本發(fā)明涉及液晶相控陣技術(shù)，特別是涉及一種基于半導(dǎo)體技術(shù)的恒溫液晶相控陣及其溫度調(diào)控方法。

背景技術(shù)：

1、為滿足移動(dòng)終端在?l、c、ku、ka?或?w?波段運(yùn)行的多種服務(wù)，如無線互聯(lián)網(wǎng)、多媒體、通信和廣播服務(wù)，電子可重構(gòu)毫米波系統(tǒng)以其小體積、多功能、頻譜效率高、靈活性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)，用于軍事和工業(yè)地面站應(yīng)用，包括機(jī)載，船載或汽車等移動(dòng)終端。常用于相控陣波束掃描的技術(shù)方法包括射頻微機(jī)電系統(tǒng)(rf?mems)，半導(dǎo)體解決方案和鐵電體，如鈦酸鋇鍶(bst)。另一種方法是使用在高頻段具有低損耗的液晶材料。這些方法中，液晶在壽命、連續(xù)性和封裝方面優(yōu)于mems；在頻率范圍和偏置電壓方面優(yōu)于bst，是研制波束掃描相控陣的理想材料。液晶顯示面板擁有成熟的制造工藝，因此，液晶相控陣在制造成本上也具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。第三代合作關(guān)系和新無線電波段中，具有成本競(jìng)爭(zhēng)力和高性能的液晶基相控陣模塊能夠支持波束賦形和波束轉(zhuǎn)向的能力，是新興小單元基站和客戶端設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)。因此，研究適用于各種移動(dòng)終端的液晶相控陣對(duì)于無線通信系統(tǒng)來說具有十分重要的意義。然而，液晶相控陣的性能在很大程度上受到溫度的影響。溫度的變化可能導(dǎo)致液晶的物理特性改變，從而影響相控陣的相位控制精度、波束指向準(zhǔn)確性和信號(hào)傳輸質(zhì)量。

2、傳統(tǒng)的散熱或溫度控制方法在效率、精度、和適應(yīng)性方面存在一定的局限性，難以滿足液晶相控陣在復(fù)雜工作環(huán)境和高性能要求下的溫度穩(wěn)定性需求。

3、液晶相控陣通常用于波束掃描和相位控制，這需要通過改變液晶分子的排列來調(diào)整電磁波的相位。液晶相控陣模塊在工作過程中，會(huì)根據(jù)需要頻繁地調(diào)整液晶分子的排列狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)控。當(dāng)需要改變波束的方向或相位時(shí)，液晶分子的排列狀態(tài)需要通過外加電場(chǎng)進(jìn)行調(diào)整，在外加電場(chǎng)作用下重新排列，并在撤銷電場(chǎng)后回到初始狀態(tài)，從而準(zhǔn)備下一次調(diào)整排列狀態(tài)。然而，現(xiàn)有的液晶相控陣系統(tǒng)靠液晶分子自然復(fù)原，復(fù)原速度較慢，這限制了液晶相控陣調(diào)整波束方向或相位的調(diào)整速度。

4、需要說明的是，在上述背景技術(shù)部分公開的信息僅用于對(duì)本技術(shù)的背景的理解，因此可以包括不構(gòu)成對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的主要目的在于解決上述背景技術(shù)中存在的問題，提供一種基于半導(dǎo)體技術(shù)的恒溫液晶相控陣及其溫度調(diào)控方法。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

3、一種基于半導(dǎo)體技術(shù)的恒溫液晶相控陣，包括液晶相控陣模塊、半導(dǎo)體溫度控制模塊、溫度傳感器、電源以及控制單元；所述液晶相控陣模塊，其包括石英玻璃上基板、石英玻璃下基板、設(shè)置于所述石英玻璃上基板和所述石英玻璃下基板之間的液晶材料、布置在所述石英玻璃下基板的上表面的饋電網(wǎng)絡(luò)、布置在所述石英玻璃上基板的下表面的金屬地、布置在所述石英玻璃上基板上的陣列單元；所述半導(dǎo)體溫度控制模塊設(shè)置于所述石英玻璃下基板的下表面，包括陶瓷上基板、陶瓷下基板、設(shè)置于所述陶瓷上基板和所述陶瓷下基板之間的金屬導(dǎo)體、n型半導(dǎo)體和p型半導(dǎo)體，所述金屬導(dǎo)體、所述n型半導(dǎo)體和所述p型半導(dǎo)體連接在電源回路中，通過改變電流方向?qū)崿F(xiàn)對(duì)所述液晶相控陣模塊制熱或制冷；所述溫度傳感器經(jīng)設(shè)置以檢測(cè)所述液晶相控陣模塊的溫度；所述控制單元與所述半導(dǎo)體溫度控制模塊和所述溫度傳感器相連，其接收來自所述溫度傳感器的信號(hào)，控制所述半導(dǎo)體溫度控制模塊的工作狀態(tài)以將所述液晶相控陣模塊的溫度調(diào)控于預(yù)設(shè)的溫度范圍內(nèi)。

