控制基板、液晶移相器及控制基板的制作方法
阅读说明：本技术 控制基板、液晶移相器及控制基板的制作方法 (Control substrate, liquid crystal phase shifter and manufacturing method of control substrate ) 是由 刘宗民 侯孟军 于 2019-09-18 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种控制基板、液晶移相器及控制基板的制作方法。该控制基板包括衬底基板,还包括：设置于所述衬底基板上的微波传输线和电压加载线,所述电压加载线的其中一端与所述微波传输线连接；其中,所述电压加载线与所述微波传输线采用相同金属材料制成,且所述电压加载线包括能够阻断交流信号传输的重复弯折部分。在该控制基板中,电压加载线与微波传输线能够采用同种金属材料制成,且通过在电压加载线上制作包括能够阻断交流信号传输的重复弯折部分,在避免液晶移相器的控制基板上微波传输线的微波信号向电压加载线泄漏的基础上,解决制作工艺过程复杂的问题。(The invention provides a control substrate, a liquid crystal phase shifter and a manufacturing method of the control substrate. The control base plate comprises a substrate base plate and further comprises: the microwave transmission line and the voltage loading line are arranged on the substrate base plate, and one end of the voltage loading line is connected with the microwave transmission line; the voltage loading line and the microwave transmission line are made of the same metal material, and the voltage loading line comprises a repeated bending part capable of blocking alternating current signal transmission. In the control substrate, the voltage loading line and the microwave transmission line can be made of the same metal material, and the repeated bending part capable of blocking the transmission of the alternating current signal is manufactured on the voltage loading line, so that the problem of complex manufacturing process is solved on the basis of avoiding the leakage of the microwave signal of the microwave transmission line on the control substrate of the liquid crystal phase shifter to the voltage loading line.)
技术领域
本发明涉及信号传输技术领域，尤其是指一种控制基板、液晶移相器及控制基板的制作方法。
背景技术
移相器是能够对电磁波的相位进行调整的装置，在雷达、导弹姿态控制、加速器、通信、仪器仪表等领域都有着广泛的应用。
液晶移相器为目前出现的一种新型结构的移相器，其通过在液晶的两侧施加不同电压，引起液晶层的液晶分子随电场偏转，以改变液晶的介电常数，进而影响电磁波的传输速度，达到对电磁波移相的目的。
