液晶天线和通信装置

技术领域

本公开涉及天线技术领域，尤其涉及一种液晶天线和通信装置。

背景技术

直接馈电式液晶天线包括辐射单元和馈电网络，馈电网络用于给辐射单元馈电。当液晶天线内的辐射单元数量较多时，为了降低馈电网络的传输损耗，通常采用拼阵法制备液晶天线，即多块液晶天线通过拼接的方式连接在一起。然而，拼阵法制备的液晶天线集成度低、成本高。

发明内容

本公开的实施例提供一种液晶天线和通信装置，提高了液晶天线的集成度。

为达到上述目的，本公开的实施例采用如下技术方案：

一方面，提供了一种液晶天线，包括依次层叠设置的第二基板、液晶盒以及第一基板；所述第一基板包括多个辐射单元，所述多个辐射单元间隔排布；所述液晶盒包括多个液晶移相器，且所述液晶移相器与所述辐射单元一一对应；所述第二基板包括第一子板以及位于所述第一子板远离所述液晶盒一侧的第二子板，所述第一子板设有第一功分器，所述第一功分器包括多个第一输出端，不同的所述第一输出端与不同的所述液晶移相器相对设置，所述第二子板设有第二功分器。

在一些实施方式中，所述第一功分器包括第一输入端，所述第二功分器包括多个第二输出端，不同的所述第二输出端被配置为向不同的所述第一输入端馈入信号。

在一些实施方式中，所述第一子板和所述第二子板之间设有绝缘连接层，所述第二输出端与所述第一输入端耦合连接。

在一些实施方式中，所述第二输出端与所述第一输入端电连接。

在一些实施方式中，所述第一子板包括第一导电层，所述第一功分器为平面型功分器且位于所述第一导电层。

在一些实施方式中，所述第一功分器包括带状线功分器、微带线功分器、共面波导功分器以及基片集成波导功分器中的一个或多个。

在一些实施方式中，所述第二功分器为波导功分网络。

在一些实施方式中，所述第二基板包括多个开口，所述所述第一功分器包括第一输入端，所述第一输入端与所述开口相对设置。

在一些实施方式中，所述第一基板包括多个辐射阵，同一所述辐射阵内的多个所述辐射单元呈阵列排布，所述第二基板包括多个所述第二功分器，所述第二功分器与所述辐射阵一一对应。

在一些实施方式中，所述第二功分器包括多个第二输出端，不同的所述第二输出端与不同的所述液晶移相器相对设置，所述第二输出端被配置为向所述液晶移相器馈入信号。

在一些实施方式中，所述第一功分器在所述液晶盒的正投影与所述第二功分器在所述液晶盒的正投影交错设置。

在一些实施方式中，所述第一子板包括第一导电层，所述第二子板包括第二导电层，所述第一功分器和所述第二功分器均为平面型功分器，所述第一功分器位于所述第一导电层，所述第二功分器位于所述第二导电层。

在一些实施方式中，所述液晶移相器包括第一金属图案、第二金属图案以及液晶层，所述第一金属图案和所述第二金属图案相对设置，所述液晶层位于所述第一金属图案和所述第二金属图案之间，

所述第一金属图案和/或所述第二金属图案包括第二传输臂，所述第二传输臂与所述第一输出端耦合连接。

在一些实施方式中，所述第一子板和所述第二子板之间设置粘接层

另一方面，提供了一种通信装置，包括所述的液晶天线。

本公开实施例提供的液晶天线和通信装置，第二基板包括第一子板以及位于第一子板远离液晶盒一侧的第二子板，第一子板设有第一功分器，第一功分器包括多个第一输出端，不同的第一输出端与不同的液晶移相器相对设置，第二子板设有第二功分器。第一功分器设置在第一子板，第二功分器设置在第二子板，将原本设置在同一层结构中的多个功分器分散设置到不同的子板，增加了第一子板、第二子板中用于布置功分器的空间，而不需要使用拼阵法，提高了液晶天线的集成度，降低了液晶天线的成本。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示例性地示出了一种液晶天线的分解图；

