一种液晶超表面天线装置和通信装置的制作方法

1.本技术涉及通信领域，尤其涉及一种液晶超表面天线装置和通信装置。


背景技术：

2.随着通信技术的发展，天线作为发射和接收电磁波的载波，已经成为任何一个完整的通信系统中必不可少的一部分。在高频毫米波通信网络中，需要实现大带宽、高容量的信息传输；同时，随着多制式通信设备的出现，窄带天线已经不能满足现有场景的需求，宽频带和多频带天线的应用越来越广泛。
3.高频毫米波天线要实现远距离传输，天线必须阵列化。阵列天线具有高增益的优点，但同时也具有波束宽度窄，覆盖范围小的缺点。为了解决高增益天线覆盖问题，常采用相控阵天线的途径，相控阵天线作为传统的波束扫描天线，一直都是学术界与工业界的研究热点，但是相控阵天线自身存在系统架构复杂和高成本的缺点，系统性能对核心芯片也具有高度依赖性。为了突破传统波束扫描天线的架构约束，液晶超表面天线是重要途径之一。


技术实现要素：

4.本技术提供一种液晶超表面天线装置和通信装置，采用液晶局部加载的架构体系，既可以降低液晶天线的损耗，也使得不同频点可以独立调控；不仅可以实现波束扫描的特性，同时还可以实现极化重构；并且能够提升天线的工作带宽，使得天线可以工作在双频或者宽频模式；另外，该天线装置具有规则排列或者非规则排列特性，阵列排布更灵活。
5.为达到上述目的，本技术实施例采用如下技术方案：
6.第一方面，本技术提供一种液晶超表面天线装置，包括：液晶超表面反射板和馈源；所述液晶超表面反射板由多个液晶天线单元构成；其中，所述液晶天线单元至少包括：多个振子、两层介质板材；所述多个振子设置在所述两层介质板材之间；所述多个振子包括水平振子对和/或垂直振子对；每个所述振子包括左臂、右臂和电容，所述左臂和所述右臂通过所述电容连接，液晶材料填充于所述左臂、所述右臂和所述电容围成的空间。
7.在一种可能的实现方式中，所述水平振子对由第一水平振子和第二水平振子构成，所述水平振子处于水平方向；所述垂直振子对由第一垂直振子和第二垂直振子构成，所述垂直振子处于垂直方向。
8.在一种可能的实现方式中，所述水平振子对具有垂直极化特性；所述垂直振子对具有水平极化特性。
9.在上述实现方式中，所述振子包括水平振子和垂直振子，水平振子对具有垂直极化特性，垂直振子对具有水平极化特性，使得所述液晶天线具有两个极化分量，从而具备极化可重构的特性。
10.在一种可能的实现方式中，所述第一水平振子和所述第二水平振子为等长或者不等长；所述第一垂直振子和所述第二垂直振子为等长或者不等长。
11.在一种可能的实现方式中，当所述第一水平振子和所述第二水平振子不等长时，所述液晶天线单元处于双频模式或者宽频模式；当所述第一垂直振子和所述第二垂直振子不等长时，所述液晶天线单元处于双频模式或者宽频模式。
12.在上述实现方式中，当所述水平振子对中的第一水平振子和第二水平振子不等长时，可以通过改变所述第一水平振子和第二水平振子的相对长度，来使得所述液晶天线单元处于双频或者宽频模式，提升了天线的工作带宽；类似的，当所述垂直振子对重的两个振子不等长时，可以通过改变所述第一垂直振子和第二垂直振子的相对长度，来使得所述液晶天线单元处于双频或者宽频模式，提升了天线的工作带宽。
13.在一种可能的实现方式中，当所述第一水平振子和所述第二水平振子等长时，所述天线单元处于单频模式；当所述第一垂直振子和所述第二垂直振子等长时，所述天线单元处于单频模式。
14.在一种可能的实现方式中，当所述第一水平振子和所述第一垂直振子等长时：
15.当所述液晶材料的相位差为0
°
或者180
°
时，所述液晶天线单元的极化特性为45
°
极化或者-45
°
极化；当所述液晶材料的相位差为-90
°
或者90
°
时，所述液晶天线单元的极化特性为左旋圆极化或者右旋圆极化；当所述液晶材料的相位差不等于0
°
或者90
°
或者-90
°
或者180
°
时，所述液晶天线单元的极化特性为左旋椭圆极化或者右旋椭圆极化。
16.在上述实现方式中，通过改变液晶材料的相位差，可以使得该液晶天线单元处于不同的极化模式，实现了天线的极化可重构性。
17.在一种可能的实现方式中，所述液晶材料的加载模式为局部加载。
18.在上述实现方式中，所述液晶材料为局部加载的模式，使得该液晶超表面天线的每个局部区域都可以独立控制，具有更好的控制灵活性，同时还具有更好的电性能。
19.在一种可能的实现方式中，所述多个振子的液晶材料的填充方式相同或不同。
20.在上述实现方式中，对多个振子的液晶材料的填充方式没有加以限定，提高了设计工艺的多样性和灵活性。
21.在一种可能的实现方式中，所述填充方式包括全部填充、部分填充、溢出填充。
22.在上述实现方式中，所述填充方式可以为全部填充、部分填充、溢出填充中的任意一种或者多种，提高了设计工艺的多样性和灵活性。
23.在一种可能的实现方式中，所述介质板材的形状不唯一，可以为正方形、长方形、圆形、椭圆形、多边形或者任意形状中的至少一种。
24.在上述实现方式中，对所述介质板材的形状不加限定，增加了该介质板材的设计工艺的多样性。
25.在一种可能的实现方式中，所述馈源位于所述液晶超表面反射板的焦点处。
26.在上述实现方式中，馈源位于液晶超表面反射板的焦点处，保证对该液晶表面反射板有均匀的照射，提高了天线效率。
