液晶光学相控阵关键技术研究.docx

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1、液晶光学相控阵关键技术研究液晶光学相控阵(LC-OPA)是一种结合了微波相控阵天线技术与液晶电光特性的新型无机械波束扫描控制器件,具有驱动电压器、功耗低、重量轻、抗振动、抗辐射干扰、大孔径和性价比高等优点,在激光雷达和空间光通信等领域具有重要的应用前景和应用价值,已成为光学相控阵中的研究热点。目前LC-OPA技术研究还存在系统分析模型不完善和偏转效率较低等问题,本文针对LC-OPA的系统建模、性能优化和波束控制三个方面开展研究,主要学术贡献如下:1、建立了完备的LC-OPA系统分析模型,包括空间传播模型

2、、相位调制模型、波束偏转控制模型和影响因素模型,提出了反映系统对波束能量利用率的偏转效率指标;研究了液晶层厚度与LC-OPA相移特性的关系;分析了器件设计参数的选取、偏转控制方式的选择、边缘效应的大小、制作工艺误差的大小对LC-OPA偏转效率和偏转角度的影响,为LC-OPA器件的研制提供了理论依据和指导。2、针对LC-OPA偏转效率优化的问题,设计了偏转性能闭环优化系统,提出了基于快速搜索法和随机并行梯度下降法的偏转性能优化方法,提高了系统的偏转性能,提升了优化过程的迭代速度,通过实验优化了LC-OPA

3、的波束偏转效率。3、针对LC-OPA多波束形成问题,提出了子孔径多波束法,通过对LC-OPA划分独立控制的子阵列,形成了低栅瓣干扰的多波束偏转;提出了阵列复用多波束法,通过共享整个LC-OPA的孔径资源,形成了高分辨率的多波束偏转;提出了迭代傅里叶变换多波束扫描方法,利用阵列综合和迭代运算的方式获得LC-OPA的多波束相位激励值,通过实验形成了动态扫描的多波束。4、提出了LC-OPA的波束发散角控制方法,通过对LC-OPA加载不同焦距的透镜相位调制函数,实现了对高斯光束传播参数的控制,并设计试验验证了对

4、LCOPA入射波束发散角大小的控制能力。将该方法拓展应用于空间光通信系统,设计了基于LC-OPA发散角控制振动干扰抑制系统,推导了振动干扰中通信波束最优发散角的计算方法,降低了振动导致的通信系统综合功率损失。5、提出了LC-OPA角度放大方法,通过级联倒置的望远镜系统,扩大了LCOPA的波束偏转角度;设计了粗-精扫级联扫描模式,实现了LC-OPA大角度连续扫描的问题。