(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202011363718.9
(22)申请日 2020.11.27
(71)申请人 北京华镁钛科技有限公司
地址 100094 北京市海淀区唐家岭路弘祥
1989科技文化产业园
(72)发明人 修威 田海燕 杨光 韩运皓
(74)专利代理机构 北京中政联科专利代理事务
所(普通合伙) 11489
代理人 郑久兴
(51)Int.Cl.
H01Q 1/36(2006.01)
H01Q 1/38(2006.01)
H01Q 1/48(2006.01)
H01Q 3/36(2006.01)
H01Q 21/00(2006.01)
H01Q 1/50(2006.01)
(54)发明名称一种PCB液晶相控阵天线(57)摘要本发明公开了一种PCB液晶相控阵天线，包括：天线罩层和间隔层，所述天线罩层与所述间隔层间隔设置，所述天线罩层与所述间隔层之间形成空气介质层；第一传输线层，设置在所述间隔层上，并位于所述空气介质层中；所述空气介质层设有源器件，所述有源器件与所述第一传输线层连接；移相器层，与所述间隔层连接，所述移相器层通过第一金属化过孔与所述有源器件电连接；第三介质层，与所述移相器层连接；第二传输线层，与所述第三介质层连接，所述第二传输线层通过第二金属化过孔与所述移相器层电连接；本发明解决了液晶移相器作为独立器件很难像传统移相器一样与功率器件集中封装在同一个芯片内，致使移相器损耗很难通过功率器件弥 补的问题。权利要求书2页 说明书6页 附图6页CN 112490645 A 2021.03.12
C N 112490645
A
1.一种PCB液晶相控阵天线，其特征在于，包括：
天线罩层和间隔层，
所述天线罩层与所述间隔层间隔设置，所述天线罩层与所述间隔层之间形成空气介质层；
所述间隔层形成若干个腔室，每个所述腔室中均设置有液晶；
第一传输线层，设置在所述间隔层上，并位于所述空气介质层中；
所述空气介质层设有源器件，所述有源器件设置在所述间隔层表面，所述有源器件与所述第一传输线层连接；
移相器层，与所述间隔层连接，并位于所述第一传输线层的相对侧，所述移相器层通过第一金属化过孔与所述有源器件电连接，所述第一金属化过孔贯穿所述间隔层；
第三介质层，与所述移相器层连接，并位于所述间隔层的相对侧；
第二传输线层，与所述第三介质层连接，并位于所述移相器层的相对侧，所述第二传输线层通过第二金属化过孔与所述移相器层电连接。
2.根据权利要求1所述的一种PCB液晶相控阵天线，其特征在于，
所述天线罩层包括辐射片层和辐射片介质层；
所述辐射片层设置在所述辐射片介质层上，并位于所述空气介质层中；
所述辐射片层由若干个辐射片组合构成，若干个所述辐射片呈矩形阵列式排布。
3.根据权利要求1所述的一种PCB液晶相控阵天线，其特征在于，
所述间隔层包括：
第一金属地板层、与所述天线罩层之间形成所述空气介质层的第一介质层，
所述第一金属地板层与所述第一介质层连接，并位于所述第一传输线层的相对侧；
第一PP层，与所述第一金属地板层连接，并位于所述第一介质层的相对侧；
第二介质层，与所述第一PP层连接，并位于所述第一金属地板层的相对侧；
第二金属地板层，与所述第二介质层连接，并位于所述第一PP层的相对侧；
第二PP层，与所述第二金属地板层连接，并位于所述第二介质层的相对侧；
所述第二PP层或第二介质层上形成若干个所述腔室。
4.根据权利要求3所述的一种PCB液晶相控阵天线，其特征在于，
若干个所述腔室呈矩形阵列式排布，相邻的两个所述腔室通过联通槽连接相通；
所述腔室为上下带有开口的腔室。
5.根据权利要求3所述的一种PCB液晶相控阵天线，其特征在于，
所述第一金属化过孔贯穿所述的第一介质层、第一金属地板层上的避让孔、第一PP层、第二介质层、第二金属地板层上的避让孔和第二PP层，并与所述腔室内设置有的传输线电连接；
