信号控制液晶分子的排列，从而改变各移相器单元的微波介电参数，藉以控制各移相器单元中微波信号的相位，最终实现天线辐射波束指向的控制，可应用于卫星通信、5g毫米波基站等场景。
3.现有的液晶天线，馈电网络与微带线直接电连接，以向微带线传输射频信号，但是，微带线还常作为液晶偏置电极来驱动液晶分子偏转，若馈电网络与微带线直接电连接，会偏置电压在各个微带线之间串扰。


技术实现要素：

4.本发明提供一种天线，以在实现馈电网络与微带线之间射频信号传输的同时，避免偏置电压在各个微带线之间串扰。
5.本发明实施例提供了一种天线，包括：
6.第一基板以及设置于第一基板一侧的微带线；
7.馈电网络，沿第一方向，微带线与馈电网络无交叠；其中，第一方向垂直于第一基板所在平面；
8.第一接地电极，第一接地电极上设置有多个第一镂空结构，沿第一方向，第一镂空结构分别与微带线以及馈电网络交叠；
9.电致介电层，位于微带线背离第一基板的一侧。
10.本发明实施例提供的天线，通过设置微带线与馈电网络沿垂直于第一基板所在平面的方向(第一方向)无交叠，可使微带线与馈电网络不直接连接，进一步地，通过在第一接地电极上设置多个第一镂空结构，并沿第一方向，使第一镂空结构分别与微带线与馈电网络交叠，从而可以利用第一镂空结构将馈电网络上的射频信号耦合至微带线，实现射频信号的传输，此外，由于微带线与馈电网络未直接连接，因而可以避免偏置电压在各个微带线之间串扰。
附图说明
11.图1是本发明实施例提供的一种天线的俯视结构示意图；
12.图2是沿图1中aa’截取的天线的一种剖面结构示意图；
13.图3是沿图1中aa’截取的天线的另一种剖面结构示意图；
14.图4是沿图1中aa’截取的天线的又一种剖面结构示意图；
15.图5是本发明实施例提供的另一种天线的俯视结构示意图；
16.图6是沿图5中aa’截取的天线的一种剖面结构示意图；
17.图7是沿图5中aa’截取的天线的另一种剖面结构示意图；
18.图8是图1中q区域的一种放大结构示意图；
19.图9是图1中q区域的另一种放大结构示意图；
20.图10是图1中q区域的又一种放大结构示意图；
21.图11是本发明实施例提供的h型的刻缝对应的带宽示意图；
22.图12是本发明实施例提供的c字型刻缝对应的带宽示意图；
23.图13是图9所示第一镂空结构对应的带宽示意图；
24.图14是本发明实施例提供的又一种天线的俯视结构示意图。
具体实施方式
25.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
26.图1是本发明实施例提供的一种天线的俯视结构示意图，图2是沿图1中aa’截取的天线的一种剖面结构示意图，结合图1和图2，本发明实施例提供的天线100包括第一基板1、微带线2、馈电网络3、第一接地电极4以及电致介电层6；微带线2设置于第一基板1的一侧；沿第一方向z，微带线2与馈电网络3无交叠；其中，第一方向z垂直于第一基板1所在平面；第一接地电极4上设置有多个第一镂空结构41，沿第一方向z，第一镂空结构41分别与微带线2以及馈电网络3交叠；电致介电层6位于微带线2背离第一基板1的一侧。
27.其中，微带线2用于传输射频信号，射频信号可在电致介电层6中传输，通过改变电致介电层6的介电常数，可以改变射频信号的相位，实现射频信号的移相功能，进而实现天线辐射波束指向的控制。
28.可选电致介电层6包括液晶。通过电场控制液晶的偏转，可使液晶分子的介电常数发生改变，进而改变射频信号的相位。本实施例中，可选在微带线2上施加偏置电压，使微带线2与对置电极(如图2中第一接地电极4)之间形成电场，进而控制液晶的偏转角度，改变液晶分子的介电常数，从而实现移相的目的。
