频率和极化可重构天线的研制

发布时间：2017-04-04 15:24

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【摘要】：拥有性能可调节能力的可重构天线具备小型化和多功能化的特点,它在当今无线通讯系统中受到越来越多的关注。通过动态改变天线的物理结构或尺寸,能改变其表面的电流分布,从而获得天线的工作频率,辐射方向和极化等特性参数的可重构性,由此实现多个天线的功能,这相当于多个天线共用一个物理口径。可重构天线自提出以来,时至今日已经取得了很多相关的成果,具有广泛应用价值。但由于没有非常系统的设计分析方法,对它的研究难度大,探索性强。本文针对频率可重构天线和极化可重构天线,阅读了国内外相关文献,了解了可重构的相关原理和方法,提出了一些设计方案,作者的工作和成果可概括为:1.提出了一个频率可重构单极子天线,该天线由共面波导(CPW)馈电,采用了开关可调的带枝节的地结构。同传统的在地平面上挖槽的方式相比,在地平面上加可变枝节的设计更具灵活性。两对PIN二极管开关加载在与地相连的对称枝节上,调节开关状态可以改变枝节的长度和形状,从而使得天线工作在三种模式:单频带模式(2.4-2.9 GHz),双频带模式(2.4-2.9 GHz/5.09-5.47 GHz)和三频带模式(3.7-4.26 GHz/5.3-6.3 GHz/8.0-8.8 GHz)。这些频带覆盖了包括WLAN,WIMAX,C波段和ITU在内的无线通信系统,此天线尤其适合多频段/单频带跳变的网络通信系统。另外,一个优化了的偏置网络被集成到天线上,该偏置网络对天线性能的影响很小。最后提供了天线的实测结果,比较了仿真结果,并对两者的误差经行了讨论和分析。2.设计了一款偏馈电的宽频带圆极化可重构天线,通过控制加载在馈线输入端单刀双掷开关(SPDT)的输入电压,可以改变天线的射频输出通道,从而使天线在5-5.9 GHz的工作带宽内能分别以左旋圆极化和右旋圆极化的极化方式工作。该天线运用了微扰法中偏馈电的形式来实现两个等幅度正交模式的分离,使之产生90度的相差,从而形成圆极化。由于设计中采用了SPDT开关,开关性能良好,且不用设计复杂的偏置网络,这使得测试和仿真的结果符合地较好。天线的左旋圆极化模式和右旋圆极化模式方向图互相对称,S参数和增益曲线基本一致,说明天线性能稳定,达到预期目标。
【关键词】：频率可重构天线 极化可重构天线 PIN二极管 单刀双掷开关
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN820
【目录】：

• 摘要5-6
• abstract6-10
• 第一章 绪论10-19
• 1.1 课题的背景10-11
• 1.2 国内外研究现状11-17
• 1.2.1 实现可重构天线的主要方法11-12
• 1.2.2 频率可重构天线12-15
• 1.2.3 极化可重构天线15-17
• 1.3 主要工作和内容安排17-19
• 第二章 相关理论介绍19-29
• 2.1 天线的定义及辐射原理19-20
• 2.2 天线的基本参数20-23
• 2.2.0 阻抗特性参数20-22
• 2.2.1 辐射特性参数22-23
• 2.3 天线的圆极化23-28
• 2.3.1 圆极化波的形成24-25
• 2.3.2 圆极化天线的优势25
• 2.3.3 圆极化天线设计的原理25-28
• 2.4 共面波导相关理论28-29
• 第三章 带枝节地结构的频率可重构天线设计29-43
• 3.1 天线结构29-30
• 3.2 仿真分析30-38
• 3.2.1 单频段模式31-32
• 3.2.2 双频段模式32-34
• 3.2.3 三频段模式34-36
• 3.2.4 关于偏置网络36-38
• 3.3 测试结果和分析38-41
• 3.3.1 回波损耗38-40
• 3.3.2 天线方向图40-41
• 3.3.3 天线的增益41
• 3.4 小结41-43
• 第四章 偏馈电的圆极化可重构天线43-56
• 4.1 天线结构43-45
• 4.2 仿真分析45-51
• 4.2.0 工作原理45-46
• 4.2.1 参数分析46-50
• 4.2.2 电流分布50-51
• 4.3 测试结果和分析51-54
• 4.3.1 回波损耗51-52
• 4.3.2 天线方向图和轴比52-54
• 4.3.3 天线的增益54
• 4.4 小结54-56
• 第五章 总结和展望56-58
• 致谢58-59
• 参考文献59-64
• 攻硕期间获得的研究成果64-65

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本文编号：285749