基于液晶材料毫米波滤波器宽带调谐技术研究

发布时间：2020-10-22 16:50

　　 近年来,军用和民用电子系统所使用的频谱资源,如通信、雷达、遥测和遥感以及电子对抗等正在转向毫米波频段。面对系统中信息传输过程中所在频率动态分布以及器件频率智能化重构的需求,滤波器作为传输信号选频的关键设备,其性能直接影响到系统目标是否达到标准。本文研究的第一部分是采用微带线测试法,对毫米波频段液晶的介电常数和损耗角正切角进行测试分析。在微带测试电路上引入调制电场,用矢量网络分析仪测量不同电压调制状态下以液晶作为媒质的微带传输线的散射参数。再利用TL校准技术提取器件过渡结构的传输矩阵,根据电磁场理论可推导出相应液晶材料的介电常数和损耗角正切。本文第二部分研究内容是利用液晶材料在毫米波频段的介电各向异性,采用倒置微带结构,利用金属过孔垂直过渡,解决宽带可调平稳过渡以及施加偏置电压而不影响信号传输的问题,并采用梯形阻抗梯度线进行宽带阻抗匹配。设计了毫米波双模谐振结构频率可重构滤波器。与具有相同阶数的滤波器相比,使用双模结构在谐振器数量上可减少一半,实现滤波器的小型化。本文最后一部分内容是关于慢波周期型频率可重构滤波器设计。分别利用阶梯阻抗发夹式谐振器以及方形螺旋线谐振器设计了不同种毫米宽带频率可重构滤波器。与其他平行交叉耦合的滤波器结构相比,本章设计新型慢波结构谐振单元滤波器拓扑可消除谐振器之间的耦合间隙,可降低由平行交叉耦合结构引入的插入损耗。与前一章节采用金属过孔垂直过渡,本章设计过程采用上下电路基板相同电路的完全重叠拼接。可有效降低高频金属通孔过渡带来的插入损耗过大的问题。基于上述仿真设计,最后将设计滤波器进行加工测试和分析,得到带宽较宽、通带响应良好的毫米波宽带频率可重构滤波器。
【学位单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN713
【部分图文】：

第一章 绪论早些时期限于受材料特性及测量方式，对于液晶的应用研究主要集中于光学显示领域，其在微波毫米波频段研究较少，但是随着在微波毫米波频段具有较大各向介电异性的液晶材料被研究出来，以及应用于微波毫米波频段的器件对于材料、技术以及工艺方面更高的需求，液晶材料在微波毫米波频段的应用引起相关科研人员的极大关注。2010 年，英国埃塞克斯大学 D. Mirshekar-Syahkal 等人设计了基于向列相液晶材料的毫米波可调谐振器[14]，该滤波器采用二分之一波长谐振器结合共面波导馈电，通过调节外加电压改变液晶材料的有效介电常数，实现了谐振频率变化。但该谐振器由于没有考虑阻抗特性变化，在调谐过程中回波性能较差。2012 年 D. Mirshekar-Syahkal 教授课题组采用共面波导并联耦合谐振器结构设计了基于向列相液晶三阶毫米波可调滤波器[15]，工作中心频率为 33GHz，可调带宽为 2GHz，插入损耗为 4.5dB，其性能与采取传统技术的可调滤波器相比拟，其调谐范围仅为 6%，无法满足宽带调谐的工作要求。

图 1-3 液晶可调基片集成波导滤波器及其散射参数测试曲线2016 年，美国空军学院 J. L. Vedral, R. L. Musselman 基于液晶材料设计一款用在微波和毫米波领域的可调谐带阻滤波器。显示了带阻滤波器响应随着介电常数、谐振单元的数量以及带阻区域上的更高阶反射的影响而变化[19]。图 1-4 毫米波可调带阻滤波器测试曲线国内大部分对于液晶的应用研究集中在光学显示领域，仅有少数相关学者开展了液晶在微波毫米波应用方面的研究。

图 1-4 毫米波可调带阻滤波器测试曲线液晶的应用研究集中在光学显示领域，仅有波应用方面的研究。科技大学黎步银等人利用仿真软件，采用倒置频段移相器，仿真得到移相度可以达到 360o[学杨傅子教授课题组研究了微波频段和中远红[21]。晶材料在微波和毫米波器件方面的应用目前有相关报导大部分集中于液晶材料物理特性率和粘度等）研究。国外虽有一些基于液晶大多研究集中于微波低频段滤波器和毫米波从而导致器件性能在各个频段明显恶化，同大、调谐范围较窄。本文利用倒置微带线具材料调制效率高的优点，并结合多模谐振结
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本文编号：2851852