可重构天线的研究与应用

发布时间：2020-09-04 21:00

　　 在现今的信息时代,互联网成为人们生活和工作的中心,而信息在互联网的传播几乎依赖着无线电波的收发。天线作为无线电波的收发的重要器件,被广大的研究者所研究设计以及应用到各种各样通信的场合。可重构技术的提出与发展,给天线的设计提供了新方向和灵活性。一方面,除了PIN二极管和MENS开关管等传统手段以外,越来越多的研究者采取许多新的材料:水、石墨烯、液晶、微波波段的油性液体材料等各种新的方式应用在可重构天线的领域;另一方面,一些新兴的研究领域,如滤波天线,磁电偶极子等新的研究方向都逐渐采用了PIN二极管等方式实现工作频率的可重构特点。可重构技术越来越广泛的设计和应用高校的研究中以及各种微波器件天线的研究中,并将为通信器件的发展做出巨大贡献。本论文中研究了液晶在可重构天线领域的应用和加工设计,还将可重构技术与滤波天线相结合进行设计,主要完成以下四个设计:1、在论文中的第二章中,本人研究了液晶材料的相关特性,与加压之后液晶材料的介电常数变化特性,将其应用在所设计的液晶移相器中,并采用新的设计方式进行液晶材料的封装。所设计的液晶移相器,其工作频带为12GHz~14.5GHz,传输损耗不大于-1.5dB。在实验过程中,采用了美国INSTEC公司的液晶LC-BYIPS-P01、国产八亿公司的液晶戊基联苯腈和德国Merck的液晶MLC-6876-000进行实验测量。2、在论文中的第三章上,本人将移相器弯曲之后与缝隙天线相结合并组成阵列,利用液晶材料能够改变移相器相位的特性,通过加载不同的电压来改变相邻单元的相位差,从而改变波束扫描角度。此外,还采用低温烘焙陶瓷技术(Low Temperature Co-fired Ceramic,LTCC)与天线相结合,减少了基板的损耗,并进一步增加模型的集成度。所设计的应用液晶材料的波束扫描缝隙天线的工作频段为14.3GHz~15.8GHz,且随着对偏置电压的改变,相邻单元的介电常数差值??_r由正到负,天线的最大波束方向从-20°到20°之间扫描。3、在论文的第四章上,首先,本人在滤波八木天线的基础,采用带状线馈电的方式提高了天线的增益,然后将滤波八木天线集成了边缘滚降度快的带状线低通滤波器,实现了宽带外抑制的特性。该集成带状线滤波器的八木天线工作在2.25GHz~2.55GHz频段。在此频段内,增益的范围为5dBi~8dBi。在带外频段,天线增益的边缘选择性高,从2.55GHz(8dBi)快速下降到2.8GHz(-20dBi),抑制范围为4GHz~12GHz。4、在论文的第四章上,最后在进一步研究相关滤波结构的理论,在原始八木天线的同样面积大小的基础上,集成各种滤波结构(DGS结构,SIR阻抗匹配结构,平行耦合线结构等)来拓宽带外抑制的频带。该最终所设计的频率可重构的滤波八木天线工作在2.3GHz~3.1GHz(PIN二极管导通)和3.3GHz~3.9GHz(PIN二极管断开),带内增益为4dBi~7dBi,带外4GHz~18GHz频段平均增益低于-10dBi以下,与主增益相差-17dB。
【学位单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN820
【部分图文】：

（a）无线卫星中的天线 （b）iphone 手机天线 (c) 无线路由器天线图1.1 天线的应用天线性能的好坏对于传播的距离、覆盖的范围和相邻频率干扰的隔绝有着一定重要的影响作用。在射频前端的接收系统内，天线会自动收集自由空间中某个频段的电磁波，将微弱的空间波转化成交流电，然后经过滤波器滤除不需要的频率，然后经过低噪放大器增强微弱的电流，接着经过混频将高频信号转换成中频信号，最后中频放大滤波之后输出带有信息编码的中频电流。射频前端系统如图 1.2 所示。LNA天线滤波本振功放滤波 放大天线本振滤波放大上变频下变频编码数据流编码数据流图1.2 射频前端系统构架天线的发展经历了由简单到复杂[1]-[2]，由体积大独立到微型集成的过程：（1）从19 世纪末期提出到 20 世纪末期，用金属杆作为偶极子的线天线作为主流的设计方向；（2）从 1930 提出了面天线的概念，到 1950 末期面天线成为一种成熟的设备产品；（3）1950 年代到现在，各种各样天线的设计，立体复杂的天线陆续出?

基于液晶的相控扫描天线

基于PIN二

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本文编号：2812584