频率和方向图可重构缝隙天线的研究与设计
发布时间：2021-04-14 11:25
随着5G技术的即将落地以及各种新型通信设备的涌现,无线通信的重要性日益彰显。天线作为收发无线信号的核心器件之一,其性能的好坏将直接决定无线通信系统的质量和效率。当前,各种电子设备之间的电磁干扰日益严重,传统天线已经难以满足新形势下的设计要求。可重构天线因其在一个天线口径中实现多个天线的功能,在减小系统体积的同时能改善系统间的电磁兼容性,而成为当前天线领域的一个研究热点。本文主要对应用于WLAN、WiMAX和WPAN范围内的频率和方向图可重构天线做了一些探索,并提出了三种可重构天线设计方案。首先,设计了一种频率可重构缝隙环天线。通过调整PIN二极管的状态可以改变缝隙的长度,使天线的谐振频率发生改变。仿真结果表明,天线可以分别在2.4GHz、3.5GHz和5.8GHz三个频段进行工作模式的切换,并且在频率调谐的同时方向图保持稳定。其次,设计了一种地板开凹字形槽的方向图可重构贴片天线。该天线是在矩形贴片天线的基础上,将四个结构相同的凹字形槽刻蚀在地板的四周,并且在每个槽上加载了一对PIN二极管开关,通过控制这些开关可以使天线在仰角和方位角平面获得五种波束偏转状态。仿真结果表明,反射系数小于-...
【文章来源】：江西理工大学江西省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
频率可调谐缝隙
第一章绪论3保持其他辐射特性如方向图、极化方式的稳定；文献[26-28]中提出了几种频率可调谐的缝隙天线，它们都是利用缝隙上安置的PIN二极管来改变辐射缝隙的谐振长度，从而实现频率的切换。MajidHA等人在文献[29]中介绍了一种频率可调谐微带贴片转缝隙天线，如图1.2所示。从图中可以看到作者在地板上挖了一条矩形窄缝并且在其中安置了五个PIN二极管开关。当开关全部导通时，天线工作在微带贴片模式，中心频率为3.59GHz。当开关全部断开时，贴片作为馈电网络为缝隙馈电，此时作为缝隙天线工作。利用这些开关的通断可以改变缝隙的长度，使辐射缝隙的谐振长度产生变化，从而使天线产生不同的谐振点，缝隙天线模式下的中心频率介于1.98GHz和3.41GHz之间。最终天线能够在1.98-3.59GHz之间的9个不同频段进行频率切换。图1.2频率可调谐缝隙天线结构顶部和底部文献[30]中介绍了一种频率可调谐缝隙环天线。作者在缝隙环两侧各开了一条相同的矩形缝隙，并且在相邻位置依次焊接了三组PIN二级管，如图1.3所示。利用这些开关可以调节缝隙的长度，继而使电流路径发生改变，从而实现频率的可调。该天线能够稳定工作在DSC-18001.71-1.88GHz)，PCS-19001880-1900GHz)和UMTS1.92-2.17GHz)三个频段，并且由于结构的对称性，方向图几乎不发生改变，非常适合在移动通信领域使用。图1.3频率可调缝隙天线
天线第二种是方向图可变，其他参数特性不变的天线。这类天线的工作特点是可以根据需要动态地改变主辐射方向，从而避开干扰源，提高通信质量和效率。实现方向图可重构的基本方法有在天线口径中加载电子开关或可变电容来改变场分布，进而实现主辐射波束的可调。G.H.Huff和J.T.Bernhard在文献[31]中介绍了一种利用MEMS开关实现方向图可重构的微带天线，其结构是一个单转角的矩形螺旋环，长度为81mm约等于2.5eff，采用同轴底溃为了改变辐射体的驻电场分布以实现方向图可重构，作者在金属螺旋环上加载了两个MEMS开关，如图1.4a)所示。当switch1关闭switch2打开时，天线工作在端射模式；当switch1打开switch2关闭时，天线工作在边射模式。