（无线电物理专业论文）电可重构天线的研究.pdf

摘要 魄霹重稳天线技术是运死年寒毅邕凌戆天线设毒专技术。奄可重稳天线g 够懿 非机械的控制方式敬变天线的关键特性，如天线的辐射方向图、极化、辐射损耗、 输入阻抗和进行天线调谐等，因此有着广泛的发展前景。 零论文主要讨论了蔻释耨静魄霹重稳天线设诗方法。掰究内容涵羲了在霹重 构天线设计中受到必注的各种问题，从理论分析、设计到测试结果，从潺础理论 到各种应用。本文所作的主要工作及创新点主骤有以下几点： l 、绘密了摹馕蜀瀵梭疆辍纯、硬菝瑟鳌筵冀徽带天线鲍浚计嚣羁，著曩分褫了 各种参数对天线性能的影响。 2 、提出了一种设计可重构单馈厕极化环形微帮天线的新方法。通过在麟形贴片 蠹开一等譬长字缝豫，翻蠲辩个p i n 二缀管来控亲l 缝淑一定部位稳短路与开 路，同时用探针馈嗽可实现天线的左旋圆极化成右旋圆极化。这种新的设计概念 同样遗用于方形圆极化微带天线。研制了一个性能良好的w 重构圆极化圆形贴片 镦繁天线。 3 、撮出了一种设计可重构单馈双频圆极化圆形贴片微带天线的新方法。其双频 工作可通过在圆形贴片内开一等臀长的十字缝隙，利用两个p i n 二极繁来控制 一定部往静短路与开路来实瑰。瘸对在麓嚣两臻静短截线来调谐天线鹣函摄诧 性能。研制了一个具有良好性能的双频可重构圆极化圆形贴片微带天线。 4 、研制了一种新型的多频带天线，它由4 x 4 的微带贴片天线阵构成。遮静天线 可王佟在多夺隔离的频段( s x k u 渡段) ，实现了宽蔽鬻或双频带。势显给出 了天线的设计步骤及测试结果。 5 、提出了一种简攀盼波束可控的电可调控天线结梅。天线由八个无源零极子阵 元茅疆一个有源掰会摄子构成，工律在2 i g h z 。为了实现波束可控，可溺开关控 制无源单极子的接地状态来改变其阻抗和电流分布。给出了该天线在来波方向估 计振的应用。此天线可在天线的方向图、输入隰抗等参数不变斡情提下，使波束 在3 6 0 。范围内变稍二。它不需要逶常稳控薄掰鬻的诲多射频放大器、穗移器和复 杂盼馈电结构，而达到相控位阵天线类似的效果。这种可黧构天线可用于无线通 讯中懿波束扫描的领域。 6 、提出一种具有圆对称结构的光子带隙( p b g ) 结构，并设计了一个威用这种 p b g 绫槐蕊匿极化霹重魏天线。嫠寞结果诞甥，相魄子尺寸疆固但不爨套p b g 结构的圆极化可熏构天线，天线的阻抗带宽暑铂轴比( a r ) 带宽都得至日较大改进。 a b s t r a c t r e c e n t l y , s e v e r a lr e s e a r c hp r o g r a m sh a v eb e e n s t a r t e dt od e v e l o pn e we l e c t r o n i c a n t e n n a sb yan e wa p p r o a c hc a l l e de l e c t r o n i c a l l yr e c o n f i g u r a b l ea n t e n n a ( e r a ) e l e c t r o n i c a l l yr e c o n f i g n r a b l ea n t e n n ai s n e wp r o m i s i n ga r e ao fa n t e n n ad e s i g n st h a t a l t e r st h ek e ya n t e n n ae l e m e n tp r o p e 蛀i e s ( r a d i a t i o np a t t e r n ，p o l a r i z a t i o n ，r a d a rc r o s s s e c t i o n ，t u n i n ga n di n p u ti m p e d a n c e ) i n an o n - m e c h a n i c a lb u tc o n t r o l l e dm a n n e r t h i sd i s s e r t a t i o nf o c u s e so nt h ed e v e l o p m e n to fn e wd e s i g n so fe l e c t r o n i c a l l y r e c o n f i g u r a b l ea n t e n n a s t h er e s e a r c hc o v e r saw i 蕊r a n g eo fi n t e r e s t i n gi s s u e sa b o u t n e wd e s i g n so fr e c o n f i g u r a b l ea n t e n n a , f r o mt h e o r e t i c a l a n a l y s i s a n d d e s i g n t o m e a s u r e m e n tr e s u l t s ，f r o mb a s i c c o n c e p t s t ov a r i o u s a p p l i c a t i o n s t h e m a i n c o n t r i b u t i o n so rc r e a t i v ew o r ko f t h e 镬s s e r t a t i o na r ea sf o l l o w s d e s i g np r i n c i p l eo fr e c o n f i g u r a b l es i n g l e - f e e dc i r c u l a rm i c r o s t r i pa n t e n n a f o rd u a l p o l a r i z a t i o n a n dd u a l f r e q u e n c yo p e r a t i o n i s p r e s e n t e d t h e e f f e c t so fd i f f e r e n t p a r a m e t e r s o nt h ea n t e n n a p e r f o r m a n c e a r ca n a l y z e d 。 