一种快速响应的液晶微波相控阵天线

本发明属于通信，具体涉及一种快速响应的液晶微波相控阵天线。

背景技术：

1、相控阵雷达是靠电子计算机控制移相器的移相量来改变波束空间方位的，因而它能实现无惯性的空间扫描。但有源相控阵天线因其成本高昂、体积笨重、工作频率限制等问题在诸多应用场景受限，亟需低成本、小型化的微波相控阵解决方案。

2、早在20世纪，液晶的应用技术的发展已较为成熟。液晶具有稳定的性能、低廉的材料成本等特点，在光学显示领域的应用已十分广泛。在微波器件领域，液晶材料也已成为一种新型材料被应用于移相器、可重构天线和传感器等微波器件中。相对于价格高昂，同样具有介电常数可调功能的其他材料，液晶在成本低廉方面具有一定优势。另外，近年来的研究表明，液晶是一种可以工作在高频的材料，具有较好的高频性能。它在10ghz以上的频带中具有较低的损耗，相对其他可调谐材料来说，具有更低的偏置电压，这就可以降低可调谐材料的功耗。液晶天线的大批量制作成本接近液晶电视的成本，其原因在于二者的工艺线可以实现共用。另外，液晶天线也具有更轻薄的特点。将液晶作为天线，尤其是平面微波器件的组成部分，是比较有前景的方向。

3、但液晶固有的粘滞特性和弛豫特性等因素导致液晶响应时间过长，拖慢系统响应速度，大大地限制了液晶微波相控阵天线的发展，如何提高液晶微波天线的响应速度是我们现在要解决的关键性问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决上述问题，提供一种在液晶材料中引入聚合物网络，利用聚合物网络的锚定性，缩短液晶分子的自由弛豫时间，从而加快液晶材料在微波频段的响应速度的快速响应的液晶微波相控阵天线。

2、为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种快速响应的液晶微波相控阵天线，包括从上到下依次层叠的矩形金属辐射贴片、上层玻璃基板、金属地、聚合物网络液晶层、倒置微带移相器和下层玻璃基板，其中矩形金属辐射贴片贴合在上层玻璃基板的上表面，金属地贴合在上层玻璃基板的下表面，倒置微带移相器贴合在下层玻璃基板的上表面。

3、优选地，所述上层玻璃基板和下层玻璃基板的边缘通过高强度环氧树脂进行粘接，并将聚合物网络液晶层封装在其中，聚合物网络液晶层的内部喷洒高度一致的间隔子进行支撑。

4、优选地，所述倒置微带移相器采用倒置微带螺旋线结构，倒置微带移相器构成倒置微带移相层。

5、优选地，所述聚合物网络液晶层填充在金属地和倒置微带移相层之间，倒置微带移相层既作待移相的微波加载线，也作控制驱动电极。

6、优选地，所述金属地的下表面和倒置微带移相层的上表面旋涂有聚酰亚胺薄膜，并在其上摩擦取向，用于锚定液晶。

7、优选地，所述聚合物网络液晶层包括聚合性化合物、液晶组合物以及光引发剂，液晶组合物选自向列相液晶，相对介电常数变化范围为2.55-3.46，聚合性化合物具有双官能团，且双官能团之间具有柔性分子链，光引发剂是一种通用型紫外光引发剂，用于引发不饱和预聚体系的光聚合反应。

8、优选地，所述一种快速响应的液晶微波相控阵天线在进行紫外照射时，应使天线表面正对紫外光源，此时聚合物网络液晶层受到的紫外光照度最大，液晶聚合效果最好。

9、本发明的有益效果是：本发明所提供的一种快速响应的液晶微波相控阵天线的波束扫描速度主要取决于液晶分子的响应速度，本发明中所述的快速响应的液晶微波相控阵天线采用聚合物网络液晶材料，在聚合物网络液晶层中，液晶分子被分成很多个畴区，偏转之后的液晶分子的回复力不再取决于基板上取向层对液晶分子的锚定，聚合物网络和液晶分子的相互作用在液晶分子的回复过程中起着主要的作用，从而降低了液晶分子的弛豫时间，提高了液晶微波天线的波束扫描速度。

技术特征：

1.一种快速响应的液晶微波相控阵天线，其特征在于：包括从上到下依次层叠的矩形金属辐射贴片(1)、上层玻璃基板(2)、金属地(3)、聚合物网络液晶层(4)、倒置微带移相器(5)和下层玻璃基板(6)，其中矩形金属辐射贴片(1)贴合在上层玻璃基板(2)的上表面，金属地(3)贴合在上层玻璃基板(2)的下表面，倒置微带移相器(5)贴合在下层玻璃基板(6)的上表面。

2.根据权利要求1所述的一种快速响应的液晶微波相控阵天线，其特征在于：所述上层玻璃基板(2)和下层玻璃基板(6)的边缘通过高强度环氧树脂进行粘接，并将聚合物网络液晶层(4)封装在其中，聚合物网络液晶层(4)的内部喷洒高度一致的间隔子进行支撑。

3.根据权利要求1所述的一种快速响应的液晶微波相控阵天线，其特征在于：所述倒置微带移相器(5)采用倒置微带螺旋线结构，倒置微带移相器(5)构成倒置微带移相层。

4.根据权利要求1所述的一种快速响应的液晶微波相控阵天线，其特征在于：所述聚合物网络液晶层(4)填充在金属地(3)和倒置微带移相层(5)之间，倒置微带移相层(5)既作待移相的微波加载线，也作控制驱动电极。

5.根据权利要求1所述的一种快速响应的液晶微波相控阵天线，其特征在于：所述金属地(3)的下表面和倒置微带移相层的上表面旋涂有聚酰亚胺薄膜(41)，并在其上摩擦取向，用于锚定液晶。

6.根据权利要求1所述的一种快速响应的液晶微波相控阵天线，其特征在于：所述聚合物网络液晶层(4)包括聚合性化合物、液晶组合物以及光引发剂，液晶组合物选自向列相液晶，相对介电常数变化范围为2.55-3.46，聚合性化合物具有双官能团，且双官能团之间具有柔性分子链，光引发剂是一种通用型紫外光引发剂，用于引发不饱和预聚体系的光聚合反应。

7.根据权利要求1所述的一种快速响应的液晶微波相控阵天线，其特征在于：所述一种快速响应的液晶微波相控阵天线在进行紫外照射时，应使天线表面正对紫外光源，此时聚合物网络液晶层(4)受到的紫外光照度最大，液晶聚合效果最好。

技术总结
本发明公开了一种快速响应的液晶微波相控阵天线，包括从上到下依次层叠的矩形金属辐射贴片、上层玻璃基板、金属地、聚合物网络液晶层、倒置微带移相器和下层玻璃基板，其中矩形金属辐射贴片贴合在上层玻璃基板的上表面，金属地贴合在上层玻璃基板的下表面，倒置微带移相器贴合在下层玻璃基板的上表面。本发明所提供的一种快速响应的液晶微波相控阵天线采用聚合物网络液晶材料，在聚合物网络液晶层中，液晶分子被分成很多个畴区，偏转之后的液晶分子的回复力不再取决于基板上取向层对液晶分子的锚定，聚合物网络和液晶分子的相互作用在液晶分子的回复过程中起着主要的作用，从而降低了液晶分子的弛豫时间，提高了液晶微波天线的波束扫描速度。

技术研发人员：汪相如,张梦晴,王思淳,贺晓娴,倪旭
受保护的技术使用者：电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16