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MEMS开关与频率可重构天线的研究与设计

曾昊骋  
【摘要】: 当前,无线通信系统中越来越多地使用微波/射频MEMS器件,MEMS器件已成为各国研究机构的研究热点,MEMS开关作为微波/射频通信系统中实现信号路由选择的重要器件,与传统的PIN和GaAS FET开关相比,MEMS开关具有插入损耗小,隔离度高,工作频段宽,直流功耗小,线性度好等优点。本文设计的一种MEMS串联接触式开关可以应用在0~10GHz频段,插入损耗小,隔离度高,具有优良的微波射频性能。 近年来,频率可重构天线由于具有良好的前景,受到了极大的关注。频率可重构天线是一种利用微波/射频开关的路由选择功能,利用一种物理结构的天线切换成多种工作状态,实现频率的可重构,从而使一个天线具有多个工作频段。 本文首先对微带矩形环缝隙天线进行了分析,设计出一种可通过控制MEMS开关的状态,可在1.90GHz和2.30GHz两个中心频率间切换的可重构天线,并对该天线结构的可重构做出了分析。 然后,对微带贴片缝隙天线进行了分析和研究,分析了各个主要参数对天线工作频段和性能的影响,最终设计出通过3个MEMS开关控制的单缝隙微带贴片可重构天线和通过10个MEMS开关控制的多缝隙微带贴片可重构天线,分别可工作在多个频段,具有良好的微波射频性能;其中,多缝隙的微带贴片可重构天线可以工作在1.51GHz ~2.48 GHz频段,大大地增加了天线的带宽,其中2.36 GHz ~2.48 GHz频段覆盖了ISM频段(2.4GHz为各国共同的ISM频段);此天线可通过软件编程实现对开关组合状态的控制,从而实现对天线工作频段的控制,实现灵活的频率可重构。 接着,针对MEMS开关的实际尺寸对天线的尺寸进行了优化设计,并最终得出一种结合MEMS开关的天线结构,性能与之前设计的天线几乎相同。 最后,对一种新型的可重构天线形式—分形天线进行了分析和设计,并利用软件仿真进行了验证,最后对分形天线的可重构进行了分析。


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