常规技术的液晶移相器，通常采用电阻较大的氧化铟锡ITO作为液晶层的偏置电压加载线，铜Cu作为电磁波的移相传输线，以保证微波信号主要在电导率较大的移相传输线上传输，不至于过多地泄漏到偏置电压加载线上。
上述结构的液晶移相器中，由于偏置电压加载线与微波传输线采用不同材料制成，因此在液晶移相器制备时，位于液晶层一侧用于设置偏置电压加载线和微波传输线的控制基板，至少需要采用两次制图工艺才能制成，使得控制基板的制作工艺过程复杂。
发明内容
本发明技术方案的目的是提供一种控制基板、液晶移相器及控制基板的制作方法，在避免液晶移相器的控制基板上，微波传输线的微波信号向电压加载线泄漏的基础上，解决制作工艺过程复杂的问题。
本发明实施例提供一种控制基板，包括衬底基板，其中，所述控制基板还包括：
设置于所述衬底基板上的微波传输线和电压加载线，所述电压加载线的其中一端与所述微波传输线连接；
其中，所述电压加载线与所述微波传输线采用相同金属材料制成，且所述电压加载线包括能够阻断交流信号传输的重复弯折部分。
可选地，所述的控制基板，其中，所述微波传输线的横截面面积是所述电压加载线的横截面面积的百倍以上。
可选地，所述的控制基板，其中，所述重复弯折部分包括多个并排设置的子加载线，多个所述子加载线依次串接形成为所述电压加载线上的至少部分线路。
可选地，所述的控制基板，其中，多个所述子加载线相互平行。
可选地，所述的控制基板，其中，所述子加载线的数量大于6个，且在垂直于所述子加载线的长度延伸方向，所述子加载线的宽度小于或等于6um，相邻所述子加载线之间的间距小于或等于4um。
可选地，所述的控制基板，其中，多个所述子加载线中，其中一子加载线的第一端通过第一连接线与第一侧相邻的子加载线连接，第二端通过第二连接线与第二侧相邻的子加载线连接；
其中，所述第一连接线和所述第二连接线均垂直于所述其中一子加载线，所述第一侧与所述第二侧相对。
可选地，所述的控制基板，其中，多个依次串接的所述子加载线中，位于串接末端的第一子加载线延伸至与所述微波传输线连接；或者
所述第一子加载线通过第三连接线与所述微波传输线连接；其中，所述第三连接线与所述第一子加载线之间具有第一夹角。
可选地，所述的控制基板，其中，多个所述子加载线中，位于串接始端的第二子加载线延伸，连接至电压输入端；或者
所述第二子加载线通过第四连接线连接至电压输入端；所述第四连接线与所述第二子加载线之间具有第二夹角。
可选地，所述的控制基板，其中，所述第一夹角与所述第二夹角均为90度。
可选地，所述的控制基板，其中，制成所述电压加载线与所述微波传输线的金属材料包括Cu、Ag和Al的至少一种。
可选地，所述的控制基板，其中，相连接的所述微波传输线和所述电压加载线形成为一个移相单元，其中所述衬底基板上设置有多个所述移相单元。
本发明实施例还提供一种液晶移相器，其中，包括如上任一项所述的控制基板。
可选地，所述的液晶移相器，其中，所述液晶移相器还包括：
与所述衬底基板相对设置的对侧基板，其中所述对侧基板上设置有相控电极；
设置于所述对侧基板与所述衬底基板之间的液晶层。
本发明实施例还提供一种应用于如上任一项所述控制基板的制作方法，其中，所述方法包括：
提供衬底基板；
在所述衬底基板上制作金属材料层；
通过一次构图工艺，利用所述金属材料层上制成所述电压加载线和所述微波传输线。
本发明具体实施例上述技术方案中的至少一个具有以下有益效果：
本发明实施例所述控制基板，电压加载线与微波传输线能够采用同种金属材料制成，且通过在电压加载线上制作包括能够阻断交流信号传输的重复弯折部分，能够避免微波传输线上所传输的微波信号泄露至电压加载线上，从而在避免微波传输线的微波信号向电压加载线泄漏的基础上，解决制作工艺过程复杂的问题。
附图说明
图1为其中一实施结构的液晶移相器的剖面示意图；
图2为说明电压加载线与微波传输线之间连接关系的电路模型示意图；
图3为说明电压加载线与微波传输线之间连接结构的实施方式之一；
图4为说明电压加载线与微波传输线之间连接结构的实施方式之二；
图5为说明电压加载线与微波传输线之间连接结构的实施方式之三；
图6为本发明实施例所述控制基板的平面示意图；
图7为本发明实施例所述控制基板的制作流程示意图；
