[发明专利]一种超材料可调电容器结构

说明书

本发明公开了一种超材料可调电容器结构，包括第一基板、第二基板，超材料介质层，位于第一基板与超材料介质层之间的金属地板层，位于金属地板层上的周期性排布的缝隙以及隔离孔，位于第二基板与超材料介质层之间的微带线、微带线上周期加载的枝节、偏置线以及扼流节，位于微带线两端的两个馈电端。通过控制施加在所述偏置线上的电压调节可变介电常数超材料电容器的电容值，并以此实现基于该可变电容结构的时频响应、频率选择、移相控制、传输匹配等功能。本发明有效减小了可变电容结构尺寸和偏置电路对射频信号的分流衰减，从而提高了该结构的品质因数，很大程度上解决了射频微波器件及天线的微型化、批量化、集成化和低成本化难题，同时也为天线设计增加了更多的自由度。

技术领域

本发明涉及移相器及天线技术领域，尤其与连续的模拟超材料可调电容器相关。

背景技术

可调电容器是一种电容量可以在一定范围内调节的电容器，被广泛应用于时频响应、频率选择、移相控制、传输匹配等技术领域，特别是基于可调电容器结构实现移相器的方法成为技术热点。

移相器广泛应用于相控阵天线、相位调制器以及谐波失真抵消器等诸多射频设备中，为了获得更好的应用效果，对移相器性能也提出小型化、重量轻、插入损耗小且在整个工作带宽内的平坦度好、移相范围大、工作带宽宽、输入输出端口匹配好、低功耗、低成本等更高的要求。

现有移相器的实现方式很多，但都存在一定的应用局限。其中有源移相器功耗大，应用场景受限。在无源移相器中，基于PIN二极管、CMOS、MEMS等的开关型移相器不能实现相位的连续调节，在要求小型化和高相移精度的应用场景中受限；基于变容二极管的反射型或可变电容器型移相器在高频应用时会因插损增加从而降低品质因数(FOM)，影响性能指标。近些年，随着材料科学的发展，基于铁电薄膜BST、液晶等超材料可变电容器型移相器因其介电常数可调范围大或较高的品质因数，在移相器设计研究中有着广泛的应用前景而受到越来越多的关注，也有诸多相关专利申请，如可电子地操纵的平面相控阵列天线(201280058131.4)、液晶移相器和天线(201810548743.0)、一种液晶移相器以及电子设备(201810333111.2)、MULTI-LAYERED SOFTWARE DEFINED ANTENNA AND METHOD OFMANUFACTURE(US 20180062266)等，但现有设计实现360°移相所需传输线长度较长，从而带来移相器尺寸较大、FOM降低等问题，不利于射频微波器件及天线的微型化、集成化，同时也降低了天线设计的自由度，不利于实现天线多极化工作能力，增加了馈电网络的设计难度和加工难度；此外，对于如何将调节超材料介质层介电常数的偏置电路对射频信号影响减到最小也没有给出更好的解决方案。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提供了一种基于超材料结构的可调电容器结构，该结构有效减小了可变电容结构尺寸和偏置电路对射频信号的分流衰减，从而提高了该结构的品质因数，很大程度上解决了射频微波器件及天线的微型化、批量化、集成化和低成本化难题，同时也为天线设计增加了更多的自由度。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：

一种超材料可调电容器结构，包括：

相对设置的第一基板(102)、第二基板(103)以及位于第一基板(102)和第二基板(103)之间的超材料介质层(107)；

位于第一基板(102)与超材料介质层(107)之间的金属地板层(104)；所述金属地板层(104)上具有至少2个周期性排布的缝隙(105)；

位于第二基板(103)与超材料介质层(107)之间的微带线(108)、加载在微带线(108)上的偏置线(109)。

优选的，所述微带线(108)上具有周期性加载的枝节(202)，以及两个馈电端(111)和(112)。