液晶材料微波特性建模及其变极化天线设计方法应用
发布时间：2020-10-15 00:35
近年来,液晶材料由于其介电常数连续可调特性以及其高频段低损耗等特性而越来多地被应用到微波器件设计当中,然而液晶材料具有各向异性并且在微波器件中呈非均匀分布,这种复杂性导致液晶微波器件的精确建模和数值仿真都十分困难,设计工作也缺乏相应的技术支撑。从上述问题出发,本课题以液晶材料的介电响应特性和能量耦合为切入点,通过基于有限差分数值解法的矢量法对液晶分子指向矢进行了精确地仿真模拟,进而对液晶微波电调谐特性以及噪声对微波特性的影响展开了深入的研究,并基于此对液晶变极化天线的设计方法进行了深入的探讨。本文的研究工作对于液晶微波移相器、波束扫描天线等可调微波器件技术的发展具有重要的意义。本文的研究内容重点在于如下几个方面。首先,本文对液晶材料的介电特性以及其连续体弹性形变理论进行了研究,对电场作用下液晶分子的弗里德里转变现象进行了探讨,完成了液晶指向矢求解的理论推导,得到液晶弹性势能与电场能的耦合机理的数学表达,为进一步研究做理论基础。然后,从液晶介电响应特性以及能量耦合理论关系出发,分别进行了非均匀各向异性介质的内电场建模以及基于矢量法的液晶指向矢求解,采用基于有限差分法的动态交叉迭代方法,对液晶分子场与电场进行迭代求解,得到不同控制电压下的微带线等模型中的液晶指向矢分布、介电张量分布以及电场分布,并在CST软件中利用VBA语言对液晶区域进行半自动化建模,从而对MATLAB中的液晶区域的电势场进行验证,证明了求解方法的有效性。然后在该方法的基础之上,将噪声耦合到液晶系统总能量当中,对微带线调谐器件进行了仿真,研究了噪声对其特性阻抗、相移常数等微波特性的影响。最后基于液晶指向矢求解方法以及有效介电常数等效法,设计了一种0°到180°移相量连续可调的液晶移相器,并对其调谐率进行了研究,进而设计了一种基于该移相器的变极化天线,该天线可实现?45?线极化以及左旋与右旋圆极化四种极化状态之间的连续可调。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN820
【部分图文】：
有助于提高液晶调谐性能。外研究现状相器比铁氧体移相器、PIN 型移相器等传统移相器的各方面移相器进行了诸多研究。美国、德国等高校的研究团队早在移相器方面的研究，近年来国外对液晶电调器件的研究出不年，Technische Universitaet Darmstadt 的 Christian Weickhma于卫星上的液晶移相器，如图 1-1 所示。该液晶移相器采用在波导中，它可以便捷的与相控阵天线阵列中的波导装置进 21-35GHz，在工作频率范围内，其移相量为 600°，损耗为移相器应用于卫星中，它的密度仅为 1.1g/cm3[25]。同年，et Darmstadt 的 M. Jost, R. Reese, C. Weickhmann 等人设计了开关的延迟线液晶移相器，该移相器应用于太赫兹频段，采工，测试结果表明，该移相器在 100GHz 时，移相量为 105°/dB][26]。
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文，ArshadMehmood 等人设计了一款与 4×1 介质谐振器天折线移相器，如图 1-2 所示，其天线阵面基板采用透明玻谐振器进行耦合馈电。其液晶槽采用非对称填充，通过各度的不同以达到波束偏转。测得液晶移相器单元移相量为描角度为 40°[27]。
-3 用于太空环境下的倒置微带线液晶移相器示意 H. Xu and D. P. Chu 等人同样针对共面波导液晶移相器，由于文献[31]的设计中，液晶频率大于 60 GHz 时存在较大色散，因此隙中，有效的解决了上述问题，经仿真发现 时达到 66°/dB[32]。线，主要实现极化状态的改变是利用 PIN 二re A.等人提出一种微带 E 形贴片变极化天线，通过控制二极管开关，使得缝隙长度不同年，德国的 Onur Hamza Karabey 提出一种谐耦合线的耦合系数，实现线极化与圆极示。并且将文献[34]中应用于 S 波段的半导可将工作频率提高到 13.75 GHz，回波损耗状态之间的连续改变[35]。
【参考文献】
本文编号：2841427
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN820
【部分图文】：
有助于提高液晶调谐性能。外研究现状相器比铁氧体移相器、PIN 型移相器等传统移相器的各方面移相器进行了诸多研究。美国、德国等高校的研究团队早在移相器方面的研究，近年来国外对液晶电调器件的研究出不年，Technische Universitaet Darmstadt 的 Christian Weickhma于卫星上的液晶移相器，如图 1-1 所示。该液晶移相器采用在波导中，它可以便捷的与相控阵天线阵列中的波导装置进 21-35GHz，在工作频率范围内，其移相量为 600°，损耗为移相器应用于卫星中，它的密度仅为 1.1g/cm3[25]。同年，et Darmstadt 的 M. Jost, R. Reese, C. Weickhmann 等人设计了开关的延迟线液晶移相器，该移相器应用于太赫兹频段，采工，测试结果表明，该移相器在 100GHz 时，移相量为 105°/dB][26]。
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文，ArshadMehmood 等人设计了一款与 4×1 介质谐振器天折线移相器，如图 1-2 所示，其天线阵面基板采用透明玻谐振器进行耦合馈电。其液晶槽采用非对称填充，通过各度的不同以达到波束偏转。测得液晶移相器单元移相量为描角度为 40°[27]。
-3 用于太空环境下的倒置微带线液晶移相器示意 H. Xu and D. P. Chu 等人同样针对共面波导液晶移相器，由于文献[31]的设计中，液晶频率大于 60 GHz 时存在较大色散，因此隙中，有效的解决了上述问题，经仿真发现 时达到 66°/dB[32]。线，主要实现极化状态的改变是利用 PIN 二re A.等人提出一种微带 E 形贴片变极化天线，通过控制二极管开关，使得缝隙长度不同年，德国的 Onur Hamza Karabey 提出一种谐耦合线的耦合系数，实现线极化与圆极示。并且将文献[34]中应用于 S 波段的半导可将工作频率提高到 13.75 GHz，回波损耗状态之间的连续改变[35]。
【参考文献】
相关期刊论文 前2条
1 彭毅;章文勋;;应用交指电容加载环谐振器的微带带阻滤波器[J];电波科学学报;2009年05期
2 崔宏青;宋玉龙;刘绍锦;张俊瑞;冯亚云;凌志华;;多维液晶指向矢的数值模拟计算[J];液晶与显示;2006年02期
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1 钟垒;可重构天线的研究及其在时间反演系统中的应用[D];电子科技大学;2016年
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1 徐坤;缝隙耦合馈电的双极化微带无线研究[D];国防科学技术大学;2007年
本文编号：2841427
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