图8为本发明实施例所述控制基板的部分剖面结构示意图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
为清楚说明本发明实施例所述控制基板的具体结构，以下先对本发明所述控制基板所应用液晶移相器的结构及工作原理进行说明。
如图1为其中一实施结构的液晶移相器的剖面示意图。所述液晶移相器包括相对设置的第一控制基板100、第二控制基板200和位于第一控制基板100与第二控制基板200之间的液晶层300。
第一控制基板100包括第一衬底基板110和设置于第一衬底基板110上朝向液晶层300一侧的微波传输线120和电压加载线130，电压加载线130与微波传输线120之间电连接。第二控制基板200包括第二衬底基板210和设置于第二衬底基板210上朝向液晶层300一侧的相控电极220。
其中，第一衬底基板110和第二衬底基板210用于支撑和容纳液晶层300；电压加载线130用于为微波传输线120施加电压信号，当相对的微波传输线120与相控电极220上分别施加电压，微波传输线120与相控电极220之间由于压差形成电场时，在电场作用下液晶层300内的液晶分子偏转，从而使得液晶层300的介电常数ε改变。
在此基础上，根据微波信号的传输速度v与介电常数ε之间的对应关系：其中，c表示微波信号在真空条件下的传输速度，当微波传输线120上传输微波信号时，由于微波传输线120所在液晶层300的介电常数ε变化，会使得微波信号的传输速度v变化。而由于承载微波信号的微波传输线120的传输长度固定，因此微波信号的不同传输速度v能够使得传输输出的微波信号的相位不同，从而达到对微波信号移相的效果。
本发明实施例中，可选地，可以采用具有低损耗、介电常数ε变化率较高可调性的TN型液晶制作液晶移相器，考虑到液晶盒的工艺可行性和微波信号传输的损耗，目前液晶层厚度通常为100um左右。
由于第一控制基板100上需要同时制作微波传输线120和电压加载线130，且需要电压加载线130与微波传输线120连接，向微波传输线120施加电压信号，因此避免微波传输线120上所传输的微波信号向电压加载线130上泄露，成为第一控制基板100结构设计的关注重点。
为解决常规技术中，为了避免微波传输线120上所传输的微波信号向电压加载线130上泄露，通常采用电阻较大的氧化铟锡ITO作为电压加载线，铜Cu作为电磁波的微波传输线，导致控制基板的制作工艺过程复杂的问题，本发明实施例提供一种控制基板，电压加载线与微波传输线能够采用同种金属材料制成，且通过在电压加载线上制作包括能够阻断交流信号传输的重复弯折部分，能够避免微波传输线上所传输的微波信号泄露至电压加载线上，从而在避免微波传输线的微波信号向电压加载线泄漏的基础上，解决制作工艺过程复杂的问题。
微波传输线120上传输的微波信号为携带有用信息的调制信号，如传输Ku波段卫星通信信号，通常频率在12GHz左右，属高频交流信号。本发明实施例中，如图2所示的电路模型示意图，电压加载线130上的重复弯折部分形成为具有电感特性的射频扼流圈，利用电感具有通直流、阻交流的特性，电压加载线130能够为微波传输线120提供直流电压信号，且能够阻隔微波传输线120上的微波信号向电压加载线上泄漏。
因此，本发明实施例提供一种控制基板，参阅图1所示，该控制基板可以为液晶移相器中的第一控制基板100，包括衬底基板和设置于衬底基板上的微波传输线120和电压加载线130，电压加载线130的其中一端与微波传输线120连接；
其中，电压加载线130与微波传输线120采用相同金属材料制成，且电压加载线130包括能够阻断交流信号传输的重复弯折部分。
本发明实施例中，为了实现电压加载线130对交流信号传输的阻断功能，可选地，电压加载线130具有高阻抗特性，具体地，可以通过降低电压加载线130的横截面面积，实现电压加载线130的高阻抗特性。
可选地，本发明实施例中，微波传输线120的横截面面积是电压加载线130的横截面面积的百倍以上，以能够保证电压加载线130的高阻抗。