27.在一种可能的实现方式中，所有的所述液晶天线单元中的所述振子的排列方式一致。
28.在上述实现方式中，由于所有的液晶天线单元中的振子的排列方式都可以保持一致，从而降低了天线架构的复杂度，进一步的，可以提高生产效率和降低生产成本。
29.第二方面，本技术提供一种通信装置，包括上述液晶超表面天线装置。其中，第二
方面所带来的技术效果可参考第一方面所提供的对应的液晶超表面天线装置的有益效果，此处不再赘述。
附图说明
30.图1为本技术实施例提供的一种通信系统架构的示意图；
31.图2为本技术实施例提供的一种通信系统架构的示意图；
32.图3为本技术实施例提供的一种现有的超表面天线的示意图；
33.图4为本技术实施例提供的一种现有的液晶超表面天线的示意图；
34.图5为本技术实施例提供的一种现有的液晶超表面单元的示意图；
35.图6为本技术实施例提供的一种液晶超表面天线装置的整体结构示意图；
36.图7为本技术实施例提供的一种液晶超表面天线装置的整体结构示意图；
37.图8为本技术实施例提供的一种液晶天线单元的结构示意图；
38.图9为本技术实施例提供的一种液晶天线单元的解剖图；
39.图10为本技术实施例提供的一种液晶天线单元工作于双频模式的仿真图；
40.图11为本技术实施例提供的一种液晶天线单元工作于宽频模式的仿真图；
41.图12为本技术实施例提供的一种传统液晶天线的液晶加载拓扑结构的示意图；
42.图13为本技术实施例提供的一种液晶天线的液晶局部加载拓扑结构的示意图；
43.图14为本技术实施例提供的一种单极化液晶天线单元的结构示意图；
44.图15为本技术实施例提供的介质板材的一部分形状示意图；
45.图16为本技术实施例提供的液晶材料的一部分填充形式示意图；
46.图17为本技术实施例提供的金属图案的一部分形状示意图；
47.图18为本技术实施例提供的一种单极化液晶超表面天线装置的结构示意图；
48.图19为本技术实施例提供的一种液晶超表面阵列的示意图；
49.图20为本技术实施例提供的一种液晶超表面天线单元排列形式的示意图；
50.图21为本技术实施例提供的一种极化可重构液晶天线单元的结构示意图；
51.图22为本技术实施例提供的一种液晶材料控制电压与相位差之间的关系示意图；
52.图23(a)-图23(i)为本技术实施例提供的一种极化可重构液晶超表面天线单元的排列形式示意图；
53.图24为本技术实施例提供的一种通信装置的结构示意图。
具体实施方式
54.本技术的说明书以及附图中的术语“第一”和“第二”等是用于区别不同的对象，或者用于区别对同一对象的不同处理，而不是用于描述对象的特定顺序。此外，本技术的描述中所提到的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括其他没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。本技术实施例中，“多个”包括两个或两个以上，“系统”可以和“网络”相互替换。本技术实施例中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本技术实施例中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应
被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
55.另外，本技术实施例描述的网络架构以及业务场景是为了更加清楚的说明本技术实施例的技术方案，并不构成对于本技术实施例提供的技术方案的限定，本领域普通技术人员可知，随着网络架构的演变和新业务场景的出现，本技术实施例提供的技术方案对于类似的技术问题，同样适用。
56.本技术的实施方式部分使用的术语仅用于对本技术的具体实施例进行解释，而非旨在限定本技术。
57.为了方便理解本技术实施例，下面介绍与本技术实施例相关的术语：
58.1、超表面天线：超表面天线是由电磁超表面材料构成的，形成具有天线辐射特性的电磁结构。其中电磁超表面材料是一种人工设计的材料，通常具有一定的排列规律，其具有天然材料不具有的特殊属性。
59.2、馈源：馈源是反射面或者透射面天线的基本组成部分，通常是一个低增益天线。馈源作为初级级辐射器，它把束缚的电磁波变成辐射的电磁波能量，照射到反射面或者透射面天线上，从而形成一个高增益的反射面天线或者透射面天线。常见的馈源包括：喇叭天线，偶极子天线，贴片天线等。
60.3、振子：振子通常是指天线振子，是构成天线辐射结构的基本单元，振子的长度决定着天线的工作特性，常见的振子包括半波振子，全波振子等。
61.4、液晶：液晶的材料属性是一种可以电控的材料，当液晶材料受到偏压作用时，材料分子会受到电场力的作用，分子轴向排列顺序会重新排列，进而液晶介电常数会发生变化，产生相移特性。目前，常用的液晶材料，偏压范围0v～20v时，液晶介电常数的变化范围为2.5～3.5。
62.下面结合本技术实施例中的附图对本技术实施例进行描述。
