JP7424977B2 - 液晶移相器およびその操作方法、液晶アンテナ、通信機器 - Google Patents
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（関連出願の相互参照）
本願は２０１８年８月１０日に提出された中国特許出願Ｎｏ．２０１８１０９１１８３７．Ｘの優先権を主張し、当該特許出願のすべての内容を引用によりここに援用する。
本願は２０１８年８月１０日に提出された中国特許出願Ｎｏ．２０１８１０９１１８３７．Ｘの優先権を主張し、当該特許出願のすべての内容を引用によりここに援用する。
本願は通信技術分野に属し、具体的に、液晶移相器、液晶アンテナ、通信機器、液晶移相器を操作する方法に関するものである。
移相器とはマイクロ波の位相を調整できる装置で、電子通信システムに広く応用されており、位相配列レーダー、合成開口レーダー、レーダー電子対抗、衛星通信、トランシーバーなどのシステムにおける中核的な構成要素である。よって、高性能の移相器はこれらのシステムにおいて非常に重要な役割を担う。
本願の実施例は、液晶移相器、液晶アンテナ、通信機器、液晶移相器を操作する方法を提供する。
本願の第一態様では、
対向設置された第１の基板と第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板の間に位置する液晶層とを備える液晶移相器であって、
前記第１の基板は、第１のサブストレートと、前記第１のサブストレートの前記液晶層に近接する側面に位置する第１の電極層とを備え、
前記第２の基板は、第２のサブストレートと、前記第２のサブストレートの前記液晶層に近接する側面に位置する第２の電極層とを備え、
前記第１の電極層は本体構造を備え、前記本体構造はその長さ方向に互いに対向する第１側と第２側と、前記本体構造の前記第１側と前記第２側のうちの少なくとも一側に接続される複数の分岐構造とを備える、液晶移相器を提供する。
対向設置された第１の基板と第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板の間に位置する液晶層とを備える液晶移相器であって、
前記第１の基板は、第１のサブストレートと、前記第１のサブストレートの前記液晶層に近接する側面に位置する第１の電極層とを備え、
前記第２の基板は、第２のサブストレートと、前記第２のサブストレートの前記液晶層に近接する側面に位置する第２の電極層とを備え、
前記第１の電極層は本体構造を備え、前記本体構造はその長さ方向に互いに対向する第１側と第２側と、前記本体構造の前記第１側と前記第２側のうちの少なくとも一側に接続される複数の分岐構造とを備える、液晶移相器を提供する。
一実施例において、前記第２の電極層は前記第２のサブストレートの周辺領域に位置し、かつ前記第１のサブストレート上での正投影が、前記複数の分岐構造における少なくとも１つの、前記第１のサブストレート上での正投影と一部重なる。
一実施例において、前記本体構造の前記第１側と前記第２側における各側にはいずれも前記複数の分岐構造が接続される。
一実施例において、前記第１側に接続される前記複数の分岐構造と前記第２側に接続される前記複数の分岐構造は前記本体構造に関して対称である。
一実施例において、前記第２の電極層は第１の導電構造と第２の導電構造とを備え、
前記第１の導電構造の前記第１のサブストレート上での正投影が、前記本体構造の前記第１側に接続される前記複数の分岐構造のうちの少なくとも１つの、前記第１のサブストレート上での正投影と一部重なり、
前記第２の導電構造の前記第１のサブストレート上での正投影が、前記本体構造の前記第２側に接続される前記複数の分岐構造のうちの少なくとも１つの、前記第１のサブストレート上での正投影と一部重なる。
前記第１の導電構造の前記第１のサブストレート上での正投影が、前記本体構造の前記第１側に接続される前記複数の分岐構造のうちの少なくとも１つの、前記第１のサブストレート上での正投影と一部重なり、
前記第２の導電構造の前記第１のサブストレート上での正投影が、前記本体構造の前記第２側に接続される前記複数の分岐構造のうちの少なくとも１つの、前記第１のサブストレート上での正投影と一部重なる。
一実施例において、前記第１の電極層はマイクロストリップラインであり、前記第１のサブストレートの前記液晶層とは逆の一側に接地電極が設けられる。
一実施例において、前記第１の導電構造と前記第２の導電構造はそれぞれ導線を介して前記接地電極の導電端子に接続され、かつ前記導線の抵抗率とインダクタンスのうちの少なくとも１つが、ＩＴＯ材料の抵抗率とインダクタンスのうちの少なくとも対応する１つより小さい。
一実施例において、前記第１の導電構造と第２の導電構造はいずれも板状電極である。
