近年來(lái),液晶材料由于其介電常數(shù)連續(xù)可調(diào)特性以及其高頻段低損耗等特性而越來(lái)多地被應(yīng)用到微波器件設(shè)計(jì)當(dāng)中,然而液晶材料具有各向異性并且在微波器件中呈非均勻分布,這種復(fù)雜性導(dǎo)致液晶微波器件的精確建模和數(shù)值仿真都十分困難,設(shè)計(jì)工作也缺乏相應(yīng)的技術(shù)支撐。從上述問(wèn)題出發(fā),本課題以液晶材料的介電響應(yīng)特性和能量耦合為切入點(diǎn),通過(guò)基于有限差分?jǐn)?shù)值解法的矢量法對(duì)液晶分子指向矢進(jìn)行了精確地仿真模擬,進(jìn)而對(duì)液晶微波電調(diào)諧特性以及噪聲對(duì)微波特性的影響展開了深入的研究,并基于此對(duì)液晶變極化天線的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了深入的探討。本文的研究工作對(duì)于液晶微波移相器、波束掃描天線等可調(diào)微波器件技術(shù)的發(fā)展具有重要的意義。本文的研究?jī)?nèi)容重點(diǎn)在于如下幾個(gè)方面。首先,本文對(duì)液晶材料的介電特性以及其連續(xù)體彈性形變理論進(jìn)行了研究,對(duì)電場(chǎng)作用下液晶分子的弗里德里轉(zhuǎn)變現(xiàn)象進(jìn)行了探討,完成了液晶指向矢求解的理論推導(dǎo),得到液晶彈性勢(shì)能與電場(chǎng)能的耦合機(jī)理的數(shù)學(xué)表達(dá),為進(jìn)一步研究做理論基礎(chǔ)。然后,從液晶介電響應(yīng)特性以及能量耦合理論關(guān)系出發(fā),分別進(jìn)行了非均勻各向異性介質(zhì)的內(nèi)電場(chǎng)建模以及基于矢量法的液晶指向矢求解,采用基于有限差分法的動(dòng)態(tài)交叉迭代方法,對(duì)液晶分子場(chǎng)與電場(chǎng)進(jìn)行迭代求解,得到不同控制電壓下的微帶線等模型中的液晶指向矢分布、介電張量分布以及電場(chǎng)分布,并在CST軟件中利用VBA語(yǔ)言對(duì)液晶區(qū)域進(jìn)行半自動(dòng)化建模,從而對(duì)MATLAB中的液晶區(qū)域的電勢(shì)場(chǎng)進(jìn)行驗(yàn)證,證明了求解方法的有效性。然后在該方法的基礎(chǔ)之上,將噪聲耦合到液晶系統(tǒng)總能量當(dāng)中,對(duì)微帶線調(diào)諧器件進(jìn)行了仿真,研究了噪聲對(duì)其特性阻抗、相移常數(shù)等微波特性的影響。最后基于液晶指向矢求解方法以及有效介電常數(shù)等效法,設(shè)計(jì)了一種0°到180°移相量連續(xù)可調(diào)的液晶移相器,并對(duì)其調(diào)諧率進(jìn)行了研究,進(jìn)而設(shè)計(jì)了一種基于該移相器的變極化天線,該天線可實(shí)現(xiàn)?45?線極化以及左旋與右旋圓極化四種極化狀態(tài)之間的連續(xù)可調(diào)。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN820
【部分圖文】：

有助于提高液晶調(diào)諧性能。外研究現(xiàn)狀相器比鐵氧體移相器、PIN 型移相器等傳統(tǒng)移相器的各方面移相器進(jìn)行了諸多研究。美國(guó)、德國(guó)等高校的研究團(tuán)隊(duì)早在移相器方面的研究，近年來(lái)國(guó)外對(duì)液晶電調(diào)器件的研究出不年，Technische Universitaet Darmstadt 的 Christian Weickhma于衛(wèi)星上的液晶移相器，如圖 1-1 所示。該液晶移相器采用在波導(dǎo)中，它可以便捷的與相控陣天線陣列中的波導(dǎo)裝置進(jìn) 21-35GHz，在工作頻率范圍內(nèi)，其移相量為 600°，損耗為移相器應(yīng)用于衛(wèi)星中，它的密度僅為 1.1g/cm3[25]。同年，et Darmstadt 的 M. Jost, R. Reese, C. Weickhmann 等人設(shè)計(jì)了開關(guān)的延遲線液晶移相器，該移相器應(yīng)用于太赫茲頻段，采工，測(cè)試結(jié)果表明，該移相器在 100GHz 時(shí)，移相量為 105°/dB][26]。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文，ArshadMehmood 等人設(shè)計(jì)了一款與 4×1 介質(zhì)諧振器天折線移相器，如圖 1-2 所示，其天線陣面基板采用透明玻諧振器進(jìn)行耦合饋電。其液晶槽采用非對(duì)稱填充，通過(guò)各度的不同以達(dá)到波束偏轉(zhuǎn)。測(cè)得液晶移相器單元移相量為描角度為 40°[27]。

-3 用于太空環(huán)境下的倒置微帶線液晶移相器示意 H. Xu and D. P. Chu 等人同樣針對(duì)共面波導(dǎo)液晶移相器，由于文獻(xiàn)[31]的設(shè)計(jì)中，液晶頻率大于 60 GHz 時(shí)存在較大色散，因此隙中，有效的解決了上述問(wèn)題，經(jīng)仿真發(fā)現(xiàn) 時(shí)達(dá)到 66°/dB[32]。線，主要實(shí)現(xiàn)極化狀態(tài)的改變是利用 PIN 二re A.等人提出一種微帶 E 形貼片變極化天線，通過(guò)控制二極管開關(guān)，使得縫隙長(zhǎng)度不同年，德國(guó)的 Onur Hamza Karabey 提出一種諧耦合線的耦合系數(shù)，實(shí)現(xiàn)線極化與圓極示。并且將文獻(xiàn)[34]中應(yīng)用于 S 波段的半導(dǎo)可將工作頻率提高到 13.75 GHz，回波損耗狀態(tài)之間的連續(xù)改變[35]。
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 彭毅;章文勛;;應(yīng)用交指電容加載環(huán)諧振器的微帶帶阻濾波器[J];電波科學(xué)學(xué)報(bào);2009年05期

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相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 鐘壘;可重構(gòu)天線的研究及其在時(shí)間反演系統(tǒng)中的應(yīng)用[D];電子科技大學(xué);2016年

2 陳軼博;可重構(gòu)微帶天線及寬帶圓極化微帶天線研究[D];西安電子科技大學(xué);2008年

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1 徐坤;縫隙耦合饋電的雙極化微帶無(wú)線研究[D];國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2007年

本文編號(hào)：2841427