本发明属于微波相控阵天线，具体涉及一种频率可调的液晶微波相控阵天线。
背景技术：
1、近年来，随着对无线通信系统、低轨卫星通信技术的灵活性和多功能性的需求不断增加，对高性能、多功能、低成本、小型化的天线设备有着的需求，频率可调的微波相控阵天线因此成为研究热点之一。常规的相控阵天线通常使用半导体器件进行波束控制，但器件在多频段工作时会受到一定的限制，难以实现宽频带和灵活调节，幵且成本高昂。为了解决这一问题，液晶材料因其电控可调谐特性，被引入到天线设计中。液晶材料在外加电场作用下，其介电常数会发生变化，从而影响天线的谐振频率以及移相器的移相量，实现频率和相位可调功能。
2、液晶作为一种可调介电材料，具有低成本，低功耗，高频损耗低，易于集成等特点，被广泛应用于移相器以及相控阵天线中，与mems、铁氧体、pin二极管等技术相比，液晶材料具有相位连续可调、控制系统简单、功耗低、高频损耗低、成本低等优点，优点使得其在可调谐微波器件和天线设计中具有很大的应用潜力。
3、液晶微波相控阵天线结合了液晶材料的电控可调特性和相控阵天线的波束调控功能，能够在不同的工作频段灵活调整天线的辐射方向和频率，极大地提高了天线系统的灵活性和适应性。这种技术不仅能够满足现代通信系统对多频段工作的要求，还能够有效地减少天线阵列的体积和重量，进一步提升了天线的集成度和便携性。
4、基于此，提出本申请。
技术实现思路
1、本发明主要解决现有的液晶微波相控阵天线仅能工作在单一频率，无法实现频分复用的问题，针对此问题本发明提出一种频率可调的液晶微波相控阵天线，采用液晶作为电调谐介质，实现了频率以及方向图可重构的功能。
2、本发明采用的技术方案为：一种频率可调的液晶微波相控阵天线，包括：
3、天线单元，每个所述天线单元包括第一玻璃基板、辐射单元、第一液晶层、耦合缝隙、第一接地铜层、第二玻璃基板、第二接地铜层、第二液晶层、倒置螺旋微带移相器层及第三玻璃基板；
4、其中，所述辐射单元位于所述第一玻璃基板下表面，所述第一接地铜层位于所述第二玻璃基板上表面，所述耦合缝隙分别开设于所述第一接地铜层和所述第二接地铜层上，且第二玻璃基板上对应位置有镂空或开孔以允许电磁波的耦合；所述倒置螺旋微带移相器层位于所述第三玻璃基板上表面，且所述第一液晶层和所述第二液晶层分别由封框胶封装在所述第一玻璃基板与所述第一接地铜层之间以及所述第三玻璃基板与所述第二接地铜层之间，所述辐射单元和所述倒置螺旋微带移相器层分别浸没在对应的液晶层中；
5、阵列天线，由n×n个所述相同天线单元等间隔排列组成，所述阵列天线沿水平方向和垂直方向都呈轴对称结构，各所述天线单元由n×n的交流偏置线独立控制；
6、所述第一接地铜层和所述第二接地铜层通过耦合缝隙连通；通过偏置线对所述辐射单元、所述倒置螺旋微带移相器层以及所述第一接地铜层加电，此时所述第一接地铜层和所述第二接地铜层共地，偏置电压的控制电路由fpga实现。
7、在一个实施例中，所述辐射单元为对角倒角方形贴片，用于实现圆极化辐射，以增强天线的辐射效率和方向性。
8、在一个实施例中，所述倒置螺旋微带移相器层的微带线是阻抗为50欧姆的金属微带线，用于和标准的50欧姆同轴线结构进行阻抗匹配。
9、在一个实施例中，还包括聚酰亚胺膜层，所述聚酰亚胺膜层分别涂覆于所述第一玻璃基板下表面、所述辐射单元表面、所述第一接地铜层表面、所述第二接地铜层表面、所述倒置螺旋微带移相器层表面及第三玻璃基板上表面，作为液晶的锚定层，以稳定液晶分子的初始排列。
10、在一个实施例中，所述第一玻璃基板的下表面与所述第一接地铜层之间，以及所述第三玻璃基板的上表面与所述第二接地铜层之间通过粘结连接；
11、所述粘结层为高强度环氧树脂层，幵且将液晶层封装在其中，从而分别形成所述第一液晶层和所述第二液晶层。
12、在一个实施例中，所述的耦合缝隙为直线形。
13、在一个实施例中，所述第一液晶层和所述第二液晶层中含有直径一致的聚合物微球。
14、在一个实施例中，所述第二玻璃基板镂空出所述耦合缝隙，幵在所述耦合缝隙四壁镀上铜层。
15、在一个实施例中，所述第一液晶层经过聚酰亚胺膜层锚定层处理；
16、当未施加偏置电压时，液晶分子的指向一致，此时液晶材料具有最小的介电常数；当通过在辐射单元上施加偏置电压时，液晶分子发生偏转，液晶材料的介电常数发生变化，对应辐射单元的工作频率发生变化。
17、在一个实施例中，所述第二液晶层经过聚酰亚胺膜层锚定层处理；
18、在未施加偏置电压时，液晶分子的指向一致，此时液晶材料具有最小的介电常数；
19、当通过在倒置螺旋微带移相器层上施加偏置电压时，液晶分子发生偏转，液晶材料的介电常数发生变化，对应倒置螺旋微带移相器层的移相量发生变化。
20、本发明的有益效果是：
21、(1)上层液晶层负责调整天线的工作频率，下层液晶层则负责调整移相器的移相量。通过独立控制两层液晶层上的电压，可以实现对天线频率和相位的精确调控，从而满足多频段工作的需求；
22、(2)将辐射结构和液晶移相器结构分层放置，有效解决了倒置微带线网络因辐射效应而带来的性能问题。中间层玻璃的上下表面均镀铜，幵开设耦合缝隙，使得辐射结构和液晶移相器结构能够通过缝隙进行高效耦合，提高了天线的整体性能；
23、(3)液晶材料相较于其他可调谐材料，具有成本低廉、功耗低的优势。使得整个天线系统的成本和功耗都得到了有效降低。
24、(4)通过采用双层液晶结构和紧凑的设计布局，本发明的天线在保持高性能的同时，还实现了小型化和轻量化。使得天线更易于集成到各种通信系统中，提高了其便携性和实用性。
25、总之，本实施例公开的核心技术方案通过采用双层液晶结构和辐射结构，解决了现有技术中液晶相控阵天线无法频分复用的问题；不仅提高了天线的性能和灵活性，还降低了成本和功耗，增强了天线的集成度和便携性。
1.一种频率可调的液晶微波相控阵天线，其特征在于：
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