一種基于液晶材料的頻率可重構天線的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于天線技術領域，具體涉及一種基于液晶材料的頻率可重構天線。
【背景技術】
[0002]隨著現代雷達和通信系統的迅速發展，為實現通信、導航、制導、警戒、武器尋的等目的，飛機、輪船、衛星等所需的天線數量越來越多。這使得平臺上所負載的重量不斷增加，而且搭建天線所需的費用也不斷上升，同時，各天線之間的電磁干擾也非常大，嚴重影響天線的正常工作。為了減輕平臺上所負載的天線重量、降低成本、減小平臺的雷達散射截面、實現良好的電磁兼容特性，希望能用一個天線來實現多個天線的功能。采用同一個天線或天線陣，通過動態改變其物理結構或尺寸，使其具有多個天線的功能，相當于多個天線共用一個物理口徑，這種天線就稱為可重構天線。
[0003]可重構天線的概念最早是在1983年D.Schaubert的專利“Frequency-Agile ,Polarizat1n Diverse Microstrip Antenna and Frequency Scanned Arrays” 中提出的。1999年，美國國防部高級研究計劃局(DARPA)制定了名為“Reconfigurable ApertureProgramUECAP)”的計劃。在這一計劃的資助下，一些實驗室和大學進行了可重構天線的初步研究，用一些形式的天線實現了一定程度上的可重構，證明了可重構天線的可行性。近年來國內可重構天線的研究也得到了很大的重視，王秉中等人研究較早并獲得了一定的成果。鑒于可重構天線概念新、難度大、相關基礎研究少，還沒有能夠有效分析和設計可重構天線的電磁理論。DARPA的首期研究計劃是在10倍頻程的范圍內實現方向圖的動態可重構的。可重構天線將主要應用在高頻衛星通信系統、低頻通信系統、電子情報、雷達(合成孔徑雷達(SAR))、地面移動目標識別(GMTI)等諸多方面。
[0004]可重構天線按功能一般可分為以下幾類:第一類是方向圖形狀不變，而頻率可以改變的天線，能寬頻帶或多頻段工作;第二類是頻率不變，方向圖形狀可以改變的天線;第三類是能夠同時改變頻率和方向圖的可重構天線；另外還有其它諸如可以改變極化方向的極化可重構天線。而按照重構的實現途徑，又可分為電子器件可重構、機械可重構及改變天線的材料特性的可重構等形式。
[0005]雖然早在20世紀80年代初，就已提出了可重構天線的概念，但直到前些年，隨著高性能、低功耗的微電子機械(MEMS)開關的發展，對可重構天線的研究才進一步深人。目前大多數可重構天線設計采用MEMS開關。MEMS開關具有理想的開關特性，開關比非常高，可實現從直流到高于40GHZ射頻信號的隔離。同時，它功耗低，接人電路中插損極小，而且采用CMOS工藝制作，體積小，重量輕，便于集成。它的缺點是響應速度稍慢，需要幾微秒到幾十微秒的時間，且由于其本質為機械結構，因此機械疲勞成為阻礙其廣泛應用的障礙。在要求響應速度的地方，可以用PIN 二極管開關，但它的隔離特性不如MEMS開關，而且功耗大。
[0006]液晶材料這種電控材料在微波段的引入解決了這些問題，其電控特性原理源自材料本身的各向異性性，因此其在微波，太赫茲甚至光頻都具有良好的物理特性。但是液晶材料由于其特殊的物質狀態而不易加工，因此良好的電控機構成為可重構天線中至關重要的部分，但是在這一方面理論與技術的成熟度不高，相應的設計方法也十分欠缺。
【發明內容】
[0007]本發明是針對現有天線的頻率調控無法實現連續的不足，提出的一種基于液晶材料的頻率可重構天線。
[0008]本發明的解決方案是通過以下技術方法實現的:
[0009]—種基于液晶材料的頻率可重構天線，包括上、下兩層玻璃基板、微帶帶條、金屬貼片、液晶層、金屬地板、液晶封裝結構;其中下層玻璃基板上表面設置一層金屬地板，上層玻璃基板的下表面設置“T”形輻射單元，該“T”形輻射單元的底端與玻璃基板的一邊齊平，金屬地板與上層玻璃基板之間灌注液晶材料，該天線從“T”形輻射單元的底端饋電，液晶封裝結構將整個天線四邊圍住并密封。
