论文摘要
可重构天线是近几年来兴起的一类新型天线技术,它是天线与射频技术、微电子、电子机械等学科领域相互交叉的产物。可重构天线可以根据天线的工作环境,通过动态地调整天线的口径和结构来实时改变天线的工作频率、方向图、极化等特性,具有常规天线不可比拟的优越性,在无线通信、卫星通信、雷达等领域具有广阔前景。圆极化天线在卫星通信、GPS定位系统、遥测、电子对抗等领域得到广泛应用,微带天线具有低剖面、重量轻、易共形、易与射频电路器件集成等优点,且易于实现圆极化,因此圆极化微带天线是一种比较常用的圆极化天线形式。但是传统结构圆极化微带天线的带宽很窄,限制了圆极化微带天线的应用范围,因此具有宽带特性的圆极化微带天线具有很高的研究价值。在此背景下,本文主要进行了可重构微带天线和宽带圆极化微带天线的研究,作者的主要工作和取得的成果如下:1.研究了频率可重构天线的基本原理,在此基础上,采用基于FDTD方法的粒子群算法,优化设计并制作了一种新型的频率可重构的共面波导馈电微带缝隙偶极子天线,通过控制加载在缝隙上的两组PIN二极管的导通和截止,改变缝隙天线的谐振长度,使天线具有频率可重构的功能,其中心频率可在1.5GHz、3.22GHz和3.55GHz之间实时切换。2.研究了单元方向图可重构天线的基本原理,并在此基础上设计了一种新型零深方向可控的方向图可重构微带缝隙天线。天线由四条沿360均匀排列的缝隙偶极子构成,由微带线终端的圆形开路枝节通过缝隙偶极子中心的圆形缝隙耦合馈电,这种馈电结构使天线在多种工作模式都具有良好的阻抗匹配特性。通过控制安装在缝隙上的四组开关,改变各缝隙的工作状态,使该天线在x ? y面上的零深位置能够在? =22.5和? =202.5、? =67.5和? =247.5、? =112.5和? =292.5、? =147.5和? =337.5四组方向上实时切换。在此过程中,天线的最大辐射方向和方向图形状保持不变。3.研究了方向图可重构阵列天线的基本原理,设计了一种新型方向图可重构的二元微带贴片阵列天线。该天线使用共面波导缺陷地板（DGS）周期结构替代传统的移相器,通过开关控制共面波导两侧地板上的切槽深度改变共面波导DGS周期结构的传播常数,来控制单元的激励相位,实现波束扫描。根据设计结果,实际加工制作了一个原型天线,用金属片代替实际的MEMS开关。根据实测结果,在不同的开关状态下,天线的最大辐射方向分别位于H面θ=±21、θ=±9和θ=0方向,表明该天线的最大辐射方向可以在H面±21范围内进行扫描。4.研究了微带天线的宽带圆极化技术,设计了一种新型微带缝隙结构的宽带圆极化天线,该天线采用共面波导馈电,天线与馈电结构共面。共面波导的中心导体沿缝隙的对角线方向插入缝隙耦合馈电,插入缝隙内部的导体呈“L”形,这种非对称的激励结构可以在方形缝隙内激励圆极化辐射波。根据设计结果,实际加工制作了原型天线,天线实测的-10dB反射系数带宽约为48%,3dB轴比带宽为17%。5.设计了一种新型极化可重构开槽微带贴片天线。首先提出了一种新型的开槽圆极化贴片天线,通过在贴片一边对应馈点的位置开矩形切槽,来实现左旋或右旋圆极化辐射,圆极化的旋向由切槽与馈点的相对位置决定。在此基础上,设计了一种极化可重构的圆极化微带贴片天线。该天线在贴片上馈点对应的位置同时开了两组正交的矩形切槽,并在每个槽上安装了两个PIN二极管。通过控制PIN二极管的导通/截止来改变槽的工作状态,实现左旋/右旋圆极化的切换,该天线不需要单独的直流馈电电路,二极管的直流偏置电压可通过天线的馈电端口加入,减小了馈电电路对天线特性的影响。根据设计结果,实际加工制作了一个原型天线,天线在两种极化状态下的实测3dB轴比带宽约为1.0%。6.通过借鉴一种已有的宽带圆极化缝隙天线结构,设计了一种新型极化可重构的宽带圆极化微带缝隙天线。原缝隙天线通过在缝隙内与馈线垂直方向上加入一个“T”形枝节实现圆极化,作者在该结构的基础上,在原来“T”形枝节的对称位置增加了一个“T”形枝节,两个“T”形枝节通过PIN二极管与两侧地板连接。通过控制二极管的导通/截止,实现了左旋/右旋圆极化的切换。天线上PIN二极管的直流馈电电路在介质基片另一侧,位于地板的下方,因此不会影响天线的辐射方向图。这种极化可重构天线保持了原来天线结构的宽带圆极化特性,原型天线的实测3dB轴比带宽约为11%。