發(fā)布時間：2020-08-09 19:23

【摘要】：隨著現(xiàn)代電子技術的不斷發(fā)展,無線電子設備以其靈活方便、不受空間限制的優(yōu)點得到了越來越多的應用,對無線頻段的需求也日益增加。為適應這一趨勢,寬頻帶、多頻點的天線、濾波器等電路得到快速發(fā)展,可調頻率微波元件也是其中的一個重要組成部分。本文圍繞基于液晶的共面波導(Coplanar Waveguide,簡稱CPW)枝節(jié)可調諧技術展開研究,旨在將液晶應用于CPW枝節(jié)結構來實現(xiàn)諧振頻點的連續(xù)可調。本文的主要內容是在CPW枝節(jié)諧振結構的基礎上,增加液晶材料和外置偏壓,設計出基于液晶材料的CPW枝節(jié)可調諧結構,利用液晶在不同外加電場作用下具有不同等效介電常數(shù)的特性,實現(xiàn)對CPW枝節(jié)諧振頻點的調諧。本文的主要工作和成果如下:1.CPW枝節(jié)結構設計。采用電磁仿真軟件HFSS,設計了三種不同結構的CPW枝節(jié)的諧振結構,即CPW串并聯(lián)短路枝節(jié)、串聯(lián)開路短路枝節(jié)和串聯(lián)開路枝節(jié),對其特性進行了仿真研究分析。2.基于液晶的可調諧CPW枝節(jié)結構設計。CPW枝節(jié)結構、液晶層及液晶層上下電極呈“三明治”狀構成所需的可調諧諧振結構,運用HFSS對可調諧的液晶CPW枝節(jié)結構進行仿真,研究不同液晶等效介電常數(shù)對諧振頻點的調制作用,從而表明所設計的結構能夠實現(xiàn)諧振頻率的連續(xù)可調。3.實驗制備了基于液晶的可調諧CPW枝節(jié),并對其性能參數(shù)進行了測試�；谠O計的三種不同的液晶可調諧CPW枝節(jié)結構,采用三種不同的液晶材料,實驗驗證了基于液晶材料的CPW枝節(jié)的可調諧特性,并對測試結果進行了分析。由測試結果可知,液晶可調諧CPW串并聯(lián)短路枝節(jié)結構具有較好的諧振頻點調諧特性。采用不同的液晶材料,顯著影響CPW可調諧結構的特性。當采用液晶材料5CB時,改變外加偏置電壓從0V增加至42 V,能夠使諧振頻點f1從3.48 GHz移到3.4 GHz,諧振頻點f2從7.2 GHz偏移到了6.95 GHz,對應的偏移量分別為Δf1=80 MHz,Δf2=250 MHz。并且,基于測試結果,擬合出對于三種不同結構,不同液晶材料在不同偏置電壓作用下的等效介電常數(shù)變化情況,為后續(xù)基于液晶的可調諧微波元件的設計提供理論和實驗支持。
【學位授予單位】：南京郵電大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：O753.2;TN252
【圖文】：

圖 2.1 常用的實現(xiàn)微波元件可調諧技術（a） PIN 或變容二極管調諧技術[9]，（b）鈦酸鍶鋇鐵電薄膜調諧技術[10]，（c） 鐵氧體磁電調諧技術[12]，（d）射頻微機電系統(tǒng) RF MEMS 調諧技術[14]液晶可調諧技術由于液晶具有流動性和各向異性的性質，因此廣泛應用于顯示、相位調制器件、光開關光通信等領域，同時，在推動集成光學的發(fā)展中也發(fā)揮著重要作用。另一方面，液晶作為種特殊材料，可以通過電場或磁場對介電常數(shù)進行有效的調制，從而實現(xiàn)微波元件頻率可技術。基于液晶材料的頻率可調諧微波元件與傳統(tǒng)方法相比，具有以下優(yōu)點[16]：1）作為一種無源材料，連續(xù)改變外加偏置電壓能夠實現(xiàn)液晶材料的有效介電常數(shù)連續(xù)可，從而實現(xiàn)無源器件的連續(xù)可調諧技術。避免二極管、晶體管和鐵氧體的非線性效應。在定的調諧范圍內，不會出現(xiàn)互調失真的現(xiàn)象，具有良好的調諧線性；

南京郵電大學碩士研究生學位論文 第一章 緒論在國內，液晶材料在微波頻段的應用研究是一個較新的領域。2002 年，清華大學楊傅子教授提出，熱致液晶在微波頻段內存在液晶指向矢的電控特性和較大的雙折射特性[27]。2009年，河南省光伏材料重點實驗室的馬恒教授課題組，采用矩形波導管和向量分析儀，在室溫條件下對 3 種向列相液晶材料的介電常數(shù)在 26.5 GHz~40 GHz 頻率范圍內進行測定[28]。2014年，哈爾濱工業(yè)大學的王石龍等學者設計了對在小信號條件下的液晶材料的介電常數(shù)進行了測量的諧振系統(tǒng)，并利用分塊法代法，模擬實現(xiàn)了小信號條件下液晶材料的準確數(shù)值[29]。2015年，電子科技大學的杜靜等學者對基于向列相液晶的微帶線模型及其在 l GHz~l00 GHz 內的傳輸特性進行了研究[30]。

究生學位論文 第二章 液晶可調諧 CPW帶導體和兩側半無限的地面組成，如圖 2.1 所示。這種結PW 比傳統(tǒng)的微帶線有幾個優(yōu)點：第一，簡化了制作；第二并聯(lián)連接[32]；第三，無需繞線與過孔；第四，減少了輻射值決定的，因此可以不受限制地減小尺寸。此外，在任意串擾效應非常微弱。因此，CPW 電路結構可以比傳統(tǒng)的微得 CPW 非常適合 MIC 和 MMIC 的應用。

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