發(fā)布時(shí)間：2020-08-09 19:23

【摘要】：隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的不斷發(fā)展,無(wú)線電子設(shè)備以其靈活方便、不受空間限制的優(yōu)點(diǎn)得到了越來越多的應(yīng)用,對(duì)無(wú)線頻段的需求也日益增加。為適應(yīng)這一趨勢(shì),寬頻帶、多頻點(diǎn)的天線、濾波器等電路得到快速發(fā)展,可調(diào)頻率微波元件也是其中的一個(gè)重要組成部分。本文圍繞基于液晶的共面波導(dǎo)(Coplanar Waveguide,簡(jiǎn)稱CPW)枝節(jié)可調(diào)諧技術(shù)展開研究,旨在將液晶應(yīng)用于CPW枝節(jié)結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)諧振頻點(diǎn)的連續(xù)可調(diào)。本文的主要內(nèi)容是在CPW枝節(jié)諧振結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,增加液晶材料和外置偏壓,設(shè)計(jì)出基于液晶材料的CPW枝節(jié)可調(diào)諧結(jié)構(gòu),利用液晶在不同外加電場(chǎng)作用下具有不同等效介電常數(shù)的特性,實(shí)現(xiàn)對(duì)CPW枝節(jié)諧振頻點(diǎn)的調(diào)諧。本文的主要工作和成果如下:1.CPW枝節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。采用電磁仿真軟件HFSS,設(shè)計(jì)了三種不同結(jié)構(gòu)的CPW枝節(jié)的諧振結(jié)構(gòu),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(duì)其特性進(jìn)行了仿真研究分析。2.基于液晶的可調(diào)諧CPW枝節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。CPW枝節(jié)結(jié)構(gòu)、液晶層及液晶層上下電極呈“三明治”狀構(gòu)成所需的可調(diào)諧諧振結(jié)構(gòu),運(yùn)用HFSS對(duì)可調(diào)諧的液晶CPW枝節(jié)結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真,研究不同液晶等效介電常數(shù)對(duì)諧振頻點(diǎn)的調(diào)制作用,從而表明所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)諧振頻率的連續(xù)可調(diào)。3.實(shí)驗(yàn)制備了基于液晶的可調(diào)諧CPW枝節(jié),并對(duì)其性能參數(shù)進(jìn)行了測(cè)試�；谠O(shè)計(jì)的三種不同的液晶可調(diào)諧CPW枝節(jié)結(jié)構(gòu),采用三種不同的液晶材料,實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了基于液晶材料的CPW枝節(jié)的可調(diào)諧特性,并對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行了分析。由測(cè)試結(jié)果可知,液晶可調(diào)諧CPW串并聯(lián)短路枝節(jié)結(jié)構(gòu)具有較好的諧振頻點(diǎn)調(diào)諧特性。采用不同的液晶材料,顯著影響CPW可調(diào)諧結(jié)構(gòu)的特性。當(dāng)采用液晶材料5CB時(shí),改變外加偏置電壓從0V增加至42 V,能夠使諧振頻點(diǎn)f1從3.48 GHz移到3.4 GHz,諧振頻點(diǎn)f2從7.2 GHz偏移到了6.95 GHz,對(duì)應(yīng)的偏移量分別為Δf1=80 MHz,Δf2=250 MHz。并且,基于測(cè)試結(jié)果,擬合出對(duì)于三種不同結(jié)構(gòu),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(diào)諧微波元件的設(shè)計(jì)提供理論和實(shí)驗(yàn)支持。
【學(xué)位授予單位】：南京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：O753.2;TN252
【圖文】：

圖 2.1 常用的實(shí)現(xiàn)微波元件可調(diào)諧技術(shù)（a） PIN 或變?nèi)荻䴓O管調(diào)諧技術(shù)[9]，（b）鈦酸鍶鋇鐵電薄膜調(diào)諧技術(shù)[10]，（c） 鐵氧體磁電調(diào)諧技術(shù)[12]，（d）射頻微機(jī)電系統(tǒng) RF MEMS 調(diào)諧技術(shù)[14]液晶可調(diào)諧技術(shù)由于液晶具有流動(dòng)性和各向異性的性質(zhì)，因此廣泛應(yīng)用于顯示、相位調(diào)制器件、光開關(guān)光通信等領(lǐng)域，同時(shí)，在推動(dòng)集成光學(xué)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(chǎng)或磁場(chǎng)對(duì)介電常數(shù)進(jìn)行有效的調(diào)制，從而實(shí)現(xiàn)微波元件頻率可技術(shù)�；谝壕Р牧系念l率可調(diào)諧微波元件與傳統(tǒng)方法相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)[16]：1）作為一種無(wú)源材料，連續(xù)改變外加偏置電壓能夠?qū)崿F(xiàn)液晶材料的有效介電常數(shù)連續(xù)可，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)源器件的連續(xù)可調(diào)諧技術(shù)。避免二極管、晶體管和鐵氧體的非線性效應(yīng)。在定的調(diào)諧范圍內(nèi)，不會(huì)出現(xiàn)互調(diào)失真的現(xiàn)象，具有良好的調(diào)諧線性；

南京郵電大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第一章 緒論在國(guó)內(nèi)，液晶材料在微波頻段的應(yīng)用研究是一個(gè)較新的領(lǐng)域。2002 年，清華大學(xué)楊傅子教授提出，熱致液晶在微波頻段內(nèi)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的馬恒教授課題組，采用矩形波導(dǎo)管和向量分析儀，在室溫條件下對(duì) 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(nèi)進(jìn)行測(cè)定[28]。2014年，哈爾濱工業(yè)大學(xué)的王石龍等學(xué)者設(shè)計(jì)了對(duì)在小信號(hào)條件下的液晶材料的介電常數(shù)進(jìn)行了測(cè)量的諧振系統(tǒng)，并利用分塊法代法，模擬實(shí)現(xiàn)了小信號(hào)條件下液晶材料的準(zhǔn)確數(shù)值[29]。2015年，電子科技大學(xué)的杜靜等學(xué)者對(duì)基于向列相液晶的微帶線模型及其在 l GHz~l00 GHz 內(nèi)的傳輸特性進(jìn)行了研究[30]。

究生學(xué)位論文 第二章 液晶可調(diào)諧 CPW帶導(dǎo)體和兩側(cè)半無(wú)限的地面組成，如圖 2.1 所示。這種結(jié)PW 比傳統(tǒng)的微帶線有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：第一，簡(jiǎn)化了制作；第二并聯(lián)連接[32]；第三，無(wú)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?dāng)_效應(yīng)非常微弱。因此，CPW 電路結(jié)構(gòu)可以比傳統(tǒng)的微得 CPW 非常適合 MIC 和 MMIC 的應(yīng)用。

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本文編號(hào)：2787447