[发明专利]一种基于液晶材料的微带全息阵列天线

说明书

本发明涉及一种基于液晶材料的微带全息阵列天线，它包括上层基板，在上层基板上并排等间隔设置有液晶槽，在每个液晶槽上方均设置有微带贴片天线；在上层基板下方设置有金属地板，在金属地板刻蚀有多个矩形缝隙，每个矩形缝隙位于所述液晶槽的正下方；在金属地板的下方设置有下层基板，在下层基板与金属地板之间设置有微带串馈线；微带贴片天线与微带串馈线不接触，每个微带贴片天线通过矩形缝隙耦合微带串馈线中的电磁能量并通过改变液晶的介电常数实现每个微带贴片天线辐射能量的独立控制。本发明制造方法简单、制造成本大大降低，同时可以实现较高的增益以及较大的扫描角度，拓宽了全息技术和液晶材料在无线通信领域的应用范围。

技术领域

本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种基于液晶材料的微带全息阵列天线。

背景技术

随着高分辨率成像雷达和宽带无线通信的发展，越来越多的人致力于研究相控阵，而传统的有源相控阵天线存在庞大而造价昂贵的T/R组件，而且这些T/R组件发射功率往往不小，有些组件的发射功率可以达到几十千瓦，这往往会带来一定的安全问题。无源相控阵虽没有T/R组件，但也存在移相器，当应用频率升高时，相控阵单元会变小，因此移相器很难达到360°，导致相控阵波束无法大角度扫描甚至无法扫描；虽然电控相控阵具有波束扫描的优点，但是要克服的主要障碍是移相结构的设计与实现。目前大多数可用于相控阵天线的可调谐移相器，是通过半导体技术和微机电系统实现的，半导体很耗电，而微机电系统磨损现象严重，且都只能提供范围小而离散的相移。可调谐移相器也可以通过使用可调电介质来实现，例如，已经有基于钛酸锶钡的移相器的研究，该技术为较低的频段提供了相对较高的性能，而由于介电损耗的增加，它们的性能大大降低。

全息天线实现波束扫描在理论上显示出巨大的潜力，其可以省去相控阵中的移相器，转而通过全息理论控制单元辐射能量来实现波束偏转，然而如何有效的记录全息图案是全息天线实现的难点，不同于光学全息中有直接的感光媒质记录全息图案，微波全息只能用特定的手段模拟全息图案的形成；因此，如何通过全息天线解决传统相控阵天线因移相器带来的问题是目前需要考虑的。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供了一种基于液晶材料的微带全息阵列天线，解决了传统相控阵天线因移相器而存在的问题。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种基于液晶材料的微带全息阵列天线，它包括上层基板，在上层基板上并排等间隔设置有液晶槽，在每个液晶槽上方均设置有微带贴片天线；在上层基板下方设置有金属地板，在金属地板刻蚀有多个矩形缝隙，每个矩形缝隙位于所述液晶槽的正下方；在金属地板的下方设置有下层基板，在下层基板与金属地板之间设置有微带串馈线；所述微带贴片天线与微带串馈线不接触，每个微带贴片天线通过矩形缝隙耦合微带串馈线中的电磁能量并通过改变液晶的介电常数实现每个微带贴片天线辐射能量的独立控制。

每个所述微带贴片天线馈正电压，金属地板馈负电压，形成正负极，通过改变每个微带贴片天线上的偏置电压进而改变每个液晶槽的介电常数，实现对每个液晶槽介电常数的独立控制，进而实现全息图案采样。

每个微带贴片天线之间的间隔距离为半个波长，所述上层基板和下层基板的材质均为Rogers RO4232，其介电常数为3.2，上层基板的厚度为0.508mm，下层基板的厚度为0.762mm，每个液晶槽的尺寸为8mm×8mm×0.254mm。

所述微带贴片天线的辐射强度满足参考波与目标波形成的全息图案场强正比于参考波以及目标波相位差的余弦值的采样规律，其中，参考波为微带贴片天线的波，目标波为微带全息阵列天线辐射出去的电磁波。

本发明具有以下优点：一种基于液晶材料的微带全息阵列天线，其制造方法简单、相较于传统的相控阵天线其制造成本大大降低。同时，传统的相控阵天线具有移相网络，一定程度上加大了天线的损耗，并且在实现波束大角度扫描的时候往往副瓣较高，本发明同时解决了这两个问题，实现了较高的增益以及较大的扫描角度。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；