一実施例において、前記複数の分岐構造は、前記本体構造の前記第１側と前記第２側のうちの一側にのみ接続され、前記第２の電極層は、前記第２のサブストレートの前記複数の分岐構造に対応する一側にのみ位置する。
一実施例において、前記第２の電極は板状電極である。
一実施例において、前記第１の電極層はマイクロストリップラインであり、前記第１のサブストレートの前記液晶層とは逆の一側に接地電極が設けられる。
一実施例において、前記第２の電極層は導線を介して前記接地電極の導電端子に接続され、かつ前記導線の抵抗率とインダクタンスのうちの少なくとも１つが、ＩＴＯ材料の抵抗率とインダクタンスのうちの少なくとも対応する１つより小さい。
一実施例において、前記本体構造の同一側に位置する前記複数の分岐構造の形状は同一である。
一実施例において、同一側に位置する前記複数の分岐構造のうちの任意の隣接する２つの分岐構造間の距離は同一である。
一実施例において、前記本体構造は前記第１側と前記第２側のうちのいずれか一側上の前記複数の分岐構造と一体成形構造とされる。
一実施例において、前記第１のサブストレートは、ガラス、セラミックス、高純度石英ガラスのうちの少なくとも一種を用いて製造される。
一実施例において、前記液晶層はポジティブ液晶分子を含み、かつ各前記ポジティブ液晶分子の長軸方向と前記第１サブストレートのある平面との間の夾角が０度より大きく４５度以下である。
一実施例において、前記液晶層はネガティブ液晶分子を含み、かつ各前記ネガティブ液晶分子の長軸方向と前記第１サブストレートのある平面との間の夾角が４５度より大きく９０度未満である。
一実施例において、前記第１の電極層の本体構造はインピーダンス整合領域を有し、前記インピーダンス整合領域は平面図において三角形または台形であり、かつ前記第１の電極層の各部分間のインピーダンスを互いに整合させるように配置される。
一実施例において、前記液晶層は、前記第１の電極層と前記第２の電極層との間の部分の厚みが５μｍから２０μｍの範囲内である。
本願の第二態様では、本願の上記実施例のいずれか１つの実施例に記載の液晶移相器を備える液晶アンテナを提供する。
本願の第三態様では、本願の上記実施例に記載の液晶アンテナを備える通信機器を提供する。
本願の第四態様では、本願の上記実施例のいずれか１つの実施例に記載の液晶移相器を操作する方法であって、
前記第１の電極層に第１の電圧を印加し、
前記第２の電極層に、前記第１の電圧とは異なる第２の電圧を印加して前記第１の電極層と前記第２の電極層との間に電界を発生させて、前記液晶層の液晶分子の長軸を前記電界の方向と実質的に平行または実質的に垂直にすることを含む、液晶移相器を操作する方法を提供する。
前記第１の電極層に第１の電圧を印加し、
前記第２の電極層に、前記第１の電圧とは異なる第２の電圧を印加して前記第１の電極層と前記第２の電極層との間に電界を発生させて、前記液晶層の液晶分子の長軸を前記電界の方向と実質的に平行または実質的に垂直にすることを含む、液晶移相器を操作する方法を提供する。
当業者が本願の技術案をより良く理解できるように、以下では図面と例示的な実施の形態を組み合わせて本願についてさらに詳細に説明する。
別途定義がなければ、本願（実施例および請求項を含む）にて使用する技術用語または科学技術用語は、本願が属する技術分野において当業者に理解され得る一般的な意味を有するべきである。本願にて使用する「第１の」、「第２の」および類似の語句はいかなる順序、数量または重要性も表しておらず、異なる組成部分を区別するためだけに用いられる。「含む」、「含有する」など類似の語句は、当該語句の前に記載の部品または物品が、当該語句の後ろに挙げられている部品または物品およびその均等物を網羅するということを意味し、その他の部品または物品の存在を排除しない。「接続する」または「相連なる」など類似の語句は物理的または機械的な接続を限定するものではなく、直接または間接的な接続に関わらず、電気的な接続を含んでよい。「上」、「下」、「左」、「右」などは図面での相対的な位置関係を示しているだけにすぎず、説明された対象の絶対的な位置が変われば、それらの相対的な位置関係もそれに応じて変化する場合がある。
層、膜、領域または基板などの部品が別の部品の「上」または「下」に位置するとされるとき、当該部品は別の部品の「上」または「下」に「直接」位置してよく、もしくは中間部品が存在してよい。