an o v e ld e s i g n c o n c e p to fr e c o n t i g u r a b l es i n g l e f e e dm i c r o s t r i p a n t e n n af o r p o l a r i z a t i o nd i v e r s i t yh a sb e e np r o p o s e d i ti s d e m o n s t r a t e dt h a tb yi n c o r p o r a t i n ga c r o s s - s l o to f e q u a ls l o ta r m l e n g t h s i nt h e p a t c h a n t e n n aa n d u t i l i z i n gt w o p i nd i o d e st o s w i t c ht h es l o t so no ro f f , r i g h th a n dc i r c u l a rp o l a r i z a t i o n ( r h c p ) o rl e f th a n d c i r c u l a rp o l a r i z a t i o n ( l h c p ) c a nb ea c h i e v e du s i n gt h es a m ef e e d i n gp r o b e t h en e w d e s i g nc o n c e p ti ss u c c e s s f u l l ya p p l i e d t od e s i g nac i r c u l a rm i c r o s t r i p p a t c ha n t e n n af o r p o l a r i z a t i o nd i v e r s i t y t h ea n t e n n ad e s i g na n de x p e r i m e n t a lr e s u l t sa r ep r e s e n t e da n d d i s c u s s e d i nt h e p r e v i o u s d e s i g no ft h er e c o n f i g u r a b l ea n t e r m ap i nd i o d eo r r a d i o f r e q u e n c ym i c r oe l e c t r i c a l m e c h a n i c a ls y s t e m s ( r fm e m s ) s w i t c h e sh a v eb e e n p r o p o s e dt or e a l i z et h er e c o n l q g u r a b i l f i yo ft h ea n t e n n a i nt h i sw o r ka l s o ，l u m p e d e l e m e n t sh a v e b e e n p r o p o s e d t oc o n t r o lt h e r e c o n f i g u r a b i l i t y o fa n t e n n a s a r e c o n f i g u r a b l e a n t e n n af o r p o l a r i z a t i o nd i v e r s i t y w a s s u e c e s f i t l l yd e s i g n e db y i m p l e m e n t i n g ac a p a c i t o ri nt h ec i r c u l a r p a t c h an e w d e s i g no fr e c o n f i g u r a b l es i n g l e f e e dc i r c u l a rp a t c hm i e r o s t r i pa n t e n n a f o r d u a l - b a n dc i r c u l a rp o l a r i z a t i o na p p l i c a t i o nh a v eb e e na l s op r o p o s e d 。t h ed u a l - b a n d f u n c t i o n a l i t yi sr e a l i z e dt h r o u g hi n c o r p o r a t i n gc r o s s - s l o t so fe q u a ls l o tl e n g t hi nt h e c i r c u l a rp a t c ha n du t i l i z i n gt w op i nd i o d e st os w i t c ht h es l o t so no ro f f ap a i r so f t u n i n gs t u b sa r eu s e d 协t u n e t h ec i r c u l a rp o l a r i z a t i o np e r f o r m a n c e + p r o t o t y p ea n t e l l n a $ w e r em a d ea n dt e s t e d a g o o d r e s u l t sw e r eo b t a i n e d an e w r e c o n f i g u r a b l em u t i b a u da n t e n n ah a sb e e nd e s i g n e d t h ea n t e n n ac o n s i s t s o f 4 x 4 a r r a yo f m i c r o s t r i pp a t c ha n t e n n a s 。t h en e w a n t e n n aa r c h i t e c t u r ee 臻o p e r a t e sa 耋 m u l t i p l ew i d e l ys e p a r a t e df r e q u e n c yb a n d s ，s x k u b a n d s s i n g l e b r o a d b a n do r d u a l - b a n db e h a v i o rw a so b t a i n e d ，t h ec o m p u t e rs i m u l a t i o n s ，d e s i g np r o c e d u r ea n d m e a s u r e m e n tr e s u l t sf o rt h e r e c o n f i g u r a b l em u l t i - b a n da n t e n n a a r eg i v e n 。 