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平面型可重构天线研究

肖绍球  
【摘要】:本论文对平面型可重构天线进行了大量的分析和设计研究,提出了多种可重构天线方案,揭示了可重构天线良好的应用前景。 本论文第一章首先综述了自二十世纪九十年代末期现代可重构天线概念提出以来可重构天线的研究进展。可重构天线是为了克服现代无线综合信息系统进一步向大容量、多功能、超宽带方向发展所面临的“瓶颈”而提出来的,并基于现代微机电系统(MEMS)技术发展起来。目前,这一研究领域在国际上仍然处于起步阶段,面临诸多难题,因此可重构天线的研究具有很强的前沿性和探索性。 第二章中对微带可重构天线的工作机理进行了深入分析,得出了矩形微带可重构天线可以实现方向图可重构特性的关键结论:当某一边长大于等于一个工作波长时,即天线工作在高阶模式时,天线能够通过矩形微带可重构天线方案实现频率和辐射方向图重构。 第三章中全面总结了现代微带天线尺寸压缩技术,在此基础上提出了一种压缩尺寸的频率可重构天线,该天线还采用了重构馈电网络技术。设计结果表明该频率可重构天线能够通过多工作状态使其工作频率覆盖 的一个倍频程范围,在最低工作频率点上其天线尺寸也缩小为传统天线的 。在对现代微带天线工作频带展宽技术综合分析的基础上,提出了一种二状态宽带“E”形频率可重构天线,其工作频率可以通过两种工作状态在 和 两个频率段之间转换,而且在工作频率范围内天线具有良好的线极化特性,两状态可以分别获得 和 的阻抗带宽,后一结果也是目前所报道的“E”形天线最佳结果。 第四章详细分析了微波周期结构中的电磁场特性,提出并深入分析了一种共面波导(CPW)周期结构漏波天线,在此基础上提出了一种方向图可重构天线方案。该可重构天线能够通过重构漏波结构周期和采用两个馈电端口,在 频率点实现在整个上半空间以单波束扫描。为了快速准确地确定周期结构漏波天线设计中的关键参数:空间基谐波传播常数,将时域有限差分(FDTD)法结合Floquet定理的紧凑FDTD法技术成功地引入到天线设计中。为了克服均匀周期时方向图扫描角度变化步长较大的缺点,提出了一种混合周期结构,为了抑制周期结构的禁带,又提出了一种抑制禁带修改方案。这些技术为该方向图可重构天线实现全空间方向图扫描提供了关键技术保障。 WP=6 第五章提出了一种微带结构的可重构天线方案,采用FDTD结合遗传算法(GA)对提出的可重构天线方案根据确定的特性目标进行了优化设计,设计结果表明该可重构天线方案可以在超宽带范围内实现频率和方向图重构,该研究对“万能”可重构天线的进一步研究具有重要参考价值。最后,采用FDTD法结合GA优化设计了一工作频率为 的方向图可重构天线,设计结果表明该天线能够在一个平面内通过3种状态实现良好的方向图扫描特性。 第六章展望了可重构天线未来发展方向并概括了可能成为未来可重构天线研究热点的一些问题。第七章全面总结了本论文的主要工作。


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