多重极化可重构全向天线研究

发布时间：2020-06-23 16:38

【摘要】：可重构天线技术是突破现代无线通信瓶颈的关键技术之一,正日渐成为天线理论与设计领域的研究热点。在众多可重构天线的种类中,极化可重构天线是研究的重点,因为它能够根据环境的改变实时切换成通信质量最佳的极化方式。全向天线具有在水平面360°的均匀辐射,能够实现点对多点的通信方式,在射频识别、定位追踪、电视广播等领域有着广泛的应用。本文基于对极化可重构全向天线的应用背景分析,提出了一种宽带、低剖面的多重极化可重构全向天线,主要内容如下:1.提出了一种水平/垂直极化可重构全向天线。天线由一个环天线和坐落在其中心的单极子组成。环天线是由四对巴伦馈电的印刷弧形偶极子围成的,其表面分布均匀同相电流,因此可以辐射水平极化全向电磁波;引入金属环片和四根短路金属柱的单极子具有低剖面结构,辐射垂直极化全向电磁波。通过四个微带巴伦给环天线馈电,利用了微带传输线和开路短截线组成的馈电电路实现单极子的阻抗匹配,在馈电电路中加载了2个PIN二极管,通过控制二极管状态实现极化方式的切换。实验结果表明,该天线可以实现水平极化和垂直极化的全向辐射,|S11|-10d B的带宽可以覆盖1.68-2.2 GHz(26.8%)频段。2.基于上述环天线和单极子的结构,提出了一种水平/垂直/圆极化可重构全向天线,在实现全向水平和垂直极化工作方式的基础上,通过增加一条馈电路径同时给环天线和单极子馈电,使它们的组合产生圆极化电磁波,但需要另外进行环天线和单极子的并联阻抗匹配。圆极化状态下采用了微带传输线构造90°相差并利用水平极化馈电路径的一段构造开路短截线实现阻抗匹配。馈电电路中加载了7个PIN二极管,通过控制二极管状态实现极化方式的切换。实验结果表明,该天线可以实现水平、垂直和圆极化的全向辐射,|S11|-10d B的带宽可以覆盖1.67-2.21 GHz(27.8%)频段,圆极化轴比带宽(AR3d B)达到25.6%,覆盖1.7-2.2 GHz频段。3.基于上述环天线和单极子构成的水平/垂直/圆极化可重构全向天线,提出了一种水平/垂直/左旋/右旋圆极化可重构全向天线。通过在环天线的馈电路径中引入一对λ/2移相器,实现圆极化的切换:当λ/2移相器不参与工作时,水平分量相位滞后垂直分量90°,辐射左旋圆极化电磁波;当λ/2移相器参与工作时,水平分量相位超前垂直分量90°,辐射右旋圆极化电磁波。在馈电路径中加载了12个PIN二极管,通过控制二极管状态实现极化方式的切换。实验结果表明,该天线可以实现全向水平、垂直、左旋和右旋圆极化全向辐射,在四种极化状态下|S11|-10d B的带宽都能覆盖1.65-2.25 GHz(30.8%)频段,左右旋圆极化轴比带宽(AR3d B)达到31.6%,覆盖1.6-2.2 GHz频段。通过以上的系统研究,掌握了多重极化可重构全向天线的研究步骤,尤其所涉及的实现线极化与圆极化方式的匹配方法,为以后设计多重极化可重构宽带天线提供了新的手段。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN820
【图文】：

电流分布,线极化,环缝,可重构

的极化方式之间切换。线极化可重构天线的构成原理，大多是基于传统线极化天线，交叉偶极子、缝隙天线、微带天线等。在文献[24]中，作者在环形缝隙天线中引入 4 个二极管，每两个二极管为一组，通控制每组二极管的通断，达到控制天线上电流分布的目的。如图 1-1 所示，该环缝天的辐射体部分位于介质基板的正面，在介质基板背面有一条微带线通过一个金属化过给天线馈电。四个 PIN 二极管 D1~D4 均匀地沿环缝分布。当给连接中间圆形金属片直流线高电平(直流线未在图中标出)时，而给连接边缘金属片的直流线低电平时，将使得 D1 和 D3 二极管导通，D2 和 D4 二极管截止，这时天线上的电流分布如图 1-2a空心箭头所示，此时该环缝天线辐射+45°极化波；反之，当 D1 和 D3 截止，D2 和 D4通时，电流分布如图 1-2b 中空心箭头所示，此时辐射-45°极化波。该天线具有剖面低、于加工、便于组阵的优点。作者将这款线极化可重构的环缝天线单元组成一个 2×2 的线阵列，如图 1-3 所示。阵列中每个单元的辐射部分与图 1-1 所述一致，而馈电采用

电流分布,线极化,可重构,环缝

华南理工大学硕士学位论文支路和缝隙-微带的串联支路组成功分器，使得整个天-4a 给出了该天线阵列处于+45°极化状态的回波损耗，心频率为 5GHz。图 1-4b 给出了+45°极化状态（左）向图。该天线虽然具有结构简单、易于加工的优点，16%），且可供重构的极化方式比较少，只有±45°两种射定向电磁波。

【参考文献】