Investigations of Agile Nematic and Ferroelectric Liquid Crystals for Passive Tunable Microwave devices

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Flüssigkristalle (LCDs) bieten vielfältige Vorteile für steuerbare Mikrowellenkomponenten wie Phasenschieber und Anpassnetzwerke. Mit neuartigen nematischen LCDs konnten bereits Phasenschiebergüten von mehr als 110°/dB bei 24 GHz mit Steuerspannungen kleiner 30 V erreicht werden [Wei8], [Mue1]. Dies übertrifft alle aus der Literatur bekannten Werte für Phasenschieber mit agilen Materialien oberhalb 20 GHz. Dies eröffnet völlig neue Low-cost-Anwendungen, besonders für steuerbare Millimeterwellenkomponenten, da die Materialgüte von LCs sogar mit der Frequenz zunimmt, im Gegensatz zu Ferroelektrika oder Halbleitern. Wesentliches Ziel dieses interdisziplinären Projektes ist die Exploration und Optimierung vielversprechender hoch-anistroper LCDs mit niedrigen Verlusten im Mikrowellenbereich von 1 bis 110 GHz. Hierbei werden die Eigenschaften (dielektrische Anistropie, Verluste, Schaltzeiten, technische Realisierungsprobleme wie Orientierung von dicken LC-Schichten, etc.) von neuen nematischen, ferroelektrischen LCDs sowie von LCDs in verschiedenen Kombinationen mit Polymeren erstmalig im Frequenzbereich von 1 bis 110 GHz analysiert und optimiert. Wegen den hohen Schaltzeiten nematischer LCDs erfolgt eine Konzentration auf ferroelektrische LCDs und die Kombinationen beider LC Arten mit Polymeren. Die verschiedenen Orientierungsmechanismen sowie der große Frequenzbereich erfordern die Entwicklung verschiedener Breit- und Schmalband-Messtechniken mit modelbasierten RF-Charakterisierungsmethoden. Abschließend sollen die LC-abhängigen Eigenschaften an Prototyp-Devices verifiziert werden.