一种移相单元及其构成的太赫兹反射式液晶移相器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种移相单元及其构成的太赫兹反射式液晶移相器，移相单元包括介质基板、电极结构和液晶层，介质基板包括相对固定且相互平行的两块介质基片，电极结构包括两片微带贴片电极和一片金属反射电极，两片微带贴片电极分别设置在两块介质基片的相对面上，两片微带贴片电极呈镜像对称布置，金属反射电极设置在其中一块介质基片的另一面上，每片微带贴片电极的两侧边分别连接一根金属连接线，两块介质基片之间间隙中设有液晶层；太赫兹反射式液晶移相器包括数个移相单元，且每个移相单元添加不同的直流偏置电压。本发明提高了移相单元的性能，大大提高了移相范围，同时结构简单，制作工艺易实现，所需偏置电压较小，制作成本较低。
【专利说明】
一种移相单元及其构成的太赫兹反射式液晶移相器
技术领域
[0001 ]本发明属于太赫兹卫星通信、相控阵雷达技术领域中的元器件技术领域，具体的说，是涉及一种移相单元及其构成的太赫兹液晶移相器。
技术背景
[0002]由于太赫兹频段的波长远小于通常的微波及毫米波波段的波长，其穿透性强，分辨率高，带宽大等特点，因此具有很好的时间分辨率和空间分辨率。因此太赫兹雷达系统更有利于实现目标的高分辨率成像，且物体运动引起的多普勒效应更为明显，更利于检测目标的运动特征。
[0003]移相器作为相控阵天线中的重要组件，其成本、性能直接影响相控阵雷达系统的造价和性能。目如的移相器有依靠材料特性设计的移相器，如铁氧体材料;有依靠PIN一■极管或FET场效应管开关来实现;还有借助先进工艺技术的微机电系统(MEMS)移相器和InP基底移相器。
[0004]不同类型的移相器却有着其制约因素和技术难度。铁氧体材料移相器具有优良的性能，但是其制造成本昂贵，体积大，又不易集成;而PIN 二极管或者FET开关移相器功耗较大;半导体开关的损耗以及线性度等问题抑制了移相器向更高频率和更高性能的发展；同时MEMS移相器随着频率上升后，器件尺寸减小、器件性能对工艺的敏感度上升；InP移相器由于采用有源器件从而导致了系统噪声性能恶化。
[0005]因此，研究设计具有低成本、高性能、制作工艺易实现、易集成的THz移相器对于改进相控阵性能和结构成为重要的研究方向。
【发明内容】
[0006]本发明提供了一种新型的移相单元及构成的太赫兹反射式液晶移相器，其工作频率在10GHz以上，具有低功耗、低电压驱动、连续可调等优点。
[0007]本发明采用的技术方案是:
一种移相单元，其特征在于:包括介质基板、电极结构和液晶层，所述介质基板包括相对固定且相互平行的两块介质基片，所述电极结构包括两片微带贴片电极和一片金属反射电极，两片微带贴片电极分别设置在两块介质基片的相对面上，两片微带贴片电极呈镜像对称布置，金属反射电极设置在其中一块介质基片的另一面上，每片微带贴片电极的两侧边分别连接一根金属连接线，两块介质基片之间间隙中设有液晶层。
[0008]所述的一种移相单元，其特征在于:所述每片微带贴片电极上覆有聚酰亚胺膜。
[0009]所述的一种移相单元，其特征在于:所述液晶层中添加有偏置电压，并对金属反射电极做接地处理。
[0010]所述的一种移相单元，其特征在于:所述两片微带贴片电极均为金属电极。
[0011 ]所述的一种移相单元，其特征在于:所述两块介质基片均为尺寸相同的长方体形结构的石英材料介质基片。
[0012]—种太赫兹反射式液晶移相器，其特征在于:包括数个移相单元，且每个移相单元添加不同的直流偏置电压。
[0013]本发明的工作原理是:
基于液晶分子自身的特性，对液晶施加电场会使得平行于液晶分子的介电常数和垂直于分子长轴方向的介电常数各不相同，从而表现出介电各向异性。因此通过金属连接线对两金属贴片施加电压，使两介质基片相对两侧形成电场，从而使液晶分子发生一定量的偏转，改变其介电常数，从而达到对于入射波相位的补偿。通过对于不同的移相单元施加不同大小的电压，可以使液晶分子偏转角度不同，从而得到不同大小的相位补偿，从而获得所需的相位分布。
[0014]本发明的优点是:
本发明中采用了镜像对称的反射微带电极结构以及金属反射电极，提高了移相单元的性能，大大提高了移相范围，同时结构设计简单，制作工艺易实现，所需偏置电压较小，制作成本较低；本发明采用电控方式实现不同角度的相位补偿，工作频段可大于100GHz，并且操作简单，稳定性高。
