一種移相單元及其構(gòu)成的太赫茲反射式液晶移相器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種移相單元及其構(gòu)成的太赫茲反射式液晶移相器，移相單元包括介質(zhì)基板、電極結(jié)構(gòu)和液晶層，介質(zhì)基板包括相對固定且相互平行的兩塊介質(zhì)基片，電極結(jié)構(gòu)包括兩片微帶貼片電極和一片金屬反射電極，兩片微帶貼片電極分別設(shè)置在兩塊介質(zhì)基片的相對面上，兩片微帶貼片電極呈鏡像對稱布置，金屬反射電極設(shè)置在其中一塊介質(zhì)基片的另一面上，每片微帶貼片電極的兩側(cè)邊分別連接一根金屬連接線，兩塊介質(zhì)基片之間間隙中設(shè)有液晶層；太赫茲反射式液晶移相器包括數(shù)個移相單元，且每個移相單元添加不同的直流偏置電壓。本發(fā)明提高了移相單元的性能，大大提高了移相范圍，同時結(jié)構(gòu)簡單，制作工藝易實現(xiàn)，所需偏置電壓較小，制作成本較低。
【專利說明】
一種移相單元及其構(gòu)成的太赫茲反射式液晶移相器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于太赫茲衛(wèi)星通信、相控陣?yán)走_技術(shù)領(lǐng)域中的元器件技術(shù)領(lǐng)域，具體的說，是涉及一種移相單元及其構(gòu)成的太赫茲液晶移相器。
技術(shù)背景
[0002]由于太赫茲頻段的波長遠小于通常的微波及毫米波波段的波長，其穿透性強，分辨率高，帶寬大等特點，因此具有很好的時間分辨率和空間分辨率。因此太赫茲雷達系統(tǒng)更有利于實現(xiàn)目標(biāo)的高分辨率成像，且物體運動引起的多普勒效應(yīng)更為明顯，更利于檢測目標(biāo)的運動特征。
[0003]移相器作為相控陣天線中的重要組件，其成本、性能直接影響相控陣?yán)走_系統(tǒng)的造價和性能。目如的移相器有依靠材料特性設(shè)計的移相器，如鐵氧體材料;有依靠PIN一■極管或FET場效應(yīng)管開關(guān)來實現(xiàn);還有借助先進工藝技術(shù)的微機電系統(tǒng)(MEMS)移相器和InP基底移相器。
[0004]不同類型的移相器卻有著其制約因素和技術(shù)難度。鐵氧體材料移相器具有優(yōu)良的性能，但是其制造成本昂貴，體積大，又不易集成;而PIN 二極管或者FET開關(guān)移相器功耗較大;半導(dǎo)體開關(guān)的損耗以及線性度等問題抑制了移相器向更高頻率和更高性能的發(fā)展；同時MEMS移相器隨著頻率上升后，器件尺寸減小、器件性能對工藝的敏感度上升；InP移相器由于采用有源器件從而導(dǎo)致了系統(tǒng)噪聲性能惡化。
[0005]因此，研究設(shè)計具有低成本、高性能、制作工藝易實現(xiàn)、易集成的THz移相器對于改進相控陣性能和結(jié)構(gòu)成為重要的研究方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供了一種新型的移相單元及構(gòu)成的太赫茲反射式液晶移相器，其工作頻率在10GHz以上，具有低功耗、低電壓驅(qū)動、連續(xù)可調(diào)等優(yōu)點。
[0007]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
一種移相單元，其特征在于:包括介質(zhì)基板、電極結(jié)構(gòu)和液晶層，所述介質(zhì)基板包括相對固定且相互平行的兩塊介質(zhì)基片，所述電極結(jié)構(gòu)包括兩片微帶貼片電極和一片金屬反射電極，兩片微帶貼片電極分別設(shè)置在兩塊介質(zhì)基片的相對面上，兩片微帶貼片電極呈鏡像對稱布置，金屬反射電極設(shè)置在其中一塊介質(zhì)基片的另一面上，每片微帶貼片電極的兩側(cè)邊分別連接一根金屬連接線，兩塊介質(zhì)基片之間間隙中設(shè)有液晶層。