図１に示すように、本願の実施例では液晶移相器を提供する。当該液晶移相器は、対向設置された第１の基板と第２の基板と、第１の基板と第２の基板の間に位置する液晶層（図１では図示していない）とを備える。第１の基板の液晶層に近接する側面にはマイクロストリップライン１が設けられ、第２の基板の液晶層に近接する側面には周期的に配置された複数の金属シート２が設けられる。前記複数の金属シートはそれぞれ複数のＩＴＯ（酸化インジウムスズ）リード３を介して接地電極に接続される（当該接地電極は図１の右上角の矩形枠のように示され、第１の基板の液晶層とは逆の一側に位置してよい）。このような液晶移相器については、マイクロストリップライン１に第１の電圧を印加し、前記複数の金属シート２に前記第１の電圧とは異なる第２の電圧を印加することで、両者の間に電界を形成することができ、液晶層内の液晶分子を偏向させて液晶層の誘電率を変更し、さらに、前記複数の金属シート２とマイクロストリップライン１が前記第１の基板または前記第２の基板の方向に垂直であることから少なくとも一部が重なって形成される静電容量の大きさを変更する。これにより、マイクロ波信号の移相が実現される（すなわち、マイクロ波信号の位相が変更される）。
しかし、図１に示す液晶移相器において、各金属シート２は対応するＩＴＯリード３によって接地電極に接続されるため、各ＩＴＯリード３のインダクタンスと抵抗はいずれも大きいということを本発明思想の発明者は発見した。よって、各ＩＴＯリード３のインダクタンスと抵抗をある程度変更する場合、当該変更量に起因する、前記複数の金属シート２とマイクロストリップライン１が形成する静電容量の変化はやや小さく、金属シート２とマイクロストリップライン１が形成する静電容量の十分に大きな変化をマイクロ波信号は感知できず、マイクロ波信号に所望の移相を生じさせることができなくなる。
したがって、本願の一部の実施例では、マイクロ波信号を効果的に移相できる液晶移相器を提供する。
本願の実施例は、対向設置された第１の基板と第２の基板と、第１の基板と第２の基板の間に位置する液晶層とを備える液晶移相器であって、前記第１の基板は、第１のサブストレートと、第１のサブストレートの液晶層に近接する側面に位置する第１の電極層とを備え、第１の電極層は本体構造を備え、当該本体構造はその長さ方向に互いに対向する第１側と第２側と、本体構造の第１側と前記第２側のうちの少なくとも一側に接続される複数の分岐構造とを備え、第２の基板は、第２のサブストレートと、第２のサブストレートの液晶層に近接する側面に位置する第２の電極層とを備え、当該第２の電極層は第２のサブストレートの周辺領域に位置し、かつ前記第１のサブストレート上での正投影が、前記複数の分岐構造における少なくとも１つ（例えば、１つ１つであってよい）の、前記第１のサブストレート上での正投影と一部重なる、液晶移相器を提供する。
本実施例の移相器における第１の電極層はマイクロ波信号の伝送に用いることができるだけでなく、それに印加される第１の電圧を受信することもでき、第２の電極層は、それに印加される、第１の電圧とは異なる第２の電圧を受信することができ、第１の電極層の分岐構造と第２の電極層との間に電界を形成し、液晶層における液晶分子を偏向させ、液晶層の誘電率を変更し、マイクロ波信号の移相を実現する。本実施例では、第２の電極層を第２のサブストレートの周辺領域に配置することから、第２の電極層に第２の電圧を印加するためのＩＴＯリードの長さを短くすることができ、これによりＩＴＯリードのインダクタンスと抵抗が低減されるため、マイクロ波信号を効果的に移相することができる。
図２、図３（図３は図２の右側面図であってよい）に示すように、本願の実施例は、対向設置された第１の基板と第２の基板と、第１の基板と第２の基板の間に位置する液晶層６０とを備える液晶移相器であって、第１の基板は、第１のサブストレート４０と、第１のサブストレート４０の液晶層６０に近接する側面に位置する第１の電極層１０とを備え、第１の電極層１０は本体構造１１を備え、本体構造１１はその長さ方向（例えば、図２における水平方向）に互いに対向する第１側（例えば、図２における上側）と第２側（例えば、図２における下側）とを備え、第１の電極層１０は、本体構造１１の第１側に接続され、かつ周期的に配置された複数の分岐構造１２をさらに備える、液晶移相器を提供する。第２の基板は、第２のサブストレート５０と、第２のサブストレート５０の前記液晶層６０に近接する側面に位置する第２の電極層２０とを備える。第２の基板上の第２の電極層２０は、第２のサブストレート５０の周辺領域に位置し、かつ第１のサブストレート４０上の、前記複数の分岐構造１２に対応する位置に位置する。例えば、第２の電極層２０は第２のサブストレート５０の周辺領域に位置し、かつ第２の電極層２０の外側端部（例えば、図３における右側端部）と第２のサブストレート５０の対応する端部（例えば、図３における右側端部）は揃っている。前記第２の電極層２０は、前記第１のサブストレート４０上での正投影が、前記複数の分岐構造１２のうちの少なくとも１つ（例えば、１つ１つであってよい）の、第１のサブストレート４０（または第２のサブストレート５０）上での正投影と一部重なる。あるいは、本体構造１１の第２側にも複数の分岐構造１２が接続されてよい。本実施例では、前記複数の分岐構造１２が本体構造１１の第１側に接続されるということを例として説明する。