LeeCM和JungCW在文献[32]中介绍了一种用于手环的波束可调柔性天线，如图1.4b)所示。作者在柔性介质基板上分别印刷了一个单极子、一段环形枝节和一段折叠枝节。在单极子和环形枝节相交处放置了两个PIN二级管开关，通过控制SW1和SW2的状态以及调整折叠枝节的张角，可以改变主波束的方向。a)单转角矩形螺旋环天线b)用于手环的柔性天线图1.4主辐射贴片加载开关的方向图可重构天线另一种方法是利用八木天线原理[33-34]，如图1.5是一个最简单的八木天线阵列。从图中可以看到三个阵子的长度各不相同，因此，它们各自的电流相位也不尽相同。阵子1的电流相位滞后于激励阵子2，两者辐射所形成的叠加场偏向阵子1，此时阵子1对主辐射波束起引向作用；阵子3的电流相位超前于激励阵子2，两者辐射所形成的叠加场偏向激励阵子2，此时阵子3对主辐射波束起反射作用。利用不同阵子对激励阵子的反射和引向效果，便可以实现主波束的偏转。印刷八木天线则是在主辐射单元的周围放置多个寄生单元，这些寄生单元的形状与主辐射?
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种矩形环状频率可重构天线设计[J]. 潘勇,侯梓叶,赵二刚,马永涛,熊江,曾悦. 南开大学学报(自然科学版). 2019(06)
[2]具有可重构特性的陷波超宽带天线设计与研究[J]. 南敬昌,王加冕,赵久阳,胡汗青,杨洁. 传感器与微系统. 2019(10)
[3]一种基于电调移相器的可重构天线[J]. 张若峤,于志强,周健义. 微波学报. 2019(03)
[4]一种频率可重构缝隙天线的设计[J]. 商锋,杨立博,董闯. 西安邮电大学学报. 2018(06)
[5]基于开关的双频方向图可重构天线设计[J]. 黄帅,吕政良,陈捷. 微波学报. 2016(S1)
[6]一种频率可重构天线的设计[J]. 赵旋,邹传云,蒋永祥. 微型机与应用. 2015(22)
[7]一种极化可重构的开口环缝微带天线[J]. 杨帆,房丽丽. 微波学报. 2015(05)
[8]一种新型极化可重构微带天线[J]. 胡越,杨雪霞,卢忠亮,郑国莘. 微波学报. 2014(03)
[9]频率可重构超宽带天线研究[J]. 田雨波,谭冠南. 电波科学学报. 2012(02)
[10]可重构天线的研究现状与发展趋势[J]. 王安国,张佳杰,王鹏,侯永宏. 电波科学学报. 2008(05)
本文编号：3137230
【文章来源】：江西理工大学江西省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
频率可调谐缝隙
第一章绪论3保持其他辐射特性如方向图、极化方式的稳定；文献[26-28]中提出了几种频率可调谐的缝隙天线，它们都是利用缝隙上安置的PIN二极管来改变辐射缝隙的谐振长度，从而实现频率的切换。MajidHA等人在文献[29]中介绍了一种频率可调谐微带贴片转缝隙天线，如图1.2所示。从图中可以看到作者在地板上挖了一条矩形窄缝并且在其中安置了五个PIN二极管开关。当开关全部导通时，天线工作在微带贴片模式，中心频率为3.59GHz。当开关全部断开时，贴片作为馈电网络为缝隙馈电，此时作为缝隙天线工作。利用这些开关的通断可以改变缝隙的长度，使辐射缝隙的谐振长度产生变化，从而使天线产生不同的谐振点，缝隙天线模式下的中心频率介于1.98GHz和3.41GHz之间。最终天线能够在1.98-3.59GHz之间的9个不同频段进行频率切换。图1.2频率可调谐缝隙天线结构顶部和底部文献[30]中介绍了一种频率可调谐缝隙环天线。作者在缝隙环两侧各开了一条相同的矩形缝隙，并且在相邻位置依次焊接了三组PIN二级管，如图1.3所示。利用这些开关可以调节缝隙的长度，继而使电流路径发生改变，从而实现频率的可调。该天线能够稳定工作在DSC-18001.71-1.88GHz)，PCS-19001880-1900GHz)和UMTS1.92-2.17GHz)三个频段，并且由于结构的对称性，方向图几乎不发生改变，非常适合在移动通信领域使用。图1.3频率可调缝隙天线
