可重構微帶天線研究.pdf

1、基于微帶天線的可重構天線(ReconfigurableAntenna)技術是本文的研究內容。隨著科學技術的發(fā)展，人類對無線通信的需求越來越高，為了適應地面及衛(wèi)星通信等新型通信方式對大線模塊提出的日益嚴苛的要求，可重構天線概念被提出并獲得廣泛的發(fā)展。新型無線通信系統(tǒng)的發(fā)展趨勢是擴展系統(tǒng)功能、減小系統(tǒng)體積、簡化硬件模塊、對通信環(huán)境具有自適應能力。為了滿足這種趨勢的技術要求、與系統(tǒng)的信號處理和軟件控制模塊協(xié)調工作，天線模塊必須具備靈活多樣的頻

2、率和輻射性能?？芍貥嬏炀€體積小、性能靈活，作為系統(tǒng)的關鍵部件，能夠極大地改善整個系統(tǒng)的性能，解決傳統(tǒng)天線對新型無線通信系統(tǒng)性能的制約問題，使系統(tǒng)更加適應復雜多變的應用環(huán)境。因此，開展可重構天線設計理論及其技術實現(xiàn)的研究不僅具有較高的學術價值，同時也有相當的實際意義。 本文的研究圍繞可重構天線單元及其陣列設計展開，主要內容分為如下幾個部分： 首先介紹了可重構天線的基本概念和研究意義，基于對天線基本輻射原理的分析提煉出可重構

3、天線的設計難點：天線的頻率響應特性與輻射特性之間相互影響的關聯(lián)性問題，通過對可重構天線種類的詳細歸納闡述了各種天線的重構機制，并在此基礎上指出可重構天線研究中有待解決的若干問題。 其次針對無線通信系統(tǒng)多模通信和小型化的需求，提出了一種基于短路針加載結構的頻率可重構天線。通過切換短路針的加載狀態(tài)，一方面實現(xiàn)了大頻比的頻率重構性能，另一方面義保證了天線緊湊的結構。針對這一設計思想引入的在不同工作狀態(tài)下的阻抗匹配問題，通過對匹配饋電點

4、和各種饋電方式的分析，設計出了適當的匹配電路，解決了該結構的阻抗匹配問題。為了進一步擴展該結構的實用性，作為對該結構的改進，提出加載槽和變容管的微帶天線結構，進一步實現(xiàn)了在每個工作頻帶上對頻率的小范圍調節(jié)，并保證了在所有有效工作頻率上輻射方向圖的一致性。這種天線結構具有“宏觀-微觀”頻率可重構性能，而其尺寸小于最低工作頻率波長的四分之一，能靈活應用于無線通信系統(tǒng)，具有很高的實用價值。 再次針對無線通信系統(tǒng)對多模工作和通信質量的要

5、求，本文提出了一種頻率和極化方式混合可重構天線方案?；趯ξ炀€的圓極化原理的深入分析。通過在天線輻射片適當位置加載開關來控制改變天線表面電流的分布，最終使天線能夠兩個頻帶之間實現(xiàn)頻率的切換，并可根據需要在三種不同的極化方式之間重構。另外針對微帶天線阻抗和軸比帶寬過窄的問題，通過加載容性饋電縫隙進一步擴展了天線的阻抗和軸比帶寬。仿真和實測結果均證明了該設計的有效性。 最后，針對天線頻率響應與輻射特性的關聯(lián)性問題，基于前述的混合

6、可重構單元天線，提出了一種結構新穎的可重構二元陣列結構：將兩副單元天線以嵌套的方式組陣，內環(huán)和外環(huán)陣元分別工作于相互獨立的頻段，實現(xiàn)了雙帶操作；而各個陣元天線又具有極化可重構性和小范圍的頻率重構能力。這種設計一方面避開了可重構單元天線的頻率響應與輻射模式之間關聯(lián)性的矛盾從而實現(xiàn)了對頻率和極化特性較為獨立的控制，另一方面又保持了天線緊湊的結構-二元陣列僅占有一元天線的空間尺寸，為可重構天線的設計提供了一種新穎的備選方案。其中，為了實現(xiàn)可重

7、構單元天線的小型化，在天線中心引入方形槽。而為了克服槽面積增大導致的匹配饋電難和帶寬變窄的問題.提出了容性耦合饋電技術與增大天線高度相結合的解決方案。為了深入理解陣列輻射性能，本文采用二元微帶線的奇偶模理論對內外輻射單元之間的耦合特性進行了分析，并得出結論：在高頻段時二元環(huán)天線有兩個諧振頻率點，分別以奇?；蚺寄橹鞯臓顟B(tài)工作；低頻段外環(huán)輻射片的輻射性能則基本不受內環(huán)影響。采用全波分析軟件計算的仿真結果進一步驗證了這一設計的可行性和理論分