63.本技术实施例提供的液晶超表面天线装置可以应用于各类通信系统中，例如，卫星通信系统、物联网(internet of things，iot)、窄带物联网(narrow band internet of things，nb-iot)系统、全球移动通信系统(global system for mobile communications，gsm)、增强型数据速率gsm演进系统(enhanced data rate for gsm evolution，edge)、宽带码分多址系统(wideband code division multiple access，wcdma)、码分多址2000系统(code division multiple access，cdma2000)、时分同步码分多址系统(time division-synchronization code division multiple access，td-scdma)，长期演进系统(long term evolution，lte)、第五代(5g)通信系统，例如5g新无线(new radio，nr)，以及5g移动通信系统的三大应用场景增强型移动带宽(enhanced mobile broadband，embb)，超可靠、低时延通信(ultra reliable low latency communications，urllc)和海量机器类通信(massive machine type communications，mmtc)，设备到设备(device-to-device，d2d)通信系统、机器到机器(machine to machine，m2m)通信系统、车联网通信系统，或者还可以是其他的或者未来的通信系统，本技术实施例对此不作具体限定。
64.为了便于理解本技术实施例，示例性的，以图1和图2所示的网络架构对本技术实施例所使用的应用场景进行说明，该网络架构可以应用于上述各类通信系统。图1所示的网络架构为一种网络设备(图1中表现为基站)间的通信架构，例如，本技术实施例中的液晶超
表面天线装置可以应用于地面基站，实现基站与基站之间通信，并具有波束成型的能力，当其用于基站之间的通信时，可以实现点到多点之间的通信，一个中心基站可以连接多边缘基站。又如图2所示的网络架构，其为一种网络设备与终端设备之间的通信架构，本技术实施例提供的液晶超表面天线装置可以用于网络设备(图2中表示为基站)与终端用户之间的通信，其具有波束成型的能力，可以增大扇区覆盖，一个基站可以覆盖多个扇区用户；同时，该基站具有双频特性，可以同时支持多个制式信息(比如4g信息和5g信息)；另外，具有极化可重构性的优势，可以扩大信号传递容量。所述网络设备的数量可以为一个或多个，所述终端设备的数量可以为一个或多个(如图2所示为三个终端设备)，在本技术实施例中对网络设备和终端设备的类型和数量均不做限定。
65.其中，终端设备，包括向用户提供语音和/或数据连通性的设备，具体的，包括向用户提供语音的设备，或包括向用户提供数据连通性的设备，或包括向用户提供语音和数据连通性的设备。例如可以包括具有无线连接功能的手持式设备、或连接到无线调制解调器的处理设备。该终端设备可以经无线接入网(radio access network，ran)与核心网进行通信，与ran交换语音或数据，或与ran交互语音和数据。该终端设备可以包括用户设备(user equipment，ue)、无线终端设备、移动终端设备、设备到设备通信(device-to-device，d2d)终端设备、车到一切(vehicle to everything，v2x)终端设备、机器到机器/机器类通信(machine-to-machine/machine-type communications，m2m/mtc)终端设备、物联网(internet of things，iot)终端设备、轻型终端设备(light ue)、订户单元(subscriber unit)、订户站(subscriber station)，移动站(mobile station)、远程站(remote station)、接入点(access point，ap)、远程终端(remote terminal)、接入终端(access terminal)、用户终端(user terminal)、用户代理(user agent)、或用户装备(user device)等。例如，可以包括移动电话(或称为“蜂窝”电话)，具有移动终端设备的计算机，便携式、袖珍式、手持式、计算机内置的移动装置等。例如，个人通信业务(personal communication service，pcs)电话、无绳电话、会话发起协议(session initiation protocol，sip)话机、无线本地环路(wireless local loop，wll)站、个人数字助理(personal digital assistant，pda)、等设备。还包括受限设备，例如功耗较低的设备，或存储能力有限的设备，或计算能力有限的设备等。例如包括条码、射频识别(radio frequency identification，rfid)、传感器、全球定位系统(global positioning system，gps)、激光扫描器等信息传感设备。
