[发明专利]基于迂回相位的液晶阵列天线波束合成与指向控制方法

说明书

本发明提供了一种基于迂回相位的液晶阵列天线波束合成与指向控制方法，包括以下步骤：S01:需要给定所期望的阵列天线在某个方向的辐射方向图函数;S02:需要对辐射方向图函数在阵列平面上的电磁场分布进行计算，进而得到天线在这一方向的辐射场对应的每一个辐射单元的辐射场;S03:对阵列平面上的电磁场的复振幅分布进行编码。本发明通过外加电压独立调整每一个辐射单元中，液晶的偏转情况，可以实现对归一化振幅A_mn的调控，通过控制阵列天线中某些单元的开关状态，实现对相位的调控，从而对这一方向的辐射方向图在阵列平面上进行编码。

技术领域

本发明涉及涉及通信及算法领域，尤其涉及基于迂回相位的液晶阵列天线波束合成与指向控制方法。

背景技术

包括液晶阵列天线在内的超材料阵列天线所具有的剖面低，体积小，重量轻，电控扫描等优点，使其在卫星通讯，5G毫米波通信领域有着极大的应用前景。

传统阵列天线的波速扫描采用相控阵形式。首先由每一个辐射单元形成二维或三位的阵列结构。然后给每一个辐射单元连接一个移相器，对通过其上辐射的电磁波的相位进行控制。进而实现阵列波束的合成与扫描。波束合成与控制的算法包括MUSIC算法，LMS算法，RLS算法，以及DMI算法等。这些算法的前提是要在阵列天线的每一个辐射单元的激励中，引入相位差。在液晶阵列天线中，不同的这列排布方式和馈电方式使得在每一个辐射单元的激励中都引入相位差变得不易。此外，在液晶阵列天线中，通过外电场对液晶分子偏转程度的调制，还可以控制每一个辐射单元所辐射的电磁场的幅度。这也可以作为阵列天线波束合成和指向控制的因素。

对于液晶阵列天线，可以通过控制阵列中单元的电磁场透过率对辐射电磁波长的振幅在阵列平面上进行编码。通过控制阵列的开关来控制开启阵列间的间距，进而实现在阵列平面上对辐射场光波的相位进行编码。最终使得液晶阵列天线的总的辐射场满足工程上对天线方向图和辐射强度的要求。

发明内容

本发明提供了一种基于迂回相位的液晶阵列天线波束合成与指向控制方法法，以解决上述技术问题中提到的问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：基于迂回相位的液晶阵列天线波束合成与指向控制方法，包括以下步骤：

S01:需要给定所期望的阵列天线在某个方向的辐射方向图函数;

S02:需要对辐射方向图函数在阵列平面上的电磁场分布进行计算，进而得到天线在这一方向的辐射场对应的每一个辐射单元的辐射场;

S03:对阵列平面上的电磁场的复振幅分布进行编码。对于一个具有M×N个阵列的天线，第mn个单元上待记录的电磁波复振幅为

其中，A_mn为归一化振幅，介于0和1之间，且包括0和1。0对应阵元不辐射电磁波，1对应阵元辐射最强电磁波的状态。通过外加电压独立调整每一个辐射单元中，液晶的偏转情况，可以实现对归一化振幅A_mn的调控。通过控制阵列天线中某些单元的开关状态，实现对相位的调控。从而对这一方向的辐射方向图在阵列平面上进行编码。

进一步的，所述液晶阵列天线中所使用的液晶材料，在电场的作用下，可以发生极化。

进一步的，所述液晶对微波毫米波的调控方法和辐射结构所形成的辐射单元组合而成的天线阵列结构包括以下结构：

（1）矩形栅格矩形边界二维阵列；

（2）矩形栅格矩形边界二维阵列；

（3）矩形栅格圆形边界二维阵列；

（4）矩形栅格六边形边界二维阵列；

（5）三角形栅格矩形边界二维阵列；

（6）三角形栅格圆形边界二维阵列；

（7）三角形栅格六边形边界二维阵列；

（8）圆环形阵列；

（9）同心圆环阵列；

（10）位于曲面上的二维共形阵列;