Sub-THz液晶移相器研究

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太赫兹技术广泛应用于卫星通信、雷达探测和物体监测成像等研究领域,关乎国计民生,具有重要的科研应用价值。太赫兹技术的不断应用和发展,对移相器的性能有了更高的要求。液晶作为高性能各向异性材料,适合应用于相位连续可调的太赫兹移相器。本文针对基于液晶材料的亚太赫兹移相器的设计、仿真与加工测试展开研究。首先展开基于液晶材料的反射式移相器研究。在设计分析单偶极子液晶移相单元的研究方法基础上,总结了反射式液晶移相单元的设计分析方法,设计了一款工作中心频率在100GHz的多谐振太赫兹反射式液晶移相单元,在98~103GHz频率范围内实现了超过360°的相移。重点介绍了微带线结构的液晶移相器研究。本文设计倒置微带线结构移相器仿真模型,分析结构设计方法。设计了新型倒置微带线结构的移相器,在91.2~110GHz内实现了超过360°的相移,实现了21.2°/mm的相移量。接着进行了微带线结构的移相器小型化研究,设计了工作在111~125GHz范围内的基于复合左右手结构的液晶移相器,在工作频段内,反射系数小于-15dB,传输系数大于-5dB,实现了52.8°/mm相移量。开展了太赫兹微带线式液晶移相器的实验研究。首先设计了微带线结构太赫兹液晶移相器测试方案。仿真设计了双波导口结构的微带线太赫兹液晶移相器的测试电路,包括射频波导微带过渡结构、直流偏置滤波器与直流偏置-输出双工结构等关键电路。在此基础上,设计了移相器测试电路加工版图与三维腔体结构。对加工的测试电路及腔体进行了整体装配与测试,进行实物测试,实现了在90~103.5GHz频段内,超过103.2°的相移。测试结果验证了在亚太赫兹频段微带线结构太赫兹液晶移相器设计及测试方案的可行性。
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