例えば、第１の電極層１０はマイクロストリップラインであってよく（マイクロストリップラインは本体構造１１と分岐構造１２とを含み、かつ両者は一体形成構造である）、第１のサブストレート４０のマイクロストリップラインとは逆の一側に接地電極３０を設けてもよく、かつ第１の電極層１０と接地電極３０は第１のサブストレート４０での正投影が少なくとも一部重なる。例えば、接地電極３０の各端部と第１のサブストレート４０の対応する端部とは揃っていてよい。接地電極３０とマイクロストリップライン（すなわち、第１の電極層１０）はマイクロ波伝送構造を構成し、供給ポートがマイクロストリップラインに供給するほとんどのマイクロ波信号は接地電極３０とマイクロストリップラインとの間の第１のサブストレート４０において伝送される。マイクロ波信号の損失を低減するために、第１のサブストレート４０はガラス、セラミックスなどの材料を用いて製造することができる。これらの材料は基本的にマイクロ波信号を吸収しないため、マイクロ波信号の損失は少ない。一部分のマイクロ波信号は液晶層６０において伝送され、マイクロストリップラインと第２の電極層２０に電圧が印加されると液晶分子６１は偏向し、液晶層６０の誘電率に変化が生じることから、液晶層６０内のマイクロ波信号の移相が実現する。その後、第１のサブストレート４０内のマイクロ波信号と液晶層６０内のマイクロ波信号が交互に伝送されることで、マイクロ波信号全体の移相が実現する。言い換えれば、第１のサブストレート４０において伝送されるほとんどのマイクロ波信号と液晶層６０において伝送される一部分のマイクロ波信号は同一の移相を生じてよい。
例えば、図３に示すように、第２の電極層２０は導線７０を介して接地電極３０の導電端子（例えば、接地電極３０の両端）に接続されてよい。このとき、接地電極３０と第２の電極層２０に付与される信号は同じであり、このような接続は移相器の制御に便利であるとともに配線が簡単である。例えば、導線７０の抵抗率とインダクタンスのうちの少なくとも１つが、ＩＴＯ材料の抵抗率とインダクタンスのうちの少なくとも対応する１つより小さくてよい。例えば、導線７０の材料は金属であってよく（すなわち、導線７０は金属接続線であってよい）、金属は銅であってよいがこれに限らず、例えば銀などであってもよい。当然ながら、第２の基板の辺縁（例えば、図３に示す第２のサブストレート５０と第２の電極層２０の右側辺縁）に導電端子を設け、接地電極３０と第２の電極層２０をそれぞれ単独で制御してもよい。導線７０の長さは明らかに図１に示す各ＩＴＯリードの長さ未満であり、かつ金属（例えば銅）の抵抗率とインダクタンスはいずれもＩＴＯの抵抗率とインダクタンスより小さい。よって、導線７０の抵抗率とインダクタンスの一定変化量は、第２の電極層２０と第１の電極層１０が形成する静電容量の大きな変化を引き起こし得るため、マイクロ波信号の所望の移相量を容易に実現できる。
例えば、第１の電極層１０における各分岐構造１２のサイズは同一であり、任意の隣接する２つの分岐構造間の距離も同一である。当然ながら、任意の隣接する２つの分岐構造１２間の距離も一定の規則により分布してよい。また、図４Ｃに示すように、各分岐構造１２の第２の電極層２０と重なり合う部分の幅は、当該分岐構造１２のその他の部分の幅と同じであってよく、このことによりこれらの重複面積の大きさを調節することができるため、形成される静電容量の大きさを調節でき、これは実際の製品の要求に応じて設定することができる。
例えば、本実施例では、マイクロストリップラインの本体構造１１と分岐構造１２を一体形成構造として設けてよく、つまり両者は同一層に設けてよく、かつ材料は同一である。したがって、これらは一回のパターニング工程において製造することができるため、生産効率を高めることができる。
例えば、第１のサブストレート４０と第２のサブストレート５０は厚みが１００～１０００μｍのガラス基板を用いてよく、サファイア基板を用いてもよく、厚みが１０～５００μｍのポリエチレンテレフタレート基板、トリアリルシアヌレート基板、ポリイミド透明フレキシブル基板を使用してもよい。例えば、第１のサブストレート４０と第２のサブストレート５０は誘導損失が極めて低い高純度石英ガラスを用いてよい。通常のガラス基板と比べて、第１のサブストレート４０と第２のサブストレート５０に高純度石英ガラスを用いた場合、マイクロ波の損失を効果的に低減することができ、移相器は消費電力が低く、ＳＮ比が高くなる。例えば、高純度石英ガラスとは、ＳｉＯ２の重量パーセント比が９９．９％以上の石英ガラスのことをいう。
例えば、マイクロストリップライン、接地電極３０、第２の電極層２０のそれぞれの材料はアルミニウム、銀、金、クロム、モリブデン、ニッケルまたは鉄などの金属を用いてよい。