t h ed e s i g no fab e a m s t e e r i n ge l e c t r o n i c a l l yr e c o n f i g u r a b l ea n t e n n ai si n t r o d u c e d a p p l i c a t i o n su s i n ge i g h tp a s s i v em o n o p o l ee l e m e n t sa n do n ef o l d e da c t i v ee l e m e n t o p e r a t i n ga t2 1 g h za r ep r e s e n t e d 。i no r d e rt og e tb e a ms t e e r i n g ，t h es w i t c h e sc o n t r o l t h es t a t e so ft h e p a r a s i t i cm o n o p o l e s t oc h a n g et h e i ri m p e d a n c ea n dc u r r e n td i s t r i b u t i o n t h em e t h o d su s e dt o a n a l y z et h ed i r e c t i o nf i n d i n ga r ea s s e s s e d t h ee l e c t r o n i c a l l y r e c o n f i g u r a b l ea n t e n n ac a ns t e e ri t sb e a m3 6 0 。w i t hi t sp a r a m e t e r c o n s i s t e n c ys u c h a s r a d i a t i o np a t t e r n , i n p u ti m p e d a n c e ，e t c ，w i t h o u t m a n y r f a m p l i f i e r s ，m a n yp h a s es h i f t e r a n d c o m p l e x f e e ds t r u c t u r e s an e w t y p eo fp b g s t r u c t u r ew i t hc i r c u l a rs y m m e t r yh a sb e e np r o p o s e d t h e r e c o n f i g u r a b l e m i c r o s t r i p a n t e n n aw i t h c i r c u l a r p o l a r i z a t i o n h a s f u r t h e rb e e n i n v e s t i g a t e di n t e g r a t i n gw i t ht h en e wp l a n a rp b gas i g n i f i c a n ti m p r o v e m e n th a sb e e n o b s e r v e di nt h ei m p e d a n c eb a n d w i d t ha n dt h ea x i a lr a t i ob a n d w i d t h 学位论文独创性声明 本人所照嶷的学位论文是我在导师的指导下进彳予的研究工作殿取得的研究 ， 戏巢。握我爨鲻，狳文孛您经注鞠弓l 惩瓣浓容终，本论文甭包食其德个人已经 发表或撰写道的研究成果。对本文的研究做出重要鼹献的个人和集体，均已谯 文中作了羁确说明著表示谢意。 终者签名： 学位论文使用授权声明 本人完全了解华东搏范大学毒关傈黧、使用学谯谂文戆毅定，学校有毅镙 磐学位论文弗向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版。有权 将学位论文用于非赢利晷的的少量复制辨允许论文避入学校图书镶棱查阅。裔 载将学位论文的内容编入肖关数据库进行检索。有投将学位论文的标题和摘委 派编出版。保密的学位论文在解密后适黼雄规定。 学位论文作者签名：璃害乃曩 融期： 斡繇奇妊 日期：k 帕占8 a c k n o w l e d g e m e n t s 1w o u l dl i k et o e x p r e s sm yh e a r t i e s ta p p r e c i a t i o n t o m ys u p e r v i s o r , p r o f z h u s h o u z h e n gf o rh i s c o n t i n u o u sg u i d a n c ea n de n c o u r a g e m e n ts h o w nt h r o u g h o u tt h i s r e s e a r c hw o r ka n dt h ep r o c e s so fw r i t i n gt h i sd i s s e r t a t i o n ic a n n o tt h a n kh i me n o u g h f o rh i sp a t i e n c ea n df o r b e a r a n c ew i t hm e s p e c i a lt h a n k st op r o fl i uj i n g a of o rh i s c o n t i n u o u sh e l pa n dh i sv a l u a b l es u g g e s t i o n s 1w o u l da l s ol i k et ot h a n km e m b e r so f m y d o c t o rd i s s e r t a t i o nc o m m i t t e ef o rt a k i n gt i m ef r o mt h e i rb u s ys c h e d u l e ，a n df o rt h e v a l u a b l es u g g e s t i o n s t h e yp r o v i d e d w o r k