【附图说明】
[0015]图1为本发明提供的液晶移相单元的立体结构示意图。
[0016]图2为本发明提供的液晶移相单元剖面图。
[0017]图3为本发明提供的液晶移相单元的侧视图。
[0018]图4为本发明提供的第一层介质基片上表面贴片结构示意图。
[0019]图5为本发明提供的液晶移相单元在频率为318GHz，320GHz，322GHz时的移相曲线。
[0020]其中，附图标记所对应的名称:1-介质基片，2-介质基片，3-微带贴片电极，4-金属反射电极，5-金属连接线，6-液晶层，7-聚酰亚胺膜。
【具体实施方式】
[0021]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明进行全面、详细、完整的阐述。
[0022]一种移相单元，包括两层介质基片、三层金属电极结构和液晶层，如图3所示两层介质基片的其长度为L1，宽度为W1，厚度St2。对介质基片I和介质基片2的相对两侧制作尺寸为LoXWo的微带贴片电极3，在两微带贴片电极3中间同一位置的两侧分别设有一条宽度为d的金属连接线5，微带贴片电极3和金属连接线的厚度均为to。然后在介质基片I和介质基片2的相对两侧旋涂聚酰亚胺膜7，然后在两介质基片间隙中灌注厚度为t的液晶层6，液晶层6的周边用环氧树脂密封，液晶分子便会沿着取向层紧密排列。同时在介质基片2的另一侧蒸镀一层厚度为ti的金属反射电极4。
[0023]实施例
结合图1，一种移相单元，包括介质基板、电极结构和液晶层组成。其中，介质基板共分两层，其大小形状完全相同，且均由石英构成，其中介质基片I和介质基片2的边长为420μπι，宽为350μπι，厚度为390μπι。介质基板表面设有电极结构，其材料均为Cu/Au，其中介质基片I和介质基片2相对侧为镜像结构的偶极子贴片其长为230μπι，宽为35μπι，厚度为0.5μπι;介质基片2另一侧为全金属反射结构4，其长为420μπι，宽为350μπι，厚度为0.5μπι;金属连接线5的宽度为5μηι。在两微带贴片电极3上旋涂聚酰亚胺膜7，边长为420μηι，宽为350μηι，厚度为0.9μm。在两介质基片1、2中间灌注液晶，所使用液晶型号为GT3-23001，其中液晶层6的长为420μm，宽为350μηι，厚度为60μηι。
[0024]为实现太赫兹液晶移相器，结合图3和图4所述的结构。在介质基片I和介质基片2相对两侧采用光刻的方式，制作所需的贴片结构;在介质基片2其他侧制作金属全反射结构
4。在介质基片I和介质基片2相对两侧添加聚酰亚胺膜7。在两介质基片之间灌注液晶并用环氧树脂进行密封，在聚酰亚胺膜7的作用下，液晶分子将平行于基板排列。
[0025]结合图4所述结构，该液晶移相单元的工作频率与偶极子贴片的尺寸有关。在上述实施例中，该移相单元工作的频率范围为314GHz至322GHz。
[0026]在CST仿真软件中使用不同频率的信号对该移相单元进行仿真，得到其相移曲线如图5所示。
【主权项】
1.一种移相单元，其特征在于:包括介质基板、电极结构和液晶层，所述介质基板包括相对固定且相互平行的两块介质基片，所述电极结构包括两片微带贴片电极和一片金属反射电极，两片微带贴片电极分别设置在两块介质基片的相对面上，两片微带贴片电极呈镜像对称布置，金属反射电极设置在其中一块介质基片的另一面上，每片微带贴片电极的两侧边分别连接一根金属连接线，两块介质基片之间间隙中设有液晶层。2.根据权利要求1所述的一种移相单元，其特征在于:所述每片微带贴片电极上覆有聚酰亚胺膜。3.根据权利要求2所述的一种移相单元，其特征在于:所述液晶层中添加有偏置电压，并对金属反射电极做接地处理。4.根据权利要求3所述的一种移相单元，其特征在于:所述两片微带贴片电极均为金属电极。5.根据权利要求1所述的一种移相单元，其特征在于:所述两块介质基片均为尺寸相同的长方体形结构的石英材料介质基片。6.—种基于权利要求1-5中任一项所述的移相单元的太赫兹反射式液晶移相器，其特征在于:包括数个移相单元，且每个移相单元添加不同的直流偏置电压。
【文档编号】H01P1/18GK106025452SQ201610416069
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年6月8日
【发明人】杨军, 叶明旭, 尹治平, 邓光晟, 陆红波
【申请人】合肥工业大学