【摘 要】
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进入新世纪之后,信息化战争的要求和民用通信技术的不断迭代使得军用及民用无线电系统得到了前所未有的发展,无线通信设备的种类和数量不断增加,由此带来的天线间的耦合和干扰问题却很难解决。可重构技术在天线小型化、增加信道容量、抗干扰等方面具有很大的优势,而多功能可重构天线将多种可重构模式结合到同一天线中,相比单一功能的可重构天线占用空间更少,适用场景更多,可以实现更加灵活的性能调节。本文重点围绕天线的复合
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进入新世纪之后,信息化战争的要求和民用通信技术的不断迭代使得军用及民用无线电系统得到了前所未有的发展,无线通信设备的种类和数量不断增加,由此带来的天线间的耦合和干扰问题却很难解决。可重构技术在天线小型化、增加信道容量、抗干扰等方面具有很大的优势,而多功能可重构天线将多种可重构模式结合到同一天线中,相比单一功能的可重构天线占用空间更少,适用场景更多,可以实现更加灵活的性能调节。本文重点围绕天线的复合可重构性能实现,对像素天线、超表面天线等开展研究,结合智能算法和特征模理论,设计了频率方向图可重构天线、方向图极化可重构天线及其阵列,主要内容总结如下:(1)提出了一款基于寄生像素的多功能一体化可重构天线。天线采用硅基MEMS工艺进行设计,采用联合优化技术对像素表面拓扑结构进行优化设计,实现了6.5GHz和7GHz两个工作频率,每个工作频率下三个波束指向(0°,±15°)的可重构性能。并针对天线的实际需求,设计了一款电容式MEMS开关,实现了在设计工作频段较小的插入损耗与较大的隔离度。最后将像素天线与MEMS开关进行一体化集成。仿真结果表明设计的可重构像素天线可以很好地实现频率和方向图可重构性能。(2)设计加工了一款紧凑低剖面可重构超表面天线。首先通过特征模分析(CMA)方法分析了微带贴片与超表面组合结构的工作模式。利用馈电网络激励两个正交简并模,实现了天线在三个极化之间的切换。此外,通过在超表面周围加载引向环,设计的天线在y-z平面内可获得水平极化±40°、垂直极化±20°、圆极化±25°的波束偏转。由于天线的对称结构,在x-z平面上也可以实现极化和方向图的可重构性能。该天线的尺寸为0.65λ0×0.65λ0×0.067λ0,与目前已有的相同类型的天线相比具有较大优势。(3)在所提出的可重构超表面天线基础上进一步设计加工了多功能可重构阵列。仿真和实测数据表明,组成阵列之后天线同样具有极化多样性。此外,针对抗干扰引信这一应用场景,分析了可重构天线阵列的抗干扰性能,分析结果表明,相比于单纯依靠极化重构实现的抗干扰,方向图极化可重构天线实现的抗干扰性能更佳。最后采用设计的可重构天线阵列进行了引信方案设计,在与引信载体共形后,天线阵列仍然保持了良好的可重构性能。
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