本實用新型涉及無線電通訊設(shè)備領(lǐng)域，特別涉及一種相控陣天線和多面陣列天線裝置。
背景技術(shù)：
大部分的無線電設(shè)備都設(shè)置有天線，以進行電磁信號的發(fā)射或接收，為了增強天線發(fā)射或接收電磁信號的能力，通常會將多個天線陣列布置，以形成陣列天線。
隨著陣列天線的發(fā)展，出現(xiàn)了相控陣天線，相控陣天線主要包括移相器和陣列布置的多個輻射元件，移相器可以對接收到的電磁信號進行移相，輻射元件則可以將移相后的電磁信號向外輻射，多個輻射元件輻射的信號之間有一定的相位差，通過控制多個輻射元件輻射的信號之間的相位差的大小，就可以合成不同指向的主波束進行掃描。
目前的相控陣天線，其移相器包括一個液晶盒，液晶盒包括對盒的兩塊平面基板，多個輻射元件設(shè)置在其中一塊平面基板的外壁上，電磁信號導(dǎo)入液晶盒中，通過液晶發(fā)生偏轉(zhuǎn)后，產(chǎn)生相位變化，再通過多個輻射元件向外輻射。天線工作時，主波束在掃描到一定角度時，會出現(xiàn)增益大幅度降低，為了避免增益大幅度降低，相控陣天線的掃描范圍通?？刂圃陉嚸娣ň€-45°～+45°內(nèi)，狹小的掃描范圍極大程度地限制了相控陣天線的應(yīng)用和發(fā)展。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
為了解決現(xiàn)有的相控陣天線掃描角度小的問題，本實用新型實施例提供了一種相控陣天線和多面陣列天線裝置。所述技術(shù)方案如下：
一方面，本實用新型實施例提供了一種相控陣天線，所述相控陣天線包括液晶盒，所述液晶盒包括：對盒的上基板和下基板、以及填充在所述上基板和所述下基板之間的液晶層；
所述上基板包括第一襯底基板、設(shè)置在所述第一襯底基板的第一表面上的第一偏壓電極、設(shè)置在所述第一襯底基板的第二表面上的多個輻射元件，所述第一襯底基板的第一表面和第二表面相對；
所述下基板包括第二襯底基板、設(shè)置在所述第二襯底基板的第二表面上的第二偏壓電極、設(shè)置在所述第二襯底基板的第一表面上的接地電極，所述第二襯底基板的第一表面和第二表面相對；
所述第一襯底基板和所述第二襯底基板均為弧形板，且所述第一襯底基板的第一表面和所述第二襯底基板的第一表面均為凹面，所述第一襯底基板的第二表面和所述第二襯底基板的第二表面均為凸面，其中，所述第一襯底基板的第一表面與所述第二襯底基板的第二表面相對。
進一步地，所述第一襯底基板上設(shè)置有至少一列所述第一偏壓電極，每列所述第一偏壓電極包括多個沿第一方向間隔布置的多個第一電極；
所述第二襯底基板上設(shè)置有至少一列所述第二偏壓電極，每列所述第二偏壓電極包括多個沿第一方向間隔布置的多個第二電極；
當(dāng)所述第一偏壓電極有多列時，多列所述第一偏壓電極沿第二方向間隔布置，所述第一方向和所述第二方向相互垂直；
每列所述第一偏壓電極對應(yīng)設(shè)有一列所述第二偏壓電極，對應(yīng)設(shè)置的所述第一偏壓電極和所述第二偏壓電極在所述第二襯底基板的第二表面的切平面上的投影位于同一直線上，且對應(yīng)設(shè)置的一列所述第一偏壓電極和所述第二偏壓電極中，所述多個第一電極和所述多個第二電極在所述第一方向上交替布置，相鄰兩個所述第一電極之間的間距小于一個所述第二電極在所述第一方向上的長度，相鄰兩個所述第二電極之間的間距小于一個所述第一電極在所述第一方向上的長度。
優(yōu)選地，所述第一襯底基板上設(shè)置有第一導(dǎo)電層，所述多個第一電極均布置在所述第一導(dǎo)電層上，所述第二襯底基板上設(shè)置有第二導(dǎo)電層，所述多個第二電極均布置在所述第二導(dǎo)電層上。
優(yōu)選地，所述第一導(dǎo)電層為氧化銦錫層。
可選地，所述第二導(dǎo)電層為氧化銦錫層或金屬層。
優(yōu)選地，在所述第一方向上任意相鄰的兩個所述第一電極之間的間隔處對應(yīng)設(shè)有一個所述輻射元件。
可選地，所述輻射元件為貼片天線或縫隙天線。
可選地，所述貼片天線為圓形、橢圓形或多邊形。
可選地，所述第一偏壓電極和所述第二偏壓電極為金屬電極。
另一方面，本實用新型實施例還提供了一種多面陣列天線裝置，所述多面陣列天線裝置包括裝載臺和安裝在所述裝載臺上的至少兩個相控陣天線，所述至少兩個相控陣天線中的至少一個為前述的任一種相控陣天線。
進一步地，所述裝載臺具有至少兩個安裝面，且所述裝載臺上至少有兩個所述安裝面相交，每個所述安裝面上設(shè)置有至少一個所述相控陣天線。
可選地，所述裝載臺呈棱臺形或圓臺形。
可選地，所述裝載臺呈球形或半球形。
優(yōu)選地，所述多面陣列天線裝置還包括可轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)臺，所述裝載臺固定在所述轉(zhuǎn)臺上。
