相移器件的制作方法
【专利说明】相移器件
[0001] 本发明涉及具有至少一个可调谐部件的相移器件。此相移是频率无关(相移器)或 频率相关(可变延迟线）的。
[0002] 用于无线电通信的可用频谱中的不足和对于在较小体积中的更多功能性的要求 增加了对可重配置部件的需求。在下文中射频（RF)意指在约3kHz至300GHz范围内的振 荡率，其对应于承载和传送无线电信号的交流电和无线电波的频率。取决于器件要求，存在 用于例如半导体、MEMS或可调谐电介质之类的相移器件以设计灵活的RF部件的不同的可 能解决方案。
[0003] 相移器件是用于可重配置电子束控制天线的关键元件中的一个。
【背景技术】
[0004] 从现有技术中引用以下文献作为上述相移器件的示例： 1. 美国专利US8, 305, 259B2 2. 美国专利US8, 022, 861B2 3. 美国专利US8, 013, 688B2 4. PCT专利申请TO2012/123072A1 5. 美国专利申请US2009/0302976A1 6. F.Goelden、A.Gaebler、M.Goebel、A.Manabe、S.Mueller以及R.Jakoby《用 于微波频率的可调谐液晶相移器》，Ze?ers，第45卷，第13期，第686-687页， 2009 年 7. 0·H.Karabey、F.Goelden、A.Gaebler、S.Strunck以及R.Jakoby，《用于微 波应用的可调谐5加载线相移器》，inProc.IEEEMTT-SInt.MicrowaveSymp.Digest (MTT)，2011 年，第 1-4 页 8. 美国专利申请US5,936,484A 9. 日本专利申请JP2003/008310A 10. OnurHamzaKarabey等，《通过使用基于液晶的可调谐可变延迟线的连续极化灵 活天线》，IEEE，第61卷，第1期，2013年1月1日，第70-76页，ISSN: 0018-926X 11. 美国专利申请US2009/073332A1。
[0005] 诸如相移器件之类的微波部件可以由微带线形成。微带线是一种电平面传输线， 其可以使用印刷电路板技术来制造。其由导电带状电极组成，所述导电带状电极由被称为 衬底的电介质层与平面接地电极分离。
[0006] 如在[1，3]中，衬底可以由液晶聚合物（LCP)形成。然而，LCP材料相对于该材料 的相对介电常数是不可调谐的。因此，由于缺少与可调谐RF器件的配置相关的可调谐特性 特征，所以利用LCP对于诸如变抗器之类的可调谐器件的设计而言是不方便的。
[0007] 液晶（LC)显示了常规液体以及固晶的特征和性质。例如，LC可像液体一样流动， 但是其分子可以以类似于晶体的方式取向。与液晶聚合物（LCP)相反，液晶（LC)的相对介 电常数可受到例如施加于LC材料的电压的影响。
[0008] 在现有技术[6]中，共面波导（CPW)已被加载分路LC变抗器。此类LC器件的调谐 速度受到其拓扑结构的影响。此类器件的已知缺点中的一个是CPW的高金属损耗。另外， 由于CPW，变抗器用贴片被实现为桥接中心导体和接地平面的浮置电极。这导致此类人工传 输线的插入损耗高及调谐效率降低。
[0009] 同样地在[7]中，通过使用平行板电容器拓扑结构来改善LC变抗器的调谐效率。 然而，在那里槽线被加载分路中的这些LC变抗器。事实上，加载微带线导致更高的性能，因 为微带线以系统固有的低损耗为特征。
[0010] 本发明的任务 因此，本发明的任务是减少根据现有技术的相移器件的缺点，并提供具有低响应时间 以及具有高性能的令人满意的相移器件，其包括同时在紧凑方面及平面配置方面的兼备特 征。
【发明内容】
[0011] 本发明涉及由被电介质物质分离的信号电极和接地电极形成的相移器件，并且还 包括液晶材料，其特征在于，平面传输线的信号电极被划分成多个片段，并且包括相邻片段 的重叠区域，其被填充可调谐液晶材料，从而形成具有金属-绝缘体-金属型电容器的电介 质可调谐部件(变抗器)。
