波束切换/可重构圆阵天线的研究与设计
发布时间：2021-03-05 16:41
随着近年来移动通信技术的迅猛发展,移动用户数量急剧增加,移动数据流量也将呈爆炸式增长。然而,频谱资源却非常紧缺,因此,用户数量大、频谱资源紧缺的矛盾日益突出。为了解决这一问题,智能天线技术应运而生。智能天线通过控制天线的波束方向和形状提高通信系统的容量和质量,通过波束切换技术和可重构技术等方法实现。天线阵是智能天线系统中的关键器件之一,最常用的是线阵和矩形平面阵,但是这两种天线阵不易提供全方位角波束扫描,并且在扫描过程中波束形状和增益会发生变化,而圆环阵列天线可以弥补以上不足,因此,本文对波束切换/可重构圆环阵天线进行了研究,并取得以下成果:（1）根据圆环阵列天线的基本理论,通过MATLAB仿真对圆环阵的方向性及变化规律进行了探究,主要探究了半径波长比、阵元数目和阵元电流大小对方向图的影响。通过仿真,得到了在水平面形成双波束所需要的条件及阵元电流分布,并且通过循环改变阵元电流大小的幅控方式实现了波束切换功能。（2）设计了一款工作频段为3.4GHz～3.6GHz的内嵌式微带馈电印刷单极子天线,以印刷单极子天线作为阵元,设计了一款6元圆环阵列天线,运用HFSS电磁仿真软件进行仿真优化,实现...
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：100 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１圆环阵列天线示意图??Ｆｉｇ．?２．１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｃｉｒｃｕｌａｒ?ａｒｒａｙ?ａｎｔｅｎｎａ??
?大连海事大学硕士学位论文???２．２微带单极子天线的介绍??微带单极子天线的基本结构如图２．２所示，从中可以看出，微带单极子天线??主要包括了地板、辐射贴片和介质板等。介质基板厚度很雹存在很小的损耗，??在其两侧刻蚀了金属接地板以及辐射贴片。需要指出的是，微带单极子和微带天??线存在差异，主要表现在地板结构不同，微带天线接地板完全覆盖介质基板，单??极子天线接地板在辐射贴片处没有接地板，只在馈线部分有接地板，因此，微带??天线为单向辐射，而微带单极子天线可以实现电磁波的全向辐射。此外，微带单??极子天线还有比普通微带天线更宽的频带，且不易受到介质基片上高介电常数材??料的影响等优点。当前存在的微带单极子天线主要包括了三角形、梯形、圆形、??矩形以及椭圆形等各种不同形状［３９］。??１?？?？?Ｉ?＊??；，ＷＭ?．??ｗｉ??，＿?議??Ｌ?Ｎ／．ＪＶ??重??图２．２微带单极子＿线结构示意图??Ｆｉｇ．?２．２?Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ１?ｏｆ?ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ?ｍｏｎｏｐｏｌｅ?ａｎｔｅｎｎａ??１?１?ｉ??Ｉ－?ｉ??２．３功分器的相关介绍??微波功率分配器简称功分器，是一种無一路输入信号能量分成两路或多路输??出相等或不相等能量的器件。通常，大功率微波功率分配器会采用同轴线或波导??结构，中小功率微波功率分配器会采用微带或带状线结构。本文采用微带结构进??行设计，所以下面主要介绍微带功分器的原理。??功分器是一种多端口微波网络。假设输入功率为输出功率是??／５２，／３３，／５４．．．尸？，则对于无耗无源的多路功分器来说，有巧＝／＞２＋／？３＋尸４
?大连海事大学硕士学位论文???在二者的相互作用下，有源振子辐射的能量可以集中在主辐射方向。反射器主要??影响天线前后比，但是其对八木天线各方面的影响比引向器小，所以一般只有一??个；而引向器在一定数量范围内数量越多，天线增益越大，定向性也越好。??ｉｆ??ｉＪ４???＾??／??１?２?Ｎ－ｌ??Ａ?＾、?Ｙ?Ｊ??反射器＾?ＡＭ?引向器??有‘振子??图２．８八木天线结构示意图??Ｆｉｇ．?２．８?Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?Ｙａｇｉ?ａｎｔｅｎｎａ??八木天线从实际意义来讲就是一个直线阵列天线，只对其中的有源振子进行??馈电，无源振子通过和有源振子的耦合作用产生交变感应电流，调节振子长度和??间距可以控制电流分配比，从而改变天线方向图。与天线性能联系最密切的物理??量是波长；Ｉ，根据导线长度与波长关系，导线呈现两种状态。当导线长度大于Ａ??Ｉ?４??整数倍时，呈现感性；反之，则呈现容性。如图２．８所示，有源振子是半波振子，??当工作在中心频率时，有源振子呈现纯电阻状态，产生谐振。引向器长度小于有??源振子，呈现容性，相反，反射器呈现感性，这样，引向器和反射器的电流相位??依次超前，就增强了有源振子辐射方向的方向性。．??八木天线具有结构简单、方向性强、抗干扰、价格低廉等优点；缺点是频带??相对较窄，增益相对较低，所以常将其组成天线阵使用。它在超短波和微波波段??应用广泛，在军事应用中，！舰艇上为排除控振雷达的搜索盲区而使用八木天线来??增强抗干扰能力；在生活应用中，八木天线可以增强电视或收音机的信号，消除??断断续续的信号等［４（Ｍ２］。??２
本文编号：3065514
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：100 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１圆环阵列天线示意图??Ｆｉｇ．?２．１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｃｉｒｃｕｌａｒ?ａｒｒａｙ?ａｎｔｅｎｎａ??