29.进一步的，第一基板1上可以设置有至少一个微带线2，一个微带线2对应一个移相器单元，移相器单元包括上述微带线2、电致介电层6以及对置电极，根据上述描述，移相器单元可以实现微带线2上传输的射频信号的移相功能。换而言之，天线100可以包括一个或多个移相器单元，每个移相器单元用于实现对应微带线2上传输的射频信号的移相功能，当天线包括多个移相器单元时，可以同时对多个微带线2上传输的射频信号进行移相。
30.示例性的，图1以第一基板1上设置有四个微带线2为例进行示意，在其他实施例中，本领域技术人员可以根据实际需求对微带线2的数量进行设置，本发明实施例对此不作限定。此外，当第一基板1上设置有多个微带线2时，多个微带线2可以参照图1呈阵列排布，也可以是其他任意排布方式，本发明实施例对第一基板1上微带线2的布局亦不作限定。还需要说明的是，图1仅以微带线2为螺旋形为例进行示意，在其他实施例中，微带线2的形状还可以是蛇形或者本领域技术人员可知的任意形状，本发明实施例对此不作限定。
31.本实施例中，馈电网络3用于向微带线2传输射频信号。如1所示，馈电网络3可呈树枝状分布且包括多个分支，一个分支为一个微带线2提供射频信号。由于微带线2上施加有
偏置电压，若将馈电网络3与微带线2直接电连接，使各个微带线2通过馈电网络3连通，将会导致偏置电压在各个微带线2之间串扰，进而影响电致介电层6的介电常数，影响移相器单元的移相功能。
32.参见图1和图2，为解决此问题，本实施例设置微带线2与馈电网络3在第一方向z上无交叠，即设置微带线2与馈电网络3无直接连接，因而可以避免偏置电压在各个微带线2之间串扰。进一步地，通过设置第一接地电极4，并在第一接地电极4上设置多个第一镂空结构41，沿第一方向z使第一镂空结构41分别与微带线2与馈电网络3交叠，从而可以利用第一镂空结构41将馈电网络3上的射频信号耦合至微带线2，实现将射频信号传输至微带线2。需要说明的是，参照图2，天线100还包括位于电致介电层6背离第一基板1一侧的第二基板5，若将馈电网络3设置于第二基板5上，虽然不存在偏置电压串扰的问题，但馈电网络3设置于第二基板5时会因馈电网络3存在电磁辐射泄露而对天线方向图产生影响，因此，本实施例中馈电网络3设置于第一基板1上。关于馈电网络3与微带线2的相对位置关系结合后续实施例详细说明，在此暂不作过多说明。
33.还需要说明的是，图2仅以第一接地电极4设置于第二基板5上为例进行示意，在其他实施例中，第一接地电极4还可以设置于第一基板1上，后续作详细说明。
34.本发明实施例提供的天线，通过设置微带线与馈电网络沿垂直于第一基板所在平面的方向(第一方向)无交叠，可使微带线与馈电网络不直接连接，进一步地，通过在第一接地电极上设置多个第一镂空结构，并沿第一方向，使第一镂空结构分别与微带线与馈电网络交叠，从而可以利用第一镂空结构将馈电网络上的射频信号耦合至微带线，实现射频信号的传输，此外，由于微带线与馈电网络未直接连接，因而可以避免偏置电压在各个微带线之间串扰。
35.在上述实施例的基础上，下面结合第一接地电极4的不同设置位置对天线的结构作进一步详细说明。
36.继续参见图2，可选天线100还包括第二基板5，第二基板5位于电致介电层6背离第一基板1的一侧；第一接地电极4位于第二基板5上。
37.如图2所示，当第一接地电极4位于第二基板5上时，馈电网络3上的射频信号可以在电致介电层6中传输并通过第一接地电极4上的第一镂空结构41耦合、并在电致介电层6中传输至对应的微带线2上，实现射频信号利用第一镂空结构41从馈电网络3传输至微带线2上。
