[实用新型]一种液晶移相器及基于其的电磁波调控透镜

说明书

本实用新型公开了一种液晶移相器及基于其的电磁波调控透镜，所述液晶移相器包括n个液晶移相单元，液晶移相单元包括第一介质层、液晶层和第二介质层，其中：第一介质层、液晶层和第二介质层自上而下设置；第一介质层的下表面设有电极，电极与第一外部驱动电压输出端口相连；第二介质层的上表面设有金属贴片，金属贴片上设有缝隙，金属贴片与第二外部驱动电压输出端口相连。利用液晶作为调谐媒质，本实用新型通过改变加载在电极和金属贴片上的偏置电压来调控透射电磁波的幅度和相位，实现可调液晶移相器，具有用途广泛、响应速度快、损耗低、移相范围大、结构简单、容易加工等突出优点，可以广泛应用于微波、毫米波和太赫兹天线及天线阵领域。

技术领域

本实用新型属于微波器件领域，具体涉及一种液晶移相器及基于其的电磁波调控透镜。

背景技术

移相器是微波射频领域的一种重要器件，是相控阵天线的核心部件。目前，移相器主要分为有源移相器和无源移相器。有源移相器虽然具有封装体积小，易于集成等优点，但是其不可避免的额外功耗限制了它的应用范围。无源移相器主要包括基于MEMS、PIN 二极管等的开关形式移相器和基于变容二极管、铁氧体等的连续调控移相器。其中，开关形式的移相器只能提供二种或数种既定输出相位，难以满足现代微波应用的需要；基于变容二极管的移相器受二极管的封装性能影响，通常只能工作在10GHz以下，难以满足 KU/KA卫星通信、5G通信等高频应用的需求；基于铁氧体的移相器则因控制设备体积庞大，不能满足现代天线系统的要求。

基于液晶材料的可调移相器是近年来提出的一种新方案。液晶是一种介电常数可以通过偏置电场或磁场控制的材料，随着偏置电压的变化，液晶介电常数也随之连续改变，实现连续的相位调控。液晶移相器主要分为二种，加载线形式液晶移相器和空间馈电形式液晶移相器。加载线形式液晶移相器是利用液晶代替传统微波传输线中的部分或全部介质，实现可调移相器。空间馈电形式液晶移相器包括反射式液晶移相器和透射式液晶移相器，这种移相器通过对照射到移相器上的电磁波进行控制，改变反射或透射电磁波的相位。其中，透射式液晶移相器在产生可调相移的同时，还可以对电磁波的幅度、极化方式和折射方向进行控制，实现具有模式转换，波束汇聚，波束偏转，极化变换等功能电磁波调控透镜，具有广阔的应用前景。然而，目前透射式液晶移相器通常仅利用液晶本身的材料特性，即利用电磁波穿透一定厚度的液晶层形成的可调波程差来实现移相作用，因此需要较厚的液晶层来得到合适的移相量，导致液晶响应速度很慢。专利CN106773341A针对传统透射型液晶移相器响应速度慢的问题进行了改进，采用多层较薄的液晶层叠加的方案提升了液晶反应速度，但是这种方案引入了多层额外的基板，增加了移相器的总厚度和损耗；此外，这种方案只能单纯实现移相的作用，不能实现对电磁波的调控作用。

实用新型内容

为了解决上述现有技术存在的缺陷，本实用新型提出一种液晶移相器及基于其的电磁波调控透镜。本实用新型液晶移相器由多个液晶移相单元组成，通过控制外部偏置电压来改变各个移相单元的移相量，使得在不同移相单元处穿透本实用新型的电磁波可以各自独立地受到相同或不同形式的调控，进而既可以实现经典的可调液晶移相器，又可以实现基于该透射型液晶移相器的电磁波调控透镜。

根据本实用新型的一方面，提出一种液晶移相器，所述液晶移相器包括介质结构和液晶结构，其中：

所述介质结构用于承载所述液晶结构；

所述液晶结构用于通过控制液晶的介电常数来控制透过所述液晶移相器的电磁波的相位。

可选地，所述介质结构包括第一介质层和第二介质层，所述液晶结构置于所述第一介质层与第二介质层之间。

可选地，所述第一介质层的下表面设有电极，所述电极与第一外部驱动电压输出端口相连。

可选地，所述电极呈矩形、圆形或椭圆形。

可选地，所述电极的制作材料为铜、金、铝或ITO。