[發明專利]液晶對微波、毫米波的調制方法及其可重構陣列天線

在審

• 申請號: 201911130744.4
• 申請日: 2019-11-19
• 公開（公告）號: CN112909454A
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發明（設計）人: 雷東
• 申請（專利權）人: 北京道古視界科技有限公司
• 主分類號: H01P1/20
• 分類號: H01P1/20;H01P11/00;H01Q1/36;H01Q1/50;H01Q21/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種液晶對微波、毫米波的調制方法及其可重構陣列天線，對微波毫米波的傳輸特性進行調控的液晶材料，在電廠的作用下，可以發生極化，極化的方行和偶極矩沿液晶分子的長軸方向，極化偶極矩與外加電場之間存在夾角，從而使得液晶分子上存在一個力矩，本發明通過對液晶的電學和光學特性分析，給出了多種液晶對微波和毫米波傳輸特性的調制方法，調制結構，以及在此基礎上形成的天線輻射單元和天線陣列，包括通過波導直接饋電的方法及相應的結構實現液晶對微波和毫米波傳輸特性的調制；通過縫隙耦合饋電的方法和結構實現液晶對微波和毫米波傳輸特性的調制；通過反射型結構和半透半反射型結構實現對微波和毫米波傳輸特性的調制。

技術領域

本發明涉及通信及微電子與固體電子學領域技術領域，尤其涉及液晶對微波、毫米波的調制方法及其可重構陣列天線。

背景技術

正在經歷的信息革命，極大地改變了人們的生活和溝通方式。新型通信器件和設備的不斷應用與更新，使得信息化的速度和深度在不斷增加。與此同時，人們對于便攜式，智能化的無線通信方式提出了新的要求。天線是任何無線通信系統中都不可缺少的一類通信器件。它負責把通信鏈路系統內部的信號，以電磁波的形式發送出去。或者把外來的電磁波信號接受下來，以傳給通信鏈路系統進行處理。所以，天線的智能與否，直接決定正通信主體間交流的便捷性和可靠性。隨著5G等新型通信技術的推廣，通信領域對具有波速掃描功能的智能天線的需求越來越明確。

傳統的波速掃描天線采用相控陣形式。首先由每一個輻射單元形成二維或三位的陣列結構。然后給每一個輻射單元連接一個移相器，對通過其上輻射的電磁波的相位進行控制。進而實現陣列波束的合成與掃描。然而，通過這種方式實現的天線體積較大，剖面較高。不利于便攜式應用。此外，移相器的大量使用，極大低提高了天線的制造和應用成本。特別是在移動無線通信的情形下，這種相控陣天線具有明顯的應用障礙。在5G毫米波領域，這種天線的劣勢將變得更加明顯。

液晶材料特性和工藝的不斷進步，使得其對電磁波，特別是微波或毫米波的傳輸特性調控稱為可能。感性的傳輸特性包括電磁波的幅度和相位變化。因此，通過外加電場控制液晶分子的偏轉，液晶分子的每一個偏轉狀態，對應著通過其中的電磁波的傳輸特性的每一次變化。這樣，就可以不用移相器，實現陣列天線的波束合成和掃描。此外，液晶分子的偏轉狀態隨著外加電壓的變化是可以重復進行的。因此，這種通過液晶材料對電磁不的傳輸特性的調控來實現的陣列天線具有可重構型。如何實現通過液晶材料對電磁波，特別是微波或毫米波傳輸特性的調控，稱為實現可重構液晶陣列天線的關鍵。

在傳統的平板顯示領域，液晶顯示技術及相關的產業結構已經發展的非常成熟。如果能開發與現有的液晶顯示產線及工藝相兼容的調控及輻射陣列天線結構，建在很大程度上節約液晶天線的研發和制造成本。另一方面，這種天線的生產也會在一定程度上為日漸衰落的液晶顯示產業和閑置的生產線帶來新的發展契機。

發明內容

本發明提供了液晶對微波、毫米波的調制方法及其可重構陣列天線，以解決上述技術問題中提到的問題。

為了實現上述目的，本發明的技術方案是：液晶對微波、毫米波的調制方法及其可重構陣列天線，對微波毫米波的傳輸特性進行調控的液晶材料，在電廠的作用下，可以發生極化，極化的方行和偶極矩沿液晶分子的長軸方向，極化偶極矩與外加電場之間存在夾角，從而使得液晶分子上存在一個力矩。

優選的，液晶從初始的未加電壓的狀態到加載最大電壓狀態時的變化過程，在這兩個狀態之間，存在著很多個中間狀態，所謂中間狀態，是指液晶分子隨外加電壓變化的偏轉情況，介于初態和末態之間。

優選的，液晶天線的工藝結構包括上下介質基板，位于介質基板一側的上下電極，位于電極一側的電極保護膜，以及位于電極保護膜一側的配相膜，液晶分子材料構成的液晶層位于沉積有上述電極材料、電極保護膜以及配相膜的兩個基板之間，與液晶層位于同一層的還有上下兩個基板的間的支撐結構。