另外，为了实现电压加载线130上重复弯折部分的通直流、阻交流的特性，重复弯折部分包括多个并排设置的子加载线，多个子加载线依次串接形成为电压加载线130上的至少部分线路；可选地，多个并排设置的子加载线相互平行。并且，并排设置的多个子加载线的数量越多、子加载线的线宽和相邻子加载线之间的间距越小，会使得重复弯折部分的通直流、阻交流的特性越好。本发明实施例中，可选地，所述子加载线的数量大于6个，且在垂直于所述子加载线的长度延伸方向，所述子加载线的宽度小于或等于6um，相邻所述子加载线之间的间距小于或等于4um。需要说明的是，在确定子加载线的数量、线宽和相邻子加载线之间的间距时，需要考虑工艺可实现性的问题，并需要保证相邻子加载线之间具有较小耦合，因此上述各参数在满足上述范围的基础上，还需要根据具体的工艺条件确定。
如图3所示为本发明实施例所述控制基板中，微波传输线120与电压加载线130的其中一实施方式的平面结构示意图。
该实施方式中，电压加载线130与微波传输线120连接，且电压加载线130包括重复弯折部分131。
其中，重复弯折部分131包括多个相互平行的子加载线1311。具体地，多个子加载线1311中，其中一子加载线的第一端通过第一连接线1与第一侧相邻的子加载线连接，第二端通过第二连接线2与第二侧相邻的子加载线连接；
其中，第一连接线1和第二连接线2均垂直于其中一子加载线，第一侧与第二侧相对。
通过上述实施方式，多个子加载线1311依次串接，形成为重复弯折形式，且依次串接的多个子加载线1311构成为一条线路通路，形成为电压加载线130上的至少部分线路。
进一步，该实施方式中，多个依次串接的子加载线1311中，位于串接末端的第一子加载线延伸至与微波传输线120连接，位于串接始端的第二子加载线延伸，连接至电压输入端(图中未显示)。
需要说明的是，本发明实施例中，多个并排设置且依次串接的子加载线，以连接电压输入端的子加载线的一端为串接始端，以连接微波传输线120的子加载线的一端为串接末端。
另外，该实施方式中，如图3所示，微波传输线120形成为弯曲回形，其中一端位于中心，整个微波传输线120以该端为中心向外环绕。电压加载线130与微波传输线120的连接位置，靠近微波传输线120远离中心的一端。可选地，微波传输线120与位于串接末端的第一子加载线连接的部分，垂直于第一子加载线。
如图4所示为本发明实施例所述控制基板中，微波传输线120与电压加载线130的另一实施方式的平面结构示意图。
该实施方式中，与上述实施方式相同，电压加载线130与微波传输线120连接，且电压加载线130包括重复弯折部分131。
其中，重复弯折部分131包括多个相互平行的子加载线1311。具体地，多个子加载线1311中，其中一子加载线的第一端通过第一连接线1与第一侧相邻的子加载线连接，第二端通过第二连接线2与第二侧相邻的子加载线连接；
其中，第一连接线1和第二连接线2均垂直于其中一子加载线，第一侧与第二侧相对。
与图3所示实施方式不同，在图4所示实施方式中，多个依次串接的子加载线1311中，位于串接末端的第一子加载线通过第三连接线3与微波传输线120连接，其中第三连接线3与第一子加载线之间具有第一夹角；多个依次串接的子加载线1311中，位于串接始端的第二子加载线通过第四连接线4连接至电压输入端(图中未显示)，其中第四连接线4与第二子加载线之间具有第二夹角。
可选地，第一夹角与第二夹角小于或等于90度且大于0度。本发明实施例中，如图4所示，第一夹角与第二夹角均等于90度。
参阅图4所示，可选地，该实施方式中，第三连接线3与第四连接线4位于同一直线上。其中，重复弯折部分131位于第三连接线3与第四连接线4之间，每一子加载线1311形成为长度延伸方向垂直于第三连接线3和第四连接线4，且多个子加载线1311在第三连接线3与第四连接线4之间依次排列的结构形式。
另外，如图4所示，该实施方式中，微波传输线120的形状与图3所示实施方式相同，在此不再详细描述。
如图5所示为本发明实施例所述控制基板中，微波传输线120与电压加载线130的另一实施方式的平面结构示意图。
该实施方式中，与上述实施方式相同，电压加载线130与微波传输线120连接，且电压加载线130包括重复弯折部分131。
其中，重复弯折部分131包括多个相互平行的子加载线1311。具体地，多个子加载线1311中，其中一子加载线的第一端通过第一连接线1与第一侧相邻的子加载线连接，第二端通过第二连接线2与第二侧相邻的子加载线连接；
