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分形及PBG理论用于MEMS可重构天线研究

单福琪  
【摘要】:本论文综合研究了分形天线、PBG 的优化分析理论、分形形式 PBG结构和 MEMS 可重构天线等问题。 针对目前用于天线设计的分形结构有限的问题,提出了标准化的分形结构生成法,是系统化研究分形结构有力的数学工具。论文中以正方形作为基本图形,采用标准化的分形结构生成法,得到了相似维度大于 1 的共计 80 种分形结构。其中不仅包含整数维度的传统天线设计的几何图形,如正方形、直线,也包含了已经广泛用于分形天线和天线阵列研究的部分重要分形,如 Sierpinski carpet、Cantor Set 等结构。研究选择了 12 类共计24 种不同形式的分形结构用于制作分形贴片天线,得到众多具有电小特性或双频(多频)特性的天线,验证了分形结构用于天线拓扑设计的优点。论文中还分析了一种对数周期类的贴片天线,验证了对数周期结构用于驻波天线的可行性。 提出了一种有效的 PBG 的优化理论:基于 S 参数的 PBG 结构分步优化方法(SOC 方法)。SOC 方法揭示了 PBG 特性的形成与单元 S 参数及单元间距之间的联系,提供了采用任意单元构成性能最佳的 PBG 结构的解决方案,对于 PBG 的优化设计有强的指导性。与 SOC 方法相结合的 PBG的群理论是 PBG 优化设计理论的另一有益补充。 探索研究了新型的分形类的 PBG 结构,构造了单元仅为 1/8 介质波长的阿基米德双螺线和双臂渐开型螺线 PBG 结构,性能优良而结构极为紧凑,是一维半结构中整体尺寸最小,性能最好的一类 PBG 结构,具有很强的应用价值。 设计制作了可工作于 34.11GHz、32.09GHz、33.13GHz 和 36.20GHz四个不同频率的双 MEMS 开关控制的频率可重构天线。将 RIDSS-PBG 结构成功应用于此天线系统,有效抑制了射频信号从开关控制电路的泄漏。


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