38.另外，当第一接地电极4位于第二基板5上时，第一接地电极4还可以作为微带线2的对置电极，与微带线2形成电场，以控制液晶的偏转，调整液晶分子的介电常数，实现对射频信号的移相功能。本实施例中，通过将第一接地电极4设置于第二基板5上，有利于简化天线的制备工艺，实现天线的薄型化设计。
39.进一步的，参见图1和参见图2，可选天线100还包括辐射电极7，辐射电极7位于第二基板5背离第一接地电极4的一侧；第一接地电极4上还设置有多个第二镂空结构42，沿第一方向z，第二镂空结构42与微带线2以及辐射电极7交叠。
40.具体的，如图2所示，沿第一方向z，微带线2和辐射电极7均与第二镂空结构42交叠，如此，在通过微带线2与第一接地电极4形成的电场驱动液晶分子偏转，控制液晶分子的介电常数改变，对微带线2上传输的射频信号进行移相后，可使射频信号经由第二镂空结构
42耦合至辐射电极7，通过辐射电极7向外辐射信号。
41.参照图1，可选辐射电极7与微带线2一一对应设置，不同微带线2所对应的辐射电极7之间相互绝缘设置。
42.继续参见图2，可选馈电网络3与微带线2位于第一基板1的同一侧。如此，馈电网络3和微带线2可以通过同一制备工序形成，简化制备工序，提高生产效率。
43.当然，图2所示结构并非限定，图3是沿图1中aa’截取的天线的另一种剖面结构示意图，参见图3，在其他实施例中，可选馈电网络3与微带线2位于第一基板1的相对两侧。通过将馈电网络3与微带线2分别设置于第一基板1的相对两侧，当两者在第一基板1所在平面上的垂直投影距离较近时，也可保证两者不会直接连接，有利于降低工艺难度。
44.示例性的，以电致介电层6为液晶为例，图1和图2所示天线的工作原理如下：当天线发射信号时，高频信号可以从信号引入棒31传输到馈电网络3，馈电网络3通过各第一镂空结构41将高频信号耦合至各微带线2，由于微带线2与第一接地电极4之间形成有垂直电场，液晶分子在垂直电场下发生偏转，高频信号在微带线2上传输的同时，液晶对高频信号的影响会对高频信号的相位产生一定的改变，然后通过第二镂空结构42耦合到辐射电极7，最后由辐射电极7辐射出去。当天线接收信号时，辐射电极7接收高频信号，然后通过第二镂空结构耦合到微带线2，由于微带线2与第一接地电极4之间形成有垂直电场，液晶分子在垂直电场下发生偏转，高频信号在微带线2上传输的同时，液晶对高频信号的影响会对高频信号的相位产生一定的改变，最后，由微带线2耦合至馈电网络3，通过馈电网络3将高频信号传输至信号引入棒31。需要说明的是，当电致介电层6为其它电致介电变化材料时，天线的工作原理可参照液晶天线理解，此处不再赘述。
45.图4是沿图1中aa’截取的天线的又一种剖面结构示意图，参见图4，可选天线100还包括第二接地电极81，第二接地电极81位于微带线2以及馈电网络3背离第二基板5的一侧。
46.通过在微带线2以及馈电网络3背离第二基板5的一侧设置第二接地电极81，可以通过第二接地电极81将馈电网络3和微带线2向背离第二基板5一侧泄露的射频信号反射回去，降低射频信号的能量损失，提高天线性能。
47.需要说明的是，图4仅以微带线2与馈电网络3同层设置时，第二接地电极81设置于微带线2以及馈电网络3背离第二基板5的一侧为例进行示意。当馈电网络3与微带线2位于第一基板1的相对两侧(如图3)时，可选第二接地电极81设置于馈电网络3背离微带线2的一侧，并且馈电网络3与第二接地电极81之间设置有绝缘层。
48.综上，上述实施例基于第一接地电极4设置于第二基板5上，对天线100的结构做了详细说明。
49.下面，基于第一接地电极4设置于第一基板1上，对天线的结构做如下说明。
