一種液晶光學相控陣天線實現(xiàn)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種液晶光學相控陣天線實現(xiàn)方法，所述液晶光學相控陣天線包括公共電極和光柵電極，將所述公共電極設計為高阻抗液晶光楔電極；在高阻抗液晶光楔電極兩端設計兩個電極，分別加載具有不同電壓值的電壓，產(chǎn)生一個斜坡相位分布，等效于一個斜坡斜率可調的液晶棱鏡，能夠對入射波束進行連續(xù)偏轉控制；同時，在光柵電極上加載量化電壓，能夠實現(xiàn)入射波束的步進偏轉控制。
【專利說明】一種液晶光學相控陣天線實現(xiàn)方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種液晶光學相控陣天線實現(xiàn)方法，屬于衛(wèi)星激光通信和激光雷達等【技術領域】。
【背景技術】
[0002]近年來激光通信技術得到快速發(fā)展。隨著衛(wèi)星激光通信技術的發(fā)展，需要建立衛(wèi)星激光通信網(wǎng)絡，實現(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。目前國內外研究的激光通信系統(tǒng)為點對點單鏈路數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，采用機械式捕跟機構和傳統(tǒng)式捕獲跟蹤策略。由于衛(wèi)星激光通信鏈路距離遠，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，機械式掃描機構只能實現(xiàn)點對點的激光通信，如果要實現(xiàn)激光多點通信，一個平臺上需要搭載多個光學天線，難以滿足衛(wèi)星平臺對體積、重量和功耗的要求。這需要采用新型光學相控陣天線，實現(xiàn)衛(wèi)星光通信多用戶接入技術。
[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，從而改變入射光束波陣面，實現(xiàn)入射光束的偏轉控制。目前國外研究的液晶光學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計，其兩側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，其光束偏轉具有不連續(xù)性，不能對掃描區(qū)域進行有效連續(xù)掃描。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術問題是:針對液晶光學相控陣波束不連續(xù)掃描技術特點和光束準連續(xù)偏轉控制發(fā)展需求，給出一種液晶光學相控陣天線實現(xiàn)方法，解決了衛(wèi)星光通信對波束準連續(xù)、高精度偏轉控制需求，保證了衛(wèi)星激光通信系統(tǒng)的性能。
[0005]本發(fā)明的技術方案是:一種液晶光學相控陣天線實現(xiàn)方法，所述液晶光學相控陣天線包括公共電極和光柵電極，將所述公共電極設計為高阻抗液晶光楔電極；在高阻抗液晶光楔電極兩端設計兩個電極，分別加載具有不同電壓值的電壓，產(chǎn)生一個斜坡相位分布，等效于一個斜坡斜率可調的液晶棱鏡，能夠對入射波束進行連續(xù)偏轉控制；在光柵電極上加載量化電壓，能夠實現(xiàn)入射波束的步進偏轉控制。
[0006]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比的優(yōu)點在于:
[0007]本發(fā)明的液晶光學相控陣天線實現(xiàn)方法主要采用液晶光楔的波束連續(xù)偏轉控制技術和液晶光學相控陣控制電極設計技術，將現(xiàn)有液晶光學相控陣的低阻抗公共電極設計為高阻抗電極，形成液晶光楔電極。在液晶光學相控陣光柵電極和光楔電極上同時加載控制電壓，液晶光楔電極電壓的連續(xù)偏轉控制和液晶光柵電極電壓的步進偏轉控制相補充，可以實現(xiàn)入射波束的準連續(xù)偏轉控制。解決了衛(wèi)星光通信對波束準連續(xù)、高精度偏轉控制需求，保證了衛(wèi)星激光通信系統(tǒng)的性能。【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1液晶光學相控陣波束偏轉不意圖
[0009]圖2為本發(fā)明的液晶光學相控陣天線結構示意圖；
[0010]圖3為仿真驗證結果(偏轉角度為1.2度)。
[0011]
[0012]【具體實施方式】
[0013]如圖2所示，本發(fā)明的液晶光學相控陣天線包括玻璃基板21和27，液晶24，取向層23和25，公共電極26，以及光柵電極22。液晶光學相控陣天線采用純相位調制的方式實現(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)，實現(xiàn)衍射角度的變化，再通過調節(jié)周期單元內的電壓分布，使某一級次的光被閃耀。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為一個光柵單元內電極的個數(shù)，驅動電路能夠產(chǎn)生不同的電壓值加載在電極上，令液晶分子產(chǎn)生不同偏轉電壓值的數(shù)量即N的最大值；Θ為閃耀角，m為閃耀級次，λ為入射光的波長。改變一個光柵單元內電極的數(shù)目N即可改變光柵常數(shù)d，對于波長λ入射光的m級閃耀可以改變其閃耀角Θ，以此實現(xiàn)對光束的無慣性掃描。
[0014]本發(fā)明將液晶光學相控陣天線的低阻抗公共電極26設計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計兩個電極，兩個電極分別加載不同電壓值的電壓產(chǎn)生一個斜坡相位分布，等效于一個斜坡斜率可調的液晶棱鏡，對波束進行連續(xù)偏轉控制。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電極分別施加電壓Vcoml、Vcom2。通過加載光柵電極電壓Vi，實現(xiàn)液晶光學相控陣步進波束偏轉控制；通過改變(VCOm2-VCOml)相對值，改變光束偏轉角度，可以實現(xiàn)入射波束的連續(xù)偏轉控制。
[0015]設液晶光學相控陣天線的光束偏轉角度為0s，那么Θ s由液晶光柵光束偏轉角度Θ OPA和液晶光楔波束偏轉角Θ wedge組成，即:
[0016]
【權利要求】
1.一種液晶光學相控陣天線實現(xiàn)方法，所述液晶光學相控陣天線包括公共電極和光柵電極，其特征在于，將所述公共電極設計為高阻抗液晶光楔電極；在高阻抗液晶光楔電極兩端設計兩個電極，分別加載具有不同電壓值的電壓，產(chǎn)生一個斜坡相位分布，等效于一個斜坡斜率可調的液晶棱鏡，能夠對入射波束進行連續(xù)偏轉控制；在光柵電極上加載量化電壓，能夠實現(xiàn)入射波束的步進偏轉控制。
【文檔編號】G02F1/1343GK103576399SQ201310446034
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年9月26日 優(yōu)先權日: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 申請人:西安空間無線電技術研究所