【摘 要】
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定频扫描天线,能够在固定频点控制天线的波束指向,有效地节约了频谱资源。目前,应用范围最广的定频扫描天线是相控阵天线。相控阵天线的原理是通过对相位的控制来改变天线主瓣的指向,进而实现天线的波束扫描。但是由于相控阵天线往往带有大量的移相器,使得天线的体积增大,成本变高。更严重的是,随着天线阵元数目的增加,移相器数目也会呈现出几何倍数的增长,导致相控阵技术的应用范围收到了限制。于是,液晶全息扫描天线作为
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定频扫描天线,能够在固定频点控制天线的波束指向,有效地节约了频谱资源。目前,应用范围最广的定频扫描天线是相控阵天线。相控阵天线的原理是通过对相位的控制来改变天线主瓣的指向,进而实现天线的波束扫描。但是由于相控阵天线往往带有大量的移相器,使得天线的体积增大,成本变高。更严重的是,随着天线阵元数目的增加,移相器数目也会呈现出几何倍数的增长,导致相控阵技术的应用范围收到了限制。于是,液晶全息扫描天线作为新的波控技术在国内外得到了广泛的关注。除了基本的波束扫描功能外,天线的辐射效率同样是我们关注的重点。现有的全息结构一般都是基于微带线馈电的,导致其效率较低,此外,基于微带线馈电的全息天线存在的另一个问题是其相移常数很难调节,而相移常数在全息天线设计理论中又是至关重要的。而且现有的全息天线都是基于单模谐振的,对幅度的调谐主要是依靠液晶自身的介电常数变化率,液晶的调谐范围又十分有限,导致幅度的调谐效率偏低,漏波效应明显,副瓣电平明显升高。为解决以上问题,本文针对液晶全息电控扫描天线的工作机理以及结构设计展开研究,选择慢波波导对设计的全息天线进行馈电,其具有较高的效率以及较小的损耗,同时易于实现对相移常数的控制。利用电调谐介质液晶作为波束扫描天线的电控介质,通过改变加在液晶两端的单元偏置电压来实现波束扫描,通过调整结构参数提升天线性能。首先设计基于波导馈电的液晶天线单元结构;其次采用漏波天线串行馈电网络,按照全息理论布设阵列,实现液晶电控扫描天线对波束的调控。以上述一系列的研究为基础,本论文设计了以波导为馈电网络载体的液晶电控扫描天线单元以及相应的全息扫描天线阵列。首先设计了平行板波导馈电的液晶全息电控扫描天线,其天线单元在工作频点处的S21约为-2 d B,全频带内S11优于-10 d B,天线单元辐射效率为39%,扫描角度范围为-60°～60°;其次设计了矩形慢波波导馈电的液晶全息电控扫描天线,实现了辐射状态单元在谐振点处的S21约为-2 d B,S11优于-10 d B,天线单元辐射效率为72%;非辐射状态单元在工作频点处的S21约为-0.2 d B,S11同样优于-10 d B,天线单元辐射效率为67%。能量开关比为8.7,扫描角度范围为-60°～60°。
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