一種液晶光學(xué)相控陣天線實(shí)現(xiàn)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種液晶光學(xué)相控陣天線實(shí)現(xiàn)方法，所述液晶光學(xué)相控陣天線包括公共電極和光柵電極，將所述公共電極設(shè)計(jì)為高阻抗液晶光楔電極；在高阻抗液晶光楔電極兩端設(shè)計(jì)兩個(gè)電極，分別加載具有不同電壓值的電壓，產(chǎn)生一個(gè)斜坡相位分布，等效于一個(gè)斜坡斜率可調(diào)的液晶棱鏡，能夠?qū)θ肷洳ㄊM(jìn)行連續(xù)偏轉(zhuǎn)控制；同時(shí)，在光柵電極上加載量化電壓，能夠?qū)崿F(xiàn)入射波束的步進(jìn)偏轉(zhuǎn)控制。
【專利說明】一種液晶光學(xué)相控陣天線實(shí)現(xiàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種液晶光學(xué)相控陣天線實(shí)現(xiàn)方法，屬于衛(wèi)星激光通信和激光雷達(dá)等【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來激光通信技術(shù)得到快速發(fā)展。隨著衛(wèi)星激光通信技術(shù)的發(fā)展，需要建立衛(wèi)星激光通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)一顆衛(wèi)星與多顆衛(wèi)星之間的通信，即多用戶接入技術(shù)。目前國內(nèi)外研究的激光通信系統(tǒng)為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)單鏈路數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，采用機(jī)械式捕跟機(jī)構(gòu)和傳統(tǒng)式捕獲跟蹤策略。由于衛(wèi)星激光通信鏈路距離遠(yuǎn)，激光發(fā)射功率受限，需要激光束散角盡量接近衍射極限。受激光束散角的限制，機(jī)械式掃描機(jī)構(gòu)只能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的激光通信，如果要實(shí)現(xiàn)激光多點(diǎn)通信，一個(gè)平臺(tái)上需要搭載多個(gè)光學(xué)天線，難以滿足衛(wèi)星平臺(tái)對(duì)體積、重量和功耗的要求。這需要采用新型光學(xué)相控陣天線，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星光通信多用戶接入技術(shù)。
[0003]由于衛(wèi)星激光通信系統(tǒng)束散角窄，為了保證星間、星地激光通信系統(tǒng)的穩(wěn)健性，保證激光通信系統(tǒng)的性能，要求新型液晶光學(xué)相控陣天線的波束控制精度更高。如圖1所示，現(xiàn)有的液晶光學(xué)相控陣天線的核心器件是液晶盒，通過改變液晶盒的折射率，從而改變?nèi)肷涔馐嚸妫瑢?shí)現(xiàn)入射光束的偏轉(zhuǎn)控制。目前國外研究的液晶光學(xué)相控陣天線主要采用周期性光柵和非周期性光柵兩種類型設(shè)計(jì)，其兩側(cè)電極分別為公共電極和光柵電極，由于光柵電極為離散電極，其光束偏轉(zhuǎn)具有不連續(xù)性，不能對(duì)掃描區(qū)域進(jìn)行有效連續(xù)掃描。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:針對(duì)液晶光學(xué)相控陣波束不連續(xù)掃描技術(shù)特點(diǎn)和光束準(zhǔn)連續(xù)偏轉(zhuǎn)控制發(fā)展需求，給出一種液晶光學(xué)相控陣天線實(shí)現(xiàn)方法，解決了衛(wèi)星光通信對(duì)波束準(zhǔn)連續(xù)、高精度偏轉(zhuǎn)控制需求，保證了衛(wèi)星激光通信系統(tǒng)的性能。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種液晶光學(xué)相控陣天線實(shí)現(xiàn)方法，所述液晶光學(xué)相控陣天線包括公共電極和光柵電極，將所述公共電極設(shè)計(jì)為高阻抗液晶光楔電極；在高阻抗液晶光楔電極兩端設(shè)計(jì)兩個(gè)電極，分別加載具有不同電壓值的電壓，產(chǎn)生一個(gè)斜坡相位分布，等效于一個(gè)斜坡斜率可調(diào)的液晶棱鏡，能夠?qū)θ肷洳ㄊM(jìn)行連續(xù)偏轉(zhuǎn)控制；在光柵電極上加載量化電壓，能夠?qū)崿F(xiàn)入射波束的步進(jìn)偏轉(zhuǎn)控制。