其中，第一连接线1和第二连接线2均垂直于其中一子加载线，第一侧与第二侧相对。
进一步，与图4所示实施方式相同，多个依次串接的子加载线1311中，位于串接末端的第一子加载线通过第三连接线3与微波传输线120连接，其中第三连接线3与第一子加载线之间具有第一夹角；多个依次串接的子加载线1311中，位于串接始端的第二子加载线通过第四连接线4连接至电压输入端(图中未显示)，其中第四连接线4与第二子加载线之间具有第二夹角。
可选地，第一夹角与第二夹角小于或等于90度且大于0度。本发明实施例中，如图4所示，第一夹角与第二夹角均等于90度。
与图4所示实施方式不同，第三连接线3与第四连接线4相平行，其中重复弯折部分131位于第三连接线3与第四连接线4之间，每一子加载线1311形成为长度延伸方向垂直于第三连接线3和第四连接线4，且多个子加载线1311在第三连接线3与第四连接线4之间，沿平行于第三连接线3和第四连接线4的方向依次排列的结构形式。
另外，如图5所示，该实施方式中，微波传输线120的形状与图3所示实施方式相同，在此不再详细描述。
需要说明的是，为保证电压加载线130上重复弯折部分的通直流、阻交流的特性，上述各实施方式的电压加载线130，除具有上述各形状之外，还分别满足以下的尺寸要求：
微波传输线120的横截面面积是电压加载线130的横截面面积的百倍；
子加载线的数量大于6个，且在垂直于所述子加载线的长度延伸方向，所述子加载线的宽度小于或等于6um，相邻所述子加载线之间的间距小于或等于4um。
另外，上述各实施方式的电压加载线130和微波传输线120的形状，仅为举例说明，并不以此为限。而且，电压加载线130与微波传输线120的连接位置，可以为微波传输线120上的任一位置，并不限于仅能够为靠近微波传输线120的其中一端的位置，如也可以位于微波传输线120的中间位置或者拐角位置处。
本发明实施例中，制成电压加载线130与微波传输线120的金属材料包括Cu、Ag和Al的至少一种。
需要说明的是，上述各实施方式中，以多个子加载线1311相互平行，连接相邻子加载线1311的连接线垂直于子加载线1311为例，对重复弯折部分131的具体结构进行了举例说明，但具体并不以此为限，例如多个子加载线1311之间也可以相互倾斜呈一定角度，或者连接相邻子加载线1311的连接线与子加载线之间的夹角小于90度。
进一步，本发明实施例所述控制基板，上述相连接的微波传输线120与电压加载线130形成为一个移相单元，其中控制基板的衬底基板上可以设置多个移相单元。
如图6所示，每一移相单元均包括相连接的微波传输线120与电压加载线130，其中每一移相单元相互独立，且每一移相单元的电压加载线130的位于串接始端的子加载线延伸至连接区(Bonding area)，或者通过连接线延伸至Bonding area，与电压输入端连接。
可选地，控制基板上的多个移相单元中，微波传输线120的弯折形式与总长度相同。
另外，结合图1所示，其中一实施方式，整个液晶层300可以形成为一个液晶盒，多个移相单元对应该一个液晶盒设置；另一实施方式，整个液晶层300可以包括至少两个液晶盒，多个移相单元对应该至少两个液晶盒设置，可选地，移相单元与液晶盒一一对应地设置。需要说明的是，每一液晶盒包括相对设置的上下基板和位于上下基板之间的液晶；其中，不同液晶盒的上基板位于同一平面上，但相互分离；同理，不同液晶盒的下基板位于同一平面上，但相互分离。
在每一移相单元中，参阅图6所示，控制基板的衬底基板上还设置有位于微波传输线120两端的馈电端122，用于实现微波信号的输入与输出。进一步，控制基板所应用的液晶移相器还包括与每一馈电端对应设置的馈电部，用于将微波信号馈入微波传输线120以及将微波信号从微波传输线120上馈出。可选地，结合图1所示，液晶移相器可以设置于第一衬底基板110远离第二衬底基板210的一侧，也可以设置于第二衬底基板210远离第一衬底基板110的一侧，且每一馈电部在第一衬底基板110所在平面的正投影与相应的微波传输线120的馈电端在第一衬底基板110所在平面的正投影相交叠，以能够保证微波信号在微波传输线120上的馈入或馈出。
本领域技术人员应该能够了解液晶移相器上馈电部的设置结构和方式，且馈电部的结构设置并非为本发明的研究重点，在此不详细说明。