例えば、液晶層６０内の液晶分子６１はアクティブ液晶分子６１またはネガティブ液晶分子６１であってよい。なお、液晶分子６１がアクティブ液晶分子６１である場合、各液晶分子６１の長軸方向と前記第１サブストレート４０（または前記第２のサブストレート５０）のある平面との間の夾角は０度より大きく４５度以下である。液晶分子６１がネガティブ液晶分子６１である場合、各液晶分子６１の長軸方向と前記第１サブストレート４０（または前記第２のサブストレート５０）のある平面との間の夾角は４５度より大きく９０度未満である。このようにすることで、液晶分子６１に偏向が生じた後、液晶層６０の誘電率を変更するよう確保しており、移相という目的を果たす。
本実施例の移相器におけるマイクロストリップラインはマイクロ波信号の伝送に用いることができるだけでなく、それに印加される第１の電圧を受信することもでき、第２の電極層２０は、それに印加される、第１の電圧とは異なる第２の電圧を受信することができ、マイクロストリップラインの前記複数の分岐構造１２と第２の電極層２０との間に電界を形成し、液晶層６０における液晶分子６１を偏向させ、液晶層６０の誘電率を変更し、マイクロ波信号の移相を実現する。本実施例では、第２の電極層２０を第２のサブストレート５０の周辺領域に配置することから、第２の電極層２０に第２の電圧を付与するための導線７０の長さを短くすることができ、これにより導線７０のインダクタンスと抵抗がさらに低減されるため、マイクロ波信号をより効果的に移相することができる。
図４Ａから図５（例えば、図５は図４Ａの右側面図であってよい）に示すように、本実施例では、対向設置された第１の基板と第２の基板と、第１の基板と第２の基板の間に位置する液晶層６０とを備える液晶移相器であって、第１の基板は、第１のサブストレート４０と、第１のサブストレート４０の液晶層６０に近接する側面に位置する第１の電極層１０とを備え、第１の電極層１０は本体構造１１を備え、本体構造１１はその長さ方向（例えば、図４における水平方向）に互いに対向する第１側（例えば、図４Ａにおける上側）と第２側（例えば、図４Ａにおける下側）とを備え、第１の電極層１０は、本体構造１１の第１側と第２側における各側に接続される複数の分岐構造１２とをさらに備え、第１側に接続される前記複数の分岐構造１２と第２側に接続される前記複数の分岐構造１２は本体構造１１に関して対称であってよく（図４Ａに示す通り）、対称でなくともよい（図４Ｂに示す通り）、別の液晶移相器を提供する。第２の電極層２０は、前記第２のサブストレート５０の周辺領域に位置する第１の導電構造２１と第２の導電構造２２とを備え（例えば、図５に示すように、第１の導電構造２１の左側端部と第２のサブストレート５０の左側端部は揃っていてよく、第２の導電構造２２の右側端部と第２のサブストレート５０の右側端部は揃っていてよい）、第１の導電構造２１の第１のサブストレート４０上での正投影が、本体構造１１の第１側（例えば、図４Ａの上側）に接続される前記複数の分岐構造１２のうちの少なくとも１つ（例えば、１つ１つであってよい）の、第１のサブストレート４０上での正投影と一部重なり、第２の導電構造２２の前記第１のサブストレート４０上での正投影が、本体構造１１の第２側（例えば、図４Ａの下側）に接続される前記複数の分岐構造１２のうちの少なくとも１つ（例えば、１つ１つであってよい）の、第１のサブストレート４０上での正投影と一部重なる。
例えば、第１の電極層１０はマイクロストリップラインであってよく（マイクロストリップラインは本体構造１１と、本体構造１１の第１側と第２側における各側の前記分岐構造１２とを含み、かつ本体構造１１とすべての分岐構造１２は一体形成構造である）、第１のサブストレート４０のマイクロストリップラインとは逆の一側に接地電極３０をさらに設けてもよく、かつマイクロストリップライン（すなわち、第１の電極層１０）と接地電極３０は第１のサブストレート４０での正投影が少なくとも一部重なる。例えば、接地電極３０の各端部と第１のサブストレート４０の対応する端部は揃っていてよい。接地電極３０とマイクロストリップラインはマイクロ波伝送構造を構成し、供給ポートがマイクロストリップラインに供給するほとんどのマイクロ波信号は接地電極３０とマイクロストリップラインとの間の第１のサブストレート４０において伝送される。上述の通り、マイクロ波信号の損失を低減するために、第１のサブストレート４０はガラス、セラミックスなどの材料を用いて製造することができる。したがって、第１のサブストレート４０は基本的にマイクロ波信号を吸収しないため、マイクロ波信号の損失は少ない。一部分のマイクロ波信号は液晶層６０において伝送され、マイクロストリップラインに第１の電圧が印加され、第１の導電構造２１と第２の導電構造２２に第１の電圧とは異なる第２電圧が印加されると液晶層６０の液晶分子６１は偏向し、液晶層６０の誘電率に変化が生じることから、液晶層６０内のマイクロ波信号の移相が実現する。その後、第１のサブストレート４０のマイクロ波信号が液晶層６０内のマイクロ波信号と交互に伝送されることで、マイクロ波信号全体の移相が実現する。上述の通り、第１の導電構造２１の左側端部と第２のサブストレート５０の左側端部は揃っていてよく、第２の導電構造２２の右側端部と第２のサブストレート５０の右側端部は揃っていてよく、接地電極３０の各端部と第１のサブストレート４０の対応する端部は揃っていてよいことから、図３と図５に示すように、導線７０は前記移相器の外側に位置するだけでよく、前記移相器の内部まで延伸する必要はないため、各導線７０の長さ、抵抗、インダクタンスを効果的に低減できる。よって、所望の移相量を容易に実現できる。