66.作为示例而非限定，在本技术实施例中，该终端设备还可以是可穿戴设备。可穿戴设备也可以称为穿戴式智能设备或智能穿戴式设备等，是应用穿戴式技术对日常穿戴进行智能化设计、开发出可以穿戴的设备的总称，如眼镜、手套、手表、服饰及鞋等。可穿戴设备即直接穿在身上，或是整合到用户的衣服或配件的一种便携式设备。可穿戴设备不仅仅是一种硬件设备，更是通过软件支持以及数据交互、云端交互来实现强大的功能。广义穿戴式智能设备包括功能全、尺寸大、可不依赖智能手机实现完整或者部分的功能，例如：智能手表或智能眼镜等，以及只专注于某一类应用功能，需要和其它设备如智能手机配合使用，如各类进行体征监测的智能手环、智能头盔、智能首饰等。
67.而如上介绍的各种终端设备，如果位于车辆上(例如放置在车辆内或安装在车辆内)，都可以认为是车载终端设备，车载终端设备例如也称为车载单元(on-board unit，
obu)。
68.本技术实施例中，终端设备还可以包括中继(relay)。或者理解为，能够与基站进行数据通信的都可以看作终端设备。
69.本技术实施例中，用于实现终端设备的功能的装置可以是终端设备，也可以是能够支持终端设备实现该功能的装置，例如芯片系统，该装置可以被安装在终端设备中。本技术实施例中，芯片系统可以由芯片构成，也可以包括芯片和其他分立器件。本技术实施例提供的技术方案中，以用于实现终端的功能的装置是终端设备为例，描述本技术实施例提供的技术方案。
70.网络设备，例如包括接入网(access network，an)设备，例如基站(例如，接入点)，可以是指接入网中在空口通过一个或多个小区与无线终端设备通信的设备，或者例如，一种车到一切(vehicle-to-everything，v2x)技术中的网络设备为路侧单元(road side unit，rsu)。基站可用于将收到的空中帧与ip分组进行相互转换，作为终端设备与接入网的其余部分之间的路由器，其中接入网的其余部分可包括ip网络。rsu可以是支持v2x应用的固定基础设施实体，可以与支持v2x应用的其他实体交换消息。网络设备还可协调对空口的属性管理。例如，网络设备可以包括长期演进(long term evolution，lte)系统或高级长期演进(long term evolution-advanced，lte-a)中的演进型基站(nodeb或enb或e-nodeb，evolutional node b)，或者也可以包括第五代移动通信技术(the 5th generation，5g)nr系统(也简称为nr系统)中的下一代节点b(next generation node b，gnb)或者也可以包括云接入网(cloud radio access network，cloud ran)系统中的集中式单元(centralized unit，cu)和分布式单元(distributed unit，du)，或者可以是未来的通信系统中承载网络设备功能的装置，本技术实施例并不限定。
71.网络设备还可以包括核心网设备。核心网设备例如包括访问和移动管理功能(access and mobility management function，amf)或用户面功能(user plane function，upf)等。
72.网络设备还可以是设备到设备(device to device，d2d)通信、机器到机器(machine to machine，m2m)通信、车联网、或卫星通信系统中承载网络设备功能的装置。
73.需要说明的是，上述仅列举了部分网元之间通信的方式，其他网元之间也可以通过某些连接方式进行通信，本技术实施例这里不再赘述。
74.本技术实施例描述的系统架构以及业务场景是为了更加清楚的说明本技术实施例的技术方案，并不构成对于本技术实施例提供的技术方案的限定。本领域普通技术人员可知，随着网络架构的演变和新业务场景的出现，本技术实施例提供的技术方案对于类似的技术问题，同样适用。
75.图3示出了一种现有的基于印制电路板(printed circuit board，pcb)体制的超表面天线结构，该超表面天线在普通的pcb表面印制十字金属图案，其表面的十字结构图案具有双极化特性，可以同时实现水平极化模式和垂直极化模式，该结构是一种典型的双极化超表面结构。但是，该结构为一种单谐振架构，所以其先天性的缺点在于1)工作频段很窄；2)同时，该超表面天线只能实现固定波束，不能实现波束扫描特性。
76.图4示出了一种现有的液晶超表面天线，该液晶超表面天线由下两块介质板501和502以及中间液晶材料层503组成，图5示出了该液晶超表面天线的液晶超表面单元结构，上
层介质板501的下表面有金属图案504，下层介质板502的上表面有金属图案505，又称金属地，两层金属图案504和505之间加载液晶材料层503。其中，上下金属图案504和505构成液晶层的电极，通过在电极上施加不同的电压，可以调节液晶材料的介电常数，从而实现天线阵列的波束扫描特性。上层介质板501的下表面印制金属图案504为三振子结构，因此该结构具有三个谐振频点，也就是说，其具有多谐振的结构，所以该天线具有宽带特性。但是该液晶超表面天线，采用液晶材料整体加载的架构，所以其存在先天性的缺点：1)液晶加载面积太大，因此液晶材料在超表面结构中的损耗很严重；2)多频工作时，所有频点同步调控；3)不能实现极化可重构。
