相移器件的制作方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】相移器件
[0001] 本發(fā)明涉及具有至少一個(gè)可調(diào)諧部件的相移器件。此相移是頻率無(wú)關(guān)(相移器)或 頻率相關(guān)(可變延遲線(xiàn)）的。
[0002] 用于無(wú)線(xiàn)電通信的可用頻譜中的不足和對(duì)于在較小體積中的更多功能性的要求 增加了對(duì)可重配置部件的需求。在下文中射頻（RF)意指在約3kHz至300GHz范圍內(nèi)的振 蕩率，其對(duì)應(yīng)于承載和傳送無(wú)線(xiàn)電信號(hào)的交流電和無(wú)線(xiàn)電波的頻率。取決于器件要求，存在 用于例如半導(dǎo)體、MEMS或可調(diào)諧電介質(zhì)之類(lèi)的相移器件以設(shè)計(jì)靈活的RF部件的不同的可 能解決方案。
[0003] 相移器件是用于可重配置電子束控制天線(xiàn)的關(guān)鍵元件中的一個(gè)。
【背景技術(shù)】
[0004] 從現(xiàn)有技術(shù)中引用以下文獻(xiàn)作為上述相移器件的示例： 1. 美國(guó)專(zhuān)利US8, 305, 259B2 2. 美國(guó)專(zhuān)利US8, 022, 861B2 3. 美國(guó)專(zhuān)利US8, 013, 688B2 4. PCT專(zhuān)利申請(qǐng)TO2012/123072A1 5. 美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)US2009/0302976A1 6. F.Goelden、A.Gaebler、M.Goebel、A.Manabe、S.Mueller以及R.Jakoby《用 于微波頻率的可調(diào)諧液晶相移器》，Ze?ers，第45卷，第13期，第686-687頁(yè)， 2009 年 7. 0·H.Karabey、F.Goelden、A.Gaebler、S.Strunck以及R.Jakoby，《用于微 波應(yīng)用的可調(diào)諧5加載線(xiàn)相移器》，inProc.IEEEMTT-SInt.MicrowaveSymp.Digest (MTT)，2011 年，第 1-4 頁(yè) 8. 美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)US5,936,484A 9. 日本專(zhuān)利申請(qǐng)JP2003/008310A 10. OnurHamzaKarabey等，《通過(guò)使用基于液晶的可調(diào)諧可變延遲線(xiàn)的連續(xù)極化靈 活天線(xiàn)》，IEEE，第61卷，第1期，2013年1月1日，第70-76頁(yè)，ISSN: 0018-926X 11. 美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)US2009/073332A1。
[0005] 諸如相移器件之類(lèi)的微波部件可以由微帶線(xiàn)形成。微帶線(xiàn)是一種電平面?zhèn)鬏斁€(xiàn)， 其可以使用印刷電路板技術(shù)來(lái)制造。其由導(dǎo)電帶狀電極組成，所述導(dǎo)電帶狀電極由被稱(chēng)為 襯底的電介質(zhì)層與平面接地電極分離。
[0006] 如在[1，3]中，襯底可以由液晶聚合物（LCP)形成。然而，LCP材料相對(duì)于該材料 的相對(duì)介電常數(shù)是不可調(diào)諧的。因此，由于缺少與可調(diào)諧RF器件的配置相關(guān)的可調(diào)諧特性 特征，所以利用LCP對(duì)于諸如變抗器之類(lèi)的可調(diào)諧器件的設(shè)計(jì)而言是不方便的。