50.图5是本发明实施例提供的另一种天线的俯视结构示意图，图6是沿图5中aa’截取的天线的一种剖面结构示意图，参见图5和图6，可选天线100还包括第二基板5、第二接地电极82和绝缘层9，第二基板5位于电致介电层6背离第一基板1的一侧；第二接地电极82位于第二基板5上；第一接地电极4位于第一基板1背离微带线2的一侧；绝缘层9位于第一接地电极4背离第一基板1的一侧；馈电网络3位于绝缘层9背离第一接地电极4的一侧。
51.如图5和图6所示，本实施例中，第一接地电极4位于第一基板1背离微带线2的一侧，绝缘层9位于第一接地电极4背离第一基板1的一侧，馈电网络3位于绝缘层9背离第一接
地电极4的一侧，沿第一方向z，第一接地电极4上的第一镂空结构41分别与微带线2和馈电网络3交叠，如此，馈电网络3上的射频信号可以在绝缘层9和第一基板1中传输，并通过第一镂空结构41耦合至微带线2上，实现将射频信号传输至微带线2上。另外，本实施例中，馈电网络3与微带线2分别位于第一基板1的相对两侧，如此设置，当两者在第一基板1所在平面上的垂直投影距离较近时，也可保证两者不会直接连接，有利于降低工艺难度。
52.此外，本实施例中，第二接地电极82位于第二基板5上，可以作为微带线2的对置电极，与微带线2形成电场，以控制液晶的偏转，调整液晶分子的介电常数，实现对射频信号的移相功能。而且，在第一镂空结构41在第二基板5的投影位置处，第二接地电极82还可以将馈电网络3向朝向第二基板5一侧泄露的射频信号反射回去，降低射频信号的能量损失，提高天线性能。
53.此外，天线100还包括辐射电极7，继续参见图6，本实施例中，辐射电极7位于第二基板5背离第二接地电极82的一侧，第二接地电极82上设置有多个第二镂空结构821，沿第一方向z，第二镂空结构821与微带线2以及辐射电极7交叠。
54.具体的，如图6所示，沿第一方向z，微带线2和辐射电极7均与第二镂空结构821交叠，如此，在通过微带线2与第二接地电极82形成的电场驱动液晶分子偏转，控制液晶分子的介电常数改变，对微带线2上传输的射频信号进行移相后，可使射频信号经由第二镂空结构821耦合至辐射电极7，通过辐射电极7向外辐射信号。
55.图6所示结构并非限定，图7是沿图5中aa’截取的天线的另一种剖面结构示意图，参见图7，在其他实施例中，可选天线100还包括第二基板5和第二接地电极82，第二基板5位于电致介电层6背离第一基板1的一侧，第二接地电极82位于第二基板5上，微带线2和馈电网络3均位于第一基板1的同一侧，第一接地电极4位于第一基板1背离微带线2的一侧。如此设置，同样可以通过第一镂空结构41将馈电网络3上的射频信号耦合至微带线2上，实现将射频信号传输至微带线2上。
56.另外，本实施例中，微带线2和馈电网络3同层设置，二者可以通过一道工序制备，有利于减少工艺流程。
57.此外，本实施例中，由于第二接地电极82上无需设置第一镂空结构，设置第一镂空结构41的第一接地电极4位于第一基板1背离微带线2的一侧，因而可使辐射电极7距离第一镂空结构41较远，避免射频信号从第一镂空结构41泄露后干扰天线发送的经过移相后的信号。
58.同上，继续参见图7，天线100还包括辐射电极7，辐射电极7位于第二基板5背离第二接地电极82的一侧；第二接地电极82上设置有多个第二镂空结构821，沿第一方向z，第二镂空结构821与微带线2以及辐射电极7交叠，以在对射频信号进行移相后，使射频信号经由第二镂空结构821耦合至辐射电极7，通过辐射电极7向外辐射信号。
59.综上，上述实施例基于第一接地电极4位于第一基板1上，对天线100的结构做了详细说明，本领域技术人员可以根据实际需求设置第一接地电极4的位置，本发明实施例对此不作限定。
