基于液晶的太赫兹反射式电控扫描天线

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随着太赫兹技术的迅猛发展,拥有波束赋形功能的太赫兹辐射器件在无线通信、雷达系统、医学成像与诊断、安全检测等领域的应用越来越广泛。而其中可重构反射阵列天线由于其高增益、低损耗、低旁瓣电平、波束赋形等特点,受到国内外研究人员的广泛关注。基于液晶的电控扫描天线可以利用液晶改变每一个阵元的反射相位,实现波束赋形的能力。本文利用液晶材料设计了一个太赫兹频段的双偶极子移相单元,基于该单元设计出电控扫描天线的整体结构。本文首先介绍了液晶材料的介电可调特性,利用太赫兹时域光谱系统(THz-TDS)和频率选择表面(FSS)测试了三种向列型液晶E7、S200、HFUT-HB01在100GHz和300GHz的介电常数和损耗角正切,通过测试结果的对比分析得到HFUT-HB01的?ε最大,达到1.1。其次本文设计了一种基于液晶材料的双偶极子移相单元,通过软件仿真计算得到该单元的移相特性,研究了移相单元结构参数改变对移相性能的影响,仿真结果证明了液晶对移相单元反射相位的调节能力。通过光刻工艺制作完成移相单元阵列,该阵列刻蚀在4cm×4cm的石英玻璃片上,由40×40个阵列单元组成。通过测试得到HFUT-HB01制作的双偶极子移相单元在334.025GHz最大相移为428.5°,移相范围超过360°的带宽为7.575GHz。最后基于双偶极子结构设计了由30×30个阵列单元组成的电控扫描天线,通过软件仿真证明该天线可以实现25°的波束扫描功能,在波束角度为0°、12.5°、25°的最大增益分别为24.5 dBi、23.6 dBi、20.2dBi。本文的研究内容为太赫兹频段的可重构反射阵列天线提供了一个设计思路。
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