PA-in-PA结构优化探讨

本章在传统光学相控阵天线结构相控阵技术的基础上，提出改进型的PA－in－PA结构大口径相控阵方法。通过对COM电极进行分区域驱动，在单个相控阵天线上实现大口径相控光束控制，具备单器件工作、插损低等优点。结合目前的制造工艺，设计出了改进型大口径液晶光学相控阵器件结构。同时对器件远场衍射进行数值仿真，通过数值仿真分析，结果表明，相控阵天线的近场相位分布连续：当指向角度在0°～＋6°范围内时，远场衍射效率和指向角度的数值关系呈现平滑单调下降，衍射效率均大于48%；当指向角度在0°～＋3°范围内时，衍射效率均大于80%。

如图3.9所示，改进型的PA－in－PA结构器件采用常规液晶器件的7层三明治结构，上下两个基板镜像对称放置，均包括基底玻璃、ITO电极、PI配向层，中间是电光移相材料液晶层。和常规液晶光学相控阵相同，PI配向方式采用沿面平行配向方式。上基板ITO电极称为PA－in－PA光栅电极，电极宽度为a，电极缝隙为b，所以电极周期d＝a＋b。上基板的ITO光栅电极被分为周期电极数目相同的子孔径区域，各子孔径相同序号的电极被采用过孔工艺制作的数据总线连接。

图3.9　改进型大口径液晶光学相控阵PA－in－PA结构天线示意图

根据PA－in－PA结构的电气连接特征，能够独立控制的电极数目由驱动IC的输出引脚数决定，假定为M；PA－in－PA上基板子孔径数目为N，由器件设计决定。所以，器件的有效通光口径宽度为N·M·d；器件下基板ITO电极在原本整片单一的COM电极基础上拓展成多个电极，电极数目和上基板PA－in－PA子孔径数目相同为N，每个COM电极和上基板的每个PA－in－PA子孔径上下严格对齐，所以电极宽度为M·d－b，缝隙宽度为b。(www.xing528.com)

根据上基板PA－in－PA电极的电气特性，子孔径电极上加载的驱动电平呈现周期重复的特点，将所有PA－in－PA电极上的电压标记为VICm，n，其中脚标m代表PA－in－PA每一个子孔径内电极的序号（0≤m≤M－1），脚标n代表PA－in－PA的子孔径序号（0≤n≤N－1）；并且根据器件的电气特性，可以发现不同n之间的第m个点电极具备相同的电平，即

下基板COM电极的电压表可以为VCOMn，那么所有液晶材料在相应的电极位置所加载的电压为

液晶在此电压的作用下，对入射激光的e光分量进行有效的相位调制，调制量定义为φm，n，和加载的电压ULCm，n满足固定的器件、材料特性关系，由器件配向方式、液晶材料、入射光波长和器件厚度等决定，一般称为液晶电压移相关系。