本文關(guān)鍵詞：基于互補(bǔ)開(kāi)環(huán)諧振器和向列型液晶微波關(guān)鍵器件研究

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【摘要】：隨著電子技術(shù)的快速發(fā)展,現(xiàn)代電子信息系統(tǒng)除了具備高性能而且向著成本低、重量輕、體積小、可靠性高和功能性強(qiáng)等目標(biāo)迅猛發(fā)展,高性能且小型化的微波無(wú)源器件作為系統(tǒng)中的關(guān)鍵組成部分,對(duì)微波子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)小型化起到了重要作用,目前成為了微波系統(tǒng)研究的重點(diǎn)、難點(diǎn)和熱點(diǎn)。針對(duì)微波無(wú)源器件小型化,本文從小型化諧振器、電磁超介質(zhì)加載、新材料應(yīng)用三個(gè)方面,分別研究了具有陷波可控特性的小型化超寬帶天線、基片集成波導(dǎo)/半�；刹▽�(dǎo)小型化濾波器以及小型化高移相量向列型液晶移相器。本文的主要內(nèi)容包括:1.首先分析了單極子天線輻射振子和地板對(duì)輻射特性的貢獻(xiàn),提出了梯形地板燕尾型輻射振子的設(shè)計(jì)方法,該方法不僅可以明顯改善印刷超寬帶天線的阻抗帶寬而且增加了方向圖的穩(wěn)定性。然后基于小型化超寬帶天線表面電流分布狀態(tài),利用同向互補(bǔ)開(kāi)環(huán)諧振器加載超寬帶天線實(shí)現(xiàn)陷波功能,通過(guò)在天線輻射振子上加載單個(gè)、兩個(gè)以及多個(gè)具有相似結(jié)構(gòu)的同向互補(bǔ)開(kāi)口諧振器,實(shí)現(xiàn)了單陷波/雙陷波/多陷波而且陷波中心頻率可控的小型化超寬帶陷波天線。并通過(guò)分析超寬帶陷波天線的等效電路模型,再結(jié)合天線表面陷波電流分布狀態(tài)分析,闡述了陷波產(chǎn)生的原理,理論上證明了該陷波超天線設(shè)計(jì)方法的正確性。實(shí)測(cè)結(jié)果表明,基于梯形地板的多陷波超寬帶天線尺寸僅有25 mm×27.9mm,阻抗帶寬為2-15GHz,三陷波頻段可覆蓋3.7-4.25GHz、5.12-5.48GHz、5.66-5.98GHz,陷波頻段最低輻射效率僅有3%,陷波頻段增益相比通頻段內(nèi)增益下降12dB且在2-12GHz頻段內(nèi)遠(yuǎn)場(chǎng)輻射方向圖全向性較好。2.基于基片集成波導(dǎo)(SIW)/半模基片集成波導(dǎo)(HMSIW)工作原理和傳輸特性,首先通過(guò)SIW上層金屬面加載互補(bǔ)開(kāi)環(huán)諧振器(CSRR)單元,設(shè)計(jì)并驗(yàn)證了CSRR加載平面集成傳輸線結(jié)構(gòu)可對(duì)消逝模進(jìn)行放大從而實(shí)現(xiàn)濾波特性的方法。從仿真散射參數(shù)中提取了等效磁導(dǎo)率和等效介電常數(shù),闡述了該濾波器通帶和阻帶產(chǎn)生的機(jī)理。進(jìn)一步利用變形雙開(kāi)口CSRR單元加載于HMSIW導(dǎo)波結(jié)構(gòu),提出了基于CSRR放大消逝模的HMSIW濾波器,該濾波器在明顯減小體積的同時(shí),實(shí)現(xiàn)了良好的帶外抑制特性。結(jié)合傳輸線理論、等效電路原理對(duì)該新型加載結(jié)構(gòu)進(jìn)行了準(zhǔn)確的建模分析。測(cè)試結(jié)果表明設(shè)計(jì)的HMSIW濾波器,中心頻率位于5.017GHz,3dB帶寬為944MHz(4.52GHz-5.464GHz),通帶帶寬達(dá)19%,在5.06GHz到5.29GHz的通帶范圍內(nèi)回波損耗大于15dB,整體尺寸僅有20mm×9mm,表明該消逝模濾波器在保證性能的同時(shí),相對(duì)于傳統(tǒng)波導(dǎo)濾波器體積明顯減小。3.通過(guò)理論推導(dǎo),分析了向列型液晶指向矢計(jì)算原理,研究了向列型液晶指向矢與折射率之間的關(guān)系,提出了基于倒置微帶線結(jié)構(gòu)向列型液晶移相器。進(jìn)而分析了倒置微帶線結(jié)構(gòu)和向列型液晶材料的關(guān)鍵參數(shù)(基片厚度、液晶厚度等)對(duì)移相器性能的影響,得到了制備液晶移相器時(shí)選用材料的基本原則,優(yōu)化器件結(jié)構(gòu)并制作了以金屬銅為地板、尺寸為125mm×20mm的液晶移相器,該移相器調(diào)諧電壓為0-10V,在10MHz-6GHz頻率可實(shí)現(xiàn)0-150度相對(duì)相移量,重量56克。為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)移相器的小型化和輕量化,提出了金屬鋁地板結(jié)合倒置微帶蛇形線結(jié)構(gòu)向列型液晶移相器,該移相器在體積和重量明顯減小的同時(shí),移相量明顯提高。測(cè)試結(jié)果表明該向列型微波移相器尺寸僅有30mm×35mm,在10MHz-6GHz頻率范圍內(nèi)通過(guò)調(diào)諧電壓0-10V,可實(shí)現(xiàn)0-200度相對(duì)移向量,實(shí)際重量?jī)H有26克,有效地實(shí)現(xiàn)了微波頻段移相器小型化、工作電壓較低、移相量大的目標(biāo)。
