本文選題：基片集成波導(dǎo)(SIW) + 磁調(diào)諧天線��； 參考：《南京大學(xué)》2014年博士論文

【摘要】：目前,隨著無線通信系統(tǒng)中需要的天線數(shù)量增多,造成通信系統(tǒng)的整體成本和重量增加、帶來了天線之間的電磁干擾等問題,因此人們希望能夠用一個天線來實現(xiàn)多個天線的功能。在此背景下,人們提出了"可重構(gòu)天線"或"可調(diào)天線"這個概念。基于基片集成波導(dǎo)技術(shù)的可重構(gòu)天線研究是一個全新的課題�；刹▽�(dǎo)(Substrate Integrated Waveguide,SIW)技術(shù)是近年來提出的一種平面類波導(dǎo)結(jié)構(gòu),它具有類似于傳統(tǒng)矩形金屬波導(dǎo)的傳播特性,這種特性是通過在上下底面為金屬層的低損耗介質(zhì)基片上利用兩側(cè)周期性金屬化通孔而實現(xiàn)的�；刹▽�(dǎo)器件具有低剖面、高品質(zhì)因數(shù)、易和平面電路集成等優(yōu)點。利用這些優(yōu)點人們已研究了基片集成波導(dǎo)在天線方面的應(yīng)用,在可重構(gòu)天線應(yīng)用研究中目前主要集中在通過電子器件等來實現(xiàn)電可調(diào)天線。利用天線中所用材料的本征特性來改變天線的工作頻率也是實現(xiàn)頻率可調(diào)天線的一種有效方法。本論文著重研究了鐵氧體加載基片集成波導(dǎo)在低剖面頻率可調(diào)天線設(shè)計中的應(yīng)用。對比分析了鐵氧體加載基片集成波導(dǎo)和普通基片集成波導(dǎo)傳輸特性,探討了偏置磁場作用下鐵氧體加載基片集成波導(dǎo)傳輸參數(shù)的可調(diào)性,研究了基于鐵氧體加載基片集成波導(dǎo)天線的工作原理,以及鐵氧體加載基片集成波導(dǎo)的饋電結(jié)構(gòu)等。在此基礎(chǔ)上設(shè)計研究了幾種通過磁場調(diào)節(jié)的新型基片集成波導(dǎo)頻率可調(diào)天線,取得了以下幾個方面的研究成果:(1)在SIW諧振腔理論基礎(chǔ)上對鐵氧體加載SIW諧振腔進(jìn)行了理論和仿真分析,證明了磁可調(diào)SIW諧振腔的工作頻率會隨偏置磁場改變而改變。以此為基礎(chǔ),設(shè)計研制了一種工作在X波段的雙鐵氧體片加載頻率可調(diào)SIW矩形縫隙天線,首次實現(xiàn)了磁可調(diào)的SIW天線。測量結(jié)果表明,可調(diào)頻率范圍為10.5%(從9.95 GHz到11.06 GHz),在頻率調(diào)諧范圍內(nèi)天線增益大于5.0dBi,仿真和測試結(jié)果證明了設(shè)計方法的有效性。(2)設(shè)計了一種改進(jìn)的鐵氧體加載基片集成波導(dǎo)天線。通過改進(jìn)天線輻射縫隙外形,使用單個鐵氧體片,使天線結(jié)構(gòu)更加簡單,天線的輻射增益更高。仿真結(jié)果表明,該天線具有更好的增益和前后比,當(dāng)偏置磁場從0變化到0.12 T,我們的天線的頻率可調(diào)范圍約為380 MHz,在可調(diào)范圍內(nèi)天線增益高于6 dBi,輻射方向圖和增益幾乎不受磁場影響。(3)研究了一種新型磁可調(diào)雙頻雙極化基片集成波導(dǎo)天線。利用SIW諧振腔的多模特性,實現(xiàn)了天線的多頻帶特性;通過采用交叉輻射縫隙,實現(xiàn)了天線的雙極化特性。通過適當(dāng)選擇交叉縫隙的兩個臂的長度,實現(xiàn)了天線在低頻工作點的圓極化輻射狀態(tài)和高頻工作點的線極化輻射狀態(tài)。對實際制備樣品的測量結(jié)果表明,低頻段可調(diào)頻率范圍為8.1%(從8.98 GHz到9.74 GHz)和高頻段可調(diào)頻率范圍為5.5%(從9.98 GHz到10.54 GHz)。通過改變磁場大小,不但可以改變天線的工作頻率,而且還可以改變它的極化特性。(4)提出并實驗證明了一種實現(xiàn)鐵氧體加載SIW縫隙天線在寬頻率范圍內(nèi)可調(diào)諧的方法。通過同時采用改變天線中鐵氧體位置(機(jī)械調(diào)節(jié))和改變偏置磁場(磁場調(diào)節(jié)),實現(xiàn)在寬頻率范圍內(nèi)的可調(diào)性。對設(shè)計制備在X波段基片集成波導(dǎo)天線的實驗研究表明,該天線最大的頻率調(diào)諧范圍達(dá)到14.94%(9.23 GHz-10.69 GHz)。同時,天線輻射特性在頻率調(diào)諧范圍內(nèi)變化不大,表現(xiàn)出良好的輻射性能。以上工作為低剖面可重構(gòu)天線的研究和設(shè)計提供了一條新的實現(xiàn)途徑和天線原型,這種類型的可調(diào)天線將在諸如無線通訊等工程領(lǐng)域有著潛在應(yīng)用價值。
[Abstract]:This paper focuses on the application of the integrated waveguide of ferrite - loaded substrate in the design of low profile frequency tunable antenna . ( 3 ) A new type of tunable dual - frequency dual - polarization substrate integrated waveguide antenna is studied . The multi - band characteristics of the antenna are realized by using the multi - mode characteristics of the SIW resonant cavity . By selecting the length of the two arms of the crossed slot , the circular polarized radiation condition and the linearly polarized radiation state of the high - frequency operating point of the antenna are realized . The measurement results show that the adjustable frequency range of the low - frequency band is 8.1 % ( from 8.98 GHz to 9.74 GHz ) and the adjustable frequency range of the high frequency band is 5.5 % ( from 9.98 GHz to 10.54 GHz ) . By changing the size of the magnetic field , not only the operating frequency of the antenna can be changed , but also the polarization characteristics of the antenna can be changed . At the same time , the radiation characteristics of the antenna are not large in the range of frequency tuning , which shows good radiation performance . The above work provides a new approach and prototype for the research and design of low profile reconfigurable antenna . The adjustable antenna of this type will have potential application value in engineering field such as wireless communication .

【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TN820

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本文編號：1822116