所述避让孔的直径大于所述第一金属化过孔的直径。
6.根据权利要求1所述的一种PCB液晶相控阵天线，其特征在于，
所述第二金属化过孔一端与所述移相器层电连接，另一端贯穿所述第三介质层，并与所述第二传输线层电连接。
7.根据权利要求3所述的一种PCB液晶相控阵天线，其特征在于，
所述第一金属地板层通过第三金属化过孔与所述第二金属地板层电连接；
所述第三金属化过孔贯穿所述的第一介质层、第一金属地板层、第一PP层、第二介质层、第二金属地板层、第二PP层、移相器层和第三介质层。
8.根据权利要求3所述的一种PCB液晶相控阵天线，其特征在于，
还包括位于所述第一金属化过孔与所述第二金属化过孔之间的非金属化过孔；
所述非金属化过孔贯穿所述的第一介质层、第一金属地板层、第一PP层、第二介质层、第二金属地板层和第二PP层，所述非金属化过孔的孔腔与所述腔室连接相通；
所述非金属化过孔设置有两个，两个所述非金属化过孔间隔设置。
9.根据权利要求1所述的一种PCB液晶相控阵天线，其特征在于，
所述有源器件为功率放大器或低噪声放大器；
所述移相器层由若干个移相器组成，若干个移相器呈矩形阵列式排布，所述移相器与所述腔室一一对应。
10.根据权利要求1所述的一种PCB液晶相控阵天线，其特征在于，
所述第一传输线层包括第一传输线，所述第一传输线一端为开路，另一端与所述有源器件电连接；
所述第二传输线层包括第二传输线、功分/和路网络；
所述功分/和路网络通过所述第二传输线与所述第二金属化过孔电连接；
所述功分/和路网络的每条之路放置有隔直电容。
一种PCB液晶相控阵天线
技术领域
[0001]本发明涉及无线通信领域，特别是涉及相控阵天线技术领域。
背景技术
[0002]低成本相控阵天线在卫星通信、5G等新基建领域需求越来越突出。高性能电磁液晶材料科技的进步，为低成本、低功耗相控阵天线设计提供了一个有效的解决方案，液晶相控阵天线技术作为一项具有革命意义的技术创新成为众多厂家关注研发的重点。[0003]液晶分子可根据电场强度的变化实现偏转，进而实现相对介电常数可调的目的。通过对液晶相对介电常数的调节和控制是实现液晶移相器的基本原理。然而一方面液晶移相器单独密封于玻璃盒内，玻璃金属化过孔工艺依然存在困难；另一方面，液晶移相器作为独立器件很难像传统移相器一样与功率器件集中封装在同一个芯片内，致使移相器损耗很难通过功率器件弥补。
[0004]在现有技术中，研究人员通过非接触式耦合技术，实现了无孔化信号传输，如8图所示；通过在金属地板上开耦合逢，选用特殊长度和宽度的顶层及底层传输线放置与耦合缝处，即可实现信号由顶层输入端口至底层输出端口的过渡传输。另一方面，如9图所示；大功率输出功率放大器具有较高的功放效率，可实现低输入高输出功能。在相控阵天线总端口接入大功率功率放大器可提高系统效率，确保相控阵天线发射等效最大辐射功率，有效避免液晶移相器损耗引入的系统效率过低的问题。但是这些方案本身存在如下缺陷。[0005]无论基于非接触式耦合技术实现的无孔化方案，还是基于大功率器件弥补液晶移相器带入的固有损耗技术，都无法从根本上解决现有液晶移相器固有损耗的问题。[0006]耦合技术一方面会引入耦合孔带来的损耗问题，另一方面耦合孔本身具有小功率辐射，与天线辐射相互叠加，影响相控阵天线辐射。
[0007]大功率功率放大器的引入可以提高功率放大器效率，但其尺寸一般很大，散热结构更加庞大、沉重，同时也无法引入分布式小功率功率放大器引入的阵增益，对发射等效最大辐射功率提升有限；此外，对于接收阵列而言，先过液晶移相器带入的噪声问题无法通过功率放大器进行弥足。
发明内容
[0008](一)发明目的