i n g 、i 协p h d m o h a m m e d h a sb e e nm ym o s te n r i c h i n ge x p e r i e n c ei nc h i n a h e h a s p r o v i d e d a ne n v i r o n m e n tr i c hi n c u r i o s i t y a n d l e a r n i n g p h i ) m o h a m m e d s e x c i t e m e n tf o rn e wi d e a sa n dh i sg r e a ts e n s eo f a e s t h e t i c sa r ei n f e c t i o u s 1w o u l da l s ol i k et oe x p r e s sm y a p p r e c i a t i o n t op r o f a nt o n g y ia n d p r o f y i n gj i e y i f o r m e i ra d v i c ea n dd i s c u s s i o n s m y o t h e rc o l l e a g u e si nt h el a bd e s e r v e s p e c i a lt h a n k sf o r t 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r a y e r st h ed r e a mw o u l d n e v e rc o m et or e a l i t y , t h a n k s t h i sd i s s e r t a t i o ni sd e d i c a t e dt om y p a r e n t s ，m o h a m m e d ，m yb r o t h e r sa n ds i s t e r s ，a n d a l lm y f a m i l ym e m b e r s ，w i t h o u tw h o m i tw o u l dn e v e rh a v eb e e n a c c o m p l i s h e d p u b l i s h e d p a p e r s f 1 】m b e l h a c h a t ，k yj i a n g ，a n d y l x l o n g ，“m o s s b a u e rs t u d y o f i r o r d p o l y v i n y l c h l o r i d en a n o c o m p o s i t e sp r e p a r e db yh i g he n e r g yb a l lm i l l i n g ， n e wc h e m i c a lm a t e r i a l , p p 5 0 * 5 1 ，2 0 0 1 【2 】m 。b e t h a c h a t , x r 。h u a , a n ds 。z 。z h u , “奄投霹重稳波震 霉接天线及葵在无线 邋信和定位中的应用”，全国微波毫米会议，p p 9 7 6 - 9 7 9 ，2 0 0 3 【3 】m b a k i r , m b e l h a c h a t ，j g l i u ，a n ds ，z 。z h u ，“a n a l y s i sa n do p t i m i z a t i o no f o f d mp e r f o r m a n c eo v e rf a d i n ga n da w g n c h a n n e l ”，s p i et h ei n t e r n a t i o n a l s o e i e t y f o ro p t i c a le n g i n e e r i n g ，a p o c2 0 0 3 瑟】m 。b e l h a c h a t , m 。b a k i r , s z 。z h ua n dj 。& l i u ，“r e c o n f i g u r a b l em i c r o s t r i pp a t c h a n t e t m af o rw i r e l e s sc o m m t m i c a t i o n s ”，s p i et h ei n t e r n a t i o n a ls o c i e t yf o r o p t i c a le n g i n e e r i n g , a p o c2 0 0 3 【5 】m b e l h a c h a t ，m b a k i r , s z z h u ，m a dj gl i u ，种瘸予天线通信的敝频段可 羹构圆极化微带天线”，电子科学学刊，a c c e p t e d f o rp u b l i c a t i o n 【6 】m b a k i r , m b e l h a e h a t ，j gl i ua n ds z 。z h u , “o p t i m i z a t i o no fg u a r dp e r i o d f o ro f d mp e r f o r m a n c eo v e r f a d i n g a n da w g nc h a n n e l s u s i n g g e n e t i c a l g o r i t h m ji e e ec a ss ) m a p o s i u mo ne m e 嚼n gt e c h n o l o g i e s ，2 0 0 4 ，a c c e p t e d f o r p u b l i c a t i o n 。 7 】m b a k i r , m b e l h a c h a t ，j gl i ua n ds z z h u ，“关于衰落性a w g n 信道的 o f d m 臻麓僚轳霾隔静毯纯”，牮东撵藏大学学掇，2 0 0 4 ，a c c e p t e df o r p u b l i c a t i o n f s 】m - b e l h a c h a t ，m 。b a k i r , s z + z h u ，a n dj 。