基于双开口谐振环结构的双频方向图可重构天线设计

摘要

近年来,随着无线系统的广泛发展,以及各种无线终端的应用,天线性能越来越被人们所关注。随着系统的复杂性以及响应快速性越来越大,天线所能实现的效果以及带宽匹配的能力将会直接制约无线系统的发展。由于大型复杂的系统在工作的时候会被分解成多个子系统,每个子系统的相互联系以及指令传送需要大量的天线将各个子系统链接到一起。由于部分系统并不需要每时每刻的工作,有的系统却要不间断的正常链接,那么必不可少的造成天线图的带宽以及方向图的浪费。各个子系统间的天线电磁兼容问题也成为了制约系统发展的重要原因之一。
　　为了解决上述的种种不利因素,可重构天线,因为其天线方向图可重构性,频率可重构性,以及极化可重构性,可以在同一个天线上实现多个不同天线的物理相加,从而实现了小型化天线子系统,降低了天线的复杂性。现在越来越多的人们将注意力转移到了可重构天线的设计上。
　　传统的可重构天线,以方向图可重构以及频率可重构天线研究的最为广泛。一般的可重构天线只能完成上述重构的一种,但是只有各种特性的同时可重构才能真正意义上解决系统复杂性以及电磁兼容的问题。方向图可重构意在相同频率下,方向图波瓣的多种朝向变化。频率可重构实现了在不同频率下,相同方向的方向图朝向相同。
　　传统的方向图可重构天线和频率可重构天线,实现方法中不可避免两种方式:第一种利用机械转轴来实现天线的物理结构的可重构,但是这种方式由于依靠机械元件的控制,所以各种不同的工作模式的转换并不迅速;第二种方式利用移相器来实现相位的偏移,来控制整个天线的电流路径,但是这种方式需要大量的移相装置,天线的复杂性大大加大。通过上述两种方式实现的可重构天线在实际加工中将会遇到很大的麻烦。
　　本文通过平面贴片天线加载左手介质单元来实现频率和方向图同时可重构的天线。通过外部的偏置电路来控制二极管或者变容二极管的导通与断开,实现双开口谐振环的物理构造上的形成与断开。由于左手介质本身的各种特性,可重构天线的单元结构在相同频率下,实现的小型化30％。利用这种方式方法,天线本身各种模式的变化并不需要机械转轴以及各种移相器装置。降低了天线本身的复杂性。
　　本文中所设计的天线可以分为两种工作模式:基本工作模式和可调工作模式。两种模式在不同频率下实现同时工作,而且天线的各种工作模式之间互不干扰。不同意以往的频率可重构天线,当天线工作在一种模式下的时候,另一种工作模式必须停止,本设计的天线将多种模式共存同时工作。
　　本文首先从可重构天线和左手介质天线的发展开始介绍,第二章主要介绍了可重构天线和左手介质理论的理论推导。第三章介绍了单元结构的设计,仿真结果以及四单元阵列的小型化简单天线。第四章介绍了16个单元结构阵列的多单元复杂可重构天线的设计。

目录

摘 要

Abstract

第1章 绪 论

1.1 课题背景

1.2可重构天线简介及分类

1.2.1可重构天线简介

1.2可重构天线简介及分类

1.2.1可重构天线简介

1.2.2可重构天线的分类以及实现方案

1.3设计思路来源

1.4本文内容安排及结构

2.1左手介质理论分析

2.2左手理论的特性介绍

2.2.1负多普勒效应

2.2.2负折射特性

2.2.3负推动力作用

2.2.4后向波特性

2.3超常媒质的结构设计思路及常见应用

2.4左手介质天线的分类介绍

2.5 本章小结

3.1基本单元设计与仿真

3.2多单元阵列电控扫描天线设计

3.2.1基本工作模式

3.2.2可控工作模式

3.3多单元阵列电控扫描天线原理解释

3.4本章总结

4.1方向图叠加原理

4.2多单元阵列电控扫描天线

4.3本章总结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

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致 谢