[发明专利]液晶对微波、毫米波的调制方法及其可重构阵列天线

说明书

本发明提供了一种液晶对微波、毫米波的调制方法及其可重构阵列天线，对微波毫米波的传输特性进行调控的液晶材料，在电厂的作用下，可以发生极化，极化的方行和偶极矩沿液晶分子的长轴方向，极化偶极矩与外加电场之间存在夹角，从而使得液晶分子上存在一个力矩，本发明通过对液晶的电学和光学特性分析，给出了多种液晶对微波和毫米波传输特性的调制方法，调制结构，以及在此基础上形成的天线辐射单元和天线阵列，包括通过波导直接馈电的方法及相应的结构实现液晶对微波和毫米波传输特性的调制；通过缝隙耦合馈电的方法和结构实现液晶对微波和毫米波传输特性的调制；通过反射型结构和半透半反射型结构实现对微波和毫米波传输特性的调制。

技术领域

本发明涉及通信及微电子与固体电子学领域技术领域，尤其涉及液晶对微波、毫米波的调制方法及其可重构阵列天线。

背景技术

正在经历的信息革命，极大地改变了人们的生活和沟通方式。新型通信器件和设备的不断应用与更新，使得信息化的速度和深度在不断增加。与此同时，人们对于便携式，智能化的无线通信方式提出了新的要求。天线是任何无线通信系统中都不可缺少的一类通信器件。它负责把通信链路系统内部的信号，以电磁波的形式发送出去。或者把外来的电磁波信号接受下来，以传给通信链路系统进行处理。所以，天线的智能与否，直接决定正通信主体间交流的便捷性和可靠性。随着5G等新型通信技术的推广，通信领域对具有波速扫描功能的智能天线的需求越来越明确。

传统的波速扫描天线采用相控阵形式。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。然而，通过这种方式实现的天线体积较大，剖面较高。不利于便携式应用。此外，移相器的大量使用，极大低提高了天线的制造和应用成本。特别是在移动无线通信的情形下，这种相控阵天线具有明显的应用障碍。在5G毫米波领域，这种天线的劣势将变得更加明显。

液晶材料特性和工艺的不断进步，使得其对电磁波，特别是微波或毫米波的传输特性调控称为可能。感性的传输特性包括电磁波的幅度和相位变化。因此，通过外加电场控制液晶分子的偏转，液晶分子的每一个偏转状态，对应着通过其中的电磁波的传输特性的每一次变化。这样，就可以不用移相器，实现阵列天线的波束合成和扫描。此外，液晶分子的偏转状态随着外加电压的变化是可以重复进行的。因此，这种通过液晶材料对电磁不的传输特性的调控来实现的阵列天线具有可重构型。如何实现通过液晶材料对电磁波，特别是微波或毫米波传输特性的调控，称为实现可重构液晶阵列天线的关键。

在传统的平板显示领域，液晶显示技术及相关的产业结构已经发展的非常成熟。如果能开发与现有的液晶显示产线及工艺相兼容的调控及辐射阵列天线结构，建在很大程度上节约液晶天线的研发和制造成本。另一方面，这种天线的生产也会在一定程度上为日渐衰落的液晶显示产业和闲置的生产线带来新的发展契机。

发明内容

本发明提供了液晶对微波、毫米波的调制方法及其可重构阵列天线，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：液晶对微波、毫米波的调制方法及其可重构阵列天线，对微波毫米波的传输特性进行调控的液晶材料，在电厂的作用下，可以发生极化，极化的方行和偶极矩沿液晶分子的长轴方向，极化偶极矩与外加电场之间存在夹角，从而使得液晶分子上存在一个力矩。

优选的，液晶从初始的未加电压的状态到加载最大电压状态时的变化过程，在这两个状态之间，存在着很多个中间状态，所谓中间状态，是指液晶分子随外加电压变化的偏转情况，介于初态和末态之间。

优选的，液晶天线的工艺结构包括上下介质基板，位于介质基板一侧的上下电极，位于电极一侧的电极保护膜，以及位于电极保护膜一侧的配相膜，液晶分子材料构成的液晶层位于沉积有上述电极材料、电极保护膜以及配相膜的两个基板之间，与液晶层位于同一层的还有上下两个基板的间的支撑结构。