基于电控液晶的太赫兹波段反射相控阵研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:oracle_1984
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我们通常把频率范围为0.1至10 THz,波长从0.03 mm至3 mm的电磁波称为太赫兹波。由于自身波段优势,太赫兹受到医疗、航空航天、通信等各个领域的重视。但是近些年来,太赫兹在雷达、通信以及医学界的实用化进程却发展缓慢,尤其是太赫兹波段相控阵研究,一直处于停滞不前的状态,这使得太赫兹科技的实用化进程受到限制。本文中便针对太赫兹相控阵进行研究,解决目前相控阵所遇到的制作复杂、尺寸不合理等问题。由于液晶材料受到电场或磁场影响,介电常数能够发生改变,故而被用作反射相控阵的调控介质,本论文对液晶材料的物理机制进行研究,通过分析,充分应用液晶特性,设计出基于电控液晶的反射相控阵。首先,制作反射式相控阵的子单元,即一种移相器。出于对比,子单元中灌装了四种不同类型的液晶,用太赫兹时域光谱测试系统进行测试。制作成功的子单元确实可以实现相位的移动,移动范围与外加电压的大小以及液晶材料的种类相关。通过计算得出,E7液晶材料制作的子单元最大可达到160°的相位移动,在四种液晶中范围最小。LDn液晶材料制作而成的子单元相位移动范围最大,最高可实现450°相位移动,这为之后的反射相控阵液晶材料选择提供了参考。接着,设计出反射相控阵的结构,选取掺杂15 vol%二甲基亚砜(DMSO)聚3,4-乙烯二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)混合溶液作为基底透明电极,基底上设置4×4方块阵列,LDn液晶材料作为调控介质,金属金作为反射介质,液晶层厚度为200μm。设置参数对此结构进行模拟,模拟结果此结构可以实现光束偏转,偏转角度约为1°。最后,加工制作太赫兹反射相控阵。相控阵通过给阵列上的每列子结构外置电压,使太赫兹经过液晶材料产生不同的相位差,构造新的等相位面,从而实现偏转光束功能。设计光路进行测试,测试结果显示反射相控阵可实现0.8°的光束偏转,与模拟结果基本吻合。本文设计制作的反射相控阵体积小,重量轻,成本低,制作简单,为目前相控阵遇到的部分问题提供了解决方案。
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