[0008]所述的一種移相單元，其特征在于:所述每片微帶貼片電極上覆有聚酰亞胺膜。
[0009]所述的一種移相單元，其特征在于:所述液晶層中添加有偏置電壓，并對金屬反射電極做接地處理。
[0010]所述的一種移相單元，其特征在于:所述兩片微帶貼片電極均為金屬電極。
[0011 ]所述的一種移相單元，其特征在于:所述兩塊介質(zhì)基片均為尺寸相同的長方體形結(jié)構(gòu)的石英材料介質(zhì)基片。
[0012]—種太赫茲反射式液晶移相器，其特征在于:包括數(shù)個移相單元，且每個移相單元添加不同的直流偏置電壓。
[0013]本發(fā)明的工作原理是:
基于液晶分子自身的特性，對液晶施加電場會使得平行于液晶分子的介電常數(shù)和垂直于分子長軸方向的介電常數(shù)各不相同，從而表現(xiàn)出介電各向異性。因此通過金屬連接線對兩金屬貼片施加電壓，使兩介質(zhì)基片相對兩側(cè)形成電場，從而使液晶分子發(fā)生一定量的偏轉(zhuǎn)，改變其介電常數(shù)，從而達到對于入射波相位的補償。通過對于不同的移相單元施加不同大小的電壓，可以使液晶分子偏轉(zhuǎn)角度不同，從而得到不同大小的相位補償，從而獲得所需的相位分布。
[0014]本發(fā)明的優(yōu)點是:
本發(fā)明中采用了鏡像對稱的反射微帶電極結(jié)構(gòu)以及金屬反射電極，提高了移相單元的性能，大大提高了移相范圍，同時結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單，制作工藝易實現(xiàn)，所需偏置電壓較小，制作成本較低；本發(fā)明采用電控方式實現(xiàn)不同角度的相位補償，工作頻段可大于100GHz，并且操作簡單，穩(wěn)定性高。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明提供的液晶移相單元的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2為本發(fā)明提供的液晶移相單元剖面圖。
[0017]圖3為本發(fā)明提供的液晶移相單元的側(cè)視圖。
[0018]圖4為本發(fā)明提供的第一層介質(zhì)基片上表面貼片結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖5為本發(fā)明提供的液晶移相單元在頻率為318GHz，320GHz，322GHz時的移相曲線。
[0020]其中，附圖標(biāo)記所對應(yīng)的名稱:1-介質(zhì)基片，2-介質(zhì)基片，3-微帶貼片電極，4-金屬反射電極，5-金屬連接線，6-液晶層，7-聚酰亞胺膜。
【具體實施方式】
[0021]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明進行全面、詳細、完整的闡述。
[0022]一種移相單元，包括兩層介質(zhì)基片、三層金屬電極結(jié)構(gòu)和液晶層，如圖3所示兩層介質(zhì)基片的其長度為L1，寬度為W1，厚度St2。對介質(zhì)基片I和介質(zhì)基片2的相對兩側(cè)制作尺寸為LoXWo的微帶貼片電極3，在兩微帶貼片電極3中間同一位置的兩側(cè)分別設(shè)有一條寬度為d的金屬連接線5，微帶貼片電極3和金屬連接線的厚度均為to。然后在介質(zhì)基片I和介質(zhì)基片2的相對兩側(cè)旋涂聚酰亞胺膜7，然后在兩介質(zhì)基片間隙中灌注厚度為t的液晶層6，液晶層6的周邊用環(huán)氧樹脂密封，液晶分子便會沿著取向?qū)泳o密排列。同時在介質(zhì)基片2的另一側(cè)蒸鍍一層厚度為ti的金屬反射電極4。
[0023]實施例
