论坛第期液晶相控阵天线发展与

""论坛：第期

液晶相控阵天线进展与手艺挑战

孟繁义

手艺布景

天线做为无线电子系统中量能调动与电磁波收发的严重安装，跟着系统的快速进展以及对高功用、多功用、低成本、袖珍化设立的需求日趋增加，关于天线设立改革的须要性变得加倍危急。

当代无线通讯系统的快速进展对射频链路提议了新请求，首要体现为：多大局、低成本、高集成度等方面。此外，为实行数据的高速传输，需求系统处事频次向高频段扩大至毫米波、亚毫米波致使太赫兹等频段。鉴于此，高频可重构微波器件应运而生，如基于射频微机电系统（MEMS）、二极管、铁电材料（BST）等微波器件的探索多如牛毛。但是，以上手艺存在一个连合的弊端：其射频斲丧随处事频次抬高而增多，在10GHz以上的处事频段，这类表象尤其显然。

暂时第五代通讯手艺5G曾经正式商用，各大运经商都在主动开展5G组网装备以实行大范围赓续遮蔽，相关于4G通讯，5G通讯在升高传输速度、消沉传输推迟等的同时，其频谱加倍繁杂，功用需求更高，分外是载波频次到毫米波范围内，亟需更优功用、更小尺寸、更多功用的天线末端。从天线策画层面而言，MIMO天线系统的提议实行了天线系统从初期单个天线的策画进展到阵列天线系统化策画，而暂时的MassiveMIMO天线系统关于天线策画的繁杂化与系统化提议了更高的请求，在消沉天线末端成本的同时实行天线波束赋形与动态调控，消沉所需天线末端数目进而提拔遮蔽范围且有益于大范围摆设。因而能够实行参数可调、功用可控的天线末端，能够动态把持传达的电磁记号的谐振频次、幅相、极化等消息，关于天线手艺探索尤其严重。做为新式可调材料的代表，液晶是一种电调各向异性媒质，具备体积小、质震轻、易集成的上风，而且液晶的偏置电路策画容易，容易集成到微带电路中，消沉了策画成本。基于液晶材料的电调可控微波器件以其特有的高频低耗功用锋芒毕露，其处事频次可遮蔽毫米波至光频波段，具备极高的运用价钱。频年来，学者们对液晶材料用于射频无源器件的探索报导也越来越多，而且实行的重构目标数目与品质也变好。从最发端的容易移相，到近几年实行天线的方位图重构、极化重构致使液晶相控阵、反射阵的探索报导也层见迭出。

液晶界说为介于晶态固体和各向同性液体之间的中心相，在外界必定温度范围内，具备各向异性晶体所特有的双折射特点与各向同性液体所具备的滚动性。液晶做为一种高功用各向异性材料，在液晶显示范畴的运用曾经成为消息显示产业干流手艺，跟着新式混杂液晶材料的进展与运用范畴的拓展，在涵盖微波到太赫兹频段10GHz到10THz的频段范围内，由于液晶材料在上述周全频段范围内险些无色散特点，因而在射频设立顶用做可调谐介质格外具备上风。

液晶相控阵天线的处事旨趣与策画办法

基于液晶材料的天线格外具备前程，液晶做为一种有用介电常数可经过外加偏置电压把持的无源材料，能够实行较低偏置电压下的赓续调谐，防止了好比在卫星链路通讯中机器启动角动量迁徙的题目，同时液晶材料斲丧在高频范围内适中且随处事频次抬高而消沉。获利于光学频段液晶运用的老练工艺，使得基于液晶材料的天线设立具备分量轻、成本低、反响速度快等上风，具备大范围批量临盆的手腕。

近来几年，太赫兹手艺旺盛进展，在太赫兹雷达、成像、通讯等运用发面实行了太赫兹手艺的贸易化运用。保守的牢固波束辐射天线不能够在短工夫实行整个宗旨消息的猎取，在时效性和精确度上有很大的劣势。因而，太赫兹波束扫描天线应运而生。比拟于频次扫描天线，电控扫描天线不需求盘踞频谱资本，在牢固频点就可以实行特定方位的波束调控，在太赫兹具备很宽泛的进展前程。液晶是介于液体和固体之间的材料，具备液体滚动性和固体光学特点，被大范围运用于平板显示范畴。其它液晶材料具备二元折射特点，当给液晶材料施加电场或磁场时，其胪列状况将从冗杂状况慢慢改革成平行于电场方位，具备精良的调谐特点。因而能够哄骗液晶做为太赫兹天线的电调谐介质，进而实行波束调控。

液晶电控扫描天线分为反射式阵列、透射式阵列两种大局，液晶做为移相单位的电调谐材料，经过改革施加于液晶的电压改革移相单位的反射或透射相位，进而经过相位弥补的方法实行特定方位波束的辐射。在远间隔通讯中，天线的圆极化处事方法能够增加极化失配引发的传输斲丧，保证发射天线的极化般配。暂时探索的基于液晶的波束扫描反射、透射阵列中，移相单位每每只可对线极化波束实行调控。于是现有的液晶电调控扫描阵列天线只可实行线极化波束扫描，无奈实行圆极化波束扫描，进而极大束缚了这一手艺的运用途景。

反射阵列个别采纳空间馈电的方法，但来自馈源的入射波与经过反射阵列反射的辐射波束处在统一侧，喇叭馈源遮盖住了部份空间，削减了波束的扫描范围。透射阵列的入射波束与辐射波束不在统一侧，束缚了馈源的遮掩题目，能够实行波束的赓续扫描。

基于以裂缝耦合微带贴片天线做为透射移相单位的阵列的策画，单位策画将领受端电磁波能量经过裂缝馈入弯折传输线，再操纵弯折传输线组织协助液晶实行移相，能够将领受到的能量以平均且较低的斲丧透射，进而能够消沉旁瓣电平，具备精良的透射功用。比拟于改革谐振频次以形成相移的透射阵列，束缚了保守透射阵列斲丧较大且不同相移状况斲丧不平均的题目。

太赫兹片上调制器件-metachip

本课题组在液晶手艺方面的处事

孟繁义，哈工大微波工程系老师、博士生导师，曾获黑龙江省科学手艺二等奖、YSTG青年科学家奖、CST寰球高校优良论文奖等国表里学术奖项。发布论文百余篇，已受权首创专利二十余项，个中多项专利已变化。担当省部级以上科研项目30余项，企业手艺效劳类横向课题多项。曾做为连合开创人建立某超材料科技公司，并完结万元融资。从年发端将液晶高分子材料与电磁超材料相联合，在国内领先开展了液晶超材料相控阵天线的探索处事，并研发出了国内首台液晶超材料相控阵旨趣样机，关于推进我国低成事实控阵手艺的进展表现了严重影响。

ppt下载：

链接：

转载请注明：http://www.abuoumao.com/hyfz/1094.html