[0007] 液晶（LC)顯示了常規(guī)液體以及固晶的特征和性質(zhì)。例如，LC可像液體一樣流動(dòng)， 但是其分子可以以類(lèi)似于晶體的方式取向。與液晶聚合物（LCP)相反，液晶（LC)的相對(duì)介 電常數(shù)可受到例如施加于LC材料的電壓的影響。
[0008] 在現(xiàn)有技術(shù)[6]中，共面波導(dǎo)（CPW)已被加載分路LC變抗器。此類(lèi)LC器件的調(diào)諧 速度受到其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的影響。此類(lèi)器件的已知缺點(diǎn)中的一個(gè)是CPW的高金屬損耗。另外， 由于CPW，變抗器用貼片被實(shí)現(xiàn)為橋接中心導(dǎo)體和接地平面的浮置電極。這導(dǎo)致此類(lèi)人工傳 輸線(xiàn)的插入損耗高及調(diào)諧效率降低。
[0009] 同樣地在[7]中，通過(guò)使用平行板電容器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來(lái)改善LC變抗器的調(diào)諧效率。 然而，在那里槽線(xiàn)被加載分路中的這些LC變抗器。事實(shí)上，加載微帶線(xiàn)導(dǎo)致更高的性能，因 為微帶線(xiàn)以系統(tǒng)固有的低損耗為特征。
[0010] 本發(fā)明的任務(wù) 因此，本發(fā)明的任務(wù)是減少根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的相移器件的缺點(diǎn)，并提供具有低響應(yīng)時(shí)間 以及具有高性能的令人滿(mǎn)意的相移器件，其包括同時(shí)在緊湊方面及平面配置方面的兼?zhèn)涮?征。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明涉及由被電介質(zhì)物質(zhì)分離的信號(hào)電極和接地電極形成的相移器件，并且還 包括液晶材料，其特征在于，平面?zhèn)鬏斁€(xiàn)的信號(hào)電極被劃分成多個(gè)片段，并且包括相鄰片段 的重疊區(qū)域，其被填充可調(diào)諧液晶材料，從而形成具有金屬-絕緣體-金屬型電容器的電介 質(zhì)可調(diào)諧部件(變抗器)。
[0012] 傳輸線(xiàn)(微帶線(xiàn)）由兩個(gè)電極形成：信號(hào)電極和接地電極。電極的材料優(yōu)選地是低 電阻RF電極材料，諸如Ag、Cu或Au?？梢杂镁哂蓄?lèi)似導(dǎo)電性質(zhì)的其它材料或合金。信號(hào) 電極沿著長(zhǎng)度（即沿著傳播方向)被劃分成多個(gè)片段。這些片段例如被實(shí)現(xiàn)為在底部玻璃的 頂側(cè)上的頂側(cè)片段和頂部玻璃的底側(cè)上的底側(cè)片段。頂部玻璃和底部玻璃被堆疊，使得在 平面視圖中，即當(dāng)垂直于信號(hào)傳播方向看時(shí)，形成連續(xù)信號(hào)電極。術(shù)語(yǔ)頂部玻璃和底部玻璃 不意味著不使用其它適當(dāng)材料。另外，存在一些區(qū)段，其中信號(hào)電極的頂側(cè)片段和底側(cè)片段 重疊。至少，信號(hào)電極的頂側(cè)片段和相應(yīng)的底側(cè)片段及兩個(gè)玻璃之間的這些重疊區(qū)域被填 充可調(diào)諧液晶材料。因此，每個(gè)重疊區(qū)域形成金屬-絕緣體-金屬型電容器。在這種情況 下，由于絕緣體是可調(diào)諧液晶材料，所以此區(qū)域形成電介質(zhì)可調(diào)諧部件(變抗器)。此可調(diào)諧 部件使得能夠以非常緊湊的方式構(gòu)造該相移器件。
