差分馈电方向图可重构天线研究

发布时间：2020-05-23 18:25

【摘要】：随着现代无线通信系统发展的多样化,作为其核心组成部件的天线需进行变革更新,以适应科学技术的发展潮流。方向图可重构天线可以实时改变方向图形状或主波束辐射方向,满足各领域对天线辐射方向图的要求。差分天线可直接与射频前端连接,有利于提高系统集成度和效率,且具有低噪声、高抑制比等特点,有着广泛的应用。因此,关于差分馈电方向图可重构天线的研究具有深远的意义,本文工作主要包括:1.提出了一种双波束差分馈电方向图可重构天线,天线的辐射单元由一对开有“弓”字型缝隙的偶极子构成;寄生单元适当位置加载着两个PIN二极管开关;差分信号通过短截微带线馈入天线。通过直流偏置电路控制PIN二极管开关的导通和断开,可实现180°偏转的方向图可重构。实测结果表明该天线获得13.7%的阻抗带宽,工作频段覆盖3.25-3.73GHz,平均增益为5.6dBi,辐射效率为62%。该天线结构简单、对称,辐射方向图稳定。2.提出了一种四波束差分馈电方向图可重构天线,研究了在同一介质基板上结合四个偶极子并实现方向图可重构的方法。该天线有两对差分端口,分别给两相互正交的双偶极子进行馈电。基于八木天线辐射原理,控制每个双偶极子两侧寄生单元上的PIN二极管开关的工作状态,实现两相反方向的波束偏转。通过切换激励差分端口和控制不同PIN二极管的开关状态,可在水平面(xoy)实现四个方向的方向图可重构。实测结果表明该天线具有8.98%的阻抗带宽,工作频段为3.25-3.58GHz,平均增益为5.4dBi。该天线成本较低,且易于加工。3.提出了一种六波束差分馈电方向图可重构天线。该天线由辐射单元、寄生匹配调节单元和八木无源振子、“十”字型的馈电结构、反射板组成。通过切换激励差分端口以及控制八木无源振子上的PIN二极管工作状态,在三维空间内天线可实现六种情况的方向图可重构。实测结果表明该天线的阻抗带宽为20.8%,工作频段覆盖3.01-3.75GHz,六种情况天线平均增益约为7.6dBi,辐射效率约为81%。该天线的剖面高度适中,定向性好,增益高,工作效率高。通过上述研究,丰富了差分馈电方向图可重构天线的理论和设计方法,同时为未来实际工程应用提供技术支持。
【图文】：

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第一章绪论向图的全向辐射和两种定向辐射模式。文献[37]中作者设计了一种采用印刷开关单元的方向图可重构天线，它是由微波射频开关分布在寄生单元的自适应天线和角反射器天线演变而来，其结构如图 1-1 所示。该天线提出了几种寄生单元中射频开关的组合方式，思路较为新颖。为了获得合适的阻抗匹配、带宽和辐射增益，把一个射频开关加载在激励单元的合适位置上来切换激励单元的电长度。其中，可切换电长度的激励单元为主辐射体，周边的八个寄生单元充当反射器或引向器（具体功能由射频开关的状态来决定）。当只有一个寄生单元处于开路状态（模式 1）时，该天线可获得八种基本状态；当两个或两个以上寄生单元处于开路状态（模式 2、3）时，该天线可提供另外九种基本状态。通过精确控制射频开关的通断状态，在反射器和引向器的各种组合影响下，，该天线可以实现多种模式的辐射方向图，如图 1-2 所示。

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处于开路状态（模式 2、3）时，该天线可提供另关的通断状态，在反射器和引向器的各种组合影响方向图，如图 1-2 所示。一种采用印刷开关单元的方向图可重构微带天线结
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN820;TN92

【参考文献】