[0006]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0007]本發(fā)明的液晶光學(xué)相控陣天線實(shí)現(xiàn)方法主要采用液晶光楔的波束連續(xù)偏轉(zhuǎn)控制技術(shù)和液晶光學(xué)相控陣控制電極設(shè)計(jì)技術(shù)，將現(xiàn)有液晶光學(xué)相控陣的低阻抗公共電極設(shè)計(jì)為高阻抗電極，形成液晶光楔電極。在液晶光學(xué)相控陣光柵電極和光楔電極上同時(shí)加載控制電壓，液晶光楔電極電壓的連續(xù)偏轉(zhuǎn)控制和液晶光柵電極電壓的步進(jìn)偏轉(zhuǎn)控制相補(bǔ)充，可以實(shí)現(xiàn)入射波束的準(zhǔn)連續(xù)偏轉(zhuǎn)控制。解決了衛(wèi)星光通信對(duì)波束準(zhǔn)連續(xù)、高精度偏轉(zhuǎn)控制需求，保證了衛(wèi)星激光通信系統(tǒng)的性能?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0008]圖1液晶光學(xué)相控陣波束偏轉(zhuǎn)不意圖
[0009]圖2為本發(fā)明的液晶光學(xué)相控陣天線結(jié)構(gòu)示意圖；
[0010]圖3為仿真驗(yàn)證結(jié)果(偏轉(zhuǎn)角度為1.2度)。
[0011]
[0012]【具體實(shí)施方式】
[0013]如圖2所示，本發(fā)明的液晶光學(xué)相控陣天線包括玻璃基板21和27，液晶24，取向?qū)?3和25，公共電極26，以及光柵電極22。液晶光學(xué)相控陣天線采用純相位調(diào)制的方式實(shí)現(xiàn)類似于透射閃耀光柵的效果，液晶閃耀光柵的工作性能很大程度由平行電極的控制能力決定。液晶閃耀光柵周期單元內(nèi)多條電極的總寬度等效于光柵常數(shù)，通過改變光柵電極22的電極數(shù)來改變光柵常數(shù)，實(shí)現(xiàn)衍射角度的變化，再通過調(diào)節(jié)周期單元內(nèi)的電壓分布，使某一級(jí)次的光被閃耀。閃耀光柵衍射角由光柵方程d sin Θ =mA決定。其中d為光柵常數(shù)，d=N*d'。d'為電極周期，N為一個(gè)光柵單元內(nèi)電極的個(gè)數(shù)，驅(qū)動(dòng)電路能夠產(chǎn)生不同的電壓值加載在電極上，令液晶分子產(chǎn)生不同偏轉(zhuǎn)電壓值的數(shù)量即N的最大值；Θ為閃耀角，m為閃耀級(jí)次，λ為入射光的波長。改變一個(gè)光柵單元內(nèi)電極的數(shù)目N即可改變光柵常數(shù)d，對(duì)于波長λ入射光的m級(jí)閃耀可以改變其閃耀角Θ，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)光束的無慣性掃描。
[0014]本發(fā)明將液晶光學(xué)相控陣天線的低阻抗公共電極26設(shè)計(jì)為高阻抗液晶光楔電極；高阻抗液晶光楔電極的阻抗大于1000 Ω ;在高阻抗液晶光楔電極的兩端設(shè)計(jì)兩個(gè)電極，兩個(gè)電極分別加載不同電壓值的電壓產(chǎn)生一個(gè)斜坡相位分布，等效于一個(gè)斜坡斜率可調(diào)的液晶棱鏡，對(duì)波束進(jìn)行連續(xù)偏轉(zhuǎn)控制。如圖2所示，在光柵電極22施加光柵電極電壓Vi，在高阻抗液晶光楔電極的兩個(gè)電極分別施加電壓Vcoml、Vcom2。通過加載光柵電極電壓Vi，實(shí)現(xiàn)液晶光學(xué)相控陣步進(jìn)波束偏轉(zhuǎn)控制；通過改變(VCOm2-VCOml)相對(duì)值，改變光束偏轉(zhuǎn)角度，可以實(shí)現(xiàn)入射波束的連續(xù)偏轉(zhuǎn)控制。
[0015]設(shè)液晶光學(xué)相控陣天線的光束偏轉(zhuǎn)角度為0s，那么Θ s由液晶光柵光束偏轉(zhuǎn)角度Θ OPA和液晶光楔波束偏轉(zhuǎn)角Θ wedge組成，即:
[0016]
【權(quán)利要求】
1.一種液晶光學(xué)相控陣天線實(shí)現(xiàn)方法，所述液晶光學(xué)相控陣天線包括公共電極和光柵電極，其特征在于，將所述公共電極設(shè)計(jì)為高阻抗液晶光楔電極；在高阻抗液晶光楔電極兩端設(shè)計(jì)兩個(gè)電極，分別加載具有不同電壓值的電壓，產(chǎn)生一個(gè)斜坡相位分布，等效于一個(gè)斜坡斜率可調(diào)的液晶棱鏡，能夠?qū)θ肷洳ㄊM(jìn)行連續(xù)偏轉(zhuǎn)控制；在光柵電極上加載量化電壓，能夠?qū)崿F(xiàn)入射波束的步進(jìn)偏轉(zhuǎn)控制。
【文檔編號(hào)】G02F1/1343GK103576399SQ201310446034
【公開日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2013年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月26日
【發(fā)明者】譚慶貴, 汪相如, 李小軍, 蔣煒, 梁棟, 朱忠博, 劉豐 申請(qǐng)人:西安空間無線電技術(shù)研究所