图2示例性地示出了一种液晶天线的剖面图；

图3示例性地示出了一种第一基板的结构简图；

图4示例性地示出了一种液晶天线的部分结构剖面图；

图5示例性地示出了一种液晶移相器的剖面图；

图6示例性地示出了第一金属图案的部分结构；

图7示例性地示出了一种液晶天线的剖面图；

图8示例性地示出了一种第一功分器的结构图；

图9示例性地示出了一种液晶天线的部分结构图；

图10示例性地示出了一种第一子板的结构图；

图11示例性地示出了一种第二子板的结构图；

图12示例性地示出了一种第二基板的结构图；

图13示例性地示出了一种第一基板的结构图。

具体实施方式

下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

在本公开的实施例中，采用“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等字样对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分，仅为了清楚描述本公开实施例的技术方案，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。

在本公开的实施例中，“多个”的含义是两个或两个以上，“至少一个”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。

在本公开的实施例中，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。

现有的波束扫描天线，其控制类型大致可以分为离散型和连续型。由于液晶具备在某一个驱动电压区间内介电常数连续变化的特性，因此设置有液晶移相器的液晶天线成为连续型(或高比特控制)波束扫描天线的研究热点。液晶天线可以利用液晶移相器的特性控制波束方向，实现相控阵、反射阵或透射阵的功能。

图1示例性地示出了一种液晶天线的分解图，图2示例性地示出了一种液晶天线的剖面图。如图1和图2所示，本公开实施例提供了一种液晶天线，液晶天线包括依次层叠设置的第二基板200、液晶盒300以及第一基板100。即，第一基板100和第二基板200相对设置，液晶盒300位于第一基板100和第二基板200之间。

第一基板100与液晶盒300之间，以及第二基板200与液晶盒300之间可以通过半固化片(pp)、贴合胶等粘接层紧密贴合。当然还可以是其它连接方式，本公开实施例对此不作限定。

图3示例性地示出了一种第一基板的结构简图。如图3所示，第一基板100包括第一辐射单元110。第一辐射单元110作为液晶天线的重要组成部分，通常包括金属等导体，能够辐射电磁波或接收电磁波。第一辐射单元110可以有多种结构形式，第一辐射单元110可以是贴片、振子、缝隙、超表面、波导等。图3中示出的是第一辐射单元110为单层贴片结构。

当然，第一辐射单元110也可以为多层结构层叠形成。图4示例性地示出了一种液晶天线的部分结构剖面图。示例性地，如图4所示，第一辐射单元110包括第一导电结构111、第二导电结构112以及第三导电结构113，第一导电结构111、第二导电结构112以及第三导电结构113异层设置，第一导电结构111和第二导电结构112通过转接结构114电连接，第二导电结构112和第三导电结构113通过耦合的方式实现电连接。

实际应用时，第一基板100可以为印刷电路板(Printed Circuit Board，简称PCB)，印刷电路板包括一层或多层导电层，第一辐射单元110形成在印刷电路板。例如，印刷电路板包括第一导电层、第二导电层以及第三导电层，第一导电结构111位于第一导电层、第二导电结构112位于第二导电层，第三导电结构113位于第三导电层，第一导电结构111和第二导电结构112通过金属化通孔电连接。

当然，第一基板100也可以为金属波导，本公开实施例对第一基板100的材料不作限定。

继续参考图3，第一基板100可以包括多个辐射单元110，多个辐射单元110间隔设置。相邻两个辐射单元110的间距可以为工作频段的0.3～0.8倍波长，例如0.4倍波长、0.5倍波长、0.6倍波长或0.7倍波长等。

示例性地，多个辐射单元110可以呈阵列排布。例如，多个辐射单元110可以呈线性阵列排布，也可以呈方形、矩形等多边形阵列排布，还可以呈圆形阵列排布等。图3示出了多个辐射单元110呈正方形阵列排布的情况。本公开实施例对第一基板100中多个辐射单元110的排布方式不作限定，以下仅以多个辐射单元110呈正方形阵列排布为例进行说明。

液晶盒300包括液晶移相器，液晶移相器与辐射单元110相对设置，使电磁波可以经过液晶移相器传输至辐射单元110，或者由辐射单元110传输至液晶移相器。示例性地，液晶移相器的数量与辐射单元110的数量相同，并且液晶移相器与辐射单元一一对应。

液晶移相器包括液晶材料，液晶材料是一种可以电控的材料，当液晶材料受到偏压作用时，液晶材料会受到电场力的作用，其轴向排列顺序会重新排列，进而使液晶材料的介电常数会发生变化，产生相移特性。目前，常用的液晶材料偏压范围0V～20V时，液晶材料介电常数的变化范围为2.5～3.5。