天线第二种是方向图可变，其他参数特性不变的天线。这类天线的工作特点是可以根据需要动态地改变主辐射方向，从而避开干扰源，提高通信质量和效率。实现方向图可重构的基本方法有在天线口径中加载电子开关或可变电容来改变场分布，进而实现主辐射波束的可调。G.H.Huff和J.T.Bernhard在文献[31]中介绍了一种利用MEMS开关实现方向图可重构的微带天线，其结构是一个单转角的矩形螺旋环，长度为81mm约等于2.5eff，采用同轴底溃为了改变辐射体的驻电场分布以实现方向图可重构，作者在金属螺旋环上加载了两个MEMS开关，如图1.4a)所示。当switch1关闭switch2打开时，天线工作在端射模式；当switch1打开switch2关闭时，天线工作在边射模式。LeeCM和JungCW在文献[32]中介绍了一种用于手环的波束可调柔性天线，如图1.4b)所示。作者在柔性介质基板上分别印刷了一个单极子、一段环形枝节和一段折叠枝节。在单极子和环形枝节相交处放置了两个PIN二级管开关，通过控制SW1和SW2的状态以及调整折叠枝节的张角，可以改变主波束的方向。a)单转角矩形螺旋环天线b)用于手环的柔性天线图1.4主辐射贴片加载开关的方向图可重构天线另一种方法是利用八木天线原理[33-34]，如图1.5是一个最简单的八木天线阵列。从图中可以看到三个阵子的长度各不相同，因此，它们各自的电流相位也不尽相同。阵子1的电流相位滞后于激励阵子2，两者辐射所形成的叠加场偏向阵子1，此时阵子1对主辐射波束起引向作用；阵子3的电流相位超前于激励阵子2，两者辐射所形成的叠加场偏向激励阵子2，此时阵子3对主辐射波束起反射作用。利用不同阵子对激励阵子的反射和引向效果，便可以实现主波束的偏转。印刷八木天线则是在主辐射单元的周围放置多个寄生单元，这些寄生单元的形状与主辐射?
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种矩形环状频率可重构天线设计[J]. 潘勇,侯梓叶,赵二刚,马永涛,熊江,曾悦. 南开大学学报(自然科学版). 2019(06)
[2]具有可重构特性的陷波超宽带天线设计与研究[J]. 南敬昌,王加冕,赵久阳,胡汗青,杨洁. 传感器与微系统. 2019(10)
[3]一种基于电调移相器的可重构天线[J]. 张若峤,于志强,周健义. 微波学报. 2019(03)
[4]一种频率可重构缝隙天线的设计[J]. 商锋,杨立博,董闯. 西安邮电大学学报. 2018(06)
[5]基于开关的双频方向图可重构天线设计[J]. 黄帅,吕政良,陈捷. 微波学报. 2016(S1)
[6]一种频率可重构天线的设计[J]. 赵旋,邹传云,蒋永祥. 微型机与应用. 2015(22)
[7]一种极化可重构的开口环缝微带天线[J]. 杨帆,房丽丽. 微波学报. 2015(05)
[8]一种新型极化可重构微带天线[J]. 胡越,杨雪霞,卢忠亮,郑国莘. 微波学报. 2014(03)
[9]频率可重构超宽带天线研究[J]. 田雨波,谭冠南. 电波科学学报. 2012(02)
[10]可重构天线的研究现状与发展趋势[J]. 王安国,张佳杰,王鹏,侯永宏. 电波科学学报. 2008(05)
本文编号：3137230
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