一种具有寄生单元的液晶材料的频率和方向图可重构天线

本申请属于天线，具体地指一种具有寄生单元的液晶材料的频率和方向图可重构天线。

背景技术：

1、随着无线移动通信技术的高速发展，用户对通信设备提出了更高的要求，而毫米波天线作为毫米波频段通信系统中的重要器件逐渐成为研究热点。由于传统的天线设计往往局限于固定频段的工作模式，难以根据实际应用场景灵活切换通信频段，这一局限性在很大程度上制约了天线在复杂通信环境中的应用。同时，人们对能根据系统要求和用户需求动态调整其辐射特性，从而提高频谱利用率的可重构天线的需求越来越大。针对上述问题，频率和方向图可重构天线应运而生，能够实现根据多变的环境和复杂的通信系统，实现工作频率和辐射波束宽度的动态控制，这有助于提升无线通信网络的通信容量，能够进一步优化通信系统性能。

2、目前，天线主要利用电控制、机械控制、光控制和基于可调材料的可重构天线四类。然而，pin二极管、变容二极管和rf-mems开关由于在毫米波频段插入损耗过大，而不适用于高频段的应用。基于机械控制的可重构天线响应速度缓慢、体积庞大以及功耗较高的缺陷，在一定程度上限制了其在特定场合的广泛应用。光导开关的激光源的集成难度较高，这可能会增加系统的体积和复杂度。相比之下，在基于电子器件、机械控制、可调材料等众多可重构技术中，液晶作为一种介电常数可调材料，具有适用于高频、低损耗以及低成本等特点，使得基于液晶的可重构毫米波天线研究具有广阔的应用前景。

3、但是，通过对现有的基于液晶的可重构天线的研究调查发现，基于液晶的天线阵列通常需要设计复杂的馈电网络，同时还具有高剖面、传输损耗大的缺陷。基于液晶材料的漏波天线存在波束可重构范围较小和天线尺寸较大的缺陷。并且大部分传统的可重构天线只能实现单一指标的可重构。基于现有的液晶材料技术状态和生产工艺，液晶天线依旧存在工作在阻抗带宽较窄和只能实现单一指标的可重构的缺点和技术难点。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的不足，本申请提供一种具有寄生单元的液晶材料的频率和方向图可重构天线，突破了传统可重构天线只能实现单一指标可重构的限制，完成了5g毫米波频段的频率和辐射方向图同时可重构。

2、本发明提供了一种具有寄生单元的液晶材料的频率和方向图可重构天线，包括层叠设置的第一介质基板、第一取向层、第二介质基板、第二取向层以及导电基板；

3、所述第一介质基板的上表面设置有金属微带传输线；所述第一介质基板的下表面设置有纺锤形金属贴片、梯形渐变微带传输线和矩形寄生偶极子；所述纺锤形金属贴片为矩形金属贴片的两侧设置两个对称的矩形沟槽形成；所述矩形寄生偶极子对称设置在所述纺锤形金属贴片的两侧；

4、所述第二介质基板的中部挖空形成液晶槽，所述液晶槽内填充满液晶材料；所述纺锤形金属贴片的正投影位于所述液晶槽内；

5、所述导电基板包括一个完整的导电金属层，所述导电金属层作为接地平面。

6、进一步地，所述第一介质基板上设置有金属化通孔，位于所述第一介质基板的上表面的所述金属微带传输线和位于所述第一介质基板的下表面的所述梯形渐变微带传输线通过所述金属化通孔连接。

7、进一步地，所述梯形渐变微带传输线从所述纺锤形金属贴片的一个长边的中点一直延伸到所述第一介质基板的边缘。

8、进一步地，所述矩形寄生偶极子还包括两个pin二极管，所述pin二极管分别设置在所述矩形寄生偶极子的两臂之间。

9、进一步地，所述第一介质基板和所述第二介质基板均为ptfe复合材料制成的高频基板。

10、进一步地，所述第一取向层和所述第二取向层均为聚酰亚胺层，所述第一取向层和所述第二取向层的厚度为0.01毫米～0.1毫米。

11、进一步地，所述第一介质基板和所述第一取向层上设置有液晶注液孔，所述液晶注液孔位于所述液晶槽上方。

12、进一步地，所述液晶槽的厚度和所述第二介质基板的厚度相同。

13、进一步地，所述导电基板为铝板。

14、进一步地，所述第一介质基板、所述第一取向层、所述第二介质基板、所述第二取向层以及所述导电基板的两侧均设置有安装孔，通过所述安装孔按住固定装置并固定天线。

15、本发明的有益效果为：本申请所提供的一种具有寄生单元的液晶材料的频率和方向图可重构天线，通过将液晶材料和寄生单元可重构技术相结合，用外部电压独立控制了微带天线的介电常数与表面电流路径，实现了天线阻抗特性与辐射特性独立可调，突破了传统可重构天线只能实现单一指标可重构的限制，完成了5g毫米波频段的频率和辐射方向图同时可重构。本申请所提供的天线在无线通信、雷达和遥感等领域具有广泛应用前景，对液晶材料可调天线的设计、实现和测试等理论研究和工程应用方面具有参考价值。

1.一种具有寄生单元的液晶材料的频率和方向图可重构天线，其特征在于，包括层叠设置的第一介质基板、第一取向层、第二介质基板、第二取向层以及导电基板；

2.根据权利要求1所述的具有寄生单元的液晶材料的频率和方向图可重构天线，其特征在于，所述第一介质基板上设置有金属化通孔，位于所述第一介质基板的上表面的所述金属微带传输线和位于所述第一介质基板的下表面的所述梯形渐变微带传输线通过所述金属化通孔连接。

3.根据权利要求1所述的具有寄生单元的液晶材料的频率和方向图可重构天线，其特征在于，所述梯形渐变微带传输线从所述纺锤形金属贴片的一个长边的中点一直延伸到所述第一介质基板的边缘。

4.根据权利要求1所述的具有寄生单元的液晶材料的频率和方向图可重构天线，其特征在于，所述矩形寄生偶极子还包括两个pin二极管，所述pin二极管分别设置在所述矩形寄生偶极子的两臂之间。

5.根据权利要求1所述的具有寄生单元的液晶材料的频率和方向图可重构天线，其特征在于，所述第一介质基板和所述第二介质基板均为ptfe复合材料制成的高频基板。

6.根据权利要求1所述的具有寄生单元的液晶材料的频率和方向图可重构天线，其特征在于，所述第一取向层和所述第二取向层均为聚酰亚胺层，所述第一取向层和所述第二取向层的厚度为0.01毫米～0.1毫米。

7.根据权利要求1所述的具有寄生单元的液晶材料的频率和方向图可重构天线，其特征在于，所述第一介质基板和所述第一取向层上设置有液晶注液孔，所述液晶注液孔位于所述液晶槽上方。

8.根据权利要求7所述的具有寄生单元的液晶材料的频率和方向图可重构天线，其特征在于，所述液晶槽的厚度和所述第二介质基板的厚度相同。

9.根据权利要求1所述的具有寄生单元的液晶材料的频率和方向图可重构天线，其特征在于，所述导电基板为铝板。

10.根据权利要求1所述的具有寄生单元的液晶材料的频率和方向图可重构天线，其特征在于，所述第一介质基板、所述第一取向层、所述第二介质基板、所述第二取向层以及所述导电基板的两侧均设置有安装孔，通过所述安装孔按住固定装置并固定天线。