結(jié)合圖1，一種移相單元，包括介質(zhì)基板、電極結(jié)構(gòu)和液晶層組成。其中，介質(zhì)基板共分兩層，其大小形狀完全相同，且均由石英構(gòu)成，其中介質(zhì)基片I和介質(zhì)基片2的邊長為420μπι，寬為350μπι，厚度為390μπι。介質(zhì)基板表面設(shè)有電極結(jié)構(gòu)，其材料均為Cu/Au，其中介質(zhì)基片I和介質(zhì)基片2相對側(cè)為鏡像結(jié)構(gòu)的偶極子貼片其長為230μπι，寬為35μπι，厚度為0.5μπι;介質(zhì)基片2另一側(cè)為全金屬反射結(jié)構(gòu)4，其長為420μπι，寬為350μπι，厚度為0.5μπι;金屬連接線5的寬度為5μηι。在兩微帶貼片電極3上旋涂聚酰亞胺膜7，邊長為420μηι，寬為350μηι，厚度為0.9μm。在兩介質(zhì)基片1、2中間灌注液晶，所使用液晶型號為GT3-23001，其中液晶層6的長為420μm，寬為350μηι，厚度為60μηι。
[0024]為實現(xiàn)太赫茲液晶移相器，結(jié)合圖3和圖4所述的結(jié)構(gòu)。在介質(zhì)基片I和介質(zhì)基片2相對兩側(cè)采用光刻的方式，制作所需的貼片結(jié)構(gòu);在介質(zhì)基片2其他側(cè)制作金屬全反射結(jié)構(gòu)
4。在介質(zhì)基片I和介質(zhì)基片2相對兩側(cè)添加聚酰亞胺膜7。在兩介質(zhì)基片之間灌注液晶并用環(huán)氧樹脂進行密封，在聚酰亞胺膜7的作用下，液晶分子將平行于基板排列。
[0025]結(jié)合圖4所述結(jié)構(gòu)，該液晶移相單元的工作頻率與偶極子貼片的尺寸有關(guān)。在上述實施例中，該移相單元工作的頻率范圍為314GHz至322GHz。
[0026]在CST仿真軟件中使用不同頻率的信號對該移相單元進行仿真，得到其相移曲線如圖5所示。
【主權(quán)項】
1.一種移相單元，其特征在于:包括介質(zhì)基板、電極結(jié)構(gòu)和液晶層，所述介質(zhì)基板包括相對固定且相互平行的兩塊介質(zhì)基片，所述電極結(jié)構(gòu)包括兩片微帶貼片電極和一片金屬反射電極，兩片微帶貼片電極分別設(shè)置在兩塊介質(zhì)基片的相對面上，兩片微帶貼片電極呈鏡像對稱布置，金屬反射電極設(shè)置在其中一塊介質(zhì)基片的另一面上，每片微帶貼片電極的兩側(cè)邊分別連接一根金屬連接線，兩塊介質(zhì)基片之間間隙中設(shè)有液晶層。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種移相單元，其特征在于:所述每片微帶貼片電極上覆有聚酰亞胺膜。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種移相單元，其特征在于:所述液晶層中添加有偏置電壓，并對金屬反射電極做接地處理。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種移相單元，其特征在于:所述兩片微帶貼片電極均為金屬電極。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種移相單元，其特征在于:所述兩塊介質(zhì)基片均為尺寸相同的長方體形結(jié)構(gòu)的石英材料介質(zhì)基片。6.—種基于權(quán)利要求1-5中任一項所述的移相單元的太赫茲反射式液晶移相器，其特征在于:包括數(shù)個移相單元，且每個移相單元添加不同的直流偏置電壓。
【文檔編號】H01P1/18GK106025452SQ201610416069
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月8日
【發(fā)明人】楊軍, 葉明旭, 尹治平, 鄧光晟, 陸紅波
【申請人】合肥工業(yè)大學(xué)