[0009]本发明的目的是提供一种PCB液晶相控阵天线，一方面解决了液晶移相器单独密封于玻璃盒内，玻璃金属化过孔工艺依然存在困难的问题；另一方面解决了液晶移相器作为独立器件很难像传统移相器一样与功率器件集中封装在同一个芯片内，致使移相器损耗很难通过功率器件弥补的问题。
[0010](二)技术方案
[0011]为解决上述问题，本发明提供了一种PCB液晶相控阵天线，包括：天线罩层和间隔层，所述天线罩层与所述间隔层间隔设置，所述天线罩层与所述间隔层之间形成空气介质
层；所述间隔层形成若干个腔室，每个所述腔室中均设置有液晶；第一传输线层，设置在所述间隔层上，并位于所述空气介质层中；所述空气介质层设有源器件，所述有源器件设置在所述间隔层表面，所述有源器件与所述第一传输线层连接；移相器层，与所述间隔层连接，并位于所述第一传输线层的相对
侧，所述移相器层通过第一金属化过孔与所述有源器件电连接，所述第一金属化过孔贯穿所述间隔层；第三介质层，与所述移相器层连接，并位于所述间隔层的相对侧；第二传输线层，与所述第三介质层连接，并位于所述移相器层的相对侧，所述第二传输线层通过第二金属化过孔与所述移相器层电连接。
[0012]优选地，所述天线罩层包括辐射片层和辐射片介质层；所述辐射片层设置在所述辐射片介质层上，并位于所述空气介质层中；所述辐射片层由若干个辐射片组合构成，若干个所述辐射片呈矩形阵列式排布。
[0013]优选地，所述间隔层包括：第一金属地板层、与所述天线罩层之间形成所述空气介质层的第一介质层，所述第一金属地板层与所述第一介质层连接，并位于所述第一传输线层的相对侧；第一PP层，与所述第一金属地板层连接，并位于所述第一介质层的相对侧；第二介质层，与所述第一PP层连接，并位于所述第一金属地板层的相对侧；第二金属地板层，与所述第二介质层连接，并位于所述第一PP层的相对侧；第二PP层，与所述第二金属地板层连接，并位于所述第二介质层的相对侧；所述第二PP层或第二介质层上形成若干个所述腔室。
[0014]优选地，若干个所述腔室呈矩形阵列式排布，相邻的两个所述腔室通过联通槽连接相通；所述腔室为上下带有开口的腔室。
[0015]优选地，所述第一金属化过孔贯穿所述的第一介质层、第一金属地板层上的避让孔、第一PP层、
第二介质层、第二金属地板层上的避让孔和第二PP层，并与所述腔室内设置有的传输线电连接；所述避让孔的直径大于所述第一金属化过孔的直径。
[0016]优选地，所述第二金属化过孔一端与所述移相器层电连接，另一端贯穿所述第三介质层，并与所述第二传输线层电连接。
[0017]优选地，所述第一金属地板层通过第三金属化过孔与所述第二金属地板层电连接；所述第三金属化过孔贯穿所述的第一介质层、第一金属地板层、第一PP层、第二介质层、第二金属地板层、第二PP层、移相器层和第三介质层。
[0018]优选地，还包括位于所述第一金属化过孔与所述第二金属化过孔之间的非金属化过孔；所述非金属化过孔贯穿所述的第一介质层、第一金属地板层、第一PP层、第二介质层、第二金属地板层和第二PP层，所述非金属化过孔的孔腔与所述腔室连接相通；所述非金属化过孔设置有两个，两个所述非金属化过孔间隔设置。
[0019]优选地，所述有源器件为功率放大器或低噪声放大器；所述移相器层由若干个移相器组成，若干个移相器呈矩形阵列式排布，所述移相器与所述腔室一一对应。
[0020]优选地，所述第一传输线层包括第一传输线，所述第一传输线一端为开路，另一端与所述有源器
件电连接；所述第二传输线层包括第二传输线、功分/和路网络；所述功分/和路网络通过所述第二传输线与所述第二金属化过孔电连接；所述功分/和路网络的每条之路放置有隔直电容。
[0021](三)有益效果
[0022]本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
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