可重構(gòu)天線研究.pdf

1、可重構(gòu)天線是為了克服現(xiàn)代無線綜合信息系統(tǒng)進一步向大容量、多功能、超寬帶方向發(fā)展所面臨的“瓶頸”而提出來的。目前，這一研究領(lǐng)域在國際上仍然處于起步階段，面臨諸多難題。因此，可重構(gòu)天線的研究具有很強的前沿性和探索性。本論文對頻率可重構(gòu)天線、極化可重構(gòu)天線和基于遺傳算法的可重構(gòu)天線的優(yōu)化設(shè)計進行了比較深入的研究，提出了多種可重構(gòu)天線設(shè)計方案，揭示了可重構(gòu)天線良好的應(yīng)用前景。作者的主要工作和成果可概括為：
　　 1.在單極子頻率可重構(gòu)天

2、線設(shè)計中，提出將天線輻射體的一部分作為向開關(guān)器件提供直流偏置的引線。該方法很大程度上避免了直流引線對天線阻抗特性和輻射方向圖的不利影響，解決了單極子頻率可重構(gòu)天線中引線設(shè)計的難題。
　　 2.設(shè)計制作了一種寬頻帶印刷對稱振子頻率可重構(gòu)天線。該天線通過控制PIN開關(guān)二極管的狀態(tài)來改變天線的諧振長度，從而獲得頻率重構(gòu)特性，頻率可調(diào)比高達101.3％。該設(shè)計采用寬帶指數(shù)型巴倫來解決寬頻帶對稱振子天線的平衡饋電轉(zhuǎn)換問題。
　　

3、3.提出了一種小型化頻率可調(diào)的微帶縫隙天線。諧振縫隙采用了平面螺旋結(jié)構(gòu)，使得天線結(jié)構(gòu)更加緊湊，天線尺寸較傳統(tǒng)直縫隙天線減小了40％。通過在螺旋非縫隙上加載PIN開關(guān)二極管，天線獲得了良好的頻率可調(diào)特性。由于開關(guān)直接加載于輻射很弱的螺旋非輻射縫隙，天線電調(diào)特性對開關(guān)性能的敏感程度顯著降低，使頻率重構(gòu)特性更容易實現(xiàn)。
　　 4.提出了一種寄生切角極化可重構(gòu)微帶貼片天線。該天線方形輻射貼片的4個寄生切角分別通過PIN開關(guān)接地。通過控制

4、4個PIN開關(guān)，天線能夠以左旋圓極化、右旋圓極化和線極化幾種不同的極化方式工作。由于天線自身的結(jié)構(gòu)特點，該設(shè)計避免了在極化可重構(gòu)天線輻射口徑中直接使用隔直電容。
　　 5.提出了一種新穎的左右旋圓極化開關(guān)可切換的方形微帶貼片天線。天線由FET單刀雙擲射頻開關(guān)、3dB電橋和方形微帶貼片組成。為產(chǎn)生圓極化輻射，方形微帶貼片采用正交饋電，并由3dB電橋提供相位相差90°的輸入。開關(guān)兩個輸出端與3dB電橋的輸入端和隔離端連接。控制開關(guān)導(dǎo)

5、通方向，能夠改變天線左旋和右旋圓極化工作方式。實驗結(jié)果驗證了該天線能夠?qū)崿F(xiàn)良好的圓極化切換特性。
　　 6.提出了一種新的極化可重構(gòu)微帶貼片天線。該天線采用雙饋點激勵兩個方向正交線極化工作模式。通過改變饋電網(wǎng)絡(luò)中4個單刀雙擲開關(guān)的導(dǎo)通狀態(tài)，能夠在兩個饋電點處形成0°、180°和±90°的相位差，從而使天線的極化工作方式能夠在左、右旋圓極化以及線極化之間的切換。而且，這幾種極化方式下天線的工作頻率保持了很好的一致性。
　　

6、 7.采用遺傳算法對可重構(gòu)天線的頻率重構(gòu)能力進行了初步的研究和探討。在遺傳算法優(yōu)化設(shè)計中，為了加快天線分析速度，提出將可重構(gòu)天線開關(guān)作為加載元件來處理，利用快速矩量法(MoM)加快天線的分析速度。文中將該快速分析算法與遺傳算法相結(jié)合，對一平面型可重構(gòu)線天線的重構(gòu)能力進行了探索。結(jié)果表明，該天線能夠在40MHz-400MHz頻帶范圍內(nèi)實現(xiàn)良好的頻率重構(gòu)特性。而且由于使用了快速分析算法，可重構(gòu)天線的優(yōu)化設(shè)計速度大大提高。
　　 8.

7、提出了一種方向圖可重構(gòu)微帶貼片天線設(shè)計方案，并將遺傳算法(GA)與時域有限差分法(FDTD)結(jié)合對該天線方向圖重構(gòu)能力進行了探索。由優(yōu)化設(shè)計的結(jié)果知道，該天線θ和φ兩個極化增益方向圖在x-z平面(50°，0°)至(130°，0°)的范圍和x-y平面(90°，-25°)至(90°，25°)的范圍內(nèi)具有良好的方向圖可重構(gòu)能力和較高的極化增益。
　　 9.提出了一種頻率和方向圖可同時重構(gòu)的籠形天線設(shè)計方案，并采用遺傳算法(GA)和前面