數(shù)字可重構(gòu)反射陣天線研究

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1、§ｆ碩士學(xué)位論文修數(shù)字可重構(gòu)反射陣天線研究作者姓名薛煒民＾學(xué)校導(dǎo)師姓名、職稱李龍教授企業(yè)導(dǎo)師姓名、職稱解清明高工申請學(xué)位類別工程碩士學(xué)校代碼10701學(xué)號1502121282分類號TN82密級公開西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文數(shù)字可重構(gòu)反射陣天線研究作者姓名：薛煒民領(lǐng)域：電子與通信工程學(xué)位類別：工程碩士專業(yè)學(xué)位學(xué)校導(dǎo)師姓名、職稱：李龍教授企業(yè)導(dǎo)師姓名、職稱：解清明高工學(xué)院：電子工程學(xué)院提交日期：2018年6月ResearchonDigitalReconfigurableReflectarrayAnten

2、naAthesissubmittedtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinElectronicsandCommunicationsEngineeringByXueWeiminSupervisor:LiLongTitle:ProfessorSupervisor:XieQingmingTitle:SeniorEngineerJune2018摘要摘要數(shù)字可重構(gòu)反射陣天線是通過加載半導(dǎo)體器件把數(shù)字控制電路與可重構(gòu)反射陣天線相結(jié)

3、合起來，可以在不改變天線外部物理結(jié)構(gòu)的情況下，僅僅改變數(shù)字控制電路輸出的電路信號即可實現(xiàn)反射陣主波束的自適應(yīng)變換。這種波束掃描、波束捷變的特性可以使其在無線通信領(lǐng)域及雷達成像領(lǐng)域中有非常廣泛的應(yīng)用前景。本文圍繞數(shù)字可重構(gòu)反射陣天線，研究了其反射單元設(shè)計與驗證方法，并重點分析了反射陣列天線的遠場輻射問題的工作原理。本文的主要工作如下：第一章介紹了數(shù)字可重構(gòu)反射陣天線的研究背景及意義，并簡單敘述了反射陣天線的發(fā)展歷史。根據(jù)常用的可重構(gòu)技術(shù)對可重構(gòu)反射陣天線的發(fā)展現(xiàn)狀進行了重點描述，為本文的數(shù)字式的可重構(gòu)反射陣天線設(shè)計提供更多指導(dǎo)思路。第

4、二章對微帶反射陣基本工作原理、反射單元所需的補償相位的求解方法以及常見的補償相位實現(xiàn)方法進行了詳細的描述。然后，對數(shù)字式的可重構(gòu)反射陣的單元相位數(shù)字量化分析方法進行了解釋說明。最后，介紹了三種常用的反射陣單元的仿真方法。這些內(nèi)容為可重構(gòu)反射陣天線設(shè)計奠定了堅實的理論基礎(chǔ)。第三章根據(jù)縫隙耦合天線的工作原理，通過加載PIN二極管，設(shè)計并提出了一款1-bit縫隙耦合可重構(gòu)反射陣天線。首先，分析了縫隙耦合反射單元的工作原理，并根據(jù)其原理與加載PIN二極管的反射陣單元設(shè)計方法結(jié)合提出了一種較為簡單的單元設(shè)計思路；然后，提出了通過控制PIN二極

5、管不同狀態(tài)，其相位差為180°的可重構(gòu)反射單元；另外，根據(jù)所設(shè)計的反射單元，設(shè)計了一款工作于X波段的10×10共100個反射單元的1-bit數(shù)字化可重構(gòu)反射陣天線，仿真結(jié)果證明了所提的天線可以實現(xiàn)主波束的自適應(yīng)掃描，掃描角度可達到50°。最后，對可重構(gòu)反射陣天線在掃除基站盲區(qū)和微波孔徑成像方面的應(yīng)用進行了簡單的敘述，為可重構(gòu)反射陣天線的實際工程應(yīng)用提供思路。第四章在前面研究的基礎(chǔ)上，通過加載了損耗更小以及價格更低廉的PIN二極管，設(shè)計了一款平面微帶1-bit可重構(gòu)反射陣天線。首先，結(jié)合HFSS軟件仿真與ADS軟件仿真，提出了一種可以

6、快速設(shè)計并可準確驗證的可重構(gòu)反射單元的設(shè)計方法，并使用此方法設(shè)計了一款工作于4.75GHz的1-bit數(shù)字可重構(gòu)反射單元。然后，利用此反射單元進行12×12陣列的綜合仿真以及整體陣列的加工；與此同時，為了能同時控制144路電路信號，設(shè)計并加工了硬件數(shù)字電路控制板，可控制天線板上每個反射單元的PIN二極管的工作狀態(tài)，并且可以通過LED燈陣檢查線路錯誤，保證PIN的正常工作。仿真與實測結(jié)果顯示反射陣天線可在4.75GHz頻率下，實現(xiàn)二維方向上的主波束自適應(yīng)掃描，掃描角度可達50°，實驗測試證實了天線的波束掃描能力。最后，I西安電子科技大

7、學(xué)碩士學(xué)位論文設(shè)計了一款工作于6.2GHz的2-bit可重構(gòu)反射單元，為后面多比特反射陣設(shè)計奠定基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞：可重構(gòu)，反射陣天線，數(shù)字，波束掃描IIABSTRACTABSTRACTDigitalreconfigurablearrayantennacombinesdigitalcontrolcircuitrywithreflectivearrayantennasbyloadingsemiconductordevices.Withoutchangingtheexternalphysicalstructureoftheantenna,ch

8、angingthecircuitsignaloutputbythedigitalcontrolcircuitcanrealizeadaptivetransformationofthemainbeamofthereflectivearr