現(xiàn)如今隨著毫米波、太赫茲微波技術(shù)的發(fā)展,利用液晶材料制作的電調(diào)諧器件的應(yīng)用已經(jīng)越來越廣泛。相位調(diào)節(jié)的方式主要有機械驅(qū)動、集成電路設(shè)計和可調(diào)諧材料,其中液晶材料在毫米波乃至太赫茲均能實現(xiàn)寬頻帶的介電常數(shù)的穩(wěn)定可調(diào)。平面陣列與液晶電調(diào)諧特性結(jié)合能夠在毫米波波段實現(xiàn)小型化、低成本、低損耗、高分辨率、以及高精度波束指向性的特點。本文基于液晶材料在毫米波、太赫茲頻段的雙折射特性,將液晶與平面反射陣列、平面透射陣列結(jié)合,實現(xiàn)波束的定向掃描。本文首先對反射式液晶移相器進行了仿真設(shè)計,研究了反射式液晶移相單元的移相原理和影響移相特性的參數(shù),設(shè)計了多偶極子反射式液晶移相器;研究了在毫米波波段的圓-線極化轉(zhuǎn)換器的極化轉(zhuǎn)換特性,設(shè)計了在毫米波波段工作的基于頻率選擇表面結(jié)構(gòu)的極化轉(zhuǎn)換器陣列;最終實現(xiàn)了反射式液晶電控掃描天線和圓-線極化轉(zhuǎn)換器的結(jié)合,通過分析與仿真,實現(xiàn)了對圓極化波束的高增益調(diào)控,極大地提升了液晶電控掃描天線的應(yīng)用場景。然而對于反射式液晶電控掃描天線,喇叭饋源與輻射波束在同一空間,形成了遮擋效應(yīng),限制了波束掃描的范圍,為了解決這個問題,本文研究并設(shè)計透射式液晶電控掃描天線,透射陣列可以完全消除饋... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：83 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

基于液晶的微帶延遲線結(jié)構(gòu)

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-3-數(shù)性能[36]。圖1-2基于液晶的毫米波波束掃描反射陣列的一維掃描增益圖國內(nèi)液晶移相性能的研究在毫米波、太赫茲頻段的研究比較晚，大都集中于液晶移相器的發(fā)展[37-40]。從國內(nèi)外的研究結(jié)果看，反射式液晶移相器的發(fā)展具有非常大的潛力和優(yōu)勢，已經(jīng)初具規(guī)模。1.2.2液晶電控掃描透射天線陣列國內(nèi)外研究現(xiàn)狀關(guān)于透射陣列的研究最早開始于對于漏波天線的研究，大量研究人員在很多年以前已經(jīng)開始從事漏波天線的研究。1946年，W.Hansen和W.Mensel首次提出了漏波天線的概念[41-42]。1980年R.Miline提出了一種透射單元設(shè)計[43]，并組成了透射陣列，該陣列工作頻率在5.9GHzGHz，實現(xiàn)了很高的輻射增益，這種偶極子透射陣列具有非常好的交叉極化性能。在1996年，D.M.Pozar提出了一種基于微帶延遲線結(jié)構(gòu)的的透射移相單元[44]，這種單元上方吸收貼片通過接受來自空間中的電磁波，產(chǎn)生激勵電流，中間為基于微帶結(jié)構(gòu)的彎折饋線，能量通過相位延遲線傳輸至下層輻射貼片，通過改變彎折饋線的尺寸，從而實現(xiàn)對于波束的調(diào)控。到了21世紀(jì)，計算機計算能力發(fā)展越來越迅速，全波仿真軟件也開始有了巨大的發(fā)展，透射陣列開始發(fā)展地越來越快。2007年P(guān).Padilla提出了一種在Ku波段工作的透射式波束掃描天線設(shè)計[45]，單元也是基于彎折延遲線結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)的陣列具有良好增益的輻射特性。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-4-圖1-2基于液晶的透射式波束掃描天線設(shè)計在2010年，Colan提出了一種基于寬帶諧振型結(jié)構(gòu)的透射移相單元設(shè)計[46]，該單元利用了雙方環(huán)結(jié)構(gòu)的設(shè)計，其中外環(huán)負(fù)責(zé)低頻段的諧振，內(nèi)環(huán)負(fù)責(zé)高頻段的諧振，從而實現(xiàn)了寬帶特性，在通帶內(nèi)透射損耗低于3dB，相移高于270°，同時該透射陣列天線在測試中實現(xiàn)了28.59dBi的增益，且口徑效率高達(dá)47%。在2013年清華楊帆教授，對透射型單元進行細(xì)致的分析與研究[47]，通過觀察四種結(jié)構(gòu)的1dB透射損耗的移相能力，得出結(jié)論：單層透射陣列單元無法實現(xiàn)360度的相移，必須依靠多層陣列，通過透射損耗以及相移能力的折中，在3dB損耗內(nèi)實現(xiàn)360度的相移，觀察發(fā)現(xiàn)三層透射單元具有最為優(yōu)良的特性。在同一年他們提出了一種新型的透射式移相單元[48-49]，結(jié)構(gòu)為純金屬設(shè)計，如下圖所示，通過改變單元上的縫隙尺寸，實現(xiàn)了1dB損耗內(nèi)360度的相移，天線的1dB增益帶寬非常窄僅有4.2%。在后一年又提出了基于三層螺旋極子結(jié)構(gòu)[50]，在2dB透射損耗內(nèi)實現(xiàn)了360度左右的相移，該透射式波束掃描天線的1dB帶寬和3dB損耗帶寬分別達(dá)到了9%，19.4%，提升了結(jié)構(gòu)的性能。圖1-3基于十字縫縫隙結(jié)構(gòu)的透射式移相單元


本文編號：3290243