[发明专利]一种基于液晶介质移相器的太赫兹相控阵天线

说明书

本发明涉及一种基于液晶介质移相器的太赫兹相控阵天线，它包括多模干涉功分器、液晶介质移相器部件和锥形介质棒天线结构；所述多模干涉功分器和棒天线分别设置在所述液晶介质移相器部件的两侧；所述多模干涉功分器通过矩形波导馈电，经过所述液晶介质移相器部件相位调制后的射频信号通过所述锥形介质棒天线结构辐射，产生固定方向的辐射方向图。本发明的优点在于：基于液晶介质移相器的1×4太赫兹相控阵采用液晶介质移相器、多模干涉功分器以及锥形介质棒天线合成一体化的设计思路，同时利用现有聚苯乙烯微波塑料加工工艺，不再需要单独的移相器元件，极大地降低了相控阵天线的成本，实现了小型化。

技术领域

本发明涉及相控阵天线技术领域，尤其涉及一种基于液晶介质移相器的太赫兹相控阵天线。

背景技术

目前大多数可用于市场的相控阵天线，是通过混合跟踪方法控制，天线在仰角平面上电子控制，在方位平面上机械控制，这些架构允许平面阵列的广角扫描，增益损失可忽略不计。然而，这些天线相对昂贵，由于机械系统，重量大，占用体积大，对于一些手机汽车等终端，不仅对天线有性能要求，而且天线的低轮廓和紧凑性也很重要。现有基于硅基CMOS集成的相控阵已经被证明可用于太赫兹波段，尽管如此，它们的实际应用受到环境条件的挑战。

因此，不同的微波材料，包括柔性液晶聚合物和低温共烧陶瓷(LTCC)，已被用于降低封装成本并改善，相控阵也可以通过使用可调电介质来实现，例如，已经有基于钛酸锶钡的相控阵的研究，该技术为太赫兹波段以下的频段提供了相对较高的性能，而由于介电损耗的增加，它们的性能大大降低。

现有传统的机械式波束扫描技术的相控阵天线，其存在频率波段低、无线通信数据率低、定位精度差和扫描精度有限，且其结构与控制复杂、笨重昂贵和功能单一、扫描系统比较庞大、集成微小化程度低等问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供了一种基于液晶介质移相器的太赫兹相控阵天线，可有效解决基于传统的机械式波束扫描技术的相控阵天线中所出现的问题，满足相控阵雷达天线与系统中对新型电调相控阵天线的需求。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种基于液晶介质移相器的太赫兹相控阵天线，它包括多模干涉功分器、液晶介质移相器部件和锥形介质棒天线结构；所述多模干涉功分器和棒天线分别设置在所述液晶介质移相器部件的两侧；所述多模干涉功分器通过矩形波导馈电，经过所述液晶介质移相器部件相位调制后的射频信号通过所述锥形介质棒天线结构辐射，产生固定方向的辐射方向图。

进一步地，所述液晶介质移相器部件包括五个依次排列的基板，在每两个基板之间设置有液晶介质移相器；在液晶介质移相器上下的基板上焊接有偏置电极，所述液晶介质移相器与偏置电极接触实现电路连通。

进一步地，所述液晶介质移相器包括平行极化镜像线结构，在其内部削出有液晶腔，在液晶腔内部放置有液晶，液晶介质移相器只与一侧的基板紧贴，以形成介质镜像线结构。

进一步地，所述偏置电极通过馈线连接到焊盘上，焊盘焊接在所述基板上；所述偏置电极包括反向阶梯阻抗结构的电机，以防止基板内部的寄生模式产生不需要的模式激励，实现减少耦合并抑制谐振的目的。

进一步地，两个偏置电极之间的间隔为1.25mm，偏置电极的长度为21mm，其内部设计有宽度为0.4mm和0.8mm以及长度为0.15mm和0.25mm的两个不同宽度和长度的反向阶梯阻抗结构，以获得高带宽和足够的模式抑制。

进一步地，所述多模干涉功分器一端为锥形结构，以减少寄生辐射；在锥形结构上设置有单模端口，在多模干涉功分器的另一端设置有四个终端端口；所述液晶介质移相器的一端分别插入到四个终端端口中。

进一步地，所述锥形介质棒天线阵列包括四根锥形介质棒天线；所述液晶介质移相器的另一端分别插入到四根锥形介质棒天线中。