發(fā)布時間：2020-10-20 21:26

　　 隨著太赫茲技術(shù)的迅猛發(fā)展,擁有波束賦形功能的太赫茲輻射器件在無線通信、雷達(dá)系統(tǒng)、醫(yī)學(xué)成像與診斷、安全檢測等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。而其中可重構(gòu)反射陣列天線由于其高增益、低損耗、低旁瓣電平、波束賦形等特點,受到國內(nèi)外研究人員的廣泛關(guān)注�；谝壕У碾娍貟呙杼炀�可以利用液晶改變每一個陣元的反射相位,實現(xiàn)波束賦形的能力。本文利用液晶材料設(shè)計了一個太赫茲頻段的雙偶極子移相單元,基于該單元設(shè)計出電控掃描天線的整體結(jié)構(gòu)。本文首先介紹了液晶材料的介電可調(diào)特性,利用太赫茲時域光譜系統(tǒng)(THz-TDS)和頻率選擇表面(FSS)測試了三種向列型液晶E7、S200、HFUT-HB01在100GHz和300GHz的介電常數(shù)和損耗角正切,通過測試結(jié)果的對比分析得到HFUT-HB01的?ε最大,達(dá)到1.1。其次本文設(shè)計了一種基于液晶材料的雙偶極子移相單元,通過軟件仿真計算得到該單元的移相特性,研究了移相單元結(jié)構(gòu)參數(shù)改變對移相性能的影響,仿真結(jié)果證明了液晶對移相單元反射相位的調(diào)節(jié)能力。通過光刻工藝制作完成移相單元陣列,該陣列刻蝕在4cm×4cm的石英玻璃片上,由40×40個陣列單元組成。通過測試得到HFUT-HB01制作的雙偶極子移相單元在334.025GHz最大相移為428.5°,移相范圍超過360°的帶寬為7.575GHz。最后基于雙偶極子結(jié)構(gòu)設(shè)計了由30×30個陣列單元組成的電控掃描天線,通過軟件仿真證明該天線可以實現(xiàn)25°的波束掃描功能,在波束角度為0°、12.5°、25°的最大增益分別為24.5 dBi、23.6 dBi、20.2dBi。本文的研究內(nèi)容為太赫茲頻段的可重構(gòu)反射陣列天線提供了一個設(shè)計思路。
【學(xué)位單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN820;O441.4;O753.2
【部分圖文】：

第一章 緒論1.1 論文的研究背景與意義太赫茲頻段指的是 0.1 THz 到 10 THz 之間的頻率范圍，位于電磁波譜中電子學(xué)領(lǐng)域與光學(xué)領(lǐng)域之間，如圖 1.1 所示[1]。長期以來，受限于太赫茲波產(chǎn)生困難和損耗較高，太赫茲輻射源、太赫茲傳播和太赫茲檢測等技術(shù)沒有得到很好的發(fā)展[2-4]。隨著高功率太赫茲源的出現(xiàn)與發(fā)展[5-8]，太赫茲領(lǐng)域正在經(jīng)歷一場快速的革命，其中擁有波束賦形功能的太赫茲輻射器件在無線通信、雷達(dá)系統(tǒng)、醫(yī)學(xué)成像與診斷、安全篩查等領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越廣泛[9-15]。太赫茲技術(shù)擁有以下幾個優(yōu)勢：可以增加無線通信的帶寬和數(shù)據(jù)速率、為雷達(dá)提供更多定向波束、對隔離安全檢測具有較高的靈敏度、與毫米波相比成像的分辨率更高。因此，發(fā)展高效率的太赫茲波束賦形器件是快速發(fā)展太赫茲產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵，其中相控陣天線由于其高增益、低損耗、低旁瓣電平、波束賦形、易于制造等特點，發(fā)展十分迅速[16-19]。

第一章 緒論在文獻(xiàn)[34]中，E. Carrasco 等人利用 PIN 二極管設(shè)計制造了一個具有 244 個的可重構(gòu)反射天線，在 X 波段進(jìn)行了測量，如圖 1.2 所示。該天線的移相單用孔耦合貼片結(jié)構(gòu)，利用兩根微帶線進(jìn)行饋電。設(shè)計出的天線可以實現(xiàn)三個方向的波束掃描，第一個波束方向為+5°，通過偏置該天線內(nèi)部一半的 PIN管得到，偏置天線內(nèi)部另一半的 PIN 二極管可以得到-5°的波束，當(dāng)所有的 極管都被偏置時，波束方向為 0°。

圖 1.3 天線的陣列結(jié)構(gòu)示意圖和天線的樣品圖Fig 1.3 Diagram of the antenna array structure and antenna sample于非線性材料設(shè)計的移相器和可重構(gòu)天線 GHz 以上的頻率中，集成元件(二極管、MEMS 等)存在難以損耗，意味著需要其他的技術(shù)設(shè)計應(yīng)用于高頻的移相器，而電可調(diào)特性設(shè)計出的移相器已被證明可以取代集成元件的作壓偏置時會改變其相對介電常數(shù)，利用這種性質(zhì)可以設(shè)計工相器，而且非線性材料在任意頻段都是無寄生效應(yīng)的(從直流微波和 THz 頻段)。年來，鐵電材料由于其介電各向異性被證明可以用于設(shè)計可文獻(xiàn)[38]中，利用鐵電薄膜作為介質(zhì)基板制作出了 K 波段的有 16 個陣元，實現(xiàn)了 36°的波束掃描能力。該文章同時也研制微波或 THz 頻段反射陣列天線存在的問題。一方面，較種移相器很難得到線性度良好的相位曲線，影響設(shè)計完成的
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前4條

1 潘笑天;劉大偉;苗俊剛;;雙偶極子多諧振液晶反射移相控制單元設(shè)計與仿真[J];現(xiàn)代電子技術(shù);2015年15期

2 楊光鯤;袁斌;謝東彥;申小丹;;太赫茲技術(shù)在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用[J];激光與紅外;2011年04期

3 鄭新;劉超;;太赫茲技術(shù)的發(fā)展及在雷達(dá)和通訊系統(tǒng)中的應(yīng)用(Ⅱ)[J];微波學(xué)報;2011年01期

4 馬恒;浮新普;女川博義;;液晶材料介電常數(shù)的毫米波頻率特性研究[J];液晶與顯示;2009年06期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 馬磊強;基于液晶材料的Ku波段電調(diào)諧移相器研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

2 劉曉昕;液晶電控掃描漏波天線的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

本文編號：2849164