图5示例性地示出了一种液晶移相器的剖面图。示例性地，如图5所示，液晶移相器包括上介质板310、下介质板320以及液晶材料层330，上介质板310和下介质板320相对且间隔设置，液晶材料层330位于上介质板310和下介质板320之间。上介质板310朝向液晶材料层330的表面有第一金属图案340，下介质板320朝向液晶材料层330的表面有第二金属图案350。其中，第一金属图案340包括多个上电极，第二金属图案350包括多个下电极，相对设置的一个上电极、一个下电极形成电容，通过在上电极和下电极之间施加不同的电压，可以调节液晶材料的介电常数，从而实现液晶天线的波束扫描特性。

其中，上介质板310和下介质板320可以为玻璃基板，也可以为印刷电路板、陶瓷板，本公开实施例对此不作限定。

图6示例性地示出了第一金属图案的部分结构。示例性地，如图6所示，第一金属图案340还包括第一传输臂342，第一传输臂342与上电极341电连接，且第一传输臂342与辐射单元110相对设置。辐射单元110可以与第一传输臂342电连接或者耦合，以实现辐射单元110和第一传输臂342之间的信号传输。

继续参考图6，示例性地，第一金属图案340还包括第一驱动线334，第一驱动线344与上电极341电连接。相应地，第二金属图案350包括第二驱动线，第二驱动线与下电极电连接，通过第一驱动线344和第二驱动线在上电极341和下电极之间施加电压。第一驱动线344和第二驱动线可以通过卡扣或绑定的方式引出，以与电源电连接。

当然，第一传输臂342也可以位于第二金属图案350，此时第一传输臂342与下电极电连接。或者，第一金属图案340和第二金属图案350均设有第一传输臂342，位于第一金属图案340中的第一传输臂342与上电极电连接，位于第二金属图案350中的第一传输臂342与下电极电连接。

液晶天线可以有多种类型。根据馈电形式的不同，该液晶天线可以分为空馈式液晶天线和直接馈电式液晶天线。当液晶天线为空馈式液晶天线时，液晶天线可以分为反射式液晶天线和透射式液晶天线。空馈式液晶天线阵列规模可以做的很大，即空馈式液晶天线中的辐射单元110可以设置的较多，但是效率较低；直接馈电式液晶天线，当液晶天线阵列规模较大时，馈电网络传输损耗明显增加，因此一般采用拼阵法将多块液晶天线进行拼接，实现较大规模的天线阵列，使得液晶天线的集成度较低，成本较高。

鉴于此，本公开实施例提供的液晶天线，第二基板包括多个层叠设置的子板，多个子板中的至少两个子板中设有功分器。即，将原本设置在同一层结构中的多个功分器分散设置到不同的子板，增加了每个子板中用于布置功分器的空间，而不需要使用拼阵法，提高了液晶天线的集成度，降低了液晶天线的成本。

图7示例性地示出了一种液晶天线的剖面图。如图7至图13所示，第二基板200包括层叠设置的多个子板，多个子板中包括第一子板210，第一子板210设有第一功分器230，第一功分器230包括第一输入端232以及多个第一输出端231，不同的第一输出端231与不同的液晶移相器相对设置。

第一功分器230也称第一功率分配器，信号由第一输入端232输入第一功分器230后，同时由多个第一输出端231输出信号，实现功率分配的功能。

第一输出端231与液晶移相器相对设置，从而使第一功分器230通过第一输出端231向液晶移相器馈电。不同的第一输出端231与不同的液晶移相器相对设置，从而使一个第一功分器230可以通过多个第一输出端231同时向多个液晶移相器馈电。

其中，第一输出端231可以与液晶移相器直接电连接，或者第一输出端231可以与液晶移相器耦合连接。

示例性地，液晶移相器包括上介质板310、下介质板320以及液晶材料层330，上介质板310和下介质板320相对且间隔设置，液晶材料层330位于上介质板310和下介质板320之间。上介质板310朝向液晶材料层330的表面有第一金属图案340，下介质板320朝向液晶材料层330的表面有第二金属图案350。第二金属图案450包括下电极以及与下电极电连接的第二传输臂343，第二基板200还包括转接结构，转接结构的一端穿过下介质板320与第二传输臂343电连接，转接结构的另一端与第一输出端231电连接。

