[发明专利]一种基于液晶材料的频率可重构天线

说明书

技术领域

本发明属于天线技术领域，具体涉及一种基于液晶材料的频率可重构天线。

背景技术

随着现代雷达和通信系统的迅速发展,为实现通信、导航、制导、警戒、武器寻的等目的, 飞机、轮船、卫星等所需的天线数量越来越多。这使得平台上所负载的重量不断增加,而且搭 建天线所需的费用也不断上升,同时,各天线之间的电磁干扰也非常大,严重影响天线的正常工 作。为了减轻平台上所负载的天线重量、降低成本、减小平台的雷达散射截面、实现良好的电 磁兼容特性,希望能用一个天线来实现多个天线的功能。采用同一个天线或天线阵,通过动态改 变其物理结构或尺寸,使其具有多个天线的功能,相当于多个天线共用一个物理口径,这种天线 就称为可重构天线。

可重构天线的概念最早是在1983年D.Schaubert的专利“Frequency-Agile,Polarization DiverseMicrostripAntennaandFrequencyScannedArrays”中提出的。1999年,美国国防部高级 研究计划局(DARPA)制定了名为“ReconfigurableApertureProgram(RECAP)”的计划。在这一 计划的资助下,一些实验室和大学进行了可重构天线的初步研究,用一些形式的天线实现了一定 程度上的可重构,证明了可重构天线的可行性。近年来国内可重构天线的研究也得到了很大的 重视,王秉中等人研究较早并获得了一定的成果。鉴于可重构天线概念新、难度大、相关基础 研究少,还没有能够有效分析和设计可重构天线的电磁理论。DARPA的首期研究计划是在10 倍频程的范围内实现方向图的动态可重构的。可重构天线将主要应用在高频卫星通信系统、低 频通信系统、电子情报、雷达(合成孔径雷达(SAR))、地面移动目标识别(GMTI)等诸多方面。

可重构天线按功能一般可分为以下几类:第一类是方向图形状不变,而频率可以改变的天线, 能宽频带或多频段工作；第二类是频率不变,方向图形状可以改变的天线；第三类是能够同时改 变频率和方向图的可重构天线；另外还有其它诸如可以改变极化方向的极化可重构天线。而按 照重构的实现途径，又可分为电子器件可重构、机械可重构及改变天线的材料特性的可重构等 形式。

虽然早在20世纪80年代初,就已提出了可重构天线的概念,但直到前些年,随着高性能、低 功耗的微电子机械(MEMS)开关的发展,对可重构天线的研究才进一步深人。目前大多数可重构 天线设计采用MEMS开关。MEMS开关具有理想的开关特性,开关比非常高,可实现从直流到 高于4OGHZ射频信号的隔离。同时,它功耗低,接人电路中插损极小,而且采用CMOS工艺制作, 体积小,重量轻,便于集成。它的缺点是响应速度稍慢,需要几微秒到几十微秒的时间，且由于其 本质为机械结构，因此机械疲劳成为阻碍其广泛应用的障碍。在要求响应速度的地方,可以用 PIN二极管开关,但它的隔离特性不如MEMS开关,而且功耗大。

液晶材料这种电控材料在微波段的引入解决了这些问题，其电控特性原理源自材料本身的 各向异性性，因此其在微波，太赫兹甚至光频都具有良好的物理特性。但是液晶材料由于其特 殊的物质状态而不易加工，因此良好的电控机构成为可重构天线中至关重要的部分，但是在这 一方面理论与技术的成熟度不高，相应的设计方法也十分欠缺。

发明内容

本发明是针对现有天线的频率调控无法实现连续的不足，提出的一种基于液晶材料的频率 可重构天线。

本发明的解决方案是通过以下技术方法实现的：

一种基于液晶材料的频率可重构天线，包括上、下两层玻璃基板、微带带条、金属贴片、 液晶层、金属地板、液晶封装结构；其中下层玻璃基板上表面设置一层金属地板，上层玻璃基 板的下表面设置“T”形辐射单元，该“T”形辐射单元的底端与玻璃基板的一边齐平，金属 地板与上层玻璃基板之间灌注液晶材料，该天线从“T”形辐射单元的底端馈电，液晶封装结 构将整个天线四边围住并密封。

进一步的，所述液晶材料型号为TUD-566、E7、K15、5CB液晶材料中的任意一种。

进一步的，液晶封装结构材料为环氧树脂。