本實用新型實施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果是：通過將相控陣天線中的液晶盒的第一襯底基板和第二襯底基板設(shè)置為弧形板，從而使多個輻射元件不共面，由于每個輻射元件輻射電磁波的范圍是固定的，當(dāng)多個輻射元件布置在一個凸面上時，會使得多個輻射元件輻射電磁波的總的角度范圍增大，主波束在掃描到較大角度時，增益降低的程度會減小，因此可以增大相控陣天線的掃描范圍，使相控陣天線在較低仰角范圍內(nèi)也可以進行掃描。
附圖說明
為了更清楚地說明本實用新型實施例中的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
圖1是本實用新型實施例提供的一種相控陣天線的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本實用新型實施例提供的一種相控陣天線的截面視圖；
圖3是本實用新型實施例提供的另一種相控陣天線的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4是本實用新型實施例提供的一種多面陣列天線裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5是本實用新型實施例提供的另一種多面陣列天線裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖6是本實用新型實施例提供的另一種多面陣列天線裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖7是本實用新型實施例提供的另一種多面陣列天線裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
為使本實用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本實用新型實施方式作進一步地詳細描述。
圖1是本實用新型實施例提供的一種相控陣天線的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，該相控陣天線包括液晶盒。該液晶盒包括對盒的上基板10和下基板20、以及填充在上基板和下基板之間的液晶層(未示出)。
其中，上基板10包括第一襯底基板110、設(shè)置在第一襯底基板110的第一表面110a上的第一偏壓電極111a、設(shè)置在第一襯底基板110的第二表面110b上的多個輻射元件30，其中，第一襯底基板110的第一表面110a和第二表面110b相對。下基板20包括第二襯底基板210、設(shè)置在第二襯底基板210的第二表面210b上的第二偏壓電極212a、設(shè)置在第二襯底基板210的第一表面210a上的接地電極211，其中，第二襯底基板210的第一表面210a和第二表面210b相對。
第一襯底基板110和第二襯底基板210均為弧形板，且第一襯底基板110的第一表面110a和第二襯底基板210的第一表面210a均為凹面，第一襯底基板110的第二表面110b和第二襯底基板210的第二表面210b均為凸面，其中，第一襯底基板110的第一表面110a與第二襯底基板210的第二表面210b相對。
通過將相控陣天線中的液晶盒的第一襯底基板和第二襯底基板設(shè)置為弧形板，從而使多個輻射元件不共面，由于每個輻射元件輻射電磁波的范圍是固定的，當(dāng)多個輻射元件布置在一個凸面上時，會使得多個輻射元件輻射電磁波的總的角度范圍增大，主波束在掃描到較大角度時，增益降低的程度會減小，因此可以增大相控陣天線的掃描范圍，使相控陣天線在較低仰角范圍內(nèi)也可以進行掃描。
實現(xiàn)時，第一襯底基板110和第二襯底基板210的邊緣可以通過封框膠40連接，封框膠40可以是紫外線固化型封框膠，也可以是熱固化型封框膠。
如圖1所示，第一襯底基板110上設(shè)置有多列第一偏壓電極111a，每列第一偏壓電極111a包括多個沿第一方向(圖中箭頭a所示方向)間隔布置的多個第一電極111，第二襯底基板210上設(shè)置有多列第二偏壓電極212a，每列第二偏壓電極212a包括多個沿第一方向間隔布置的多個第二電極212。當(dāng)?shù)谝黄珘弘姌O111a有多列時，多列第一偏壓電極111a沿第二方向(圖中箭頭b所示方向)間隔布置，第一方向和第二方向相互垂直。每列第一偏壓電極111a對應(yīng)設(shè)有一列第二偏壓電極212a，對應(yīng)設(shè)置的第一偏壓電極111a和第二偏壓電極212a在第二襯底基板210的第二表面210b的切平面上的投影位于同一直線上，且對應(yīng)設(shè)置的一列第一偏壓電極111a和第二偏壓電極212a中，多個第一電極111和多個第二電極212在第一方向上交替布置，相鄰兩個第一電極111之間的間距小于一個第二電極212在第一方向上的長度，相鄰兩個第二電極212之間的間距小于一個第一電極111在第一方向上的長度。
