方向图可重构电小端射天线和宽带电小天线研究

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方向图可重构定向天线即可以把能量集中于需要的方向,也可以实时调整天线主波束的辐射方向满足复杂化的通信需求。同时电小天线可以使通信系统高度集成化,因此方向图可重构电小定向天线的研究变得越来越重要。另外,电小天线品质因数较大,带宽窄,而宽带天线能有效增加系统通信容量,提高传输速率,因此宽带电小天线的研究同样极具理论与实际应用价值。本文对方向图可重构电小定向天线和宽带电小天线进行研究。论文主要工作如下:(1)设计了低剖面三波束方向图可重构电小端射天线。根据电磁互补天线实现定向端射特性的工作原理,将等效为电偶极子和磁偶极子的电小尺寸近场谐振寄生单元正交放置在单一介质基板上,并通过耦合馈电,等幅同相激励两者,得到定向端射方向图。进一步在馈电网络上加载开关二极管形成三种可重构的波束状态,三种状态下的波束可以完全覆盖方位角平面。所设计的天线还具有电小、超低剖面、高增益、高辐射效率以及高前后比等优点。(2)设计了低剖面六波束方向图可重构电小端射天线。基于电磁互补天线工作原理,将阿尔福特环和加载圆弧支节的开槽地板设计在单一介质基板上。阿尔福特环和加载的六段圆弧支节组成一个紧凑同相电流圆环等效为磁偶极子,蚀刻矩形槽可以改变地板上的电流分布引入等效的电偶极子,两者有机组合,等幅反相激励,产生定向端射方向图。此外,阿尔福特环与加载的圆弧支节之间互相耦合减小了等效磁偶极子的电尺寸,同时环臂和加载的圆弧支节延长了等效电偶极子的电流路径,从而实现电小特性。进一步在地板结构上蚀刻六条对称的缝隙并引入开关二极管,实现六种可重构的辐射方向图。所设计的天线具有优异的端射性能,前后比高达35.6d B。(3)设计了具有稳定增益的宽带电小天线。将半波长偶极子设计在单层介质基板上,之后加宽偶极子双臂,长度保持不变,以展宽带宽,在加宽后的半波长偶极子上蚀刻四个L型槽,并在其双臂末端加载圆弧支节,实现天线小型化。进一步,在介质基板下层设计工字形型耦合馈电结构,与加载四个L形槽和圆弧支节的宽偶极子发生强烈耦合,产生额外相邻的谐振模式,从而拓宽天线带宽。该天线具有电小特性,6)(6=0.94,且天线阻抗带宽达到31.9%,同时在通频带内具有稳定的增益。
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