[0010]進一步的，所述液晶材料型號為TUD-566、E7、K15、5CB液晶材料中的任意一種。
[0011 ]進一步的，液晶封裝結構材料為環氧樹脂。
[0012]本發明將可以實現電調控的液晶材料與頻率可重構天線設計結合起來，設計出一種基于液晶材料的頻率可重構天線。這樣的設計將能夠實現天線頻率的連續調控。本發明具有體積小，結構簡單，可靠性高，可調諧范圍大等諸多優點。為提高頻率可重構天線的性能提供了全新的技術途徑。
【附圖說明】
[0013]圖1為基于液晶材料的頻率可重構天線結構截面圖；
[0014]圖2為本發明基于液晶材料的頻率可重構天線的俯視圖截面圖；
[0015]圖3為本發明提供的頻率可重構天線不對液晶材料加電模式時的S參數仿真結果；
[0016]圖4為本發明提供的頻率可重構天線對液晶材料加電模式并改變輸入電壓時的S參數仿真結果；
[0017]圖中:1.微帶帶條，2.金屬貼片，3.玻璃基板，4.液晶材料，5.金屬地板，6.環氧樹脂。
【具體實施方式】
[0018]實施例1: 一種基于液晶材料的頻率可重構天線，包括上、下兩層玻璃基板、微帶帶條、金屬貼片、液晶層、金屬地板、液晶封裝結構;其中下層玻璃基板上表面設置一層金屬地板，上層玻璃基板的下表面設置“T”形輻射單元，該“T”形輻射單元的底端與玻璃基板的一邊齊平，金屬地板與上層玻璃基板之間灌注液晶材料，該天線從“T”形輻射單元的底端饋電，液晶封裝結構將整個天線四邊圍住并密封;液晶材料型號為TUD-566;液晶封裝結構材料為環氧樹脂。本實施例液晶材料相對介電常數可調范圍為為2.4-3.2，厚度為0.2mm;基板材料為玻璃，利用光刻的方法在基板上刻蝕圖形，圖形區域為由微帶帶條及金屬貼片組成的福射單元，微帶帶條寬度為0.53mm，貼片尺寸為I Imm X 5mm。上下兩層玻璃基板體積為(長X 寬 X 高)8.8mmX 8.8mmX 0.1mm0
[0019]本實施例在微帶帶條和金屬地板之間加偏置電壓，加電后液晶的內部分子結構排列發生改變，因液晶的介電常數各向異性，所以其介電常數也發生了改變，而微帶貼片天線的中間介質層介電常數變化會導致其諧振頻點發生偏移，從而達到頻率可重構的目的。附圖3為本實例基于液晶材料的頻率可重構天線不對液晶材料加電模式時的S參數仿真結果圖；附圖4為本實例基于液晶材料的頻率可重構天線對液晶材料加電模式并改變輸入電壓時的S參數仿真結果圖。仿真結果證明通過對液晶材料的電調控可以實現頻率可重構天線的頻率連續可調。
【主權項】
1.一種基于液晶材料的頻率可重構天線，包括上、下兩層玻璃基板、微帶帶條、金屬貼片、液晶層、金屬地板、液晶封裝結構;其中下層玻璃基板上表面設置一層金屬地板，上層玻璃基板的下表面設置“T”形輻射單元，該“T”形輻射單元的底端與玻璃基板的一邊齊平，金屬地板與上層玻璃基板之間灌注液晶材料，該天線從“T”形輻射單元的底端饋電，液晶封裝結構將整個天線四邊圍住并密封。2.如權利要求1所述的一種基于液晶材料的頻率可重構天線，其特征在于所述液晶材料型號為TUD-566、E7、K15、5CB液晶材料中的任意一種。3.如權利要求1所述的一種基于液晶材料的頻率可重構天線，其特征在于液晶封裝結構材料為環氧樹脂。
【專利摘要】該發明公開了一種基于液晶材料的頻率可重構天線，屬于天線技術領域，具體涉及一種基于液晶材料的頻率可重構天線。該頻率可重構天線包括上下兩層基板、微帶帶條、金屬貼片、液晶層、金屬地板。該發明將液晶材料的電調控特性與頻率可重構天線設計相結合，制作出一種基于液晶材料的頻率可重構天線，使得天線頻率能夠實現連續調控，并且可調諧范圍大。提高了頻率可重構天線在小型化，寬頻帶的實際應用。
【IPC分類】H01Q5/00, H01Q5/10, H01Q1/36, H01Q1/38
【公開號】CN105552535
【申請號】CN201610096052
【發明人】趙懌哲, 卿安勇, 林川
【申請人】電子科技大學
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2016年2月22日