發(fā)布時間：2020-03-20 21:51

【摘要】：隨著現(xiàn)代雷達和通信技術(shù)的高速發(fā)展,為實現(xiàn)各種目的,載體上搭載的微波器件數(shù)量急劇增多,所負載的重量隨之不斷加大,搭建整個系統(tǒng)所需的費用也不斷上升。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重,甚至導致整個通信系統(tǒng)無法正常工作。從降低通信系統(tǒng)的整體成本、減輕重量、減小雷達散射截面、以及實現(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)展和應用的關(guān)鍵難點問題。而電磁超材料技術(shù)作為二十一世紀的熱點技術(shù),對促進通信系統(tǒng)的提升及解決上述問題有著極大幫助;同時,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。故針對微波通信系統(tǒng)研究的重點、難點,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用技術(shù)著手,進行了相應的詳盡研究。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現(xiàn)階段國產(chǎn)液晶的電磁特性無法滿足微波應用需求,自主設計、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、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_r1.12,正切角損耗tanδ_(εr max)0.02。此研究填補了國內(nèi)微波用液晶材料的空白,完整了自主知識產(chǎn)權(quán)體系,對推進我國航天、國防軍事和民用通訊等方面液晶微波器件的研究發(fā)展起到了極大促進作用。2.超材料及微波向列相液晶超材料機理研究針對現(xiàn)有的平面超材料無法同時實現(xiàn)大角度多頻段極化轉(zhuǎn)換的缺陷,設計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。接著針對實現(xiàn)超材料具有更高的調(diào)控自由度并實現(xiàn)更多功能的問題,將微波向列相液晶材料引入設計思路,設計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,編碼是通過對液晶加載偏壓從而使出射波發(fā)生相移來實現(xiàn)的。通過理論推導,數(shù)值模擬和初步實驗,驗證了該編碼機制的有效性。接著對這款液晶超材料提出了兩種具有代表性的編碼超材料應用,即波束控制和雷達散射截面縮減,結(jié)果表明,該液晶超材料在54 GHz的頻點上將輸出波束從0°偏轉(zhuǎn)到27°,且將雷達散射截面從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�；谖⒉ㄏ蛄邢嘁壕У臄�(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Ku頻段和Ka頻段寬帶衛(wèi)星通信領域以及物聯(lián)網(wǎng)通信領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,同時滿足微波微帶線的導波傳輸條件;提出了基于液晶顯示器封裝的密封性測試方法與液晶材料質(zhì)量評價手法相結(jié)合,解決了微波液晶相移器的漏率測試問題;通過工藝優(yōu)化,解決了因為封框膠截面積大而引發(fā)的框膠塌陷和框膠涂布不均問題;提出分布式逐點控制技術(shù)進行液晶移相器的偏置電壓控制,以實現(xiàn)高精度的微波移相功能。有效地實現(xiàn)了能在K波段實現(xiàn)360°移相量的小型化K波段液晶移相器的樣件產(chǎn)出。繼而針對天線小型化、多功能的要求,改變原有可調(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計可重構(gòu)天線,設計出一款基于液晶技術(shù)的頻率和方向圖可重構(gòu)天線陣,通過設計與分析,該天線陣可以在14.5GHz到16.4GHz之間動態(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]

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

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 馬恒;浮新普;女川博，

本文編號：2592251