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可调谐器件是现代无线通信系统的重要组成部分。向列相液晶(NLC)作为一种新型调谐元件，其工作频段可达10GHz以上且具有低损耗特性。本文旨在研究适用于微波天线结构的液晶NLC的电磁特性，液晶可调谐特性，液晶结构设计及其潜在应用，并设计一种基于向列相液晶的可调谐装置，使之能够与传统天线结构整合并实现移相效果。本论文由以下五部分组成。
第一部分，通过液晶材料的理论分析，对液晶分子取向角的广义方程进行了推导，得到了方位角和液晶响应时间的微分方程解的数值方法。并采用有限差分方法进行分析，由此方向角获得了较传统方法更为精确的结果。
第二部分，提出一种新型电倒置微带线移相器装置，通过交流控制向列相液晶分子取向角，实现了NLC分子排列顺序的改变。交流偏置电压从0V增加到20V时，器件的相移变化为45°，插入损耗从0.56dB改变为1.06dB。同时，品质因数值达到76.15°/dB。
第三部分，对于可调的单波束天线，提出了一种液晶可调的半模基片集成漏波天线(HMSIW-LWA)，并通过引入过渡结构，提高HMSIW-LWA输入功率辐射模式的效率。通过对新型基于NLC调谐介质特性的研究，有效的控制了液晶分子的取向角。当偏置电压由0V变为20V时，HMSIW-LWA的主瓣方向在NLC的作用下可以在特定频率实现±26°的变化范围，增益从6dB增加到9.4dB。
第四部分，对于可调双波束天线，本文提出了一种基于液晶NLC技术的新型(*)形可调谐双波束微带漏波天线(MLWA)。该新型(*)形微带可实现双波束的辐射模式。利用基于IMSL控制的NLC结构，并借助折线结构，MLWA的体积缩小了55%。在YZ平面内，该天线的远场波束指向±38°。此外，当偏置电压由0V变为20V时，在XZ平面之内方向图改变了±25°，并逐步转变为双波束辐射模式。当移相器的偏置电压由0变为20V时，天线的增益始终大于6dB，在XZ平面内的双波束对称辐射角可达±48°。
第五部分，在单元漏波天线的基础上，提出了一种新型(*)形的基于NLC技术的双波段双波束微带阵列。该天线的两个谐振模式分别出现在9.955GHz和12.23GHz，通过0V变为20V交流电压的变化，一方面控制液晶的分子调节，从而实现双波束；另一方面实现了1.085GHz和1.43GHz两个谐振模式的谐振频率的变化。在9.955GHz频点，YZ平面双波束对称辐射角可达±39°，半功率波束宽度为48.5°；在12.23GHz频点，最大可实现53.7°的半功率波束宽度。此外，该天线阵列的增益大于7.18dB。
第一部分，通过液晶材料的理论分析，对液晶分子取向角的广义方程进行了推导，得到了方位角和液晶响应时间的微分方程解的数值方法。并采用有限差分方法进行分析，由此方向角获得了较传统方法更为精确的结果。
第二部分，提出一种新型电倒置微带线移相器装置，通过交流控制向列相液晶分子取向角，实现了NLC分子排列顺序的改变。交流偏置电压从0V增加到20V时，器件的相移变化为45°，插入损耗从0.56dB改变为1.06dB。同时，品质因数值达到76.15°/dB。
第三部分，对于可调的单波束天线，提出了一种液晶可调的半模基片集成漏波天线(HMSIW-LWA)，并通过引入过渡结构，提高HMSIW-LWA输入功率辐射模式的效率。通过对新型基于NLC调谐介质特性的研究，有效的控制了液晶分子的取向角。当偏置电压由0V变为20V时，HMSIW-LWA的主瓣方向在NLC的作用下可以在特定频率实现±26°的变化范围，增益从6dB增加到9.4dB。
第四部分，对于可调双波束天线，本文提出了一种基于液晶NLC技术的新型(*)形可调谐双波束微带漏波天线(MLWA)。该新型(*)形微带可实现双波束的辐射模式。利用基于IMSL控制的NLC结构，并借助折线结构，MLWA的体积缩小了55%。在YZ平面内，该天线的远场波束指向±38°。此外，当偏置电压由0V变为20V时，在XZ平面之内方向图改变了±25°，并逐步转变为双波束辐射模式。当移相器的偏置电压由0变为20V时，天线的增益始终大于6dB，在XZ平面内的双波束对称辐射角可达±48°。
第五部分，在单元漏波天线的基础上，提出了一种新型(*)形的基于NLC技术的双波段双波束微带阵列。该天线的两个谐振模式分别出现在9.955GHz和12.23GHz，通过0V变为20V交流电压的变化，一方面控制液晶的分子调节，从而实现双波束；另一方面实现了1.085GHz和1.43GHz两个谐振模式的谐振频率的变化。在9.955GHz频点，YZ平面双波束对称辐射角可达±39°，半功率波束宽度为48.5°；在12.23GHz频点，最大可实现53.7°的半功率波束宽度。此外，该天线阵列的增益大于7.18dB。