认知无线电中超宽带与频率可重构天线的研究

发布时间：2019-02-24 13:33

【摘要】：无线通信技术的飞速发展引起了频谱资源的日益紧缺。为了提高频谱利用率,认知无线电(Cognitive Radio,CR)技术应运而生。通过频谱感知,CR系统可以检测出当下未被使用的频谱,并调整其工作参数使用该空闲频谱进行通信。具体到硬件层面,CR系统需要一个宽带全向天线不断的感知频谱环境,检测频谱孔,同时需要一个频率可重构天线,根据所分配频谱的变化而动态改变工作频率,实现通信功能。本文围绕认知无线电系统所需的两大类天线——超宽带天线和频率可重构天线开展了深入研究,设计、加工并测试了多种新型超宽带天线和频率可重构天线,有效地解决了当前实际应用中所存在的一些关键问题。具体来说,本文的主要工作包括以下几个方面:1.提出了三种小型化超宽带天线。前两种天线采用在地板上加载折叠枝节的方法来延长电流路径,缩小天线体积。第三种天线通过优化地板和辐射单元形状,不仅实现了小型化,还展宽了天线的阻抗带宽。2.提出了五种具有多陷波特性的超宽带天线。通过刻蚀缝隙和添加寄生枝节的方法,分别实现了双陷波、三陷波和四陷波特性。为了更好地理解陷波的产生机理,利用分布元件和集总元件等效电路模型对双陷波超宽带天线进行了详细的分析。此外,还设计了一种能同时应用于GSM、Bluetooth和超宽带频段,并且具有双陷波特性的单极子天线。这几种天线结构简单,体积小巧,陷波可以独立调节。3.提出了四种具有高选择性陷波的超宽带天线。目前大部分陷波超宽带天线所实现的陷波带宽过宽,会造成有用频段的浪费,尤其是低段与高段WLAN之间的频段(5.35-5.725GHz)。基于一些新型谐振结构,比如交指电容加载谐振环、互补交指电容加载谐振环和蘑菇型电磁带隙结构等,设计和实现了四种具有高选择性陷波的小型化超宽带天线。这些谐振结构具有较高的Q值,因此能够实现更低的陷波频率和更窄的陷波带宽,有效地滤除了干扰信号并避免了有用频段的浪费。4.提出了一种具有可调陷波的超宽带天线。传统的超宽带天线一旦加工完成,所实现的陷波频段也就固定了下来。然而实际的干扰信号会随着时间和空间的改变而随时变化,针对这一问题,我们设计了一种具有可调陷波的超宽带天线。通过在开口谐振环上加载变容二极管,实现了陷波频段的连续可调,使天线能够适应复杂多变的干扰环境。5.提出了基于领结形(bow-tie)天线的频率可重构设计。利用开关二极管和变容二极管等电子器件,设计了两种频率可重构天线单元和一种频率可重构天线阵列。第一种天线结合使用PIN二极管和变容二极管,实现了大范围的频率连续可调,可调范围从3.04GHz到5.89GHz。第二种天线使用多个PIN二极管,使工作频段在Bluetooth、WiMAX和WLAN三个频段离散可调。该设计使用的新型馈电网络可以减少直流引线的数量,并且使馈电网络远离天线的辐射体,避免了其对天线辐射特性的影响。此外,我们还设计了一种频率可重构天线阵列,同样使用新型馈电网络来控制阵列中的PIN二极管。该阵列具有结构紧凑,偏置电路简单和易于集成的优点。此外,在整个频率调节范围内,两种天线单元和阵列都保持了很好的辐射特性。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TN822

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本文编号：2429589