60.在上述实施例的基础上，下面对第一镂空结构41的具体结构做如下说明。
61.如图1或图5所示，可选的，第一镂空结构41包括至少一个刻缝。
62.通过在第一接地电极4上刻缝的方式形成第一镂空结构41，可以形成耦合谐振器，
将馈电网络3上的射频信号耦合至微带线2上，避免馈电网络3与微带线2直接连接导致偏置电压在微带线2之间串扰。
63.图1
‑
图7以第一镂空结构41包括一个刻缝为例进行示意，在其他实施例中，参见图8，图8是图1中q区域的一种放大结构示意图，第一镂空结构41可以包括多个刻缝，图8以第一镂空结构41包括3个刻缝为例进行，分别为第一刻缝411、第二刻缝412和第三刻缝413。
64.继续参见图8，刻缝的长度为l，宽度为w，可选刻缝的长度l满足宽度w满足其中，λ
g
为刻缝对应的信号的工作波长，f为刻缝对应的信号的频率，c为光速，∈为电致介电层的等效介电常数，n为正整数。
65.具体的，为实现射频信号的传输，刻缝的长度l与对应射频信号的工作波长λ
g
需要满足即刻缝的长度l应为二分之一工作波长的整数倍。考虑到误差，故有
66.关于刻缝的宽度w，除满足上述范围以外，当第一接地电极4位于第二基板5上时，可选宽度w相对较小，例如可以小于长度l的十分之一，以避免过多的射频信号从刻缝泄漏，影响天线主体辐射的信号；当第一接地电极4位于第一基板1上时，因为射频信号要穿过第一基板1，可选宽度w相对较大，例如可以大于长度l的十分之一，以增加穿透的能量，使射频信号更容易耦合至微带线2上。
67.此外，射频信号的工作波长与射频信号的频率对应，可选第一镂空结构41包括多个长度不同的刻缝，如图8中的第一刻缝411、第二刻缝412和第三刻缝413，由于第一刻缝411、第二刻缝412和第三刻缝413的长度不同，因此，第一刻缝411、第二刻缝412和第三刻缝413对应的谐振频率不同，从而可以增加天线辐射信号的带宽。
68.需要说明的是，图8仅以刻缝为直线型为例进行示意，在其他实施例中，可选刻缝呈h型、c字型、z字型、l型或螺旋形。
69.图9是图1中q区域的另一种放大结构示意图，图10是图1中q区域的又一种放大结构示意图，参见图9和图10，可选第一镂空结构41包括至少两个刻缝，同一第一镂空结构41中各刻缝的形状不同。
70.图9以第一镂空结构41包括3个刻缝为例进行示意，如图9所示，第一刻缝411和第三刻缝413为c字型，第二刻缝412为h型。需要说明的是，c字型的刻缝的长度等于图9中第一刻缝411内的带箭头的直线的长度。h型的刻缝的长度等于图9中第二刻缝412内的带箭头的直线的长度，此为h型的刻缝的有效长度。
71.图10以第一镂空结构41包括3个刻缝为例进行示意，如图10所示，第一刻缝411和第三刻缝413为l型，第二刻缝412为z字型。需要说明的是，l型的刻缝的长度等于图10中第一刻缝411内的带箭头的直线的长度。z字型的刻缝的长度等于图10中第二刻缝412内的带箭头的直线的长度。
72.螺旋形的刻缝在此不再示意，从图9和图10可以看出，设置h型、c字型、z字型、l型或螺旋形的刻缝，可以减小刻缝沿微带线2与馈电网络3的相对排列方向上所占用的空间尺
寸，通过调整刻缝中各个刻缝段的长度，可使整个刻缝占用的空间面积更均匀，便于布设。
73.继续参见图9和图10，可选的，同一第一镂空结构41中，至少一个刻缝至少部分围绕另外一个刻缝。
74.如图9所示，第二刻缝412的上半部分围绕第一刻缝411，第二刻缝412的下半部分围绕第三刻缝413。如图10所示，第二刻缝412的上半部分围绕第一刻缝411，第二刻缝412的下半部分围绕第三刻缝413。如此，可使第一镂空结构41中的刻缝相互嵌套，使刻缝的排布更加紧凑，减小占用空间。此外，还可使第一镂空结构41中的刻缝具有不同的长度，从而达到上述增大带宽的效果。
