基于光透明薄膜与液晶材料的光透明可重构微波器件机理研究

In view of the practical application requirements of multifunction, high integration and high transparency for planar integrated microwave circuits, optically transparent and reconfigurable microwave technology based on optically transparent films and liquid crystal materials is proposed in this project, by exploiting the optical transparency and conductivity of optically transparent film materials, and the optical transparency and reconfigurability of liquid crystal materials, and this project aims to explore the working mechanism and the application feasibility of the optically transparent and reconfigurable microwave devices. By studying the integrated modeling and simulation methods of thin film and liquid crystal, the accurate modeling of the microwave devices will be realized. The multi-film equivalent model of the device is conducted, and the influence of the multi-film electromagnetic characteristics on the liquid crystal controlling and device performance is explored. The device performance database will be preliminarily established to realize the device design and fabrication. Optically transparent and reconfigurable microwave devices are suitable for applications requiring the function of optical transparency (ultra-thin mobile phones, solar panels, etc.), and applications requiring the function of performance reconfiguration (various types of communication devices). What is more, it is an attractive solution to applications requiring both functions, such as CubeSat-like small satellites, smart windows requiring interconnection as well as the reconfigurability to perform beamforming, etc. These devices can realize the controlling of microwave signal, and also, they can achieve some invisibility. The technology proposed in this project is expected to have broad application prospects in the new generation of communication devices and the Internet of Things.

针对平面集成微波电路的多功能、高集成度和高透明度实际应用需求，本项目利用光透明薄膜材料的光透明性和导电性，以及液晶材料的光透明性和可重构性，提出一种基于光透明薄膜和液晶材料的光透明可重构微波技术，探索光透明可重构微波器件的工作机理及实际应用可行性。通过研究薄膜与液晶的一体化建模仿真方法，实现光透明可重构微波器件的准确建模。研究器件多膜等效模型，并探索多膜电磁特性对液晶调控和器件性能的影响规律，初步建立器件性能数据库，最终实现器件的设计与制作。光透明可重构微波器件适用于需要光透明的应用（超薄化手机，太阳能电池板等），以及需要性能可重构的应用（各类通信器件），而且对两大功能均有需求的应用也是一个极具吸引力的解决方案，如CubeSat小型卫星，需要满足互连与波束成形的智能玻璃窗口等。此类器件能够实现对微波信号的调控，同时在肉眼下实现一定的隐形，其在新一代通讯设备和物联网领域具有极大的应用前景。

针对平面集成微波电路的多功能、高集成度和高透明度实际应用需求，本项目利用光透明薄膜材料的光透明性和导电性，以及液晶材料的光透明性和可重构性，提出一种基于光透明薄膜和液晶材料的光透明可重构微波技术，探索光透明可重构微波器件的工作机理及实际应用可行性。通过研究薄膜与液晶的一体化建模仿真方法，实现光透明可重构微波器件的准确建模。研究器件多膜等效模型，并探索多膜电磁特性对液晶调控和器件性能的影响规律，初步建立器件性能数据库，最终实现器件的设计与制作。光透明可重构微波器件适用于需要光透明的应用（超薄化手机，太阳能电池板等），以及需要性能可重构的应用（各类通信器件），而且对两大功能均有需求的应用也是一个极具吸引力的解决方案，如CubeSat小型卫星，需要满足互连与波束成形的智能玻璃窗口等。此类器件能够实现对微波信号的调控，同时在肉眼下实现一定的隐形，其在新一代通讯设备和物联网领域具有极大的应用前景。在项目执行过程中，我们实现了光透明器件和液晶可重构光透明器件的一体化建模仿真。除了利用基于具有光透明特性的玻璃基板进行器件设计，我们也调研了基于其他光透明新型材料进行设计的可行性，以扩展该工作的应用潜力，因此该工作提出了多种新型材料的介电特性提取方法。通过对液晶材料和光透明薄膜材料性能的研究，建立了器件性能数据库，并结合器件性能影响规律设计和优化了器件性能，并实现了器件的加工制备，使器件具有一定的可见光透明度和性能可调度，研究结果显示该技术在通信领域具有极大的应用前景。为了尽快实现真正的产业化，包括高性能液晶材料和薄膜材料的制备，以及高精度加工工艺开发等诸多实际问题都是有待进一步解决的。