一种基于液晶移相器的平面透镜结构的制作方法

1.本发明涉及天线透镜技术领域，具体涉及一种平面透镜结构，尤其是一种基于液晶移相器的的平面透镜结构。


背景技术：

2.传统的天线透镜结构是一种结构简单，效率较高，介质加载的立体透镜结构。由于馈源发出的电磁波是球面波，需要通过不同介电常数的不同介质的组合结构或同一介质的不同密度的组合透镜结构进行相位矫正，将球面波变为平面波，以达到提高增益的目的。这种立体加载的透镜结构往往受加工工艺，尺寸，材料的限制而无法得到灵活应用，尤其是在对空间尺寸要求较为严格的使用环境下。近年来，随着科学技术的不断发展，平面透镜结构渐渐得到大范围应用，相比于立体透镜结构，平面透镜结构占用的空间更小，设计更灵活，价格往往也更低。但是这种平面透镜结构仍然存在着工作带宽窄，无法进行波束扫描等遗憾。
3.另一方面，传统的固定波束指向天线只能将波束指向固定方向，如透镜天线。在有波束扫描需求的应用场景下，如动中通卫星通信，雷达等应用场景，只能通过机械伺服转台系统或者更换为电子扫描的相控阵天线来实现波束扫描的目的，前者需要额外增加一套复杂且笨重的伺服系统，后者的价格往往十分昂贵。而像带有伺服系统的喇叭阵列天线，以及基于平行板波导的victs(variably inclined continuous transverse stub，可变倾角连续断面节阵列)天线、基于旋转相位面的波束扫描平面天线等简易相控阵天线，虽然也在一定程度上降低了使用成本，但它们依然存在着轮廓高，以及带有机械的旋转结构等问题，限制了其使用场景，也不利于大规模应用。
4.现有技术中存在工作带宽窄，无法进行电子波束扫描等问题，一种工作频带灵活，轮廓低，成本低且易于集成的电子波束扫描的平面透镜结构变得很有必要。


