电控扫描阵列天线由于其灵活快速的波束控制方式,已经广泛应用在针对不同需求的无线电子系统中,同时为减小天线系统的体积与成本,实现高性能与多功能的目标,采用新原理、新材料的电控扫描阵列天线也在逐步发展。其中液晶材料作为一种介电可控的高分子材料,将其作为电控扫描方向图可重构天线的调谐媒质,相较于其他可重构天线技术,可实现连续调谐、高频损耗小、低成本与易集成等优势。因此基于以上研究背景,本文开展了两种基于液晶材料的电控阵列天线方案的研究,主要工作概括如下:1.开展了液晶材料电控调谐技术原理及液晶材料响应时间特性研究。对向列相液晶材料在微波频段的分子特性与其在不同温度下取向有序参数进行了说明,同时分析了液晶材料的电控调谐原理与过程;其次探究了基于液晶材料的微波器件响应时间影响因素,并采用微波谐振法对液晶材料响应时间测试电路与测试平台进行了探讨。2.开展了Ka波段基于电控液晶移相器的相控阵天线研究。基于电控可调液晶移相器的相控阵天线设计理论,研制了一款Ka波段基于液晶反射式移相器的1×4平面相控阵天线。本文中设计的相控阵天线利用多层PCB工艺实现了集成化与小型化特性,该相控阵天线结构由平面磁电偶极子天线单元、液晶反射式移相器与包含偏压加载电路与隔直电路的功分网络组成,同时设计了基于FPGA的四路可调电源模块实现了相控阵天线各移相器单元的偏置电压单独控制与连续可调。天线中心频率为35GHz,整体大小为35mm×50mm×2.5mm,测试结果表明,通过电源模块调谐各单元的激励相位,阵列实现了一维相扫,扫描角度为±20°,主瓣增益可达5.7dBi。3.开展了K波段基于真实时延的液晶平面反射阵天线研究。根据方向图可重构的平面反射阵天线设计原理,研制了一款K波段基于真时延技术的液晶平面反射阵天线。反射阵天线单元采用加载液晶材料的延迟线结构实现反射相位调控,并通过缝隙耦合馈电实现谐振贴片的辐射,天线中心频率为24GHz,通过实验测试表明平面反射阵单元反射相位超过360°且曲线线性度较好。并利用上述反射单元进行反射阵列设计,小口径反射阵共有10×10=100个单元,其口径大小为75mm×75mm,为了实现通过电压控制液晶介电常数变化,进而实现对每个反射单元单独的相位补偿,设计了一种100路可调电源模块。该模块采用FPGA结合高压DAC来实现,可实现直流电压0-30V步进可调,单独、程序控制。实验结果表明,在22.1GHz-26.1GHz的频率范围内可实现的3dB增益带宽为16.7%,主瓣最大增益为20.2dBi,最大二维扫描角度±45°。