在本實用新型的另一種實施例中，也可以只設(shè)置有一列第一偏壓電極111a和一列第二偏壓電極212a。
通過將多個第一電極111和多個第二電極212沿著第一方向布置，由于相鄰兩個第一電極111之間的間距小于一個第二電極212在第一方向上的長度，相鄰兩個第二電極212之間的間距小于一個第一電極111在第一方向上的長度，使得除了在第一方向上最外側(cè)的第一電極111或第二電極212，每一塊第一電極111上都會有部分區(qū)域正對兩塊相鄰的第二電極212，每一塊第二電極212上都會有部分區(qū)域正對兩塊相鄰的第一電極111，第一電極111和第二電極212正對的區(qū)域構(gòu)成電容，電磁波在液晶盒內(nèi)傳播時，會沿著第一電極111—電容—第二電極212—電容—第一電極111的方式傳播，即沿第一方向傳播，電磁波在第一電極111和第二電極212正對的區(qū)域中由于液晶的作用而發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)向相位變化，從多個第一電極111之間的多個間隔中輻射出去的電磁波，由于經(jīng)過的電容個數(shù)不同，因此電磁波偏轉(zhuǎn)的次數(shù)也不同，從而使得從相鄰的間隔中輻射出去的電磁波具有一定的相位差。設(shè)置一列第一偏壓電極111a和第二偏壓電極212a時，可以構(gòu)成線陣，通過設(shè)置多列第一偏壓電極111a和多列第二偏壓電極212a，從而構(gòu)成面陣，面陣相比線陣，在空間中掃描的范圍更大。
實現(xiàn)時，相控陣天線還包括控制電路(未示出)，第一電極111和第二電極212分別與控制電路電連接，第一電極111和第二電極212具體可以分別通過金屬引線與控制電路連接。控制電路通過改變第一電極111與第二電極212之間的電壓差，從而改變液晶層中液晶分子的轉(zhuǎn)向，以實現(xiàn)對電磁波的相位調(diào)節(jié)。
具體地，第一偏壓電極111a和第二偏壓電極212a可以為金屬電極，金屬電極制作簡單方便，易于與引線連接。
可選地，第一襯底基板110和第二襯底基板210可以為玻璃基板、硅基板或塑料基板。
圖2是本實用新型實施例提供的一種相控陣天線的截面視圖，如圖2所示，在第一方向上任意相鄰的兩個第一電極111之間的間隔處對應(yīng)設(shè)有一個輻射元件30。通過在任意相鄰的兩個第一電極111之間的間隔處對應(yīng)設(shè)置一個輻射元件30，可以使從相鄰第一電極111之間的間隔中輻射出的電磁波耦合到輻射元件30上，并通過輻射元件30向外輻射。
可選地，輻射元件30可以為貼片天線或縫隙天線。根據(jù)不同的設(shè)計要求可以選用不同的輻射元件30，以滿足不同的設(shè)計要求，在本實施例中，輻射元件30選用的是貼片天線。
進一步地，貼片天線可以為圓形、橢圓形或多邊形，貼片天線的形狀對電磁波的輻射也會有影響，將貼片天線設(shè)置為不同的形狀，可以滿足不同的設(shè)計要求。
實現(xiàn)時，貼片天線可以為金屬貼片天線。
需要說明的是，本實用新型中所指的仰角為掃描波束與圖2中的第一襯底基板110的第二表面110b的中心處的法線α之間的夾角的余角，當(dāng)掃描波束與法線α的夾角越大時，則仰角越低。
圖3是本實用新型實施例提供的另一種相控陣天線的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖3所示，該相控陣天線與圖1所示的相控陣天線的結(jié)構(gòu)基本相同，不同之處在于，圖3中所示的相控陣天線中，第一襯底基板110上設(shè)置有第一導(dǎo)電層51，多個第一電極111均布置在第一導(dǎo)電層51上，第二襯底基板210上設(shè)置有第二導(dǎo)電層52，多個第二電極212均布置在第二導(dǎo)電層52上。
通過將第一電極111布置在第一導(dǎo)電層51上，第二電極212布置在第二導(dǎo)電層52上，可以使每個電容兩端的電壓差都相等，從而在第一導(dǎo)電層51和第二導(dǎo)電層52上施加電壓時，第一電極111和第二電極212正對區(qū)域之間的液晶分子的偏轉(zhuǎn)都相同，使電磁波在沿著第一方向傳播時，每通過一次電容，電磁波產(chǎn)生的相位變化都相同，且通過改變第一導(dǎo)電層51與第二導(dǎo)電層52之間的電壓差就可以使每次產(chǎn)生的相位變化量發(fā)生相應(yīng)的變化。此外，設(shè)置第一導(dǎo)電層51和第二導(dǎo)電層52后，可以將第一導(dǎo)電層51和第二導(dǎo)電層52與控制電路通過引線連接，而不用在每一個第一電極111與控制電路、第二電極212與控制電路之間布置引線，從而可以便于布線，降低工藝難度，提高生產(chǎn)效率。