77.为了解决上述问题，本技术实施例提供了一种液晶超表面天线装置和通信装置，其采用液晶局部加载的架构体系，既可以降低液晶天线的损耗，也使得不同频点可以独立调控；不仅可以实现波束扫描的特性，同时还可以实现极化重构；并且能够提升天线的工作带宽，使得天线可以工作在双频或者宽频模式；另外，该天线装置具有规则排列或者非规则排列特性，阵列排布更灵活。
78.下面将结合附图对本技术提供的液晶超表面天线装置和通信装置进行具体说明。
79.如图6所示，为本技术实施例提供的一种液晶超表面天线装置的整体结构，该天线装置包括液晶超表面反射板602和馈源601，其中，液晶超表面反射板602由多个液晶天线单元构成。
80.又如图7所示，仍然为本技术实施例提供的一种液晶超表面天线装置的整体结构，具体的，其中701为馈源，常用的馈源包括但不限于喇叭天线或者偶极子天线；702和704为介质板材，常用的介质板材包括但不限于pcb或者玻璃；703为混合层，该混合层包含液晶材料和金属图案，702、703和704共同构成液晶超表面结构，也即超表面反射板。
81.一种可能的实现方式中，馈源701位于液晶超表面反射板的焦点处，也即位于天线焦点处的馈源701照射到液晶超表面结构上，超表面结构会将相应极化方式的电磁波，进行反射，汇聚和赋形。该馈源701位于液晶超表面焦点处的方式，可以保证对该液晶超表面反射板有着均匀的照射，提高了天线效率。
82.一种可能的实现方式中，本技术实施例提供的一种液晶超表面天线装置的最小单元，也称液晶天线单元。该液晶天线单元至少包括：多个振子、两层介质板材；多个振子设置在所述两层介质板材之间；多个振子包括水平振子对和/或垂直振子对；每个振子包括左臂、右臂和电容，左臂和右臂通过电容连接，液晶材料填充于左臂、右臂和电容围成的空间。
83.图8中所示出的液晶天线单元仅为一种示例，该液晶天线单元包括第一介质板材801和第二介质板材802，并且其同时包含了一个水平振子对803和一个垂直振子对804，即同时包含了两个水平振子和两个垂直振子；但是本技术实施例中的天线单元也可以是仅包含一个水平振子对803或者是仅包含一个垂直振子对804，即仅包含两个水平振子或者进包含两个垂直振子。
84.在一种可能的实现方式中，水平振子对由第一水平振子和第二水平振子构成，该水平振子处于水平方向；垂直振子对由第一垂直振子和第二垂直振子构成，该垂直振子处于垂直方向。
85.相应的，在一种可能的实现中，水平振子对具有垂直极化特性，垂直振子对具有水平极化特性。
86.也就是说，该液晶天线单元由上下两块介质板层叠而成，两块介质板之间印制金属图案，金属图案由四个振子构成，液晶材料填充在金属图案内部；调整振子的长度，可以让液晶天线单元工作于双频模式或者宽频模式。
87.如图9所示，为本技术实施例提供的一种液晶天线单元的解剖图，901为介质板材，上下两个垂直振子902，即第一垂直振子和第二垂直振子组成一个振子对，调节两个振子的长度，可以让液晶天线单元工作于双频模式或者宽频模式；同样，左右两个水平振子903，即第一水平振子和第二水平振子组成一个振子对，调节两个振子的长度，可以让液晶天线单元工作于双频模式或者宽频模式。每个振子可以作为液晶材料904的电极，用于加载液晶材料904的控制电压906；在每个振子上，焊接隔直电容905，振子内部可以产生电场，用于控制液晶材料904的相移特性。
88.在一种可能的实现方式中，第一水平振子和第二水平振子可以为等长的，也可以为不等长的；同样的，第一垂直振子和第二垂直振子可以为等长的，也可以为不等长的。
89.在一种可能的实现方式中，当第一水平振子和第二水平振子不等长时，液晶天线单元处于双频模式或者宽频模式；同样的，当第一垂直振子和所述第二垂直振子不等长时，液晶天线单元处于双频模式或者宽频模式。
90.也就是说，当水平振子中的振子的长度不相等对或者垂直振子对中的振子不相等时，液晶单元可以工作在双频或者宽频上。简单来讲，当振子对中的两个振子长度相差较大时，液晶单元处于双频模式，如图10所示，为液晶单元出于双频模式的仿真图，可以很明显的看出，此时，液晶单元可以同时工作在大约39.5ghz和43ghz的频段上；而当振子对中的两个振子长度相差较小时，液晶单元处于宽频模式，如图11所示，为液晶单元出于宽频模式的仿真图，可以很明显的看出，此时，液晶单元可以同时工作在大约40ghz-42ghz的频段区间上。
91.由此可见，当水平振子中的振子的长度不相等对或者垂直振子对中的振子不相等时，可以通过改变第一水平振子和第二水平振子的相对长度，来使得所述液晶天线单元处于双频或者宽频模式，提升了天线的工作带宽。
92.传统的液晶天线架构，需要用到液晶材料全部加载，液晶材料主要加载在谐振结构和负载之间，控制的是谐振结构与负载之间的耦合关系，其拓扑结构如图12所示。随着液晶控制电压的不同，相应的耦合关系随之改变，从而产生液晶天线的相移特性。但是传统的液晶天线采用液晶材料整体加载的架构，所以其存在先天性的缺点：液晶加载面积太大，因此液晶材料在超表面结构中的损耗很严重。