[0012] 传输线(微带线）由两个电极形成：信号电极和接地电极。电极的材料优选地是低 电阻RF电极材料，诸如Ag、Cu或Au。可以用具有类似导电性质的其它材料或合金。信号 电极沿着长度（即沿着传播方向)被划分成多个片段。这些片段例如被实现为在底部玻璃的 顶侧上的顶侧片段和顶部玻璃的底侧上的底侧片段。顶部玻璃和底部玻璃被堆叠，使得在 平面视图中，即当垂直于信号传播方向看时，形成连续信号电极。术语顶部玻璃和底部玻璃 不意味着不使用其它适当材料。另外，存在一些区段，其中信号电极的顶侧片段和底侧片段 重叠。至少，信号电极的顶侧片段和相应的底侧片段及两个玻璃之间的这些重叠区域被填 充可调谐液晶材料。因此，每个重叠区域形成金属-绝缘体-金属型电容器。在这种情况 下，由于绝缘体是可调谐液晶材料，所以此区域形成电介质可调谐部件(变抗器)。此可调谐 部件使得能够以非常紧凑的方式构造该相移器件。
[0013] 由于LC技术，变抗器对于高于5GHz的频率、优选地高于10GHz的频率而言与诸如 半导体之类的其它技术相比以低损耗为特征。另外，由于使用微带线，所以相移器损耗将比 [6, 7]小得多。
[0014] 根据本发明的实施例，信号电极的多个片段被布置在相对于接地电极的两个或更 多不同距离层级处。信号电极的多个片段在两个不同层级处的布置允许此类器件被容易且 节省成本地制造，因为两个不同层级可以在衬底层的两个表面上。三个或更多不同的距离 层级允许复杂的配置和例如位于两个相邻距离层级之间的不同层的LC材料。
[0015] 可以将可调谐液晶材料布置为在两个不同距离层级处布置的信号电极的多个片 段之间的单个且连续的层。该连续（即不中断)层的边界可以适应且局限于信号电极的形状 和延伸部分，其被定义为多个片段的组成覆盖。此连续层可以完全地覆盖通常较大的接地 电极。对于许多应用而言，可以将连续层布置在电极或衬底层的两个相邻层之间，并且完全 填充那些电介质衬底层之间的腔体。这允许例如通过使用很好地确立的液晶显示器技术来 快速且便宜地制造此类装置。
[0016] 然而，为了节省可调谐液晶材料或允许单独地控制可调谐液晶材料的受限空间区 域，可以将可调谐液晶材料布置在两个不同距离层级处的信号电极的相邻片段的重叠区域 之间的多个受限层区域。
[0017] 对于大多数应用而言，平行于传播方向、例如线性地沿着射频信号的传播方向布 置信号电极的各片段是有利的，因为这防止任何中断，导致较少的损耗。如果需要或可行的 话，将信号电极的各片段布置成直线。
[0018] 然而，对于沿着传输线要求许多变抗器的一些应用而言，可使传输线例如以N状 或以螺旋形状弯曲。这允许有比相移器件的物理尺寸长得多的传输线长度。
[0019] 沿着传输线的相移独有地或者至少主要地由于可调谐变抗器引起，所述可调谐变 抗器是金属-绝缘体-金属电容器类型且沿着信号电极布置。信号电极的各片段的配置、 形状和布置不应导致显著地影响用于沿着传输线的信号传播的时间延迟的谐振结构。
[0020] 根据本发明的实施例的相移器件可在于以下特征：信号电极被沿着传输线的长度 划分成多个片段，由此，所述多个片段被交替地实现为不可调谐电介质衬底的顶侧上的顶 侧片段和底侧上的底侧片段，并且由此，在一些区段处，存在信号电极的顶侧片段和相邻底 侧片段之间的重叠区域，并且由此，这些重叠区域被填充可调谐液晶材料，并且这些重叠区 域形成具有金属一绝缘体一金属型电容器的电介质可调谐部件(变抗器)。
[0021] 在示例性实施例中，选择支撑信号电极的多个片段的不可调谐电介 质衬底为来自SchottAG的700Mm厚的浮法硼娃（borofloat)玻璃，其具有 €.:..;.:.:.兩:$:?且其损耗角正切在25°C下和1MHz下为。Q.Qoy?。使用LC混