[0013] 由于LC技術(shù)，變抗器對(duì)于高于5GHz的頻率、優(yōu)選地高于10GHz的頻率而言與諸如 半導(dǎo)體之類(lèi)的其它技術(shù)相比以低損耗為特征。另外，由于使用微帶線(xiàn)，所以相移器損耗將比 [6, 7]小得多。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，信號(hào)電極的多個(gè)片段被布置在相對(duì)于接地電極的兩個(gè)或更 多不同距離層級(jí)處。信號(hào)電極的多個(gè)片段在兩個(gè)不同層級(jí)處的布置允許此類(lèi)器件被容易且 節(jié)省成本地制造，因?yàn)閮蓚€(gè)不同層級(jí)可以在襯底層的兩個(gè)表面上。三個(gè)或更多不同的距離 層級(jí)允許復(fù)雜的配置和例如位于兩個(gè)相鄰距離層級(jí)之間的不同層的LC材料。
[0015] 可以將可調(diào)諧液晶材料布置為在兩個(gè)不同距離層級(jí)處布置的信號(hào)電極的多個(gè)片 段之間的單個(gè)且連續(xù)的層。該連續(xù)（即不中斷)層的邊界可以適應(yīng)且局限于信號(hào)電極的形狀 和延伸部分，其被定義為多個(gè)片段的組成覆蓋。此連續(xù)層可以完全地覆蓋通常較大的接地 電極。對(duì)于許多應(yīng)用而言，可以將連續(xù)層布置在電極或襯底層的兩個(gè)相鄰層之間，并且完全 填充那些電介質(zhì)襯底層之間的腔體。這允許例如通過(guò)使用很好地確立的液晶顯示器技術(shù)來(lái) 快速且便宜地制造此類(lèi)裝置。
[0016] 然而，為了節(jié)省可調(diào)諧液晶材料或允許單獨(dú)地控制可調(diào)諧液晶材料的受限空間區(qū) 域，可以將可調(diào)諧液晶材料布置在兩個(gè)不同距離層級(jí)處的信號(hào)電極的相鄰片段的重疊區(qū)域 之間的多個(gè)受限層區(qū)域。
[0017] 對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用而言，平行于傳播方向、例如線(xiàn)性地沿著射頻信號(hào)的傳播方向布 置信號(hào)電極的各片段是有利的，因?yàn)檫@防止任何中斷，導(dǎo)致較少的損耗。如果需要或可行的 話(huà)，將信號(hào)電極的各片段布置成直線(xiàn)。
[0018] 然而，對(duì)于沿著傳輸線(xiàn)要求許多變抗器的一些應(yīng)用而言，可使傳輸線(xiàn)例如以N狀 或以螺旋形狀彎曲。這允許有比相移器件的物理尺寸長(zhǎng)得多的傳輸線(xiàn)長(zhǎng)度。
[0019] 沿著傳輸線(xiàn)的相移獨(dú)有地或者至少主要地由于可調(diào)諧變抗器引起，所述可調(diào)諧變 抗器是金屬-絕緣體-金屬電容器類(lèi)型且沿著信號(hào)電極布置。信號(hào)電極的各片段的配置、 形狀和布置不應(yīng)導(dǎo)致顯著地影響用于沿著傳輸線(xiàn)的信號(hào)傳播的時(shí)間延遲的諧振結(jié)構(gòu)。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的相移器件可在于以下特征：信號(hào)電極被沿著傳輸線(xiàn)的長(zhǎng)度 劃分成多個(gè)片段，由此，所述多個(gè)片段被交替地實(shí)現(xiàn)為不可調(diào)諧電介質(zhì)襯底的頂側(cè)上的頂 側(cè)片段和底側(cè)上的底側(cè)片段，并且由此，在一些區(qū)段處，存在信號(hào)電極的頂側(cè)片段和相鄰底 側(cè)片段之間的重疊區(qū)域，并且由此，這些重疊區(qū)域被填充可調(diào)諧液晶材料，并且這些重疊區(qū) 域形成具有金屬一絕緣體一金屬型電容器的電介質(zhì)可調(diào)諧部件(變抗器)。
[0021] 在示例性實(shí)施例中，選擇支撐信號(hào)電極的多個(gè)片段的不可調(diào)諧電介 質(zhì)襯底為來(lái)自SchottAG的700Mm厚的浮法硼娃（borofloat)玻璃，其具有 €.:..;.:.:.兩:$:?且其損耗角正切在25°C下和1MHz下為。Q.Qoy?。使用LC混