本發(fā)明涉及一種多用戶低吸收高效率大口徑液晶光學(xué)相控陣天線，屬于大口徑液晶光學(xué)相控陣、多用戶激光通信、衛(wèi)星激光通信組網(wǎng)、mimo空間光調(diào)制器技術(shù)、近場(chǎng)光場(chǎng)調(diào)控等領(lǐng)域領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

1、液晶分子具有能夠受到電場(chǎng)調(diào)控的光學(xué)特性，通過改變電場(chǎng)來調(diào)節(jié)液晶分子的排列方向，從而改變透過液晶的光的偏振狀態(tài)。這種特性使得液晶可以作為調(diào)節(jié)光傳輸?shù)挠辛ぞ摺Ｗ詮?960年代液晶顯示技術(shù)問世以來，其在電子顯示領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，如液晶電視、計(jì)算機(jī)顯示器和智能手機(jī)屏幕等。隨著液晶材料和制造工藝的不斷改進(jìn)，液晶顯示技術(shù)的性能也在不斷提高，為液晶光學(xué)應(yīng)用的拓展奠定了基礎(chǔ)。

2、相控陣技術(shù)是一種通過控制光波的相位來實(shí)現(xiàn)波前的精確調(diào)控的技術(shù)。傳統(tǒng)的相控陣由大量獨(dú)立的天線單元組成，通過調(diào)節(jié)每個(gè)單元的相位來實(shí)現(xiàn)對(duì)輻射波束的控制。相控陣在雷達(dá)、通信、激光雷達(dá)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。然而，傳統(tǒng)相控陣存在著體積大、制造復(fù)雜、功耗高等問題，限制了其在一些領(lǐng)域的應(yīng)用。因此，研究人員開始尋求新的相控陣技術(shù)，以滿足更廣泛的應(yīng)用需。大口徑光學(xué)系統(tǒng)具有較大有效孔徑的光學(xué)系統(tǒng)。在光通信、光遙感和激光成像等領(lǐng)域，大口徑光學(xué)系統(tǒng)能夠提高信號(hào)接收靈敏度和圖像分辨率，增強(qiáng)系統(tǒng)性能。然而，傳統(tǒng)大口徑光學(xué)系統(tǒng)受制于復(fù)雜的光學(xué)元件和機(jī)械結(jié)構(gòu)，制造和調(diào)整成本較高，且縱向場(chǎng)和橫向場(chǎng)雙層干擾問題也難以解決。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：針對(duì)目前現(xiàn)有技術(shù)中，傳統(tǒng)大口徑光學(xué)設(shè)計(jì)技術(shù)受限于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及干擾問題，提出了一種多用戶低吸收高效率大口徑液晶光學(xué)相控陣天線。

2、本發(fā)明解決上述技術(shù)問題是通過如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的：

3、一種多用戶低吸收高效率大口徑液晶光學(xué)相控陣天線，包括子孔徑區(qū)域，子孔徑區(qū)域數(shù)量為4個(gè)且各子孔徑區(qū)域間呈旋轉(zhuǎn)對(duì)稱；

4、子孔徑區(qū)域包括第一增透膜、第一基板、液晶分子層、第二基板、第二增透膜，由上至下依次層疊設(shè)置；液晶分子層內(nèi)周期排布設(shè)置有間隔子，液晶分子層兩端通過框膠粘連第一基板底部及第二基板頂部；

5、第一基板包括第一玻璃基板、第一pi取向?qū)?，第一玻璃基板設(shè)置于第一pi取向?qū)由?；第二基板包括第二pi取向?qū)?、ito電極陣列a、ito電極陣列b、金屬電極、第二玻璃基板，由上至下依次層疊設(shè)置；第一pi取向?qū)?、第二pi取向?qū)泳ㄟ^框膠粘連在液晶分子層上下兩側(cè)；金屬電極設(shè)置于第二基板的第二pi取向?qū)又醒胛恢?，ito電極陣列a、ito電極陣列b組成ito陣列層，設(shè)置于第二pi取向?qū)酉路?，ito陣列層搭載設(shè)置于第二玻璃基板上；金屬電極與ito電極陣列b組成梳狀結(jié)構(gòu)電極，梳狀結(jié)構(gòu)電極通過金屬電極連接到外部驅(qū)動(dòng)電路的gnd端，ito電極陣列a用于加載交替變化的正負(fù)電場(chǎng)，梳狀結(jié)構(gòu)電極的ito電極陣列b與加載后的ito電極陣列a形成橫向電場(chǎng)以驅(qū)動(dòng)液晶分子層的液晶分子指向矢偏轉(zhuǎn)。

6、所述第一增透膜、第二增透膜、第一玻璃基板、第二玻璃基板、第一pi取向?qū)?、第二pi取向?qū)泳c框膠兩端對(duì)齊，梳狀結(jié)構(gòu)電極中的ito電極陣列b與ito電極陣列a交叉設(shè)置于同一層中以構(gòu)成ito陣列層，ito陣列層中ito電極陣列a與ito電極陣列b的寬度設(shè)置為金屬電極間距的1/5以減小ito吸收。