4、進(jìn)一步地：

5、所述溫度傳感器設(shè)置在所述石英玻璃下基板與所述陶瓷上基板之間。

6、所述液晶相控陣模塊和所述半導(dǎo)體溫度控制模塊由均布于所述石英玻璃下基板和所述陶瓷上基板之間的熱固化膠集成。

7、在所述液晶相控陣模塊的工作過程中，當(dāng)監(jiān)測(cè)到對(duì)液晶分子施加外加電場(chǎng)的電壓移除后，所述控制單元控制所述半導(dǎo)體溫度控制模塊對(duì)所述液晶相控陣模塊制熱，以加快液晶分子恢復(fù)初始排列狀態(tài)的復(fù)原過程。

8、所述液晶分子復(fù)原過程中，所述控制單元實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所述液晶相控陣的溫度并與預(yù)設(shè)的最佳復(fù)原溫度進(jìn)行比較，若所述液晶相控陣的溫度低于所述預(yù)設(shè)的最佳復(fù)原溫度，所述控制單元控制所述半導(dǎo)體溫度控制模塊的工作狀態(tài)以對(duì)所述液晶相控陣?yán)^續(xù)升溫，直到達(dá)到預(yù)設(shè)的最佳復(fù)原溫度。

9、所述控制單元將所述溫度傳感器檢測(cè)的溫度與預(yù)設(shè)的溫度范圍進(jìn)行比較，若溫度高于預(yù)設(shè)的溫度范圍的上限，所述控制單元控制所述半導(dǎo)體溫度控制模塊制冷，直至所述溫度傳感器檢測(cè)的溫度降至預(yù)設(shè)的溫度范圍內(nèi)，若溫度低于預(yù)設(shè)的溫度范圍的下限，所述控制單元控制所述半導(dǎo)體溫度控制模塊制熱，直至所述溫度傳感器檢測(cè)的溫度升至預(yù)設(shè)的溫度范圍內(nèi)。

10、一種所述基于半導(dǎo)體技術(shù)的恒溫液晶相控陣的溫度調(diào)控方法，包括：

11、所述溫度傳感器檢測(cè)所述液晶相控陣模塊的溫度；

12、所述控制單元接收來自所述溫度傳感器檢測(cè)的溫度信號(hào)，根據(jù)所述溫度信號(hào)控制所述半導(dǎo)體溫度控制模塊的工作狀態(tài)，開啟制熱或制冷，以將所述液晶相控陣模塊的溫度調(diào)控于預(yù)設(shè)的溫度范圍內(nèi)。

13、進(jìn)一步地：

14、所述方法還包括：在所述液晶相控陣模塊的工作過程中，當(dāng)監(jiān)測(cè)到對(duì)液晶分子施加外加電場(chǎng)的電壓移除后，所述控制單元控制所述半導(dǎo)體溫度控制模塊對(duì)所述液晶相控陣模塊制熱，以加快液晶分子恢復(fù)初始排列狀態(tài)的復(fù)原過程。

15、所述液晶分子復(fù)原過程中，所述控制單元實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所述液晶相控陣的溫度并與預(yù)設(shè)的最佳復(fù)原溫度進(jìn)行比較，若所述液晶相控陣的溫度低于所述預(yù)設(shè)的最佳復(fù)原溫度，所述控制單元控制所述半導(dǎo)體溫度控制模塊的工作狀態(tài)以對(duì)所述液晶相控陣?yán)^續(xù)升溫，直到達(dá)到預(yù)設(shè)的最佳復(fù)原溫度。

16、所述控制單元將所述溫度傳感器檢測(cè)的溫度與預(yù)設(shè)的溫度范圍進(jìn)行比較，若溫度高于預(yù)設(shè)的溫度范圍的上限，所述控制單元控制所述半導(dǎo)體溫度控制模塊制冷，直至所述溫度傳感器檢測(cè)的溫度降至預(yù)設(shè)的溫度范圍內(nèi)，若溫度低于預(yù)設(shè)的溫度范圍的下限，所述控制單元控制所述半導(dǎo)體溫度控制模塊制熱，直至所述溫度傳感器檢測(cè)的溫度升至預(yù)設(shè)的溫度范圍內(nèi)。

