可重構微帶天線及寬帶圓極化微帶天線研究.pdf

1、可重構天線是近幾年來興起的一類新型天線技術，它是天線與射頻技術、微電子、電子機械等學科領域相互交叉的產物?？芍貥嬏炀€可以根據天線的工作環(huán)境，通過動態(tài)地調整天線的口徑和結構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、電子對抗等領域得到廣泛應用，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)結構圓極化微帶天線的帶寬很窄，限制了圓極化微帶天線的應用范圍，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.研究了頻率可重構天線的基本原理，在此基礎上，采用基于FDTD方法的粒子群算法，優(yōu)化設計并制作了一種新型的頻率可重構的共面波導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天線的基本原理，并在此基礎上設計了一種新型零深方向可控的方向圖可重構微帶縫隙天線。天線由四條沿360°均勻排列的縫隙偶極子構成，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，這種饋電結構使天線在多種

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，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陣列天線的基本原理，設計了一種新型方向圖可重構的二元微帶貼片陣列天線

5、。該天線使用共面波導缺陷地板(DGS)周期結構替代傳統(tǒng)的移相器，通過開關控制共面波導兩側地板上的切槽深度改變共面波導DGS周期結構的傳播常數，來控制單元的激勵相位，實現波束掃描。根據設計結果，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。根據實測結果，在不同的開關狀態(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°范圍內進行掃描。
　　 4.研究了

6、微帶天線的寬帶圓極化技術，設計了一種新型微帶縫隙結構的寬帶圓極化天線，該天線采用共面波導饋電，天線與饋電結構共面。共面波導的中心導體沿縫隙的對角線方向插入縫隙耦合饋電，插入縫隙內部的導體呈“L”形，這種非對稱的激勵結構可以在方形縫隙內激勵圓極化輻射波。根據設計結果，實際加工制作了原型天線，天線實測的-10dB反射系數帶寬約為48％，3dB軸比帶寬為17％。
　　 5.設計了一種新型極化可重構開槽微帶貼片天線。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饋點的位置開矩形切槽，來實現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。在此基礎上，設計了一種極化可重構的圓極化微帶貼片天線。該天線在貼片上饋點對應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二極管的導通/截止來改變槽的工作狀態(tài)，實現左旋/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。根據設計結果，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構，設計了一種新型極化可重構的寬帶圓極化微帶縫隙天線。原縫隙天線通過在縫隙內與饋線垂直方向上加入一個“T”形枝節(jié)實現圓極化，作者在該結構的基礎上，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二極管與兩側地板連接。通過控制二極管的