【摘要】：隨著現(xiàn)代雷達(dá)和通信技術(shù)的高速發(fā)展,為實(shí)現(xiàn)各種目的,載體上搭載的微波器件數(shù)量急劇增多,所負(fù)載的重量隨之不斷加大,搭建整個(gè)系統(tǒng)所需的費(fèi)用也不斷上升。而且,隨著搭載的微波功能器件密度的不斷提高,器件之間的電磁耦合干擾變得非常嚴(yán)重,甚至導(dǎo)致整個(gè)通信系統(tǒng)無法正常工作。從降低通信系統(tǒng)的整體成本、減輕重量、減小雷達(dá)散射截面、以及實(shí)現(xiàn)良好的電磁兼容特性等方面來說,上述這些現(xiàn)象都非常有害,已成為制約現(xiàn)代通信系統(tǒng)向綜合信息系統(tǒng)方向發(fā)展和應(yīng)用的關(guān)鍵難點(diǎn)問題。而電磁超材料技術(shù)作為二十一世紀(jì)的熱點(diǎn)技術(shù),對(duì)促進(jìn)通信系統(tǒng)的提升及解決上述問題有著極大幫助;同時(shí),開發(fā)新型微波介電材料也能有效地解決微波器件性能及小型化問題。故針對(duì)微波通信系統(tǒng)研究的重點(diǎn)、難點(diǎn),本文從電磁超材料技術(shù)和液晶(Liquid crystal,LC)材料在微波器件中的應(yīng)用技術(shù)著手,進(jìn)行了相應(yīng)的詳盡研究。本文的主要研究工作如下:1.微波向列相液晶材料研究針對(duì)現(xiàn)階段國產(chǎn)液晶的電磁特性無法滿足微波應(yīng)用需求,自主設(shè)計(jì)、合成與提純精制出適用于微波頻段的液晶化合物以及其向列型混合液晶材料;針對(duì)K波段微波向列相液晶的物理特性,開展K波段用液晶化合物及其液晶組合物的相態(tài)和介電性能測(cè)試、分析研究。借此研制出適用于K頻段可滿足微波器件用的高介電各向異性、低粘度、高電阻率、快速響應(yīng)、低介質(zhì)損耗的“高介低耗”向列相液晶材料,材料的可變介電范圍△ε_(tái)r1.12,正切角損耗tanδ_(εr max)0.02。此研究填補(bǔ)了國內(nèi)微波用液晶材料的空白,完整了自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)體系,對(duì)推進(jìn)我國航天、國防軍事和民用通訊等方面液晶微波器件的研究發(fā)展起到了極大促進(jìn)作用。2.超材料及微波向列相液晶超材料機(jī)理研究針對(duì)現(xiàn)有的平面超材料無法同時(shí)實(shí)現(xiàn)大角度多頻段極化轉(zhuǎn)換的缺陷,設(shè)計(jì)一種基于新型超材料的雙波段圓極化器。該超材料的結(jié)構(gòu)更簡單,可在兩個(gè)諧振頻率下將大角度范圍內(nèi)的斜入射的線極化波轉(zhuǎn)換為左旋/右旋圓極化(left/right-handed circular polarization,L/RCP)波出射。接著針對(duì)實(shí)現(xiàn)超材料具有更高的調(diào)控自由度并實(shí)現(xiàn)更多功能的問題,將微波向列相液晶材料引入設(shè)計(jì)思路,設(shè)計(jì)出了一種基于電控微波向列相液晶的任意基數(shù)字編碼超材料,編碼是通過對(duì)液晶加載偏壓從而使出射波發(fā)生相移來實(shí)現(xiàn)的。通過理論推導(dǎo),數(shù)值模擬和初步實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了該編碼機(jī)制的有效性。接著對(duì)這款液晶超材料提出了兩種具有代表性的編碼超材料應(yīng)用,即波束控制和雷達(dá)散射截面縮減,結(jié)果表明,該液晶超材料在54 GHz的頻點(diǎn)上將輸出波束從0°偏轉(zhuǎn)到27°,且將雷達(dá)散射截面從51GHz一直到56GHz頻段范圍內(nèi)均至少降低10dB,結(jié)果證明了該新型液晶數(shù)字編碼超材料的合理性。基于微波向列相液晶的數(shù)字超材料的編碼自由度得到了很好的證明。3.向列相液晶微波功能器件研究針對(duì)Ku頻段和Ka頻段寬帶衛(wèi)星通信領(lǐng)域以及物聯(lián)網(wǎng)通信領(lǐng)域天線和射頻小型化技術(shù),及提升可重構(gòu)微波天線性能問題,提出對(duì)小型化K波段液晶移相器制造技術(shù)做專門研究,以突破現(xiàn)有微波功能器件技術(shù)的瓶頸問題。提出了基于異形基板結(jié)構(gòu)的液晶微波移相器結(jié)構(gòu)和封裝方法,解決大盒厚液晶移相器器件的封裝、均勻性問題,同時(shí)滿足微波微帶線的導(dǎo)波傳輸條件;提出了基于液晶顯示器封裝的密封性測(cè)試方法與液晶材料質(zhì)量評(píng)價(jià)手法相結(jié)合,解決了微波液晶相移器的漏率測(cè)試問題;通過工藝優(yōu)化,解決了因?yàn)榉饪蚰z截面積大而引發(fā)的框膠塌陷和框膠涂布不均問題;提出分布式逐點(diǎn)控制技術(shù)進(jìn)行液晶移相器的偏置電壓控制,以實(shí)現(xiàn)高精度的微波移相功能。有效地實(shí)現(xiàn)了能在K波段實(shí)現(xiàn)360°移相量的小型化K波段液晶移相器的樣件產(chǎn)出。繼而針對(duì)天線小型化、多功能的要求,改變?cè)锌烧{(diào)諧元器件不能完美工作于高頻段的狀況,將小型化K波段液晶移相器用于設(shè)計(jì)可重構(gòu)天線,設(shè)計(jì)出一款基于液晶技術(shù)的頻率和方向圖可重構(gòu)天線陣,通過設(shè)計(jì)與分析,該天線陣可以在14.5GHz到16.4GHz之間動(dòng)態(tài)地改變其工作頻率,波束方向也可以在-20°到20°之間連續(xù)動(dòng)態(tài)調(diào)整。
【圖文】：

3(a) (b)圖 1-1 (a)6CB 液晶的分子結(jié)構(gòu)；(b)1.5 THz 降低溫度情況下的 5CB、6CB 和 7CB 液晶折射率和吸收系數(shù)[6]

向列相液晶寬帶測(cè)量(a)向列相液晶寬帶測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)透視圖;(b)側(cè)視圖；(c)
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TB34;TN12

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 馬恒;浮新普;女川博，

本文編號(hào)：2592251