电磁调控液晶相控阵天线发展现状

doi:10.11959/j.issn.2096-8930.20200215

天地一体化信息网络 ›› 2020, Vol. 1 ›› Issue (2): 109-115.doi: 10.11959/j.issn.2096-8930.20200215

所属专题：专题：天地一体化信息网络应用

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电磁调控液晶相控阵天线发展现状

修威¹^,³, 杨光³, 田海燕³, 庞晨¹, 李永祯¹, 王雪松²

¹ 国防科技大学电子信息系统复杂电磁环境效应国家重点实验室，湖南长沙 410073
² 国防科技大学电子科学学院，湖南长沙 410073
³ 北京华镁钛科技有限公司，北京 100092

修回日期:2020-11-30 出版日期:2020-12-20 发布日期:2020-12-01
作者简介:修威（1972-），男，国防科技大学博士生，主要研究方向为阵列天线技术、空间信号获取和极化信息处理。
杨光（1977-），男，北京华镁钛科技有限公司副总经理、研究员，主要研究方向为卫星通信和5G应用。
田海燕（1987-），男，北京华镁钛科技有限公司技术总监、博士后，主要研究方向为毫米波天线、阵列天线技术。
庞晨（1986-），男，国防科技大学电子科学学院讲师，主要研究方向为相控阵雷达极化信息精确获取、极化抗干扰、极化特征提取与识别。
李永祯（1977-），男，国防科技大学电子科学学院研究员，主要研究方向为雷达极化信息处理、空间电子对抗、目标检测与识别。
王雪松（1972-），男，博士，国防科技大学电子科学学院教授，主要研究方向为雷达目标识别、雷达电子战建模评估与仿真。
基金资助:
国家杰出青年项目(61625108);国家自然科学基金面上项目(61971429);国家自然科学基金青年基金项目(61701512)

Development of Electrically Controlled Liquid Crystal Phased Array Antenna

Wei XIU¹^,³, Guang YANG³, Haiyan TIAN³, Chen PANG¹, Yongzhen LI¹, Xuesong WANG²

¹ CEMEE, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
² National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
³ Beijing Huameta Technology Co., Ltd., Beijing 100092, China

Revised:2020-11-30 Online:2020-12-20 Published:2020-12-01
Supported by:
National Science Foundation for Distinguished Young Scholars(61625108);General Program of National Natural Science Foundation of China(61971429);Youth Program of National Natural Science Foundation of China(61701512)

摘要/Abstract

摘要：

介绍电磁超材料技术背景，阐述电磁调控液晶技术发展历程、工作机理以及电磁调控液晶相控阵天线在研究和应用方面的最新进展，总结电磁调控液晶相控阵天线技术优缺点，并对未来液晶超材料在电磁调控超材料领域的发展前景进行展望。

关键词: 电磁调控, 液晶天线, 电磁超材料, 相控阵

Abstract:

The technical background of EM metamaterials was introduced, the development history and working mechanism of electrically controlled LC technology, the latest developments in the research and application of electrically controlled LC phased array antenna were illustrated.The electrically controlled LC phased array antenna’s advantages and disadvantages were summarized.Finally, the future prospect of LC metamaterials in the fi eld of EM metamaterials was expounded.

Key words: electrically controlled, liquid crystal antenna, EM metamaterial, phased array

中图分类号:

TN82

修威, 杨光, 田海燕, 庞晨, 李永祯, 王雪松. 电磁调控液晶相控阵天线发展现状[J]. 天地一体化信息网络, 2020, 1(2): 109-115.

Wei XIU, Guang YANG, Haiyan TIAN, Chen PANG, Yongzhen LI, Xuesong WANG. Development of Electrically Controlled Liquid Crystal Phased Array Antenna[J]. Space-Integrated-Ground Information Networks, 2020, 1(2): 109-115.

图/表 7

图1

图2

图3

图4

图5

表1

表2

参考文献 28

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基本原理	电磁调控液晶超材料	硅基CMOS工艺T/R
频段	Ku、Ka、77 GHz、THz等均适合	Ku、Ka、77 GHz
加工	LCD面板工艺简单，高低频工艺难度差别不大	芯片工艺难度大，频率越高工艺越难
尺寸	灵活设计，可以实现大尺寸超表面	集成电路芯片尺寸
成本	低	高
一致性	好，整体调控，无须单元校准	差，需要在使用过程中每个器件独立调控
电磁调控损耗	小，FoM＞90频率增高，损耗几乎不增加	大，FoM＜60频率越高损耗越大
电磁调控精度	高，可以实现10 bit（1 024级）低成本调控	通常6 bit调控（相当于64级调控），8 bit（256级调控）成本高，损耗增大
功耗	低功耗、低电压、微安级电流	功耗大，低电压、毫安级电流

厂商	Kymeta	Alcan Systems	北京华镁钛科技有限公司
工作频段	Tx 13.75～14.5 GHz	Tx 27.5～30 GHz	Tx 27～31 GHz
工作频段	Rx 10.7～12.75 GHz	Rx 17.7～20.2 GHz	Rx 17～21 GHz
极化方式	线极化可调	圆极化	圆极化
EIRP	45.5 dBW@90°（20 W BUC）	44.9 dBW@90°（6 WBUC） 41.4 dBW@55°（6 WBUC）	≥40 dBW@90°
G/T	11.25 dB/K@90°	≥10.8 dB/K@90°≥7.3 dB/K@90°	≥8.5 dB/K@90°
第一旁瓣电平	-	≤-17 dB法向	≤-18 dB法向
跟踪精度	-	-	≤0.2°
扫描范围	方位0～360°离轴角大于±75°	方位0～360°离轴角大于±55°	方位0～360°离轴角大于±65°
功耗	200 W（典型）600 W（峰值）	98 W（内置BUC、LNB）	小于180 W（内置BUC、LNB）
重量	32 kg	18 kg	小于8 kg
工作温度	-40～70 ℃	-20～55 ℃	-20～55 ℃（宽温可定制）
外观尺寸	≤900 mm×900 mm×140 mm	≤550 mm×995 mm×90 mm	≤400 mm×600 mm×50 mm
电源输入	DC12～24 V	-	DC18～36 V

电磁调控液晶相控阵天线发展现状

Development of Electrically Controlled Liquid Crystal Phased Array Antenna

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