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电可重构天线的研究

梅塞德  
【摘要】:电可重构天线技术是近几年来新出现的天线设计技术。电可重构天线能够以非机械的控制方式改变天线的关键特性,如天线的辐射方向图、极化、辐射损耗、输入阻抗和进行天线调谐等,因此有着广泛的发展前景。 本论文主要讨论了几种新的电可重构天线设计方法。研究内容涵盖了在可重构天线设计中受到关注的各种问题,从理论分析、设计到测试结果,从基础理论到各种应用。本文所作的主要工作及创新点主要有以下几点: 1、给出了单馈可重构双极化、双频圆型贴片微带天线的设计原则,并且分析了各种参数对天线性能的影响。 2、提出了一种设计可重构单馈圆极化环形微带天线的新方法。通过在圆形贴片内开一等臂长十字缝隙,利用两个PIN二极管来控制缝隙一定部位的短路与开路,同时用探针馈电可实现天线的左旋圆极化或右旋圆极化。这种新的设计概念同样适用于方形圆极化微带天线。研制了一个性能良好的可重构圆极化圆形贴片微带天线。 3、提出了一种设计可重构单馈双频圆极化圆形贴片微带天线的新方法。其双频工作可通过在圆形贴片内开一等臂长的十字缝隙,利用两个PIN二极管来控制一定部位的短路与开路来实现。用一对在贴片两端的短截线来调谐天线的圆极化性能。研制了一个具有良好性能的双频可重构圆极化圆形贴片微带天线。 4、研制了一种新型的多频带天线,它由4×4的微带贴片天线阵构成。这种天线可工作在多个隔离的频段(S/X/Ku波段),实现了宽频带或双频带。并且给出了天线的设计步骤及测试结果。 5、提出了一种简单的波束可控的电可调控天线结构。天线由八个无源单极子阵元和一个有源折合振子构成,工作在2.1GHz。为了实现波束可控,可用开关控制无源单极子的接地状态来改变其阻抗和电流分布。给出了该天线在来波方向估计振的应用。此天线可在天线的方向图、输入阻抗等参数不变的情况下,使波束在360°范围内变化。它不需要通常相控阵所需的许多射频放大器、相移器和复杂的馈电结构,而达到相控位阵天线类似的效果。这种可重构天线可用于无线通讯中需波束扫描的领域。 6、提出一种具有圆对称结构的光子带隙(P BG)结构,并设计了一个应用这种 PBG结构的圆极化可重构天线。仿真结果证明,相比于尺寸相同但不具有PBG 结构的圆极化可重构天线,天线的阻抗带宽和轴比(AR)带宽都得到较大改进。


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