例えば、第１の導電構造２１と第２の導電構造２２はそれぞれ導線７０を介して接地電極３０の導電端子（例えば、接地電極３０の両端）に接続されてよい。このとき、接地電極３０、第１の導電構造２１、第２の導電構造２２に付与される信号は同じであり、移相器の制御に便利である。上述の通り、導線７０の材料は金属であってよく、例えば銅であってよいがこれに限らず、銀などであってもよい。当然ながら、第２の基板の辺縁（例えば、図５に示す第２のサブストレート５０と第１の導電構造２１の左側辺縁、および第２のサブストレート５０と第２の導電構造２２の右側辺縁）に導電端子を設け、接地電極３０、第１の導電構造２１、第２の導電構造２２をそれぞれ単独で制御してもよい。
例えば、第１の電極層１０における各分岐構造１２のサイズは同一であり、本体構造１１の第１側と第２側の各側に位置する前記複数の分岐構造における任意の隣接する２つの間の距離も同一である。当然ながら、各側の任意の隣接する２つの分岐構造１２間の距離も一定の規則により分布してよい。また、各分岐構造１２の第２の電極層２０の第１の導電構造２１または第２の導電構造２２と重なり合う部分の幅は、図４Ｃに示すように、当該分岐構造１２のその他の部分の幅と同じであってよく、これで各分岐構造１２と第２電極層２０との間に形成される静電容量の大きさを調節でき、これは実際の製品の要求に応じて設定することができる。
例えば、本願の実施例では、第１の電極層１０の本体構造１１とすべての分岐構造１２を一体形成構造として設けてよく、つまり両者は同一層に設けられ、かつ材料は同一である。したがって、これらは一回のパターニング工程において製造することができるため、生産効率を高めることができる。
例えば、第１のサブストレート４０と第２のサブストレート５０は厚みが１００～１０００μｍのガラス基板を用いてよく、サファイア基板を用いてもよく、厚みが１０～５００μｍのポリエチレンテレフタレート基板、トリアリルシアヌレート基板、ポリイミド透明フレキシブル基板を使用してもよい。例えば、第１のサブストレート４０と第２のサブストレート５０は誘導損失が極めて低い高純度石英ガラスを用いてよい。通常のガラス基板と比べて、第１のサブストレート４０と第２のサブストレート５０に高純度石英ガラスを用いた場合、マイクロ波の損失を効果的に低減することができ、移相器は消費電力が低く、ＳＮ比が高くなる。例えば、高純度石英ガラスとは、ＳｉＯ２の重量パーセント比が９９．９％以上の石英ガラスのことをいう。
例えば、マイクロストリップライン、接地電極３０、第１の導電構造２１、第２の導電構造２２のそれぞれの材料はアルミニウム、銀、金、クロム、モリブデン、ニッケルまたは鉄などの金属を用いてよい。
例えば、液晶層６０内の液晶分子６１はアクティブ液晶分子６１またはネガティブ液晶分子６１であってよい。なお、液晶分子６１がアクティブ液晶分子６１である場合、各液晶分子６１の長軸方向と前記第１サブストレート４０（または前記第２のサブストレート５０）のある平面との間の夾角は０度より大きく４５度以下である。液晶分子６１がネガティブ液晶分子６１である場合、各液晶分子６１の長軸方向と前記第１サブストレート４０（または前記第２のサブストレート５０）のある平面との間の夾角は４５度より大きく９０度未満である。このようにすることで、液晶分子６１に偏向が生じた後、液晶層６０の誘電率を変更するよう確保しており、移相という目的を果たす。
本実施例の移相器におけるマイクロストリップラインはマイクロ波信号の伝送に用いることができるだけでなく、それに印加される第１の電圧を受信することもでき、第１の導電構造２１と第２の導電構造２２は、それに印加される、第１の電圧とは異なる第２の電圧を受信することができ、マイクロストリップラインの本体構造１１の第１側に接続された前記複数の分岐構造１２と第１の導電構造２１との間、およびマイクロストリップラインの本体構造１１の第２側に接続された前記複数の分岐構造１２と第２の導電構造２２との間に電界を形成し、液晶層６０の対応位置の液晶分子６１を偏向させ、液晶層６０の誘電率を変更し、マイクロ波信号の移相を実現する。本実施例では、第２の電極層２０を第２のサブストレート５０の周辺領域に配置することから、第２の電極層２０に第２の電圧を印加するための導線７０の長さを短くすることができ、これにより導線７０のインダクタンスと抵抗がさらに効果的に低減されるため、マイクロ波信号をより効果的に移相することができる。
