方向图可重构天线系统的设计与实现

论文摘要

近年来,随着无线通信技术的飞速发展,通信系统对天线性能的要求越来越高。可重构天线可根据实际环境需求,实时重构其特性参数(频率、方向图、极化方式等),因此,逐渐成为当今天线领域的研究热点。本文针对方向图可重构天线系统,在现有文献的基础上,对天线单元、天线阵列、馈电网络和控制电路进行了系统性的研究。文中详细给出了系统中各部分的设计过程,最终制作出天线系统样品,并进行了整体测试。实测结果表明,本文设计的方向图可重构天线系统在2.4GHz~2.48GHz频段可以实现360°全方位扫描。本文共分为六个部分。首先,阐述了可重构天线的研究现状,介绍了文中使用的电磁仿真软件,并归纳总结了方向图可重构天线实现波束赋形的方法。其次,分析并研究了天线阵元和开关电路。在文献中四元微带八木天线的基础上,提出了一款三元微带八木天线,这款天线主要有缩小尺寸、减小后瓣电平及合适的波瓣宽度等优点。通过天线单元及其加载开关电路之后的样品加工,对设计进行了验证。然后,通过合理布局,用两种微带八木天线组成了六单元天线阵,并对天线阵和馈电网络进行了仿真分析。仿真结果表明:天线阵的3dB波瓣宽度可达360°。接着,本文对控制电路进行了设计。最终实现的控制电路可通过程序指令输出高、低两种电平,为开关电路中的PIN二极管提供直流驱动信号。随后,基于软件设计,对集成了馈电网络的天线阵和控制路分别制作出实物,并进行了指定波束扫描方式下的实物测试。根据实测结果,本文设计的2.4GHz频段的方向图可重构天线系统可实现360°全方位扫描,与文献相比,有更好的波束覆盖度。最后,总结了本文的工作,并对未来相关研究工作做了展望。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 可重构天线的发展及研究现状
• 1.3 相关电磁仿真软件的介绍
• 1.4 本文的主要工作和结构安排
• 第二章 方向图可重构天线理论
• 2.1 天线的电参数
• 2.2 方向图可重构天线实现波束赋形的方法
• 2.3 方向图可重构天线控制系统的设计思想及实现框图
• 2.4 本章小结
• 第三章 可重构天线阵列单元设计
• 3.1 八木天线理论
• 3.2 四元八木天线
• 3.3 三元八木天线的设计
• 3.3.1 引向器数目对天线辐射性能的影响
• 3.3.2 三元八木天线的设计
• 3.4 开关电路
• 3.4.1 射频开关的介绍
• 3.4.2 PIN 二极管的工作原理
• 3.4.3 开关电路的分析
• 3.5 可重构天线阵列单元的仿真及实测结果
• 3.6 本章小结
• 第四章 天线阵列与馈电网络
• 4.1 天线阵列
• 4.1.1 天线阵列的结构
• 4.1.2 天线阵列的仿真分析
• 4.2 馈电网络
• 4.3 天线阵与馈电网络的联合仿真分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 控制电路的设计与实现
• 5.1 控制电路的整体设计
• 5.2 硬件电路设计
• 5.2.1 芯片介绍
• 5.2.2 电路介绍
• 5.2.3 控制电路的仿真
• 5.3 软件设计
• 5.3.1 软件开发环境介绍
• 5.3.2 程序设计
• 5.4 本章小结
• 第六章 方向图可重构天线系统的总体实现
• 6.1 方向图可重构天线的实物样品
• 6.2 方向图可重构天线系统测试
• 6.2.1 天线阵回波损耗的测量
• 6.2.2 天线阵方向图的测量
• 6.3 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 本文总结
• 7.2 未来工作展望
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的论文
• 致谢