gl i u , 一静新黧可重梅天线瓣设计”， 电波科学学报，2 0 0 4 ，a c c e p t e d f o r p u b l i c a t i o n 9 】m b a k i r , m b e l h a c h a t , j gl i ua n ds z z h u ，“采用可变保护间隔的c o d e d o f d m 的性能”，电子科学学刊，2 0 0 4 ，a c c e p t e d f o r p u b l i c a t i o n 0 0 yz h e n g ，m b e l h a c h a t ，m b a k i ra n ds z z h u “s - s h a p e du l t r a - l o wp r o f i l e d u a l b a n dp l a n a ri n v e r t e d f a n t e n n a ，e l e c t r o n i c sl e r e r s ，s u b m i r e d 【1 1 】m b e l h a c h a t ，m b a k i r , s z z h u ，d j u a na n dj gl i u n o v e ld e s i g no f r e c o n f i g u r a b l e c i r c u l a r l y p o l a r i z e d m i c r o s t r i p p a t c ha n t e n n af o rw i r e l e s s a p p l i c a t i o n s ”，p i e r s2 0 0 4 ，a c c e p t e df o r p u b l i c a t i o n 1 2 m b a k i r , m b e l h a c h a t ，s z z h u ，a n dj gl i u ，“a n e w d e s i g no f r f m e m s s w i t c h e d r e c o n f i g u r a b l e d u a l b a n d a n t e n n a ，p i e r s 2 0 0 4 ，a c c e p t e d f o r p u b l i c a t i o n 1 3 】d j u a n , m b e l h a c h a t , m b a k i r , s z z h u ，a n dj gl i u ，“an e w d e s i g no f b r o a d b 孤dh i g hg a i np l a n a ri n v e r t e d f a n t e n n a ，p i e r s2 0 0 4 ，a c c e p t e df o r p u b l i c a t i o n a b b r e v i a t i o n s a m a r c p d a b d s p e r a f d t d f e 圣汪 f m g p s g s 氧莲 h f s s i 用 c p 瓢0 s m e m s m m i c o e i c p b g p c s p i f a r f r h c p s a t c o m 伯m a u h f u c p b g a m p l i t u d e m o d u l a t i o n a x i a lr a t i o c i m u l a rp o l a r i z a t i o n d i g i t a la u d i o b r o a d c a s t d i g i t a ls i g n a lp r o c e s s i n g e l e c t r o n i c a l l yr e c o n f i g n r a b l ea n t e n n a f i n t ed i f f e r e n c et i m ed o m a i n f i n i t ee l e m e n tm e t h o d f r e q u e n c y m o d u l a t i o n g l o b a lp o s i t i o n i n gs y s t e m g l o b a ls y s t e mf o rm o b i l ec o m m u n i c a t i o n s h i g hf r e q u e n c y s t r u c t u r es i m u l a t o r l e f th a n dc i r c u l a rp o l a r i z a t i o n l i n eo f s i g h t m i c r oe l e e t r i c a l m e c h a n i e a ls y s t e m s m i c r o w a v em o n o l i t h i ci n t e g r a t e dc i r c u i t s o p t o e l e c t r o n i ci n t e g r a t e dc i r c u i t s p h o t o n i cb a n d g a p p e r s o n a lc o m m u n i c a t i o n ss e r v i c e s p l a n a ri n v e r t e dfa n t e n n a r a d i o f r e q u e n c y r i # , th a n d c i r c u l a rp o l a r i z a t i o n s a t e l l i r ec o m m u n i c a t i o n s 弧m e - d o m a m m u l t i p l e a c c e s s u l t r a - h i 曲f r e q u e n c y u n i p l a n a rc o m p a c t p h o t o n i cb a n dg a p a b b r e v i a t i o i l s w l a nw i r e l e s sl o c a la r e an e t w o r k 曼! ! 墅塑：! 望! 熊茎篓终 一l c h a p t e r 1 i n t r o d u c t i o n l 。