太赫兹液晶电控扫描天线的研究
发布时间：2021-07-18 19:46
现如今随着毫米波、太赫兹微波技术的发展,利用液晶材料制作的电调谐器件的应用已经越来越广泛。相位调节的方式主要有机械驱动、集成电路设计和可调谐材料,其中液晶材料在毫米波乃至太赫兹均能实现宽频带的介电常数的稳定可调。平面阵列与液晶电调谐特性结合能够在毫米波波段实现小型化、低成本、低损耗、高分辨率、以及高精度波束指向性的特点。本文基于液晶材料在毫米波、太赫兹频段的双折射特性,将液晶与平面反射阵列、平面透射阵列结合,实现波束的定向扫描。本文首先对反射式液晶移相器进行了仿真设计,研究了反射式液晶移相单元的移相原理和影响移相特性的参数,设计了多偶极子反射式液晶移相器;研究了在毫米波波段的圆-线极化转换器的极化转换特性,设计了在毫米波波段工作的基于频率选择表面结构的极化转换器阵列;最终实现了反射式液晶电控扫描天线和圆-线极化转换器的结合,通过分析与仿真,实现了对圆极化波束的高增益调控,极大地提升了液晶电控扫描天线的应用场景。然而对于反射式液晶电控扫描天线,喇叭馈源与辐射波束在同一空间,形成了遮挡效应,限制了波束扫描的范围,为了解决这个问题,本文研究并设计透射式液晶电控扫描天线,透射阵列可以完全消除馈...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
基于液晶的微带延迟线结构
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-3-数性能[36]。图1-2基于液晶的毫米波波束扫描反射阵列的一维扫描增益图国内液晶移相性能的研究在毫米波、太赫兹频段的研究比较晚，大都集中于液晶移相器的发展[37-40]。从国内外的研究结果看，反射式液晶移相器的发展具有非常大的潜力和优势，已经初具规模。1.2.2液晶电控扫描透射天线阵列国内外研究现状关于透射阵列的研究最早开始于对于漏波天线的研究，大量研究人员在很多年以前已经开始从事漏波天线的研究。1946年，W.Hansen和W.Mensel首次提出了漏波天线的概念[41-42]。1980年R.Miline提出了一种透射单元设计[43]，并组成了透射阵列，该阵列工作频率在5.9GHzGHz，实现了很高的辐射增益，这种偶极子透射阵列具有非常好的交叉极化性能。在1996年，D.M.Pozar提出了一种基于微带延迟线结构的的透射移相单元[44]，这种单元上方吸收贴片通过接受来自空间中的电磁波，产生激励电流，中间为基于微带结构的弯折馈线，能量通过相位延迟线传输至下层辐射贴片，通过改变弯折馈线的尺寸，从而实现对于波束的调控。到了21世纪，计算机计算能力发展越来越迅速，全波仿真软件也开始有了巨大的发展，透射阵列开始发展地越来越快。2007年P.Padilla提出了一种在Ku波段工作的透射式波束扫描天线设计[45]，单元也是基于弯折延迟线结构，实现的阵列具有良好增益的辐射特性。
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-4-图1-2基于液晶的透射式波束扫描天线设计在2010年，Colan提出了一种基于宽带谐振型结构的透射移相单元设计[46]，该单元利用了双方环结构的设计，其中外环负责低频段的谐振，内环负责高频段的谐振，从而实现了宽带特性，在通带内透射损耗低于3dB，相移高于270°，同时该透射阵列天线在测试中实现了28.59dBi的增益，且口径效率高达47%。在2013年清华杨帆教授，对透射型单元进行细致的分析与研究[47]，通过观察四种结构的1dB透射损耗的移相能力，得出结论：单层透射阵列单元无法实现360度的相移，必须依靠多层阵列，通过透射损耗以及相移能力的折中，在3dB损耗内实现360度的相移，观察发现三层透射单元具有最为优良的特性。在同一年他们提出了一种新型的透射式移相单元[48-49]，结构为纯金属设计，如下图所示，通过改变单元上的缝隙尺寸，实现了1dB损耗内360度的相移，天线的1dB增益带宽非常窄仅有4.2%。在后一年又提出了基于三层螺旋极子结构[50]，在2dB透射损耗内实现了360度左右的相移，该透射式波束扫描天线的1dB带宽和3dB损耗带宽分别达到了9%，19.4%，提升了结构的性能。图1-3基于十字缝缝隙结构的透射式移相单元
本文编号：3290243
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
基于液晶的微带延迟线结构
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-3-数性能[36]。图1-2基于液晶的毫米波波束扫描反射阵列的一维扫描增益图国内液晶移相性能的研究在毫米波、太赫兹频段的研究比较晚，大都集中于液晶移相器的发展[37-40]。从国内外的研究结果看，反射式液晶移相器的发展具有非常大的潜力和优势，已经初具规模。1.2.2液晶电控扫描透射天线阵列国内外研究现状关于透射阵列的研究最早开始于对于漏波天线的研究，大量研究人员在很多年以前已经开始从事漏波天线的研究。1946年，W.Hansen和W.Mensel首次提出了漏波天线的概念[41-42]。1980年R.Miline提出了一种透射单元设计[43]，并组成了透射阵列，该阵列工作频率在5.9GHzGHz，实现了很高的辐射增益，这种偶极子透射阵列具有非常好的交叉极化性能。在1996年，D.M.Pozar提出了一种基于微带延迟线结构的的透射移相单元[44]，这种单元上方吸收贴片通过接受来自空间中的电磁波，产生激励电流，中间为基于微带结构的弯折馈线，能量通过相位延迟线传输至下层辐射贴片，通过改变弯折馈线的尺寸，从而实现对于波束的调控。到了21世纪，计算机计算能力发展越来越迅速，全波仿真软件也开始有了巨大的发展，透射阵列开始发展地越来越快。2007年P.Padilla提出了一种在Ku波段工作的透射式波束扫描天线设计[45]，单元也是基于弯折延迟线结构，实现的阵列具有良好增益的辐射特性。
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-4-图1-2基于液晶的透射式波束扫描天线设计在2010年，Colan提出了一种基于宽带谐振型结构的透射移相单元设计[46]，该单元利用了双方环结构的设计，其中外环负责低频段的谐振，内环负责高频段的谐振，从而实现了宽带特性，在通带内透射损耗低于3dB，相移高于270°，同时该透射阵列天线在测试中实现了28.59dBi的增益，且口径效率高达47%。在2013年清华杨帆教授，对透射型单元进行细致的分析与研究[47]，通过观察四种结构的1dB透射损耗的移相能力，得出结论：单层透射阵列单元无法实现360度的相移，必须依靠多层阵列，通过透射损耗以及相移能力的折中，在3dB损耗内实现360度的相移，观察发现三层透射单元具有最为优良的特性。在同一年他们提出了一种新型的透射式移相单元[48-49]，结构为纯金属设计，如下图所示，通过改变单元上的缝隙尺寸，实现了1dB损耗内360度的相移，天线的1dB增益带宽非常窄仅有4.2%。在后一年又提出了基于三层螺旋极子结构[50]，在2dB透射损耗内实现了360度左右的相移，该透射式波束扫描天线的1dB带宽和3dB损耗带宽分别达到了9%，19.4%，提升了结构的性能。图1-3基于十字缝缝隙结构的透射式移相单元
本文编号：3290243
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