固态等离子体重构天线设计与实现

发布时间：2017-03-27 07:09

  本文关键词：固态等离子体重构天线设计与实现，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近些年随着可重构天线在无线通讯领域的迅猛发展,天线的性能指标也需随之不断提升。本文依据固态等离子体理论、半导体理论和天线基本理论,对固态等离子体天线的重要组成部分-PIN单元(包括横向PIN和垂直结构PIN)进行了建模仿真和特性分析,并设计了几款可重构天线,具体工作内容和创新点有:固态等离子体天线中的PIN单元与常规PIN二极管开关不同,是一种类似PIN结构的限幅器,通过直流电压的控制,能够在高阻半导体表面形成具有类金属特性的等离子体通道。本文对固态等离子体天线的关键组成部分-横向PIN(Surface-PIN,S-PIN)单元在不同结构/材料下进行了建模仿真和物理特性分析。设计了一款以GaAs为衬底的S-PIN固态等离子体方向图可重构阵列天线,该阵列天线使用S-PIN固态等离子体代替金属组成天线阵的辐射面和馈电网络,以准八木天线为基本线阵单元结构,通过激发不同位置的S-PIN来改变天线阵的馈电网络,实现线阵辐射方向的可重构。通过参数优化,该款天线阵可在五个辐射方向之间切换工作,分别为:-45?、-20?、0?、+20?和+45?。根据实际半导体工艺要求,对以GaAs为衬底的垂直结构PIN单元(GaAs-PIN)进行建模仿真,分析其伏安特性和载流子随外加偏置电压的变化特性。在此基础上,设计了一款固态等离子体频率可重构天线,通过激发不同位置的GaAs-PIN单元,从而改变天线辐射面的长度,最终实现天线工作频率的可重构。该款天线可在三个频段之间切换工作,分别为:2.4GHz、2.78GHz和3.07GHz。设计了一款以GaAs-PIN为基本辐射单元的固态等离子体可重构阵列天线,实现了天线阵在0?和50?两种辐射方向下的切换。优化设计天线中的GaAs-PIN单元控制线,对天线中GaAs-PIN单元外接控制电路和PCB版图的进行联合仿真,做出天线实物。构建天线的外围测试系统,测试了天线中GaAs-PIN单元的伏安特性和天线的回波损耗,对测试结果进行数据分析并得出相关结论。
【关键词】：GaAs 固态等离子体 天线 可重构 S-PIN 天线阵
【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】：2016
【分类号】：TN820
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 缩略词11-12
• 第一章 绪论12-20
• 1.1 研究背景和意义12-13
• 1.2 等离子体天线研究现状13-19
• 1.2.1 气态等离子体天线13-15
• 1.2.2 固态等离子体天线15-19
• 1.3 本文的主要研究工作19-20
• 第二章 固态等离子体天线理论20-33
• 2.1 引言20
• 2.2 天线的基本理论20-25
• 2.2.1 天线的电参数20-22
• 2.2.2 阵列天线的基本理论22-25
• 2.3 等离子体理论25-29
• 2.3.1 气态等离子体理论分析25-27
• 2.3.2 固态等离子体理论分析27-29
• 2.4 半导体理论29-32
• 2.4.1 载流子的有效质量29-30
• 2.4.2 载流子的漂移运动和半导体的电导率30-31
• 2.4.3 半导体额外载流子的扩散运动31-32
• 2.5 本章小结32-33
• 第三章S-PIN固态等离子体方向图可重构阵列天线33-51
• 3.1 引言33
• 3.2 S-PIN特性研究33-40
• 3.2.1 S-PIN单元基本原理介绍33-34
• 3.2.2 S-PIN单元物理模型设计34-35
• 3.2.3 S-PIN单元特性研究35-40
• 3.3 基于S-PIN的固态等离子体方向图可重构阵列天线40-50
• 3.3.1 阵列天线单元设计41-44
• 3.3.2 方向图可重构的 1?4 天线阵设计44-50
• 本章小结50-51
• 第四章 GaAs-PIN固态等离子体可重构天线51-70
• 4.1 引言51
• 4.2 GaAs-PIN单元特性研究51-54
• 4.2.1 GaAs-PIN单元的物理模型51-52
• 4.2.2 GaAs-PIN单元的特性分析52-54
• 4.3 基于GaAs-PIN的固态等离子体频率可重构天线54-57
• 4.4 基于GaAs-PIN的固态等离子体可重构阵列天线57-64
• 4.4.1 固态GaAsPA阵初步仿真设计57-59
• 4.4.2 固态GaAsPA阵的关键技术分析59-64
• 4.5 实验分析64-68
• 4.6 本章小结68-70
• 第五章 总结与展望70-72
• 5.1 总结70-71
• 5.2 展望71-72
• 参考文献72-77
• 致谢77-78
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文78

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

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本文编号：270045