可重构平面反射阵天线研究

发布时间：2017-08-12 05:23

  本文关键词：可重构平面反射阵天线研究

  更多相关文章： 平面微带反射阵天线 可重构 变容二极管 数字化 波束扫描

【摘要】：平面微带反射阵天线结合了传统抛物面天线和相控阵天线的部分优势,具有体积小、成本低、易集成、高增益、能实现精确波束指向的特点,被广泛应用在卫星通信中。但是传统的反射阵结构一旦确定,主波束指向也就固定了。可重构平面反射阵天线通过在传统微带反射阵天线上引入了电可调器件,使得反射阵天线在不改变反射阵阵列结构的前提下,就可实现反射阵天线的主波束在一定范围内的精确波束扫描,这使得可重构微带反射阵天线在雷达和长距离通信系统中有着广阔的发展前景。本文首先回顾了一下微带反射阵天线的发展背景,然后重点介绍了可重构微带反射阵的研究背景和研究现状,并且就反射阵的设计原理和方法给出了详细的介绍和总结,这为本文后续内容的开展奠定了一个扎实的理论基础。本文基于双开口谐振环结构,提出一种频率可重构反射阵单元的设计,通过改变开口环上PIN管的通断状态,可实现4.6GHz和5.8GHz的频率可调特性,且在两种状态下,利用上面单元构成的15?15共225个反射阵阵元,通过调控反射阵单元上加载的电容值,在不改变反射阵的结构前提下均可以实现二维方向上的波束扫描,扫描角度可达60°;接着又在此基础上,改变双开口谐振环的开口位置,提出一种双频双极化的反射阵天线设计,在两种正交极化模式下反射阵单元的工作频率不同,工作频率分别为4.2GHz和6.5GHz,且含225个单元的反射阵天线通过调控反射阵单元上的变容二极管电容值,在两种正交极化模式下,均可以实现二维方向上的波束连续?60扫描。最后用固定电容替代变容二极管,对双频双极化反射阵进行了其中一个扫描角度的实验加工测试,测试结果与仿真结果基本吻合,验证了反射阵设计的有效性。另外,本文提出了一种加载变容二极管的1-bit数字可重构反射阵天线设计,这种数字化的思想将反射阵单元需要的补偿相位量化成两种相差180°的相位,只需要反射阵单元有180°相移范围即可,大大降低了反射阵单元对反射相移的需求,大大降低了可重构反射阵天线设计的难度,同时提高了反射阵的工作带宽。设计的20?20规模的反射阵天线在3.5GHz工作频率时,通过调控反射阵单元上加载的电容值,可实现二维方向上的波束扫描,波束可在?60进行偏转。同样地,采用固定电容,对其中一个扫描角度的反射阵进行加工测试,测试结果与仿真结果吻合良好,同样验证了数字化可重构反射阵设计的有效性。本文还提出了考虑变容二极管实际偏置电路的传统可重构反射阵天线设计。前面提出的可重构反射阵上的变容二极管用固定电容替代,本文后面考虑实际偏置,研究实际偏置电路的加载对反射阵天线的影响,提出了实际加载偏置电路的可重构反射阵天线设计,9?7规模的传统可重构反射阵天线在二维方向上也能实现精确灵活的波束扫描。本文提出的可重构平面反射阵天线由于无需改变反射阵天线的结构,只需通过外加偏压的调控,即可实现天线的主波束方向的精确自适应快速连续扫描,这在雷达、长距离通信等无线通信系统中有着极大的发展潜力。
【关键词】：平面微带反射阵天线 可重构 变容二极管 数字化 波束扫描
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN820
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 符号对照表12-13
• 缩略语对照表13-16
• 第一章 绪论16-26
• 1.1 研究背景及意义16-17
• 1.2 国内外研究现状17-23
• 1.3 论文的主要研究工作及内容安排23-26
• 第二章 平面反射阵基本理论26-36
• 2.1 引言26
• 2.2 微带平面反射阵天线26-27
• 2.3 微带平面反射阵天线工作原理27-28
• 2.4 微带平面反射阵单元的相位补偿28-33
• 2.4.1 反射阵单元补偿相位的计算28-30
• 2.4.2 常用单元的相位补偿方式30-32
• 2.4.3 微带平面反射阵单元的分析32-33
• 2.5 微带平面反射阵中的可重构技术33-34
• 2.6 本章小结34-36
• 第三章 传统微带可重构反射阵设计36-52
• 3.1 引言36
• 3.2 频率可重构反射阵研究36-43
• 3.2.1 反射阵单元的分析36-39
• 3.2.2 频率可重构反射阵阵列的设计39-43
• 3.3 双频双极化可重构反射阵研究43-49
• 3.3.1 双极化双频可重构反射阵单元设计43-45
• 3.3.2 双频双极化可重构反射阵阵列设计45-49
• 3.4 实验测试49-51
• 3.5 本章小结51-52
• 第四章 数字可重构反射阵天线设计52-64
• 4.1 引言52
• 4.2 数字可重构反射阵单元设计52-54
• 4.3 数字可重构反射阵阵列设计54-61
• 4.4 实验测试61-63
• 4.5 本章小结63-64
• 第五章 考虑实际偏置的传统可重构反射阵设计64-74
• 5.1 引言64
• 5.2 加载实际偏置的频率可重构反射阵研究64-69
• 5.3 加载实际偏置的双频双极化可重构反射阵研究69-72
• 5.4 加载偏置的可重构反射阵加工PCB版图72-73
• 5.5 本章小结73-74
• 第六章 总结和展望74-76
• 6.1 工作总结74-75
• 6.2 研究展望75-76
• 参考文献76-82
• 致谢82-84
• 作者简介84-85

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本文编号：659953