示例性地，液晶移相器包括上介质板310、下介质板320以及液晶材料层330，上介质板310和下介质板320相对且间隔设置，液晶材料层330位于上介质板310和下介质板320之间。上介质板310朝向液晶材料层330的表面有第一金属图案340，下介质板320朝向液晶材料层330的表面有第二金属图案350。第一金属图案340包括第一传输臂342、第二传输臂343以及连接在第一传输臂342和第二传输臂343之间的上电极341，第一传输臂342与辐射单元110相对设置，第二传输臂343与第一输出端231相对且间隔设置，从而使第二传输臂343与第一输出端231耦合连接。

第二基板200还包括第二子板220，第二子板220位于第一子板210远离液晶盒300一侧，第二子板220设有第二功分器。第二功分器也称第二功率分配器，第二功分器包括第二输入端以及多个第二输出端，信号由第二输入端输入第二功分器后，同时由多个第二输出端输出信号，实现功率分配的功能。

第二功分器被配置为向液晶移相器馈电。其中，第二功分器可以是直接向液晶移相器馈电，第二功分器也可以通过第一功分器230向液晶移相器馈电。当第二功分器直接向液晶移相器馈电时，例如第二功分器的第二输出端与液晶移相器相对设置；当第二功分器通过第一功分器230向液晶移相器馈电时，例如第二功分器的第二输出端向第一功分器230的第一输入端232馈电，第一功分器230的第一输出端231向液晶移相器馈电。

相关技术中，用于向液晶移相器馈电的功分器设置在同一层结构中，当液晶天线中的液晶移相器数量较多时，功分器不容易布置且功耗提高。本公开实施例中，第一功分器230设置在第一子板210，第二功分器设置在第二子板220，将原本设置在同一层结构中的多个功分器分散设置到不同的子板，增加了第一子板210、第二子板220中用于布置功分器的空间，而不需要使用拼阵法，提高了液晶天线1000的集成度，降低了液晶天线1000的成本。

其中，第一功分器230可以为平面型功分器，第一子板210包括第一导电层，第一功分器230位于第一导电层。平面型功分器厚度较薄，有利于降低液晶天线1000的剖面，使得液晶天线1000更容易实现小型化。

示例性地，第一子板210可以仅包括第一导电层。例如，第一子板210为一层金属。

示例性地，第一子板210可以包括基板以及设置在基板上的第一导电层。例如，第一子板210为表面镀有金属层的非金属板。

第一子板210的一侧可以通过半固化片、粘接胶等粘接层与液晶盒300紧密贴合，第一子板210的另一侧可以通过半固化片、粘接胶等粘接层与第二子板220紧密贴合。当然，第二基板200也可以为印刷电路板，此时第一导电层为印刷电路板的其中一层金属层。

第一功分器230包括带状线功分器、微带线功分器、共面波导功分器以及基片集成波导功分器中的一个或多个。

图8示例性地示出了一种第一功分器的结构图。示例性地，如图8所示，第一功分器230包括一个第一输入端232以及四个第一输出端231，四个第一输出端231位于矩形的四个顶点处。当然，第一功分器230包括的第一输出端231的数量不限于此，还可以是两个、六个、八个等。第一输出端231的数量可以为偶数。

图9示例性地示出了一种液晶天线的部分结构图。示例性地，如图9所示，第一功分器230的第一输出端231与第二传输臂343至少部分交叠，第一传输臂342与辐射单元110至少部分交叠，信号由第一功分器230的第一输入端232输入，依次经过第一输出端231、第二传输臂343、第一传输臂342馈入辐射单元110。

图10示例性地示出了一种第一子板的结构图。示例性地，如图10所示，第一子板210包括十六个第一功分器230，十六个第一功分器230呈4*4的正方形阵列排布。

首先介绍，第二功分器的第二输出端向第一功分器230的第一输入端232馈电的情况。

第二功分器可以包括多个第二输出端，第二输出端与第一功分器230的第一输入端232一一对应，从而使第二功分器通过第二输出端向第一功分器230的第一输入端232馈电。

示例性地，第一基板100包括六十四个辐射单元110，六十四个辐射单元110呈8*8阵列排布，液晶盒300包括六十四个液晶移相器，且液晶移相器与辐射单元110一一对应。第一子板210包括十六个第一功分器230，每个第一功分器230包括四个第一输出端231，第一输出端231与液晶移相器一一对应。第二功分器包括十六个第二输出端，第二输出端与第一输入端232一一对应。

在一些实施方式中，第一子板210和第二子板220之间设有绝缘连接层，第二输出端与第一输入端232耦合连接。当第二输出端与第一输入端232的相对位置出现偏差时，第二输出端和第一输入端232之间仍然可以正常馈电，降低了第二输出端与第一输入端232之间相对位置的要求，从而降低了制备难度。

