液晶材料的介电性能测量与测试系统设计研究

论文摘要

液晶材料的发现及命名可知,液晶是处于固相和液相之间的中介相,既具有液体的流动性也具有晶体的各向异性等特征。液晶具有很多独特的物理特性,包括介电的各向异性、双折射率以及液晶分子对电场和磁场具有介电可调谐的特性。液晶除了作为显示领域展现出优异的光电特性外,还被用来制成液晶移相器、液晶可重构天线、延迟线、液晶滤波器等一系列液晶微波器件。以上这些应用都与液晶材料的介电性能密不可分,因此研究液晶材料在微波领域的介电性能一直是个重大课题。本文先介绍液晶材料的物理特性和微波测量相关的理论,包括测量基础理论和传输线的相关理论。接着,使用三种不同方法来测量液晶的介电常数并搭建了相应的测试系统。因为液晶材料的独特性质其能在施加电场和磁场具有介电参数可调谐的特性,本文分别采用脊波导腔谐振微扰法对液晶材料进行测试并对液晶施加磁场并通过改变静磁场大小和方向来对液晶进行调谐。液晶分子在磁场的作用下发生偏转并通过脊波导谐振腔在奇模下其TE模电场方向与液晶分子指向矢方向的关系来分别测出液晶分子两种极限状态下的介电参数,从而计算出液晶材料各向异性值。紧接着,文中又采用微带谐振法测试液晶并通过电压来进行调谐,液晶分子会随着所加电压的大小而发生偏转,即液晶的等效介电常数发生改变并通过HFSS仿真与具体实验结果拟合出液晶的介电常数与电压的关系,建立了测试液晶介电参数的测量系统。最后通过使用同轴终端开路法来测试液晶的介电常数,设计了合适的同轴探头,测试了几款液晶材料在常态下的介电常数。这三个系统各自有着不同的优缺点,脊波导法要求样品是圆柱形的无法施加电极故无法对其进行加电测试,而此方法施加磁场较为方便。为了能测试出液晶的介电的各向异性需要先给液晶分子进行取向处理,要给出一个预倾角使得液晶分子在电场的作用下所有的液晶分子会转向一致并在电场消失时候液晶分子又会恢复到最初的状态。在这种情况下,选用微带谐振法测试可以满足上述要求。同轴终端开路法具有频带宽连续可测以及测量步骤简单等诸多优点。本文在对测试理论以及硬件都具备的条件下搭建各个液晶介电常数测试系统,对液晶材料进行测试,在得到测试结果之后需要进行误差分析,以验证测量结果的准确性。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 课题研究背景以及意义
•   1.2 国内外研究历史与现状
•     1.2.1 液晶测试国外研究现状
•     1.2.2 液晶测试国内研究现状
•   1.3 本论文的主要工作及创新
•   1.4 本论文的结构安排
• 第二章 液晶材料特性及微波测量相关理论
•   2.1 液晶材料介绍
•   2.2 液晶材料的物理特性
•     2.2.1 液晶介电的重新取向
•     2.2.2 液晶分子有效介电以及电调谐特性
•     2.2.3 液晶的双折射效应
•   2.3 传输线与微波测量相关理论
•     2.3.1 传输线有关理论
•     2.3.2 微波测量的相关理论
•   2.4 本章小结
• 第三章 基于脊波导腔对液晶的加磁测试
•   3.1 空腔微扰法
•     3.1.1 微扰法理论
•     3.1.2 双脊波导对液晶加磁场理论研究
•     3.1.3 双脊波导腔的理论研究
•   3.2 双脊波导的仿真研究
•     3.2.1 HFSS仿真软件简介
•     3.2.2 双脊波导的仿真
•   3.3 系统的集成与测试
•     3.3.1 测试系统集成
•     3.3.2 液晶材料的测试与结果分析
•     3.3.3 误差分析
•   3.4 本章小结
• 第四章 基于微带谐振法的偏置电压测试
•   4.1 测试原理介绍
•     4.1.1 微带线基本理论
•     4.1.2 微带谐振器简介
•   4.2 液晶微波器件的设计
•     4.2.1 基板的取向和锚定
•     4.2.2 基板封装
•     4.2.3 偏置电压设计
•     4.2.4 测试系统的集成
•   4.3 测试结果分析
•   4.4 本章小结
• 第五章 同轴终端开路法液晶介电测试
•   5.1 同轴终端开路理论模型
•     5.1.1 集总参数等效电路模型
•     5.1.2 准静态模型
•   5.2 同轴终端开路法仿真研究
•   5.3 同轴终端开路法系统集成于测试
•     5.3.1 同轴终端开路的系统集成
•     5.3.2 探头校准
•     5.3.3 测试结果分析
•     5.3.4 误差分析
•   5.4 本章小结
• 第六章 全文总结与展望
•   6.1 课题的研究内容与优势
•   6.2 论文不足与工作展望
• 致谢
• 参考文献

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 陈宗

导师: 赵青

关键词: 液晶,介电常数,测试系统,加电调谐,加磁调谐

来源: 电子科技大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 物理学,化学

单位: 电子科技大学

分类号: O753.2;O482.4

总页数: 73

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