液态金属可重构天线研究

发布时间：2020-04-07 05:35

【摘要】：近些年来,从最初的语音通信发展到现在的视频通信,从原来的2G发展到现在5G、WLAN,甚至是未来的6G,通讯技术一直在不断的发展,网络的用户数量和需求也在迅速增长,于是多功能综合通讯平台成为必然趋势。一个平台为实现多种功能,需要把工作在不同状态的天线集成在一起。然而多个天线工作在同一平台,必然会出现各个天线之间干扰变大这一问题。可重构天线由于其特性及形式的可控性受到广泛的关注。可重构天线是指该天线能够根据系统的要求来调整其自身的工作性能,进而实现不同的工作状态。相对于常规的固体形式的可重构天线,液态金属可重构天线优势较为明显,首先液态金属可以实现连续调谐,可重构范围也较大;其次液态金属由于其流动特性而具有较强的自我修复特性,基本不会产生类似机械造成的折断或者弯曲等难以修复的损伤;最后当天线处于非工作状态时,可以将液态金属抽出,能够大大降低其雷达散射截面。本文首先阐述了液态金属的基本特性以及微带天线的基本理论,其中微带天线理论主要包含定义、辐射特性、馈电方式以及相关参数,并总结了其优缺点。本文设计了三种天线:液态金属频率可重构单极化天线、液态金属频率可重构双极化天线以及液态金属频率可重构二元阵列天线。之后,又对二元阵列天线进行了实物加工,经过调试后进行了测试,结果良好。接下来将对这几种天线作简单的介绍:1、液态金属频率可重构单极化天线,该天线在地板上刻有“H”形缝隙,在上层介质板中开一个微流体矩形槽,通过在矩形槽中填充不同的溶液实现高频、低频的切换。在此设计中液态金属选用的是镓铟锡合金(Galinstan),隔离溶液选择与之不相融的特氟龙(Teflon)溶液。当矩形槽中填充Teflon溶液时,天线工作在高频状态,覆盖3.55-3.81GHz;当矩形槽中填充镓铟锡合金(Galinstan),天线工作在低频状态,覆盖3.37-3.62GHz。2、液态金属频率可重构双极化天线,本文设计了两种双极化天线,第一种双极化天线是在单极化天线的基础上设计的,采用了“H”形缝隙,在上层介质板PDMS中开有微流体环形槽,通过在该槽中填充Galinstan或者Teflon溶液,实现高频和低频的转换,为了进一步改善S_(11),在“H”形缝隙双极化天线的基础上又设计了第二种双极化天线——“沙漏”形缝隙双极化天线,通过对缝隙的改进,天线最终在S_(11)-14dB时高频和低频均满足带宽要求。3、液态金属频率可重构二元阵列天线,液态金属阵列天线是以“沙漏”形双极化天线为单元,采用T型功分器进行馈电,天线在S_(11)-14dB时,高频、低频满足带宽要求。之后对二元阵列进行实物加工以及测试,最终测试结果满足要求。相较于其他液态金属可重构天线带宽窄、性能不稳定等缺点,该天线结构简单,容易实现,且带宽较宽,方向性稳定,频率切换对方向图的影响较小。
【图文】：

图1.1 MEMS 开关可重构天线结构图了一种利用变容二极管控制的可重构双频微带天贴片内嵌入六边形槽，，该六边形槽具有三个扩展臂槽扩展臂的末端，带有三个扩展臂的六边形缝隙激

(a)俯视图 (b)侧视图图1.2 变容二极管可重构天线的结构文献[19]中介绍了一种用 PIN 二极管作为调谐元件的频率可重构缝隙天线，这种开关元件运行速度较快，但不易集成。天线结构如图 1.3 所示，该天线在辐射贴片中开有十字形缝隙，在这个十字形缝隙中放置了六个 PIN 二极管，其中有三个 PIN 二极管 S1、S2、S3 放置在 X 轴方向，而另外三个 S4、S5、S6 放置在 Y 轴方向。通过改变这六个 PIN 二极管的开关状态，可以使贴片上的缝隙长度发生改变，因此天线的工作频率可以切换。该天线最终可以实现十一种工作频段的切换
【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】：2019
【分类号】：TN822

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本文编号：2617516