17、在本發(fā)明一些實(shí)施例中，一種基于半導(dǎo)體技術(shù)的溫控液晶相控陣系統(tǒng)，包括：液晶相控陣模塊，由陣列單元列、饋電網(wǎng)絡(luò)、金屬地、液晶材料和上下石英玻璃基板構(gòu)成，用于實(shí)現(xiàn)電磁波束的相位控制和方向調(diào)整；半導(dǎo)體溫度控制模塊，包括半導(dǎo)體制冷陶瓷片、散熱陶瓷片、金屬導(dǎo)體、n型半導(dǎo)體和p型半導(dǎo)體，通過電流控制實(shí)現(xiàn)制冷或制熱效果；溫度傳感器，分布于所述液晶相控陣模塊的關(guān)鍵位置，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度變化；控制單元，接收來自溫度傳感器的信號(hào)，根據(jù)預(yù)設(shè)的溫度范圍，控制所述半導(dǎo)體溫度控制模塊的工作狀態(tài)；電源模塊，用于為系統(tǒng)各組件提供電能。所述半導(dǎo)體溫度控制模塊利用p型和n型半導(dǎo)體材料在直流電流作用下的熱量吸收或釋放現(xiàn)象，通過改變電流方向?qū)崿F(xiàn)液晶相控陣的加熱或制冷。所述溫度傳感器分布在液晶相控陣模塊的石英玻璃基板與半導(dǎo)體溫度控制模塊的陶瓷基板之間，實(shí)時(shí)檢測(cè)液晶相控陣的溫度。所述控制單元基于接收到的溫度信號(hào)與預(yù)設(shè)溫度范圍的對(duì)比，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)半導(dǎo)體溫度控制模塊的電流方向及強(qiáng)度，以維持液晶相控陣的最佳工作溫度。所述系統(tǒng)通過閉環(huán)控制，能夠在不同環(huán)境溫度下維持液晶相控陣的穩(wěn)定工作，并提高液晶分子的自然恢復(fù)速度。

18、本發(fā)明具有如下有益效果：

19、本發(fā)明通過在液晶相控陣系統(tǒng)引入半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)溫度控制，不僅能夠使液晶相控陣始終工作在最佳溫度范圍內(nèi)，提供一種恒溫的液晶相控陣系統(tǒng)，而且還能夠有效解決液晶相控陣系統(tǒng)受環(huán)境溫度變化影響和液晶分子自然復(fù)原慢的問題，實(shí)現(xiàn)液晶相控陣在不同穩(wěn)定溫度環(huán)境下的穩(wěn)定運(yùn)行和實(shí)現(xiàn)快速的自然復(fù)原響應(yīng)，提高動(dòng)態(tài)調(diào)控速度。本發(fā)明能夠在各種溫度環(huán)境下實(shí)現(xiàn)高精度、快速的電磁信號(hào)收發(fā)和調(diào)制。此外，半導(dǎo)體溫度控制模塊的結(jié)構(gòu)緊湊，適合與液晶相控陣模塊一體化集成，利于系統(tǒng)的小型化和便攜化設(shè)計(jì)。

20、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的顯著優(yōu)點(diǎn)在于：

21、1.?高效精準(zhǔn)的溫度控制：利用半導(dǎo)體制冷技術(shù)響應(yīng)速度快，能夠在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)液晶相控陣溫度的精確調(diào)節(jié)，確保其始終工作在最佳溫度范圍內(nèi)，提高性能穩(wěn)定性。

22、2.?適應(yīng)性強(qiáng)：可適應(yīng)各種復(fù)雜的工作環(huán)境，無論是高溫、低溫還是溫度變化劇烈的場(chǎng)合，都能有效維持液晶相控陣的正常工作。

23、3.?快速響應(yīng)：通過在液晶分子復(fù)原過程中控制升溫至預(yù)設(shè)的最佳復(fù)原溫度，增加液晶分子的熱動(dòng)能，有效地縮短液晶分子自然復(fù)原的時(shí)間，有利于提高液晶相控陣在需要頻繁調(diào)整波束方向或相位時(shí)的響應(yīng)速度。

24、4.?小型化和集成化：半導(dǎo)體制冷模塊結(jié)構(gòu)緊湊，易于與液晶相控陣進(jìn)行集成，不顯著增加系統(tǒng)的體積和重量，有利于設(shè)備的小型化和便攜化。

25、本發(fā)明的基于半導(dǎo)體技術(shù)的溫控液晶相控陣系統(tǒng)通過引入半導(dǎo)體溫度控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)液晶相控陣工作溫度的精確控制，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)調(diào)控速度。該系統(tǒng)具有廣泛的應(yīng)用前景，為液晶相控陣技術(shù)的發(fā)展提供了新的解決方案。

26、本發(fā)明實(shí)施例中的其他有益效果將在下文中進(jìn)一步述及。