図２から図５に示す各実施例におけるいずれか１つにおいて、前記第１の電極層１０の本体構造１１はインピーダンス整合領域をさらに有してもよく（例えば、図２または図４Ａにおける向かって左の矢印がある領域）、前記インピーダンス整合領域は平面図において三角形（あらゆる類型の三角形を含む）または台形であってよく、その他の形状であってもよく、前記第１の電極層１０の各部分（例えば、矢印の左側部分と右側部分）間のインピーダンスを互いに整合させる（例えば同一である）ように配置され、マイクロ波信号のエネルギー損失を低減して、マイクロ波信号を高効率で伝送する。例えば、インピーダンス整合領域の平面図における形状は入力されるマイクロ波信号の周波率、第１の電極１０の本体構造１１と分岐構造１２の形状およびサイズ、図２と図４Ａのインピーダンス整合領域の左側部分の導体の形状およびサイズなどの要素と関連してよく、実際の応用を踏まえて設計できる。
図２から図５に示す各実施例におけるいずれか１つにおいて、液晶セルの厚み（図５に示すように、液晶層６０の第１の電極１０と第２の電極２０と間の部分の、鉛直方向でのサイズである）は約５μｍから約２０μｍの間であってよく、例えば約５μｍから約１０μｍの間、約５μｍである。当該液晶セルの厚みは小さく、液晶層６０の液晶分子６１が電界に反応して高速回転できるようにする。よって、前記液晶セルの反応速度は速い。
なお、図２における第２の電極層２０と、図４Ａにおける第１の導電構造２１と第２の導電構造２２は非矩形で示されているが、これは単なる表示例にすぎない。例えば、図２における第２電極層２０と、図４Ａにおける第１導電構造２１と第２導電構造２２のそれぞれは矩形または不規則な形状であってよく、各分岐構造１２との重複面積の大きさを調整して、所望の大きさのインダクタンスを形成できるものであればよい。
本実施例は、図２から図５に対応する実施例によるいずれか１つの液晶移相器を含む液晶アンテナを提供する。上述の通り、当該液晶移相器の移相効果はより優れている。よって、当該液晶アンテナはより高い効率またはより低いエネルギー消費を具備する。
例えば、第２のサブストレート５０の液晶層６０とは逆の一側に、少なくとも２つのシートユニットを設けてもよく、各隣接する２つのシートユニット間の間隔は、隣接する２つの分岐構造１２間の間隔に対応して設けられる（例えば、第１のサブストレート４０または第２のサブストレート５０での正投影が互いに重なる）。したがって、図２から図５に対応する実施例による移相器によって位相を調節した後のマイクロ波信号は、各隣接する２つのシートユニット間の隙間から放射される。当然ながら、液晶アンテナにおいては、ケーブル内のマイクロ波信号をマイクロ波信号伝送構造（例えば、前記マイクロストリップライン）に供給するための供給ポートをさらに備えてよい。
本願の実施例では、本願の上記実施例による液晶アンテナを備える通信機器を提供する。
本願の実施例では、図２から図５に対応する実施例によるいずれか１つの液晶移相器を操作する方法であって、前記第１の電極層１０に第１の電圧を印加し、前記第２の電極層２０に、前記第１の電圧とは異なる第２の電圧を印加して前記第１の電極層１０と前記第２の電極層２０との間に電界を発生させて、前記液晶層６０の液晶分子６１の長軸を前記電界の方向と実質的に平行（アクティブ液晶分子にとってのものである）または実質的に垂直（ネガティブ液晶分子にとってのものである）にするステップを含んでよい、液晶移相器を操作する方法を提供する。
明らかな矛盾がない場合、上記の各実施例は互いに組み合わせることが可能である。
以上の実施形態は本願の原理を説明するために用いた例示的な実施形態にすぎず、本願はこれに限定されないと理解されるべきである。当業者は本願の精神と実質を逸脱しなければ、各種変形と改善を加えてよく、これらの変形と改善も本願の請求範囲に含まれる。
１ マイクロストリップライン
２ 金属シート
３ ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）リード
１０ 第１の電極層
１１ 本体構造
１２ 分岐構造
２０ 第２の電極層
２１ 第１の導電構造
２２ 第２の導電構造
３０ 接地電極
４０ 第１のサブストレート
５０ 第２のサブストレート
６０ 液晶層
６１ 液晶分子
７０ 導線
２ 金属シート
３ ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）リード
１０ 第１の電極層
１１ 本体構造
１２ 分岐構造
２０ 第２の電極層
２１ 第１の導電構造
２２ 第２の導電構造