示例性地，绝缘连接层为半固化层或者粘接层。

当然，第二输出端也可以与第一输入端232电连接，从而提高馈线效率。

示例性地，第一子板210和第二子板220之间设有绝缘连接层，绝缘连接层设有金属化通孔，第一输入端232和第二输出端通过金属化通孔电连接。

示例性地，第一子板210和第二子板220接触，从而使第二输出端与第一输入端232接触，实现电连接。此时，第一功分器230与第二功分器除第一输入端232和第二输出端之外，在液晶盒300的正投影不重叠。

图11示例性地示出了一种第二子板的结构图。如图11所示，第二功分器可以为波导功分网络。波导功分网络可以包括多个开口221，多个开口221呈阵列排布，每个开口221为一个第二输出端。

图12示例性地示出了一种第二基板的结构图。如图12所示，第一功分器230的第一输入端232在第二子板220的正投影位于开口221范围内，从而使第二输出端和第一输入端232耦合连接。

当然，第二功分器也可以是其他结构，本公开实施例对第二功分器的结构不作限定。

图13示例性地示出了一种第一基板的结构图。如图13所示，在一些实施方式中，第一基板100包括多个辐射阵101，同一辐射阵101内的多个辐射单元110呈阵列排布，第二基板200包括多个第二功分器，第二功分器与辐射阵101一一对应。

此时，液晶天线1000可以为圆极化天线，可以通过旋转辐射阵101改善液晶天线1000的轴比性能。实际应用时，可以向不同的第二功分器输入不同的信号。

接下来介绍，第二功分器直接向液晶移相器馈电的情况。

在一些实施方式中，第二功分器包括多个第二输出端，不同的第二输出端与不同的液晶移相器相对设置，第二输出端被配置为向液晶移相器馈入信号。即，第一功分器230的第一输出端231和第二功分器的第二输出端均直接向液晶移相器馈电。

用于向液晶移相器馈电的第一功分器230和第二功分器分别设置在第一子板210和第二子板220，也就是说将原本设置在同一层结构中的多个功分器分散设置到不同的子板，增加了每个子板中用于布置功分器的空间，而不需要使用拼阵法，提高了液晶天线1000的集成度，降低了液晶天线1000的成本。

其中，第一功分器230和第二功分器的结构可以相同，也可以不同。第二功分器可以通过耦合的方式向液晶移相器馈电，也可以通过直接电连接的方式向液晶移相器馈电。

第一功分器230在液晶盒300的正投影与第二功分器在液晶盒300的正投影交错设置，使得相邻两个第一功分器230之间的间距更大，且相邻两个第二功分器之间的间距更大。

例如，第一功分器230和第二功分器在液晶盒300的正投影按照第一功分器230、第二功分器、第一功分器230、第二功分器……的顺序排布。

第一子板210包括第一导电层，第二子板220包括第二导电层，第一功分器230和第二功分器均为平面型功分器，第一功分器230位于第一导电层，第二功分器位于第二导电层。

实际应用时，第二基板200还可以包括第三子板、第四子板等，第三子板可以包括第三功分器，第四子板可以包括第四功分器，在此不再一一列举。

本公开实施例还提供了一种通信装置，通信装置包括上述的液晶天线1000，通过液晶天线1000发射电磁波或接收电磁波。该通信装置可以应用于多种通信系统中，例如，卫星通信系统、物联网(internet of things，IoT)、窄带物联网(narrow band internetofthings，NB-IoT)系统、全球移动通信系统(global system for mobilecommunications，GSM)、增强型数据速率GSM演进系统(enhanced data rate for GSMevolution，EDGE)、宽带码分多址系统(wideband code division multiple access，WCDMA)、码分多址2000系统(code division multiple access，CDMA2000)、时分同步码分多址系统(time division-synchronization code division multiple access，TD-SCDMA)，长期演进系统(longterm evolution，LTE)、第五代(5G)通信系统，例如5G新无线(new radio，NR)，以及5G移动通信系统的三大应用场景增强型移动带宽(enhanced mobilebroadband，eMBB)，超可靠、低时延通信(ultra reliable low latency communications，uRLLC)和海量机器类通信(massive machine type communications，mMTC)，设备到设备(device-to-device，D2D)通信系统、机器到机器(machine to machine，M2M)通信系统、车联网通信系统，或者还可以是其他的或者未来的通信系统，本公开实施例对此不作具体限定。

以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。