【關(guān)鍵詞】：陷波天線 互補(bǔ)開(kāi)環(huán)諧振器 消逝模濾波器 向列型液晶 移相器
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TN629.1;TN61
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 緒論12-25
• 1.1 引言12
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-23
• 1.3 本文研究的主要內(nèi)容及文章結(jié)構(gòu)23-25
• 第二章 開(kāi)環(huán)/互補(bǔ)開(kāi)環(huán)諧振器理論分析25-32
• 2.1 引言25
• 2.2 電磁介質(zhì)的重要特性25-27
• 2.3 開(kāi)環(huán)/互補(bǔ)開(kāi)環(huán)諧振器特性及其等效電路27-31
• 2.4 本章小結(jié)31-32
• 第三章 陷波可控小型化超寬帶天線研究32-66
• 3.1 引言32-33
• 3.2 UWB印刷單極子天線設(shè)計(jì)33-43
• 3.2.1 UWB天線要求和設(shè)計(jì)方法33-34
• 3.2.2 地板對(duì)天線的影響34-43
• 3.3 具有單/雙陷波特性的超寬帶天線實(shí)現(xiàn)43-58
• 3.3.1 陷波結(jié)構(gòu)特性分析43-45
• 3.3.2 具有單陷波特性UWB天線設(shè)計(jì)45-48
• 3.3.3 具有雙陷波特性UWB天線的設(shè)計(jì)48-53
• 3.3.4 具有雙陷波結(jié)構(gòu)UWB天線測(cè)試與分析53-58
• 3.4 具有可控多陷波UWB天線設(shè)計(jì)58-65
• 3.4.1 可控多陷波結(jié)構(gòu)UWB天線分析58-61
• 3.4.2 多陷波結(jié)構(gòu)UWB天線的實(shí)驗(yàn)測(cè)試61-65
• 3.5 本章小結(jié)65-66
• 第四章 基于SIW/HMSIW高選擇性小型化CSRR濾波器研究66-95
• 4.1 引言66-67
• 4.2 SIW/HMSIW電磁性能分析67-76
• 4.3 基于SIW對(duì)偶CSRR消逝模濾波器設(shè)計(jì)76-86
• 4.4 基于HMSIW改進(jìn)型CSRR濾波器研究86-94
• 4.5 本章小結(jié)94-95
• 第五章 基于向列型液晶小型化微波移相器研究95-121
• 5.1 引言95-96
• 5.2 微波移相器和液晶材料分類(lèi)及其應(yīng)用96-99
• 5.2.1 微波移相器分類(lèi)96
• 5.2.2 液晶的分類(lèi)及其應(yīng)用96-99
• 5.3 液晶材料物理特性及液晶移向器原理分析99-108
• 5.3.1 液晶雙折射現(xiàn)象及分析方法和電控雙折射效應(yīng)99-100
• 5.3.2 液晶指向矢和折射率的計(jì)算100-102
• 5.3.3 液晶的介電各向異性102-103
• 5.3.4 液晶移相器的原理103-104
• 5.3.5 向列型液晶介電系數(shù)的測(cè)量及分析104-108
• 5.4 液晶移相器的結(jié)構(gòu)和性能分析108-112
• 5.4.1 液晶移相器結(jié)構(gòu)分析108-109
• 5.4.2 移相器性能分析109-112
• 5.5 微波液晶移相器設(shè)計(jì)與驗(yàn)證112-119
• 5.6 本章小結(jié)119-121
• 第六章 結(jié)論和展望121-124
• 6.1 本文所做的創(chuàng)新型工作及貢獻(xiàn)121-122
• 6.2 下一步工作展望122-124
• 致謝124-125
• 參考文獻(xiàn)125-136
• 攻博期間取得的研究成果136-138

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本文編號(hào)：1132510