[发明专利]一种基于向列型液晶的新型连续可调微波带通功分器

说明书

技术领域

本发明具体涉及一种基于向列型液晶的新型连续可调微波带通功分器，该器件可应用于微波电子系统中。

背景技术

随着电子技术的快速发展和频谱资源的日益拥挤，现代电子信息系统除了具备高性能而且向着多频带、多功能、成本低、重量轻、体积小、可靠性高等目标迅猛发展。小型化、高性能、低成本且具有可调谐特性的微波无源器件作为电子系统中的重要组成部分，对微波子系统实现小型化可调谐起到了重要作用。因此，可调谐技术、可重构技术的研究成为当今微波学科研究的热点、难点。现有的可调无源器件实现技术大部分采用的是在电路结构中引入可调装置，比如：PIN二极管开关、铁氧体以及微机电系统器件。以上的可调无源器件设计技术或多或少的都存在一些缺点，例如：PIN二极管开关只能实现非连续可调，铁氧体的可调带宽较窄，MEMS器件的调谐电压高并且价格昂贵。

由于液晶具有流动性，在某些模式下，液晶可能发生不稳定的流动，这种不稳定的状态完全由外加电场强度的变化而控制，进而导致液晶盒内部光散射现象、双折射性改变以及偏振光传输功能改变等，即液晶在盒内的光学性质发生了改变，这个现象被称为液晶的电光效应。采用液晶作为电光材料，利用液晶折射率随外加电场改变而改变的特性，从而改变液晶材料等效介电常数。通过调节液晶移相器偏置电压，改变液晶分子的折射率，即通过调节电压调节液晶材料的折射率，折射率的改变直接等同于液晶等效介电常数的改变，即利用液晶在不加偏压和加偏压所产生的介电各向异性变化，从而可实现调谐的目的。基于这一思路，设计了液晶微波可调功分器。

基于可调无源器件在现代电子系统中的重要作用，以及现有的设计技术存在的一些问题，研究基于液晶材料的可调无源器件设计技术具有非常巨大的意义和应用价值。电场作用下的向列型液晶调谐作为一种新型的连续调谐方式，具有良好线性度、成本低廉、控制方便、重量轻等优点，将其应用于功分器这一关键微波器件的研究，不仅能够有效克服传统调谐技术的缺点，而且可以明显提高电子系统性能。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为解决上述问题，本发明提出了一种基于向列型液晶的新型连续可调微波带通功分器，该器件可应用于微波电子系统中，并且连续可调、损耗低、多功能、小型化、成本低、设计简单等优点。

(二)技术方案

一种基于向列型液晶的新型连续可调微波带通功分器，其主要包括顶层介质板、带通功分器的功率分配谐振单元、输入输出馈线、底层介质板、金属地和液晶；其特征在于：所述的顶层介质板呈矩型，是一种印刷电路PCB板，主要承载带通功分器的功率分配谐振单元，以及输入输出馈线；所述的底层介质板呈矩型，中间区域挖空形成凹槽，用于容纳向列型液晶；所述的金属地，贴于所述顶层和底层印刷电路板的背面下方，为一块方形金属，用于承载上述印制电路板以及向列型液晶材料，并接地。

进一步的，所述的带通功分器的功率分配谐振单元包括方形开口双模谐振单元，功分T型结和两个端口位置的折叠型传输线。

进一步的，所述的方形开口双模谐振单元，一共两个，分别位于两个功分支路上，该谐振单元蚀刻在顶层介质板的背面；所述的方形开口双模谐振单元，一共两个，分别位于两个功分支路上，该谐振单元蚀刻在顶层介质板的背面；所述的两个端口位置的折叠型传输线，蚀刻在顶层介质板背面，用于输出端口的匹配。

进一步的，所述的输入输出馈线，蚀刻在顶层介质板的正面，并通过金属化通孔与顶层介质板背面的双模谐振单元连接，用于微波信号的传输以及调制电压信号的馈入。

进一步的，其特征在于：在调试时，当调制信号电压为0V时，向列型液晶材料分子呈现垂直于顶层金属背面的金属区域排列，介电常数为初始值并且较小；当调制信号电压升高到一定程度时，向列型液晶材料分子呈现垂直于顶层金属背面的金属区域排列，在此过程中其介电常数随之增大并达到一个最大值。由于向列型液晶材料的介电常数在调制信号电场作用下，随着电压的连续变化，使得两个功分支路上的方形开口双模谐振单元的谐振频率连续变化，实现连续可调的滤波器功能。

(三)有益效果

本发明与现有技术相比较，其具有以下有益效果：本发明采用平面结构，结构紧凑，方便集成、便于小型化设计；将功分滤波功能集成于一体，小型化效果；该带通功分器中心频率可以工作在连续可调状态；而且采用普通印制电路板材料，以及液晶材料，成本低。

附图说明

图1是本发明的顶层介质板正面示意图。

图2是本发明的顶层介质板背面示意图。