發(fā)布時(shí)間：2020-11-05 13:16

　　 近年來,太赫茲技術(shù)在通信,無損檢測,生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域都取得了長足的發(fā)展和應(yīng)用。作為太赫茲應(yīng)用系統(tǒng)中的重要組成部分,太赫茲相控陣天線卻非常匱乏,限制了太赫茲應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展。液晶相移器件憑借其優(yōu)異的電控調(diào)諧能力,可以實(shí)現(xiàn)在毫米波及太赫茲頻段的相位調(diào)節(jié)功能,同時(shí)基于液晶材料太赫茲反射式相控陣天線具有成本低,小型化以及靈活的電控波束掃描能力等優(yōu)勢,因而受到國內(nèi)外研究人員的廣泛關(guān)注。本文主要圍繞太赫茲頻段的反射式液晶移相單元及構(gòu)成的反射式相控陣天線設(shè)計(jì)展開相關(guān)研究。本文首先介紹了液晶材料在微波及太赫茲頻段的電磁特性,分析了液晶分子在不同電壓下的排列情況,同時(shí)介紹了不同頻段下液晶介電常數(shù)的測量方法。本文著重設(shè)計(jì)了一種雙偶極子結(jié)構(gòu)的反射式液晶移相單元,仿真并分析了該單元的移相特性。計(jì)算結(jié)果證明了液晶介電常數(shù)對反射波特性的調(diào)節(jié)能力,可以在350GHz左右的太赫茲頻段實(shí)現(xiàn)良好的相位調(diào)節(jié)功能。加工雙偶極子單元陣列并進(jìn)行了測試,分別填充兩種不同型號的液晶材料S200和HFUT-HB01進(jìn)行了比較。對液晶施加不同的偏置電壓信號,通過矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測試反射系數(shù)的幅度和相位變化。測試結(jié)果顯示S200型液晶可以在356 GHz實(shí)現(xiàn)240°的最大相移。采用HFUT-HB01液晶材料,加載40 V的偏置電壓,在353.5-359.3 GHz的頻段內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)350°以上相移,在357 GHz實(shí)現(xiàn)362°的最大相移。為了提高設(shè)計(jì)精度,采用了一種考慮了液晶各向異性和不均勻性的精確模型,并與均勻模型進(jìn)行比較分析。最后基于雙偶極子結(jié)構(gòu)的液晶反射單元,設(shè)計(jì)了一個由40×40個單元組成的太赫茲反射陣列天線,并仿真計(jì)算了其輻射特性,計(jì)算結(jié)果顯示該天線可以實(shí)現(xiàn)-20°-20°的掃描能力。研究工作為太赫茲頻段內(nèi)的電控掃描天線設(shè)計(jì)提供了一個解決方案。
【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】：2018
【中圖分類】：TN821.8
【部分圖文】：

第一章 緒論第一章 緒論文的研究背景和意義 太赫茲技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用赫茲（THz）波是指頻率在 0.1~10 THz 范圍內(nèi)的電磁波，在電磁波圖 1.1 所示，其頻率介于毫米波和紅外光之間，在長波段與毫米波重向與紅外光重疊。因此 THz 輻射具有很多不同于其他波段的特殊性的特性有：

波束掃描功能的天線是必不可少的器件。因此開展對于太赫茲線的研究具有十分重要的意義。射陣列天線的研究進(jìn)展衛(wèi)星通信，雷達(dá)，航天技術(shù)的不斷發(fā)展和通信頻率的不斷提升，在不斷的增加。其中高增益天線是在雷達(dá)以及遠(yuǎn)距離通信系統(tǒng)。對于此類通信系統(tǒng)，通常還需要天線具有良好的波束賦形能束和快速的波束掃描能力。傳統(tǒng)的高增益天線一般有反射面天射面天線是最常見的一類高增益天線，在微波頻段的常規(guī)增益上[9]。但是反射面天線由于其復(fù)雜的表面結(jié)構(gòu)，在高頻段的加工難面天線通過機(jī)械轉(zhuǎn)動的方式來實(shí)現(xiàn)波束的掃描，很難實(shí)現(xiàn)寬角。相比于反射面天線，陣列天線可以通過饋電網(wǎng)絡(luò)控制每個陣度和相位，實(shí)現(xiàn)靈活快速的波束掃描功能。但是，相控陣天線其具有高昂的制造成本，也帶來了較高的傳輸損耗。為了克服這提出了一種新型的反射陣列天線[10-13]。

圖 1.3 幾種典型的反射陣列單元Fig 1.3 Various typical reflectarray elements列天線的結(jié)構(gòu)確定了之后，波束的指向也就確能。為了實(shí)現(xiàn)對天線波束指向的電控掃描功能，通過引入低損耗，可以工作在高頻段的相移器件中的關(guān)鍵器件，目前常用的移相器有固態(tài)調(diào)諧器極管），以及的 RF MEMS 技術(shù)[20-22]等。PIN 及變Hz 的可重構(gòu)反射陣列單元。在文獻(xiàn)[18]采用變?nèi)萜�，相移范圍達(dá)到 360°。文獻(xiàn)[19]中，利用 PIN單元構(gòu)成的可重構(gòu)反射陣列天線，可以在 X 波段利用 MEMS 技術(shù)設(shè)計(jì)了 12 GHz 的移相結(jié)構(gòu)，并容二極管以及 RF MEMS 移相器可以實(shí)現(xiàn)在微波Hz 以上的頻率時(shí)，這幾種器件具有較大的損耗以
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2871684