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光控微波开关及其在可重构天线中的应用

兰立涛  
【摘要】:本文针对光控微波开关及其在可重构天线系统中的应用进行了研究。完成了硅材料光控微波开关性能影响因素以及设计方法的研究,并提出一种利用微带缺陷地结构改善光控微波开关性能的设计方案,在保证开关隔离度的基础上有效地减小了光控微波开关的插入损耗。此外,还设计了一种适用于认知超宽带通信系统的光控阻带可重构超宽带天线,该天线可以很好的实现电磁干扰屏蔽和最大效率实现频谱利用的作用。 第一章介绍了光控微波开关的应用背景、优点、国内外研究现状及本课题所做的主要工作。与传统电控微波开关相比,光控微波开关无需偏置电路,实现了控制信号与射频信号的良好隔离,避免了金属偏置电路的电磁干扰,在可重构天线系统的应用中有着良好的前景。 第二章首先对光控微波开关的基本工作原理——光电导效应及其相关的理论知识进行了介绍,并针对光控微波开关建立了等效电路模型和分层等离子层模型两种电磁仿真模型,以便对影响其性能的关键因素进行理论分析。 第三章采用建立的电磁仿真模型对光控微波开关的性能影响因素进行了较为全面的分析,以此为指导完成了半导体材料、照射光源功率、照射光源中心波长和微带间隙尺寸的选择,设计出了硅材料的光控微波开关。为了改善光控微波开关的性能,本章还提出了一种利用开口谐振环缺陷地结构改善光控微波开关插入损耗的思路,仿真和实验结果表明,加入缺陷地结构后光控微波开关的插入损耗有了明显的降低同时其隔离度并未出现恶化。 第四章介绍了光控微波开关在可重构天线中的应用,并设计了一种适用于认知超宽带通信系统的光控阻带可重构的超宽带天线。该天线在超宽带频带内可实现四种工作状态:无阻带状态,在WiMax频段形成单阻带状态,在WLAN频段形成单阻带状态以及在WiMax和WLAN频段形成双阻带状态,可以有效地对WiMaX和WLAN频段电磁干扰进行屏蔽,仿真和实验结果表明其性能符合预期目标。 第五章对课题所做的工作进行了总结,并对后续工作进行了展望。


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