基于液晶材料的Ku波段电调谐移相器研究

发布时间：2017-05-12 09:19

  本文关键词：基于液晶材料的Ku波段电调谐移相器研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：现代通信技术的发展对于相控阵天线的要求越来越高,而电调谐移相器作为相控阵单元的核心部件,对整个阵列的性能起着至关重要的作用。当前,对于低损耗、小型化、成本低廉的电调谐移相器有着迫切的需求。液晶作为一种电控介质,可以工作在微波、毫米波甚至太赫兹频段。同时,相比于铁氧体材料具有成本低廉的优势。在上述背景下,本文针对基于液晶材料的Ku波段移相器的分析、设计、加工方法展开深入研究。文中首先在传统弯折线结构移相器进行了改进,提出了一种小型化设计方法,最终设计的Ku波段液晶电调谐移相器相比于已发表文献中的最优结果,在同面积下差分相移量提高50%。继而,在上述研究工作的基础上,文中进一步设计出了一款Ku波段的4*1单元电控扫描天线阵。结果表明,当液晶材料在外加电场的作用下,相对介电常数从2.5变化至3.3时,该天线阵可以实现主波束方向从-20°扫描到+20度扫描,并且保持增益约为10d B左右,副瓣电平小于-10dB。实物测试结果中,工作频率仍然为12.6GHz,但主瓣宽度增大为40°左右,扫描角度只有30度左右,同时液晶损耗较大,导致增益变为负值,为-4d B左右,这与设置液晶损耗角正切为0.06时的仿真结果基本相同。另一方面,本文通过对二端口T型复合左右手传输线的微波网络特性的深入分析,以及研究总结平衡复合左右手传输线的设计方法,最终设计出了一种复合左右手液晶电调谐移相器。研究过程中,我们将T型网络与复合左右手传输线的阻抗特性相结合,并从仿真结果中提取与T型微波网络对应传输线阻抗,最终分别依据串联阻抗和并联阻抗调节实现了复合左右手传输线的平衡状态。研究结果表明,当液晶有效介电常数从2.5变化至3.3,该移相器在12.6GHz可以实现474°的差分相移,比第三章中的小型化弯折线移相器的相移量进一步提高68%。
【关键词】：液晶 电调谐 复合左右手传输线 移相器 阵列天线
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN821.8
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第1章 绪论8-16
• 1.1 课题背景及研究目的和意义8-9
• 1.2 国内外研究现状9-14
• 1.3 本文主要研究内容14-16
• 第2章 复合左右手理论与液晶材料的电磁特性16-28
• 2.1 复合左右手传输线理论16-20
• 2.2 液晶材料在微波频段的电磁特性20-26
• 2.2.1 液晶材料的磁场响应20-22
• 2.2.2 液晶材料的电场响应22-24
• 2.2.3 液晶材料的形变24-25
• 2.2.4 液晶的配向和偏转25-26
• 2.3 电调谐液晶移相器工作原理26-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第3章 小型化弯折线液晶移相器28-50
• 3.1 引言28-29
• 3.2 液晶封装和馈电方法29-32
• 3.3 小型化弯折线液晶移相器32-37
• 3.3.1 液晶厚度为 0.1mm时弯折线移相器的设计32-34
• 3.3.2 液晶厚度为 0.25mm时弯折线移相器的设计34-37
• 3.4 基于小型化弯折线液晶移相器的电调阵列天线37-49
• 3.4.1 三端.功分器的设计37-39
• 3.4.2 辐射单元的设计39-41
• 3.4.3 阵列天线的设计41-49
• 3.5 本章小结49-50
• 第4章 基于复合左右手传输线的液晶电调移相器50-64
• 4.1 引言50
• 4.2 平衡复合左右手传输线调节方法50-53
• 4.3 基于缝隙电容的复合左右手液晶移相器53-63
• 4.3.1 T型复合左右手传输线单元的设计53-56
• 4.3.2 偏置电路的设计56-58
• 4.3.3 级联复合左右手传输线的设计58-63
• 4.4 本章小结63-64
• 结论64-65
• 参考文献65-70
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果70-72
• 致谢72

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本文编号：359390