技术实现要素：

5.为此，本发明提供一种平面透镜结构，以解决现有技术中天线透镜占用空间大，不能进行电子波束扫描，无法在低轮廓场景中使用，且价格昂贵等问题。
6.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.根据本发明，提供了一种基于液晶移相器的平面透镜结构，包括液晶移相器结构和贴片结构；
8.所述液晶移相器结构包括由上向下依次设置的第一顶层基板结构，第一底层基板结构以及位于两基板间的液晶盒内移相结构，所述第一顶层基板结构的下表面是液晶移相器的地板层，所述第一底层基板的上表面是液晶移相器的枝节层；
9.所述贴片结构设置于所述第一顶层基板的上表面和所述第一底层基板的下表面，用来将自由空间中的电磁波信号接收到移相器内或将移相器内的电磁波信号发射到自由空间中。
10.进一步地，平面透镜结构为双极化的平面透镜结构。
11.进一步地，双极化的平面透镜结构包括第一顶层基板，第一底层基板，可变电容移相器结构，第一底层辐射贴片和第一顶层辐射贴片，其中，所述第一顶层辐射贴片设置于所述第一顶层基板的上表面，所述第一底层辐射贴片设置于所述第一底层基板的下表面，所述可变电容移相器结构设置于所述第一顶层基板和第一底层基板之间。
12.进一步地，双极化的平面透镜结构还包括第一垂直极化的耦合孔、第一水平极化的耦合孔、第二垂直极化的耦合孔和第二水平极化的耦合孔，其中，所述第一垂直极化的耦合孔和第一水平极化的耦合孔以及所述第二垂直极化的耦合孔和第二水平极化的耦合孔均设置于所述第一顶层基板和所述可变电容移相器结构之间，且位于所述可变电容移相器结构的地板层上。
13.进一步地，所述可变电容移相器结构的数量为两个，均设置于液晶盒的内部。
14.进一步地，所述可变电容移相器结构包括液晶移相器，所述液晶移相器为基于枝节可变电容结构，形式为单级枝节形式，多级枝节形式或者单多级复合结构形式。
15.进一步地，所述液晶移相器包括开孔图案和可变电容器的金属枝节图案，所述开孔图案和所述可变电容器的金属枝节图案均设置于液晶盒的内部，且分别位于所述液晶盒的上基板内表面和下基板内表面，并一一对应。
16.进一步地，所述平面透镜结构的数量为一个或者多个，当所述平面透镜结构的数量为多个时，多个所述平面透镜结构呈叠层状态。
17.进一步地，所述贴片结构的形式为贴片形式、缝隙形式或者阵子形式。
18.进一步地，所述第一顶层基板材质为玻璃、塑料、陶瓷或pcb板，所述第一底层基板的材质为玻璃、塑料、陶瓷或pcb板。
19.本发明具有如下优点：
20.本发明中的平面透镜结构通过由上向下依次设置的顶层透波结构，底层透波结构以及移相结构，可以进行电子波束扫描，另外，平面透镜结构可以通过显示面板的生产线进行低成本大批量生产，可大大降低了天线透镜结构的成本，也使得天线的设计和使用更加灵活，极大的扩展了使用环境，有利于大规模推广使用，具有生产成本低、轮廓低，设计及使用灵活，可进行电子波束扫描等特点。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引申获得其它的实施附图。
22.本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
23.图1为根据一示范性实施例示出的一种平面透镜结构的结构示意图；
24.图2为根据一示范性实施例示出的一种平面透镜结构的结构示意图；
25.图3为根据一示范性实施例示出的一种平面透镜的单元的结构示意图；
26.图4为根据一示范性实施例示出的一种液晶移相器的结构示意图；
27.图5为根据另一示范性实施例示出的一种液晶移相器的结构示意图；
28.图6为根据另一示范性实施例示出的一种液晶移相器的结构示意图；
29.图7为根据另一示范性实施例示出的一种液晶移相器的结构示意图；
30.图8为根据另一示范性实施例示出的一种液晶移相器的结构示意图；
31.图9为根据一示范性实施例示出的一种平面透镜天线叠层的结构示意图；
32.图10为根据一示范性实施例示出的一种正交双极化的平面透镜结构的结构示意图。
具体实施方式
33.以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
34.根据本发明实施例，提供了一种基于液晶移相器的平面透镜结构，如图1至图10所示，
35.包括液晶移相器结构2和贴片结构1；
36.所述液晶移相器结构2包括第一顶层基板结构，第一底层基板结构以及位于二者之间的液晶盒内移相结构，所述第一顶层基板结构的下表面是液晶移相器的地板层，所述第一底层基板的上表面是液晶移相器的枝节层；
37.所述贴片结构1设置于第一顶层基板的上表面和第一底层基板的下表面，用来将自由空间中的电磁波信号接收到移相器内或将移相器内的电磁波信号发射到自由空间中。
38.所述贴片结构1包括顶层透波结构和底层透波结构，实现信号发射和接收功能。
39.所述顶层透波结构包括顶层21和支撑基板22，所述顶层21设置于所述支撑基板22的上表面。
40.所述底层透波结构包括底层27和底层基板26，所述底层27设置于所述底层基板26的下表面。
41.液晶移相器结构2包括液晶移相器24，所述液晶移相器24为基于枝节可变电容结构，形式为单级枝节形式，多级枝节形式或者单多级复合结构形式。枝节形状可可以是直线型枝节，也可以是曲线型枝节，也可以是折线型枝节，还可以是复杂图案型如鹿角形、雪花形、菱形、环形、格栅形等具有分形特性的任意形状枝节。
42.液晶移相器结构2还包括液晶盒28，所述液晶盒28设置于所述支撑基板22和所述底层基板26之间。
