可重構天線研究方案

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1、可重構天線設計近年來，無線通信技術得到飛速發(fā)展，系統(tǒng)對天線性能的要求越來越高。大容量、多功能、超寬帶是目前無線通信系統(tǒng)發(fā)展的重要方向，為了提高系統(tǒng)容量，下一代無線通信將更多的考慮采用MIMO技術。MIMO技術指的是利用多個發(fā)射天線和多個接收天線進行無線傳輸?shù)募夹g，在分集技術出現(xiàn)后多徑效應在MIMO系統(tǒng)中作為一個有利因素被加以利用，從而改善了每一個用戶的服務質量及提高了頻譜利用率。但是，隨著使用天線數(shù)目的增加，通信系統(tǒng)的整體成本和重量也隨之增加，而且會帶來電磁兼容方面的問題，使得MIMO技術實現(xiàn)的復雜度和成本大幅度增高，不能充分發(fā)揮其技術優(yōu)勢。技術相

2、對成熟的相控陣天線又存在饋電網(wǎng)絡復雜、需增加移相器以及由此造成的高成本和高技術難度等缺點。可重構天線在這種背景下應運而生?？芍貥嬏炀€就是采用同一個天線或天線陣，通過引入開關器件控制天線的輻射結構來實現(xiàn)工作模式的轉換，使其具有多個天線的功能。這種天線能夠根據(jù)應用需求改變其關鍵特性參數(shù)，如工作頻率、輻射方向圖、極化方式、雷達散射截面和輸入阻抗等，具有不用人工干預，便于控制等特點?？芍貥嬏炀€為天線技術的發(fā)展帶來了一次革命，為提高無線通信系統(tǒng)容量、擴展系統(tǒng)功能、增加系統(tǒng)工作帶寬、實現(xiàn)軟件無線電等方面提供重要的技術保障，將對無線通信技術帶來深遠的影響?？芍貥?/p>

3、天線按照功能可分為頻率可重構天線、方向圖可重構天線、頻率和方向圖同時可重構天線、極化可重構天線等。方向圖是天線的一個重要特性，在軍民用雷達、智能武器制導、無線通信等系統(tǒng)中要求天線具有方向圖可控性，因此，方向圖可重構天線是可重構天線研究的重要方向。1可重構天線基本原理天線設計是一個很復雜的電磁問題,雖然天線的種類形形色色,但其本質歸根到底就是設計一個具有特定電流分布的輻射體。天線所要求的各個參數(shù)都是由其輻射體或包圍輻射體的封閉面上的電流分布決定的?？芍貥嬏炀€作為一種新型的天線,之所以可以重構天線的參數(shù)、具有可切換的不同的工作模式,其本質也就是通過改變

4、天線的結構進而改變天線的電流分布來實現(xiàn)的。因此,可重構天線的設計需要高效的電磁分析手段,而不是等同于多個傳統(tǒng)天線的簡單疊加。目前在可重構天線設計的電磁分析中廣泛使用的方法有:時域有限差分法(FDTD)、有限元法(FEM)、邊界元法(BEM)、矩量法(MOM)等。特別是FDTD,由于它具有建模容易、計算時間短、對電磁特性模擬精確等優(yōu)點,因此在可重構天線的設計中有很大的應用價值。2頻率可重構天線理想的頻率可重構天線指的是保持天線其他特性不變，在一定范圍內(nèi)具有對頻率的調諧或切換能力的大線。重構天線工作頻率的方法有：加載開關，加載可變電抗元件，改變天線機械

5、結構，以及改變天線的材料特性。這些方法都依據(jù)相同的工作原理:改變大線的有效電長度從而使相應的L作頻率發(fā)生變化。線天線，環(huán)天線，縫隙天線和微帶天線都屬于諧振天線。對于這些類型的大線而言，天線的有效電長度主要決定了天線的工作頻率、帶寬(分數(shù)帶寬一般不超過10%，常見數(shù)值在1%到3%之間)和天線上的電流分布。比如，對于傳統(tǒng)的線性雙極大線，一階諧振發(fā)生在天線長度接近半個波長處，這時天線表面的電流分布導致了水平全向的輻射模式。因此，如果我們希望使該天線工作于更高的頻率，我們可以縮短雙極天線的長度，而這個長度對應于改變后的工作頻率的半個波長，這樣便達到了頻率重

6、構的目的。以上準則不僅對于雙極大線成立，也同樣適用于環(huán)天線、縫隙天線和微帶天線。2.1開關可重構天線的有效電長度可以通過加載開關的方法加以控制改變，從而達到重構天線頻率的目的，比如光學開關，PIN二極管開關，F(xiàn)ET開關，以及射頻為電子機械系統(tǒng)——MEMS開關等。據(jù)文獻中介紹，光學開關相對于其他類型的開關，有助于減少開關數(shù)量并且降低開關偏置線的影響。2.2加載可變電抗加載可變電抗元件的重構方式與加載開關的重構方式基本相同，兩者的區(qū)別只在于，前者能夠在一定范圍內(nèi)實現(xiàn)對頻率的離散切換，后者則可以在兒個頻率之間進行連續(xù)調諧。文獻中一種連續(xù)調諧微帶貼片天線，

7、就是在天線的兩輻射邊分別加載變?nèi)菀粯O管。變?nèi)莨艿姆雌妷悍秶?到30V之間，對應其電容值可以從24連續(xù)變化至0.4pF。隨著偏置電壓的改變，加載貼片邊緣的電容值對天線的有效電長度進行調諧，由此可獲得一個大帶寬連續(xù)頻率調諧范圍。2.3改變機械結構相對于電重構方式，采用機械方式重構天線結構能夠獲得更大的頻率變化，不論是在開關離散重構還是連續(xù)變化重構的情況下。這種重構方式的主要挑戰(zhàn)在于天線的物理設計，激勵機制，以及在結構發(fā)生巨大的變化的同時對天線其他特性性狀的保持上。一種通過機械結構變化而連續(xù)調諧天線頻率的的例子是一個磁制動微帶天線。天線工作于26GH

8、z附近。在天線表面附著一層很薄的磁材料，天線的輻射片與介質基片構成一定的角度.利用一種被稱為塑料變形組裝的微機械加工過程，