基于液晶材料的相控阵反射阵列天线的研究与设计

发布时间：2017-07-05 03:12

  本文关键词：基于液晶材料的相控阵反射阵列天线的研究与设计

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【摘要】：基于液晶材料的相控阵反射阵列天线不仅具有微带反射阵列天线增益高,方向性强,体积小,重量轻的优点,而且可以实现天线波束的扫描功能。这种相控阵反射阵列天线和微带反射阵列天线的区别是利用液晶材料作为微带反射阵列天线的基板,通过外加电场或者磁场改变液晶基板的介电常数调节反射阵面上每个单元的散射相位,从而使反射波在一定范围内实现同相叠加。由于液晶材料在较高的工作频率时仍然能够在宽频带内实现介电常数较宽的调谐范围,因此研究基于液晶材料的相控阵天线对太空探测和太赫兹通信等领域具有重要的意义。本文围绕基于液晶材料的相控阵反射阵列天线的单元特性和阵列设计展开研究。针对基于液晶材料的相控阵反射阵列天线的单元特性,论文首先阐述了微带反射阵列天线的工作原理,相控阵天线的特性参数,反射阵列天线单元移相特性的分析方法,经典移相单元移相功能的实现方式等理论知识。重点分析了基于液晶材料相控阵反射阵列天线的辐射单元的结构组成,相移原理和相移特性,并对经典移相单元和基于液晶材料的移相单元进行仿真分析。在微带反射阵列天线的设计中,文章首先设计了一款Ku波段“回”字形单元结构的微带反射阵列天线,该反射阵列在波束指向角为30度时的增益为20dB。然后,改变“回”字形单元的结构,构造基于液晶材料的“回”字形相控阵反射阵列,从而实现微带反射阵列天线的相控和波束扫描功能,并对该相控阵反射阵列天线的性能进行仿真分析。最终设计出最大波束扫描角为30度的基于液晶材料的“回”字形相控阵反射阵列天线。
【关键词】：液晶材料 相控阵 带宽 移相范围
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN820;O753.2
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• Abstract9-16
• 第一章 绪论16-23
• 1.1 研究背景及意义16-19
• 1.2 国内外发展历史及研究现状19-21
• 1.3 本文的主要内容及工作安排21-23
• 第二章 微带反射阵列天线的设计23-32
• 2.1 微带反射阵列天线基本原理23-24
• 2.2 阵元补偿相位的计算方法24-27
• 2.3 相控阵理论知识27-29
• 2.3.1 相控阵原理27-28
• 2.3.2 相控阵天线特性参数28-29
• 2.4 微带反射阵列天线结构设计29-32
• 2.4.1 馈电形式29-30
• 2.4.2 单元间距的选择30-32
• 第三章 单元移相特性分析32-56
• 3.1 单元移相特性分析方法32-33
• 3.2 单元移相特性指标33-34
• 3.3 反射单元移相功能的实现方式34-35
• 3.4 几种典型的单元移相特性分析35-40
• 3.4.1 经典移相单元等效模型36-39
• 3.4.2 典型单元的移相特性分析39-40
• 3.5 改善单元移相特性的方法40-47
• 3.5.1 改变单元间距41-42
• 3.5.2 改变介质基板厚度42-44
• 3.5.3 多谐振反射单元结构44-47
• 3.6 基于液晶材料的微带反射阵列单元47-56
• 3.6.1 液晶材料的电磁特性48
• 3.6.2 基于液晶基板的反射单元的移相原理48-50
• 3.6.3 基于液晶材料的微带反射阵列单元50-56
• 第四章 KU波段微带反射阵列天线的设计56-70
• 4.1 馈源的设计56-59
• 4.2 单元结构的设计59-61
• 4.3 阵列结构参数设计61-63
• 4.4 阵列仿真结果63-70
• 第五章 太赫兹频段反射阵列天线的设计70-81
• 5.1 单元结构设计70-72
• 5.2 单元结构参数优化72-73
• 5.3 反射阵列天线馈源的设计73-74
• 5.4 反射阵列天线阵列结构参数的设计74-75
• 5.5 基于液晶材料的“回”字形微带反射阵列仿真结果75-81
• 第六章 结束语81-83
• 参考文献83-86
• 攻读硕士学位期间的发表的学术论文86

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本文编号：520313