【摘要】：在無線通信領域,能夠?qū)崿F(xiàn)頻率的連續(xù)可調(diào)的器件受到越來越多的重視,頻率調(diào)節(jié)的方案一般有三類:機械驅(qū)動、集成電子器件以及可調(diào)材料。其中可調(diào)材料能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)的頻率調(diào)節(jié)。與其他可調(diào)材料相比,液晶在更高頻段具有低損耗、靈活連續(xù)可調(diào)等優(yōu)點,且它具有較低的偏置電壓,并能夠滿足低介電常數(shù)的要求等優(yōu)勢。在電場作用下液晶的介電率呈一定分布狀態(tài),已有的微波及毫米波頻段的液晶器件研究成果未能考慮到這一分布的影響,本文從液晶和微波的相關理論出發(fā),仿真研究液晶微帶器件的頻率可調(diào)特性,并做出實物對仿真結(jié)果進行驗證。具體研究內(nèi)容如下:1)采用數(shù)值方法計算液晶分子指向矢分布得到介電率分布,建立液晶微帶線模型,代入液晶的介電率各向異性分布,研究其對微帶線模式分布和傳輸特性所產(chǎn)生的影響。仿真結(jié)果表明液晶介電率的分布特性使得傳輸線的反射系數(shù)減小,諧振頻率也稍有降低。2)基于液晶的介電率電可調(diào)特性和開路?/2傳輸線諧振器原理,利用CST仿真軟件設計了一個Ka波段液晶諧振器,仿真得到其固有諧振頻率為33.46GHz,加電調(diào)制后諧振頻率移動至31.59GHz。在固有諧振頻率處插入損耗為-1.56dB,回波損耗為-23.5dB,回波損耗小于-20dB的頻帶寬度約為370MHz。仿真結(jié)果表明在液晶的介電率調(diào)節(jié)量為0.4時,可以引起諧振器諧振頻率連續(xù)移動的范圍為1.87GHz,頻率調(diào)節(jié)量為5.6%。3)實驗研究基于液晶的微帶器件的研制方法。研究了兩種方案:玻璃基板光刻和印制電路高頻板。分析了兩種方案各自的利弊,最終按照印制電路板方案進行了基于液晶的諧振器的制作,并且利用矢量網(wǎng)絡分析儀測試了其傳輸參量,測試結(jié)果表明在未施加電壓時諧振器諧振頻率為34.5GHz,插入損耗為-6.6dB,回波損耗為-15.3dB,結(jié)果與理論仿真結(jié)果基本吻合。
[Abstract]:In the field of wireless communication, more and more attention has been paid to the continuously adjustable devices which can realize frequency. There are generally three kinds of schemes for frequency regulation: mechanical drive, integrated electronic devices and tunable materials. The adjustable material can realize continuous frequency regulation. Compared with other tunable materials, liquid crystal has the advantages of low loss, flexible and continuous tunable in higher frequency band, low bias voltage, and can meet the requirements of low dielectric constant. Under the action of electric field, the dielectric rate of liquid crystal is in a certain distribution state. The existing research results of microwave and millimeter wave liquid crystal devices fail to take into account the influence of this distribution. In this paper, we proceed from the theory of liquid crystal and microwave. The frequency tunable characteristics of liquid crystal microstrip devices are simulated and the simulation results are verified. The specific research contents are as follows: (1) the dielectric distribution of liquid crystal molecules is calculated by numerical method. The liquid crystal microstrip line model is established and the anisotropic distribution of the dielectric rate of liquid crystal is substituted. Its influence on the distribution and transmission characteristics of microstrip lines is studied. The simulation results show that the reflection coefficient and resonant frequency of the transmission line are reduced by the distribution of the dielectric rate of the liquid crystal, and the resonant frequency is also slightly reduced.) based on the dielectric tunable characteristic of the liquid crystal and the principle of the open-circuit / 2 transmission line resonator, A Ka-band liquid crystal resonator is designed by using CST simulation software. The inherent resonant frequency is 33.46 GHz and the resonant frequency is shifted to 31.59 GHz after electrified modulation. The insertion loss at the natural resonant frequency is -1.56 dB, the echo loss is -23.5 dB, and the band width of which the echo loss is less than -20 dB is about 370 MHz. The simulation results show that when the dielectric rate of liquid crystal is 0.4, the range of resonant frequency continuous shift is 1.87 GHz and the frequency regulation is 5.6.3) the method of microstrip device based on liquid crystal is studied experimentally. Two schemes are studied: glass substrate lithography and high frequency printed circuit board. The advantages and disadvantages of the two schemes are analyzed. Finally, the LCD based resonator is fabricated according to the PCB scheme, and the transmission parameters are tested by using the vector network analyzer. The results show that the resonant frequency of the resonator is 34.5 GHz, the insertion loss is -6.6 dB, and the echo loss is -15.3dB. the results are in good agreement with the theoretical simulation results.
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN629.1

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本文編號：2129756