93.一种可能的实现方式中，本技术实施例中的超表面液晶天线装置采用液晶局部加载的方式，液晶材料加载在谐振结构位置，其拓扑结构如图13所示。随着液晶控制电压的不同，相应的谐振特性随之改变，从而产生液晶天线的相移特性。相比于传统的液晶天线架构，本技术实施例中的液晶超表面天线具有更好的控制灵活性，每个局部区域可以独立控制，降低了液晶天线的损耗的同时还具有更好的电性能。
94.在一种可能的实现方式中，本技术提供一种单极化液晶天线单元，如图14所示，其只包含一对水平振子或一对垂直振子。其中，该单极化液晶天线单元，也称天线单元辐射结构，由第一介质板材1410，第二介质板材1420，和两个振子1430构成，这两个振子1430可以构成一个水平振子对或者一个垂直振子对。每个振子1430包括左臂、右臂和电容，其中，左
臂和右臂可以为金属敷铜层；左臂和右臂构成的金属图案不连续，在断开的缺口处焊接电容1431，可以形成控制电极，其中，电容种类包括但不限于隔直电容；液晶材料1432填充于左臂、右臂和电容围成的区域内，液晶材料1432可以超出该振子1430围成的区域。液晶材料1432的控制电压，加载在该电容1431的两侧，随着控制电压的变化，该液晶材料1432具有相移特性。
95.一种可能的实现方式中，第一介质板材1410和第二介质板材1420的形状不唯一，如图15所示，可以是正方形15(a)、长方形15(b)、圆形15(c)、椭圆形15(d)、多边形15(e)或者其他不规则的任意形状，本技术实施例不予限定。
96.在上述实现方式中，对所述介质板材的形状不加限定，增加了该介质板材的设计工艺的多样性。
97.一种可能的实现方式中，液晶材料的填充空间或区域的方式不唯一，可以部分填充，全部填充，溢出填充，如图16所示，为几种常见的填充方式，如图16(a)、16(b)、16(c)所示，为液晶材料部分填充的几种不同的方式，可以为长度、宽度或者高度等任意一个维度上的部分填充；又如16(d)所示，为液晶材料全部填充的方式，液晶材料刚好填满；又如16(e)或16(f)所示，为液晶材料溢出填充的几种方式，可以为长度或者高度的维度上的溢出填充。应理解，上述的实现方式仅仅是示意性的，任何基于此方式的简单变形皆为本技术实施例保护的范围。
98.在上述实现方式中，所述填充方式可以为全部填充、部分填充、溢出填充中的任意一种或者多种，提高了设计工艺的多样性和灵活性。
99.一种可能的实现方式中，振子或者金属敷铜层的图案不唯一，包括形状不唯一和相对位置不唯一，如图17所示，该振子或者金属敷铜层的围成的图案可以为长方形17(a)、梯形17(b)、17(c)、三角形17(d)或者其他不规则的形状，在此不做限定；该振子或者金属敷铜层的图案的相对位置可以为如图17(e)所示的刚好相对的形式，也可以为如图17(f)所示的错开的形式，在此不做限定。应理解，上述的实现方式仅仅是示意性的，任何基于此方式的简单变形皆为本技术实施例保护的范围。
100.本技术还提供一种单极化液晶超表面天线装置，如图18所示，该单极化液晶天线装置由馈源1801和液晶超表面阵列1802组成。其中，液晶超表面阵列1802由上述单极化液晶超表面天线单元，周期排列组成，如图19所示。应理解，该单极化液晶超表面天线装置所带来的技术效果可参考上述单极化液晶超表面天线单元的有益效果，此处不再赘述。
101.在一种可能的实现方式中，如图20所示，当振子1和振子2的长度相等时，此时天线为单谐振结构，超表面天线阵列为均匀的规则阵列，如图20(a)所示；当振子1和振子2不等长度时，此时天线为多谐振结构，可以工作在宽频模式或者多频模式，超表面天线阵列可以组成规则阵列如图20(b)所示，也可以组成非规则阵如图20(c)所示。
102.本技术还提供一种极化可重构液晶天线单元，如图21所示，该极化可重构液晶天线单元由上下层叠的两块介质板材和中间液晶层组成。其中，天线单元辐射结构由第一介质板材211，第二介质板材212，金属敷铜层213，和金属敷铜层214构成，其中，金属敷铜层213即为水平振子对，金属敷铜层214即为垂直振子对，金属敷铜层也称金属图案。金属敷铜层213围成的图案，具有垂直极化特性，其内部填充液晶材料21311和21321。金属敷铜层213的图案不连续，在断开的缺口处焊接隔直电容21312和21322，可以形成控制电极；液晶材料
21311和液晶材料21321的控制电压，加载在所述隔直电容21312和21322的两侧，随着控制电压的变化，该液晶材料21311和液晶材料21321具有相移特性。相应的，金属敷铜层214围成的图案，具有水平极化特性，其内部填充液晶材料21411和21421。所述金属敷铜层21400的图案不连续，在断开的缺口处焊接隔直电容21412和21422，可以形成控制电极；所述液晶材料21411和液晶材料21421的控制电压，加载在所述隔直电容21412和21422的两侧，随着控制电压的变化，该液晶材料21411和液晶材料21421具有相移特性。
103.一种可能的实现方式中，介质板材211和212的形状不唯一，如图15所示，可以是正方形，长方形，圆形，椭圆形，多边形或者其他不规则的任意形状，本技术实施例不予限定。
104.在上述实现方式中，对所述介质板材的形状不加限定，增加了该介质板材的设计工艺的多样性。
