隨著現(xiàn)代無線通信技術(shù)的迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用,對無線通信系統(tǒng)在小型化、高速率、集成化以及多功能化等方面均提出了更高要求�？芍貥�(gòu)天線技術(shù)能夠在不增加天線數(shù)量的情況下,通過電子、機(jī)械、材料等手段改變天線的工作頻率、極化以及方向圖等特性,可以使用單一天線實(shí)現(xiàn)多個天線的功能,能夠極大改善系統(tǒng)的整體性能,且有利于系統(tǒng)的小型化和智能化。因此,對可重構(gòu)天線技術(shù)的研究具有十分重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。本文緊緊圍繞“無線通信系統(tǒng)中可重構(gòu)天線與陣列關(guān)鍵技術(shù)”這一研究主題,開展了深入研究,取得了如下主要研究成果:一、提出了一種具有方向圖可重構(gòu)特性的寬帶平面天線設(shè)計(jì)方法,并實(shí)現(xiàn)了兩種方向圖可重構(gòu)陣列天線的研制。首先,基于基片集成腔體和層疊貼片結(jié)構(gòu),提出了一種新型寬帶平面天線,其相對帶寬可達(dá)到13.6%。在此基礎(chǔ)上,利用基片集成腔體的結(jié)構(gòu)對稱性,在天線單元基片集成腔體的兩條對邊中心引入兩個饋電端口,實(shí)現(xiàn)了寬帶180°饋電相位差�；谠搶拵炀�單元設(shè)計(jì)了一個2?2天線陣列,通過對每個天線單元饋電端口的控制,實(shí)現(xiàn)了天線陣列的方向圖重構(gòu)功能。其次,為了進(jìn)一步拓寬天線陣列的工作帶寬并獲得更多的波束重構(gòu)狀態(tài),對以上天線單元進(jìn)行了... 

【文章來源】：東南大學(xué)江蘇省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：135 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

天線單元結(jié)構(gòu)示意圖

東南大學(xué)博士學(xué)位論文22直通端之間的插入損耗為0.7dB。將設(shè)計(jì)好的單刀雙擲開關(guān)直接與天線單元的兩個端口相連，端口1和2通過二極管和隔直電容與輸入端相連，控制二極管的開通或斷開就可以為天線單元選擇不同的饋電端口。根據(jù)理論公式獲得初始設(shè)計(jì)參數(shù)后，使用電磁仿真軟件HFSS對該天線單元進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化后的最終設(shè)計(jì)參數(shù)如表2-1所示。圖2-2（b）給出了優(yōu)化后天線單元在不同饋電端口激勵時反射系數(shù)和法向上增益隨頻率變化關(guān)系的仿真結(jié)果。仿真結(jié)果表明，該天線單元在不同的激勵端口時有著相對一致的特性，仿真-10dB阻抗帶寬為5.2-5.96GHz，相對帶寬達(dá)到13.6%。同時，可以看出該天線單元在整個工作頻帶內(nèi)具有較穩(wěn)定的增益，并且最大增益達(dá)到10dBi。表2-1天線單元的最終設(shè)計(jì)參數(shù)（單位：mm）Lw0w1sαglf29.811.814.31.310°16dpw50h1h2h3gap11.751.680.76220.5082.82.2.222天線陣列結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)基于以上設(shè)計(jì)的寬帶線極化二端口天線單元，本文設(shè)計(jì)了一個寬帶方向圖可重構(gòu)22天線陣列。該天線陣列的饋電網(wǎng)絡(luò)層結(jié)構(gòu)示意圖如圖2-3所示。天線單元之間的間距為0.75個空氣波長。饋電網(wǎng)絡(luò)層包括一個一分四等功分器以及偏置電路，其中一分四等功分是由兩級一分二等功分器級聯(lián)而成。通過控制不同天線單元的饋電端口，可以產(chǎn)生不同的相位分布，進(jìn)而可以產(chǎn)生不同的波束，圖2-4給出了該天線陣列在不同波束狀態(tài)下的仿真結(jié)果。四個天線單元的饋電端口與天線陣列的波束狀態(tài)之間的關(guān)系列在表2-2中。圖2-3方向圖可重構(gòu)22天線陣列的饋電層結(jié)構(gòu)示意圖

東南大學(xué)博士學(xué)位論文24有的偏置電路和直流電源線均設(shè)計(jì)在底層結(jié)構(gòu)上，這樣可以最大程度上減小偏置電路對天線性能的影響。利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀對該天線陣列的反射系數(shù)進(jìn)行了測試。圖2-6給出了該天線陣列工作在不同波束狀態(tài)時測試反射系數(shù)與仿真結(jié)果的對比，仿真結(jié)果與測試結(jié)果基本吻合。從圖中可以看出該天線陣列工作在和波束、X方向差波束、Y方向差波束以及雙差波束狀態(tài)下的測試-10dB阻抗帶寬分別為5.18-6.01GHz、5.17-6.24GHz、5.17-6.23GHz和5.18-6.24GHz。該天線陣列在四種工作狀態(tài)下的綜合帶寬為5.18-6.01GHz，相對帶寬達(dá)到14.8%，與天線單元的阻抗帶寬較接近。（a）（b）圖2-5裝配完成后的方向圖可重構(gòu)22天線陣列的實(shí)物照片。（a）頂層視圖（b）饋電網(wǎng)絡(luò)層視圖（a）（b）（c）（d）圖2-6方向圖可重構(gòu)22天線陣列在不同波束狀態(tài)下反射系數(shù)仿真和測試結(jié)果。（a）和波束，（b）X方向差波束，（c）Y方向差波束，（d）雙差波束

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]A Reconfigurable Microstrip Patch Antenna with Frequency and Circular Polarization Diversities[J]. ZHANG Pengfei,LIU Shizhong,CHEN Rongrong,HUANG Xinglin.  Chinese Journal of Electronics. 2016(02)



本文編號：3123181