３０ 接地電極
４０ 第１のサブストレート
５０ 第２のサブストレート
６０ 液晶層
６１ 液晶分子
７０ 導線
Claims (15)
- 対向設置された第１の基板と第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板の間に位置する液晶層とを備える液晶移相器であって、
前記第１の基板は、第１のサブストレートと、前記第１のサブストレートの前記液晶層に近接する側面に位置する第１の電極層とを備え、
前記第２の基板は、第２のサブストレートと、前記第２のサブストレートの前記液晶層に近接する側面に位置する第２の電極層とを備え、
前記第１の電極層は本体構造を備え、前記本体構造はその長さ方向に互いに対向する第１側と第２側と、前記本体構造の前記第１側と前記第２側のうちの少なくとも一側に接続される複数の分岐構造とを備え、
前記第２の電極層は前記第２のサブストレートの周辺領域に位置し、かつ前記第１のサブストレート上での正投影が、前記複数の分岐構造における少なくとも１つの、前記第１のサブストレート上での正投影と一部重なり、
前記本体構造の前記第１側と前記第２側における各側にはいずれも前記複数の分岐構造が接続され、
前記第１側に接続される前記複数の分岐構造と前記第２側に接続される前記複数の分岐構造は前記本体構造に関して対称であり、
前記第２の電極層は、互いに離間され、それぞれ前記本体構造の両側に位置する第１の導電構造と第２の導電構造とを備え、
前記第１の導電構造の前記第１のサブストレート上での正投影が、前記本体構造の前記第１側に接続される前記複数の分岐構造のうちの少なくとも１つの、前記第１のサブストレート上での正投影と一部重なり、
前記第２の導電構造の前記第１のサブストレート上での正投影が、前記本体構造の前記第２側に接続される前記複数の分岐構造のうちの少なくとも１つの、前記第１のサブストレート上での正投影と一部重なる、
液晶移相器。 - 前記第１の電極層はマイクロストリップラインであり、前記第１のサブストレートの前記液晶層とは逆の一側に接地電極が設けられる
請求項１に記載の液晶移相器。 - 前記第１の導電構造と前記第２の導電構造はそれぞれ導線を介して前記接地電極の導電端子に接続され、かつ前記導線の抵抗率とインダクタンスのうちの少なくとも１つが、ＩＴＯ材料の抵抗率とインダクタンスのうちの少なくとも対応する１つより小さい
請求項２に記載の液晶移相器。 - 前記第１の導電構造と第２の導電構造はいずれも板状電極である
請求項１から３のいずれか一項に記載の液晶移相器。 - 前記本体構造の同一側に位置する前記複数の分岐構造の形状が同一である
請求項１から４のいずれか一項に記載の液晶移相器。 - 同一側に位置する前記複数の分岐構造のうちの任意の隣接する２つの分岐構造間の距離が同一である
請求項５に記載の液晶移相器。 - 前記本体構造は前記第１側と前記第２側のうちのいずれか一側上の前記複数の分岐構造と一体成形構造とされる
請求項１から６のいずれか一項に記載の液晶移相器。 - 前記第１のサブストレートは、ガラス、セラミックス、高純度石英ガラスのうちの少なくとも一種を用いて製造される
請求項１から７のいずれか一項に記載の液晶移相器。 - 前記液晶層はポジティブ液晶分子を含み、かつ各前記ポジティブ液晶分子の長軸方向と前記第１のサブストレートのある平面との間の夾角が０度より大きく４５度以下である
請求項１から８のいずれか一項に記載の液晶移相器。 - 前記液晶層はネガティブ液晶分子を含み、かつ各前記ネガティブ液晶分子の長軸方向と前記第１のサブストレートのある平面との間の夾角が４５度より大きく９０度未満である
請求項１から８のいずれか一項に記載の液晶移相器。 - 前記第１の電極層の本体構造はインピーダンス整合領域を有し、前記インピーダンス整合領域は平面図において三角形または台形であり、かつ前記第１の電極層の各部分間のインピーダンスを互いに整合させるように配置される
請求項１から１０のいずれか一項に記載の液晶移相器。 - 前記液晶層は、前記第１の電極層と前記第２の電極層との間の部分の厚みが５μｍから２０μｍの範囲内である
請求項１から１１のいずれか一項に記載の液晶移相器。 - 請求項１から１２のいずれか一項に記載の液晶移相器を備える
液晶アンテナ。 - 請求項１３に記載の液晶アンテナを備える
通信機器。 - 請求項１から１２のいずれか一項に記載の液晶移相器を操作する方法であって、
前記第１の電極層に第１の電圧を印加し、
前記第２の電極層に、前記第１の電圧とは異なる第２の電圧を印加して前記第１の電極層と前記第２の電極層との間に電界を発生させて、前記液晶層の液晶分子の長軸を前記電界の方向と実質的に平行または実質的に垂直にすることを含む
液晶移相器を操作する方法。
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