105.一种可能的实现方式中，液晶材料的填充空间或区域的方式不唯一，可以部分填充，全部填充，溢出填充，如图16所示，为几种常见的填充方式，如图16(a)、16(b)、16(c)所示，为液晶材料部分填充的几种不同的方式，可以为长度、宽度或者高度等任意一个维度上的部分填充；又如16(d)所示，为液晶材料全部填充的方式，液晶材料刚好填满；又如16(e)或16(f)所示，为液晶材料溢出填充的几种方式，可以为长度或者高度的维度上的溢出填充。应理解，上述的实现方式仅仅是示意性的，任何基于此方式的简单变形皆为本技术实施例保护的范围。
106.在上述实现方式中，所述填充方式可以为全部填充、部分填充、溢出填充中的任意一种或者多种，提高了设计工艺的多样性和灵活性。
107.一种可能的实现方式中，振子或者金属敷铜层的图案不唯一，包括形状不唯一和相对位置不唯一，如图17所示，该振子或者金属敷铜层的围成的图案可以为长方形、梯形、三角形或者其他不规则的形状，在此不做限定；该振子或者金属敷铜层的图案的相对位置可以为刚好相对的形式，也可以为错开的形式，在此不做限定。应理解，上述的实现方式仅仅是示意性的，任何基于此方式的简单变形皆为本技术实施例保护的范围。
108.一种可能的实现方式中，金属图案213具有垂直极化特性，金属图案214具有水平极化特性，所以该技术方案具有双极化特性。液晶材料21311、液晶材料21321、液晶材料21411和液晶材料21421，具有调相特性，所以该技术方案具有极化可重构特性。
109.当第一水平振子和第一垂直振子等长时，即当金属图案2131和金属图案2141完全等长时，通过改变液晶材料的控制电压，可以使得液晶材料的相位差发生改变，从而使得该液晶天线单元的极化特性处于不同的极化特性，液晶材料控制电压与相位差之间的关系如图22所示：
110.(1)改变液晶材料21311和液晶材料21411的控制电压，使其具有0
°
或者180
°
的相位差，此时合成的极化特性为45
°
线极化或者-45
°
线极化。(金属图案2132和金属图案2142，以及液晶材料21321和液晶材料21421，具有类似特性)；
111.(2)改变液晶材料21311和液晶材料21411的控制电压，使其具有-90
°
或者90
°
的相位差，此时合成的极化特性为左旋圆极化或者右旋圆极化。(金属图案2132和金属图案2142，以及液晶材料21321和液晶材料21421，具有类似特性)；
112.(3)改变液晶材料21311和液晶材料21411的控制电压，使其相位差不等于0
°
，+/-90
°
，180
°
时，此时极化特性为左旋椭圆极化或者右旋椭圆极化。(金属图案2132和金属图案
2142，以及液晶材料21321和液晶材料21421，具有类似特性)。
113.应理解，上述技术方案中的相位差允许一定程度的上下浮动，并不一定需要严格遵照上述角度，例如，可以刚好等于上述角度，也可以稍微低于或者大于上述角度。
114.本技术还提供一种极化可重构液晶超表面天线装置，如图6所示，由馈源601和液晶超表面反射板602组成。其中极化可重构液晶超表面板由上述极化可重构液晶超表面天线单元，周期排列组成。应理解，该极化可重构液晶超表面天线装置所带来的技术效果可参考上述极化可重构液晶天线单元的有益效果，此处不再赘述。
115.一种可能的实现方式中，极化可重构液晶超表面天线单元的排列形式包括但不限于如图23所示。其中，振子1和振子2是一组振子，具有水平极化特性；振子3和振子4是一组振子，具有垂直极化特性。振子的物理长度不同，其对应的谐振频率不同，当每组两个振子物理长度相同时，其对应极化具有单谐振特性，该天线工作于窄带模式；当每组两个振子物理长度不相同时，对应极化具有多谐振特性，该天线工作于多频模式或者宽频模式。超表面天线单元的排列形式如图23(a)-23(i)所示，如图23(a)所示，振子1和振子2的长度相等，振子3和振子4的长度也相等，并且左右两个天线单元的排列完全一致；又如图23(b)所示，振子1和振子2的长度不相等，振子3和振子4的长度相等，并且左右两个天线单元的排列完全一致；又如图23(c)所示，在左边的天线单元中，振子1和振子2的长度不相等，振子3和振子4的长度相等，相比于左边的天线单元，右边的天线单元中的振子1和振子2的位置进行了互换，其它都相同；又如图23(d)所示，在左边的天线单元中，振子1和振子2的长度相等，振子3和振子4的长度相等，而在右边的天线单元中，振子1和振子2的长度相等，振子3和振子4的长度不相等；又如图23(e)所示，在左边的天线单元中，振子1和振子2的长度相等，振子3和振子4的长度不相等，相比于左边的天线单元，右边的天线单元中的振子3和振子4的位置进行了互换，其它都相同；又如图(f)所示，左右两个天线单元的排列完全一致，都是振子1和振子2不相等，振子3和振子4也不相等；又如图(g)所示，在左右两个天线单元中，都是振子1和2不相等，且振子3和振子4也不相等，不同之处在于，振子3和振子4的位置进行了互换；又如图23(h)所示，在左右两个的天线单元中，振子1和振子2的长度不相等，振子3与振子4的长度也不相等，不同之处在于，振子1和振子2的位置进行了互换，振子3和振子4的位置也进行了互换；又如图23(i)所示，在左右两个的天线单元中，振子1和振子2的长度不相等，振子3与振子4的长度也不相等，不同之处在于，振子1和振子2的位置进行了互换。应理解，上述的实现方式仅仅是示意性的，任何基于此方式的简单变形皆为本技术实施例保护的范围。
