【摘要】：近年來,隨著無線通信技術(shù)的迅猛發(fā)展,系統(tǒng)對天線性能的要求越來越高。傳統(tǒng)天線由于性能固定,在很多場合下難以滿足要求。方向圖可重構(gòu)天線可改變方向圖特性以適應(yīng)周圍環(huán)境的變化,從而改善接收端信噪比,提高系統(tǒng)容量,有廣闊的應(yīng)用前景。本文的研究主要包括以下三方面的內(nèi)容。第一,提出了一種寬帶方向圖可重構(gòu)漸變縫隙天線,通過改變4個p-i-n二極管的偏置電壓可實現(xiàn)4種端射方向圖,偏置電路簡單,反射系數(shù)小于 10dB的公共頻帶為1.57GHz-3.31GHz,相對帶寬71.3%,各狀態(tài)在2.4GHz中心頻率時的增益均大于6.4dBi。將所設(shè)計的零折射率超材料結(jié)構(gòu)加載在漸變縫隙中,在2.2GHz-2.6GHz的頻帶內(nèi),增益可以增加1.4dBi-1.7dBi。第二,提出了一種地板加載互補(bǔ)裂隙環(huán)諧振器(CSRR)的方向圖可重構(gòu)微帶天線,利用不同類型輻射單元間的耦合來控制波束方向,是實現(xiàn)方向圖可重構(gòu)的一種新途徑。通過改變加載在CSRR中射頻開關(guān)的狀態(tài),可同時在E面和H面切換主波束方向,同軸線底饋與微帶邊饋兩種設(shè)計可分別實現(xiàn)9種和6種方向圖,天線的面積分別為0.82λ_0×0.78λ_0和0.73λ_0×0.78λ_0。將該可重構(gòu)天線組成四元相控陣,與普通微帶天線陣列相比,具有更大的掃描角度,更小的增益波動和更低的旁瓣電平。第三,利用差分進(jìn)化算法設(shè)計了一種新型平面印刷波束掃描寄生陣列天線,通過改變加載在寄生單元中的電抗值可使波束方向在方位面內(nèi)掃描。利用等效網(wǎng)絡(luò)模型對天線建模,再用差分進(jìn)化算法優(yōu)化電抗值,優(yōu)化過程中不需要進(jìn)行大量的電磁全波計算,顯著提高了優(yōu)化效率。從理論上分析了網(wǎng)絡(luò)參數(shù)對天線性能的影響。實驗結(jié)果表明該優(yōu)化設(shè)計方法準(zhǔn)確而高效。
[Abstract]:In recent years, with the rapid development of wireless communication technology, the system demands higher antenna performance. Because of its fixed performance, the traditional antenna is difficult to meet the requirements in many situations. The pattern reconfigurable antenna can change the pattern characteristics to adapt to the changes of the surrounding environment, thus improving the SNR of the receiver and increasing the system capacity, so it has a broad application prospect. The research of this paper mainly includes the following three aspects. First, a wideband pattern reconfigurable tapered slot antenna is proposed. By changing the bias voltage of four p-i-n diodes, four end-emitter patterns can be realized. The bias circuit is simple. The common frequency band with reflection coefficient less than 10dB is 1.57 GHz ~ 3.31 GHz, and the relative bandwidth is 71.3 GHz. The gain of each state at the central frequency of 2.4GHz is greater than 6.4 dBi. When the designed zero-refractive index metamaterials are loaded into a gradient slot, the gain can be increased by 1.4 dBi-1.7 dBiin the frequency band of 2.2GHz-2.6GHz. Secondly, a new pattern reconfigurable microstrip antenna for the floor-loaded complementary fissure ring resonator (CSRR) is proposed. The beam direction is controlled by the coupling between different radiation elements, which is a new way to realize the reconfigurable pattern. By changing the state of RF switch loaded in CSRR, the main beam direction can be switched between E plane and H plane at the same time. The two designs of coaxial line bottom feed and microstrip edge feed can realize 9 kinds of pattern and 6 kinds of pattern, respectively. The antenna area is 0.82 位 _ 0 脳 0.78 位 _ 0 and 0.73 位 _ 0 脳 0.78 位 _ 0, respectively. Compared with the conventional microstrip antenna array, the reconfigurable antenna has larger scanning angle, smaller gain fluctuation and lower sidelobe level than the conventional microstrip antenna array. Thirdly, a new plane printed beam scanning parasitic array antenna is designed by using differential evolution algorithm. The beam direction can be scanned in azimuth plane by changing the reactance value of the parasitic element. The antenna is modeled by the equivalent network model, and the reactance is optimized by the differential evolution algorithm. In the optimization process, there is no need for a large number of electromagnetic full-wave calculations, so the optimization efficiency is improved significantly. The influence of network parameters on antenna performance is analyzed theoretically. The experimental results show that the optimal design method is accurate and efficient.
【學(xué)位授予單位】：上海大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN820

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