光控频率可重构天线的研究与设计

发布时间：2020-08-27 14:03

【摘要】：可重构天线能够动态改变辐射特性,使其成为下一代无线通信系统中射频前端必不可缺的一部分。本文主要对光控微波开关及其在可重构天线中应用进行了研究,设计了多款光控频率可重构天线。本文的工作主要包括:1.基于光控微波开关的分层等离子层模型,对影响光控微波开关性能的关键因素进行了分析。设计了一种沉槽结构,改善了光控微波开关插入损耗;对该光控微波开关实物进行了测试,利用测试结果提取出等离子层的等效电导率,为后续光控频率可重构天线的设计奠定了基础。2.设计并制作了一款光控频率可重构单极天线,通过激光控制两个光控微波开关进而改变天线的谐振频率,使天线工作在三个不同频段上,三个工作频段分别覆盖了无线通信中的1.8GHz(GSM),2.4GHz(WLAN)和5.5GHz(WLAN)三个频段。3.设计并制作了一款新型小型化共面波导光控频率可重构天线。天线的整体尺寸为14.0×12.6×1.0mm~3,通过控制两个光控微波开关来实现频率可重构。天线共有三种工作状态,通过控制激光改变嵌入在天线中心两个光控微波开关的电导率,可以使天线工作于3.2-5.0GHz,5.0-7.0GHz和8.8-8.8GHz三个工作频段。4.设计并制作了一款具有开关可控缝隙的新型光控频率可重构微带天线。天线的整体尺寸为40×40×1.6mm~3,此天线利用在参考地上的开关缝隙结构实现天线的可重构特性。此天线易于加工和装配,具有五种可切换状态,包括超宽带状态、单频带和双频带状态。天线的超宽带范围在2.3-7.6GHz,单频带状态有2-2.7GHz、1.8-2.8 GHz和5.0-6.2GHz,双频带状态有1.8-3.2GHz和5.0-6.2GHz。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN820
【图文】：

可重构天线,频率

南京航空航天大学全日制专业学位硕士学位论文LD6162RLI 设计了一款光控频率可重构偶极子天线，两个激光二极管分别臂的缝隙之中，并使用波长为 650nm 的激光激励两个二极管，可以使天720MHz 切换到 800MHz。Yazgan 设计了一款光控谢尔宾斯基分形天线，杂硅来作为光控微波开关。使用了波长为 808nm，功率为 120mW 的激光照射到硅片开关上，增加硅片开关的电导率，使天线的谐振频率从 1.2G2]。里达理工大学的R. Nathan Lavallee等人通过仿真设计了一款光控频率可重所示。此款天线通过控制天线辐射贴片上的两个光控微波开关，使天线谐他们利用在微带贴片上面开关缝隙、顶端的容性贴片以及嵌入其中的光控够谐振于 4.55,4.78 和 5.10GHz，并且仿真和实测拥有良好的一致性[2]。

微波开关,偶极子天线,可重构,实物

(a) (b)图 1. 2 光控微波开关和光可重构偶极子天线实物计了一款共面波导到共面带状传输线的光可重构偶极子高阻率的硅片（ρ>6000Ω.com）和最大输出功率为 200m。文献中设计了如图 1.2(a)所示的微带形式的光控微波尺寸是 1×2×0.3mm3。在设计过程中，作者仿真和实测的微波性能参数，测得此开关在 1.0-3.0GHz 频率范围

微波开关,基板

天线使用 TLY-5 作为介质基板，此天线不仅能够实现一定的频率可重构特性，定程度上改变辐射方向图，实现一定程度的方向图可重构。整个频带内匹配良好，上面的光控微波开关，此天线的谐振频率可从 2.2GHz 变换到 2.7GHz 和 3.1GHz。一些文献根据光敏半导体分层理论，提出了一种采用背面加光的光控微波开关结提高光控微波开关的性能，结构如图 1.3 所示。使用了介电常数为 2.2、厚度为 1杰斯板材作为介质基板和载流子浓度为 1015cm-3、尺寸为 1×1×0.28mm3的 N 型掺杂为光控微波开关，通过在微带线中心位置的介质基板上开孔，并使用一个塑料装置定在基板下面，激光器通过光纤输出激光从基板背面照射硅片进而降低光控微波开损耗。整个光控微波开关在 8-9GHz 频带范围内的插入损耗为 2-3dB,开关隔离度在。在该文献中，使用了同样板材的介质基板设计了一款尺寸为 25×25×1.6mm3的光重构天线，此天线实物如图 1.4 所示。天线的辐射贴片包含外圆和内圆两个金属贴和外圆之间有 1mm 缝隙，该缝隙中的两个硅片开关作为射频开关。利用上述相同式，当开关处于关状态时，天线的谐振频率为 18.4GHz；当开关处于开状态时，天频率为 12.2GHz。

【参考文献】