可重構(gòu)微帶天線研究.pdf

1、基于微帶天線的可重構(gòu)天線(ReconfigurableAntenna)技術(shù)是本文的研究?jī)?nèi)容。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類對(duì)無線通信的需求越來越高，為了適應(yīng)地面及衛(wèi)星通信等新型通信方式對(duì)大線模塊提出的日益嚴(yán)苛的要求，可重構(gòu)天線概念被提出并獲得廣泛的發(fā)展。新型無線通信系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)是擴(kuò)展系統(tǒng)功能、減小系統(tǒng)體積、簡(jiǎn)化硬件模塊、對(duì)通信環(huán)境具有自適應(yīng)能力。為了滿足這種趨勢(shì)的技術(shù)要求、與系統(tǒng)的信號(hào)處理和軟件控制模塊協(xié)調(diào)工作，天線模塊必須具備靈活多樣的頻

2、率和輻射性能。可重構(gòu)天線體積小、性能靈活，作為系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，能夠極大地改善整個(gè)系統(tǒng)的性能，解決傳統(tǒng)天線對(duì)新型無線通信系統(tǒng)性能的制約問題，使系統(tǒng)更加適應(yīng)復(fù)雜多變的應(yīng)用環(huán)境。因此，開展可重構(gòu)天線設(shè)計(jì)理論及其技術(shù)實(shí)現(xiàn)的研究不僅具有較高的學(xué)術(shù)價(jià)值，同時(shí)也有相當(dāng)?shù)膶?shí)際意義。 本文的研究圍繞可重構(gòu)天線單元及其陣列設(shè)計(jì)展開，主要內(nèi)容分為如下幾個(gè)部分： 首先介紹了可重構(gòu)天線的基本概念和研究意義，基于對(duì)天線基本輻射原理的分析提煉出可重構(gòu)

3、天線的設(shè)計(jì)難點(diǎn)：天線的頻率響應(yīng)特性與輻射特性之間相互影響的關(guān)聯(lián)性問題，通過對(duì)可重構(gòu)天線種類的詳細(xì)歸納闡述了各種天線的重構(gòu)機(jī)制，并在此基礎(chǔ)上指出可重構(gòu)天線研究中有待解決的若干問題。 其次針對(duì)無線通信系統(tǒng)多模通信和小型化的需求，提出了一種基于短路針加載結(jié)構(gòu)的頻率可重構(gòu)天線。通過切換短路針的加載狀態(tài)，一方面實(shí)現(xiàn)了大頻比的頻率重構(gòu)性能，另一方面義保證了天線緊湊的結(jié)構(gòu)。針對(duì)這一設(shè)計(jì)思想引入的在不同工作狀態(tài)下的阻抗匹配問題，通過對(duì)匹配饋電點(diǎn)

4、和各種饋電方式的分析，設(shè)計(jì)出了適當(dāng)?shù)钠ヅ潆娐?，解決了該結(jié)構(gòu)的阻抗匹配問題。為了進(jìn)一步擴(kuò)展該結(jié)構(gòu)的實(shí)用性，作為對(duì)該結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，提出加載槽和變?nèi)莨艿奈炀€結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了在每個(gè)工作頻帶上對(duì)頻率的小范圍調(diào)節(jié)，并保證了在所有有效工作頻率上輻射方向圖的一致性。這種天線結(jié)構(gòu)具有“宏觀-微觀”頻率可重構(gòu)性能，而其尺寸小于最低工作頻率波長(zhǎng)的四分之一，能靈活應(yīng)用于無線通信系統(tǒng)，具有很高的實(shí)用價(jià)值。 再次針對(duì)無線通信系統(tǒng)對(duì)多模工作和通信質(zhì)量的要

5、求，本文提出了一種頻率和極化方式混合可重構(gòu)天線方案?；趯?duì)微帶天線的圓極化原理的深入分析。通過在天線輻射片適當(dāng)位置加載開關(guān)來控制改變天線表面電流的分布，最終使天線能夠兩個(gè)頻帶之間實(shí)現(xiàn)頻率的切換，并可根據(jù)需要在三種不同的極化方式之間重構(gòu)。另外針對(duì)微帶天線阻抗和軸比帶寬過窄的問題，通過加載容性饋電縫隙進(jìn)一步擴(kuò)展了天線的阻抗和軸比帶寬。仿真和實(shí)測(cè)結(jié)果均證明了該設(shè)計(jì)的有效性。 最后，針對(duì)天線頻率響應(yīng)與輻射特性的關(guān)聯(lián)性問題，基于前述的混合

6、可重構(gòu)單元天線，提出了一種結(jié)構(gòu)新穎的可重構(gòu)二元陣列結(jié)構(gòu)：將兩副單元天線以嵌套的方式組陣，內(nèi)環(huán)和外環(huán)陣元分別工作于相互獨(dú)立的頻段，實(shí)現(xiàn)了雙帶操作；而各個(gè)陣元天線又具有極化可重構(gòu)性和小范圍的頻率重構(gòu)能力。這種設(shè)計(jì)一方面避開了可重構(gòu)單元天線的頻率響應(yīng)與輻射模式之間關(guān)聯(lián)性的矛盾從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)頻率和極化特性較為獨(dú)立的控制，另一方面又保持了天線緊湊的結(jié)構(gòu)-二元陣列僅占有一元天線的空間尺寸，為可重構(gòu)天線的設(shè)計(jì)提供了一種新穎的備選方案。其中，為了實(shí)現(xiàn)可重

7、構(gòu)單元天線的小型化，在天線中心引入方形槽。而為了克服槽面積增大導(dǎo)致的匹配饋電難和帶寬變窄的問題.提出了容性耦合饋電技術(shù)與增大天線高度相結(jié)合的解決方案。為了深入理解陣列輻射性能，本文采用二元微帶線的奇偶模理論對(duì)內(nèi)外輻射單元之間的耦合特性進(jìn)行了分析，并得出結(jié)論：在高頻段時(shí)二元環(huán)天線有兩個(gè)諧振頻率點(diǎn)，分別以奇模或偶模為主的狀態(tài)工作；低頻段外環(huán)輻射片的輻射性能則基本不受內(nèi)環(huán)影響。采用全波分析軟件計(jì)算的仿真結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證了這一設(shè)計(jì)的可行性和理論分