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《可重構(gòu)天線的研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。
1、科技文獻檢索課程論文可重構(gòu)天線的研究摘要:可重構(gòu)天線作為一種新型的天線,與傳統(tǒng)天線相比具有尺寸小、重量輕、利于實現(xiàn)分集等優(yōu)點和廣闊的發(fā)展前景?；仡櫫丝芍貥?gòu)天線的發(fā)展歷程,總結(jié)了近年來國內(nèi)外關(guān)于可重構(gòu)天線的最新研究成果,并從可重構(gòu)天線的功能、使用的關(guān)鍵器件、設計方法與電路特點等方面對其研究現(xiàn)狀進行了深入分析。從多個角度給出了可重構(gòu)天線的分類與總結(jié),并就可重構(gòu)天線的設計方法與電路特點進行詳細論述和舉例說明。最后對可重構(gòu)天線的發(fā)展趨勢進行了展望。關(guān)鍵詞可重構(gòu)天線電磁分析開關(guān)元件天線設計1引言天線作為一種用來發(fā)射或接收無
2、線電波的部件,在無線通信系統(tǒng)中起到了舉足輕重的作用,是無線通信系統(tǒng)中不可缺少的組成部分。隨著高頻衛(wèi)星通信系統(tǒng)、雷達、無線通信系統(tǒng)，尤其是全球3G和4G網(wǎng)絡建設的飛速發(fā)展,對天線的要求也越來越高。一方面,需要使天線能夠工作在多個頻帶,具有多種工作模式并具有良好的傳輸性能。另一方面,又要減輕天線的重量、減小天線體積并降低成本。正是由于這樣的需求,可重構(gòu)天線的概念被提出并得到蓬勃發(fā)展。1983年,D.Schaubert在他的專利“Frequency-Ag-ile,PolarizationDiverseMicrostri
3、pAntennaandFrequencyScannedArrays”中首次使用了可重構(gòu)天線的概念[1]。1999年,美國12所著名大學、研究所和公司在美國國防高級研究計劃署(DARPA)的“ReconfigurableApertureProgram(RECAP)”研究計劃中[2],初步對可重構(gòu)天線進行了研究與探索,并取得了一定的進展。同時隨著高性能、低功耗的微電子機械(MEMS)開關(guān)的發(fā)展，對可重構(gòu)天線的研究才進一步深人。目前大多數(shù)可重構(gòu)天線設計采用MEMS開關(guān)。MEMS開關(guān)具有理想的開關(guān)特性，開關(guān)比非常高，可實
4、現(xiàn)從直流到高于4OGHZ射頻信號的隔離。同時，它功耗低，接人電路中插損極小，而且采用CMOS工藝制作，體積小，重量輕，便于集成。它的缺點是響應速度稍慢，需要幾微秒到幾十微秒的時間。在要求響應速度的地方，可以用PIN二極管開關(guān)，但它的隔離特性不如MEMS開關(guān)，而且功耗大。近年來國內(nèi)可重構(gòu)天線的研究也得到了很大的重視,王秉中等人研究較早并獲得了一定的成果?？芍貥?gòu)天線按功能可分為頻率可重構(gòu)天線(包括實現(xiàn)寬頻帶和實現(xiàn)多頻帶)、方向圖可重構(gòu)天線、極化可重構(gòu)天線和多電磁參數(shù)可重構(gòu)天線。通過改變可重構(gòu)天線的結(jié)構(gòu)可以使天線的頻率
5、、方向圖、極化方式等多種參數(shù)中的一種或幾種實現(xiàn)重構(gòu)。這樣可以通過切換天線不同的狀態(tài)使天線具有多種工作模式,有利于在傳輸中實現(xiàn)多種有效的分集。因此,可重構(gòu)天線作為一種新型天線即將成為下一代無線通信系統(tǒng)中的核心技術(shù)之一。特別是近些年來,可重構(gòu)天線在MIMO系統(tǒng)中作為發(fā)射天線或接收天線所具有的潛在應用價值得到了國內(nèi)外越來越多的重視[3]。2可重構(gòu)天線的基本原理和關(guān)鍵技術(shù)[4]2.1可重構(gòu)天線的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(zhì)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
6、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。可重構(gòu)天線作為一種新型的天線,之所以可以重構(gòu)天線的參數(shù)、具有可切換的不同的工作模式,其本質(zhì)也就是通過改變天線的結(jié)構(gòu)進而改變天線的電流分布來實現(xiàn)的。因此,可重構(gòu)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(gòu)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(gòu)天
7、線的設計中有很大的應用價值。2.2可重構(gòu)天線的關(guān)鍵技術(shù)為了改變天線的電流分布,其中一種有效的方法就是使用可變電容,這在頻率可重構(gòu)天線的設計中常常使用,即通過偏置電路調(diào)節(jié)電容兩端的偏壓可改變電容量的大小,這樣可以使天線的工作頻率隨之變化,從而實現(xiàn)頻率的可重構(gòu)。另一種常用的手段是通過使用開關(guān)元件來切換選擇天線的不同工作結(jié)構(gòu),改變天線的電流分布,從而實現(xiàn)天線多種工作模式的選擇。目前常用的開關(guān)有MESFET開關(guān)、PIN開關(guān)、MEMS開關(guān)等。特別是MEMS開關(guān)的應用,使得可重構(gòu)天線設計有了質(zhì)的飛躍。微電子機械系統(tǒng)(MEMS
8、)又可稱為微機電系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的PIN二極管開關(guān)和MESFET開關(guān)相比,微電子機械系統(tǒng)開關(guān)具有低導通電阻、高斷開隔離度、低插入損耗和低寄生電容等優(yōu)良的射頻特性及它具有小尺寸的特點[5],使得它更適合應用于可重構(gòu)天線的設計。另外,在設計中還有很多種其他的關(guān)鍵元器件的應用,如硅光電開關(guān)、壓電換能器(PET)、可調(diào)松緊度的螺旋結(jié)構(gòu)等。3可重構(gòu)天線的實施方案3.1頻率可重構(gòu)天線要改