lm o t i v a t i o n d u r i n g t h el a s tf e w y e a r s ，t h e r e i sa n i n c r e a s i n g r e l i a n c eo nw i r e l e s s c o m m u n i c a t i o n st op r o v i d eo r 协e n h a n c ef u n c t i o n a l i 够f o rp r o d u c t sa n ds e r v i c e s t h e w i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n sh a v ee x p e r i e n c e d 越e n o l t o o u sd e v e l o p m e n ta n da r es t i l l u n d e r g o i n gag r e a te v o l u t i o n t h e r ea r em a n yw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o ns y s t e m sa r o u n d o u r d a i l yl i v e s ，s u c ha sc e l l u l a r - r a d i os y s t e m s ，m o b i l e - s a t e l l i t es y s t e m s ，p a g i n gs y s t e m s ， w i r e l e s sl o c a l 妣a n e t w o r k s ( w l a n ) ，e t e + f u r t h e r m o r e ，n e ww i r e l e s ss y s t e m sk e e p e m e r g i n g 【1 - 2 】t h ee n o r m i t yo f t h eo p p o r t u n i t i e sp r e s e n t e db y t h ec u r r e n te x p l o s i o no f w i r e l e s s a p p l i c a t i o n s i s a c c o m p a n i e db yc o m p a r a b l ed e s i g n a n d m a n u f a c t u r i n g c h a l l e n g e s 。r e g a r d l e s so fm o d u l a t i o n ，p r o t o c o l ，b a n d w i d t ho rf r e q u e n c y , e v e r yw i r e l e s s d e v i c er e q u i r e sa na n t e n n af o rt r a n s m i s s i o na n d o rr e c e p t i o n i t sp e r f o r m a n c ei sc r i t i c a l t ot h es u c c e s s f u lo p e r a t i o n o f a n yw i r e l e s ss y s t e m w i t ht h er e c e n ta d v a n c e si nw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o n s ，t h en e e df o r c o m p a c t , l o w p r o f i l e ，a n dh i g hp e r f o r m a n c ea n t e n n a sh a sg r e a t l yi n c r e a s e d t h eg r e a t e s td e m a n df o r t h e s ea n t e n n a si sf r o m p e r s o n a l c o m m u n i c a t i o n s y s t e m s ( e g c e l l u l a rt e l e p h o n e s ， p a g e r s ，m o b i l ed a t as y s t e m sa n dg l o b a lp o s i t i o n i n gs y s t e m s ( g p s ) a n do t h e rm o b i l e a p p l i c a t i o n s ( e g ，a u t o m o b i l e ) s i m u l t a n e o u s l y , t h ee v o l u t i o no f w i r e l e s sc o m m u n i c a t i o nh a sa d e e pi m p a c to n t h e f i e l do fa n t e n n a s ：n e wr e q u i r e m e n ta r er a i s e d , n o v e ls t r u c t u r e sa r e i n v e s t i g a t e d ，a n d v a r i o u sa n a l y s i st e c h n i q u e sa r ed e v e l o p e d s e v e r a la r e a so f a c t i v i t yi na n t e n n ar e s e a r c h a n dd e v e l o p m e n th a v ee m e r g e d t om e e tt h en e e d so fm o d e m c o m m u n i c a t i o n ss y s t e m s l i s t e db e l o wa r es o m eo f t h e i n t e r e s t i n gd e s i g ng o a l sf o rm o d e ma n t e n n a s ： 篓塾! 墅塑! ! ! ! 黧! ! ! 塑!一_ 兰一 i ) c o m p a c ta n t e n n as t r u c t u r e s ：a sc o m m u n i c a t i o n sd e v i c e sb e c o m e s m a l l e rd u et o t h eg r e a t e ri n t