43.耦合孔包括第一耦合缝隙23和第二耦合缝隙25，所述第一耦合缝隙23和所述第二耦合缝隙25均设置于所述支撑基板22和所述液晶盒28的连接处，且所述第一耦合缝隙23和所述第二耦合缝隙25沿着所述支撑基板22的长度方向间隔交替设置。图2中，第一耦合缝隙23的数量为四个，第二耦合缝隙25的数量为四个，第一耦合缝隙23和第二耦合缝隙25可以相同，也可以不同。
44.支撑基板22和底层基板26可以是玻璃材质，也可以是塑料材质或者陶瓷材质、还可以是pcb(printed circuit board，印刷电路板)材质。
45.所述液晶移相器包括开孔图案41和可变电容器的金属枝节图案42，所述开孔图案41和所述可变电容器的金属枝节图案42均设置于所述液晶盒28的内部，且分别位于所述液晶盒28的上基板内表面和下基板内表面，并一一对应。其中，开孔图案41位于金属地板层，可变电容器的金属枝节图案42位于金属地板层对应的走线层。
46.基于液晶移相器的平面透镜结构的数量为一个或者多个，当平面透镜结构的数量为多个时，多个平面透镜结构呈叠层状态。如图9所示，平面透镜天线包括第一喇叭天线馈源结构50，第一喇叭天线馈源结构50为可以去掉的结构，第一平面透镜结构51，第二平面透镜结构52和第三平面透镜结构53，其中，第一平面透镜结构51，第二平面透镜结构52和第三平面透镜结构53呈叠层分布，第一平面透镜结构51，第二平面透镜结构52和第三平面透镜结构53可相同或者不同，通过这种叠层结构，可以使每一层的液晶移相器的移相量降低，以本示意图为例，每一层的平面透镜结构只需要保证移相量程大于120度就可以使得整个叠层满足360度移相需求。
47.所述顶层透波结构的形式为贴片形式、缝隙形式或者阵子形式，所述底层透波结构的形式为贴片形式、缝隙形式或者阵子形式。顶层透波结构和底层透波结构还可以是任意可以良好传输电磁信号的其他结构形式。可以是单层的，也可以是多层的，还可以是多级平面扩展的。极化方式应与馈源的极化方式一致。
48.所述顶层透波结构的极化方式包括正交极化、线极化和圆极化。
49.基于液晶移相器的平面透镜结构由多个平面透镜的单元组成，平面透镜的单元包括顶层辐射贴片31，顶层玻璃基板32，第三耦合缝隙33，可变电容液晶移相器34，第四耦合缝隙35，底层玻璃基板36，底层辐射贴片37和液晶层38，平面透镜结构由若干个这样的平面透镜的单元周期排列而成。第三耦合缝隙33和第四耦合缝隙35可以相同，也可以不相同。
50.正交双极化的平面透镜结构包括第一顶层基板61，第一底层基板62，可变电容移相器结构63，第一底层辐射贴片64，第一垂直极化的耦合孔65，第一水平极化的耦合孔66，第二垂直极化的耦合孔67，第一顶层辐射贴片68和第二水平极化的耦合孔69。
51.所述第一顶层辐射贴片68设置于所述第一顶层基板61的上表面，所述第一底层辐射贴片64设置于所述第一底层基板62的下表面，所述可变电容移相器结构63设置于所述第一顶层基板61和第一底层基板62之间。
52.所述第一垂直极化的耦合孔65、第一水平极化的耦合孔66以及所述第二垂直极化的耦合孔67和第二水平极化的耦合孔69均设置于所述第一顶层基板61和所述可变电容移相器结构63之间，且位于所述可变电容移相器结构63的地板层上。所述可变电容移相器结构63的数量为两个，均设置于液晶盒的内部。
53.当作为发射天线使用时，垂直极化的电磁波由第一底层辐射贴片64通过第一垂直极化的耦合孔65到达液晶盒内的可变电容移相器结构63，移相后经过第二垂直极化耦合孔67馈电给第一顶层辐射贴片68，辐射出去垂直极化的电磁波；水平极化的电磁波由第一底层辐射贴片64通过第一水平极化耦合孔66到达液晶盒内，经过移相器移相后由第二水平极化耦合孔69馈电给第一顶层辐射贴片68，辐射出去水平极化波。
54.这两种不同极化方向的电磁波可以是相同指向的波束，也可以是不同指向的波
束，作为接收天线使用时亦然。另外，这一结构还可以作为一收一发来使用。此外，还可以将第一顶层辐射贴片68切角或在移相器与第一顶层辐射贴片68之间增加3db电桥结构使正交双极化的平面透镜结构具有可变线极化的功能。
55.对于单线极化的平面透镜天线来说，仅需要保证平面透镜结构的顶层透波结构的极化方式与所需极化方式一致即可，喇叭天线馈源结构的极化方式与底层透波结构的极化方式保持一致，可以与顶层透波结构的极化方式相同，也可以不同，达到良好馈电目的即可。
56.对于双线极化透镜天线来说，仅需保证顶层透波结构的两个线极化方式与所需极化方式一致即可。喇叭天线馈源结构的双线极化与底层透波结构的双线极化保持一致，可以与顶层透波结构的极化方式相同，也可以不同，达到良好馈电目的即可。这里的双线极化可以是同频，也可以是不同频。
57.对于单圆极化天线来说，仅需保证顶层透波结构的极化方式与所需极化方式一致即可，喇叭天线馈源结构的极化方式与底层透波结构的极化方式一致，可以是线极化结构，也可以是圆极化结构。顶层透波结构的圆极化方式可以是带有圆极化特性的切角圆极化贴片，也可以是带有90度3db耦合器结构的圆极化贴片，还可以是其他形式的圆极化贴片。底层透波结构的极化形式依据具体的馈电方式而定。
58.对于双圆极化天线来说，喇叭天线馈源结构是双线极化的，底层透波结构与喇叭天线馈源结构的极化形式相同。在透波结构中，移相器结构与顶层透波结构之间加入3db电桥结构，这样使得每一个移相器可以单独控制一路圆极化电磁波，从而实现双圆极化波束扫描的功能。
59.对于单线极化跟踪天线来说，喇叭天线馈源结构可以是单线极化的，当喇叭天线馈源结构是单线极化时，底层透波结构的极化形式与喇叭天线馈源结构一致，也是单线极化，顶层透波结构为双圆极化，该双圆极化主要通过在移相器端与顶层辐射端增加3db电桥结构来实现，移相器端与底层透波结构通过一个一分二的功分器连接。
60.虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。