?大连海事大学硕士学位论文???２．２微带单极子天线的介绍??微带单极子天线的基本结构如图２．２所示，从中可以看出，微带单极子天线??主要包括了地板、辐射贴片和介质板等。介质基板厚度很雹存在很小的损耗，??在其两侧刻蚀了金属接地板以及辐射贴片。需要指出的是，微带单极子和微带天??线存在差异，主要表现在地板结构不同，微带天线接地板完全覆盖介质基板，单??极子天线接地板在辐射贴片处没有接地板，只在馈线部分有接地板，因此，微带??天线为单向辐射，而微带单极子天线可以实现电磁波的全向辐射。此外，微带单??极子天线还有比普通微带天线更宽的频带，且不易受到介质基片上高介电常数材??料的影响等优点。当前存在的微带单极子天线主要包括了三角形、梯形、圆形、??矩形以及椭圆形等各种不同形状［３９］。??１?？?？?Ｉ?＊??；，ＷＭ?．??ｗｉ??，＿?議??Ｌ?Ｎ／．ＪＶ??重??图２．２微带单极子＿线结构示意图??Ｆｉｇ．?２．２?Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ１?ｏｆ?ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ?ｍｏｎｏｐｏｌｅ?ａｎｔｅｎｎａ??１?１?ｉ??Ｉ－?ｉ??２．３功分器的相关介绍??微波功率分配器简称功分器，是一种無一路输入信号能量分成两路或多路输??出相等或不相等能量的器件。通常，大功率微波功率分配器会采用同轴线或波导??结构，中小功率微波功率分配器会采用微带或带状线结构。本文采用微带结构进??行设计，所以下面主要介绍微带功分器的原理。??功分器是一种多端口微波网络。假设输入功率为输出功率是??／５２，／３３，／５４．．．尸？，则对于无耗无源的多路功分器来说，有巧＝／＞２＋／？３＋尸４
?大连海事大学硕士学位论文???在二者的相互作用下，有源振子辐射的能量可以集中在主辐射方向。反射器主要??影响天线前后比，但是其对八木天线各方面的影响比引向器小，所以一般只有一??个；而引向器在一定数量范围内数量越多，天线增益越大，定向性也越好。??ｉｆ??ｉＪ４???＾??／??１?２?Ｎ－ｌ??Ａ?＾、?Ｙ?Ｊ??反射器＾?ＡＭ?引向器??有‘振子??图２．８八木天线结构示意图??Ｆｉｇ．?２．８?Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?Ｙａｇｉ?ａｎｔｅｎｎａ??八木天线从实际意义来讲就是一个直线阵列天线，只对其中的有源振子进行??馈电，无源振子通过和有源振子的耦合作用产生交变感应电流，调节振子长度和??间距可以控制电流分配比，从而改变天线方向图。与天线性能联系最密切的物理??量是波长；Ｉ，根据导线长度与波长关系，导线呈现两种状态。当导线长度大于Ａ??Ｉ?４??整数倍时，呈现感性；反之，则呈现容性。如图２．８所示，有源振子是半波振子，??当工作在中心频率时，有源振子呈现纯电阻状态，产生谐振。引向器长度小于有??源振子，呈现容性，相反，反射器呈现感性，这样，引向器和反射器的电流相位??依次超前，就增强了有源振子辐射方向的方向性。．??八木天线具有结构简单、方向性强、抗干扰、价格低廉等优点；缺点是频带??相对较窄，增益相对较低，所以常将其组成天线阵使用。它在超短波和微波波段??应用广泛，在军事应用中，！舰艇上为排除控振雷达的搜索盲区而使用八木天线来??增强抗干扰能力；在生活应用中，八木天线可以增强电视或收音机的信号，消除??断断续续的信号等［４（Ｍ２］。??２
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