可重構(gòu)微帶天線及寬帶圓極化微帶天線研究.pdf

1、可重構(gòu)天線是近幾年來興起的一類新型天線技術(shù)，它是天線與射頻技術(shù)、微電子、電子機械等學(xué)科領(lǐng)域相互交叉的產(chǎn)物?？芍貥?gòu)天線可以根據(jù)天線的工作環(huán)境，通過動態(tài)地調(diào)整天線的口徑和結(jié)構(gòu)來實時改變天線的工作頻率、方向圖、極化等特性，具有常規(guī)天線不可比擬的優(yōu)越性，在無線通信、衛(wèi)星通信、雷達等領(lǐng)域具有廣闊前景。圓極化天線在衛(wèi)星通信、GPS定位系統(tǒng)、遙測、電子對抗等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，微帶天線具有低剖面、重量輕、易共形、易與射頻電路器件集成等優(yōu)點，且易于實現(xiàn)圓

2、極化，因此圓極化微帶天線是一種比較常用的圓極化天線形式。但是傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)圓極化微帶天線的帶寬很窄，限制了圓極化微帶天線的應(yīng)用范圍，因此具有寬帶特性的圓極化微帶天線具有很高的研究價值。在此背景下，本文主要進行了可重構(gòu)微帶天線和寬帶圓極化微帶天線的研究，作者的主要工作和取得的成果如下：
　　 1.研究了頻率可重構(gòu)天線的基本原理，在此基礎(chǔ)上，采用基于FDTD方法的粒子群算法，優(yōu)化設(shè)計并制作了一種新型的頻率可重構(gòu)的共面波導(dǎo)饋電微帶縫隙偶極子

3、天線，通過控制加載在縫隙上的兩組PIN二極管的導(dǎo)通和截止，改變縫隙天線的諧振長度，使天線具有頻率可重構(gòu)的功能，其中心頻率可在1.5GHz、3.22GHz和3.55GHz之間實時切換。
　　 2.研究了單元方向圖可重構(gòu)天線的基本原理，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計了一種新型零深方向可控的方向圖可重構(gòu)微帶縫隙天線。天線由四條沿360°均勻排列的縫隙偶極子構(gòu)成，由微帶線終端的圓形開路枝節(jié)通過縫隙偶極子中心的圓形縫隙耦合饋電，這種饋電結(jié)構(gòu)使天線在多種

4、工作模式都具有良好的阻抗匹配特性。通過控制安裝在縫隙上的四組開關(guān)，改變各縫隙的工作狀態(tài)，使該天線在x-y面上的零深位置能夠在φ=22.5°和φ=202-5°、φ=67.5°和φ=247-5°、φ=112.5°和φ=292.5°、φ=147.5°和φ=337.5°四組方向上實時切換。在此過程中，天線的最大輻射方向和方向圖形狀保持不變。
　　 3.研究了方向圖可重構(gòu)陣列天線的基本原理，設(shè)計了一種新型方向圖可重構(gòu)的二元微帶貼片陣列天線

5、。該天線使用共面波導(dǎo)缺陷地板(DGS)周期結(jié)構(gòu)替代傳統(tǒng)的移相器，通過開關(guān)控制共面波導(dǎo)兩側(cè)地板上的切槽深度改變共面波導(dǎo)DGS周期結(jié)構(gòu)的傳播常數(shù)，來控制單元的激勵相位，實現(xiàn)波束掃描。根據(jù)設(shè)計結(jié)果，實際加工制作了一個原型天線，用金屬片代替實際的MEMS開關(guān)。根據(jù)實測結(jié)果，在不同的開關(guān)狀態(tài)下，天線的最大輻射方向分別位于H面θ=±21°、θ=±9°和θ=0°方向，表明該天線的最大輻射方向可以在H面±21°范圍內(nèi)進行掃描。
　　 4.研究了

6、微帶天線的寬帶圓極化技術(shù)，設(shè)計了一種新型微帶縫隙結(jié)構(gòu)的寬帶圓極化天線，該天線采用共面波導(dǎo)饋電，天線與饋電結(jié)構(gòu)共面。共面波導(dǎo)的中心導(dǎo)體沿縫隙的對角線方向插入縫隙耦合饋電，插入縫隙內(nèi)部的導(dǎo)體呈“L”形，這種非對稱的激勵結(jié)構(gòu)可以在方形縫隙內(nèi)激勵圓極化輻射波。根據(jù)設(shè)計結(jié)果，實際加工制作了原型天線，天線實測的-10dB反射系數(shù)帶寬約為48％，3dB軸比帶寬為17％。
　　 5.設(shè)計了一種新型極化可重構(gòu)開槽微帶貼片天線。首先提出了一種新型的

7、開槽圓極化貼片天線，通過在貼片一邊對應(yīng)饋點的位置開矩形切槽，來實現(xiàn)左旋或右旋圓極化輻射，圓極化的旋向由切槽與饋點的相對位置決定。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計了一種極化可重構(gòu)的圓極化微帶貼片天線。該天線在貼片上饋點對應(yīng)的位置同時開了兩組正交的矩形切槽，并在每個槽上安裝了兩個PIN二極管。通過控制PIN二極管的導(dǎo)通/截止來改變槽的工作狀態(tài)，實現(xiàn)左旋/右旋圓極化的切換，該天線不需要單獨的直流饋電電路，二極管的直流偏置電壓可通過天線的饋電端口加入，減小了饋

8、電電路對天線特性的影響。根據(jù)設(shè)計結(jié)果，實際加工制作了一個原型天線，天線在兩種極化狀態(tài)下的實測3dB軸比帶寬約為1.0％。
　　 6，通過借鑒一種已有的寬帶圓極化縫隙天線結(jié)構(gòu)，設(shè)計了一種新型極化可重構(gòu)的寬帶圓極化微帶縫隙天線。原縫隙天線通過在縫隙內(nèi)與饋線垂直方向上加入一個“T”形枝節(jié)實現(xiàn)圓極化，作者在該結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，在原來“T”形枝節(jié)的對稱位置增加了一個“T”形枝節(jié)，兩個“T”形枝節(jié)通過PIN二極管與兩側(cè)地板連接。通過控制二極管的