采用本发明实施例所述控制基板的液晶移相器能够实现微波信号的相位差。结合图6和图1，举例说明：
设定移相单元A与移相单元B中，微波传输线120的长度相等。当由卫星发射的微波信号经由衬底基板外侧的辐射单元经由馈电部分别馈入移相单元A和移相单元B的微波传输线120上时，若到达移相单元A的微波信号晚于到达移相单元B的微波信号，也即到达移相单元B的微波信号的相位相较于到达移相单元A的微波信号的相位超前时，为保证经过液晶移相器后的馈出信号同相位叠加增加，必须使得移相单元B中的微波信号传输时间大于移相单元A中的微波信号传输时间，即需要保证移相单元B中的信号传输速度小于移相单元A中的信号传输速度，因此需要在移相单元B相对应的电压加载线130与相控电极220之间施加偏置电压，以增大移相单元B中相对应液晶单元的介电常数，调整移相单元B中微波信号的传输速度，使由移相单元B馈出的微波信号的相位与由移相单元A馈出的微波信号的相位同步。
因此，采用本发明实施例所述控制基板的液晶移相器，能够弥补微波信号在空间传输中的相位差，保证由液晶移相器的信号馈出端所输出的微波信号具有同相位叠加增强的效果。
本发明实施例所述控制基板中，电压加载线与微波传输线采用同种金属材料制成，且通过在电压加载线上制作包括能够阻断交流信号传输的重复弯折部分，能够避免微波传输线上所传输的微波信号泄露至电压加载线上的问题，从而在避免微波传输线的微波信号向电压加载线泄漏的基础上，解决制作工艺过程复杂的问题。
本发明实施例还提供一种液晶移相器，其中，所述液晶移相器包括如上任一项所述的控制基板。
结合图1，所述液晶移相器还包括：
与衬底基板(第一衬底基板110)相对设置的对侧基板(第二衬底基板210)，其中对侧基板上设置有相控电极220；
设置于对侧基板与衬底基板之间的液晶层300。
具体地，采用本发明实施例所述液晶移相器，当相对的微波传输线与相控电极上分别施加电压，微波传输线与相控电极之间由于压差形成电场时，在电场作用下液晶层内的液晶分子偏转，从而使得液晶层的介电常数ε改变，达到对微波信号移相的效果。
结合图1至图6，并参阅以上关于控制基板的详细描述，本领域技术人员应该了解采用本发明实施例所述控制基板的液晶移相器的具体结构，在此不再详细说明。
本发明实施例另一方面还提供一种应用于如上所述控制基板的制作方法，如图7，所述方法包括：
S710，提供衬底基板；
S720，在所述衬底基板上制作金属材料层；
S730，通过一次构图工艺，利用所述金属材料层上制成所述电压加载线和所述微波传输线。
可选地，衬底基板可以为玻璃材料。金属材料层可以包括Cu、Ag和Al的至少一种，如可以为Cu。
其中，在步骤S720中，衬底基板上制作金属材料层时，可以通过溅射方式制作。
在步骤S730，可以通过一次构图工艺，如利用一个掩膜板进行曝光，一步制成电压加载线130和微波传输线120，如图8所示。
根据以上本发明实施例所述控制基板中的详细描述，为实现电压加载线130的高阻抗特性，微波传输线120的横截面面积远大于电压加载线130的横截面面积，如微波传输线120的横截面面积是电压加载线130的横截面面积的百倍以上。由于通常微波传输线120与电压加载线130相对于衬底基板的高度相等，因此电压加载线130的线宽远小于微波传输线120的线宽。
本发明实施例所述控制基板、液晶移相器和控制基板的制作方法，电压加载线与微波传输线能够采用同种金属材料制成，并通过半导体工艺将电压加载线制作为具备电感特性的射频扼流圈形式，具备通直流、阻交流的特性，并具备高阻抗性能，用于代替常规技术采用具有高阻抗特性的ITO向液晶移相器提供偏置电压，可以同样达到加载直流电压、避免微波信号泄漏的效果。
因此，采用本发明实施例所述控制基板、液晶移相器和控制基板的制作方法，相较于常规技术，能够简化液晶移相器的制作工艺，达到降低制作成本，提高产品性能的效果。
以上所述的是本发明的优选实施方式，应当指出对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本发明所述原理前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。