掌握光束相控技术的应用前景与挑战

PA－in－PA结构单个相控阵天线光束相控指向示意图如图3.10所示，可以理解为：上基板的光栅电极在加电情况下，对入射光束进行相位调制；下基板上的COM电极是物理上分割的，不同COM区域电极电压独立控制。不同区域的COM电极通过额外的电压补偿，对相应子孔径区域的入射光进行相位补偿，从而实现在一个器件中完成对入射光相位调制和相位补偿，实现单个大口径相控光束控制。

值得注意的是，图3.10的目的是方便区分传统型PAPA结构和改进型PA－in－PA的相位调制结构方式，更好地理解PA－in－PA结构的相位调制原理及其过程。在实际的大口径相控阵移相光束指向控制过程中，由于液晶分子是在电压ULCm，n＝VICm－VCOMn的作用下发生偏转的，所以图3.10中上基板驱动电极的相位调制和下基板VCOMn电极的相位补偿是在一个过程中完成的。因此在相控阵光束指向的实际控制时，需要同时获得并加载VICm和VCOMn值。

图3.10　PA－in－PA结构单个相控阵天线光束相控指向示意图

液晶作为光学相控阵中的移相介质，液晶介质在加电的作用下，对入射光的e光分量进行相位调制。移相量φ和液晶两端的电压ULC满足单调的函数关系，假定函数关系是

PA－in－PA结构中，φm，n在一个独立的液晶相控器件控制下即可实现。在第0个PA－in－PA中（n＝0），设VCOM0＝0，IC的输出电平VICm＝ULCm，0，ULCm，0则是由对应的移相量来决定，即

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而对于n≠0的其他情况，VCOMn＝VICm－ULCm，n；当相位调制深度为2π，器件的相位电压关系可以近似为负斜率的线性关系时，有

然而，实际上，液晶的相位调制量和电压之间并非简单的线性关系，而是满足，其中e光折射率满足

式中，平行于指向矢方向的折射率大小为n∥，垂直于指向矢方向的折射率为n⊥。同时，液晶指向角度又是一个由液晶指向矢的方程决定的量，其与液晶分子的弹性自由能以及所在环境有关，很难用简易的解析公式进行表达，一般采用查表的方式或者拟合函数曲线的方式来解决。

因此，一般情况下，由于电压和相位的非线性特性，造成VCOM不同的m不可能满足相同的解，所以，以m＝0为基础较为方便，有