75.示例性的，图9中，h型的第二刻缝412的长度大于c字型的第一刻缝411和第三刻缝413的长度，因此，由第二刻缝412构成的耦合谐振器对应低频谐振点，由第一刻缝411或第三刻缝413构成的耦合谐振器对应高频谐振点，通过适当调整h型刻缝和c字型刻缝的尺寸，两者叠加后，可在需要的频率点具有较大带宽，实现增大带宽的效果。
76.示例性的，图10中，z字型的第二刻缝412的长度大于l型的第一刻缝411和第三刻缝413的长度，因此，由第二刻缝412构成的耦合谐振器对应低频谐振点，由第一刻缝411或第三刻缝413构成的耦合谐振器对应高频谐振点，通过适当调整z字型刻缝和l型刻缝的尺寸，两者叠加后，可在需要的频率点具有较大带宽，实现增大带宽的效果。
77.需要说明的是，图9和图10中刻缝的嵌套方式仅为示意，并非限定，在其他实施例中，还可以是h型的刻缝嵌套l型的刻缝，或者z字型的刻缝嵌套c字型的刻缝，或者其他嵌套方式。此外，本发明实施例对刻缝的嵌套层数亦不做限定，例如，在图9的基础上，c字型的第一刻缝411还可以再嵌套c字型的刻缝或l型的刻缝。
78.以图9为例，同一第一镂空结构包括多个不同长度的刻缝可以增大带宽的原理解释如下：
79.图11是本发明实施例提供的h型的刻缝对应的带宽示意图，示出了第一镂空结构仅包括h型刻缝时的带宽，h型刻缝的长度与图9中h型刻缝的长度一致。图11中，横坐标为频率f，纵坐标为缝隙耦合结构的回波损耗s11，回波损耗s11越小，表明微波能量损耗越小，能量从馈电网络耦合至移相器微带线越多，天线性能越好。通常，工程中认为s11≤
‑
10db时，天线性能满足使用要求。如图11中所示，满足工程使用要求的频率范围为f1
‑
f2，该频率范围即为h型刻缝对应的带宽。频率属于该带宽范围内的射频信号可以从馈电网络经刻缝耦合至微带线，再经过移相后从辐射电极向外辐射。
80.图12是本发明实施例提供的c字型刻缝对应的带宽示意图，示出了第一镂空结构仅包括c字型刻缝时的带宽，c字型刻缝的长度与图9中c字型刻缝的长度一致。如图12所示，c字型刻缝对应的带宽即为f3
‑
f4。参照上文描述可以理解的，由于图9中c字型刻缝的长度小于h型刻缝的长度，因此，c字型刻缝的工作频率大于h型刻缝的工作频率。
81.图13是图9所示第一镂空结构对应的带宽示意图。参见图13，由于第一镂空结构同时包括长度不同的h型刻缝和c字型刻缝，因此，整体频段范围为二者频段范围的叠加，即频率范围f1
‑
f4为图9所示第一镂空结构对应的带宽，相较于第一镂空结构包括一个刻缝而言，第一镂空结构的带宽得以增加，换而言之，通过第一镂空结构耦合至微带线的射频信号的频率范围得以增加，因而可使天线辐射信号的带宽(频率范围)增大。图8和图10所示方案能够增大带宽的原理与图9相同，在此不再赘述，仅以图9所示方案为例进行说明。
82.需要说明的是，上述实施例中，第一镂空结构41与微带线2一一对应，该结构仅为示意，并非限定，在其他实施例中，可选至少两个微带线2与一个第一镂空结构41对应。示例性的，参见图14，图14是本发明实施例提供的又一种天线的俯视结构示意图，图14以两个微带线2对应一个第一镂空结构41为例进行示意。
83.注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整、相互结合和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。