【摘要】：可重構天線技術是突破現(xiàn)代無線通信瓶頸的關鍵技術之一,正日漸成為天線理論與設計領域的研究熱點。在眾多可重構天線的種類中,極化可重構天線是研究的重點,因為它能夠根據(jù)環(huán)境的改變實時切換成通信質量最佳的極化方式。全向天線具有在水平面360°的均勻輻射,能夠實現(xiàn)點對多點的通信方式,在射頻識別、定位追蹤、電視廣播等領域有著廣泛的應用。本文基于對極化可重構全向天線的應用背景分析,提出了一種寬帶、低剖面的多重極化可重構全向天線,主要內容如下:1.提出了一種水平/垂直極化可重構全向天線。天線由一個環(huán)天線和坐落在其中心的單極子組成。環(huán)天線是由四對巴倫饋電的印刷弧形偶極子圍成的,其表面分布均勻同相電流,因此可以輻射水平極化全向電磁波;引入金屬環(huán)片和四根短路金屬柱的單極子具有低剖面結構,輻射垂直極化全向電磁波。通過四個微帶巴倫給環(huán)天線饋電,利用了微帶傳輸線和開路短截線組成的饋電電路實現(xiàn)單極子的阻抗匹配,在饋電電路中加載了2個PIN二極管,通過控制二極管狀態(tài)實現(xiàn)極化方式的切換。實驗結果表明,該天線可以實現(xiàn)水平極化和垂直極化的全向輻射,|S11|-10d B的帶寬可以覆蓋1.68-2.2 GHz(26.8%)頻段。2.基于上述環(huán)天線和單極子的結構,提出了一種水平/垂直/圓極化可重構全向天線,在實現(xiàn)全向水平和垂直極化工作方式的基礎上,通過增加一條饋電路徑同時給環(huán)天線和單極子饋電,使它們的組合產生圓極化電磁波,但需要另外進行環(huán)天線和單極子的并聯(lián)阻抗匹配。圓極化狀態(tài)下采用了微帶傳輸線構造90°相差并利用水平極化饋電路徑的一段構造開路短截線實現(xiàn)阻抗匹配。饋電電路中加載了7個PIN二極管,通過控制二極管狀態(tài)實現(xiàn)極化方式的切換。實驗結果表明,該天線可以實現(xiàn)水平、垂直和圓極化的全向輻射,|S11|-10d B的帶寬可以覆蓋1.67-2.21 GHz(27.8%)頻段,圓極化軸比帶寬(AR3d B)達到25.6%,覆蓋1.7-2.2 GHz頻段。3.基于上述環(huán)天線和單極子構成的水平/垂直/圓極化可重構全向天線,提出了一種水平/垂直/左旋/右旋圓極化可重構全向天線。通過在環(huán)天線的饋電路徑中引入一對λ/2移相器,實現(xiàn)圓極化的切換:當λ/2移相器不參與工作時,水平分量相位滯后垂直分量90°,輻射左旋圓極化電磁波;當λ/2移相器參與工作時,水平分量相位超前垂直分量90°,輻射右旋圓極化電磁波。在饋電路徑中加載了12個PIN二極管,通過控制二極管狀態(tài)實現(xiàn)極化方式的切換。實驗結果表明,該天線可以實現(xiàn)全向水平、垂直、左旋和右旋圓極化全向輻射,在四種極化狀態(tài)下|S11|-10d B的帶寬都能覆蓋1.65-2.25 GHz(30.8%)頻段,左右旋圓極化軸比帶寬(AR3d B)達到31.6%,覆蓋1.6-2.2 GHz頻段。通過以上的系統(tǒng)研究,掌握了多重極化可重構全向天線的研究步驟,尤其所涉及的實現(xiàn)線極化與圓極化方式的匹配方法,為以后設計多重極化可重構寬帶天線提供了新的手段。
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN820
【圖文】：

的極化方式之間切換。線極化可重構天線的構成原理，大多是基于傳統(tǒng)線極化天線，交叉偶極子、縫隙天線、微帶天線等。在文獻[24]中，作者在環(huán)形縫隙天線中引入 4 個二極管，每兩個二極管為一組，通控制每組二極管的通斷，達到控制天線上電流分布的目的。如圖 1-1 所示，該環(huán)縫天的輻射體部分位于介質基板的正面，在介質基板背面有一條微帶線通過一個金屬化過給天線饋電。四個 PIN 二極管 D1~D4 均勻地沿環(huán)縫分布。當給連接中間圓形金屬片直流線高電平(直流線未在圖中標出)時，而給連接邊緣金屬片的直流線低電平時，將使得 D1 和 D3 二極管導通，D2 和 D4 二極管截止，這時天線上的電流分布如圖 1-2a空心箭頭所示，此時該環(huán)縫天線輻射+45°極化波；反之，當 D1 和 D3 截止，D2 和 D4通時，電流分布如圖 1-2b 中空心箭頭所示，此時輻射-45°極化波。該天線具有剖面低、于加工、便于組陣的優(yōu)點。作者將這款線極化可重構的環(huán)縫天線單元組成一個 2×2 的線陣列，如圖 1-3 所示。陣列中每個單元的輻射部分與圖 1-1 所述一致，而饋電采用

華南理工大學碩士學位論文支路和縫隙-微帶的串聯(lián)支路組成功分器，使得整個天-4a 給出了該天線陣列處于+45°極化狀態(tài)的回波損耗，心頻率為 5GHz。圖 1-4b 給出了+45°極化狀態(tài)（左）向圖。該天線雖然具有結構簡單、易于加工的優(yōu)點，16%），且可供重構的極化方式比較少，只有±45°兩種射定向電磁波。

【參考文獻】

相關期刊論文 前9條

1 檀蕊蓮;柏鵬;李哲;林志國;李宗強;;基于定向天線的DF協(xié)作通信系統(tǒng)SER性能分析[J];系統(tǒng)工程與電子技術;2014年06期

2 薛永剛;王愛舉;鄒長虹;;全向天線在衛(wèi)星上行信號監(jiān)測系統(tǒng)中的應用研究[J];中國無線電;2009年01期

3 顧長青;韓國棟;;Hilbert縫隙天線的頻率可重構設計[J];南京航空航天大學學報;2006年06期

4 王秉中;肖紹球;張泳;楊雪松;吳煒霞;;Researches on Reconfigurable Antenna in CEMLAB at UESTC[J];Journal of Electronic Science and Technology of China;2006年03期

5 郭興龍;蔡描;劉蕾;李國棟;賴宗聲;;Kμ波段硅基MEMS可重構微型天線設計[J];傳感技術學報;2006年06期

6 張沛軍,陳燕武;垂直極化天線在地面數(shù)字電視傳輸中的應用[J];廣播與電視技術;2005年05期

7 董曉娟,路志勇;機載全向圓極化天線[J];無線電工程;2004年04期

8 肖紹球,王秉中;基于微遺傳算法的微帶可重構天線設計[J];電子科技大學學報;2004年02期

9 肖紹球,王秉中;微帶可重構天線的初步探討[J];電波科學學報;2002年04期

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1 范藝;極化可重構全向天線研究[D];華南理工大學;2016年

2 全旭林;寬帶全向天線研究[D];華南理工大學;2013年

相關碩士學位論文 前2條

1 馮海軍;極化可重構天線[D];北京郵電大學;2013年

2 呂波;新體制低剖面天線研究[D];浙江大學;2012年

本文編號：2727614