基于液晶的太赫茲反射式電控掃描天線
發(fā)布時間：2020-10-20 21:26
隨著太赫茲技術的迅猛發(fā)展,擁有波束賦形功能的太赫茲輻射器件在無線通信、雷達系統(tǒng)、醫(yī)學成像與診斷、安全檢測等領域的應用越來越廣泛。而其中可重構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,受到國內外研究人員的廣泛關注�；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,實現波束賦形的能力。本文利用液晶材料設計了一個太赫茲頻段的雙偶極子移相單元,基于該單元設計出電控掃描天線的整體結構。本文首先介紹了液晶材料的介電可調特性,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的介電常數和損耗角正切,通過測試結果的對比分析得到HFUT-HB01的?ε最大,達到1.1。其次本文設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,研究了移相單元結構參數改變對移相性能的影響,仿真結果證明了液晶對移相單元反射相位的調節(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構設計了由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。本文的研究內容為太赫茲頻段的可重構反射陣列天線提供了一個設計思路。
【學位單位】：合肥工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：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領域與光學領域之間，如圖 1.1 所示[1]。長期以來，受限于太赫茲波產生困難和損耗較高，太赫茲輻射源、太赫茲傳播和太赫茲檢測等技術沒有得到很好的發(fā)展[2-4]。隨著高功率太赫茲源的出現與發(fā)展[5-8]，太赫茲領域正在經歷一場快速的革命，其中擁有波束賦形功能的太赫茲輻射器件在無線通信、雷達系統(tǒng)、醫(yī)學成像與診斷、安全篩查等領域的應用也越來越廣泛[9-15]。太赫茲技術擁有以下幾個優(yōu)勢：可以增加無線通信的帶寬和數據速率、為雷達提供更多定向波束、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)展太赫茲產業(yè)的關鍵，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[34]中，E. Carrasco 等人利用 PIN 二極管設計制造了一個具有 244 個的可重構反射天線，在 X 波段進行了測量，如圖 1.2 所示。該天線的移相單用孔耦合貼片結構，利用兩根微帶線進行饋電。設計出的天線可以實現三個方向的波束掃描，第一個波束方向為+5°，通過偏置該天線內部一半的 PIN管得到，偏置天線內部另一半的 PIN 二極管可以得到-5°的波束，當所有的 極管都被偏置時，波束方向為 0°。
圖 1.3 天線的陣列結構示意圖和天線的樣品圖Fig 1.3 Diagram of the antenna array structure and antenna sample于非線性材料設計的移相器和可重構天線 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設計應用于高頻的移相器，而電可調特性設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，利用這種性質可以設計工相器，而且非線性材料在任意頻段都是無寄生效應的(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計可文獻[38]中，利用鐵電薄膜作為介質基板制作出了 K 波段的有 16 個陣元，實現了 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，影響設計完成的
【參考文獻】
本文編號：2849164
【學位單位】：合肥工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：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領域與光學領域之間，如圖 1.1 所示[1]。長期以來，受限于太赫茲波產生困難和損耗較高，太赫茲輻射源、太赫茲傳播和太赫茲檢測等技術沒有得到很好的發(fā)展[2-4]。隨著高功率太赫茲源的出現與發(fā)展[5-8]，太赫茲領域正在經歷一場快速的革命，其中擁有波束賦形功能的太赫茲輻射器件在無線通信、雷達系統(tǒng)、醫(yī)學成像與診斷、安全篩查等領域的應用也越來越廣泛[9-15]。太赫茲技術擁有以下幾個優(yōu)勢：可以增加無線通信的帶寬和數據速率、為雷達提供更多定向波束、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)展太赫茲產業(yè)的關鍵，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[34]中，E. Carrasco 等人利用 PIN 二極管設計制造了一個具有 244 個的可重構反射天線，在 X 波段進行了測量，如圖 1.2 所示。該天線的移相單用孔耦合貼片結構，利用兩根微帶線進行饋電。設計出的天線可以實現三個方向的波束掃描，第一個波束方向為+5°，通過偏置該天線內部一半的 PIN管得到，偏置天線內部另一半的 PIN 二極管可以得到-5°的波束，當所有的 極管都被偏置時，波束方向為 0°。
圖 1.3 天線的陣列結構示意圖和天線的樣品圖Fig 1.3 Diagram of the antenna array structure and antenna sample于非線性材料設計的移相器和可重構天線 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設計應用于高頻的移相器，而電可調特性設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，利用這種性質可以設計工相器，而且非線性材料在任意頻段都是無寄生效應的(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計可文獻[38]中，利用鐵電薄膜作為介質基板制作出了 K 波段的有 16 個陣元，實現了 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，影響設計完成的
【參考文獻】
相關期刊論文 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計與仿真[J];現代電子技術;2015年15期
2 楊光鯤;袁斌;謝東彥;申小丹;;太赫茲技術在軍事領域的應用[J];激光與紅外;2011年04期
3 鄭新;劉超;;太赫茲技術的發(fā)展及在雷達和通訊系統(tǒng)中的應用(Ⅱ)[J];微波學報;2011年01期
4 馬恒;浮新普;女川博義;;液晶材料介電常數的毫米波頻率特性研究[J];液晶與顯示;2009年06期
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本文編號：2849164
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