[发明专利]基于可变介电常数基材的宽带相位可调移相器的制备方法

说明书

本发明提供了一种基于可变介电常数基材的宽带相位可调移相器的制备方法，通过最小二乘法求得输入阻抗接近50欧姆时微波传输线宽度和长度的最优解。根据得到的长度和宽度进行优化仿真，最后液晶成盒。本发明利用液晶介电常数可变的特性来制备低成本，工作带宽宽，无级步进的射频移相器，可以运用于相控天线阵，以及其他需要射频移相器的设计中。

技术领域

本发明涉及射频移相器领域，具体是一种基于可变介电常数基材的宽带相位可调移相器的制备方法。

背景技术

目前5G通信，卫星通信，以及将来6G通信，都要求相控天线阵，其中关键就是实现电调电磁波束扫描功能，电调波束扫描功能的实现是通过给各个辐射单元配不同的电磁波信号相位，因此应用于相控天线阵的相位可调移相器是相控天线阵的关键技术和设计。

目前市场上的相位可调的移相器一般由PIN管，变容二极管，铁氧体器件组成，这些移相器普遍面临这成本高，插损高，功耗大等缺点。液晶作为一种介电常数可变的基材，有着价格便宜，功耗低，插损和隔离度较优等优点，通过给液晶施加不同电压，可以改变液晶介电常数，在不改变移相电路结构的情况下，可以实现电磁波相位的调节。

目前，德国的默克公司以及中国京东方都有利用液晶做移相器的相关专利。然而，他们的专利中的移相器，都是采用同一宽度的微带线，下方全部或者部分填充液晶，实现相位可调功能。这些设计面临着工作带宽窄，无法选用介电常数变化大的液晶作为基材，介电常数变化大，同样长度的微带线移相角度就大，但是工作带宽就会变小，因此他们的设计，为了达到符合要求的移相度数，尺寸做的就比较大，不利于最后天线组阵，同时，移相器尺寸大，带来的插损就高。这些设计无法满足新一代通信系统中，相控天线阵宽频带，尺寸小，损耗低的要求。

发明内容

本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种基于可变介电常数基材的宽带相位可调移相器的制备方法，利用液晶介电常数可变的特性来制备低成本，工作带宽宽，无级步进的射频移相器，可以运用于相控天线阵，以及其他需要射频移相器的设计中。

本发明包括以下步骤：

第一步，假设几段不同宽度的微带线（或者带状线，悬置带线等），例如三段，根据微带线（或者带状线，悬置带线等）特性阻抗经验公式，立刻计算出三段线在不同介电常数情况下的特性阻抗，再ABCD网络理论，设定二端口终端负载电阻为50欧姆，从而，立刻在此网络的一端口出得到其输入阻抗，此输入阻抗应该尽可能等于50欧姆，从而反射系数较小。在不同的介电常数条件下，可以分别得出此二端口网络的输入阻抗方程表达（二端口用50欧姆负载电阻终结），这些方程的自变量就是三段线的各自宽度和长度，调整三段线的宽度和长度，使得这些方程（即输入阻抗）尽可能等于50欧姆，这等效为解一个超定方程组问题，解决此问题可以用经典的最小二乘法数值求解。

第二步，根据第一步计算出的三段线的宽度和长度，作为此网络结构的初值，放入专业电磁仿真软件中进行全波仿真优化，优化的自变量为每段线的宽度，长度，优化目标为某个频带范围内，S11（回波损耗）和S21（插损）尽量小，例如小于-20dB，S21尽量大，例如大于-0.5dB。此时，仿真中的液晶介电常数可以设置为其变化范围的中间值。

第三步，完成第二步优化仿真后，再改变液晶介电常数，观察在设计的工作带宽内，无论液晶介电常数如何变化，此网络的回波损耗和插损都满足设计需求。如果满足，仿真优化完成，如果不满足，回到第二步，再次优化仿真。

第四步，根据第三步仿真优化的最终结构，液晶成盒，包括蚀刻，定向膜，液晶封框成盒，等标准液晶面板生产工艺。

本发明有益效果在于：

1、本发明能够把射频移相单元成本大大降低，目前射频移相器一般用芯片级解决方案（例如砷化镓工艺芯片），或者PIN管解决方案，这些方案的移相器，成本远远高于液晶。