7、所述ito陣列層由相控單元組成，相控單元為1根ito電極陣列a與相鄰2根ito電極陣列b所包圍的區(qū)域構(gòu)成；第一pi取向?qū)?、第二pi取向?qū)宇A(yù)設(shè)取向角均為沿面垂直90°方向。

8、所述ito電極陣列a在加電驅(qū)動(dòng)的過程中，一個(gè)電壓加載周期內(nèi)，加載2次正電壓后加載1次負(fù)電壓，根據(jù)電壓加載周期重復(fù)進(jìn)行電壓加載。

9、所述ito電極陣列a通過驅(qū)動(dòng)ic驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)ic連接到外部數(shù)據(jù)總線bus，根據(jù)外部處理器控制并采用時(shí)分復(fù)用策略實(shí)現(xiàn)各驅(qū)動(dòng)ic的數(shù)據(jù)分發(fā)。

10、所述ito電極陣列a、ito電極陣列b于第二玻璃基板上的安裝工藝根據(jù)光學(xué)相控陣天線設(shè)計(jì)需求確定，且安裝于同一玻璃基板上。

11、所述金屬電極設(shè)計(jì)的電阻率小于ito電極以提升電流移動(dòng)速度并提升液晶分子的控制刷新速率。

12、所述ito電極陣列之間的電極間距減小以提高梯度電場(chǎng)的空間比例及衍射效率，電極間距根據(jù)梯度電場(chǎng)設(shè)計(jì)需求確定并調(diào)整。

13、所述陣列電極a與陣列電極b的電極寬度遠(yuǎn)小于兩者之間的間距，陣列電極a與陣列電極b的制備工藝根據(jù)相控陣天線設(shè)計(jì)需求確定。

14、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：

15、(1)本發(fā)明提供的一種多用戶低吸收高效率大口徑液晶光學(xué)相控陣天線，通過去除傳統(tǒng)液晶相控陣的雙面ito結(jié)構(gòu)中的com地ito，并設(shè)計(jì)唯一一層的ito陣列，減小了ito的面積，ito吸收率至少降低75％，并采用橫向場(chǎng)設(shè)計(jì)，杜絕了縱向場(chǎng)和橫向場(chǎng)雙層干擾問題，電場(chǎng)純凈，相位凹陷問題改善明顯，有效提升波束指向衍射效率；

16、(2)本發(fā)明的陣列電極a和b的電極寬度大比例小于電極間距，在工藝結(jié)構(gòu)制備上相對(duì)簡單，包括但不限于濕法、干法、磁控濺射甚至數(shù)控雕刻一次制成，二次修復(fù)電極短路概率大大降低，良品率高；采用電控橫向場(chǎng)電極布局、時(shí)空復(fù)用驅(qū)動(dòng)和“卐”字型緊湊結(jié)構(gòu)，最終實(shí)現(xiàn)低吸收率、高衍射效率、大規(guī)模電極陣列、高度集成化的大口徑的液晶光學(xué)相控陣器件。

技術(shù)特征：

1.一種多用戶低吸收高效率大口徑液晶光學(xué)相控陣天線，其特征在于：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多用戶低吸收高效率大口徑液晶光學(xué)相控陣天線，其特征在于：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種多用戶低吸收高效率大口徑液晶光學(xué)相控陣天線，其特征在于：

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種多用戶低吸收高效率大口徑液晶光學(xué)相控陣天線，其特征在于：

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種多用戶低吸收高效率大口徑液晶光學(xué)相控陣天線，其特征在于：

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種多用戶低吸收高效率大口徑液晶光學(xué)相控陣天線，其特征在于：

7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種多用戶低吸收高效率大口徑液晶光學(xué)相控陣天線，其特征在于：

8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種多用戶低吸收高效率大口徑液晶光學(xué)相控陣天線，其特征在于：

9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種多用戶低吸收高效率大口徑液晶光學(xué)相控陣天線，其特征在于：

技術(shù)總結(jié)
一種多用戶低吸收高效率大口徑液晶光學(xué)相控陣天線，采用電控橫向場(chǎng)電極布局、時(shí)空復(fù)用驅(qū)動(dòng)和卐”字型緊湊結(jié)構(gòu)，通過4個(gè)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的子孔徑區(qū)域組成，4個(gè)子孔徑區(qū)域電極組成一個(gè)“卐”字結(jié)構(gòu)，通過在同一玻璃基板上設(shè)置ITO電極陣列A、ITO電極陣列B及金屬電極的方式，實(shí)現(xiàn)電極之間的橫向電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)液晶分子指向矢偏轉(zhuǎn)，減去了COM?ITO電極，能夠?qū)崿F(xiàn)低吸收率、高衍射效率、大規(guī)模電極陣列、高度集成化的大口徑的液晶光學(xué)相控陣器件。

技術(shù)研發(fā)人員：趙衛(wèi)崗,康博超,譚慶貴,劉星
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西安空間無線電技術(shù)研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/11/18