116.在上述可能的实现方式中，天线单元具有规则排列或者非规则排列特性，阵列排布更灵活，提高了设计工艺的多样性和灵活性。
117.本技术还提供一种通信装置，包括上述液晶超表面天线装置。该通信装置可以是任意一类终端，也可以是任意一类网络设备，本技术对此不予限定。应理解，该通信装置所带来的技术效果可参考上述实施例所提供的对应的液晶超表面天线装置的有益效果，此处不再赘述。如图24所示，本技术实施例提供的通信装置包括：处理器2401、存储器2402、液晶超表面天线装置2403以及通信接口2405；其中，处理器2401、存储器2402、液晶超表面天线装置2403以及通信接口2405通过系统总线2404连接。其中，该通信装置的计算机程序存储于存储器2402中，所述处理器2401会执行相应计算机代码执行相应功能，控制液晶超表面天线装置2403收发信号。
118.在本技术具体实施方式中，存储器2402可以包括易失性存储器，例如非挥发性动态随机存取内存(nonvolatile random access memory，nvram)、相变化随机存取内存(phase change ram，pram)、磁阻式随机存取内存(magnetic random access memory，mram)等；存储器2402还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、电子可擦除可编程只读存储器(electrically erasable programmable read-only memory，eeprom)、闪存器件，例如反或闪存(nor flash memory)或是反及闪存(nand flash memory)。非易失存储器储存处理器所执行的操作系统及应用程序。处理器2401从非易失存储器加载运行程序与数据到内存并将数据内容储存于大量储存装置中。
119.处理器2401是上述通信装置的控制中心。处理器2401利用各种接口和线路连接整个通信装置的各个部分，通过运行或执行存储在存储器2402内的软件程序和/或应用模块，以及调用存储在存储器2402内的数据，执行通信装置的各种功能和处理数据，从而对通信装置进行整体监控。
120.处理器2401可以仅包括cpu，也可以是cpu、图像处理器(graphic processing unit，gpu)、dsp以及通信单元中的控制芯片(例如基带芯片)的组合。在本技术实施方式中，cpu可以是单运算核心，也可以包括多运算核心。在一些实施例中，所述处理器2401和所述存储器2402可以以一个器件的形式存在，例如单片机等。
121.系统总线2404可以是工业标准体系结构(industry standard architecture，isa)总线、外部设备互连(peripheral component interconnect，pci)总线或扩展工业标准体系结构(extended industry standard architecture，eisa)总线等。该系统总线2404可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。
122.所述液晶超表面天线装置2403通过系统总线2404与处理器2401进行通信，在处理器2401的控制下实现通信装置的通信功能。
123.在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
124.在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置，也可以通过其它的方式实现。例如以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的间接耦合或者直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
125.所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者，也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例的方案的目的。
126.所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本技术技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本技术各个实施例所述方法的全部或部
分步骤。
127.以上所述，仅为本技术的一些具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可对这些实施例做出另外的变更和修改。因此，所附权利要求意欲解释为包括上述实施例以及落入本技术范围的说是有变更和修改。因此，本技术保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。