光控频率可重构天线的研究与设计

摘要

可重构天线能够动态改变辐射特性，使其成为下一代无线通信系统中射频前端必不可缺的一部分。本文主要对光控微波开关及其在可重构天线中应用进行了研究，设计了多款光控频率可重构天线。 本文的工作主要包括： 1.基于光控微波开关的分层等离子层模型，对影响光控微波开关性能的关键因素进行了分析。设计了一种沉槽结构，改善了光控微波开关插入损耗；对该光控微波开关实物进行了测试，利用测试结果提取出等离子层的等效电导率，为后续光控频率可重构天线的设计奠定了基础。 2.设计并制作了一款光控频率可重构单极天线，通过激光控制两个光控微波开关进而改变天线的谐振频率，使天线工作在三个不同频段上，三个工作频段分别覆盖了无线通信中的1.8GHz(GSM)，2.4GHz(WLAN)和5.5GHz(WLAN)三个频段。 3.设计并制作了一款新型小型化共面波导光控频率可重构天线。天线的整体尺寸为14.0×12.6×1.0mm3，通过控制两个光控微波开关来实现频率可重构。天线共有三种工作状态，通过控制激光改变嵌入在天线中心两个光控微波开关的电导率，可以使天线工作于3.2-5.0GHz，5.0-7.0GHz和8.8-8.8GHz三个工作频段。 4.设计并制作了一款具有开关可控缝隙的新型光控频率可重构微带天线。天线的整体尺寸为40×40×1.6mm3，此天线利用在参考地上的开关缝隙结构实现天线的可重构特性。此天线易于加工和装配，具有五种可切换状态，包括超宽带状态、单频带和双频带状态。天线的超宽带范围在2.3-7.6GHz，单频带状态有2-2.7GHz、1.8-2.8GHz和5.0-6.2GHz，双频带状态有1.8-3.2GHz和5.0-6.2GHz。

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摘 要

ABSTRACT

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图表清单

缩略词

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.2.1国内外研究方法

1.3本文主要研究内容

第二章 光控频率可重构天线基础知识

2.1天线主要性能参数

2.2光敏半导体材料的基本理论

2.2.1光敏半导体材料介绍

2.2.2光敏半导体的光电效应

2.3光控微波开关理论分析模型

2.3.1等效电路模型

2.3.2 分层等离子体模型

2.4光控微波开关的实测与参数提取

2.4.1光控微波开关的实测结果

2.4.2光控微波开关的等离子层等效电导率参数提取

2.5 本章小结

第三章 光控频率可重构单极天线研究与设计

3.1单极天线基本理论

3.2光控频率可重构单极天线研究与设计

3.2.1天线结构

3.2.2参数仿真

3.3天线的加工与测试

3.3.1实验设备介绍

3.3.2天线测试系统

3.3.3仿真结果与实测结果对比

3.4本章小结

第四章 共面波导光可重构天线研究与设计

4.1共面波导基础理论

4.2共面波导光可重构天线研究与设计

4.2.1共面波导光可重构天线结构

4.2共面波导光可重构天线仿真与实测结果

4.3 本章小结

第五章 具有开关缝隙结构的光可重构天线研究与设计

5.1具有开关缝隙结构的光可重构天线的基本原理

5.1.1超宽带单极子天线设计理论

5.2.1缝隙结构陷波基本原理

5.2具有开关缝隙结构的光可重构天线研究

5.2.1基础的超宽带单极子天线

5.2.2不同长度的缝隙陷波结构

5.3 具有开关缝隙结构的光可重构天线设计

5.3.1具有开关缝隙结构的光可重构天线设计

5.3.2具有开关缝隙结构的光可重构天线仿真分析

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1论文总结

6.2工作展望

参考文献

致 谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文