宽带方向图可重构微带天线研究设计

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随着通信技术的迅猛发展,通信行业对于天线的性能要求愈发严格。可重构微带天线通过改变部分特性参数,能够根据实际需求完成相应重构,近年受到广泛关注。本文对可重构微带天线具体研究内容可以分为以下三部分:(1)基于特征模理论对天线进行分析,设计完成宽带方向图可重构微带天线。通过FEKO软件对圆形贴片天线TM01、TM02以及TM12模式进行差异比较,TM01和TM02模式的辐射波束均为锥形波束,其电流分布相似,中心区域电流趋于零,且工作频段相近;TM02模式工作频段微高于TM01模式。TM10模式辐射模式为边射模式,电流分布中心区域强度大。根据贴片表面电流分布,开槽降低TM02模式中心频点,合并TM01和TM02模式,实现锥形波束辐射模式的频带展宽。再利用简单馈电网络进行同相馈电以及反相馈电的模式切换,实现天线工作模式的切换,最终达到方向图重构效果。通过设计优化,宽带方向图可重构天线可实现33%的工作带宽,在频段5.7GHz~7.5GHz内,两种模式下天线的平均增益分别为:锥形波束模式为9.7d Bi,边射模式为11.3d Bi。(2)使用特征模式分析来进行多种模式可切换微带天线设计。使用FEKO分析不同模式下天线的远场辐射图和表面电流分布情况,通过在天线上开槽,对不同模式进行有效调控,最终设计出多模式可切换微带天线。该天线通过不同端口馈电,使圆形贴片天线分别实现锥形波束模式、边射模式和双向波束辐射模式,边射模式和双向波束辐射模式的增益均达8.5d Bi以上。在此天线结构基础上,利用贴片主模式TM11产生的定向辐射方向图,通过馈电设计,在3.7GHz~5.0GHz频段内,实现15°~35°的波束扫描,且天线增益均在7d Bi以上,平均增益达7.49d Bi。(3)基于特征模式理论分析方法来进行波束扫描天线设计。根据(1)中所设计的宽带方向图可调天线进行优化设计。采用圆形贴片天线的主模式TM11模,通过调节两个馈电端口的馈电相位以及激励幅度,使天线表面电流分布发生改变,使天线的波束倾角发生变化,进而实现辐射波束倾角可调化,达到波束扫描目的,通过改变天线馈电相位差最终可使天线波束倾角变化范围为0°~26°,增益均达7d Bi以上。通过改变天线馈电激励幅度最终可以使天线波束倾角变化范围为0°~9°,此间天线波束增益高达9d Bi以上。本文利用特征电流分析和特征模式理论进行天线设计,优化了天线性能,具有一定的创新性和应用价值,同时为可重构微带天线研究提供了新的思路。
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