基于可重构技术的紧耦合阵列天线的研究与设计

发布时间：2020-06-28 14:42

【摘要】：众所周知,能够实现多功能、高增益、低剖面以及宽波束扫描性能的超宽带阵列天线在更新换代的无线通信系统中受到广泛的应用,但传统的阵列天线因为受到单元之间的耦合效应的影响,导致其性能难以得到进一步的提升。针对这个问题,本文结合当今国内外紧耦合阵列天线以及可重构天线的研究现状,主要开展了以下两个方面的工作:1、设计了一款工作在2-6GHz的紧耦合阵列天线。设计过程中,首先,分析该结构下的周期天线单元的阻抗特性,并依据该特性设计了一个具有宽带阻抗匹配与平衡馈电功能的馈电结构;其次,对该周期天线单元及其组成的8×8有限大阵列天线进行仿真和分析,结果表明,此天线在2-6GHz(VSWR≤3:1)的工作频段内,可以实现±45°的波束扫描性能;最后,根据仿真结果,对天线进行实物的加工和测试。2、设计了一款能够在3-9GHz与13-16GHz两个工作频段间切换的基于可重构技术的紧耦合阵列天线。设计过程中,首先,进行方案的选择,由于超宽带紧耦合阵列天线在低频处的增益较小,为了达到指标要求,本文提出一种基于可重构技术的紧耦合阵列天线——在普通偶极子天线单元之间加入耦合部分,通过控制耦合部分的断开与连接,实现两种工作模式的切换。断开后单元形式为普通偶极子,而连接后在加长普通偶极子天线臂的有效辐射长度的同时,增强了天线单元之间的耦合效应,使得普通偶极子天线单元转变为紧耦合偶极子天线单元,这不仅使得天线工作频段转移到低频段,而且拓展了低频处的工作带宽;其次,分析普通偶极子与紧耦合偶极子两种工作模式下该周期性天线单元的阻抗特性,在此基础上设计了一个能够同时适用于两种工作模式的馈电结构;再次,对两种工作模式的周期天线单元及其组成的8×8有限大阵列天线进行仿真与分析,结果表明,所设计的天线处于紧耦合偶极子工作模式时,工作在3-9GHz(VSWR≤3:1),可以实现±45°的波束扫描性能,处于普通偶极子工作模式时,工作在13-16GHz(VSWR≤3:1),可以实现±30°的波束扫描性能;接下来,利用HFSS仿真软件Lumped RLC与Finite Conductivity边界条件,在原模型中加入PIN二极管的等效电路模型及其直流偏置电路并进行仿真,其结果与之前理想状态下的仿真结果基本一致;最后,根据仿真结果,对天线单元进行实物的加工与测试。
【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】：TN820.15
【图文】：

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作带宽得到进一步地拓展，该阵列天线最终能够实现四倍频的阻抗带宽。自此以后，紧耦合阵列天线因其具有优越的性能，开始被广泛研究。图1.1 文献[6]中提到的 CSA 天线图1.2 文献[7]中 Munk 提出的天线[7]在文献[8]中，作者提出了一种具有双极化特性的 CSA 阵列天线，通过利用紧密排布的偶极子单元之间强烈的耦合效应以及在所设计的阵列天线上方加载介质覆盖层，使得该阵列天线最终能够达到了 9:1 的阻抗带宽。

天线,文献,阵列天线,偶极子单元

紧耦合阵列天线因其具有优越的性能，开始被广泛研究。图1.1 文献[6]中提到的 CSA 天线图1.2 文献[7]中 Munk 提出的天线[7]在文献[8]中，作者提出了一种具有双极化特性的 CSA 阵列天线，通过利用紧密排布的偶极子单元之间强烈的耦合效应以及在所设计的阵列天线上方加载介质覆盖层，使得该阵列天线最终能够达到了 9:1 的阻抗带宽。

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