基于液晶的太赫兹反射式相控阵天线研究
发布时间：2020-11-05 13:16
近年来,太赫兹技术在通信,无损检测,生物医学等领域都取得了长足的发展和应用。作为太赫兹应用系统中的重要组成部分,太赫兹相控阵天线却非常匮乏,限制了太赫兹应用技术的发展。液晶相移器件凭借其优异的电控调谐能力,可以实现在毫米波及太赫兹频段的相位调节功能,同时基于液晶材料太赫兹反射式相控阵天线具有成本低,小型化以及灵活的电控波束扫描能力等优势,因而受到国内外研究人员的广泛关注。本文主要围绕太赫兹频段的反射式液晶移相单元及构成的反射式相控阵天线设计展开相关研究。本文首先介绍了液晶材料在微波及太赫兹频段的电磁特性,分析了液晶分子在不同电压下的排列情况,同时介绍了不同频段下液晶介电常数的测量方法。本文着重设计了一种双偶极子结构的反射式液晶移相单元,仿真并分析了该单元的移相特性。计算结果证明了液晶介电常数对反射波特性的调节能力,可以在350GHz左右的太赫兹频段实现良好的相位调节功能。加工双偶极子单元阵列并进行了测试,分别填充两种不同型号的液晶材料S200和HFUT-HB01进行了比较。对液晶施加不同的偏置电压信号,通过矢量网络分析仪测试反射系数的幅度和相位变化。测试结果显示S200型液晶可以在356 GHz实现240°的最大相移。采用HFUT-HB01液晶材料,加载40 V的偏置电压,在353.5-359.3 GHz的频段内可以实现350°以上相移,在357 GHz实现362°的最大相移。为了提高设计精度,采用了一种考虑了液晶各向异性和不均匀性的精确模型,并与均匀模型进行比较分析。最后基于双偶极子结构的液晶反射单元,设计了一个由40×40个单元组成的太赫兹反射阵列天线,并仿真计算了其辐射特性,计算结果显示该天线可以实现-20°-20°的扫描能力。研究工作为太赫兹频段内的电控扫描天线设计提供了一个解决方案。
【学位单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN821.8
【部分图文】：
第一章 绪论第一章 绪论文的研究背景和意义 太赫兹技术的发展及应用赫兹（THz）波是指频率在 0.1~10 THz 范围内的电磁波，在电磁波图 1.1 所示，其频率介于毫米波和红外光之间，在长波段与毫米波重向与红外光重叠。因此 THz 辐射具有很多不同于其他波段的特殊性的特性有：
波束扫描功能的天线是必不可少的器件。因此开展对于太赫兹线的研究具有十分重要的意义。射阵列天线的研究进展卫星通信，雷达，航天技术的不断发展和通信频率的不断提升，在不断的增加。其中高增益天线是在雷达以及远距离通信系统。对于此类通信系统，通常还需要天线具有良好的波束赋形能束和快速的波束扫描能力。传统的高增益天线一般有反射面天射面天线是最常见的一类高增益天线，在微波频段的常规增益上[9]。但是反射面天线由于其复杂的表面结构，在高频段的加工难面天线通过机械转动的方式来实现波束的扫描，很难实现宽角。相比于反射面天线，阵列天线可以通过馈电网络控制每个阵度和相位，实现灵活快速的波束扫描功能。但是，相控阵天线其具有高昂的制造成本，也带来了较高的传输损耗。为了克服这提出了一种新型的反射阵列天线[10-13]。
图 1.3 几种典型的反射阵列单元Fig 1.3 Various typical reflectarray elements列天线的结构确定了之后，波束的指向也就确能。为了实现对天线波束指向的电控扫描功能，通过引入低损耗，可以工作在高频段的相移器件中的关键器件，目前常用的移相器有固态调谐器极管），以及的 RF MEMS 技术[20-22]等。PIN 及变Hz 的可重构反射阵列单元。在文献[18]采用变容器，相移范围达到 360°。文献[19]中，利用 PIN单元构成的可重构反射阵列天线，可以在 X 波段利用 MEMS 技术设计了 12 GHz 的移相结构，并容二极管以及 RF MEMS 移相器可以实现在微波Hz 以上的频率时，这几种器件具有较大的损耗以
【参考文献】
本文编号：2871684
【学位单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN821.8
【部分图文】：
第一章 绪论第一章 绪论文的研究背景和意义 太赫兹技术的发展及应用赫兹（THz）波是指频率在 0.1~10 THz 范围内的电磁波，在电磁波图 1.1 所示，其频率介于毫米波和红外光之间，在长波段与毫米波重向与红外光重叠。因此 THz 辐射具有很多不同于其他波段的特殊性的特性有：
波束扫描功能的天线是必不可少的器件。因此开展对于太赫兹线的研究具有十分重要的意义。射阵列天线的研究进展卫星通信，雷达，航天技术的不断发展和通信频率的不断提升，在不断的增加。其中高增益天线是在雷达以及远距离通信系统。对于此类通信系统，通常还需要天线具有良好的波束赋形能束和快速的波束扫描能力。传统的高增益天线一般有反射面天射面天线是最常见的一类高增益天线，在微波频段的常规增益上[9]。但是反射面天线由于其复杂的表面结构，在高频段的加工难面天线通过机械转动的方式来实现波束的扫描，很难实现宽角。相比于反射面天线，阵列天线可以通过馈电网络控制每个阵度和相位，实现灵活快速的波束扫描功能。但是，相控阵天线其具有高昂的制造成本，也带来了较高的传输损耗。为了克服这提出了一种新型的反射阵列天线[10-13]。
图 1.3 几种典型的反射阵列单元Fig 1.3 Various typical reflectarray elements列天线的结构确定了之后，波束的指向也就确能。为了实现对天线波束指向的电控扫描功能，通过引入低损耗，可以工作在高频段的相移器件中的关键器件，目前常用的移相器有固态调谐器极管），以及的 RF MEMS 技术[20-22]等。PIN 及变Hz 的可重构反射阵列单元。在文献[18]采用变容器，相移范围达到 360°。文献[19]中，利用 PIN单元构成的可重构反射阵列天线，可以在 X 波段利用 MEMS 技术设计了 12 GHz 的移相结构，并容二极管以及 RF MEMS 移相器可以实现在微波Hz 以上的频率时，这几种器件具有较大的损耗以
【参考文献】
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本文编号：2871684
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