【摘要】：液晶光學(xué)相控陣(LC-OPA)是一種結(jié)合了微波相控陣天線技術(shù)與液晶電光特性的新型無機(jī)械波束掃描控制器件,具有驅(qū)動(dòng)電壓器、功耗低、重量輕、抗振動(dòng)、抗輻射干擾、大孔徑和性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn),在激光雷達(dá)和空間光通信等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景和應(yīng)用價(jià)值,已成為光學(xué)相控陣中的研究熱點(diǎn)。目前LC-OPA技術(shù)研究還存在系統(tǒng)分析模型不完善和偏轉(zhuǎn)效率較低等問題,本文針對LC-OPA的系統(tǒng)建模、性能優(yōu)化和波束控制三個(gè)方面開展研究,主要學(xué)術(shù)貢獻(xiàn)如下:1、建立了完備的LC-OPA系統(tǒng)分析模型,包括空間傳播模型、相位調(diào)制模型、波束偏轉(zhuǎn)控制模型和影響因素模型,提出了反映系統(tǒng)對波束能量利用率的偏轉(zhuǎn)效率指標(biāo);研究了液晶層厚度與LC-OPA相移特性的關(guān)系;分析了器件設(shè)計(jì)參數(shù)的選取、偏轉(zhuǎn)控制方式的選擇、邊緣效應(yīng)的大小、制作工藝誤差的大小對LC-OPA偏轉(zhuǎn)效率和偏轉(zhuǎn)角度的影響,為LC-OPA器件的研制提供了理論依據(jù)和指導(dǎo)。2、針對LC-OPA偏轉(zhuǎn)效率優(yōu)化的問題,設(shè)計(jì)了偏轉(zhuǎn)性能閉環(huán)優(yōu)化系統(tǒng),提出了基于快速搜索法和隨機(jī)并行梯度下降法的偏轉(zhuǎn)性能優(yōu)化方法,提高了系統(tǒng)的偏轉(zhuǎn)性能,提升了優(yōu)化過程的迭代速度,通過實(shí)驗(yàn)優(yōu)化了LC-OPA的波束偏轉(zhuǎn)效率。3、針對LC-OPA多波束形成問題,提出了子孔徑多波束法,通過對LC-OPA劃分獨(dú)立控制的子陣列,形成了低柵瓣干擾的多波束偏轉(zhuǎn);提出了陣列復(fù)用多波束法,通過共享整個(gè)LC-OPA的孔徑資源,形成了高分辨率的多波束偏轉(zhuǎn);提出了迭代傅里葉變換多波束掃描方法,利用陣列綜合和迭代運(yùn)算的方式獲得LC-OPA的多波束相位激勵(lì)值,通過實(shí)驗(yàn)形成了動(dòng)態(tài)掃描的多波束。4、提出了LC-OPA的波束發(fā)散角控制方法,通過對LC-OPA加載不同焦距的透鏡相位調(diào)制函數(shù),實(shí)現(xiàn)了對高斯光束傳播參數(shù)的控制,并設(shè)計(jì)試驗(yàn)驗(yàn)證了對LCOPA入射波束發(fā)散角大小的控制能力。將該方法拓展應(yīng)用于空間光通信系統(tǒng),設(shè)計(jì)了基于LC-OPA發(fā)散角控制振動(dòng)干擾抑制系統(tǒng),推導(dǎo)了振動(dòng)干擾中通信波束最優(yōu)發(fā)散角的計(jì)算方法,降低了振動(dòng)導(dǎo)致的通信系統(tǒng)綜合功率損失。5、提出了LC-OPA角度放大方法,通過級聯(lián)倒置的望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng),擴(kuò)大了LCOPA的波束偏轉(zhuǎn)角度;設(shè)計(jì)了粗-精掃級聯(lián)掃描模式,實(shí)現(xiàn)了LC-OPA大角度連續(xù)掃描的問題。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN821.8

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本文編號：2800243