可選地，第一導(dǎo)電層51為氧化銦錫層或金屬層。優(yōu)選地，第一導(dǎo)電層51為氧化銦錫層，由于輸入到液晶盒中的電磁波通常為射頻信號，氧化銦錫對射頻信號具有較高的透過率，因此采用氧化銦錫可以減少對電磁波的吸收。
可選地，第二導(dǎo)電層52為氧化銦錫層或金屬層，由于液晶盒只需要向天線貼片一側(cè)輻射電磁波，因此第二導(dǎo)電層52可以為金屬導(dǎo)電層，當(dāng)然也可以采用氧化銦錫層。在實際選擇第二導(dǎo)電層52的材料時，可以從降低生產(chǎn)成本的角度出發(fā)，選擇材料成本和制作成本都較低的材料制作第二導(dǎo)電層52。
圖4是本實用新型實施例提供的一種多面陣列天線裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖4所示，多面陣列天線裝置包括裝載臺200和安裝在裝載臺上的至少兩個相控陣天線100，至少兩個相控陣天線100中的至少一個為前述的任一種相控陣天線100。
通過將相控陣天線中的液晶盒的第一襯底基板和第二襯底基板設(shè)置為弧形板，從而使多個輻射元件不共面，由于每個輻射元件輻射電磁波的范圍是固定的，當(dāng)多個輻射元件布置在一個凸面上時，會使得多個輻射元件輻射電磁波的總的角度范圍增大，主波束在掃描到較大角度時，增益降低的程度會減小，因此可以增大相控陣天線的掃描范圍。
如圖4所示，裝載臺200呈四棱臺形，四棱臺形的裝載臺200具有一個頂面、一個底面和四個側(cè)面，該裝載臺200具有5個安裝面200a(頂面和四個側(cè)面)，且裝載臺200上至少有兩個安裝面200a相交，每個安裝面200a上設(shè)置有一個相控陣天線100。由于裝載臺200上的安裝面200a相交，從而可以便于控制相控陣天線100的朝向，以增大多面陣列天線裝置的掃描范圍。
實現(xiàn)時，裝載臺200上可以至少設(shè)置2個安裝面200a，以使得相控陣天線100可以朝向不同的方向，其中相控陣天線100的朝向為該相控陣天線100的第一襯底基板110的第二表面110b的中心處的法線的方向。
圖5是本實用新型實施例提供的另一種多面陣列天線裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖5所示，該多面陣列天線裝置的結(jié)構(gòu)與圖4所示的多面陣列天線裝置的結(jié)構(gòu)基本相同，不同之處在于，圖5所示的多面陣列天線裝置中，每個安裝面200a上分別設(shè)置有多個相控陣天線100。
圖6是本實用新型實施例提供的另一種多面陣列天線裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖6所示，該多面陣列天線裝置的結(jié)構(gòu)與圖5所示的多面陣列天線裝置的結(jié)構(gòu)基本相同，不同之處在于，圖4和圖5所示的多面陣列天線裝置中，裝載臺200呈四棱臺形，而圖6所示的多面陣列天線裝置中，裝載臺300呈圓臺形。
需要說明的是，雖然圖5所示的裝載臺200呈棱臺形，圖6所示的裝載臺300呈圓臺形，但是在其他實施例中，裝載臺還可以有其他幾何形狀，裝載臺的具體形狀可以根據(jù)需要設(shè)置，以滿足不同的設(shè)計要求，本實用新型并不以此為限。
在本實用新型的另一種實施例中，裝載臺還可以呈球形，球形的裝載臺具有球形的外壁，在球形的外壁上設(shè)置相控陣天線時，可以進一步提高掃描的范圍。在本實用新型的又一種實現(xiàn)方式中，裝載臺也可以呈半球形。
圖7是本實用新型實施例提供的另一種多面陣列天線裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖7所示，多面陣列天線裝置還可以包括可轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)臺400，裝載臺200固定在轉(zhuǎn)臺400上，轉(zhuǎn)臺400可以繞轉(zhuǎn)軸β轉(zhuǎn)動，通過轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)臺400可以改變天線的朝向，從而進一步提高相控陣天線掃描的范圍。
實現(xiàn)時，轉(zhuǎn)臺400可以包括支撐座和動力機構(gòu)，動力機構(gòu)驅(qū)動支撐座繞轉(zhuǎn)軸β轉(zhuǎn)動，從而帶動固定在支撐座上的多面陣列天線裝置轉(zhuǎn)動。
以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。